JP4824196B2 - Photoelectrode and dye-sensitized solar cell provided with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電極及びこれをこれを備えた色素増感型太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化やエネルギー問題に対する関心の高まりとともに太陽電池の様々な開発が進められている。その太陽電池の中でも、色素増感型太陽電池は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からその実用化が期待されている。
【0003】
従来の色素増感型太陽電池おいては、半導体電極に含有される増感色素の吸収係数が小さいことから、赤外〜近赤外の波長領域の光は半導体電極に入射しても当該半導体電極内において十分に吸収されずに透過してしまい、光電変換反応の進行に寄与していなかった。
【0004】
そのため、色素増感型太陽電池の実用化に向けて、光電極に備えられる半導体電極における入射光の吸収効率を向上させることにより、電池のエネルギー変換効率を向上させるための様々な検討が行われている。なお、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率η(%)は、下記式(1)で表される。また、下記式(1)中、P0は入射光強度[mWcm-2]、Vocは開放電圧[V]、Iscは短絡電流密度[mAcm-2]、F.F.は曲線因子(Fill Factor)を示す。
η=100×(Voc×Isc×F.F.)/P0…(1)
【0005】
上記の検討としては、例えば、特開平10−255863号公報には、平均粒径が例えば80nm以下である小さな半導体粒子を構成材料とする半導体電極(光吸収粒子層)の電解質溶液に接する側の面上に、平均粒径が例えば200〜500nmである大きな半導体粒子を構成材料とする層(光反射粒子層)を設けて光電極を構成し、当該半導体電極に入射する入射光を散乱させることにより、その吸収効率を向上させることを意図した色素増感型太陽電池が提案されている。
【0006】
また、特開2000−106222号公報には、半導体電極内に粒径の大きな半導体粒子(平均粒径;10〜300nm)と、粒径の小さな半導体粒子(平均粒径;10nm以下)とを混在させて当該半導体電極に入射する入射光を散乱させることにより、その吸収効率を向上させることを意図した色素増感型太陽電池が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らは、上記の特開平10−255863号公報の光電極を備えた色素増感型太陽電池及び特開2000−106222号公報に記載の光電極を備えた色素増感型太陽電池のいずれであっても、光電極を構成する半導体電極において十分な入射光の吸収効率が得られておらず、電池として十分なエネルギー変換効率を得ることができず未だ不十分であるということを見出した。
【0008】
すなわち、上記の二つの公報に記載の色素増感型太陽電池は、いずれにおいても大きな半導体結晶粒子による光散乱の結果、大きな半導体粒子がない場合に比べて半導体電極内を通過する光路長は長くなり光の利用率は増加するが、あくまで散乱現象を利用しているため、一部はどうしても半導体電極を通過してしまうという問題があった。特に、上記の二つの公報に記載の色素増感型太陽電池のように、半導体電極に球形の大きな半導体粒子が混入されていると、半導体電極において吸収されずに透過してしまう入射光の割合が大きくなり、その結果、半導体電極内での光の閉じ込め効果が小さくなり、入射光吸収効率が小さくなっていた。また、大きな半導体結晶粒子が多くなると、色素が吸着する半導体表面の総表面積が減って光吸収率が減少してしまい、かえってエネルギー変換効率が低下してしまうという問題もあった。
【0009】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、優れた入射光吸収効率を有する光電極及び優れたエネルギー変換効率を有する色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光電極を構成する半導体電極を少なくとも3層以上の複数の層からなる構成とし、各層に含まれる酸化物半導体粒子が、透明電極に最も近い位置に配置される層から透明電極に対して最も遠い位置に配置される層にかけて増加させることによって、半導体電極中での入射光の光閉じ込め効果を大きく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。
【0011】
すなわち、本発明は、受光面を有する半導体電極と、当該受光面上に隣接して配置された透明電極とを有する光電極であって、半導体電極が3層以上の複数の層から構成されており、複数の層の各層には、半導体材料として酸化物半導体粒子が含まれており、かつ、各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径が、透明電極に最も近い位置に配置される最内部の層から透明電極に対して最も遠い位置に配置される最外部の層にかけて増加していること、を特徴とする光電極を提供する。
【0012】
半導体電極を上記の構成とすることにより、各層の酸化物半導体粒子上における散乱光の量を、半導体電極の受光面から半導体電極の電解質に接することになる面(以下、裏面という)にかけた半導体の厚み方向に沿って徐々に増加させることができる。そのため、本発明の光電極は、先に述べた特開平10−255863号公報の光電極及び特開2000−106222号公報に記載の光電極のいずれに比較しても、半導体電極内における光散乱効率をより確実に向上させることができる。従って、本発明の光電極は優れた入射光吸収効率を得ることができる。
【0013】
ここで、本発明において、「各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径が、最内部の層から最外部の層にかけて増加している」状態とは、一端に位置する最外部の層の酸化物半導体粒子の平均粒径が他端に位置する最内部の層の酸化物半導体粒子の平均粒径よりも最終的に大きくなっており、複数の層を全体としてみた場合に各層の酸化物半導体粒子の平均粒径が最内部の層から最外部の層にかけて概略的に増加している状態を示す。
【0014】
例えば、最内部の層から最外部の層にかけて酸化物半導体粒子の平均粒径が単調に増加している状態であってもよい。また、例えば、最内部の層と最外部の層との間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の酸化物半導体粒子の平均粒径が同じ値をとる状態であってもよい。更に、最内部の層と最外部の層との間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の酸化物半導体粒子の平均粒径を比較した場合、最内部の層の側に位置する層の平均粒径が最外部の層の側に位置する層の平均粒径よりも大きい場合があってもよい。ただし、半導体電極の入射光の吸収効率を十分に確保する観点から、最内部の層から最外部の層にかけて酸化物半導体粒子の平均粒径が単調に増加している状態、又は、最内部の層と最外部の層との間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の酸化物半導体粒子の平均粒径が同じ値をとる状態が好ましい。
【0015】
また、本発明の光電極においては、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が50〜500nmであり、かつ、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径との差が10〜400nmであることが好ましい。これにより、半導体電極内における光散乱効率をより精密に向上させることができる。
【0016】
ここで、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が50nm未満であると、増感色素が吸収できる光を散乱する大径粒子の量及びその割合が減少し光散乱効率が不十分となるおそれがある。一方、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が500nmを超えると、電極内の増感色素量が減少し入射光吸収効率が低下するおそれがある。また、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径との差が10nm未満であると、光閉じ込め効果が不十分となるおそれがある。一方、この差が400nmを超えると、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が大きくなり電極内の増感色素量が減少するおそれがある。
【0017】
そして、上記と同様の観点から、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径は70〜400nmであることがより好ましく、80〜300nmであることが更に好ましい。また、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径との差は20〜300nmであることがより好ましく、25〜250nmであることが更に好ましい。
【0018】
更に、本発明の光電極は、半導体電極の各層に含まれる酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える大径粒子とからなり、小径粒子と大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合が、最内部の層から最外部の層にかけて増加しているものであってもよい。
【0019】
このように、半導体電極の各層に含有させる酸化物半導体粒子として上記の小径粒子と大径粒子とを混合して使用し、更に、その配合条件を上記の通りとすることによっても、各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径を先に述べたように最内部の層から最外部の層にかけて増加させることができる。
【0020】
ここで、この場合、上記の小径粒子の平均粒径が5nm未満であると、半導体電極層内の細孔径が小さくなり、増感色素の吸着時間の増大や増感色素の電解液中への拡散が困難となるおそれがある。一方、小径粒子の平均粒径が100nmを超えると、電極内の増感色素の量が減少するおそれがある。また、大径粒子の平均粒径が100nm以下であると、光散乱効果が小さく光閉じ込め効果が不十分となるおそれがある。そして、上記と同様の観点から、小径粒子の平均粒径は10〜80nmであることがより好ましく、15〜70nmであることが更に好ましい。また、大径粒子の平均粒径は100nmよりも大きく600nm以下であることがより好ましく、120〜450nmであることが更に好ましい。
【0021】
また、この場合、先に述べた各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径についての条件と同様の条件を満たす観点から、最外部の層における小径粒子と大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合は5〜100質量%であることが好ましく、20〜100質量%であることがより好ましい。
