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JP6576784B2 - Electrolyte for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element using the same - Google Patents

Electrolyte for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element using the same Download PDF

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JP6576784B2 JP2015204133A JP2015204133A JP6576784B2 JP 6576784 B2 JP6576784 B2 JP 6576784B2 JP 2015204133 A JP2015204133 A JP 2015204133A JP 2015204133 A JP2015204133 A JP 2015204133A JP 6576784 B2 JP6576784 B2 JP 6576784B2
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Description

本発明は、光電変換素子用電解質、及び、これを用いた光電変換素子に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element using the same.

色素増感光電変換素子は、スイスのグレッツェルらによって開発されたものであり、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換素子である。   The dye-sensitized photoelectric conversion element is a next-generation photoelectric conversion element which has been developed by Gretzell et al. In Switzerland and has been attracting attention because it has advantages such as high photoelectric conversion efficiency and low manufacturing cost.

このような、色素を用いた光電変換素子は一般に、少なくとも1つの光電変換セルを備えており、光電変換セルは、第1電極基板と、第1電極基板に対向する第2電極基板と、第1電極基板又は第2電極基板に設けられる酸化物半導体層と、第1電極基板及び第2電極基板の間に設けられる電解質とを備えている。   Such a photoelectric conversion element using a dye generally includes at least one photoelectric conversion cell, and the photoelectric conversion cell includes a first electrode substrate, a second electrode substrate facing the first electrode substrate, An oxide semiconductor layer provided on the one electrode substrate or the second electrode substrate and an electrolyte provided between the first electrode substrate and the second electrode substrate are provided.

このような光電変換素子が優れた光電変換特性を得るためには、例えば開放電圧を向上させることが重要であり、例えば下記特許文献1には、開放電圧を向上させるために、酸化還元対を含有する電解質中にt−ブチルピリジンを添加することが開示されている。   In order for such a photoelectric conversion element to obtain excellent photoelectric conversion characteristics, for example, it is important to improve the open circuit voltage. For example, in Patent Document 1 below, an oxidation-reduction pair is used to improve the open circuit voltage. It is disclosed to add t-butylpyridine to the electrolyte contained.

特開2005−327515号公報JP 2005-327515 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の電解質は以下に示す課題を有していた。   However, the electrolyte described in Patent Document 1 has the following problems.

すなわち、上記特許文献1に記載の電解質は、光電変換素子の光電変換セルに含まれる電解質として用いられる場合、光電変換素子に対して優れた開放電圧を付与できるものの、いまだ開放電圧の向上の点で改善の余地を有していた。また上記特許文献1に記載の電解質は、光電変換素子の耐久性の向上の点でも改善の余地を有していた。そのため、光電変換素子の開放電圧を向上させることができるだけでなく、耐久性をも向上させることができる光電変換素子用電解質が望まれていた。   That is, when the electrolyte described in Patent Document 1 is used as an electrolyte contained in a photoelectric conversion cell of a photoelectric conversion element, it can provide an excellent open voltage to the photoelectric conversion element, but still has an improvement in open voltage. There was room for improvement. Moreover, the electrolyte described in Patent Document 1 has room for improvement in terms of improving the durability of the photoelectric conversion element. Therefore, there has been a demand for an electrolyte for a photoelectric conversion element that can not only improve the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element but also improve the durability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子の開放電圧及び耐久性を向上させることができる光電変換素子用電解質、及びこれを用いた光電変換素子を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, It aims at providing the electrolyte for photoelectric conversion elements which can improve the open circuit voltage and durability of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element using the same. To do.

本発明者は上記課題を解決するために、電解質の組成に着目して鋭意研究を重ねた。その結果、本発明者は、上記特許文献1記載の電解質が上記課題を解決できない理由について以下のように考えた。すなわち、電解質中にt−ブチルピリジンが含まれていると、t−ブチルピリジンが高い塩基性を示すため、電解質中に混入する水分子と反応して水酸化物イオン(OH−)を発生し、この水酸化物イオンが色素を求核反応により分解させて劣化させる。このため、t−ブチルピリジンでは、光電変換素子の耐久性を向上させることができないのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、電解質中における卑金属酸化物を所定の濃度となるようにすることで上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied paying attention to the composition of the electrolyte. As a result, the present inventor considered the reason why the electrolyte described in Patent Document 1 could not solve the above problem as follows. That is, when t-butylpyridine is contained in the electrolyte, t-butylpyridine exhibits a high basicity, and thus reacts with water molecules mixed in the electrolyte to generate hydroxide ions (OH-). This hydroxide ion degrades the dye by nucleophilic reaction. For this reason, this inventor thought that durability of a photoelectric conversion element could not be improved with t-butylpyridine. Therefore, as a result of intensive studies, the present inventor has found that the above problem can be solved by adjusting the base metal oxide in the electrolyte to a predetermined concentration, and has completed the present invention.

すなわち本発明は、酸化還元対と、卑金属酸化物とを含み、前記卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が1〜500質量ppm(但し、500質量ppmを除く)である光電変換素子用電解質である。 That is, the present invention includes a redox couple and a base metal oxide, and the concentration of the base metal oxide having the maximum concentration among the base metal oxides is 1 to 500 ppm by mass (excluding 500 ppm by mass) . It is an electrolyte for photoelectric conversion elements.

