JP6805490B2 - Method for forming porous semiconductor electrodes of coating liquid and dye-sensitized solar cells - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質半導体電極を形成するための塗工液に関する。 The present invention relates to a coating liquid for forming a porous semiconductor electrode.
再生可能エネルギーの導入が世界的な潮流となりつつある中、太陽電池にも高い関心が集まっている。太陽電池としては、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型などシリコンを材料とするもの、セレン化銅インジウムなど化合物半導体を材料とするものなどが実用化されている。しかしながら、これらのいずれの太陽電池もモジュール生産に多大なエネルギーを要することから、生産コスト低減には制約があり、太陽電池の大規模な普及を図る上で制約となっている。 With the introduction of renewable energy becoming a global trend, there is also a great deal of interest in solar cells. As the solar cell, one made of silicon such as single crystal silicon type, polycrystalline silicon type, and amorphous silicon type, and one made of compound semiconductor such as copper indium selenium are put into practical use. However, since all of these solar cells require a large amount of energy for module production, there are restrictions on the reduction of production costs, which is a restriction on the large-scale spread of solar cells.
一方、生産エネルギーが相対的に低く、低コスト化を図る上で有利な太陽電池として、色素増感太陽電池がある。色素増感太陽電池は、ガラスなどからなる透明基板上に、導電性透明薄膜、多孔質半導体電極、光増感化合物(増感色素等)、酸化還元対を有する電解質含有体(電解液等)、対極を順に積層させた構造をしている。増感色素を保持する半導体電極を多孔質化させることによって比表面積を数百倍から千倍に拡大し、保持される増感色素の量を大幅に増やしたことにより、大きな光電流を得られるようにした点が特徴である(例えば、非特許文献1、2参照)。 On the other hand, there is a dye-sensitized solar cell as a solar cell which has a relatively low production energy and is advantageous for cost reduction. A dye-sensitized solar cell is an electrolyte-containing material (electrolyte solution, etc.) having a conductive transparent thin film, a porous semiconductor electrode, a photosensitizing compound (sensitizing dye, etc.), and a redox pair on a transparent substrate made of glass or the like. , The structure is such that the counter electrodes are laminated in order. By making the semiconductor electrode that holds the sensitizing dye porous, the specific surface area is expanded hundreds to thousands of times, and the amount of the sensitizing dye that is held is significantly increased, so that a large photocurrent can be obtained. This is a feature (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).
一般的に、色素増感太陽電池用半導体電極は、半導体ナノ結晶粒子とバインダーとを含む分散液を、粘性を調整した塗工液に処方し、これをスクリーン印刷等の方法により基板に塗布した後、加熱焼成によってバインダーを除去し、多孔質化することによって得られる。半導体ナノ結晶粒子としては酸化チタンが用いられる場合が多い。 Generally, in a semiconductor electrode for a dye-sensitized solar cell, a dispersion liquid containing semiconductor nanocrystal particles and a binder is formulated in a coating liquid having an adjusted viscosity, and this is applied to a substrate by a method such as screen printing. After that, it is obtained by removing the binder by heating and firing to make it porous. Titanium oxide is often used as the semiconductor nanocrystal particles.
色素増感太陽電池の発電原理は、(1)半導体電極表面に固定された光増感化合物が太陽光等の外部光を吸収して励起状態となる、(2)これが半導体電極に対して電子を放出する、(3)放出された電子が半導体電極を拡散移動し、導電性透明基板に到着する、(4)導電性基板から外部回路を経由して対極に移動する、(5)対極において電解液中の酸化還元対を還元する、(6)この還元体が電解液中を移動して色素に到着し、電子放出した光増感化合物を還元して基底状態に戻す、という(1)〜(6)のサイクルに基づく。本サイクルを繰り返すことにより、光が照射されている間、持続的に発電がなされる。 The power generation principle of the dye-sensitized solar cell is as follows: (1) The photosensitizing compound fixed on the surface of the semiconductor electrode absorbs external light such as sunlight and becomes excited. (2) This is an electron with respect to the semiconductor electrode. (3) The emitted electrons diffuse and move around the semiconductor electrode and arrive at the conductive transparent substrate, (4) Move from the conductive substrate to the counter electrode via an external circuit, and (5) At the counter electrode. The oxidation-reduction pair in the electrolytic solution is reduced. (6) This reducing body moves in the electrolytic solution and arrives at the dye, and the photosensitizing compound emitted by electrons is reduced to return to the basal state (1). Based on the cycle of ~ (6). By repeating this cycle, power generation is continuously generated while the light is irradiated.
このような発電原理に鑑みたとき、半導体電極中に形成される多孔質構造は、適切な表面積と適切な細孔径とを同時に有する必要がある。すなわち、発電サイクルの起点である太陽光吸収を増やすためには増感色素量が多いほど有利であるため、色素固定面である半導体電極表面の面積が多い方が望ましい。一方、電解液中の酸化還元対が色素を基底状態に戻し、発電サイクルを完結させるためには、電解液が多孔質構造中の細孔に十分に充填され、電解液と色素が接触している必要があるが、細孔が狭すぎると電解液が充分に浸透できず、細孔内に充填されないため、適切に設定された直径を超える細孔を構築する必要がある。とりわけ、電解液の粘度が高く、細孔に対して浸透しにくい場合にこの問題は顕著となる。 In view of such a power generation principle, the porous structure formed in the semiconductor electrode needs to have an appropriate surface area and an appropriate pore diameter at the same time. That is, in order to increase the absorption of sunlight, which is the starting point of the power generation cycle, the larger the amount of the sensitizing dye, the more advantageous it is. On the other hand, in order for the redox pair in the electrolytic solution to return the dye to the ground state and complete the power generation cycle, the electrolytic solution is sufficiently filled in the pores in the porous structure, and the electrolytic solution and the dye come into contact with each other. However, if the pores are too narrow, the electrolytic solution cannot sufficiently permeate and the pores are not filled, so that it is necessary to construct pores having a diameter exceeding an appropriately set diameter. In particular, this problem becomes remarkable when the viscosity of the electrolytic solution is high and it is difficult to penetrate into the pores.
半導体電極中の細孔構造は、一義的には半導体ナノ結晶粒子を含む塗工液が基板に塗布された後、加熱によってバインダーが消失し、残ったナノ結晶粒子が膜を形成する際、粒子間に隙間が生じることで形成される。この場合、粒子サイズが大きいほど、形成される細孔径も大きくなるものであるが、これに伴って単位体積あたりの表面積は減少する。従って、単に粒子同士の隙間によって細孔を形成するのでは、適切な表面積と適切な細孔径を同時に有することが困難である。 The pore structure in the semiconductor electrode is uniquely that when a coating liquid containing semiconductor nanocrystal particles is applied to the substrate, the binder disappears by heating, and the remaining nanocrystal particles form a film. It is formed by creating a gap between them. In this case, the larger the particle size, the larger the pore diameter formed, but the surface area per unit volume decreases accordingly. Therefore, it is difficult to have an appropriate surface area and an appropriate pore diameter at the same time by simply forming pores by gaps between particles.
上記問題を解決するため、通常の加熱焼成と同程度の加熱によって燃焼、消滅し、なおかつ、消滅時に、粒子同士の接触によって形成される隙間よりも大きな径を有する細孔を与える粒子状材料(以下、加熱消滅性材料と称する)を塗工液の添加剤として加える試みが従来よりなされている(例えば、特許文献1〜4参照)。例えば、特許文献1では、平均粒径100nmから1,000nmのポリスチレン粒子、もしくは平均粒径50nmのカーボンナノチューブを加熱消滅性材料として酸化チタンペーストに添加することにより、焼成後の酸化チタン電極膜に形成される細孔サイズ、空孔度を制御している。また、特許文献4では、オキシプロピレンユニットもしくはオキシテトラメチレンユニットの少なくとも1種類を有し、かつ重合性不飽和基を2以上有する架橋剤と、重合性不飽和基を有する単量体とを反応させることにより得られる樹脂を加熱消滅性材料として用い、200nmから1,000nm程度の細孔を形成させている。 In order to solve the above problem, a particulate material that burns and disappears by heating to the same extent as ordinary heating and firing, and at the time of extinction, gives pores having a diameter larger than the gap formed by the contact between the particles ( Attempts have been made conventionally to add a heat-dissipating material (hereinafter referred to as a heat-dissipating material) as an additive for a coating liquid (see, for example, Patent Documents 1 to 4). For example, in Patent Document 1, polystyrene particles having an average particle size of 100 nm to 1,000 nm or carbon nanotubes having an average particle size of 50 nm are added to the titanium oxide paste as a heat-dissipating material to form a titanium oxide electrode film after firing. The size of the formed pores and the degree of porosity are controlled. Further, in Patent Document 4, a cross-linking agent having at least one of an oxypropylene unit or an oxytetramethylene unit and having two or more polymerizable unsaturated groups is reacted with a monomer having a polymerizable unsaturated group. The resin obtained by subjecting the mixture is used as a heat-dissipating material to form pores of about 200 nm to 1,000 nm.
しかしながら、これら従来の例においては、細孔形成のための加熱消滅性粒子は半導体ナノ結晶粒子ペースト中に添加剤として加えられているため、塗膜内に加熱消滅性粒子の配置は偶然に委ねざるを得ず、精密に制御することができない。このため、細孔が密に形成される部分と疎に形成される部分が生じることとなり、膜中に均一に細孔を構築させるのが難しい。電解液を細孔中に十分充填するという目的に鑑みて、このような不均一配置は望ましいものではない。また、細孔が密に形成される部分では複数の細孔が合一して一つの細孔になるため、必要以上に大きな径を持つ細孔が形成される場合がある。これは増感色素の配置を減らすため、発電性能を低下させる原因となる。 However, in these conventional examples, since the heat-dissipating particles for forming pores are added as an additive in the semiconductor nanocrystal particle paste, the arrangement of the heat-dissipating particles in the coating film is left to chance. There is no choice but to control it precisely. For this reason, a portion where the pores are densely formed and a portion where the pores are sparsely formed are generated, and it is difficult to uniformly construct the pores in the film. Such a non-uniform arrangement is not desirable in view of the purpose of sufficiently filling the pores with the electrolytic solution. Further, in the portion where the pores are densely formed, a plurality of pores are merged into one pore, so that pores having a diameter larger than necessary may be formed. This reduces the arrangement of the sensitizing dye, which causes a decrease in power generation performance.
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、形成される細孔が半導体電極膜中に均一に存在し、かつ、複数の加熱消滅性粒子の合一からなる細孔形成を抑制することにより、発電性能の低下が抑制される塗工液を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and the pores to be formed are uniformly present in the semiconductor electrode film, and the pores are composed of a combination of a plurality of heat-dissipating particles. It is an object of the present invention to provide a coating liquid in which deterioration of power generation performance is suppressed by suppressing formation.