【0022】
また、本発明の光電極は、半導体電極の最内部の層を除く複数の層の各層に含まれる酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える大径粒子とからなり、最内部の層に含まれる酸化物半導体粒子は小径粒子であり、小径粒子と大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合が、複数の層のうち最内部の層に最も近い位置に配置される層から最外部の層にかけて増加しているものであってもよい。
【0023】
このように、半導体電極の各層に含有させる酸化物半導体粒子として、最内部の層に含まれる酸化物半導体粒子としては上記の小径粒子を使用し、最内部の層を除く複数の層の各層に含まれる酸化物半導体粒子としては上記の小径粒子と大径粒子とを混合して使用し、更に、その配合条件を上記の通りとすることによっても、各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径を先に述べたように最内部の層から最外部の層にかけて増加させることができる。
【0024】
この場合にも、小径粒子の平均粒径は10〜80nmであることがより好ましく、15〜70nmであることが更に好ましい。また、大径粒子の平均粒径は100nmよりも大きく600nm以下であることがより好ましく、120〜450nmであることが更に好ましい。更に、最外部の層における小径粒子と大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合は5〜100質量%であることが好ましく、20〜100質量%であることがより好ましい。
【0025】
また、本発明の光電極は、半導体電極の複数の層の少なくとも1つの層に、平均粒径の異なる少なくとも2種の酸化物半導体粒子が含有されているものであってもよい。この場合にも、各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径を先に述べたように最内部の層から最外部の層にかけて増加させることができる。例えば、半導体電極の複数の層のうち、平均粒径の異なる少なくとも2種の酸化物半導体粒子からなる層を1つのみとし、他の各層は1種の酸化物半導体粒子からなる層としてもよい。また、この場合、平均粒径の異なる少なくとも2種の酸化物半導体粒子として、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える大径粒子とを用いてもよい。
【0026】
また、本発明は、受光面を有する半導体電極と当該半導体電極の受光面上に隣接して配置された透明電極とを有する光電極と、対極とを有しており、半導体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増感型太陽電池であって、光電極が前述した本発明の光電極であることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。このように、前述した本発明の光電極を用いることにより、優れたエネルギー変換効率を有する色素増感型太陽電池を構成することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の光電極及び色素増感型太陽電池の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0028】
[第一実施形態]
図1は、本発明の光電極の第一実施形態を示す模式断面図である。また、図2は、図1に示した領域100の部分の模式拡大断面図である。更に、図3は、図1に示した光電極を備えた色素増感型太陽電池を示す模式断面図である。
【0029】
図1に示す光電極10は、主として、受光面F2を有する半導体電極2と、当該半導体電極2の受光面F2上に隣接して配置された透明電極1ととから構成されている。また、図3に示す色素増感型太陽電池20は、主として、図1に示した光電極10と、対極CEと、スペーサーSにより光電極10と対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。そして、半導体電極2は、受光面F2と反対側の裏面F22において電解質Eと接触している。
【0030】
この色素増感型太陽電池20は、透明電極1を透過して半導体電極2に照射される光L10によって半導体電極2内において電子を発生させる。そして、半導体電極2内において発生した電子は、透明電極1に集められて外部に取り出される。
【0031】
透明電極1の構成は特に限定されるものではなく、通常の色素増感型太陽電池に搭載される透明電極を使用できる。例えば、図1及び図3の透明電極1は、ガラス基板等の透明基板4の半導体電極2の側に光を透過させるためのいわゆる透明導電膜3をコートした構成を有する。この透明導電膜3としては、液晶パネル等に用いられる透明電極を用いればよい。例えば、フッ素ドープSnO2コートガラス、ITOコートガラス、ZnO:Alコートガラス等が挙げられる。また、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板4上に設けたものでもよい。
【0032】
透明基板4としては、液晶パネル等に用いられる透明基板を用いてよい。具体的には透明なガラス基板、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射を防止したもの、すりガラス状の半透明のガラス基板など光を透過するものが透明基板材料として挙げられる。なお、光を透過するものであれば材質はガラスでなくてもよく、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などでもよい。
【0033】
図1及び図2に示すように、半導体電極2は、酸化物半導体粒子を構成材料とする3つの層から構成されている。すなわち、半導体電極2は、透明電極1に最も近い位置に配置される最内部の層21と、透明電極1に対して最も遠い位置に配置される最外部の層22と、最内部の層21と最外部の層22との間に配置される内部層23とから構成されている。そして、3つの層にそれぞれ含まれている酸化物半導体粒子の平均粒径を比較すると、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加している。更に、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径は好ましくは70〜400nmとなるように調節されており、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径との差は好ましくは20〜300nmとなるように調節されている。この光電極10においては、上記の構造を有する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電極2内における入射光の吸収効率の向上が図られている。
【0034】
すなわち、図2に示すように、透明電極1の受光面F1から入射し最内部の層21内を透過する光L10の一部は、内部層23に含有される平均粒径のより大きな酸化物半導体粒子P3上で効率よく反射されて、散乱光L12となり再び最内部の層21に効率よく戻される。更に、内部層23内を透過する光(図示せず)の一部も、最外部の層22に含有されている酸化物半導体粒子P3上で効率よく反射されて、散乱光(図示せず)となり再び最内部の層21に効率よく戻される。この半導体電極2の各層内における高い光閉込め効果により、半導体電極2において優れた入射光吸収効率を得ることができる。
【0035】
図2に示すように、半導体電極2の最内部の層21は、主として、酸化物半導体粒子(小径粒子)P1とこの酸化物半導体粒子P1の表面に吸着された増感色素P2とから構成されている。また、内部層23及び最外部の層22は、主として、酸化物半導体粒子P1と、この酸化物半導体粒子P1よりも粒径の大きな酸化物半導体粒子(大径粒子)P3と、これら酸化物半導体粒子P1及び酸化物半導体粒子P3の表面に吸着された増感色素P2とから構成されている。
【0036】
ここで、酸化物半導体粒子(小径粒子)P1の平均粒径は好ましくは5〜100nmとなるように調節されている。また、酸化物半導体粒子(大径粒子)P3の平均粒径は好ましくは100nmよりも大きくなるように調節されている。そして、最外部の層22における酸化物半導体粒子P1と酸化物半導体粒子P3との合量に対する酸化物半導体粒子P3の配合割合は、内部層23における酸化物半導体粒子P1と酸化物半導体粒子P3との合量に対する酸化物半導体粒子P3の配合割合よりも大きくなるように調節されている。その結果、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加することになる。なお、この光電極10の場合には、最内部の層21には、酸化物半導体粒子P3は実質的に含有されていない。
【0037】
上記酸化物半導体粒子P1及び酸化物半導体粒子P3は特に限定されるものではなく、公知の酸化物半導体等を使用することができる。酸化物半導体としては、例えば、TiO2,ZnO,SnO2,Nb2O5,In2O3,WO3,ZrO2,La2O3,Ta2O5,SrTiO3,BaTiO3等を用いることができる。
【0038】
また、半導体電極2の第一の半導体層5及び第二の半導体層6に含有させる増感色素P2は特に限定されるものではなく、可視光領域および/または赤外光領域に吸収を持つ色素であればよい。この増感色素P2としては、金属錯体や有機色素等を用いることができる。金属錯体としては銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン、クロロフィルまたはその誘導体、ヘミン、ルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体(例えばシス−ジシアネート−ビス(2、2’−ビピリジル−4、4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II))等が挙げられる。有機色素としては,メタルフリーフタロシアニン,シアニン系色素,メタロシアニン系色素,キサンテン系色素,トリフェニルメタン系色素等を用いることができる。
【0039】
また、半導体電極2の厚みは、3〜50μmであることが好ましく、5〜30μmであることがより好ましく、6〜18μmであることが更に好ましい。半導体電極の厚みが3μm未満となると、色素吸着量が少なくなり光を有効に吸収できなくなる傾向が大きくなる。一方、半導体電極の厚みが50μmを超えると、電気抵抗が大きくなり半導体に注入されたキャリアの損失量が多くなるとともに、イオン拡散抵抗が増大して、光励起されて半導体への電子注入を果した後の色素に対するI-からの電子注入によってI3 -の対極への搬出が阻害され、電池の出力特性が低下する傾向が大きくなる。
【0040】
また、対極CEは、特に限定されるものではなく、例えば、シリコン太陽電池、液晶パネル等に通常用いられている対極と同じものを用いてよい。例えば、前述の透明電極1と同じ構成を有するものであってもよく、透明電極1と同様の透明導電膜3上にPt等の金属薄膜電極を形成し、金属薄膜電極を電解質Eの側に向けて配置させるものであってもよい。また、透明電極1の透明導電膜3に白金を少量付着させたものであってもよく、白金などの金属薄膜、炭素などの導電性膜などであってもよい。
【0041】