本発明の光電変換素子用電解質によれば、光電変換素子の開放電圧及び耐久性を向上させることができる。   According to the electrolyte for a photoelectric conversion element of the present invention, the open-circuit voltage and durability of the photoelectric conversion element can be improved.

このような効果が得られる理由について本発明者は以下のように推測している。すなわち、本発明の電解質が、光電変換素子に含まれる光電変換セルの電解質として用いられる場合、卑金属酸化物は低い塩基性を示すため、電解質中に混入する水分子と反応しにくい。このため、水酸化物イオン(OH−)が発生しにくく、水酸化物イオンによる色素の劣化が起こりにくくなる。一方、卑金属酸化物は分子中に酸素原子を有するため、酸化物半導体層と結合しやすく、電流の漏れサイトとなる酸化物半導体層の表面を効率よく被覆し、それにより光電変換素子の開放電圧を向上させることができる。そして、卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度を1〜500質量ppmとすることで、光電変換素子の耐久性と開放電圧をバランスよく向上させることができるのではないかと本発明者は推測している。   The inventor presumes the reason why such an effect is obtained as follows. That is, when the electrolyte of the present invention is used as an electrolyte of a photoelectric conversion cell included in a photoelectric conversion element, the base metal oxide exhibits a low basicity and thus hardly reacts with water molecules mixed in the electrolyte. For this reason, hydroxide ions (OH-) are less likely to be generated, and the deterioration of the pigment due to hydroxide ions is less likely to occur. On the other hand, since the base metal oxide has oxygen atoms in the molecule, it easily binds to the oxide semiconductor layer and efficiently covers the surface of the oxide semiconductor layer that becomes a leakage site of current, thereby opening the open voltage of the photoelectric conversion element. Can be improved. And it may be possible to improve the durability and open circuit voltage of the photoelectric conversion element in a balanced manner by setting the concentration of the base metal oxide having the maximum concentration of 1 to 500 mass ppm among the base metal oxides. The inventor speculates.

上記光電変換素子用電解質においては、前記卑金属酸化物が、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化マンガン、酸化鉛、酸化錫、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化コバルト、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化ベリリウム、酸化クロム、酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化レニウム及び酸化タリウムからなる群より選択される少なくとも1種で構成されることが好ましい。   In the photoelectric conversion element electrolyte, the base metal oxide is bismuth oxide, zinc oxide, copper oxide, iron oxide, manganese oxide, lead oxide, tin oxide, nickel oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide. Selected from the group consisting of cobalt oxide, cadmium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, antimony oxide, beryllium oxide, chromium oxide, germanium oxide, vanadium oxide, gallium oxide, hafnium oxide, indium oxide, niobium oxide, rhenium oxide, and thallium oxide It is preferable to be composed of at least one selected from the above.

この場合、卑金属酸化物が上記卑金属酸化物以外の卑金属酸化物で構成される場合に比べて、光電変換素子の開放電圧をより向上させることができる。   In this case, compared with the case where a base metal oxide is comprised with base metal oxides other than the said base metal oxide, the open circuit voltage of a photoelectric conversion element can be improved more.

あるいは、上記光電変換素子用電解質においては、前記卑金属酸化物が、少なくとも酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種を含んでいてもよい。   Or in the said electrolyte for photoelectric conversion elements, the said base metal oxide may contain at least 1 sort (s) selected from the group which consists of a bismuth oxide, a zinc oxide, and a tin oxide at least.

この場合、上記卑金属酸化物が、酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種を含まない場合に比べて、光電変換素子の開放電圧をより向上させることができる。   In this case, the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element can be further improved as compared with the case where the base metal oxide does not contain at least one selected from the group consisting of bismuth oxide, zinc oxide, and tin oxide.

上記光電変換素子用電解質においては、前記卑金属酸化物が酸化ビスマスを含んでいることが好ましい。   In the said electrolyte for photoelectric conversion elements, it is preferable that the said base metal oxide contains the bismuth oxide.

この場合、上記卑金属酸化物が、酸化ビスマスを含まない場合に比べて、光電変換素子の開放電圧をより向上させることができる。   In this case, the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element can be further improved as compared with the case where the base metal oxide does not contain bismuth oxide.

上記光電変換素子用電解質においては、前記卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が2〜100質量ppmであることが好ましい。   In the said electrolyte for photoelectric conversion elements, it is preferable that the density | concentration of the base metal oxide whose density | concentration is the maximum is 2-100 mass ppm among the said base metal oxides.

この場合、卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が上記範囲を外れる場合に比べて、光電変換素子の開放電圧をより向上させることができる。   In this case, the open circuit voltage of the photoelectric conversion element can be further improved as compared with the case where the concentration of the base metal oxide having the maximum concentration out of the above range.