上記課題を解決するための本発明に係る塗工液は、半導体ナノ結晶粒子と、加熱消滅性粒子と、からなる複合粒子を含む塗工液であって、前記加熱消滅性粒子は、重量平均分子量(Mw)が30,000以上45,000以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上95℃以下のポリメチルメタクリレートであることを特徴とする色素増感太陽電池の多孔質半導体電極形成用の塗工液である。 The coating liquid according to the present invention for solving the above problems is a coating liquid containing composite particles composed of semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles, and the heat-disappearing particles are weight-averaged. For forming porous semiconductor electrodes of dye-sensitized solar cells, which are polymethylmethacrylate having a molecular weight (Mw) of 30,000 or more and 45,000 or less and a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or more and 95 ° C. or less . It is a coating liquid of .
本発明によれば、形成される細孔が半導体電極膜中に均一に存在し、かつ、複数の加熱消滅性粒子の合一からなる細孔形成を抑制することにより、発電性能の低下が抑制される塗工液を提供することができる。 According to the present invention, the pores to be formed are uniformly present in the semiconductor electrode film, and the deterioration of power generation performance is suppressed by suppressing the formation of pores composed of the coalescence of a plurality of heat-dissipating particles. The coating liquid to be applied can be provided.
本発明に係る塗工液は、多孔質半導体電極を形成するための粒子及びバインダー樹脂と、分散用溶媒とを含む塗工液であって、前記粒子は半導体ナノ結晶粒子と、加熱消滅性粒子と、からなる複合粒子であることを特徴とする。 The coating liquid according to the present invention is a coating liquid containing particles for forming a porous semiconductor electrode, a binder resin, and a dispersion solvent, and the particles are semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles. It is characterized in that it is a composite particle composed of.
次に、本発明に係る塗工液についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
Next, the coating liquid according to the present invention will be described in more detail.
It should be noted that the embodiments described below are technically preferable because they are preferred embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is intended to limit the present invention in the following description. Unless otherwise stated, the present invention is not limited to these aspects.
本発明においては、まず半導体ナノ結晶粒子(1)と、加熱消滅性粒子(2)とからなる複合粒子(3)を作製し、その後、複合粒子(3)およびバインダー樹脂と、分散用溶媒とを含む塗工液(4)を作製する。また、塗工液(4)より製造される色素増感太陽電池は、透明な電子集電電極が配置された基材(5)上に塗工液を塗布、焼成して得た半導体電極(6)を作製した後、光増感化合物(7)、電解質含有体(8)、対極(9)と組み合わせることによって形成される。
以下、塗工液ならびに該塗工液を用いて製造される色素増感太陽電池を構成する各材料について順に説明する。
In the present invention, first, composite particles (3) composed of semiconductor nanocrystal particles (1) and heat-dissipating particles (2) are prepared, and then the composite particles (3), a binder resin, and a solvent for dispersion are used. A coating liquid (4) containing the above is prepared. Further, the dye-sensitized solar cell manufactured from the coating liquid (4) is a semiconductor electrode obtained by applying the coating liquid on the base material (5) on which the transparent electron collecting electrode is arranged and firing the coating liquid (5). After producing 6), it is formed by combining with a photosensitizing compound (7), an electrolyte-containing substance (8), and a counter electrode (9).
Hereinafter, the coating liquid and each material constituting the dye-sensitized solar cell manufactured by using the coating liquid will be described in order.
(1)半導体ナノ結晶粒子
本発明に使用する半導体ナノ結晶粒子は、結晶性半導体粒子であれば特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。
(1) Semiconductor nanocrystal particles The semiconductor nanocrystal particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are crystalline semiconductor particles, and known ones can be used.
Specific examples thereof include elemental semiconductors such as silicon and germanium, compound semiconductors typified by metallic chalcogenides, and compounds having a perovskite structure.
金属のカルコゲニドとしてはチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物等が挙げられる。
他の化合物半導体としては亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物等が好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等が好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、とりわけ酸化チタンが好ましい。これらの結晶性半導体を単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。
Metallic chalcogenides include titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lantern, vanadium, niobium, or tantalum oxides, cadmium, zinc, lead, silver, antimony, bismuth. Examples include sulfide, cadmium, lead selenium, and cadmium telluride.
As other compound semiconductors, phosphides such as zinc, gallium, indium and cadmium, gallium arsenic, copper-indium-selenium, copper-indium-sulfide and the like are preferable.
Further, as the compound having a perovskite structure, strontium titanate, calcium titanate, sodium titanate, barium titanate, potassium niobate and the like are preferable.
Among these, oxide semiconductors are preferable, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide and niobium oxide are particularly preferable, and titanium oxide is particularly preferable. These crystalline semiconductors may be used alone or in a mixture of two or more kinds.
半導体ナノ結晶粒子の平均一次粒径は1nm以上500nm以下が好ましく、5nm以上300nm以下がより好ましく、10nm以上300nm以下がさらに好ましく、20nm以上135nm以下が特に好ましい。一次粒径が小さすぎると、加熱消滅性粒子を添加してもなお半導体多孔質膜が過剰に緻密化し、多孔質膜中に形成される細孔径が小さくなるため、電解質の浸透もしくは充填が制約されるという問題がある。一方、一次粒径が大きすぎると、半導体多孔質膜内に含まれる表面積が低下するため、吸着色素量を十分に確保できないという問題がある。 The average primary particle size of the semiconductor nanocrystal particles is preferably 1 nm or more and 500 nm or less, more preferably 5 nm or more and 300 nm or less, further preferably 10 nm or more and 300 nm or less, and particularly preferably 20 nm or more and 135 nm or less. If the primary particle size is too small, the semiconductor porous membrane will still be excessively densified even if heat-dissipating particles are added, and the pore size formed in the porous membrane will be small, which limits the penetration or filling of the electrolyte. There is a problem of being done. On the other hand, if the primary particle size is too large, the surface area contained in the semiconductor porous film decreases, so that there is a problem that a sufficient amount of adsorbed dye cannot be secured.
半導体ナノ結晶粒子の含有量は、塗工液(4)中において5〜50質量%とするのが好ましく、10〜30質量%がより好ましい。 The content of the semiconductor nanocrystal particles is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 30% by mass in the coating liquid (4).
半導体ナノ結晶粒子は、必要に応じ、加熱消滅性粒子と複合化される前に予め液相中で数十nm〜数百nmまで凝集をほぐされることが望ましい。凝集をほぐす方法は、液相中で凝集力を上回る衝撃力を与え得るものであれば特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。
具体的には、ビーズミル等、セラミックビーズとの衝突、もしくはビーズとミル壁面のずり応力による解砕方式を選択することができる。また、セラミックビーズを使用しない方式を選択することも可能であり、それには分散液を高圧ポンプで加圧して加速させ、分散液同士もしくは分散液と衝突部材を衝突させることによって衝撃力を与える方法、分散液を高圧ポンプで加圧して加速させ、流路を高速で通過させる際に壁面との間に発生するずり応力によって衝撃力を与える方法、分散液を容器壁面もしくは底面との間隔を一定に保った撹拌羽によって撹拌し、容器壁面もしくは底面とのずり応力によって衝撃力を与える方法、分散液に超音波を照射し、キャビテーション現象に基づく衝撃力を与える方法等がある。
If necessary, it is desirable that the semiconductor nanocrystal particles are previously disaggregated to several tens of nm to several hundreds of nm in the liquid phase before being composited with the heat-dissipating particles. The method for loosening the agglomeration is not particularly limited as long as it can give an impact force exceeding the agglomeration force in the liquid phase, and a known method can be used.
Specifically, a crushing method based on collision with ceramic beads such as a bead mill or shear stress between the beads and the wall surface of the mill can be selected. It is also possible to select a method that does not use ceramic beads, in which a method of applying impact force by pressurizing and accelerating the dispersion liquid with a high-pressure pump and causing the dispersion liquids to collide with each other or with the dispersion liquid and a collision member. , A method in which the dispersion liquid is pressurized by a high-pressure pump to accelerate it, and an impact force is applied by the shear stress generated between the dispersion liquid and the wall surface when passing through the flow path at high speed. The distance between the dispersion liquid and the wall surface or the bottom surface of the container is constant. There are a method of agitating with a stirring blade kept in place and applying an impact force by a shear stress with the wall surface or the bottom surface of the container, a method of irradiating the dispersion liquid with ultrasonic waves, and applying an impact force based on the cavitation phenomenon.
(2)加熱消滅性粒子
本発明に使用する加熱消滅性粒子は、塗工膜の通常焼成雰囲気である空気中、500℃焼成において燃焼、消滅するものであれば特に限定されるものではなく、公知の樹脂微粒子を使用することができる。
具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスチレンアクリル、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン等の微粒子が好ましい。
中でも、重量平均分子量(Mw)が30,000以上45,000以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上95℃以下のポリメチルメタクリレートが特に好ましい。Mw及びTgが上記範囲内にあるポリメチルメタクリレートを使用することにより、500℃焼成における昇温過程で、加熱消滅性粒子は軟化し変形した後、燃焼し消滅する。これによって形成される細孔は、このような変形を伴わなかった場合に比べて連結性が向上しており、高粘度電解液を半導体多孔質電極の内部まで注入、浸透させる上で、より望ましい構造となっている。
(2) Heat-disappearing particles The heat-disappearing particles used in the present invention are not particularly limited as long as they are burned and extinguished by firing at 500 ° C. in the air which is the normal firing atmosphere of the coating film. Known resin fine particles can be used.
Specifically, fine particles such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polystyrene acrylic, polyester, polymethylmethacrylate, and polyurethane are preferable.
Among them, polymethylmethacrylate having a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 or more and 45,000 or less and a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or more and 95 ° C. or less is particularly preferable. By using polymethylmethacrylate having Mw and Tg in the above ranges, the heat-disappearing particles are softened and deformed in the process of raising the temperature in firing at 500 ° C., and then burned and disappeared. The pores formed thereby have improved connectivity as compared with the case without such deformation, and are more desirable for injecting and permeating the high-viscosity electrolytic solution into the inside of the semiconductor porous electrode. It has a structure.
加熱消滅性粒子の粒径は10nm以上2,000nm未満が好ましく、50nm以上1,000nm未満がより好ましい。加熱消滅性粒子は半導体多孔質電極膜中に形成される細孔を、電解液が充分浸透できるだけの大きさまで拡大することを目的として添加するものであるので、狙いの細孔サイズに合わせることが望ましい。加熱消滅性粒子の粒径が10nm未満であると、粒子の消滅によって形成される孔も10nm未満となり、加熱消滅性粒子を加えなかった場合に形成される孔径と何ら変わらない。一方、加熱消滅性粒子の粒径が2,000nmを超えると、目的に対して過剰に大きな孔が形成され、増感色素の配置を減らすこととなり、発電性能を低下させるため望ましくない。 The particle size of the heat-dissipating particles is preferably 10 nm or more and less than 2,000 nm, and more preferably 50 nm or more and less than 1,000 nm. The heat-dissipating particles are added for the purpose of expanding the pores formed in the semiconductor porous electrode membrane to a size that allows the electrolytic solution to sufficiently permeate, so that the particles can be adjusted to the target pore size. desirable. When the particle size of the heat-disappearing particles is less than 10 nm, the pores formed by the extinction of the particles are also less than 10 nm, which is no different from the pore diameter formed when the heat-disappearing particles are not added. On the other hand, if the particle size of the heat-disappearing particles exceeds 2,000 nm, excessively large pores are formed for the purpose, the arrangement of the sensitizing dye is reduced, and the power generation performance is deteriorated, which is not desirable.