更に、電解質Eの組成も光励起され半導体への電子注入を果した後の色素を還元するための酸化還元種を含んでいれば特に限定されないが、I-/I3 -等の酸化還元種を含むヨウ素系レドックス溶液が好ましく用いられる。具体的には、I-/I3 -系の電解質はヨウ素のアンモニウム塩あるいはヨウ化リチウムとヨウ素を混合したものなどを用いることができる。その他、Br-/Br3 -系、キノン/ハイドロキノン系などのレドックス電解質をアセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネートなどの電気化学的に不活性な溶媒(およびこれらの混合溶媒)に溶かしたものも使用できる。
【0042】
また、スペーサーSの構成材料は特に限定されるものではなく、例えば、シリカビーズ等を用いることができる。
【0043】
次に、図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型太陽電池20の製造方法の一例について説明する。
【0044】
先ず、透明電極1を製造する場合は、ガラス基板等の基板4上に先に述べたフッ素ドープSnO2等の透明導電膜3をスプレーコートする等の公知の方法を用いて形成することができる。
【0045】
次に、透明電極1の透明導電膜3上に半導体電極2の各層を形成する方法としては、例えば、以下の方法がある。すなわち、先ず、酸化チタン等の半導体粒子P1を分散させた最内部の層21を形成するための分散液を調製する。この分散液の溶媒は水、有機溶媒、または両者の混合溶媒など酸化物半導体粒子P1を分散できるものなら特に限定されない。また、分散液中には必要に応じて界面活性剤、粘度調節剤を加えてもよい。次に、分散液を透明電極1の透明導電膜3上に塗布し、次いで乾燥する。このときの塗布方法としてはバーコーター法、印刷法などを用いることができる。そして、乾燥した後、空気中、不活性ガス或いは窒素中で加熱、焼成して半導体電極2の最内部の層21(多孔質半導体膜)を形成する。このときの焼成温度は300〜800℃が好ましい。焼成温度が300℃未満であると酸化物半導体粒子P1間の固着、基板への付着力が弱くなり十分な強度がでなくなるおそれがある。焼成温度が800℃を超えると酸化物半導体粒子P1間の固着が進み、半導体電極2(多孔質半導体膜)の表面積が小さくなるおそれがある。
【0046】
次に、最内部の層21上に内部層23を形成する場合には、例えば、上記の最内部の層21を形成するための分散液に、所定量の酸化物半導体粒子P3を更に添加させた組成を有する分散液を調製する以外は、上述した最内部の層21を形成する方法と同様にして内部層23を形成することができる。更に、内部層23上に最外部の層22を形成する場合にも、例えば、上記の最内部の層21を形成するための分散液に、所定量の酸化物半導体粒子P3を更に添加させた組成を有する分散液を調製する以外は、上述した最内部の層21を形成する方法と同様にして内部層23上に最外部の層22を形成することができる。
【0047】
次に、半導体電極2中に浸着法等の公知の方法により増感色素P2を含有させる。増感色素P2は半導体電極2に付着(化学吸着、物理吸着または堆積など)させることにより含有させる。この付着方法は、例えば色素を含む溶液中に半導体電極2を浸漬するなどの方法を用いることができる。この際、溶液を加熱し還流させるなどして増感色素の吸着、堆積を促進することができる。なお、このとき、色素の他に必要に応じて、銀等の金属やアルミナ等の金属酸化物を半導体電極2中に含有させてもよい。
【0048】
なお、半導体電極2内に含まれる光電変換反応を阻害する不純物を除去する表面酸化処理を、各層それぞれの形成時毎、或いは、各層全てを形成した時などに公知の方法により適宜施してもよい。
【0049】
また、透明電極1の透明導電膜3上に半導体電極2を形成する他の方法としては、以下の方法がある。すなわち、透明電極1の透明導電膜3上にTiO2等の半導体を膜状に蒸着させる方法を用いてもよい。透明導電膜3上に半導体を膜状に蒸着させる方法としては公知の方法を用いることができる。例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法を用いてもよく、酸素等の反応性ガス中で金属等を蒸発させ、反応生成物を透明導電膜3上に堆積させる反応蒸着法を用いてもよい。更に、反応ガスの流れを制御する等してCVD等の化学蒸着法を用いることもできる。
【0050】
このようにして光電極10を作製した後は、公知の方法により対極CEを作製し、これと光電極10と、スペーサーSを図1に示すように組み上げて、内部に電解質Eを充填し、色素増感型太陽電池20を完成させる。
【0051】
[第二実施形態]
以下、図4を参照しながら本発明の光電極の第二実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図4は、本発明の光電極の第二実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【0052】
本実施形態の光電極11(図示せず)は、図4に示すように、半導体電極2の最内部の層21にも酸化物半導体粒子(大径粒子)P3が含まれており、各層における酸化物半導体粒子P1(小径粒子)と酸化物半導体粒子(大径粒子)P3との合量に対する酸化物半導体粒子(大径粒子)P3の配合割合が、最内部の層21から最外部の層22にかけて増加していること以外は、図1に示す光電極10と同様の構成を有している。これにより、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加することになる。この光電極11においては、上記の構造を有する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電極2内における入射光の吸収効率の向上が図られている。
【0053】
そして、この光電極11を備えた色素増感型太陽電池(図示せず)は、当該光電極11以外は図1に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有する。また、光電極11及び光電極11を備えた色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の方法により製造することができる。
【0054】
[第三実施形態]
以下、図5を参照しながら本発明の光電極の第三実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図5は、本発明の光電極の第三実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【0055】
本実施形態の光電極12(図示せず)は、図5に示すように、半導体電極2の最外部の層22を構成する半導体材料が1種類の酸化物半導体粒子P3のみである以外は、図1に示す光電極10と同様の構成を有している。すなわち、図5に示す半導体電極2は、内部層22のみが平均粒径の異なる2種の酸化物半導体粒子(酸化物半導体粒子P1(小径粒子)及び酸化物半導体粒子(大径粒子)P3)から構成されており、それ以外の層は1種類の酸化物半導体粒子により形成されている。この場合にも、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加することになる。この光電極12においては、上記の構造を有する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電極2内における入射光の吸収効率の向上が図られている。
【0056】
そして、この光電極12を備えた色素増感型太陽電池(図示せず)は、当該光電極12以外は図1に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有する。また、光電極12及び光電極12を備えた色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の方法により製造することができる。
【0057】
[第四実施形態]
以下、図6を参照しながら本発明の光電極の第三実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図6は、本発明の光電極の第三実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【0058】
本実施形態の光電極13(図示せず)は、図6に示すように、半導体電極2の内部層23を構成する半導体材料が1種類の酸化物半導体粒子P3のみであり、最外部の層22を構成する半導体材料が1種類の酸化物半導体粒子P4のみである以外は、図1に示す光電極10と同様の構成を有している。なお、この場合、最外部の層22を構成する酸化物半導体粒子P4の平均粒径は酸化物半導体粒子P3の平均粒径よりも大きくなるように調節されている。この場合にも、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加することになる。この光電極13においては、上記の構造を有する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電極2内における入射光の吸収効率の向上が図られている。
【0059】
そして、この光電極13を備えた色素増感型太陽電池(図示せず)は、当該光電極13以外は図1に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有する。また、光電極13及び光電極13を備えた色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の方法により製造することができる。
【0060】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【0061】
例えば、上記の実施形態においては、3層の構造を有する半導体電極を備えた光電極及びこれを備える色素増感型太陽電池について説明したが、本発明の光電極及び色素増感型太陽電池はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の光電極は、図7に示す光電極14のように、4層以上の層から構成された半導体電極2を備える構成を有していてもよい。例えば、図7に示す光電極14の半導体電極2は、最内部の層21と最外部の層22と、最内部の層21と最外部の層22との間に配置される内部層23及び24とから構成されている。そして、この場合、半導体電極2の4つの層にそれぞれ含まれている酸化物半導体粒子の平均粒径を比較すると、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加するように調節されている。
【0062】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の光電極及び色素増感型太陽電池について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【0063】
(実施例1)
以下に示す手順により、図5に示した光電極12と同様の構成を有する光電極を作製し、更に、この光電極を用いた以外は図3に示す色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する5×20mmのスケールの色素増感型太陽電池を作製した。
【0064】