また本発明は、少なくとも1つの光電変換セルを備え、前記光電変換セルが、第1電極基板と、前記第1電極基板に対向する第2電極基板と、前記第1電極基板又は前記第2電極基板に設けられる酸化物半導体層と、前記第1電極基板及び前記第2電極基板の間に設けられる電解質とを備え、前記電解質が、上述した光電変換素子用電解質からなる光電変換素子である   The present invention also includes at least one photoelectric conversion cell, wherein the photoelectric conversion cell includes a first electrode substrate, a second electrode substrate facing the first electrode substrate, and the first electrode substrate or the second electrode. An oxide semiconductor layer provided on a substrate and an electrolyte provided between the first electrode substrate and the second electrode substrate, wherein the electrolyte is a photoelectric conversion element made of the above-described electrolyte for a photoelectric conversion element.

本発明の光電変換素子によれば、開放電圧及び耐久性を向上させることができる。   According to the photoelectric conversion element of the present invention, the open circuit voltage and durability can be improved.

上記光電変換素子において、前記第1電極基板及び前記第2電極基板の少なくとも一方が前記電解質に接触するガラス基板を有し、前記ガラス基板が、前記電解質中の前記卑金属酸化物と共通の卑金属酸化物を含有することが好ましい。   In the photoelectric conversion element, at least one of the first electrode substrate and the second electrode substrate has a glass substrate in contact with the electrolyte, and the glass substrate is a base metal oxide common to the base metal oxide in the electrolyte. It is preferable to contain a product.

この場合、光電変換素子の発電特性がより向上する。この理由について、本発明者は、電解質中の卑金属酸化物がガラス基板へ吸着してしまうことを抑制できるためではないかと推察している。   In this case, the power generation characteristics of the photoelectric conversion element are further improved. About this reason, this inventor has guessed that it may be because it can suppress that the base metal oxide in electrolyte adsorb | sucks to a glass substrate.

本発明によれば、光電変換素子の開放電圧を向上させることができる光電変換素子用電解質、及び、これを用いた光電変換素子が提供される。その結果、光電変換効率を向上させることが可能となる。また、本発明によれば、光電変換素子の耐久性を向上させることができる光電変換素子用電解質、及び、これを用いた光電変換素子が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrolyte for photoelectric conversion elements which can improve the open circuit voltage of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element using the same are provided. As a result, the photoelectric conversion efficiency can be improved. Moreover, according to this invention, the electrolyte for photoelectric conversion elements which can improve the durability of a photoelectric conversion element, and a photoelectric conversion element using the same are provided.

本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the photoelectric conversion element of this invention.

以下、本発明の実施形態について図1を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.

図1に示すように、光電変換素子100は、1つの光電変換セル60で構成されており、光電変換セル60は、第1電極基板10と、第1電極基板10に対向する第2電極基板20と、第1電極基板10上に設けられる酸化物半導体層30と、第1電極基板10及び第2電極基板20を連結する環状の封止部40とを備えている。第1電極基板10、第2電極基板20及び封止部40によって形成されるセル空間には電解質50が充填されている。   As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 100 includes a single photoelectric conversion cell 60, and the photoelectric conversion cell 60 includes a first electrode substrate 10 and a second electrode substrate facing the first electrode substrate 10. 20, an oxide semiconductor layer 30 provided on the first electrode substrate 10, and an annular sealing portion 40 that connects the first electrode substrate 10 and the second electrode substrate 20. A cell space formed by the first electrode substrate 10, the second electrode substrate 20, and the sealing portion 40 is filled with an electrolyte 50.

第1電極基板10は、透明基板11および透明基板11の上に設けられる透明導電層12で構成される透明導電性基板15からなる。   The first electrode substrate 10 includes a transparent substrate 11 and a transparent conductive substrate 15 including a transparent conductive layer 12 provided on the transparent substrate 11.

第2電極基板20は、導電性基板21と、導電性基板21の透明導電性基板15側に設けられて電解質50の還元に寄与する触媒層22とを備えている。   The second electrode substrate 20 includes a conductive substrate 21 and a catalyst layer 22 that is provided on the transparent conductive substrate 15 side of the conductive substrate 21 and contributes to the reduction of the electrolyte 50.

酸化物半導体層30は、封止部40の内側に配置されている。また酸化物半導体層30には色素が吸着されている。   The oxide semiconductor layer 30 is disposed inside the sealing portion 40. A dye is adsorbed on the oxide semiconductor layer 30.

上記電解質50は、酸化還元対と、卑金属酸化物とを含む。そして、卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が1〜500質量ppmである。   The electrolyte 50 includes a redox couple and a base metal oxide. And the density | concentration of the base metal oxide whose density | concentration is the largest among base metal oxides is 1-500 mass ppm.

光電変換素子100によれば、電解質50が上記構成を有することで、開放電圧及び耐久性を向上させることができる。   According to the photoelectric conversion element 100, the open circuit voltage and durability can be improved because the electrolyte 50 has the above configuration.

次に、第1電極基板10、第2電極基板20、酸化物半導体層30、封止部40、電解質50及び色素について詳細に説明する。   Next, the 1st electrode substrate 10, the 2nd electrode substrate 20, the oxide semiconductor layer 30, the sealing part 40, the electrolyte 50, and the pigment | dye are demonstrated in detail.