加熱消滅性粒子の含有量は、塗工液(4)中において5〜70質量%とするのが好ましく、10〜50質量%がより好ましい。 The content of the heat-dissipating particles is preferably 5 to 70% by mass, more preferably 10 to 50% by mass in the coating liquid (4).
(3)半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子
半導体ナノ結晶粒子(1)と加熱消滅性粒子(2)とを複合化処理することで、複合粒子を得る。ここで、半導体ナノ結晶粒子(1)と加熱消滅性粒子(2)とを含む溶液に超音波を照射し、キャビテーション作用によって両者を複合化することで複合粒子を得ることが好ましい。
なお、複合化処理は上記溶液に超音波を照射し、キャビテーション作用によって複合化することが好ましいが、所望の形状の複合粒子が得られる方法であれば特に限定されるものではなく、公知の手法を使用することができる。また、気相中で行われることもできる。
(3) Composite Particles of Semiconductor Nanocrystal Particles and Heat-Disappearing Particles Composite particles are obtained by compounding the semiconductor nanocrystal particles (1) and heat-disappearing particles (2). Here, it is preferable to obtain composite particles by irradiating a solution containing semiconductor nanocrystal particles (1) and heat-dissipating particles (2) with ultrasonic waves and combining the two by a cavitation action.
The compounding treatment is preferably performed by irradiating the above solution with ultrasonic waves and combining them by a cavitation action, but the method is not particularly limited as long as the composite particles having a desired shape can be obtained, and is a known method. Can be used. It can also be done in the gas phase.
粒子を分散する溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。 As the solvent for dispersing the particles, an alcohol solvent such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, α-terpineol, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or n-acetate Estel solvents such as butyl, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or N-methyl-2-pyrrolidone. System solvent, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or halogenated hydrocarbon solvent such as 1-chloronaphthalene, n -Carbonites such as pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, or cumene. A solvent can be mentioned. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.
半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子は、上記溶媒のうち1種類以上からなる溶媒に同時に投入してもよいし、予め上記溶媒のうち1種類以上からなる溶媒に別々に投入した後、混合してもよい。別々に投入する場合、それぞれの溶媒は同じでもよいし、異なっていてもよい。 The semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles may be simultaneously charged into a solvent consisting of one or more of the above solvents, or may be charged separately into a solvent consisting of one or more of the above solvents and then mixed. You may. When charged separately, the respective solvents may be the same or different.
半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子を含む溶液には、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。 In the solution containing semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles, in order to prevent reaggregation of the particles, acids such as hydrochloric acid, nitric acid and acetic acid, surfactants such as polyoxyethylene (10) octylphenyl ether, acetylacetone, 2 -A chelating agent such as aminoethanol or ethylenediamine can be added.
半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子を含む溶液に超音波を照射する方法は、粒子の複合化に必要な衝撃力を与えられるものであれば特に限定されるものではなく、公知の方法を使用することができる。
例えば、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子を含む溶液を入れた容器に棒状もしくは平板状の振動子を投入し、容器内部で超音波を発生させる方法、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子を含む溶液もしくは溶液を入れた容器を、振動子を底部に有する液槽内に投入もしくは設置し、液槽内に発生する超音波を利用する方法、棒状もしくは平板状の振動子が設置された容器に半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子を含む溶液を通過させ、通過時のみ超音波を発生させる方法等がある。
The method of irradiating the solution containing the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles with ultrasonic waves is not particularly limited as long as it can give the impact force required for compounding the particles, and a known method is used. can do.
For example, a method in which a rod-shaped or flat plate-shaped transducer is put into a container containing a solution containing semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles to generate ultrasonic waves inside the container, semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles are used. A method of charging or installing the containing solution or a container containing the solution in a liquid tank having a vibrator at the bottom and using ultrasonic waves generated in the liquid tank, or a container in which a rod-shaped or flat-plate-shaped vibrator is installed. There is a method of passing a solution containing semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles and generating ultrasonic waves only when the particles pass through.
気相中で行われる場合は、メカノケミカルボンディングを利用した母材粒子に対する子材粒子の表面修飾や、流動層装置によるコーティングなどを用いることができる。 When it is carried out in the gas phase, surface modification of the child material particles to the base material particles using mechanochemical bonding, coating by a fluidized bed device, or the like can be used.
また複合粒子は、加熱消滅性粒子の消滅温度以上で加熱した際の重量が、加熱前に比べ30%以上減少することが好ましい。測定の際の加熱方法については特に制限はない。例えば、電気マッフル炉(城田電気炉材(株)製)等を用いて所定の温度、所定の時間保持し、加熱消滅性粒子を焼失除去させ、焼成する前後の重量をそれぞれ測定することにより、複合粒子を加熱消滅性粒子の消滅温度以上で加熱した際の重量減少率を算出できる。 Further, it is preferable that the weight of the composite particles when heated at a temperature equal to or higher than the extinction temperature of the heat-disappearing particles is reduced by 30% or more as compared with that before heating. There is no particular limitation on the heating method at the time of measurement. For example, by using an electric muffle furnace (manufactured by Shirota Electric Furnace Material Co., Ltd.) or the like to hold the particles at a predetermined temperature and for a predetermined time, the heat-extinguishing particles are burnt and removed, and the weights before and after firing are measured. The weight loss rate when the composite particles are heated above the extinction temperature of the heat-disappearing particles can be calculated.
(4)塗工液
半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子(3)とバインダー樹脂を分散用溶媒に投入し、混合することで、塗工液を得る。
(4) Coating liquid A coating liquid is obtained by adding composite particles (3) of semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles and a binder resin into a dispersion solvent and mixing them.
バインダー樹脂は、液の塗工性を調整するために添加されるものであって、増粘効果が得られ、溶媒に溶解し、塗工膜の通常焼成雰囲気である空気中、500℃焼成において燃焼、消滅するものであれば特に限定されるものではない。
例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、エチルセルロース等が挙げられる。
The binder resin is added to adjust the coatability of the liquid, has a thickening effect, dissolves in a solvent, and is fired at 500 ° C. in the air, which is the normal firing atmosphere of the coating film. It is not particularly limited as long as it burns and disappears.
For example, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, ethyl cellulose and the like can be mentioned.
塗工液に使用する溶媒は、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合化処理を行う際に用いた溶媒と同じでもよいし、異なっていてもよい。異なる場合は、複合化処理を終えた後、塗工液に使用する溶媒に置換するか、もしくは塗工液に使用する溶媒と、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合化処理を行う際に用いた溶媒を混合したのち、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合化処理を行う際に用いた溶媒を除去する。複合化処理を行う際に用いた溶媒と異なる場合の溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。 The solvent used in the coating liquid may be the same as or different from the solvent used when the composite treatment of the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles is performed. If they are different, when the compounding treatment is completed and then replaced with the solvent used for the coating liquid, or when the solvent used for the coating liquid is combined with the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles. After mixing the solvent used in the above, the solvent used in the compounding treatment of the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles is removed. When the solvent is different from the solvent used for the compounding treatment, an alcohol solvent such as water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, α-terpineol, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, etc. Estel solvents such as ethyl formate, ethyl acetate, or n-butyl acetate, ether solvents such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, or Amid solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or 1-chloronaphthalene. Halogenated hydrocarbon solvents such as n-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene. , Ethylbenzene, or a hydrocarbon solvent such as xylene. These can be used alone or as a mixed solvent of two or more kinds.
半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子、バインダー樹脂、分散用溶媒の混合方法は、均一混合効果が得られるものであれば特に限定されるものではない。
具体的には、撹拌羽根式ミキサー、三本ロールミル、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、ジェットミル、あるいは超音波分散等が挙げられる。
また、混合時に、加熱、冷却、加圧又は減圧を行ってもよい。
The method for mixing the composite particles of the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles, the binder resin, and the solvent for dispersion is not particularly limited as long as a uniform mixing effect can be obtained.
Specific examples thereof include a stirring blade type mixer, a three-roll mill, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, a jet mill, and ultrasonic dispersion.
Further, heating, cooling, pressurization or depressurization may be performed at the time of mixing.
(5)透明な電子集電電極が配置された基材
基材の種類は、可視光に透明な材質からなり、一定の機械的強度を有する材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、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が用いられる。
基材の形状は特に限定されるものではなく、平板状、曲面状、線状、環状などであってよい。
(5) Base material on which a transparent electron collecting electrode is arranged The type of base material is not particularly limited as long as it is made of a material transparent to visible light and has a certain mechanical strength, for example. , Glass, transparent plastic plate, transparent plastic film, inorganic transparent crystal, etc. are used.
The shape of the base material is not particularly limited, and may be a flat plate shape, a curved surface shape, a linear shape, an annular shape, or the like.
電子集電電極としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)等が挙げられ、これらが単独あるいは複数積層されていてもよい。
電子集電電極の厚さは5nm〜100μmが好ましく、50nm〜10μmが更に好ましい。
The electron current collecting electrode is not particularly limited as long as it is a conductive substance that is transparent to visible light, and ordinary photoelectric conversion elements, known ones used for liquid crystal panels, and the like can be used.
Examples thereof include indium tin oxide (hereinafter referred to as ITO), fluorine-doped tin oxide (hereinafter referred to as FTO), antimony-doped tin oxide (hereinafter referred to as ATO), and the like, and these are individually or laminated. May be.
The thickness of the electron current collecting electrode is preferably 5 nm to 100 μm, more preferably 50 nm to 10 μm.
また、電子集電電極と基板が一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、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上に設けたものでもよい。これらは単独あるいは2種以上の混合、または積層したものでも構わない。
Further, a known one in which the electron collecting electrode and the substrate are integrated can also be used. For example, FTO coated glass, ITO coated glass, zinc oxide: aluminum coated glass, FTO coated transparent plastic film, ITO coated transparent plastic. Examples include a film.
Further, a transparent electrode obtained by doping tin oxide or indium oxide with cations or anions having different valences, or a metal electrode having a structure capable of transmitting light such as a mesh or a stripe is provided on a substrate such as a glass substrate. Good. These may be used alone, or a mixture of two or more kinds, or a laminated one.
また、電子集電電極として、金属リード線等を用いてもよい。
金属リード線の材質はアルミニウム、銅、銀、金、白金、ニッケル等の金属が挙げられる。金属リード線は、基板に蒸着、スパッタリング、圧着等で設置し、その上にITOやFTOを設ける方法が挙げられる。
Further, a metal lead wire or the like may be used as the electron current collecting electrode.
Examples of the material of the metal lead wire include metals such as aluminum, copper, silver, gold, platinum, and nickel. Examples of the metal lead wire include a method in which the metal lead wire is installed on a substrate by vapor deposition, sputtering, crimping or the like, and ITO or FTO is provided on the metal lead wire.