先ず、TiO2粒子(アナターゼ、日本アエロジル社製、商品名;「P25」、平均粒径;25nm、以下、P25という)にアセチルアセトン、イオン交換水、界面活性剤(東京化成社製、商品名;「Triton−X」)を加え、混練して最内部の層21形成用のスラリー(P25の含有量;15質量%、以下、スラリー1とする)を調製した。
【0065】
次に、P25と、市販の大径TiO2粒子(アナターゼ、平均粒径;180nm、以下、P180という)とを用い、P25とP180との質量比が、P25:P180=1:1となるようにした以外は前述のスラリー1と同様の調製手順により、内部層23形成用のスラリー(P25の含有量;7.5質量%、P180の含有量;7.5質量%、以下、スラリー2とする)を調製した。
【0066】
次に、P180のみを用いた以外は前述のスラリー1と同様の調製手順により、内部層23形成用のスラリー(P180の含有量;15質量%、以下、スラリー3とする)を調製した。
【0067】
一方、ガラス基板4(透明導電性ガラス)上にフッ素ドープされたSnO2導電膜3(膜厚;700nm)を形成した透明電極1(厚さ;1.1mm)を準備した。そして、このSnO2導電膜3上に、上述のスラリー1をバーコーダを用いて塗布し、次いで乾燥させた。その後、大気中、450℃の条件のもとで30分間焼成した。
【0068】
更に、スラリー2及びスラリー3を用いてこの塗布と焼成とを繰り返すことにより、SnO2導電膜上に図5に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;15μm、最内部の層21の層厚;5μm、内部層23の層厚;5μm、最外部の層22の層厚;5μm)を形成し、増感色素を含有していない光電極を作製した。
【0069】
その後、半導体電極の裏面に色素を以下のようにして吸着させた。先ず、増感色素としてルテニウム錯体[cis-Di(thiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'dicarboxylic acid)-ruthenium(II)]を用い、これのエタノール溶液(増感色素の濃度;3×10-4mol/L)を調製した。次に、この溶液に半導体電極を浸漬し、80℃の温度条件のもとで20時間放置した。これにより、半導体電極2の内部に増感色素を約1.0×10-7mol/cm2吸着させた。次に、開放電圧Vocを向上させるために、ルテニウム錯体吸着後の半導体電極を4-tert-ブチルピリジンのアセトニトリル溶液に15分浸漬した後、25℃に保持した窒素気流中において乾燥させ、光電極12を完成させた。
【0070】
次に、上記の光電極と同様の形状と大きさを有する対極として、電子ビーム蒸着法によりPtが蒸着された透明導電性ガラス電極(Pt薄膜の厚さ;3nm)を作製した。また、電解質Eとして、ヨウ素、ヨウ化リチウム、イミダゾリウム塩を含むヨウ素系レドックス溶液を調製した。更に、半導体電極の大きさに合わせた形状を有する三井デュポンポリケミカル社製のスペーサーS(商品名:「ハイミラン」)を準備し、図3に示すように、光電極12と対極CEとスペーサーSを介して対向させ、内部に上記の電解質を充填して色素増感型太陽電池を完成させた。
【0071】
(実施例2)
半導体電極の製造を以下のようにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順により図2に示した光電極10及び図3に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。
【0072】
先ず、P25と、P180とを用い、P25とP180との質量比が、P25:P180=7:3となるようにした以外は前述のスラリー1と同様の調製手順により、内部層23形成用のスラリー(P25の含有量;10.5質量%、P180の含有量;4.5質量%、以下、スラリー4とする)を調製した。
【0073】
そして、前述のスラリー1を使用して最内部の層21を形成し、スラリー4を使用して内部層23を形成し、前述のスラリー2を使用して最外部の層22を形成した。以外は実施例1と同様にして、SnO2導電膜上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1cm2、層厚;15μm、最内部の層21の層厚;5μm、内部層23の層厚;5μm、最外部の層22の層厚;5μm)を形成し、増感色素を含有していない光電極を作製した。
【0074】
(実施例3)
半導体電極の製造を以下のようにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順により図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。
【0075】
オートクレーブ内に、Tiを含む化学種(チタンアルコキシド)、イオン交換水、pH調製剤(硝酸、アンモニア等)を入れ、所定の反応条件下において、Tiを含む化学種の加水分解反応を進行させ、次いで、得られるTiO2粒子の結晶化を進行させることにより、平均粒径が27nmのTiO2粒子(アナターゼ、以下、P27という)を含むコロイド溶液(以下、コロイド溶液1という)を調製した。次に、オートクレーブ内における反応条件を変えたこと以外は上記コロイド溶液1と同様の手順により、平均粒径が56nmのTiO2粒子(アナターゼ、以下、P56という)を含むコロイド溶液(以下、コロイド溶液2という)、平均粒径が112nmのTiO2粒子(アナターゼ、以下、P112という)を含むコロイド溶液(以下、コロイド溶液3という)、平均粒径が198nmのTiO2粒子(アナターゼ、以下、P198という)を含むコロイド溶液(以下、コロイド溶液4という)を調製した。なお、これらのコロイド溶液1〜4に含まれるTiO2粒子の平均粒径は、光散乱光度計(大塚電子社製)をもちいて、レーザー光の動的光散乱を解析することにより求めた。
【0076】
次に、コロイド溶液1〜4のそれぞれに対して溶媒希釈や溶媒除去を施すことによりTiO2粒子の濃度を調製し、更に、セルロース系の粘度調整剤を加えることにより以下に示すペーストを調製した。
【0077】
すなわち、コロイド溶液1を使用してP27のみを含むペースト(P27の含有量;12質量%、以下、ペースト1という)、コロイド溶液1及びコロイド溶液4を使用してP27とP198との質量比をP27:P198=7:3としたペースト(以下、ペースト2という)、コロイド溶液1及びコロイド溶液4を使用してP27とP198との質量比をP27:P198=1:1としたペースト(以下、ペースト2という)を調製した。
【0078】
そして、ペースト1を最内部の層21の形成に用い、ペースト2を内部層23の形成に用い、ペースト3を最外部の層22の形成に用いた。すなわち、ペースト1〜3をスクリーン印刷したこと以外は、実施例1と同様手順により、透明電極1上に図1に示す半導体電極2半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1cm2、層厚;12μm、最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
【0079】
(実施例4)
半導体電極の製造を以下のようにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順により図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。
【0080】
すなわち、実施例3において用いたペースト2を最内部の層21の形成に用いた。また、実施例3において用いたペースト3を内部層23の形成に用いた。更に、コロイド溶液4を使用してP198のみを含むペースト(P198の含有量;12質量%、以下、ペースト4という)を調製し、これを最外部の層22の形成に用いた。
【0081】
そして、上記の各ペーストをスクリーン印刷したこと以外は、実施例1と同様手順により、透明電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm、最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
【0082】
(実施例5)
半導体電極の製造を以下のようにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順により図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。
【0083】
すなわち、実施例3において調製したコロイド溶液1及びコロイド溶液3を使用してP27とP112との質量比をP27:P112=7:3としたペースト(P27の含有量;8.4質量%、P112の含有量;3.6質量%、以下、ペースト5という)を調製し、これを最内部の層21の形成に用いた。
【0084】
また、実施例3において調製したコロイド溶液1及びコロイド溶液3を使用してP27とP112との質量比をP27:P112=1:1としたペースト(P27の含有量;6質量%、P112の含有量;6質量%、以下、ペースト6という)を調製し、これを内部層23の形成に用いた。更に、実施例4において調製したペースト4を用いて最外部の層22を形成した。
【0085】
そして、上記の各ペーストをスクリーン印刷したこと以外は、実施例1と同様手順により、透明電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm、最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
【0086】
(実施例6)
実施例3において調製したP27のみからなるペースト1を用いて最内部の層21を形成した。また、実施例3において調製したコロイド溶液2を使用してP56のみを含むペースト(P56の含有量;12質量%、以下、ペースト7という)を調製し、これを内部層23の形成に用いた。更に、実施例4において調製したP198のみからなるペースト4を用いて最外部の層22の形成に用いた。
【0087】
そして、上記の各ペーストをスクリーン印刷したこと以外は、実施例1と同様の手順により、透明電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、膜厚12μm、最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
【0088】
(比較例1)
実施例1に用いたスラリー1のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;15μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、スラリー1の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返すことにより行った。
【0089】
(比較例2)
実施例1に用いたスラリー1調製時の溶媒量を減少させたこと以外は同様にして、高濃度のP25を高濃度で含有するスラリー(P25の含有量;40質量%、以下、スラリー5とする)を調製した。そして、このスラリー5のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;15μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、スラリー1の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は1回のみ行った。