<第1電極基板>
第1電極基板10は、上述したように、透明導電性基板15で構成され、透明導電性基板15は、透明基板11と、透明基板11の上に設けられ、第1電極である透明導電層12とで構成されている。
<First electrode substrate>
As described above, the first electrode substrate 10 is composed of the transparent conductive substrate 15, and the transparent conductive substrate 15 is provided on the transparent substrate 11 and the transparent substrate 11, and the transparent conductive layer that is the first electrode. 12.

透明基板11を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、及び、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。   The material which comprises the transparent substrate 11 should just be a transparent material, for example, As such a transparent material, glass, such as borosilicate glass, soda lime glass, white plate glass, quartz glass, polyethylene terephthalate (PET), for example , Polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), and polyethersulfone (PES).

ここで、透明基板11が、ガラスで構成されるガラス基板である場合、透明基板11は、電解質50に接触していなくてもよいが、図1に示すように、電解質50に接触していてもよい。透明基板11が電解質50に接触している場合、透明基板11は、電解質50中の卑金属酸化物と共通の卑金属酸化物を含有することが好ましい。この場合、電解質50中の卑金属酸化物が、ガラス基板で構成される透明基板11へ吸着してしまうことを抑制でき、その結果、光電変換素子100の発電特性がより向上する。ここで、透明基板11中に含まれる卑金属酸化物と電解質50中に含まれる卑金属酸化物とが同一であることが好ましい。   Here, when the transparent substrate 11 is a glass substrate made of glass, the transparent substrate 11 may not be in contact with the electrolyte 50, but is in contact with the electrolyte 50 as shown in FIG. Also good. When the transparent substrate 11 is in contact with the electrolyte 50, the transparent substrate 11 preferably contains a base metal oxide common to the base metal oxide in the electrolyte 50. In this case, it can suppress that the base metal oxide in the electrolyte 50 adsorb | sucks to the transparent substrate 11 comprised with a glass substrate, As a result, the electric power generation characteristic of the photoelectric conversion element 100 improves more. Here, the base metal oxide contained in the transparent substrate 11 and the base metal oxide contained in the electrolyte 50 are preferably the same.

透明基板11の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜40000μmの範囲にすればよい。   The thickness of the transparent substrate 11 is appropriately determined according to the size of the photoelectric conversion element 100 and is not particularly limited, but may be in the range of 50 to 40,000 μm, for example.

透明導電層12を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、及び、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層12は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電層12が単層で構成される場合、透明導電層12は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電層12の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。   Examples of the material constituting the transparent conductive layer 12 include conductive metal oxides such as tin-added indium oxide (ITO), tin oxide (SnO 2), and fluorine-added tin oxide (FTO). The transparent conductive layer 12 may be a single layer or a laminate of a plurality of layers made of different conductive metal oxides. When the transparent conductive layer 12 is composed of a single layer, the transparent conductive layer 12 is preferably composed of FTO because it has high heat resistance and chemical resistance. The thickness of the transparent conductive layer 12 may be in the range of 0.01 to 2 μm, for example.

<第2電極基板>
第2電極基板20は、上述したように、基板と第2電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21のうち第1電極基板10側に設けられて電解質50の還元に寄与する導電性の触媒層22とを備えるものである。
<Second electrode substrate>
As described above, the second electrode substrate 20 is provided on the conductive substrate 21 serving as the substrate and the second electrode, and the conductive substrate 21 is provided on the first electrode substrate 10 side and contributes to the reduction of the electrolyte 50. The catalyst layer 22 is provided.

導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また、導電性基板21は、基板と第2電極を分けて上述した透明基板11に第2電極としてITO、FTO等の導電性酸化物からなる透明導電層を形成した積層体で構成してもよい。   The conductive substrate 21 is made of a corrosion-resistant metal material such as titanium, nickel, platinum, molybdenum, tungsten, aluminum, and stainless steel. Further, the conductive substrate 21 may be formed of a laminate in which the substrate and the second electrode are separated and a transparent conductive layer made of a conductive oxide such as ITO or FTO is formed as the second electrode on the transparent substrate 11 described above. Good.

ここで、導電性基板21の透明基板11が、ガラスで構成されるガラス基板である場合、透明基板11は、電解質50に接触していなくてもよいが、電解質50に接触していてもよい。導電性基板21の透明基板11が電解質50に接触している場合、導電性基板21の透明基板11は、電解質50中の卑金属酸化物と共通の卑金属酸化物を含有することが好ましい。この場合、電解質50中の卑金属酸化物が、ガラス基板で構成される透明基板11へ吸着してしまうことを抑制でき、その結果、光電変換素子100の発電特性がより向上する。ここで、透明基板11中に含まれる卑金属酸化物と電解質50中に含まれる卑金属酸化物とが同一であることが好ましい。   Here, when the transparent substrate 11 of the conductive substrate 21 is a glass substrate made of glass, the transparent substrate 11 may not be in contact with the electrolyte 50, but may be in contact with the electrolyte 50. . When the transparent substrate 11 of the conductive substrate 21 is in contact with the electrolyte 50, the transparent substrate 11 of the conductive substrate 21 preferably contains a base metal oxide common to the base metal oxide in the electrolyte 50. In this case, it can suppress that the base metal oxide in the electrolyte 50 adsorb | sucks to the transparent substrate 11 comprised with a glass substrate, As a result, the electric power generation characteristic of the photoelectric conversion element 100 improves more. Here, the base metal oxide contained in the transparent substrate 11 and the base metal oxide contained in the electrolyte 50 are preferably the same.