(6)半導体電極
塗工液(4)を透明な電子集電電極が配置された基材(5)上に塗工し、焼成することにより、半導体電極を得る。
(6) Semiconductor electrode A semiconductor electrode is obtained by coating the coating liquid (4) on a base material (5) on which a transparent electron current collecting electrode is arranged and firing it.
塗工液の塗布方法に特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。
例えば、印刷法、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法等を用いることができる。印刷方法としては、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等、様々な方法を用いることができる。
The method of applying the coating liquid is not particularly limited and can be applied according to a known method.
For example, a printing method, a dip method, a spray method, a wire bar method, a spin coating method, a roller coating method, a blade coating method, a gravure coating method and the like can be used. As a printing method, various methods such as letterpress, offset, gravure, intaglio, rubber plate, and screen printing can be used.
塗工された膜の焼成は、塗工膜に含まれる半導体ナノ結晶粒子を電気的かつ機械的に接触させ、膜強度の向上、基板との密着性向上、電気抵抗の低減を図ると同時に、塗工膜に含まれる加熱消滅性粒子、バインダー樹脂、溶媒といった半導体ナノ結晶粒子以外の成分を消失させるために行われる。 The firing of the coated film causes the semiconductor nanocrystal particles contained in the coated film to come into contact with each other electrically and mechanically to improve the film strength, improve the adhesion to the substrate, and reduce the electrical resistance. This is performed to eliminate components other than semiconductor nanocrystal particles such as heat-disappearing particles, binder resin, and solvent contained in the coating film.
焼成方法は特に制限はなく、マッフル炉など公知の方法を使うことができる。
焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると電子集電電極の抵抗が高くなったり、基材が溶融したりするため、30〜700℃が好ましく、100〜600℃がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが、10分〜10時間が好ましい。
The firing method is not particularly limited, and a known method such as a muffle furnace can be used.
The range of the firing temperature is not particularly limited, but if the temperature is raised too much, the resistance of the electron current collecting electrode increases and the base material melts. Therefore, 30 to 700 ° C. is preferable, and 100 to 600 ° C. is more preferable. .. The firing time is also not particularly limited, but is preferably 10 minutes to 10 hours.
焼成後、半導体ナノ結晶粒子の表面積の増大や、光増感化合物から半導体微粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば四塩化チタンの水溶液や有機溶剤との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。 After firing, for the purpose of increasing the surface area of semiconductor nanocrystal particles and increasing the efficiency of electron injection from photosensitizing compounds into semiconductor fine particles, for example, chemical plating using an aqueous solution of titanium tetrachloride or a mixed solution with an organic solvent. Electrochemical plating treatment using an aqueous solution of titanium chloride may be performed.
(7)光増感化合物
半導体電極表面に配置され、外部光を吸収するための光増感化合物としては、使用される励起光により光励起される化合物であれば特に限定されないが、具体的には以下の化合物が挙げられる。
特表平7−500630号公報、特開平10−233238号公報、特開2000−26487号公報、特開2000−323191号公報、特開2001−59062号公報等に記載の金属錯体化合物、特開平10−93118号公報、特開2002−164089号公報、特開2004−95450号公報、J. Phys. Chem. C, 7224, Vol.111(2007)等に記載のクマリン化合物、同特開2004−95450号公報、Chem. Commun., 4887(2007)等に記載のポリエン化合物、特開2003−264010号公報、特開2004−63274号公報、特開2004−115636号公報、特開2004−200068号、特開2004−235052号公報、J. Am. Chem. Soc., 12218, Vol.126(2004)、Chem. Commun., 3036(2003)、Angew. Chem. Int. Ed., 1923, Vol.47(2008)等に記載のインドリン化合物、J. Am. Chem. Soc., 16701, Vol.128(2006)、J. Am. Chem. Soc., 14256, Vol.128(2006)等に記載のチオフェン化合物、特開平11−86916号公報、特開平11−214730号公報、特開2000−106224号公報、特開2001−76773号公報、特開2003−7359号公報等に記載のシアニン色素、特開平11−214731号公報、特開平11−238905号公報、特開2001−52766号公報、特開2001−76775号公報、特開2003−7360号等に記載メロシアニン色素、特開平10−92477号公報、特開平11−273754号公報、特開平11−273755号公報、特開2003−31273号等に記載の9−アリールキサンテン化合物、特開平10−93118号公報、特開2003−31273号等に記載のトリアリールメタン化合物、特開平9−199744号公報、特開平10−233238号公報、特開平11−204821号公報、特開平11−265738号、J. Phys. Chem., 2342, Vol.91(1987)、J. Phys. Chem. B, 6272, Vol.97(1993)、Electroanal. Chem., 31, Vol.537(2002)、特開2006−032260号公報、J. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol.3(1999)、Angew. Chem. Int. Ed., 373, Vol.46(2007)、Langmuir, 5436, Vol.24(2008)等に記載のフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。
特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。
(7) Photosensitizing compound The photosensitizing compound arranged on the surface of the semiconductor electrode and for absorbing external light is not particularly limited as long as it is a compound photoexcited by the excitation light used, but specifically. The following compounds are mentioned.
Metal complex compounds described in JP-A-7-500630, JP-A-10-233238, JP-A-2000-26487, JP-A-2000-323191, JP-A-2001-59062, etc. Kumarin compounds described in JP-A-10-93118, JP-A-2002-164809, JP-A-2004-954450, J. Phys. Chem. C, 7224, Vol. 111 (2007), etc., JP-A-2004- Polyene compounds described in JP-A-95450, Chem. Commun., 4887 (2007), etc., JP-A-2003-264010, JP-A-2004-63274, JP-A-2004-115636, JP-A-2004-200068. , JP-A-2004-235502, J. Am. Chem. Soc., 12218, Vol. 126 (2004), Chem. Commun., 3036 (2003), Angelw. Chem. Int. Ed., 1923, Vol. Indolin compounds described in 47 (2008), etc., J. Am. Chem. Soc., 16701, Vol.128 (2006), J. Am. Chem. Soc., 14256, Vol.128 (2006), etc. Thiophen compounds, cyanine dyes described in JP-A-11-86916, JP-A-11-214730, JP-A-2000-106224, JP-A-2001-76773, JP-A-2003-7359, etc. Described in Kaihei 11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2001-52766, JP-A-2001-76775, JP-A-2003-7360, etc. Merosinin dyes, JP-A-10-92477. , JP-A-11-273754, JP-A-11-273755, JP-A-2003-31273 and the like, 9-arylxanthene compounds, JP-A-10-93118, JP-A-2003-31273, etc. , JP-A-9-199744, JP-A-10-233238, JP-A-11-204821, JP-A-11-265738, J. Phys. Chem., 2342, Vol.91 ( 1987), J. Phys. Chem. B, 6272, Vol.97 (1993), Electroanal. Chem., 3 1, Vol.537 (2002), JP-A-2006-032260, J. Porphyrins Phthalocyanines, 230, Vol.3 (1999), Angelw. Chem. Int. Ed., 373, Vol.46 (2007), Langmuir , 5436, Vol.24 (2008) and the like, and examples thereof include phthalocyanine compounds and porphyrin compounds.
In particular, among these, it is preferable to use a metal complex compound, a coumarin compound, a polyene compound, an indoline compound, and a thiophene compound.
半導体電極(6)に光増感化合物(7)を配置させる方法としては、光増感化合物溶液中あるいは分散液中に半導体電極を浸漬し、吸着させる方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。
前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラー法、エアーナイフ法等を用いることができ、後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。
また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させても構わない。
As a method of arranging the photosensitizer compound (7) on the semiconductor electrode (6), a method of immersing the semiconductor electrode in a photosensitizer compound solution or a dispersion liquid and adsorbing the semiconductor electrode, or a method of adsorbing the solution or the dispersion liquid on an electron transport layer. A method of applying and adsorbing can be used.
In the former case, the dipping method, dip method, roller method, air knife method, etc. can be used, and in the latter case, the wire bar method, slide hopper method, extrusion method, curtain method, spin method, spray method, etc. can be used. Can be used.
Further, it may be adsorbed in a supercritical fluid using carbon dioxide or the like.
光増感化合物を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。
縮合剤は、無機物表面に物理的あるいは化学的に光増感化合物と電子輸送化合物を結合すると思われる触媒的作用をするもの、または化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。
更に、縮合助剤としてチオールやヒドロキシ化合物を添加してもよい。
A condensing agent may be used in combination when adsorbing the photosensitizer compound.
The condensing agent has a catalytic action that seems to physically or chemically bind the photosensitizing compound and the electron transporting compound to the surface of the inorganic substance, or acts stoichiometrically to favorably shift the chemical equilibrium. It may be either.
Further, a thiol or a hydroxy compound may be added as a condensation aid.
光増感化合物を溶解、あるいは分散する溶媒は、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができ、これらは単独、あるいは2種以上の混合として用いることができる。 The solvent for dissolving or dispersing the photosensitizing compound is water, an alcohol solvent such as methanol, ethanol, or isopropyl alcohol, a ketone solvent such as acetone, methyl ethyl ketone, or methyl isobutyl ketone, ethyl formate, ethyl acetate, or acetate. Ester solvent such as n-butyl, ether solvent such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, or dioxane, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, etc. Amid solvents, dichloromethane, chloroform, bromoform, methyl iodide, dichloroethane, trichloroethane, trichloroethylene, chlorobenzene, o-dichlorobenzene, fluorobenzene, bromobenzene, iodobenzene, or halogenated hydrocarbon solvents such as 1-chloronaphthalene. , N-pentane, n-hexane, n-octane, 1,5-hexadiene, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclohexadiene, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethylbenzene, or cumene. Hydrogen-based solvents can be mentioned, and these can be used alone or as a mixture of two or more kinds.
また、光増感化合物は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用しても構わない。
凝集解離剤としてはコール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸または長鎖アルキルホスホン酸が好ましく、用いる色素に対して適宜選ばれる。これら凝集解離剤の添加量は、色素1質量部に対して0.01〜500質量部が好ましく、0.1〜100質量部がより好ましい。
これらを用い、光増感化合物、あるいは光増感化合物と凝集解離剤を吸着する際の温度としては、−50℃以上、200℃以下が好ましい。
また、この吸着は静置しても攪拌しながら行なっても構わない。
攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
吸着に要する時間は、5秒以上、1000時間以下が好ましく、10秒以上、500時間以下がより好ましく、1分以上、150時間が更に好ましい。
また、吸着は暗所で行なうことが好ましい。
In addition, depending on the type of photosensitizer, there are some that work more effectively if the aggregation between the compounds is suppressed, so that a coagulation dissociator may be used in combination.
As the coagulation dissociator, steroid compounds such as cholic acid and chenodeoxycholic acid, long-chain alkylcarboxylic acids or long-chain alkylphosphonic acids are preferable, and they are appropriately selected for the dye to be used. The amount of these coagulation / dissociating agents added is preferably 0.01 to 500 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the dye.
Using these, the temperature at which the photosensitizer compound or the photosensitizer compound and the coagulation / dissociator are adsorbed is preferably −50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
Further, this adsorption may be carried out while standing or stirring.