【0090】
(比較例3)
実施例1に用いたスラリー4のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;15μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、スラリー4の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返すことにより行った。
【0091】
(比較例4)
実施例3に用いたペースト1のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト1の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返すことにより行った。
【0092】
(比較例5)
実施例4に用いたペースト4のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト4の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返すことにより行った。
【0093】
(比較例6)
実施例1に用いたペースト2のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト2の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返すことにより行った。
【0094】
(比較例7)
実施例3において調製したコロイド溶液1及びコロイド溶液2を使用してP27とP56との質量比をP27:P56=7:3としたペースト(P27の含有量;8.4質量%、P112の含有量;3.6質量%、以下、ペースト8という)を調製した。また、実施例3において調製したコロイド溶液1及びコロイド溶液2を使用してP27とP56との質量比をP27:P56=1:1としたペースト(P27の含有量;6質量%、P56の含有量;6質量%、以下、ペースト9という)を調製した。更に、実施例3において調製したコロイド溶液2を使用してP56のみを含むペースト(P56の含有量;100質量%、以下、ペースト10という)を調製した。
【0095】
そして、ペースト8を用いて最内部の層21を形成し、ペースト2を用いて内部層23を形成し、ペースト10を用いて最外部の層22を形成し、3つの層からなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。
【0096】
(比較例8)
実施例3において調製したP27のみからなるペースト1を用いて透明電極1上へのスクリーン印刷による塗布、乾燥、焼成を2回繰り返すことにより最内部の層21を形成した。更に、実施例4において調製したP198のみからなるペースト4を用いて最内部層21上にスクリーン印刷による塗布、乾燥、焼成を行い最外部の層22を形成した。
【0097】
そして、実施例1と同様の手順により、透明電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、膜厚12μm、最内部の層21の層厚;8μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
【0098】
[電池特性試験]
電池特性試験を行ない、実施例1〜実施例7、比較例1の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率ηを測定した。電池特性試験は、ソーラーシミュレータ(ワコム製、商品名;「WXS−85−H型」)を用い、AMフィルター(AM−1.5)を通したキセノンランプから100mW/cm2の疑似太陽光を照射することにより行った。I−Vテスターを用いて電流−電圧特性を測定し、開放電圧(Voc/V)、短絡電流(Isc/mA・cm-2)、曲線因子(F.F.)及びエネルギー変換効率(η/%)を求めた。実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例8の各色素増感型太陽電池に備えられている光電極の構成と電池特性試験の結果を表1に示す。
【0099】
【表1】
【0100】
表1に示した結果から明らかなように、実施例1〜実施例6の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率ηは、それぞれに対応する比較例1〜比較例8の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率ηよりも高い値を示すことが確認された。
【0101】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光電極を構成する半導体電極内において高い光閉じ込め効果を得ることが可能となるので、優れた入射光利用率を有する光電極を構成することができる。また、この光電極を用いることにより、優れたエネルギー変換効率を有する色素増感型太陽電池を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電極の第一実施形態を示す模式断面図である。
【図2】図1に示した領域100の部分の模式拡大断面図である。
【図3】図1に示した光電極を備えた色素増感型太陽電池を示す模式断面図である。
【図4】本発明の光電極の第二実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【図5】本発明の光電極の第三実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【図6】本発明の光電極の第四実施形態の半導体電極の内部構造を示す模式断面図である。
【図7】図1に示した光電極の他の実施形態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
1…透明電極、2…半導体電極、3…透明導電膜、4…基板、10,11,12,13,14…光電極,20…色素増感型太陽電池、21…最内部の層、22…最外部の層、63…内部層、100…光電極10の部分領域、CE…対極、E…電解質、F1,F2,F3,…受光面、F22…半導体電極2の裏面、L10…入射光、L12…散乱光、P1…酸化物半導体粒子、P2…増感色素、P3…酸化物半導体粒子、P4…酸化物半導体粒子、S…スペーサー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectrode and a dye-sensitized solar cell including the photoelectrode.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various developments of solar cells have been promoted with increasing interest in global warming and energy problems. Among such solar cells, dye-sensitized solar cells are expected to be put to practical use because they are inexpensive and can be manufactured by a relatively simple process.
[0003]
In conventional dye-sensitized solar cells, since the absorption coefficient of the sensitizing dye contained in the semiconductor electrode is small, even if light in the infrared to near-infrared wavelength region is incident on the semiconductor electrode, the semiconductor It penetrated without being sufficiently absorbed in the electrode, and did not contribute to the progress of the photoelectric conversion reaction.
[0004]
For this reason, various studies for improving the energy conversion efficiency of the battery by improving the absorption efficiency of incident light in the semiconductor electrode provided in the photoelectrode have been conducted for practical application of the dye-sensitized solar cell. ing. The energy conversion efficiency η (%) of the dye-sensitized solar cell is represented by the following formula (1). In the following formula (1), P0Is the incident light intensity [mWcm-2], VocIs the open circuit voltage [V], IscIs the short-circuit current density [mAcm-2], FF shows a fill factor.
η = 100 × (Voc× Isc× F.F.) / P0... (1)
[0005]
As for the above examination, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-255863, a semiconductor electrode (light absorbing particle layer) having a small semiconductor particle having an average particle diameter of, for example, 80 nm or less as a constituent material is in contact with the electrolyte solution. On the surface, a layer (light reflecting particle layer) made of large semiconductor particles having an average particle diameter of 200 to 500 nm, for example, is provided to constitute a photoelectrode, and incident light incident on the semiconductor electrode is scattered. Thus, a dye-sensitized solar cell intended to improve the absorption efficiency has been proposed.
