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JP4787540B2 - Method for producing dye-sensitized solar cell element - Google Patents
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JP4787540B2 - Method for producing dye-sensitized solar cell element - Google Patents

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Description

本発明は色素増感型太陽電池素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell element.

1991年にグレッツェルらが発表した色素増感型太陽電池は、ルテニウム錯体によって分光増感された酸化チタン多孔質薄膜を作用電極とする湿式太陽電池であり、シリコン太陽電池並みの性能が得られることが報告されている(非特許文献1参照)。この方法は、酸化チタン等の安価な酸化物半導体を高純度に精製することなく用いることができるため、安価な色素増感型太陽電池素子を提供でき、しかも色素の吸収がブロードであるため、可視光線のほぼ全波長領域の光を電気に変換できるという利点がある。しかし一方で、対極との電気的接続を電解質溶液によって行う湿式太陽電池であるため、長期にわたって使用すると電解質の枯渇により光電変換効率が著しく低下し、素子として機能しなくなることが懸念されている。   The dye-sensitized solar cell announced by Gretzell et al. In 1991 is a wet solar cell that uses a porous titanium oxide thin film spectrally sensitized with a ruthenium complex as a working electrode, and has the same performance as a silicon solar cell. Has been reported (see Non-Patent Document 1). Since this method can be used without purifying an inexpensive oxide semiconductor such as titanium oxide with high purity, an inexpensive dye-sensitized solar cell element can be provided, and the absorption of the dye is broad. There is an advantage that light in almost all wavelength regions of visible light can be converted into electricity. However, on the other hand, since it is a wet solar cell in which electrical connection with the counter electrode is performed by an electrolyte solution, there is a concern that when used for a long period of time, the photoelectric conversion efficiency is remarkably lowered due to depletion of the electrolyte and the device does not function.

こうした中で、色素増感型太陽電池素子における経時での電解液の枯渇を防ぐため各種シール材および設置方法の検討がなされている。
例えば、シール用樹脂としてエポキシ樹脂、シリコン樹脂等が用いられ、さらにシール部にガラス、金属又はプラスチックの封止用固形物で固定する方法が報告示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、この方法では、シール用樹脂設置位置はセル基板断面を利用しており、またこれらのシール用樹脂は電解液中の溶媒により侵食又は膨潤を起こし、封止用固形物を用いたとしても電解液との接触部は長期的シール性能に問題がある。
Under such circumstances, various sealing materials and installation methods are being studied in order to prevent electrolyte depletion over time in dye-sensitized solar cell elements.
For example, an epoxy resin, a silicon resin, or the like is used as the sealing resin, and a method of fixing the sealing portion with a solid material for sealing such as glass, metal, or plastic has been reported (see Patent Document 1).
However, in this method, the sealing resin installation position uses the cell substrate cross section, and these sealing resins are eroded or swollen by the solvent in the electrolytic solution, and even if a sealing solid is used. The contact portion with the electrolyte has a problem in long-term sealing performance.

また、シール用樹脂としてポリイソブチレン系樹脂を基材として用い、セル周縁シール部は熱硬化型ポリイソブチレン系樹脂、電解液注入口部は紫外線硬化型ポリイソブチレン系樹脂を用いる方法が報告されている(特許文献2参照)。
しかしながら、ポリイソブチレン系樹脂は電解液中の溶媒やヨウ素に対する侵食又は膨潤は抑制できるものの、シール材をあらかじめ硬化しセルを作製した後に電解液を注入し、次いで注入口を紫外線硬化型シール材で封止するため、セル作製工程が煩雑であるとともに注入口部のシールは紫外線硬化までに電解液と接触するため、硬化不足又は基板との密着性に問題を起こすおそれがある。
In addition, a method has been reported in which a polyisobutylene resin is used as a base material for the sealing resin, a thermosetting polyisobutylene resin is used for the cell peripheral seal portion, and an ultraviolet curable polyisobutylene resin is used for the electrolyte inlet. (See Patent Document 2).
However, although the polyisobutylene resin can suppress the erosion or swelling of the solvent and iodine in the electrolyte solution, the electrolyte is injected after the sealing material is pre-cured to prepare the cell, and then the injection port is made of an ultraviolet curable sealing material. In order to seal, the cell manufacturing process is complicated, and the seal at the inlet is in contact with the electrolyte before UV curing, which may cause problems in curing or adhesion to the substrate.

また、電解質としてゲル化電解質または固体電解質を、対向する基板間に挟んだ後セルを加熱プレスすることにより、電解質層を流動化圧着する方法が報告されている(特許文献3参照)。
しかしながら、電解質層は対向する基板への密着性は十分なものの、セル周辺のシールは、電解質層を加熱圧着後のセルの周辺断面にエポキシ樹脂等を用いて封止しているため、加熱圧着時に電解質中の成分がセル周辺断面より蒸発し、太陽電池性能が低下するおそれがあり、またセル面内にシール材が配置されていないため、長期的にはシール部が剥離等の問題を起こすおそれがある。
In addition, a method has been reported in which a gelled electrolyte or a solid electrolyte as an electrolyte is sandwiched between opposing substrates and then the cell is heated and pressed to fluidize and pressure-bond the electrolyte layer (see Patent Document 3).
However, although the electrolyte layer has sufficient adhesion to the opposing substrate, the seal around the cell is sealed by using an epoxy resin or the like on the periphery of the cell after the thermocompression bonding. Occasionally, components in the electrolyte may evaporate from the cell peripheral cross section, and the solar cell performance may be deteriorated. In addition, since the sealing material is not disposed in the cell surface, the seal part will cause problems such as peeling in the long term. There is a fear.

特開2000−173680号公報JP 2000-173680 A 特開2002−313443号公報JP 2002-313443 A 特開2004−319197号公報JP 2004-319197 A オレガン(B. O’Regan)、グレツェル(M.Gratzel),「ネイチャー(Nature)」,(英国),1991年,353巻,p.737B. O'Regan, M. Gratzel, "Nature" (UK), 1991, 353, p. 737

本発明はこのような実状に鑑み成されたものであり、太陽電池性能を損ねることなく、長期安定性に優れる色素増感型太陽電池素子の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such a situation, and provides a method for producing a dye-sensitized solar cell element having excellent long-term stability without impairing solar cell performance.

すなわち、本発明は、光透過性を有する導電性基板上に色素で修飾された半導体層を有する電極基板と、導電性基板上に触媒層を有する対向電極基板とを所定の間隔を隔てて対向させ、これらの基板間に電解質を配置し、該基板間の周縁部をシール材によりシールして成る色素増感型太陽電池素子の製造方法であって、前記シール材として硬化型材料を使用し、かつシール部の一部に貫通口を設けてセルを形成した後、当該セル内部を真空脱気することにより前記貫通口を封止し、次いでシール材を硬化させることを特徴とする色素増感型太陽電池素子の製造方法に関する。   That is, in the present invention, an electrode substrate having a semiconductor layer modified with a dye on a light-transmitting conductive substrate and a counter electrode substrate having a catalyst layer on the conductive substrate are opposed to each other at a predetermined interval. And a method for producing a dye-sensitized solar cell element in which an electrolyte is disposed between these substrates, and a peripheral portion between the substrates is sealed with a sealing material, wherein a curable material is used as the sealing material. And forming a cell by providing a through-hole in a part of the seal part, sealing the through-hole by vacuum degassing the inside of the cell, and then curing the sealing material. The present invention relates to a method for producing a sensitive solar cell element.