Examples of the method for stirring include, but are not limited to, a stirrer, a ball mill, a paint conditioner, a sand mill, an attritor, a disperser, and ultrasonic dispersion.
The time required for adsorption is preferably 5 seconds or more and 1000 hours or less, more preferably 10 seconds or more and 500 hours or less, and further preferably 1 minute or more and 150 hours.
Further, the adsorption is preferably performed in a dark place.
(8)電解質含有体
電解質含有体は酸化還元対を含有する液体であってもよいし、液体電解質含有体を適当なゲル化剤を用いてゲル化した擬固体であってもよいし、ホール輸送材料からなる固体であってもよい。
(8) Electrolyte-containing material The electrolyte-containing material may be a liquid containing a redox pair, a pseudo-solid obtained by gelling the liquid electrolyte-containing material with an appropriate gelling agent, or a hole. It may be a solid made of a transport material.
液体である場合は、ヨウ素/ヨウ化物イオン、フェリシアン化物/フェロシアン化物、キノン/ヒドロキノンなどの酸化還元対と、ヨウ化リチウム、ターシャリーブチルピリジンなどの添加剤が、溶媒に溶解されてなるものが用いられる。溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの有機溶媒や、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩などのイオン液体を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらの溶媒の2種以上を混合して用いることもできる。 In the case of a liquid, redox pairs such as iodine / iodide ion, ferricianide / ferrocyanide, and quinone / hydroquinone and additives such as lithium iodide and tertiary butylpyridine are dissolved in a solvent. Things are used. As the solvent, organic solvents such as acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone, and ionic liquids such as imidazolium salt, pyridinium salt, and pyrrolidinium salt can be used. It is not limited. In addition, two or more of these solvents can be mixed and used.
上記液体電解質含有体に対してゲル化剤を添加し、擬固体として用いることもできる。ゲル化剤としては架橋性ポリマー、層状ケイ酸塩鉱物などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。 A gelling agent can be added to the liquid electrolyte-containing material and used as a pseudo-solid. As the gelling agent, a crosslinkable polymer, a layered silicate mineral and the like can be used, but the gelling agent is not limited thereto.
ホール輸送材料としては、公知のホール輸送性化合物が用いられ、その具体例としては特公昭34−5466号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特公昭45−555号公報等に示されているトリフェニルメタン化合物、特公昭52−4188号公報等に示されているピラゾリン化合物、特公昭55−42380号公報等に示されているヒドラゾン化合物、特開昭56−123544号公報等に示されているオキサジアゾール化合物、特開昭54−58445号公報に示されているテトラアリールベンジジン化合物、特開昭58−65440号公報あるいは特開昭60−98437号公報に示されているスチルベン化合物等を挙げることができ、単独でも2種以上の混合物でも構わない。 As the hole transporting material, a known hole transporting compound is used, and specific examples thereof are shown in oxadiazole compounds published in Japanese Patent Publication No. 34-5466 and the like, and published in Japanese Patent Publication No. 45-555. Triphenylmethane compound, pyrazoline compound shown in Japanese Patent Publication No. 52-4188, hydrazone compound shown in Japanese Patent Publication No. 55-42380, etc., shown in JP-A-56-1235444, etc. Oxadiazole compounds, tetraarylbenzidine compounds shown in JP-A-54-58445, stillben compounds shown in JP-A-58-65440 or JP-A-60-98437. Etc., and may be used alone or as a mixture of two or more kinds.
ホール輸送材料を用いた場合の電解質層の作製方法には特に制限はないが、製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、多孔体半導体層上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法に従って行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。また、超臨界流体あるいは亜臨界流体中で製膜してもよい。
The method for producing the electrolyte layer when the hole transport material is used is not particularly limited, but in consideration of the production cost and the like, the wet film forming method is particularly preferable, and the method of coating on the porous semiconductor layer is preferable.
When this wet film forming method is used, the coating method is not particularly limited and can be carried out according to a known method. For example, dip method, spray method, wire bar method, spin coating method, roller coating method, blade coating method, gravure coating method, and various wet printing methods such as letterpress, offset, gravure, concave plate, rubber plate, screen printing, etc. Method can be used. Further, the film may be formed in a supercritical fluid or a subcritical fluid.
(9)対極
対極は、電解質含有体(8)が液体の場合は、透明な電子集電電極が配置された基材(5)もしくは金属板等、導電性材料の表面に触媒層が形成されてなる。触媒層に用いる材料は、導電性を示す材料であれば特に制限されない。そして、電気化学的に安定であることが好ましい。例えば、白金、カーボン、金、導電性ポリマーなどが挙げられる。
(9) In the counter electrode, when the electrolyte-containing body (8) is a liquid, a catalyst layer is formed on the surface of a conductive material such as a base material (5) or a metal plate on which a transparent electron current collecting electrode is arranged. It becomes. The material used for the catalyst layer is not particularly limited as long as it is a material exhibiting conductivity. And it is preferable that it is electrochemically stable. For example, platinum, carbon, gold, conductive polymers and the like can be mentioned.
触媒層の形成方法は公知の方法を用いることができ、例えば、スパッタ法、蒸着法、
スプレー法、スピンコート法、化学気相成長法(CVD法)などが挙げられる。
また、電解質含有体(8)が固体の場合は、電解質含有体上に直接設けることができる。
As a method for forming the catalyst layer, a known method can be used, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, etc.
Examples thereof include a spray method, a spin coating method, and a chemical vapor deposition method (CVD method).
When the electrolyte-containing body (8) is a solid, it can be provided directly on the electrolyte-containing body.
このとき、対極として用いる材料は、導電性を示す材料であれば特に制約されないが、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、ITO、FTO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。 At this time, the material used as the counter electrode is not particularly limited as long as it is a material exhibiting conductivity, but metals such as platinum, gold, silver, copper and aluminum, carbon-based compounds such as graphite, graphene, fullerene and carbon nanotubes, and ITO , FTO and other conductive metal oxides, polythiophene, polyaniline and other conductive polymers.
固体電解質含有体上に対極を設ける方法は、塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の方法から適宜選択することができる。 The method of providing the counter electrode on the solid electrolyte-containing body can be appropriately selected from methods such as coating, laminating, vapor deposition, CVD, and bonding.
次に、本発明について実施例を挙げてさらに説明する。なお、以下に示す実施例は本発明の効果を具体的に説明するためのものであって、本発明を何ら限定するものではない。 Next, the present invention will be further described with reference to examples. It should be noted that the examples shown below are for specifically explaining the effects of the present invention, and do not limit the present invention in any way.
(実施例1)
酸化チタン凝集体(前記半導体ナノ結晶粒子(1)、日本アエロジル製P25、平均一次粒子径21nm)をエタノールに投入することにより、酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって16時間攪拌することにより、予め酸化チタン凝集体をよく濡らしておいた。
このようにして調整した溶液に対し、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製 Sonifier SLPe 40)を用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、酸化チタン凝集体を分散させた分散液を得た。
分散後の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計((株)堀場製作所製 LA−950)によって測定し、体積基準メジアン径(Dv50)を算出した。(酸化チタン単独)
(Example 1)
A solution consisting of 10 parts by weight of titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared by adding titanium oxide aggregates (semiconductor nanocrystal particles (1), Nippon Aerosil P25, average primary particle diameter of 21 nm) to ethanol. The titanium oxide aggregate was well wetted in advance by stirring this with a magnetic stirrer for 16 hours.
By irradiating the solution prepared in this manner with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 30 minutes using an ultrasonic homogenizer (Soniffier SLPe 40 manufactured by BRANSON), an impact force derived from cavitation is given to the titanium oxide aggregates. Was dispersed to obtain a dispersion.
The particle size distribution after dispersion was measured with a laser diffraction type particle size distribution meter (LA-950 manufactured by HORIBA, Ltd.), and the volume-based median diameter (Dv50) was calculated. (Titanium oxide alone)
一方、メーカー公称によるDv50が400nmのポリメチルメタクリレートA微粒子からなる凝集体(前記加熱消滅性粒子(2))をエタノールに投入することにより、ポリメチルメタクリレート微粒子20重量部とエタノール80重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって2時間攪拌することにより、予めポリメチルメタクリレートA凝集体をよく濡らしておいた。
このようにして調整した溶液に対し、前記超音波ホモジナイザーを用い、周波数40kHzの超音波を5分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、ポリメチルメタクリレートA凝集体を分散させた分散液を得た。
分散後の粒度分布を前記レーザー回折式粒度分布計によって測定し、Dv50を算出した。(ポリメチルメタクリレートA単独)
On the other hand, by adding an aggregate (the heat-disappearing particles (2)) composed of polymethylmethacrylate A fine particles having a Dv50 of 400 nm according to the manufacturer's nominal to ethanol, the polymethylmethacrylate fine particles are composed of 20 parts by weight and 80 parts by weight of ethanol. The solution was adjusted. The polymethylmethacrylate A aggregate was well wetted in advance by stirring this with a magnetic stirrer for 2 hours.
The solution prepared in this way is irradiated with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 5 minutes using the ultrasonic homogenizer to give an impact force derived from cavitation to disperse polymethylmethacrylate A aggregates. I got the liquid.
The particle size distribution after dispersion was measured by the laser diffraction type particle size distribution meter, and Dv50 was calculated. (Polymethylmethacrylate A alone)
上記の通り準備した酸化チタン分散液とポリメチルメタクリレートA分散液を混合した後、マグネチックスターラーによって20分間攪拌した後、前記超音波ホモジナイザーを用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、酸化チタン粒子とポリメチルメタクリレートA粒子からなる複合粒子(前記半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子(3))を含む分散液を得た。
複合化処理後の体積換算粒度分布を、前記レーザー回折式粒度分布計によって測定し、Dv50を算出した。(実施例1)
After mixing the titanium oxide dispersion prepared as described above and the polymethylmethacrylate A dispersion, the mixture is stirred with a magnetic stirrer for 20 minutes, and then irradiated with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 30 minutes using the ultrasonic homogenizer. , An impact force derived from cavitation was applied to obtain a dispersion liquid containing composite particles composed of titanium oxide particles and polymethylmethacrylate A particles (composite particles (3) of the semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles).
The volume-equivalent particle size distribution after the compounding treatment was measured by the laser diffraction type particle size distribution meter, and Dv50 was calculated. (Example 1)
(実施例2)
前記加熱消滅性粒子(2)として、メーカー公称によるDv50が800nmのポリメチルメタクリレートB微粒子を用いた以外は、実施例1と同様にして複合粒子を作製した。(ポリメチルメタクリレートB単独、実施例2)
(Example 2)
As the heat-dissipating particles (2), composite particles were produced in the same manner as in Example 1 except that polymethylmethacrylate B fine particles having a Dv50 of 800 nm according to the manufacturer's nominal were used. (Polymethylmethacrylate B alone, Example 2)
(実施例3)
複合化処理方法として、水槽型超音波洗浄機(本多電子(株)製 W−118)を使用し、周波数45kHzの超音波を30分間照射した以外は、実施例1と同様にして複合粒子を作製した。
(Example 3)
As a composite treatment method, a water tank type ultrasonic cleaner (W-118 manufactured by Honda Electronics Co., Ltd.) was used, and composite particles were irradiated in the same manner as in Example 1 except that ultrasonic waves having a frequency of 45 kHz were irradiated for 30 minutes. Was produced.