[0006]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-106222 discloses a semiconductor electrode in which semiconductor particles having a large particle size (average particle size: 10 to 300 nm) and semiconductor particles having a small particle size (average particle size: 10 nm or less) are mixed. Thus, a dye-sensitized solar cell intended to improve the absorption efficiency by scattering incident light incident on the semiconductor electrode has been proposed.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventors have disclosed a dye-sensitized solar cell provided with the photoelectrode described in JP-A-10-255863 and a dye-sensitized solar cell provided with the photoelectrode described in JP-A-2000-106222. In any of the batteries, sufficient incident light absorption efficiency is not obtained in the semiconductor electrode constituting the photoelectrode, and sufficient energy conversion efficiency as a battery cannot be obtained, which is still insufficient. I found.
[0008]
That is, in the dye-sensitized solar cells described in the above two publications, as a result of light scattering by the large semiconductor crystal particles, the optical path length passing through the semiconductor electrode is longer than when there is no large semiconductor particle. Although the utilization rate of the light increases, there is a problem that a part of the light passes through the semiconductor electrode because it uses the scattering phenomenon. In particular, as in the dye-sensitized solar cell described in the above two publications, the ratio of incident light that is transmitted without being absorbed by the semiconductor electrode when large semiconductor particles having a spherical shape are mixed in the semiconductor electrode. As a result, the light confinement effect in the semiconductor electrode is reduced, and the incident light absorption efficiency is reduced. In addition, when the number of large semiconductor crystal particles increases, the total surface area of the semiconductor surface to which the dye is adsorbed decreases, resulting in a decrease in light absorption rate.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and aims to provide a photoelectrode having excellent incident light absorption efficiency and a dye-sensitized solar cell having excellent energy conversion efficiency. To do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have configured the semiconductor electrode constituting the photoelectrode to be composed of a plurality of layers of at least three layers, and the oxide semiconductor particles contained in each layer, By increasing from the layer disposed closest to the transparent electrode to the layer disposed farthest from the transparent electrode, the light confinement effect of incident light in the semiconductor electrode can be greatly improved. The headline, the present invention has been reached.
[0011]
That is, the present invention is a photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface and a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface, wherein the semiconductor electrode is composed of a plurality of layers of three or more layers. Each of the plurality of layers includes oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and the average particle diameter of the oxide semiconductor particles included in each layer is the closest to the transparent electrode. There is provided a photoelectrode characterized by increasing from an inner layer to an outermost layer disposed at a position farthest from the transparent electrode.
[0012]
With the semiconductor electrode having the above-described configuration, the amount of scattered light on the oxide semiconductor particles in each layer is applied to the surface (hereinafter referred to as the back surface) that is in contact with the electrolyte of the semiconductor electrode from the light receiving surface of the semiconductor electrode. It can be gradually increased along the thickness direction. For this reason, the photoelectrode of the present invention has a light scattering effect in the semiconductor electrode, as compared with any of the photoelectrode described in JP-A-10-255863 and the photoelectrode described in JP-A-2000-106222. Efficiency can be improved more reliably. Therefore, the photoelectrode of the present invention can obtain excellent incident light absorption efficiency.
[0013]
Here, in the present invention, the state that “the average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer increases from the innermost layer to the outermost layer” is the state of the outermost layer located at one end. The average particle diameter of the oxide semiconductor particles is finally larger than the average particle diameter of the oxide semiconductor particles of the innermost layer located at the other end, and when a plurality of layers are viewed as a whole, the oxide of each layer It shows a state in which the average particle diameter of the semiconductor particles is roughly increased from the innermost layer to the outermost layer.
[0014]
For example, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles may be monotonously increasing from the innermost layer to the outermost layer. Further, for example, among the layers arranged between the innermost layer and the outermost layer, even if the average particle size of the oxide semiconductor particles of some adjacent layers takes the same value, Good. Furthermore, when the average particle size of the oxide semiconductor particles of some adjacent layers among the layers arranged between the innermost layer and the outermost layer is compared, the innermost layer side There may be a case where the average particle diameter of the positioned layer is larger than the average particle diameter of the layer positioned on the outermost layer side. However, from the viewpoint of sufficiently ensuring the absorption efficiency of incident light of the semiconductor electrode, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles monotonously increases from the innermost layer to the outermost layer, or the innermost Of the layers arranged between the outermost layer and the outermost layer, it is preferable that the average particle diameters of the oxide semiconductor particles of some adjacent layers have the same value.
[0015]
In the photoelectrode of the present invention, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 50 to 500 nm, and the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the innermost layer The difference from the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in is preferably 10 to 400 nm. Thereby, the light scattering efficiency in a semiconductor electrode can be improved more precisely.
[0016]
Here, if the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is less than 50 nm, the amount and ratio of the large-diameter particles that scatter the light that can be absorbed by the sensitizing dye decrease, and the light scattering efficiency is insufficient. There is a risk of becoming. On the other hand, if the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer exceeds 500 nm, the amount of sensitizing dye in the electrode may be reduced, and the incident light absorption efficiency may be reduced. Further, if the difference between the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the innermost layer is less than 10 nm, the light confinement effect may be insufficient. . On the other hand, if this difference exceeds 400 nm, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer may increase, and the amount of sensitizing dye in the electrode may decrease.
[0017]
From the same viewpoint as described above, the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is more preferably 70 to 400 nm, and still more preferably 80 to 300 nm. The difference between the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the innermost layer is more preferably 20 to 300 nm, and preferably 25 to 250 nm. Further preferred.
[0018]
Further, in the photoelectrode of the present invention, the oxide semiconductor particles contained in each layer of the semiconductor electrode are composed of small particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm and large particles having an average particle diameter exceeding 100 nm. The mixing ratio of the large-diameter particles to the total amount of the large-diameter particles may increase from the innermost layer to the outermost layer.
[0019]
As described above, the oxide semiconductor particles to be contained in each layer of the semiconductor electrode are used by mixing the above-mentioned small-diameter particles and large-diameter particles, and further including the blending conditions as described above. As described above, the average particle size of the oxide semiconductor particles can be increased from the innermost layer to the outermost layer.
[0020]
Here, in this case, when the average particle diameter of the small-diameter particles is less than 5 nm, the pore diameter in the semiconductor electrode layer is reduced, and the time for adsorbing the sensitizing dye is increased or the sensitizing dye is dissolved in the electrolyte. Diffusion may be difficult. On the other hand, when the average particle diameter of the small diameter particles exceeds 100 nm, the amount of the sensitizing dye in the electrode may be reduced. Further, if the average particle size of the large particles is 100 nm or less, the light scattering effect is small and the light confinement effect may be insufficient. From the same viewpoint as described above, the average particle size of the small particles is more preferably 10 to 80 nm, and further preferably 15 to 70 nm. The average particle size of the large particles is more preferably greater than 100 nm and 600 nm or less, and even more preferably 120 to 450 nm.
[0021]
Further, in this case, from the viewpoint of satisfying the same conditions as the conditions for the average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer described above, the large amount relative to the total amount of the small diameter particles and the large diameter particles in the outermost layer. The blending ratio of the diameter particles is preferably 5 to 100% by mass, and more preferably 20 to 100% by mass.
[0022]
In the photoelectrode of the present invention, the oxide semiconductor particles contained in each of a plurality of layers excluding the innermost layer of the semiconductor electrode are small particles having an average particle size of 5 to 100 nm and an average particle size of 100 nm. The oxide semiconductor particles contained in the innermost layer are small-diameter particles, and the mixing ratio of the large-diameter particles to the total amount of the small-diameter particles and the large-diameter particles is the highest among the plurality of layers. It may increase from the layer disposed closest to the inner layer to the outermost layer.
[0023]
As described above, as the oxide semiconductor particles to be contained in each layer of the semiconductor electrode, the above-mentioned small-diameter particles are used as the oxide semiconductor particles contained in the innermost layer, and each of a plurality of layers excluding the innermost layer is used. As the oxide semiconductor particles contained, the above-mentioned small-diameter particles and large-diameter particles are mixed and used, and the average particle size of the oxide semiconductor particles contained in each layer can be obtained by setting the blending conditions as described above. The diameter can be increased from the innermost layer to the outermost layer as described above.