以下、本発明を詳述する。
図1および図2は、従来の技術により作製された色素増感型太陽電池素子の概略断面図を示す。
図1は、触媒層4を有する導電性基板2と色素で修飾された半導体層3を有する透明導電性基板1を重ね合わせた後、電解質12を基板間にしみこませた後、セル周辺をエポキシ樹脂等のシール材10に加えて、プラスチック等の封止用固形物11を用いて封止してセルを作製する方法である。
図2は、電解質注入口9と触媒層4を有する導電性基板2と色素で修飾された半導体層3を有する透明導電性基板1を、重ね合わせるときにセル周辺部にシール材10を塗布してセルを作製した後、前記注入口より電解質12を注入し、その後注入口を封止してセルを作製する方法である。
The present invention is described in detail below.
1 and 2 are schematic cross-sectional views of a dye-sensitized solar cell element produced by a conventional technique.
FIG. 1 shows a state in which a conductive substrate 2 having a catalyst layer 4 and a transparent conductive substrate 1 having a semiconductor layer 3 modified with a dye are superposed, an electrolyte 12 is soaked between the substrates, and then the periphery of the cell is epoxy-coated. In addition to the sealing material 10 such as resin, a cell is manufactured by sealing using a sealing solid material 11 such as plastic.
FIG. 2 shows that when a conductive substrate 2 having an electrolyte inlet 9 and a catalyst layer 4 and a transparent conductive substrate 1 having a semiconductor layer 3 modified with a dye are overlapped, a sealing material 10 is applied to the periphery of the cell. Then, after the cell is manufactured, the electrolyte 12 is injected from the injection port, and then the injection port is sealed to manufacture the cell.

図3は、本発明の方法で作製された色素増感型太陽電池素子の概略断面図の例である。
本発明にかかる色素増感型太陽電池素子は、図3に示したように、光透過性を有する導電性基板1上に色素で修飾された半導体層3を有する電極基板と、導電性基板2上に触媒層4を有する対向電極基板とを、所定の間隔を隔てて対向させ、これらの基板間に電解質5を配置し、基板間の周縁部にシール材6を設置した構成である。
FIG. 3 is an example of a schematic cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell element produced by the method of the present invention.
As shown in FIG. 3, the dye-sensitized solar cell element according to the present invention includes an electrode substrate having a semiconductor layer 3 modified with a dye on a light-transmitting conductive substrate 1, and a conductive substrate 2. This is a configuration in which a counter electrode substrate having a catalyst layer 4 thereon is opposed to each other with a predetermined interval, an electrolyte 5 is disposed between these substrates, and a sealing material 6 is disposed at a peripheral portion between the substrates.

図4は、本発明におけるシール材6の設置に関する概略図の例であり、セル内部の真空脱気のための貫通口8が設けられている。貫通口はこの真空脱気工程において、シール材同士が結合することにより封止される。
図5は、図4のようなシールを設置した後、対向する基板を重ね合わせたセル内に電解質を充填し、セルを真空脱気する方法を示す例である。
FIG. 4 is an example of a schematic diagram regarding the installation of the sealing material 6 in the present invention, and a through-hole 8 for vacuum deaeration inside the cell is provided. In this vacuum degassing step, the through-hole is sealed by bonding the sealing materials.
FIG. 5 shows an example of a method in which after a seal as shown in FIG. 4 is installed, an electrolyte is filled in a cell in which opposing substrates are stacked, and the cell is vacuum degassed.

本発明において、シール材としては硬化型材料が用いられる。本発明において用いられる硬化型材料としては、セル内部を密封し外部とを隔絶して、素子の性能に影響を与えるおそれがある成分、例えば、水分、酸素、一酸化炭素などの活性ガスなどの透過を阻止することが可能な材料であれば特に制限されるものではなく、またその硬化方法についても熱硬化型、光硬化型、電子線硬化型などの種々の硬化型の材料が利用可能である。   In the present invention, a curable material is used as the sealing material. The curable material used in the present invention is a component that seals the inside of the cell and isolates it from the outside, which may affect the performance of the element, such as active gas such as moisture, oxygen, carbon monoxide, etc. The material is not particularly limited as long as it can block transmission, and various curing materials such as thermosetting, photocuring, and electron beam curing types can be used for the curing method. is there.

上記の硬化型材料としては、具体的には、ポリイソブチレン系樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニールアルコール、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、シアノアクリル酸エステル、ポリアミド等の硬化性樹脂が挙げられる。これらは単体で用いても、2種あるいはそれ以上の混合物として用いてもよい。また、これらを変成したり、フィラーを加えるなどして、種々の改良を加えたものであっても良い。これらの中でもポリイソブチレン系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル変成したエポキシ樹脂(この場合は、含有するエポキシ残基1モルに対してアクリル残基が0.01〜0.3モルのもの、さらに好ましくはエポキシ残基1モルに対してアクリル残基が0.05〜0.2モル含むようにアクリル変成したエポキシ樹脂)等が望ましい。   Specific examples of the curable material include polyisobutylene resin, phenol resin, urea resin, epoxy resin, polyvinyl acetate, polyvinyl acetal, polyvinyl alcohol, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and cyanoacrylic acid ester. And curable resins such as polyamide. These may be used alone or as a mixture of two or more. Further, various improvements may be added by modifying these or adding a filler. Among these, polyisobutylene resin, epoxy resin, and acrylic modified epoxy resin (in this case, those having an acrylic residue of 0.01 to 0.3 mol, more preferably epoxy, per 1 mol of the epoxy residue contained) Desirable is an epoxy resin that is acrylically modified so that an acrylic residue is contained in an amount of 0.05 to 0.2 mol per mol of the residue.

これらの硬化性樹脂を用いてセルをシールする方法は特に限定されるものではなく、各種の公知の方法を適用することができる。例えば、
(1)前記硬化性樹脂のペーストを基板表面に公知の印刷方法を用いて所望の形状に形成する方法、
(2)基板表面に前記硬化性樹脂を随時塗布していく方法、
(3)前記硬化性樹脂をノズルから吐出させながら掃引し、基板上に任意のパターンを形成する方法、
等によりシール材を塗布してシールする方法を挙げることができ、特に(3)による方法が好ましい。
また基板へのシール材の塗布は1対の基板のうちのどちらか片方のみでも、また両方に行っても良い。
The method for sealing the cells using these curable resins is not particularly limited, and various known methods can be applied. For example,
(1) A method of forming the curable resin paste in a desired shape on a substrate surface using a known printing method,
(2) A method of applying the curable resin to the substrate surface as needed,
(3) A method of forming an arbitrary pattern on a substrate by sweeping while discharging the curable resin from a nozzle,
For example, a method of applying and sealing a sealing material can be used, and the method according to (3) is particularly preferable.
The sealing material may be applied to the substrate only on one of the pair of substrates or on both.