(実施例4)
複合化処理方法として、水槽型超音波洗浄機(本多電子(株)製 W−118)を使用し、周波数45kHzの超音波を30分間照射した以外は、実施例2と同様にして複合粒子を作製した。
(Example 4)
As a composite treatment method, a water tank type ultrasonic cleaner (W-118 manufactured by Honda Electronics Co., Ltd.) was used, and composite particles were irradiated in the same manner as in Example 2 except that ultrasonic waves having a frequency of 45 kHz were irradiated for 30 minutes. Was produced.
(比較例1)
実施例1と同様の方法により準備した酸化チタン分散液とポリメチルメタクリレートA分散液を混合した後、マグネチックスターラーによって5時間攪拌したのみの分散液を作製し、前記レーザー回折式粒度分布計によって測定し、Dv50を算出した。
(Comparative Example 1)
After mixing the titanium oxide dispersion and the polymethylmethacrylate A dispersion prepared by the same method as in Example 1, a dispersion was prepared by stirring only for 5 hours with a magnetic stirrer, and the laser diffraction type particle size distribution meter was used. It was measured and Dv50 was calculated.
(比較例2)
実施例3と同様の方法により準備した酸化チタン分散液とポリメチルメタクリレートB分散液を混合した後、マグネチックスターラーによって5時間攪拌したのみの分散液を作製し、前記レーザー回折式粒度分布計によって測定し、Dv50を算出した。
(Comparative Example 2)
After mixing the titanium oxide dispersion and the polymethylmethacrylate B dispersion prepared by the same method as in Example 3, a dispersion was prepared by stirring only for 5 hours with a magnetic stirrer, and the laser diffraction type particle size distribution meter was used. It was measured and Dv50 was calculated.
(実施例5)
実施例1の方法により作製された、酸化チタン粒子とポリメチルメタクリレートA粒子からなる複合粒子(前記半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子(3))を含む分散液に対し、バインターとしてエチルセルロース(関東化学(株)製、トルエン:エタノール=80:20溶媒中5%溶液の25℃における粘度=45cP)、溶媒としてα−テルピネオール(関東化学(株)製)を、添加し、マグネチックスターラーで1時間攪拌した後、ロータリーエバポレーターでエタノールを除去し、スクリーン印刷用に好適な粘度を有する塗工液(前記塗工液(4))を得た。
塗工液は、エタノール除去後において酸化チタンが15重量部となるよう、それぞれの添加量を調整した。
(Example 5)
As a solvent with respect to the dispersion liquid containing the composite particles composed of titanium oxide particles and polymethylmethacrylate A particles (composite particles of the semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles (3)) produced by the method of Example 1 as a solvent. Ethyl cellulose (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., toluene: ethanol = 80:20, viscosity of 5% solution in solvent = 45 cP at 25 ° C.), α-terpineol (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was added as a solvent, and magnetic. After stirring with a stirrer for 1 hour, ethanol was removed with a rotary evaporator to obtain a coating solution having a viscosity suitable for screen printing (the coating solution (4)).
The amount of each coating liquid added was adjusted so that the amount of titanium oxide was 15 parts by weight after ethanol was removed.
この塗工液を、FTO(F−doped Tin Oxide)が表面に製膜されたガラス基板(前記透明な電子集電電極が配置された基材(5))にスクリーン印刷によって塗布した後、空気中500℃で30分間焼成し、多孔質の半導体電極(前記半導体電極(6))を形成した。このとき得られた半導体電極断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果を図1に示す。 This coating liquid is applied to a glass substrate (base material (5) on which the transparent electron collecting electrode is arranged) on which FTO (F-topped Tin Oxide) is formed on the surface by screen printing, and then air is applied. It was fired at medium 500 ° C. for 30 minutes to form a porous semiconductor electrode (semiconductor electrode (6)). The results of observing the cross section of the semiconductor electrode obtained at this time with a scanning electron microscope (SEM) are shown in FIG.
この酸化チタン半導体電極を、ルテニウム錯体として0.5mMに調整したN719色素(シス−ビス(イソチオシアナート)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)−ビス−テトラ−n−ブチルアンモニウム、Solaronix社製)(前記光増感化合物(7))のアセトニトリル/t−ブタノール(体積比1:1)混合溶液中に室温で2日間、暗所にて静置し、半導体電極表面に光増感化合物を吸着させた。 This titanium oxide semiconductor electrode was adjusted to 0.5 mM as a ruthenium complex, and the N719 dye (cis-bis (isothiocianate) bis (2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate) ruthenium (II)- Bis-tetra-n-butylammonium, manufactured by Solaronix) (photosensitizing compound (7)) in an acetonitrile / t-butanol (1: 1 volume ratio) mixed solution at room temperature for 2 days in the dark. The photosensitizing compound was adsorbed on the surface of the semiconductor electrode.
光増感化合物を担持した半導体電極上に、自社合成品の下記化合物(1)を溶解したクロロベンゼン(固形分10%)溶液に1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムジシアナミド(シグマアルドリッチ社製、27mM)、4−t−ブチルピリジン(アクロス社製、55mM)を加えて得た溶液を、光増感剤を担持した半導体電極上に滴下して自然乾燥した。更に、自社合成品の下記化合物(2)を溶解したクロロベンゼン(固形分2%)に、1−エチル−3−メチルイミダゾリニウムジシアナミド(シグマアルドリッチ社製、5mM)を加えて得た溶液をスピンコートして製膜し、固体電解質含有体(前記電解質含有体(8))を形成した。この上に金を100nm真空蒸着して対極(前記対極(9))を形成し、太陽電池を作製した。
作製した太陽電池のIV測定を行い変換効率を算出した。IV測定は疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)において行った。
1-Ethyl-3-methylimidazolinium disianamide (manufactured by Sigma Aldrich) in a chlorobenzene (solid content 10%) solution in which the following compound (1), which is a self-synthesized product, is dissolved on a semiconductor electrode carrying a photosensitizing compound. , 27 mM) and 4-t-butylpyridine (manufactured by ACROSS, 55 mM) were added dropwise to the solution obtained by dropping the solution onto a semiconductor electrode carrying a photosensitizer and air-drying. Further, a solution obtained by adding 1-ethyl-3-methylimidazolinium disianamide (manufactured by Sigma Aldrich, 5 mM) to chlorobenzene (solid content 2%) in which the following compound (2), which is an in-house synthesized product, is dissolved, is prepared. The film was spin-coated to form a solid electrolyte-containing compound (the electrolyte-containing compound (8)). Gold was vacuum-deposited on this by 100 nm to form a counter electrode (the counter electrode (9)), and a solar cell was produced.
The IV measurement of the manufactured solar cell was performed to calculate the conversion efficiency. The IV measurement was performed under simulated sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ).
(実施例6)
複合粒子として、実施例2の方法により作製された、酸化チタン粒子とポリメチルメタクリレートB粒子からなる複合粒子を用いた以外は、実施例5と同様にして太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 6)
As the composite particles, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 5 except that the composite particles composed of titanium oxide particles and polymethylmethacrylate B particles prepared by the method of Example 2 were used, and the conversion efficiency was calculated. did.
(比較例3)
比較例1の方法により準備した、酸化チタンとポリメチルメタクリレートAの混合溶液を用いて作製した塗工液を用いた以外は、実施例5と同様にして太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Comparative Example 3)
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 5 except that the coating solution prepared by using the mixed solution of titanium oxide and polymethylmethacrylate A prepared by the method of Comparative Example 1 was used, and the conversion efficiency was calculated. did.
表1に酸化チタン単独の分散液、ポリメチルメタクリレートA単独の分散液、ポリメチルメタクリレートB単独の分散液実施例1から4および比較例1から2によって得られた酸化チタン分散液とポリメチルメタクリレート分散液を含む混合溶液のDv50を示す。 Table 1 shows the dispersions of titanium oxide alone, the dispersions of polymethylmethacrylate A alone, the dispersions of polymethylmethacrylate B alone, and the titanium oxide dispersions and polymethylmethacrylates obtained by Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2. The Dv50 of the mixed solution containing the dispersion liquid is shown.
実施例1から4においては酸化チタン単独の分散液、ポリメチルメタクリレート単独の分散液において観測されるDv50よりも大きくなっていることがわかる。一方、比較例1から2におけるDv50は、酸化チタン単独の分散液、ポリメチルメタクリレート単独の分散液において観測されるDv50の中間の値となっている。これは、実施例1から4においては超音波照射に伴うキャビテーション作用によって酸化チタンとポリメチルメタクリレートからなる複合粒子が得られたのに対し、比較例1から2においては超音波を照射していないため、酸化チタン粒子とポリメチルメタクリレート粒子はそれぞれ別個に存在していることを示している。また、このような複合粒子の形成によって、半導体電極中に加熱消滅性粒子に由来する細孔が偏りなく形成され、本発明の目的が達成されていることは図1より明らかである。 It can be seen that in Examples 1 to 4, it is larger than the Dv50 observed in the dispersion liquid of titanium oxide alone and the dispersion liquid of polymethylmethacrylate alone. On the other hand, Dv50 in Comparative Examples 1 and 2 is an intermediate value between Dv50 observed in the dispersion of titanium oxide alone and the dispersion of polymethylmethacrylate alone. This is because in Examples 1 to 4, composite particles composed of titanium oxide and polymethylmethacrylate were obtained by the cavitation action associated with ultrasonic irradiation, whereas in Comparative Examples 1 and 2, ultrasonic waves were not irradiated. Therefore, it is shown that the titanium oxide particles and the polymethylmethacrylate particles are present separately. Further, it is clear from FIG. 1 that the formation of such composite particles causes pores derived from heat-dissipating particles to be formed evenly in the semiconductor electrode, and the object of the present invention is achieved.
次いで、表2に実施例5から6および比較例3によって得られた太陽電池の変換効率を示す。 Next, Table 2 shows the conversion efficiencies of the solar cells obtained in Examples 5 to 6 and Comparative Example 3.
これらの例は固体電解質含有体を用いており、細孔に対する充填のしにくさが液体電解質含有体に比べて顕著となるため、本発明の効果を判定するのに好適である。実施例5から6では酸化チタンとポリメチルメタクリレートが複合化し、半導体電極中に加熱消滅性粒子に由来する細孔が偏りなく形成されているため、このような効果のない比較例1に比べて高い変換効率を得ることができている。 In these examples, a solid electrolyte-containing material is used, and the difficulty of filling the pores becomes remarkable as compared with the liquid electrolyte-containing material, which is suitable for determining the effect of the present invention. In Examples 5 to 6, titanium oxide and polymethylmethacrylate are compounded, and pores derived from heat-disappearing particles are formed evenly in the semiconductor electrode, as compared with Comparative Example 1 which has no such effect. High conversion efficiency can be obtained.