導電性基板21の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.005〜4mmとすればよい。   The thickness of the conductive substrate 21 is appropriately determined according to the size of the photoelectric conversion element 100 and is not particularly limited, but may be, for example, 0.005 to 4 mm.

触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。なお、第2電極基板20は、導電性基板21が触媒機能を有する場合(例えばカーボンなどを含有する場合)には触媒層22を有していなくてもよい。   The catalyst layer 22 is composed of platinum, a carbon-based material, a conductive polymer, or the like. Here, carbon nanotubes are suitably used as the carbon-based material. In addition, the 2nd electrode substrate 20 does not need to have the catalyst layer 22 when the electroconductive board | substrate 21 has a catalyst function (for example, when containing carbon etc.).

<酸化物半導体層>
酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO)、酸化ニオブ(Nb)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウム(In)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タリウム(Ta)、酸化ランタン(La)、酸化イットリウム(Y)、酸化ホルミウム(Ho)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO)、酸化アルミニウム(Al)又はこれらの2種以上で構成される。酸化物半導体層30の厚さは、例えば0.1〜100μmとすればよい。
<Oxide semiconductor layer>
The oxide semiconductor layer 30 is composed of oxide semiconductor particles. Examples of the oxide semiconductor particles include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 3 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), and tin oxide (SnO 2 ). , Indium oxide (In 3 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), thallium oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), holmium oxide (Ho 2 O) 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or two or more thereof. The thickness of the oxide semiconductor layer 30 may be, for example, 0.1 to 100 μm.

<封止部>
封止部40としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。
<Sealing part>
Examples of the sealing portion 40 include thermoplastic resins such as modified polyolefin resins and vinyl alcohol polymers, and resins such as ultraviolet curable resins. Examples of modified polyolefin resins include ionomers, ethylene-vinyl acetic anhydride copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, and ethylene-vinyl alcohol copolymers. These resins can be used alone or in combination of two or more.

<電解質>
電解質50は、上述したように、酸化還元対と、卑金属酸化物とを含む。
<Electrolyte>
As described above, the electrolyte 50 includes a redox couple and a base metal oxide.

<酸化還元対>
酸化還元対としては、例えばI/I のほか、Br/Br などのハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンの組合せ、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。
<Redox pair>
Examples of the redox pair include, in addition to I / I 3 , redox pairs such as combinations of halide ions such as Br / Br 3 and polyhalide ions, zinc complexes, iron complexes, and cobalt complexes. .

酸化還元対が上記ハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンの組合せで構成される場合、酸化還元対は、ハロゲンと、ハロゲン化物塩とによって形成される。この場合、上記ハロゲン及び上記ハロゲン化物塩は同一のハロゲン原子を有していることが好ましいが、異なるハロゲン原子を有していてもよい。   When the redox pair is composed of a combination of the halide ion and the polyhalide ion, the redox pair is formed by a halogen and a halide salt. In this case, the halogen and the halide salt preferably have the same halogen atom, but may have different halogen atoms.

ハロゲン化物イオンとポリハロゲン化物イオンの組合せからなる酸化還元対を含む場合、ポリハロゲン化物イオンの濃度が0.006M以下であることが好ましい。この場合、電子を運ぶポリハロゲン化物イオンの濃度が低いため、低照度環境下で影響の大きい漏れ電流をより減少させることができる。このため、ポリハロゲン化物イオンの濃度が0.006Mを超える場合に比べて、光電変換素子100に対してより優れた開放電圧を付与できる。ポリハロゲン化物イオンの濃度は、0Mより大きく6×10−6M以下であることがより好ましく、0Mより大きく6×10−8M以下であることがさらに好ましい。 When a redox pair comprising a combination of halide ions and polyhalide ions is included, the concentration of polyhalide ions is preferably 0.006M or less. In this case, since the concentration of the polyhalide ions that carry electrons is low, the leakage current that has a large influence under a low illumination environment can be further reduced. For this reason, compared with the case where the density | concentration of polyhalide ion exceeds 0.006M, the more excellent open circuit voltage can be provided with respect to the photoelectric conversion element 100. FIG. The concentration of polyhalide ions is more preferably greater than 0M and not greater than 6 × 10 −6 M, and even more preferably greater than 0M and not greater than 6 × 10 −8 M.