前記硬化性樹脂中には、対向する基板の間隔(セル間隔)を調節するなどの目的でスペーサー材料を含んでいても良い。この目的のために利用するスペーサー材料は、少なくとも非導電性の材料であって、その形状は特に制限は無く、シート状、球状、繊維状、棒状など任意の形状のものが使用可能である。例えば、ガラスビーズ、プラスチックビーズ、ガラス繊維、プラスチック繊維等を挙げることができる。
また、スペーサー材料の径についても特に制限はないが、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。
The curable resin may contain a spacer material for the purpose of adjusting the interval (cell interval) between the opposing substrates. The spacer material used for this purpose is at least a non-conductive material, and the shape thereof is not particularly limited, and any shape such as a sheet shape, a spherical shape, a fiber shape, and a rod shape can be used. Examples thereof include glass beads, plastic beads, glass fibers, and plastic fibers.
The diameter of the spacer material is not particularly limited, but is preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less.

前記方法により作製されるシール部には、1カ所以上の貫通口(排気口)を設ける。貫通口は、例えば、意図的にシール材を塗布しないなどによって容易に作ることができるが、その形状は単にシール部により仕切られた二つの空間を導通していればどのようなものでも良い。   One or more through holes (exhaust ports) are provided in the seal portion manufactured by the above method. The through-hole can be easily made by, for example, intentionally not applying a sealing material, but may have any shape as long as the two spaces partitioned by the seal portion are simply connected.

シール部の貫通口のサイズは特に限定されないが、真空下で貫通口部が変形し、閉塞し封止できればよく、好ましくは0.1mm〜5mm幅、さらに好ましくは0.5mm〜2mm幅に設定するのが好ましい。
またシール部に設置する貫通口の数は、素子内部が真空脱気できれば良く、特に限定されないが、設置の手間を考慮すると、20個以内が好ましく、さらに好ましくは10個以内に設置するのが好ましい。
The size of the through-hole of the seal part is not particularly limited, but it is sufficient that the through-hole part is deformed, closed and sealed under vacuum, preferably 0.1 mm to 5 mm width, more preferably 0.5 mm to 2 mm width. It is preferable to do this.
Further, the number of through-holes to be installed in the seal portion is not particularly limited as long as the inside of the element can be vacuum deaerated. However, considering the installation effort, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less. preferable.

また、セル内に設置された電解質に含まれる酸素等のガスを除去するために真空処理を施すが、本発明では、シール部の一部に貫通口を設置し、真空処理時におけるセル内の脱気口とし、同時に硬化性を有するシール材を用いたことにより、セル内が真空になると同時にシール材が変形して、貫通口が閉塞することにより、封止が同時に進行する。したがって、素子作製上の封止作業が無くなり、作業の簡易化も達成できる。   In addition, vacuum treatment is performed to remove gas such as oxygen contained in the electrolyte installed in the cell. In the present invention, a through-hole is provided in a part of the seal portion, and the inside of the cell at the time of vacuum processing is installed. By using a sealing material having a deaeration port and curable at the same time, the inside of the cell is evacuated and the sealing material is deformed at the same time, and the through port is closed, so that the sealing proceeds simultaneously. Therefore, the sealing work for device fabrication is eliminated and the work can be simplified.

素子の真空処理を施す方法としては、素子を真空引き可能な治具を装填したバイトンゴム、ネオプレンゴム等のゴムシート類、あるいはナイロン、ポリエチレン等のプラスチックフィルム類でできた袋状パック内に挿入し、真空下で脱気、封止することが好ましいが、素子の真空処理が可能な方法であれば、如何なる方法でも使用可能である。
また前記袋状パック内に挿入する素子数には何ら規制がなく、2以上の素子を同時に挿入しても良い。複数素子の同時処理により作業効率が向上することは言うまでもない。
The element can be vacuum-treated by inserting the element into a bag-like pack made of rubber sheets such as Viton rubber or neoprene rubber loaded with a jig that can be evacuated, or plastic films such as nylon or polyethylene. It is preferable to deaerate and seal under vacuum, but any method can be used as long as the device can be vacuum processed.
Further, there is no restriction on the number of elements inserted into the bag-shaped pack, and two or more elements may be inserted simultaneously. Needless to say, work efficiency is improved by simultaneous processing of a plurality of elements.

また、本発明において、真空下で脱気せずに周辺シール部をクリップ等で圧着して封止した場合には、セル内に電解質層に溶存する空気およびセル内部空間に残留する空気が完全に除去できずに封止されるため、セル間隔が残留空気分だけ広がり、基板と電解質層間に密着不良を生じて、太陽電池性能が低下するとともに、長期的な性能安定性も低下するため、真空下で脱気、封止することが重要である。   Further, in the present invention, when the peripheral seal portion is crimped and sealed with a clip or the like without degassing under vacuum, the air dissolved in the electrolyte layer and the air remaining in the cell internal space are completely Since it is sealed without being removed, the cell spacing is expanded by the amount of residual air, resulting in poor adhesion between the substrate and the electrolyte layer, so that the solar cell performance is lowered and the long-term performance stability is also lowered. It is important to deaerate and seal under vacuum.

セル間隔を調整する方法としては、セル間隔を調整できる方法であれば特に制限はない。例えば、セル内が真空であるため、周辺シール材の硬化前にセルを大気圧に晒すことにより所定の間隔に調整することができる。また、シール材の硬化前のセルを加圧プレス内に設置して所定の厚みに調整しつつ、シール材を硬化することによりセル間隔を調整することもできる。また前述したようにシール材にスペーサー材料を含有させても良い。   The method for adjusting the cell interval is not particularly limited as long as the cell interval can be adjusted. For example, since the inside of the cell is a vacuum, it can be adjusted to a predetermined interval by exposing the cell to atmospheric pressure before the peripheral sealing material is cured. Further, the cell interval can be adjusted by curing the sealing material while setting the cell before curing of the sealing material in the pressure press and adjusting the thickness to a predetermined thickness. Further, as described above, a spacer material may be included in the sealing material.

シール材の硬化方法に関しては、セル間隔が維持できる方法であれば、どのような方法でも良く、例えば、前記袋状パック内に装填されたままの状態で硬化させる方法および前記袋状パック内からセルを取り出して硬化させる方法のどちらでも適用可能である。
なお、硬化性樹脂の硬化方法は用いる硬化性樹脂により異なることは言うまでもない。
As for the curing method of the sealing material, any method may be used as long as the cell interval can be maintained. For example, a method of curing in a state of being loaded in the bag-shaped pack and the inside of the bag-shaped pack. Either method of taking out the cell and curing it can be applied.
Needless to say, the curing method of the curable resin varies depending on the curable resin used.