[0024]
Also in this case, the average particle diameter of the small-diameter particles is more preferably 10 to 80 nm, and further preferably 15 to 70 nm. The average particle size of the large particles is more preferably greater than 100 nm and 600 nm or less, and even more preferably 120 to 450 nm. Furthermore, the blending ratio of the large diameter particles to the total amount of the small diameter particles and the large diameter particles in the outermost layer is preferably 5 to 100% by mass, and more preferably 20 to 100% by mass.
[0025]
Moreover, the photoelectrode of the present invention may contain at least two kinds of oxide semiconductor particles having different average particle diameters in at least one of the plurality of layers of the semiconductor electrode. Also in this case, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer can be increased from the innermost layer to the outermost layer as described above. For example, among the plurality of layers of the semiconductor electrode, only one layer made of at least two kinds of oxide semiconductor particles having different average particle diameters may be used, and each of the other layers may be made of one kind of oxide semiconductor particles. . In this case, as the at least two kinds of oxide semiconductor particles having different average particle diameters, a small particle having an average particle diameter of 5 to 100 nm and a large particle having an average particle diameter exceeding 100 nm may be used.
[0026]
The present invention also includes a photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface, a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface of the semiconductor electrode, and a counter electrode. Provided is a dye-sensitized solar cell disposed opposite to an electrolyte, wherein the photoelectrode is the above-described photoelectrode of the present invention. Thus, the dye-sensitized solar cell which has the outstanding energy conversion efficiency can be comprised by using the photoelectrode of this invention mentioned above.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0028]
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the photoelectrode of the present invention. FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of a portion of the
[0029]
The
[0030]
The dye-sensitized
[0031]
The structure of the
[0032]
As the
[0033]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0034]
That is, as shown in FIG. 2, a part of the light L10 incident from the light receiving surface F1 of the
[0035]
As shown in FIG. 2, the
[0036]
Here, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles (small-diameter particles) P1 is preferably adjusted to be 5 to 100 nm. The average particle size of the oxide semiconductor particles (large particle) P3 is preferably adjusted to be larger than 100 nm. And the compounding ratio of the oxide semiconductor particle P3 with respect to the total amount of the oxide semiconductor particle P1 and the oxide semiconductor particle P3 in the
[0037]
The oxide semiconductor particles P1 and the oxide semiconductor particles P3 are not particularly limited, and known oxide semiconductors and the like can be used. As an oxide semiconductor, for example, TiO2, ZnO, SnO2, Nb2OFive, In2OThree, WOThree, ZrO2, La2OThree, Ta2OFive, SrTiOThree, BaTiOThreeEtc. can be used.
[0038]
Moreover, the sensitizing dye P2 contained in the first semiconductor layer 5 and the second semiconductor layer 6 of the
[0039]
Moreover, it is preferable that the thickness of the
[0040]
Further, the counter electrode CE is not particularly limited, and for example, the same counter electrode as that normally used for a silicon solar cell, a liquid crystal panel, or the like may be used. For example, it may have the same structure as the
[0041]
Furthermore, the composition of the electrolyte E is not particularly limited as long as it contains a redox species for reducing the dye after photoexcitation and electron injection into the semiconductor.-/ IThree -An iodine redox solution containing a redox species such as the above is preferably used. Specifically, I-/ IThree -As the system electrolyte, an ammonium salt of iodine or a mixture of lithium iodide and iodine can be used. Other, Br-/ BrThree -A quinone / hydroquinone redox electrolyte dissolved in an electrochemically inert solvent (and mixed solvent thereof) such as acetonitrile, propylene carbonate, and ethylene carbonate can also be used.
[0042]
The constituent material of the spacer S is not particularly limited, and for example, silica beads or the like can be used.
[0043]
Next, an example of a manufacturing method of the
[0044]
First, when the
[0045]
Next, as a method of forming each layer of the
[0046]
Next, when the
[0047]
Next, the sensitizing dye P2 is contained in the
[0048]
The surface oxidation treatment for removing impurities that inhibit the photoelectric conversion reaction contained in the
[0049]
Other methods for forming the
[0050]
After producing the
[0051]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode of the second embodiment of the photoelectrode of the present invention.
[0052]
In the photoelectrode 11 (not shown) of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the
[0053]
The dye-sensitized solar cell (not shown) provided with the photoelectrode 11 has the same configuration as the dye-sensitized
[0054]
[Third embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode of the third embodiment of the photoelectrode of the present invention.
[0055]
As shown in FIG. 5, the photoelectrode 12 (not shown) of the present embodiment, except that the semiconductor material constituting the
[0056]
A dye-sensitized solar cell (not shown) provided with the photoelectrode 12 has the same configuration as the dye-sensitized
[0057]
[Fourth embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode of the third embodiment of the photoelectrode of the present invention.
[0058]
As shown in FIG. 6, the photoelectrode 13 (not shown) of the present embodiment has only one kind of oxide semiconductor particles P3 as a semiconductor material constituting the
[0059]
A dye-sensitized solar cell (not shown) provided with the photoelectrode 13 has the same configuration as the dye-sensitized
[0060]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
[0061]
For example, in the above-described embodiment, the photoelectrode including the semiconductor electrode having a three-layer structure and the dye-sensitized solar cell including the semiconductor electrode have been described. However, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell of the present invention are It is not limited to this. For example, the photoelectrode of the present invention may have a configuration including the
[0062]
【Example】
Hereinafter, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0063]
Example 1
A photoelectrode having the same configuration as that of the photoelectrode 12 shown in FIG. 5 is prepared by the following procedure, and the same as the dye-sensitized
[0064]
First, TiO2Particles (anatase, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name: “P25”, average particle size: 25 nm, hereinafter referred to as “P25”), acetylacetone, ion-exchanged water, surfactant (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name: “Triton-X ”) Was added and kneaded to prepare a slurry for forming the innermost layer 21 (P25 content; 15 mass%, hereinafter referred to as slurry 1).
[0065]
Next, P25 and commercially available large diameter TiO2The same preparation as
[0066]
Next, a slurry for forming the inner layer 23 (content of P180; 15 mass%, hereinafter referred to as slurry 3) was prepared by the same preparation procedure as that of the
[0067]
On the other hand, SnO doped with fluorine on the glass substrate 4 (transparent conductive glass)2A transparent electrode 1 (thickness: 1.1 mm) on which a conductive film 3 (film thickness: 700 nm) was formed was prepared. And this SnO2The above-mentioned
[0068]
Furthermore, by repeating this coating and
[0069]
Then, the pigment | dye was made to adsorb | suck to the back surface of a semiconductor electrode as follows. First, a ruthenium complex [cis-Di (thiocyanato) -N, N'-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'dicarboxylic acid) -ruthenium (II)]] is used as a sensitizing dye, and an ethanol solution thereof is used. (Sensitizing dye concentration; 3 × 10-Fourmol / L) was prepared. Next, the semiconductor electrode was immersed in this solution and allowed to stand under a temperature condition of 80 ° C. for 20 hours. Thereby, a sensitizing dye is added to the inside of the
[0070]
Next, as a counter electrode having the same shape and size as the above-described photoelectrode, a transparent conductive glass electrode (thickness of Pt thin film; 3 nm) on which Pt was deposited by an electron beam deposition method was produced. In addition, an iodine redox solution containing iodine, lithium iodide, and imidazolium salt was prepared as the electrolyte E. Further, a spacer S (trade name: “HIMILAN”) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. having a shape corresponding to the size of the semiconductor electrode is prepared. As shown in FIG. 3, the photoelectrode 12, the counter electrode CE, and the spacer S are prepared. The dye was sensitized and filled with the above electrolyte to complete a dye-sensitized solar cell.