(卑金属酸化物)
卑金属酸化物のうち電解質50中の濃度が最大である卑金属酸化物の電解質50中の濃度は1〜500ppmであればよい。この場合、電解質50は、卑金属酸化物のうち電解質50中の濃度が最大である卑金属酸化物の電解質50中の濃度が上記範囲を外れる場合に比べて、光電変換素子100の開放電圧及び耐久性を向上させることができる。
(Base metal oxide)
The density | concentration in the electrolyte 50 of the base metal oxide in which the density | concentration in the electrolyte 50 is the largest among base metal oxides should just be 1-500 ppm. In this case, the electrolyte 50 has an open-circuit voltage and durability of the photoelectric conversion element 100 as compared with the case where the concentration of the base metal oxide in the electrolyte 50, which is the maximum concentration of the base metal oxide, is out of the above range. Can be improved.

卑金属酸化物のうち電解質50中の濃度が最大である卑金属酸化物の電解質50中の濃度は、2〜100質量ppmであることが好ましく、10〜100質量ppmであることがさらに好ましい。この場合、電解質50は、卑金属酸化物のうち電解質50中の濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が2〜100質量ppmの範囲を外れる場合に比べて、光電変換素子100の開放電圧をより向上させることができる。   The concentration of the base metal oxide in the electrolyte 50 having the maximum concentration in the electrolyte 50 among the base metal oxides is preferably 2 to 100 ppm by mass, and more preferably 10 to 100 ppm by mass. In this case, the electrolyte 50 has a higher open-circuit voltage than that of the photoelectric conversion element 100 as compared with a case where the concentration of the base metal oxide having the maximum concentration in the electrolyte 50 is out of the range of 2 to 100 ppm by mass. Can be improved.

卑金属酸化物としては、例えば酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化マンガン、酸化鉛、酸化錫、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化コバルト、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化ベリリウム、酸化クロム、酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化レニウム及び酸化タリウムが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。   Examples of the base metal oxide include bismuth oxide, zinc oxide, copper oxide, iron oxide, manganese oxide, lead oxide, tin oxide, nickel oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, cobalt oxide, cadmium oxide, and oxide. Examples include titanium, zirconium oxide, antimony oxide, beryllium oxide, chromium oxide, germanium oxide, vanadium oxide, gallium oxide, hafnium oxide, indium oxide, niobium oxide, rhenium oxide, and thallium oxide. These can be used alone or in combination of two or more.

あるいは、卑金属酸化物は、酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種を含むように構成されてもよい。この場合、電解質50中において、上記酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種以外の卑金属酸化物が、上記酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種と同一濃度で含まれる場合に比べて、電解質50は、光電変換素子100の開放電圧をより向上させることができる。   Alternatively, the base metal oxide may be configured to include at least one selected from the group consisting of bismuth oxide, zinc oxide, and tin oxide. In this case, in the electrolyte 50, the base metal oxide other than at least one selected from the group consisting of the bismuth oxide, zinc oxide and tin oxide is selected from the group consisting of the bismuth oxide, zinc oxide and tin oxide. The electrolyte 50 can further improve the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element 100 as compared with the case where it is contained at the same concentration as at least one kind.

ここで、卑金属酸化物は、酸化ビスマスを含むように構成されることが好ましい。この場合、電解質50中において、酸化ビスマス以外の卑金属酸化物が酸化ビスマスと同一濃度で含まれる場合に比べて、光電変換素子100の開放電圧をより向上させることができる。ここで、卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物は酸化ビスマスであることが好ましい。   Here, the base metal oxide is preferably configured to contain bismuth oxide. In this case, compared with the case where the base metal oxide other than bismuth oxide is contained in the electrolyte 50 at the same concentration as the bismuth oxide, the open-circuit voltage of the photoelectric conversion element 100 can be further improved. Here, the base metal oxide having the maximum concentration among the base metal oxides is preferably bismuth oxide.

(溶媒)
電解質50は、さらに溶媒として有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、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、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。これらは1種類を単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(solvent)
The electrolyte 50 may further contain an organic solvent as a solvent. As an organic solvent, acetonitrile, methoxyacetonitrile, methoxypropionitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, valeronitrile, pivalonitrile, glutaronitrile, methacrylonitrile, isobutyronitrile, Phenylacetonitrile, acrylonitrile, succinonitrile, oxalonitrile, pentanitrile, adiponitrile and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

また電解質50の溶媒として、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。   Further, an ionic liquid may be used as the solvent of the electrolyte 50 instead of the organic solvent. As the ionic liquid, for example, a known iodine salt such as a pyridinium salt, an imidazolium salt, or a triazolium salt, and a room temperature molten salt that is in a molten state near room temperature is used. Examples of such room temperature molten salts include 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-propylimidazolium iodide, dimethylimidazolium iodide, ethylmethylimidazolium iodide, and dimethylpropyl. Imidazolium iodide, butylmethylimidazolium iodide, or methylpropyl imidazolium iodide is preferably used.

酸化還元対が上記ハロゲン及び上記ハロゲン化物塩によって形成される場合、イオン液体をハロゲン化物塩としても機能させることもできる。   When the redox couple is formed by the halogen and the halide salt, the ionic liquid can also function as a halide salt.

また、電解質50の溶媒として、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。   Further, as the solvent of the electrolyte 50, a mixture of the ionic liquid and the organic solvent may be used instead of the organic solvent.