熱硬化の場合では、室温で硬化可能なものも用いることができるが、通常加熱が必要な場合は、室温〜150℃の間で、好ましくは室温〜100℃の間で硬化できればよい。また、硬化に要する時間は、色素増感型太陽電池の特性を損なわない範囲であれば特に限定されないが、好ましくは24時間以内、より好ましくは1時間以内である。
光硬化の場合では、開始剤の吸収波長に適合したランプであれば、低圧、高圧、超高圧の各水銀ランプ、キセノンランプ、白熱ランプ、レーザー光などが利用できる。硬化の際には素子全面を均一露光することで、全面同時硬化しても良いし、ランプや光源を移動させたり、光ファイバーなどの導光性材料を利用することによって集光したスポット光を走査して逐次硬化しても良い。
また、2回以上繰り返すことによって硬化させても良い。
In the case of thermosetting, those that can be cured at room temperature can be used. However, when heating is usually required, it is sufficient that curing can be performed between room temperature and 150 ° C, preferably between room temperature and 100 ° C. The time required for curing is not particularly limited as long as it does not impair the characteristics of the dye-sensitized solar cell, but is preferably within 24 hours, more preferably within 1 hour.
In the case of photocuring, any low-pressure, high-pressure, or ultrahigh-pressure mercury lamp, xenon lamp, incandescent lamp, laser light, or the like can be used as long as the lamp is adapted to the absorption wavelength of the initiator. During curing, the entire surface of the device may be uniformly exposed, so that the entire surface may be cured at the same time, or the focused spot light is scanned by moving a lamp or light source or using a light-guiding material such as an optical fiber. Then, it may be cured sequentially.
Moreover, you may make it harden | cure by repeating twice or more.

本発明における色素増感型太陽電池素子の電極基板(光極)は、光透過性を有する導電性基板と、光増感型色素を含有する半導体層から構成される。
光透過性を有する導電性基板は、通常、透明基板上に透明電極層を有するものである。
透明基板としては、特に限定されず、材質、厚さ、寸法、形状等は目的に応じて適宜選択することができ、例えば無色あるいは有色ガラス、網入りガラス、ガラスブロック等が用いられる他、無色あるいは有色の透明性を有する樹脂でも良い。かかる樹脂としては、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、トリ酢酸セルロース、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。なお、本発明における透明とは、10〜100%の透過率、好ましくは50%以上の透過率を有することであり、また、本発明における基板とは、常温において平滑な面を有するものであり、その面は平面あるいは曲面であってもよく、また応力によって変形するものであってもよい。
The electrode substrate (photoelectrode) of the dye-sensitized solar cell element in the present invention is composed of a conductive substrate having optical transparency and a semiconductor layer containing a photosensitized dye.
A light-transmitting conductive substrate usually has a transparent electrode layer on a transparent substrate.
The transparent substrate is not particularly limited, and the material, thickness, dimensions, shape, and the like can be appropriately selected according to the purpose. For example, colorless or colored glass, meshed glass, glass block, etc. are used, and colorless. Alternatively, a colored transparent resin may be used. Examples of such resins include polyesters such as polyethylene terephthalate, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, cellulose triacetate, and polymethylpentene. The term “transparent” in the present invention means a transmittance of 10 to 100%, preferably a transmittance of 50% or more, and the substrate in the present invention has a smooth surface at room temperature. The surface may be a flat surface or a curved surface, or may be deformed by stress.

また、電極として作用する透明電極層としては、本発明の目的を果たすものである限り特に限定されないが、例えば金、銀、クロム、銅、タングステンなどの金属薄膜、金属酸化物からなる導電膜などが挙げられる。金属酸化物としては、例えば、錫や亜鉛などの金属酸化物に、他の金属元素を微量ドープしたIndium Tin Oxide(ITO(In:Sn))、Fluorine doped Tin Oxide(FTO(SnO:F))、Aluminum doped Zinc Oxide(AZO(ZnO:Al))などが好適なものとして用いられる。
導電膜の膜厚は通常、100〜10000μm、好ましくは500〜3000μmである。また、表面抵抗(抵抗率)は適宜選択されるところであるが、通常、0.5〜500Ω/sq、好ましくは1〜50Ω/sqである。
Further, the transparent electrode layer acting as an electrode is not particularly limited as long as it fulfills the object of the present invention. For example, a metal thin film such as gold, silver, chromium, copper, and tungsten, a conductive film made of metal oxide, etc. Is mentioned. Examples of the metal oxide include Indium Tin Oxide (ITO (In 2 O 3 : Sn)) obtained by doping a metal oxide such as tin and zinc with a small amount of other metal elements, Fluorine doped Tin Oxide (FTO (SnO 2 )). : F)), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO (ZnO: Al)) and the like are preferably used.
The thickness of the conductive film is usually 100 to 10,000 μm, preferably 500 to 3000 μm. The surface resistance (resistivity) is appropriately selected, but is usually 0.5 to 500 Ω / sq, preferably 1 to 50 Ω / sq.

透明電極層の形成法は特に限定されるものではなく、電極層として用いる前述の金属や金属酸化物の種類により適宜公知の方法が選択使用されるが、通常、真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、あるいはスパッタリング法などが用いられる。いずれの場合も基板温度が20〜700℃の範囲内で形成されるのが望ましい。   The method for forming the transparent electrode layer is not particularly limited, and a known method is appropriately selected and used depending on the type of the metal or metal oxide used as the electrode layer. Usually, the vacuum deposition method, the ion plating method are used. CVD method, sputtering method, or the like is used. In either case, it is desirable that the substrate temperature be formed within a range of 20 to 700 ° C.

また半導体層を有する基板に関しては表面抵抗をさらに低下させる必要がある場合には、前記導電基板上に銀、金等の金属細線を設置しても良く、目的が達成できればいかなる方法でも適用可能である。   In addition, when it is necessary to further reduce the surface resistance of the substrate having a semiconductor layer, a thin metal wire such as silver or gold may be provided on the conductive substrate, and any method can be applied as long as the object can be achieved. is there.

本発明において用いられる半導体層としては、特に限定されないが、例えば、Bi、CdS、CdSe、CdTe、CuInS、CuInSe、Fe、GaP、GaAs、InP、Nb、PbS、Si、SnO、TiO、WO、ZnO、ZnS 等が挙げられ、好ましくはCdS、CdSe、CuInS、CuInSe、Fe、GaAs、InP、 Nb、PbS、SnO、TiO、WO、ZnOであり、複数の組み合わせであってもよい。特に好ましくはTiO、ZnO、SnO、Nbであり、最も好ましくはTiO、ZnOである。 The semiconductor layer used in the present invention is not particularly limited, for example, Bi 2 S 3, CdS, CdSe, CdTe, CuInS 2, CuInSe 2, Fe 2 O 3, GaP, GaAs, InP, Nb 2 O 5, PbS, Si, SnO 2 , TiO 2 , WO 3 , ZnO, ZnS and the like can be mentioned, preferably CdS, CdSe, CuInS 2 , CuInSe 2 , Fe 2 O 3 , GaAs, InP, Nb 2 O 5 , PbS, SnO 2 , TiO 2 , WO 3 , ZnO, and may be a plurality of combinations. Particularly preferred are TiO 2 , ZnO, SnO 2 and Nb 2 O 5 , and most preferred are TiO 2 and ZnO.