以上の実施例1〜6および比較例1〜3より、本発明によって、光電変換素子に好適な多孔質半導体電極を与えるための、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子とからなる複合粒子を形成することができることがわかった。
特に、上記実施例1〜6では複合化処理を液相中で行うため、半導体ナノ結晶粒子を再凝集させることなく複合化させることが容易に達成できる。従ってこれらによれば、加熱消滅性粒子と半導体ナノ粒子を予め複合化し、焼成時に細孔形成させるという課題を解決することができる。
From Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 described above, according to the present invention, composite particles composed of semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles for providing a porous semiconductor electrode suitable for a photoelectric conversion element are formed. I found that I could do it.
In particular, since the compounding treatment is performed in the liquid phase in Examples 1 to 6, it is possible to easily achieve compounding without reaggregating the semiconductor nanocrystal particles. Therefore, according to these, it is possible to solve the problem that the heat-disappearing particles and the semiconductor nanoparticles are previously composited to form pores at the time of firing.
(実施例7)
酸化チタン凝集体(前記半導体ナノ結晶粒子(1)、日本アエロジル製P25、平均一次粒子径21nm)をエタノールに投入することにより、酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって16時間攪拌することにより、予め酸化チタン凝集体をよく濡らしておいた。
このようにして調整した溶液に対し、超音波ホモジナイザー(BRANSON社製 Sonifier SLPe 40)を用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、酸化チタン凝集体を分散させた分散液を得た。
得られた分散後の体積基準粒度分布をレーザー回折式粒度分布計((株)堀場製作所製 LA−950)によって測定し、体積基準メジアン径(Dv50)を算出した。体積基準メジアン径(Dv50)は0.138μmであった。
(Example 7)
A solution consisting of 10 parts by weight of titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared by adding titanium oxide aggregates (semiconductor nanocrystal particles (1), Nippon Aerosil P25, average primary particle diameter of 21 nm) to ethanol. The titanium oxide aggregate was well wetted in advance by stirring this with a magnetic stirrer for 16 hours.
By irradiating the solution prepared in this manner with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 30 minutes using an ultrasonic homogenizer (Soniffier SLPe 40 manufactured by BRANSON), an impact force derived from cavitation is given to the titanium oxide aggregates. Was dispersed to obtain a dispersion.
The obtained volume-based particle size distribution after dispersion was measured with a laser diffraction type particle size distribution meter (LA-950 manufactured by HORIBA, Ltd.), and the volume-based median diameter (Dv50) was calculated. The volume-based median diameter (Dv50) was 0.138 μm.
一方、メーカー公称によるDv50が60nmのポリメチルメタクリレートC微粒子を準備した。このポリメチルメタクリレートC微粒子のゲル浸透クロマトグラフィー(東ソー株式会社製 HLC−8220)によって求めた重量平均分子量(Mw)は31,500であり、また示差走査熱量分析計(セイコーインスツメンツ株式会社製 DSC6200)によって求めたガラス転移温度(Tg)は85℃であった。
上記平均一次粒子径が60nmのポリメチルメタクリレートC微粒子からなる凝集体(前記加熱消滅性粒子(2))をエタノールに投入することにより、ポリメチルメタクリレート微粒子20重量部とエタノール80重量部からなる溶液を調整した。これをマグネチックスターラーによって2時間攪拌することにより、予めポリメチルメタクリレートC凝集体をよく濡らしておいた。
このようにして調整した溶液に対し、前記超音波ホモジナイザーを用い、周波数40kHzの超音波を5分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、ポリメチルメタクリレートC凝集体を分散させた分散液を得た。
On the other hand, polymethylmethacrylate C fine particles having a Dv50 of 60 nm according to the manufacturer's nominal were prepared. The weight average molecular weight (Mw) determined by gel permeation chromatography (HLC-8220 manufactured by Tosoh Corporation) of the polymethylmethacrylate C fine particles is 31,500, and a differential scanning calorimeter (manufactured by Seiko Instruments Inc.). The glass transition temperature (Tg) determined by DSC6200) was 85 ° C.
A solution composed of 20 parts by weight of polymethylmethacrylate fine particles and 80 parts by weight of ethanol by adding an aggregate (the heat-disappearing particles (2)) composed of polymethylmethacrylate C fine particles having an average primary particle diameter of 60 nm to ethanol. Was adjusted. The polymethylmethacrylate C aggregate was well wetted in advance by stirring this with a magnetic stirrer for 2 hours.
The solution prepared in this way is irradiated with ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 5 minutes using the ultrasonic homogenizer to give an impact force derived from cavitation to disperse polymethylmethacrylate C aggregates. I got the liquid.
上記の通り準備した酸化チタン分散液とポリメチルメタクリレートC分散液を,酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが45重量部含まれるように混合した後、マグネチックスターラーによって20分間攪拌し、その後前記超音波ホモジナイザーを用い、周波数40kHzの超音波を30分間照射することによって、キャビテーションに由来する衝撃力を与え、酸化チタン粒子とポリメチルメタクリレートC粒子からなる複合粒子(前記半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子の複合粒子(3))を含む分散液を得た。 The titanium oxide dispersion and the polymethylmethacrylate C dispersion prepared as described above were mixed so that 45 parts by weight of polymethylmethacrylate C was contained in 100 parts by weight of titanium oxide, and then stirred with a magnetic stirrer for 20 minutes. After that, by irradiating ultrasonic waves having a frequency of 40 kHz for 30 minutes using the ultrasonic homogenizer, an impact force derived from cavitation is applied, and composite particles composed of titanium oxide particles and polymethylmethacrylate C particles (the semiconductor nanocrystal particles). And a dispersion containing composite particles (3) of heat-disappearing particles was obtained.
複合化処理後の体積換算粒度分布を、上述のレーザー回折式粒度分布計によって測定した。
また、複合粒子を含む分散液を遠心分離装置(日立工機(株)製 himac CT6e)にかけ、上澄み液を捨てた後、残ったスラリーをクリーンオーブン(エスペック(株)製 PVC−212)中で120℃、10分間保持し、エタノールを揮発除去させた。次に、この乾燥固形物を耐熱ガラスシャーレに入れ、電気マッフル炉(城田電気炉材(株)製)で500℃、30分間保持し、ポリメチルメタクリレートC粒子を焼失除去させた。電気マッフル炉で焼成する前後の重量をそれぞれ測定することにより、複合粒子を加熱消滅性粒子の消滅温度以上で加熱した際の重量減少率を算出した。
The volume-equivalent particle size distribution after the compounding treatment was measured by the above-mentioned laser diffraction type particle size distribution meter.
In addition, the dispersion liquid containing the composite particles is subjected to a centrifuge device (himac CT6e manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.), the supernatant liquid is discarded, and then the remaining slurry is placed in a clean oven (PVC-212 manufactured by Espec Co., Ltd.). The mixture was kept at 120 ° C. for 10 minutes to volatilize and remove ethanol. Next, this dry solid was placed in a heat-resistant glass petri dish and kept in an electric muffle furnace (manufactured by Shirota Electric Furnace Material Co., Ltd.) at 500 ° C. for 30 minutes to burn off and remove the polymethylmethacrylate C particles. By measuring the weight before and after firing in the electric muffle furnace, the weight loss rate when the composite particles were heated above the extinction temperature of the heat-disappearing particles was calculated.
次いで、得られた複合粒子を含む分散液を用いる以外は実施例5と同様にして太陽電池を作製した。
作製した太陽電池のIV測定を行い変換効率を算出した。IV測定は疑似太陽光照射下(AM1.5、100mW/cm2)において行った。
Next, a solar cell was produced in the same manner as in Example 5 except that the dispersion liquid containing the obtained composite particles was used.
The IV measurement of the manufactured solar cell was performed to calculate the conversion efficiency. The IV measurement was performed under simulated sunlight irradiation (AM1.5, 100 mW / cm 2 ).
(実施例8)
酸化チタンとポリメチルメタクリレートCを複合化するにあたり、酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが60重量部含まれるように混合した以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 8)
When the titanium oxide and the polymethylmethacrylate C were compounded, a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymethylmethacrylate C was mixed so as to contain 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. did. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例1)
酸化チタンとポリメチルメタクリレートCを複合化するにあたり、酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが20重量部含まれるように混合した以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Reference example 1)
When the titanium oxide and the polymethylmethacrylate C were compounded, a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymethylmethacrylate C was mixed so as to contain 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. did. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例2)
酸化チタンとポリメチルメタクリレートCを複合化するにあたり、酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが40重量部含まれるように混合した以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Reference example 2)
When the titanium oxide and the polymethylmethacrylate C were compounded, a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that the polymethylmethacrylate C was mixed so as to contain 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. did. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(実施例9)
酸化チタンに代わり、酸化亜鉛粉末(平均一次粒子径30nm)を用いた以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 9)
A coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that zinc oxide powder (average primary particle diameter of 30 nm) was used instead of titanium oxide. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例3)
酸化チタンに代わり、酸化亜鉛粉末を用いた以外は、参考例1と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Reference example 3)
A coating liquid was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that zinc oxide powder was used instead of titanium oxide. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(実施例10)
酸化チタンとして、平均一次粒子径133nmを有する酸化チタンを用い、本酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整後、ペイントシェーカーで48時間処理することにより酸化チタン分散液を得た以外は、実施例8と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 10)
As titanium oxide, titanium oxide having an average primary particle diameter of 133 nm was used, and a solution consisting of 10 parts by weight of this titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared and then treated with a paint shaker for 48 hours to obtain a titanium oxide dispersion. A coating solution was prepared in the same manner as in Example 8 except for the above. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(実施例11)
酸化チタンとして、平均一次粒子径18nmを有する酸化チタンを用い、本酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整後、ペイントシェーカーで48時間処理することにより酸化チタン分散液を得た以外は、実施例8と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 11)
Titanium oxide having an average primary particle diameter of 18 nm was used as titanium oxide, and a solution consisting of 10 parts by weight of this titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared and then treated with a paint shaker for 48 hours to obtain a titanium oxide dispersion. A coating solution was prepared in the same manner as in Example 8 except for the above. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(実施例12)
酸化チタンとして、平均一次粒子径140nmを有する酸化チタンを用い、本酸化チタン10重量部とエタノール90重量部からなる溶液を調整後、ペイントシェーカーで48時間処理することにより酸化チタン分散液を得た以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Example 12)
Titanium oxide having an average primary particle diameter of 140 nm was used as titanium oxide, and a solution consisting of 10 parts by weight of this titanium oxide and 90 parts by weight of ethanol was prepared and then treated with a paint shaker for 48 hours to obtain a titanium oxide dispersion. A coating solution was prepared in the same manner as in Example 7 except for the above. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例4)
酸化チタンとポリメチルメタクリレートCを複合化するにあたり、酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが20重量部含まれるように混合した以外は、実施例11と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Reference example 4)
When the titanium oxide and the polymethylmethacrylate C were compounded, a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 11 except that the polymethylmethacrylate C was mixed so as to contain 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of titanium oxide. did. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例5)
酸化チタンとポリメチルメタクリレートCを複合化するにあたり、酸化チタン100重量部に対してポリメチルメタクリレートCが20重量部含まれるように混合した以外は、実施例12と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
(Reference example 5)
When the titanium oxide and the polymethylmethacrylate C were combined, a coating liquid was prepared in the same manner as in Example 12 except that the polymethylmethacrylate C was mixed so as to contain 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the titanium oxide. did. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
(参考例6)
加熱消滅性粒子としてポリメチルメタクリレートDを使用した以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
なお、ポリメチルメタクリレートD微粒子のメーカー公称によるDv50は45nmであり、またゲル浸透クロマトグラフィー(東ソー株式会社製 HLC−8220)によって求めた重量平均分子量(Mw)は27,000、示差走査熱量分析計(セイコーインスツメンツ株式会社製 DSC6200)によって求めたガラス転移温度(Tg)は75℃であった。
(Reference example 6)
A coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that polymethylmethacrylate D was used as the heat-dissipating particles. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
The manufacturer's nominal Dv50 of polymethylmethacrylate D fine particles is 45 nm, the weight average molecular weight (Mw) determined by gel permeation chromatography (HLC-8220 manufactured by Tosoh Corporation) is 27,000, and a differential scanning calorimeter. The glass transition temperature (Tg) determined by (DSC6200 manufactured by Seiko Instruments, Inc.) was 75 ° C.