(その他)
また電解質50には添加剤を加えることができる。添加剤としては、1−メチルベンゾイミダゾール(NMB)、1−ブチルベンゾイミダゾール(NBB)などのベンゾイミダゾール、LiI、I2、グアニジウムチオシアネートなどが挙げられる。中でも、ベンゾイミダゾールが添加剤として好ましい。
(Other)
An additive can be added to the electrolyte 50. Examples of the additive include benzimidazoles such as 1-methylbenzimidazole (NMB) and 1-butylbenzimidazole (NBB), LiI, I2, and guanidinium thiocyanate. Among them, benzimidazole is preferable as an additive.

さらに電解質50としては、上記電解質にSiO、TiO、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。 Furthermore, as the electrolyte 50, a nanocomposite gel electrolyte which is a pseudo-solid electrolyte obtained by kneading nanoparticles such as SiO 2 , TiO 2 , and carbon nanotubes with the above electrolyte may be used, and polyvinylidene fluoride may be used. Alternatively, an electrolyte gelled with an organic gelling agent such as a polyethylene oxide derivative or an amino acid derivative may be used.

<色素>
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイトなどの有機−無機複合色素などが挙げられる。ここで、色素として、光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子となる。上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、光電変換素子100に対してより優れた光電変換特性を付与できる。
<Dye>
Examples of the dye include photosensitizing dyes such as ruthenium complexes having a ligand including a bipyridine structure and a terpyridine structure, organic dyes such as porphyrin, eosin, rhodamine and merocyanine, and organic-inorganic such as lead halide perovskite. Examples include complex dyes. Here, when a photosensitizing dye is used as the dye, the photoelectric conversion element 100 is a dye-sensitized photoelectric conversion element. Among the above dyes, a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure or a terpyridine structure is preferable. In this case, more excellent photoelectric conversion characteristics can be imparted to the photoelectric conversion element 100.

次に、上述した光電変換素子100の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the above-described photoelectric conversion element 100 will be described.

まず1つの透明基板11の上に、透明導電層12を形成してなる透明導電性基板15で構成される第1電極基板10を用意する。   First, a first electrode substrate 10 composed of a transparent conductive substrate 15 formed with a transparent conductive layer 12 is prepared on one transparent substrate 11.

透明導電層12の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、スプレー熱分解法及びCVD法などが用いられる。   As a method for forming the transparent conductive layer 12, a sputtering method, a vapor deposition method, a spray pyrolysis method, a CVD method, or the like is used.

次に、透明導電層12の上に、酸化物半導体層30を形成する。酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成する。   Next, the oxide semiconductor layer 30 is formed on the transparent conductive layer 12. The oxide semiconductor layer 30 is formed by printing a porous oxide semiconductor layer forming paste containing oxide semiconductor particles, followed by firing.

酸化物半導体層形成用ペーストは、上述した酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。   The oxide semiconductor layer forming paste includes a resin such as polyethylene glycol and a solvent such as terpineol in addition to the oxide semiconductor particles described above.

酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、又は、バーコート法などを用いることができる。   As a method for printing the oxide semiconductor layer forming paste, for example, a screen printing method, a doctor blade method, a bar coating method, or the like can be used.

焼成温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は350〜600℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は1〜5時間である。   The firing temperature varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, but is usually 350 to 600 ° C., and the firing time also varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, but is usually 1 to 5 hours.

こうして作用極が得られる。   In this way, a working electrode is obtained.

次に、作用極の酸化物半導体層30の表面に色素を吸着させる。このためには、作用極を、色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を酸化物半導体層30に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、色素を酸化物半導体層30に吸着させればよい。但し、色素を含有する溶液を酸化物半導体層30に塗布した後、乾燥させることによって色素を酸化物半導体層30に吸着させてもよい。   Next, the dye is adsorbed on the surface of the oxide semiconductor layer 30 of the working electrode. For this purpose, the working electrode is immersed in a solution containing a dye, and after the dye is adsorbed to the oxide semiconductor layer 30, excess dye is washed away with the solvent component of the solution and dried. A dye may be adsorbed on the oxide semiconductor layer 30. However, the dye may be adsorbed to the oxide semiconductor layer 30 by applying a solution containing the dye to the oxide semiconductor layer 30 and then drying the solution.

次に、電解質50を準備する。電解質50は、例えば酸化還元対をを含む電解液に、固体の卑金属酸化物を添加することによって得ることができる。あるいは、電解質50は、例えばハロゲンと、ハロゲンと酸化還元対を形成するハロゲン化物塩と固体の卑金属酸化物を溶媒中に溶解させることによっても得ることができる。このとき、電解質50中の卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が1〜500ppmとなるようにする。   Next, the electrolyte 50 is prepared. The electrolyte 50 can be obtained, for example, by adding a solid base metal oxide to an electrolytic solution containing a redox pair. Alternatively, the electrolyte 50 can be obtained by, for example, dissolving halogen, a halide salt that forms a redox pair with the halogen, and a solid base metal oxide in a solvent. At this time, the concentration of the base metal oxide having the maximum concentration among the base metal oxides in the electrolyte 50 is set to 1 to 500 ppm.