本発明に用いる半導体は単結晶でも多結晶でも良い。結晶系としては、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型などが主に用いられるが、好ましくはアナターゼ型である。半導体層の形成には公知の方法を用いることができる。
半導体層の形成方法としては、上記半導体のナノ粒子分散液、ゾル溶液等を、公知の方法により基板上に塗布することで得ることが出来る。この場合の塗布方法としては特に限定されるものではなく、キャスト法による薄膜状態で得る方法、スピンコート法、ディップコート法、バーコート法のほか、スクリーン印刷法を初めとした各種の印刷方法を挙げることができる。
半導体層の厚みは任意であるが、通常、0.1μm〜300μmであり、好ましくは1μm〜50μmである。
The semiconductor used in the present invention may be single crystal or polycrystalline. As the crystal system, anatase type, rutile type, brookite type and the like are mainly used, and anatase type is preferable. A known method can be used for forming the semiconductor layer.
As a method for forming the semiconductor layer, the semiconductor nanoparticle dispersion, the sol solution, or the like can be obtained by coating on a substrate by a known method. The coating method in this case is not particularly limited, and various printing methods including a screen printing method, in addition to a method obtained in a thin film state by a casting method, a spin coating method, a dip coating method, and a bar coating method. Can be mentioned.
Although the thickness of a semiconductor layer is arbitrary, it is 0.1 micrometer-300 micrometers normally, Preferably it is 1 micrometer-50 micrometers.

本発明における色素増感型太陽電池素子においては、半導体層の光吸収効率を向上すること等を目的として、半導体層を色素で修飾(吸着、含有など)させたものが用いられる。
本発明において用いることができる色素としては、半導体層の光吸収効率を向上させる色素であれば、特に制限されるものではなく、通常、各種の金属錯体色素や有機色素の一種または二種以上を用いることができる。また、半導体層への吸着性を付与するために、色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホニル基、ホスホニル基、カルボキシルアルキル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニルアルキル基、ホスホニルアルキル基などの官能基を有するものが好適に用いられる。
金属錯体色素としては、ルテニウム、オスミウム、鉄、コバルト、亜鉛の錯体や、金属フタロシアニン、クロロフィル等を用いることができる。
In the dye-sensitized solar cell element of the present invention, a semiconductor layer modified with a dye (adsorption, inclusion, etc.) is used for the purpose of improving the light absorption efficiency of the semiconductor layer.
The dye that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a dye that improves the light absorption efficiency of the semiconductor layer. Usually, one or more of various metal complex dyes and organic dyes are used. Can be used. In addition, in order to impart adsorptivity to the semiconductor layer, a functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfonyl group, a phosphonyl group, a carboxylalkyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonylalkyl group, or a phosphonylalkyl group is included in the dye molecule. Those having a group are preferably used.
As the metal complex dye, a complex of ruthenium, osmium, iron, cobalt, zinc, metal phthalocyanine, chlorophyll, or the like can be used.

また、有機色素としては、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、金属フリーフタロシアニン系色素を用いることができる。   As the organic dye, a cyanine dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye, a xanthene dye, a triphenylmethane dye, or a metal-free phthalocyanine dye can be used.

色素を半導体層に吸着させる方法としては、溶媒に色素を溶解させた溶液を、半導体層上にスプレーコートやスピンコートなどにより塗布した後、乾燥する方法により形成することができる。この場合、適当な温度に基板を加熱しても良い。または半導体層を溶液に浸漬して吸着させる方法を用いることも出来る。浸漬する時間は色素が十分に吸着すれば特に制限されることはないが、好ましくは1〜30時間、特に好ましくは5〜20時間である。また、必要に応じて浸漬する際に溶媒や基板を加熱しても良い。好ましくは溶液にする場合の色素の濃度としては、1〜1000mM/L、好ましくは10〜500mM/L程度である。   As a method for adsorbing the dye to the semiconductor layer, a solution in which the dye is dissolved in a solvent is applied on the semiconductor layer by spray coating or spin coating and then dried. In this case, the substrate may be heated to an appropriate temperature. Alternatively, a method in which a semiconductor layer is immersed in a solution and adsorbed can be used. The immersion time is not particularly limited as long as the dye is sufficiently adsorbed, but is preferably 1 to 30 hours, particularly preferably 5 to 20 hours. Moreover, you may heat a solvent and a board | substrate when immersing as needed. Preferably, the concentration of the dye in the case of a solution is about 1 to 1000 mM / L, preferably about 10 to 500 mM / L.

用いる溶媒としては、色素を溶解しかつ半導体層を溶解しなければ特に制限されることはなく、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリルなどのニトリル系溶媒、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、ペンタン、ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、2−ブタノン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等が使用可能である。   The solvent to be used is not particularly limited as long as it does not dissolve the dye and does not dissolve the semiconductor layer, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, and t-butanol. Nitrile solvents such as alcohol, acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaronitrile, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, pentane, heptane, hexane, cyclohexane, heptane, acetone, Methyl ethyl ketone, diethyl ketone, 2-butanone, diethyl ether, tetrahydrofuran, ethylene carbonate, propylene carbonate, nitromethane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, dimethoxy ester , Γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxyethane, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyl phosphate Dimethyl, tributyl phosphate, tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, tridecyl phosphate, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), Triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol and the like can be used.

本発明における色素増感型太陽電池素子の対極は、導電性基板上に触媒層を有する対向電極基板から構成される。
導電性基板は、基板自身が導電性あるいは少なくとも一方の面が導電性であればよく、透明な導電性基板でも、また不透明な導電性基板でも良い。透明な導電性基板としては前述の透明導電性基板が挙げられ、不透明な導電性基板としては種々の金属製電極のほか、例えばガラス基板上に成膜されたAu、Pt、Crなどを挙げることができる。
The counter electrode of the dye-sensitized solar cell element in the present invention is composed of a counter electrode substrate having a catalyst layer on a conductive substrate.
The conductive substrate only needs to be conductive or at least one surface of the conductive substrate, and may be a transparent conductive substrate or an opaque conductive substrate. Examples of the transparent conductive substrate include the transparent conductive substrate described above, and examples of the opaque conductive substrate include various metal electrodes and Au, Pt, Cr formed on a glass substrate. Can do.

触媒層は電解質のレドックス対の還元反応を進行させるためのものであり、触媒機能を有する材料であれば使用可能である。このような触媒層を形成するための材料としては、例えば、白金などの貴金属、ポリジオキシチオフェン、ポリピロールのような導電性有機化合物、若しくはカーボンなどを挙げることができる。
触媒層の形成方法は特に制限されるものではなく、公知の方法を採用することができる。例えば、白金などの場合には,通常公知の真空蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、あるいはスパッタリング法などにより製造することができる。また、前記の触媒形成材料とバインダーを混合してペースト状とし、導電性基板表面にスクリーン印刷、平板印刷、グラビア印刷、凹版印刷、フレキソ印刷、凸版印刷、特殊印刷する方法、ドクターブレード法等によっても製造することができる。
The catalyst layer is for advancing the reduction reaction of the redox couple of the electrolyte, and any material having a catalytic function can be used. Examples of the material for forming such a catalyst layer include noble metals such as platinum, conductive organic compounds such as polydioxythiophene and polypyrrole, and carbon.
The formation method in particular of a catalyst layer is not restrict | limited, A well-known method is employable. For example, in the case of platinum or the like, it can be produced by a generally known vacuum deposition method, ion plating method, CVD method or sputtering method. In addition, the catalyst-forming material and the binder are mixed to form a paste, and screen printing, flat printing, gravure printing, intaglio printing, flexographic printing, letterpress printing, special printing on a conductive substrate surface, doctor blade method, etc. Can also be manufactured.