[0071]
(Example 2)
Except that the semiconductor electrode was manufactured as follows, the same configuration as that of the
[0072]
First, using P25 and P180, and the mass ratio of P25 and P180 was set to P25: P180 = 7: 3, the preparation procedure for the
[0073]
Then, the
[0074]
(Example 3)
Except that the semiconductor electrode was manufactured as follows, the same configuration as that of the
[0075]
In the autoclave, a chemical species containing Ti (titanium alkoxide), ion-exchanged water, a pH adjuster (nitric acid, ammonia, etc.) is added, and under a predetermined reaction condition, a hydrolysis reaction of the chemical species containing Ti proceeds. The resulting TiO2By proceeding crystallization of the particles, TiO with an average particle size of 27 nm2A colloid solution (hereinafter referred to as colloid solution 1) containing particles (anatase, hereinafter referred to as P27) was prepared. Next, TiO having an average particle diameter of 56 nm is obtained by the same procedure as that of the
[0076]
Next,
[0077]
That is, the paste containing only P27 using the colloid solution 1 (P27 content; 12 mass%, hereinafter referred to as paste 1), the
[0078]
Then,
[0079]
Example 4
Except that the semiconductor electrode was manufactured as follows, the same configuration as that of the
[0080]
That is, the
[0081]
A semiconductor electrode having the same structure as the
[0082]
(Example 5)
Except that the semiconductor electrode was manufactured as follows, the same configuration as that of the
[0083]
That is, using the
[0084]
Moreover, the paste (P27 content; 6 mass%, P112 content) in which the mass ratio of P27 and P112 was set to P27: P112 = 1: 1 using the
[0085]
A semiconductor electrode having the same structure as the
[0086]
(Example 6)
The
[0087]
A semiconductor electrode having the same configuration as the
[0088]
(Comparative Example 1)
A semiconductor electrode composed of only one layer using only the
[0089]
(Comparative Example 2)
A slurry containing a high concentration of P25 at a high concentration (P25 content; 40% by mass; hereinafter, slurry 5 and the same) except that the amount of solvent used in Example 1 was reduced. Prepared). And only this slurry 5 is used, and the semiconductor electrode which consists of only one layer (the area of a light-receiving surface; 1.0 cm)2A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell were produced by the same procedure as in Example 1 except that the layer thickness was 15 μm. In this case, the application, drying, and firing of the
[0090]
(Comparative Example 3)
A semiconductor electrode composed of only one layer using only the
[0091]
(Comparative Example 4)
A semiconductor electrode composed of only one layer using only the
[0092]
(Comparative Example 5)
A semiconductor electrode consisting of only one layer using only the
[0093]
(Comparative Example 6)
A semiconductor electrode consisting of only one layer using only the
[0094]
(Comparative Example 7)
Using the
[0095]
Then, the
[0096]
(Comparative Example 8)
Using the
[0097]
Then, by the same procedure as in Example 1, a semiconductor electrode having the same configuration as the
[0098]
[Battery characteristics test]
A battery characteristic test was performed, and the energy conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 was measured. The battery characteristic test was performed using a solar simulator (trade name; “WXS-85-H type” manufactured by Wacom) and 100 mW / cm from a xenon lamp through an AM filter (AM-1.5).2It was performed by irradiating the simulated sunlight. The current-voltage characteristics were measured using an IV tester, and the open circuit voltage (Voc / V) and short circuit current (Isc / mA · cm) were measured.-2), Fill factor (F.F.) and energy conversion efficiency (η /%). Table 1 shows the configuration of the photoelectrodes provided in each of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8 and the results of the battery characteristic test.
[0099]
[Table 1]
[0100]
As is clear from the results shown in Table 1, the energy conversion efficiencies η of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 6 are the dye-sensitized solars of Comparative Examples 1 to 8 corresponding to each. It was confirmed that the value was higher than the energy conversion efficiency η of the battery.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a high light confinement effect can be obtained in the semiconductor electrode constituting the photoelectrode, a photoelectrode having an excellent incident light utilization rate can be constituted. . Moreover, the dye-sensitized solar cell which has the outstanding energy conversion efficiency can be comprised by using this photoelectrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a photoelectrode of the present invention.
FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of a portion of a
3 is a schematic sectional view showing a dye-sensitized solar cell including the photoelectrode shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a semiconductor electrode according to a second embodiment of the photoelectrode of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a semiconductor electrode according to a third embodiment of the photoelectrode of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a semiconductor electrode according to a fourth embodiment of the photoelectrode of the present invention.
7 is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the photoelectrode shown in FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体電極が3層以上の複数の層から構成されており、
前記複数の層の各層には、半導体材料として酸化物半導体粒子が含まれており、かつ、
前記各層に含まれる前記酸化物半導体粒子の平均粒径が、前記透明電極に最も近い位置に配置される最内部の層から前記透明電極に対して最も遠い位置に配置される最外部の層にかけて増加しており、
前記酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える大径粒子とからなり、
前記小径粒子と前記大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合が、前記最内部の層から前記最外部の層にかけて増加していること、を特徴とする光電極。A photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface and a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface,
The semiconductor electrode is composed of a plurality of layers of three or more layers,
Each of the plurality of layers includes oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and
The average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer is from the innermost layer disposed at the position closest to the transparent electrode to the outermost layer disposed at the position farthest from the transparent electrode. Has increased ,
The oxide semiconductor particles are composed of small particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm and large particles having an average particle diameter exceeding 100 nm,
The photoelectrode characterized in that the blending ratio of the large-diameter particles to the total amount of the small-diameter particles and the large-diameter particles increases from the innermost layer to the outermost layer .
前記半導体電極が3層以上の複数の層から構成されており、
前記複数の層の各層には、半導体材料として酸化物半導体粒子が含まれており、かつ、
前記各層に含まれる前記酸化物半導体粒子の平均粒径が、前記透明電極に最も近い位置に配置される最内部の層から前記透明電極に対して最も遠い位置に配置される最外部の層にかけて増加しており、
前記最内部の層を除く前記複数の層の各層に含まれる前記酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える大径粒子とからなり、
前記最内部の層に含まれる前記酸化物半導体粒子は前記小径粒子であり、
前記小径粒子と前記大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合が、前記複数の層のうち前記最内部の層に最も近い位置に配置される層から前記最外部の層にかけて増加していること、を特徴とする光電極。A photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface and a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface,
The semiconductor electrode is composed of a plurality of layers of three or more layers,
Each of the plurality of layers includes oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and
The average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer is from the innermost layer disposed at the position closest to the transparent electrode to the outermost layer disposed at the position farthest from the transparent electrode. Has increased ,
The oxide semiconductor particles contained in each of the plurality of layers excluding the innermost layer are composed of small particles having an average particle size of 5 to 100 nm and large particles having an average particle size of more than 100 nm,
The oxide semiconductor particles contained in the innermost layer are the small-diameter particles,
The mixing ratio of the large particle to the total amount of the small particle and the large particle is increased from the layer arranged closest to the innermost layer to the outermost layer among the plurality of layers. photoelectrode that it is possible, and characterized.
かつ、前記最外部の層における前記酸化物半導体粒子の平均粒径と前記最内部の層における前記酸化物半導体粒子の平均粒径との差が10〜400nmであること、を特徴とする請求項1又は2に記載の光電極。The average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 50 to 500 nm,
And claims the difference between the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the mean particle size and the innermost layer of the oxide semiconductor particles in the outermost layer to be 10 to 400 nm, characterized by The photoelectrode according to 1 or 2 .
前記光電極が請求項1〜3の何れかに記載の光電極であることを特徴とする色素増感型太陽電池。A photoelectrode having a semiconductor electrode having a light-receiving surface and a transparent electrode disposed adjacent to the light-receiving surface of the semiconductor electrode, and a counter electrode, the semiconductor electrode and the counter electrode being interposed via an electrolyte A dye-sensitized solar cell disposed opposite to each other,
The said photoelectrode is a photoelectrode in any one of Claims 1-3 , The dye-sensitized solar cell characterized by the above-mentioned.
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