(参考例7)
加熱消滅性粒子としてポリメチルメタクリレートEを使用した以外は、実施例7と同様にして塗工液を作成した。また、本塗工液を用いて、実施例7と同様に太陽電池を作製し、変換効率を算出した。
なお、ポリメチルメタクリレートE微粒子のメーカー公称によるDv50は110nmであり、また前記ゲル浸透クロマトグラフィーによって求めた重量平均分子量(Mw)は48,400、示差走査熱量分析計(セイコーインスツメンツ株式会社製 DSC6200)によって求めたガラス転移温度(Tg)は99℃であった。
(Reference example 7)
A coating liquid was prepared in the same manner as in Example 7 except that polymethylmethacrylate E was used as the heat-dissipating particles. Further, using this coating liquid, a solar cell was produced in the same manner as in Example 7, and the conversion efficiency was calculated.
The manufacturer's nominal Dv50 of polymethylmethacrylate E fine particles is 110 nm, the weight average molecular weight (Mw) determined by the gel permeation chromatography is 48,400, and a differential scanning calorimeter (manufactured by Seiko Instruments Inc.). The glass transition temperature (Tg) determined by DSC6200) was 99 ° C.
表3に、実施例7から8および参考例1から2によって示される複合粒子の500℃加熱による重量減少率を示す。また、図2に、実施例7から8および参考例1から2によって示される複合粒子をレーザー回折式粒度分布計で測定した場合の体積基準粒度分布を示す。 Table 3 shows the weight loss rate of the composite particles shown in Examples 7 to 8 and Reference Examples 1 and 2 by heating at 500 ° C. Further, FIG. 2 shows a volume-based particle size distribution when the composite particles shown in Examples 7 to 8 and Reference Examples 1 and 2 are measured with a laser diffraction type particle size distribution meter.
実施例7および8に示された複合粒子の重量減少率は、表3より30%を超えている。このとき、図2に示される通り、観察される粒子のピークは酸化チタン分散体(120nm)およびポリメチルメタクリレートC(60nm)のいずれよりも大きな1μm以上の領域にあり、かつ一山分布を示している。このことは粒子複合化が完全に進行していることを示している。一方、参考例1および2に示された複合粒子の重量減少率は、表3より30%未満である。このとき、観察される粒子のピークは、参考例1では酸化チタン分散体よりもわずかに大きい180nmの一山分布であり、参考例2では参考例1と実施例7の間にあたる二山分布であった。このことから、参考例1および2では粒子複合化は十分に進行していない。
これらの結果から、複合粒子の重量減少率が30%以上であるとき、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子との複合化が完全になされている。
The weight loss rate of the composite particles shown in Examples 7 and 8 exceeds 30% from Table 3. At this time, as shown in FIG. 2, the peaks of the observed particles are in a region of 1 μm or more, which is larger than both the titanium oxide dispersion (120 nm) and polymethylmethacrylate C (60 nm), and show a mountainous distribution. ing. This indicates that the particle compositing is completely progressing. On the other hand, the weight loss rate of the composite particles shown in Reference Examples 1 and 2 is less than 30% from Table 3. At this time, the peaks of the observed particles are the one-mountain distribution of 180 nm, which is slightly larger than the titanium oxide dispersion in Reference Example 1, and the two-mountain distribution between Reference Example 1 and Example 7 in Reference Example 2. there were. From this, in Reference Examples 1 and 2, particle compositing has not progressed sufficiently.
From these results, when the weight reduction rate of the composite particles is 30% or more, the semiconductor nanocrystal particles and the heat-dissipating particles are completely composited.
表4に、実施例7から12および参考例1から7によって得られた複合粒子を用い、塗工液を作製し、太陽電池を作製した場合の変換効率を示す。 Table 4 shows the conversion efficiency when a coating liquid was prepared using the composite particles obtained in Examples 7 to 12 and Reference Examples 1 to 7 to prepare a solar cell.
実施例7から8によって得られた太陽電池は、高粘度電解液を充填する上で最適な細孔が半導体電極膜中に均一に形成されているため、高い変換効率が得られている。一方、参考例1から2は複合化が不十分なため、電解液の充填が不十分であり、実施例7から8に比べて変換効率が低い。また、実施例9は半導体ナノ粒子として酸化亜鉛を使っていることから、実施例7から8に比べれば変換効率は低いが、参考例3に比べれば変換効率が高いことから、半導体ナノ粒子が酸化亜鉛であっても粒子複合化による電解液充填の向上効果が見られることがわかる。実施例10から12より、酸化チタンの一次粒径が20nm未満もしくは135nmを超える場合は、酸化チタン粒子同士の接触によって形成される細孔が小さすぎて電解液が充填されないか、もしくは配置される増感色素量が減少するため、実施例7から8に比べて変換効率が低い。しかし、参考例4から5との比較により、粒子複合化が不完全であると変換効率はさらに低くなるので、この場合でも粒子複合化による電解液充填の向上効果が見られることは明らかである。 In the solar cells obtained in Examples 7 to 8, high conversion efficiency is obtained because the optimum pores for filling the high-viscosity electrolytic solution are uniformly formed in the semiconductor electrode film. On the other hand, in Reference Examples 1 and 2, since the compounding is insufficient, the filling of the electrolytic solution is insufficient, and the conversion efficiency is lower than that in Examples 7 to 8. Further, since zinc oxide is used as the semiconductor nanoparticles in Example 9, the conversion efficiency is lower than that of Examples 7 to 8, but the conversion efficiency is higher than that of Reference Example 3, so that the semiconductor nanoparticles are used. It can be seen that even zinc oxide has an effect of improving the filling of the electrolytic solution by compounding the particles. From Examples 10 to 12, when the primary particle size of titanium oxide is less than 20 nm or more than 135 nm, the pores formed by the contact between the titanium oxide particles are too small to be filled with the electrolytic solution, or are arranged. Since the amount of the sensitizing dye is reduced, the conversion efficiency is lower than that of Examples 7 to 8. However, by comparison with Reference Examples 4 to 5, if the particle compositing is incomplete, the conversion efficiency is further lowered, so it is clear that the effect of improving the electrolyte filling by the particle compositing can be seen even in this case. ..
また、実施例7によって得られた太陽電池は、参考例6から7によって得られた太陽電池に比べて高い変換効率が得られている。これは加熱消滅性粒子であるポリメリルメタクリレートの重量平均分子量及びガラス転移温度を適切な範囲に置くことで得られた効果である。すなわち、参考例6ではガラス転移温度が低すぎるため、加熱消滅性粒子が過度に軟化している。一方、参考例7ではガラス転移温度が高すぎるため、消滅によって得られる細孔の連結性が不十分である。いずれの場合も高粘度電解液を半導体多孔質電極の内部まで注入、浸透させる上でより望ましい構造とはなっていない。 Further, the solar cells obtained in Example 7 have higher conversion efficiencies than the solar cells obtained in Reference Examples 6 to 7. This is an effect obtained by setting the weight average molecular weight and the glass transition temperature of polymeryl methacrylate, which are heat-dissipating particles, in an appropriate range. That is, in Reference Example 6, the glass transition temperature is too low, so that the heat-disappearing particles are excessively softened. On the other hand, in Reference Example 7, since the glass transition temperature is too high, the connectivity of the pores obtained by extinction is insufficient. In either case, the structure is not more desirable for injecting and permeating the high-viscosity electrolytic solution into the inside of the semiconductor porous electrode.
以上より、本発明によって、光電変換素子に好適な多孔質半導体電極を形成するための、半導体ナノ結晶粒子と加熱消滅性粒子からなる複合粒子を含む塗工液を与えることができた。
なお、上記参考例1から5については、複合粒子の、加熱消滅性粒子の消滅温度以上で加熱した際の重量が、加熱前に比べ30%以上減少するという構成を有しないものであるが、これ以外の構成についてさらなる改良を施すことにより、参考例1から5に示した太陽電池の変換効率以上の効果が見込めるものである。従って、参考例1から5については種々の改良により本発明の効果を奏し得る試験例であると言える。
From the above, according to the present invention, it was possible to provide a coating liquid containing composite particles composed of semiconductor nanocrystal particles and heat-disappearing particles for forming a porous semiconductor electrode suitable for a photoelectric conversion element.
Note that Reference Examples 1 to 5 do not have a configuration in which the weight of the composite particles when heated at a temperature equal to or higher than the extinction temperature of the heat-disappearing particles is reduced by 30% or more as compared with that before heating. By further improving the configurations other than this, it is expected that the effect is higher than the conversion efficiency of the solar cells shown in Reference Examples 1 to 5. Therefore, it can be said that Reference Examples 1 to 5 are test examples in which the effects of the present invention can be achieved by various improvements.
Claims (8)
前記加熱消滅性粒子は、重量平均分子量(Mw)が30,000以上45,000以下、ガラス転移温度(Tg)が80℃以上95℃以下のポリメチルメタクリレートであることを特徴とする色素増感太陽電池の多孔質半導体電極形成用の塗工液。 A coating liquid containing composite particles composed of semiconductor nanocrystal particles and heat-dissipating particles.
The heat-disappearing particles are dye-sensitized as polymethylmethacrylate having a weight average molecular weight (Mw) of 30,000 or more and 45,000 or less and a glass transition temperature (Tg) of 80 ° C. or more and 95 ° C. or less . A coating liquid for forming porous semiconductor electrodes of solar cells .
前記塗布工程にて形成された塗工膜を加熱・焼成する加熱焼成工程と、を含むことを特徴とする色素増感太陽電池の多孔質半導体電極形成方法。 A coating step of applying the coating liquid according to any one of claims 1 to 7 .
A method for forming a porous semiconductor electrode of a dye-sensitized solar cell, which comprises a heating and firing step of heating and firing the coating film formed in the coating step.
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