本発明において用いられる電解質としては特に限定されるものではなく、液体系でも固体系でもいずれでもよく、可逆な電気化学的酸化還元特性を示すものが望ましいが、高分子固体電解質、ゲル電解質、常温溶融塩を含む電解質等が特に好ましい。   The electrolyte used in the present invention is not particularly limited, and may be either a liquid system or a solid system, and preferably exhibits reversible electrochemical redox characteristics, but is not limited to a polymer solid electrolyte, gel electrolyte, normal temperature An electrolyte containing a molten salt is particularly preferred.

液体系の電解質としては特に限定されるものではなく、通常、溶媒、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質(溶媒に可溶なもの)およびさらに必要に応じて支持電解質を基本的成分として構成される。
溶媒としては、一般に電気化学セルや電池に用いられる溶媒であればいずれも使用することができる。具体的には、無水酢酸、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、ニトロメタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、エチレンカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、スルホラン、ジメトキシエタン、プロピオンニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリプロピル、リン酸エチルジメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリペンチル、リン酸トリへキシル、リン酸トリヘプチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリノニル、リン酸トリデシル、リン酸トリス(トリフフロロメチル)、リン酸トリス(ペンタフロロエチル)、リン酸トリフェニルポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコール等が使用可能である。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジオキソラン、ジメチルホルムアミド、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、スルホラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルが好ましい。
The liquid electrolyte is not particularly limited. Usually, a solvent, a substance exhibiting reversible electrochemical redox characteristics (soluble in a solvent), and, if necessary, a supporting electrolyte as a basic component Composed.
Any solvent can be used as long as it is generally used in electrochemical cells and batteries. Specifically, acetic anhydride, methanol, ethanol, tetrahydrofuran, propylene carbonate, nitromethane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, ethylene carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, sulfolane, dimethoxy Ethane, propiononitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethyl sulfoxide, dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tripropyl phosphate, ethyldimethyl phosphate, tributyl phosphate, phosphorus Tripentyl phosphate, trihexyl phosphate, triheptyl phosphate, trioctyl phosphate, trinonyl phosphate, phosphoric acid Tridecyl, tris phosphate (trifluoromethyl), tris phosphate (pentafluoroethyl), triphenyl polyethylene glycol phosphate, polyethylene glycol, and the like can be used. In particular, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl sulfoxide, dimethoxyethane, acetonitrile, γ-butyrolactone, sulfolane, dioxolane, dimethylformamide, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, adiponitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, dimethylacetamide, methylpyrrolidinone, dimethylsulfoxide , Dioxolane, sulfolane, trimethyl phosphate and triethyl phosphate are preferred.

また、溶媒として常温溶融塩類も用いることができる。ここで、常温溶融塩とは、常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものである。   Moreover, room temperature molten salts can also be used as a solvent. Here, the room temperature molten salt is a salt composed of an ion pair that is melted at room temperature (that is, in a liquid state) and usually has a melting point of 20 ° C. or lower and is a liquid at a temperature exceeding 20 ° C. Is a salt.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質は、通常、いわゆるレドックス材と称されるものが挙げられるが、特にその種類を制限するものではない。かかる物質としては、例えば、フェロセン、p−ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン、N,N,N’,N’−テトラメチル−p−フェニレンジアミン、テトラチアフルバレン、チアントラセン、p−トルイルアミン等を挙げることができる。また、LiI、NaI、KI、CsI、CaI、4級イミダゾリウムのヨウ素塩、テトラアルキルアンモニウムのヨウ素塩、BrとLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBrなどの金属臭化物などが挙げられ、また、Brとテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ビピリジニウムブロマイド、臭素塩、フェロシアン酸―フェリシアン酸塩などの錯塩、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド、ヒドロキノン−キノン、ビオロゲン色素などを挙げることができる。 In addition, examples of substances that exhibit reversible electrochemical oxidation-reduction characteristics include what are commonly referred to as so-called redox materials, but the type is not particularly limited. Examples of such substances include ferrocene, p-benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane, N, N, N ′, N′-tetramethyl-p-phenylenediamine, tetrathiafulvalene, thi Anthracene, p-toluylamine, etc. can be mentioned. Further, LiI, NaI, KI, CsI , CaI 2, 4 quaternary imidazolium iodide salt, iodine tetraalkylammonium Motoshio, Br 2 and LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and metal bromides, such as CaBr 2 and the like, In addition, Br 2 and tetraalkylammonium bromide, bipyridinium bromide, bromine salts, complex salts such as ferrocyanic acid-ferricyanate, sodium polysulfide, alkylthiol-alkyldisulfides, hydroquinone-quinones, viologen dyes and the like can be mentioned. .

レドックス材は、酸化体、還元体のどちらか一方のみを用いてもよいし、酸化体と還元体を適当なモル比で混合し、添加することもできる。また、電気化学的応答性を示すように、これら酸化還元対を添加するなどしても良い。そのような性質を示す材料としては、ハロゲンイオン、SCN、ClO 、BF 、CFSO 、(CFSO、(CSO、PF 、AsF 、CHCOO、CH(C)SO 、および(CSOから選ばれる対アニオンを有するフェロセニウムなどのメタロセニウム塩などのほか、ヨウ素、臭素、塩素などのハロゲン類を用いることもできる。 As the redox material, only one of an oxidant and a reductant may be used, or the oxidant and the reductant may be mixed and added at an appropriate molar ratio. Further, these redox pairs may be added so as to show electrochemical responsiveness. Materials exhibiting such properties include halogen ions, SCN , ClO 4 , BF 4 , CF 3 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N -, PF 6 -, AsF 6 -, CH 3 COO -, CH 3 (C 6 H 4) SO 3 -, and (C 2 F 5 SO 2) 3 C - , such as ferrocenium having a counter anion selected from metallocenium of In addition to salts, halogens such as iodine, bromine and chlorine can also be used.

また、可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質として、レドックス性常温溶融塩類も用いることができる。ここで、レドックス性常温溶融塩とは、常温において溶融している(即ち液状の)イオン対からなる塩であり、通常、融点が20℃以下であり、20℃を越える温度で液状であるイオン対からなる塩を示すものであって、かつ可逆的な電気化学的酸化還元反応を行うことができるものである。
レドックス性常温溶融塩はその1種を単独で使用することができ、また2種以上を混合しても使用することもできる。
In addition, redox room temperature molten salts can also be used as substances exhibiting reversible electrochemical redox properties. Here, the redox room temperature molten salt is a salt composed of an ion pair melted at room temperature (that is, in a liquid state), and usually has a melting point of 20 ° C. or lower and is a liquid at a temperature exceeding 20 ° C. A salt consisting of a pair is shown, and a reversible electrochemical redox reaction can be performed.
The redox room temperature molten salt can be used alone or in combination of two or more.

可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質の使用量は、溶媒に溶解する限りにおいては、特に限定されるものではないが、通常溶媒に対して1質量%〜50質量%、好ましくは3質量%〜30質量%であることが望ましい。   The amount of the substance exhibiting reversible electrochemical redox properties is not particularly limited as long as it dissolves in the solvent, but is usually 1% by mass to 50% by mass, preferably 3% by mass with respect to the solvent. % To 30% by mass is desirable.

また、必要に応じて加えられる支持電解質としては、電気化学の分野又は電池の分野で通常使用される塩類、酸類、アルカリ類、常温溶融塩類が使用できる。
塩類としては、特に制限はなく、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、4級アンモニウム塩、環状4級アンモニウム塩、4級ホスホニウム塩などが使用でき、特にLi塩が好ましい。
酸類も特に限定されず、無機酸、有機酸などが使用でき、具体的には硫酸、塩酸、リン酸類、スルホン酸類、カルボン酸類などが使用できる。
アルカリ類も特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどがいずれも使用可能である。
Further, as the supporting electrolyte added as necessary, salts, acids, alkalis, and room temperature molten salts that are usually used in the field of electrochemistry or the field of batteries can be used.
The salt is not particularly limited, and examples thereof include inorganic ion salts such as alkali metal salts and alkaline earth metal salts, quaternary ammonium salts, cyclic quaternary ammonium salts, and quaternary phosphonium salts. preferable.
The acids are not particularly limited, and inorganic acids and organic acids can be used. Specifically, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acids, sulfonic acids, carboxylic acids and the like can be used.
The alkalis are not particularly limited, and any of sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be used.

また、電解質としては、前記のような液体系でもよいが、高分子固体電解質(イオン伝導性フィルム)を使用してもよい。高分子固体電解質としては、特に好ましいものとして、高分子マトリックスに、少なくとも可逆な電気化学的酸化還元特性を示す物質を含有し、所望により可塑剤をさらに含有するものが挙げられる。また、これらに加え、所望によりさらに前記した支持電解質や常温溶融塩などの他の任意成分を含有させてもよい。   The electrolyte may be a liquid as described above, but a polymer solid electrolyte (ion conductive film) may be used. Particularly preferable examples of the polymer solid electrolyte include a polymer matrix containing a substance exhibiting at least reversible electrochemical redox characteristics in a polymer matrix, and further containing a plasticizer if desired. In addition to these, other optional components such as the above-mentioned supporting electrolyte and room temperature molten salt may be further contained as desired.

高分子マトリックスとして使用できる材料としては、高分子マトリックス単体で、あるいは可塑剤の添加や、支持電解質の添加、または可塑剤と支持電解質の添加によって固体状態またはゲル状態が形成されれば特に制限は無く、一般的に用いられるいわゆる高分子化合物を用いることができる。   The material that can be used as the polymer matrix is not particularly limited as long as a solid state or a gel state is formed by the polymer matrix alone, or by the addition of a plasticizer, the addition of a supporting electrolyte, or the addition of a plasticizer and a supporting electrolyte. In general, so-called polymer compounds that are generally used can be used.

上記高分子マトリックスとしての特性を示す高分子化合物としては、ヘキサフロロプロピレン、テトラフロロエチレン、トリフロロエチレン、エチレン、プロピレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、スチレン、フッ化ビニリデンなどのモノマーを重合または共重合して得られる高分子化合物を挙げることができる。またこれらの高分子化合物は単独で用いても良く、また混合して用いても良い。これらの中でも、特にポリフッ化ビニリデン系高分子化合物が好ましい。   Examples of the polymer compound exhibiting characteristics as the polymer matrix include hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene, trifluoroethylene, ethylene, propylene, acrylonitrile, vinylidene chloride, acrylic acid, methacrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, and methyl methacrylate. And polymer compounds obtained by polymerizing or copolymerizing monomers such as styrene and vinylidene fluoride. These polymer compounds may be used alone or in combination. Among these, a polyvinylidene fluoride polymer compound is particularly preferable.

電解質層の厚さは、特に限定されないが、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上であり、また3mm以下が好ましく、より好ましくは1mm以下、さらに好ましくは0.5mm以下である。   The thickness of the electrolyte layer is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more, more preferably 10 μm or more, and preferably 3 mm or less, more preferably 1 mm or less, and still more preferably 0.5 mm or less.

本発明によれば、色素増感型太陽電池素子の面内周縁部に、貫通口を設けた硬化型シール材を設置することにより、真空脱気と同時に封止工程が終了し、次いでシール材を硬化させることにより、耐久性良好な色素増感型太陽電池素子を簡略化された方法で製造することができる。   According to the present invention, the sealing step is completed simultaneously with the vacuum degassing by installing the curable sealing material provided with the through-hole in the in-plane peripheral edge of the dye-sensitized solar cell element, and then the sealing material Is cured, a dye-sensitized solar cell element with good durability can be produced by a simplified method.

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらになんら制限されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
表面抵抗値2Ω/sqの10cm角ITOFガラス上に、SOLARONIXS社製のチタニアペーストTi−Nanoxide T/SPをスクリーン印刷法により塗布し100℃で乾燥させた。塗布した基板を、450℃で30分焼成した。焼成後のチタニア半導体層の膜厚を触針式膜厚計で計測したところ12μmであることが分かった。この基板を下記式(1)で示されるルテニウム色素/エタノール溶液(3.0×10−4mol/L)に15時間浸し、色素を吸着させた。

Figure 0004787540
[Example 1]
On a 10 cm square ITOF glass having a surface resistance of 2Ω / sq, a titania paste Ti-Nanoxide T / SP manufactured by SOLARONIXS was applied by a screen printing method and dried at 100 ° C. The coated substrate was baked at 450 ° C. for 30 minutes. When the film thickness of the titania semiconductor layer after firing was measured with a stylus type film thickness meter, it was found to be 12 μm. This substrate was immersed in a ruthenium dye / ethanol solution (3.0 × 10 −4 mol / L) represented by the following formula (1) for 15 hours to adsorb the dye.
Figure 0004787540

次にゲル電解質フィルムを以下のようにして作製した。
ポリ(フッ化ビニリデン−ヘキサフロロプロピレン)ブロック共重合体(ヘキサフロロプロピレン含有量:5重量%)6gを、γ−ブチロラクトン14gおよびアセトン15gの混合溶媒に溶解した。
この溶液に、ヨウ素230mg、ヨウ化リチウム1.2gおよび4−t−ブチルピリジン6.0gを加えて加熱溶解を行った後、室温まで冷却し、次いでガラス基板上に塗布し、アセトンを気化・除去し、厚み52μmのフィルムを得た。
得られたゲル電解質フィルムを前記基板上に装てん後、この基板の4辺周縁部に熱硬化型ポリイソブチレン系シール材に50μmのガラスビーズを混ぜてたものを、ディスペンサー法を用いて所定量塗布した。また貫通口は2mm幅で基板4隅に設けた。
Next, a gel electrolyte film was produced as follows.
6 g of a poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) block copolymer (hexafluoropropylene content: 5% by weight) was dissolved in a mixed solvent of 14 g of γ-butyrolactone and 15 g of acetone.
To this solution, 230 mg of iodine, 1.2 g of lithium iodide and 6.0 g of 4-t-butylpyridine were added and dissolved by heating. Then, the solution was cooled to room temperature, then applied onto a glass substrate, and acetone was vaporized. This was removed to obtain a film having a thickness of 52 μm.
After the obtained gel electrolyte film is mounted on the substrate, a predetermined amount of a mixture of thermosetting polyisobutylene-based sealing material mixed with 50 μm glass beads at the peripheral edges of the four sides is applied using a dispenser method. did. The through holes were 2 mm wide and provided at the four corners of the substrate.

得られた基板上に、チタン板上に膜厚30nmでPtを成膜した対向電極基板を合わせた後、図5に示したような真空引き冶具付ナイロン製袋に挿入して、真空引きし貫通口を閉塞させた。さらにこの状態で加熱オーブンを用いて100℃で30分間処理し、シール材を硬化させた。このようにして得られたセルの間隔は50μmであった。
なお、透明導電性基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得た素子にAM1.5Gの疑似太陽光を照射し、電流電圧特性を測定したところ、良好な光電変換特性(変換効率4.1%)が得られた。
また、この素子を室温下1000時間放置後に評価した結果、光電変換特性(変換効率4.0%)はほとんど変化せず、液漏れ等シール部の破壊は認められなかった。
A counter electrode substrate having a film thickness of 30 nm formed on a titanium plate was combined with the obtained substrate, and then inserted into a nylon bag with a vacuuming jig as shown in FIG. The through hole was closed. Furthermore, in this state, it processed for 30 minutes at 100 degreeC using the heating oven, and hardened the sealing material. The distance between the cells thus obtained was 50 μm.
A lead wire was connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the device thus obtained was irradiated with AM1.5G artificial sunlight and the current-voltage characteristics were measured, good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 4.1%) were obtained.
Further, as a result of evaluating this element after being left at room temperature for 1000 hours, the photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency: 4.0%) hardly changed, and no breakage of the seal part such as liquid leakage was observed.

[実施例2]
実施例1で作製した素子を80℃の環境下200時間放置後に評価した結果、光電変換特性(変換効率3.4%)は低下したものの液漏れ等シール部の破壊は認められなかった。
[Example 2]
As a result of evaluating the device produced in Example 1 after being allowed to stand for 200 hours in an environment at 80 ° C., the photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 3.4%) were lowered, but the sealing part was not damaged such as liquid leakage.

[実施例3]
図5に示したようなナイロン製袋に、5つのセルを同時に装てんした以外は、実施例1と同様の方法で行い、素子を作製した。
このようにして得た5つの素子に、それぞれAM1.5Gの疑似太陽光を照射し、電流電圧特性を測定したところ、5つの素子とも良好な光電変換特性(変換効率4.1〜4.3%)が得られた。
[Example 3]
A device was fabricated in the same manner as in Example 1 except that five cells were simultaneously loaded in a nylon bag as shown in FIG.
The five elements thus obtained were each irradiated with AM1.5G pseudo-sunlight and the current-voltage characteristics were measured. As a result, all the five elements had good photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 4.1 to 4.3). %)was gotten.

[比較例1]
実施例1において、図5に示したようなナイロン製袋に挿入しないでセル周辺部をクリップを用いて貫通口を閉塞させた後、加熱オーブンを用いて100℃で30分間処理し、シール材を硬化させた以外は実施例1と同様の方法でセルを作製した。
得られたセルの間隔は100μmであり、周辺部に空隙を生じ、基板と電解質層界面に一部剥離が認められた。
次いで、透明導電基板の導電層部分と対向電極にはリード線を接続した。
このようにして得た素子にAM1.5Gの疑似太陽光を照射し、電流電圧特性を測定したところ、光電変換特性(変換効率1.2%)が得られた。
上記のように真空脱気せずに封止したことにより、セル内部に空気が残留すると同時に、セル間隔が広がり基板と電解質層が均一密着していないため、光電変換効率が、実施例1に比べて大幅に低下した。
また、この素子を室温下1000時間放置後に評価した結果、光電変換特性(変換効率0.5%)が低下した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, the cell peripheral portion was closed with a clip without being inserted into the nylon bag as shown in FIG. 5, and then treated with a heating oven at 100 ° C. for 30 minutes to obtain a sealing material. A cell was produced in the same manner as in Example 1 except that was cured.
The obtained cell spacing was 100 μm, voids were formed in the peripheral portion, and partial peeling was observed at the interface between the substrate and the electrolyte layer.
Next, lead wires were connected to the conductive layer portion of the transparent conductive substrate and the counter electrode.
When the device thus obtained was irradiated with AM1.5G pseudo-sunlight and the current-voltage characteristics were measured, photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 1.2%) were obtained.
By sealing without vacuum degassing as described above, air remains inside the cell, and at the same time, the cell interval is widened and the substrate and the electrolyte layer are not uniformly adhered. Compared to a significant drop.
Moreover, as a result of evaluating this element after being allowed to stand at room temperature for 1000 hours, the photoelectric conversion characteristics (conversion efficiency 0.5%) were lowered.

従来例の色素増感型太陽電池素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the dye-sensitized solar cell element of a prior art example. 従来例の色素増感型太陽電池素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the dye-sensitized solar cell element of a prior art example. 本発明の色素増感型太陽電池素子を示す断面概略図の例である。It is an example of the cross-sectional schematic which shows the dye-sensitized solar cell element of this invention. シール材設置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of sealing material installation. 真空脱気方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the vacuum deaeration method.

符号の説明Explanation of symbols

1 透明導電性基板
2 導電性基板
3 光増感型色素で修飾された半導体層
4 触媒層
5 電解質
6 硬化型シール材
8 貫通口
9 注入口
10 シール材
11 封止用固形物
12 電解質
13 封止前太陽電池セル
14 真空引き袋
15 真空引き治具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent conductive substrate 2 Conductive substrate 3 Semiconductor layer modified with photosensitizing dye 4 Catalyst layer 5 Electrolyte 6 Curing type sealing material 8 Through port 9 Inlet 10 Sealing material 11 Solid material for sealing 12 Electrolyte 13 Sealing Non-stop solar cell 14 Vacuum bag 15 Vacuum drawing jig

Claims (1)

光透過性を有する導電性基板上に色素で修飾された半導体層を有する電極基板と、導電性基板上に触媒層を有する対向電極基板とを所定の間隔を隔てて対向させ、これらの基板間に電解質を配置し、該基板間の周縁部をシール材によりシールして成る色素増感型太陽電池素子の製造方法であって、前記シール材として硬化型材料を使用し、かつシール部の一部に貫通口を設けてセルを形成した後、当該セル内部を真空脱気し、真空脱気にともなってシール材が変形してシール材同士が結合することにより前記貫通口が閉塞した後、シール材を硬化させることを特徴とする色素増感型太陽電池素子の製造方法。 An electrode substrate having a semiconductor layer modified with a dye on a light-transmitting conductive substrate and a counter electrode substrate having a catalyst layer on the conductive substrate are opposed to each other at a predetermined interval. A method for producing a dye-sensitized solar cell element in which an electrolyte is disposed on a substrate and a peripheral portion between the substrates is sealed with a sealing material, wherein a curable material is used as the sealing material, and After forming a cell by providing a through-hole in the part, the inside of the cell is vacuum degassed , the sealant is deformed with vacuum degassing, and the through-hole is blocked by bonding the sealant, A method for producing a dye-sensitized solar cell element, wherein the sealing material is cured.
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