次に、酸化物半導体層30の上に電解質50を配置する。電解質50は、塗布法によって配置することが可能である。   Next, the electrolyte 50 is disposed on the oxide semiconductor layer 30. The electrolyte 50 can be disposed by a coating method.

次に、環状の封止部形成体を準備する。封止部形成体は、例えば封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに1つの四角形状の開口を形成することによって得ることができる。   Next, an annular sealing portion forming body is prepared. The sealing part forming body can be obtained, for example, by preparing a sealing resin film and forming one rectangular opening in the sealing resin film.

そして、この封止部形成体を、第1電極基板10の上に接着させる。このとき、封止部形成体の第1電極基板10への接着は、例えば封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。   Then, the sealing portion forming body is bonded onto the first electrode substrate 10. At this time, adhesion of the sealing portion forming body to the first electrode substrate 10 can be performed, for example, by heating and melting the sealing portion forming body.

次に、第2電極基板20を用意し、封止部形成体の開口を塞ぐように配置した後、封止部形成体と貼り合わせる。このとき、第2電極基板20にも予め封止部形成体を接着させておき、この封止部形成体を第1電極基板10側の封止部形成体と貼り合せてもよい。第2電極基板20の封止部形成体への貼合せは、大気圧下で行っても減圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことが好ましい。   Next, after preparing the 2nd electrode substrate 20, and arrange | positioning so that the opening of a sealing part formation body may be plugged up, it bonds together with a sealing part formation body. At this time, the sealing portion forming body may be bonded to the second electrode substrate 20 in advance, and the sealing portion forming body may be bonded to the sealing portion forming body on the first electrode substrate 10 side. The bonding of the second electrode substrate 20 to the sealing portion forming body may be performed under atmospheric pressure or under reduced pressure, but is preferably performed under reduced pressure.

以上のようにして1つの光電変換セルで構成される光電変換素子100が得られる。   As described above, the photoelectric conversion element 100 including one photoelectric conversion cell is obtained.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、第1電極基板10上に酸化物半導体層30が設けられているが、光電変換素子は、第2電極基板20上に酸化物半導体層30が設けられる構造でも構わない。この場合、触媒層は、第1電極基板10の透明導電層12上に設けられ、第2電極基板20は触媒層を有さない。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the oxide semiconductor layer 30 is provided on the first electrode substrate 10, but the photoelectric conversion element may have a structure in which the oxide semiconductor layer 30 is provided on the second electrode substrate 20. In this case, the catalyst layer is provided on the transparent conductive layer 12 of the first electrode substrate 10, and the second electrode substrate 20 does not have a catalyst layer.

また上記実施形態では、第1電極基板10が、透明基板11と、透明基板11の上に設けられ、第1電極である透明導電層12とで構成されているが、第1電極基板10は、絶縁性基板と、絶縁性基板の一面側に設けられ、第1電極である複数本の金属線とで構成されていてもよい。ここで、複数本の金属線はその周囲をそれぞれ酸化物半導体層で覆われていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the 1st electrode substrate 10 is comprised on the transparent substrate 11 and the transparent substrate 11, and is comprised with the transparent conductive layer 12 which is a 1st electrode, the 1st electrode substrate 10 is And an insulating substrate and a plurality of metal wires that are provided on one surface side of the insulating substrate and that are the first electrodes. Here, the periphery of each of the plurality of metal wires may be covered with an oxide semiconductor layer.

また上記実施形態では、光電変換素子が1つの光電変換セル60で構成されているが、光電変換素子は、光電変換セル60を複数備えていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the photoelectric conversion element was comprised by the one photoelectric conversion cell 60, the photoelectric conversion element may be provided with two or more photoelectric conversion cells 60. FIG.

さらに上記実施形態では、光電変換素子100は、透明導電層12上に、銀などを含む集電配線を有していないが、光電変換素子100は、透明導電層12上に集電配線を有していてもよい。ここで、集電配線が電解質50と接触する場合には、集電配線の腐食を十分に抑制する観点から、集電配線は配線保護層で覆われることが好ましい。配線保護層は例えばガラスや絶縁樹脂などで構成される。   Furthermore, in the above-described embodiment, the photoelectric conversion element 100 does not have a current collection wiring containing silver or the like on the transparent conductive layer 12, but the photoelectric conversion element 100 has a current collection wiring on the transparent conductive layer 12. You may do it. Here, when the current collector wiring is in contact with the electrolyte 50, the current collector wiring is preferably covered with a wiring protective layer from the viewpoint of sufficiently suppressing the corrosion of the current collector wiring. The wiring protective layer is made of, for example, glass or insulating resin.

さらにまた上記実施形態では、第1電極基板10と第2電極基板20とが封止部40によって接合されているが、第1電極基板10と第2電極基板20とによって、電解質50を含浸した多孔性の絶縁層が挟まれている場合には、第1電極基板10と第2電極基板20とは封止部40によって接合されていなくてもよい。この場合は、第2電極基板20のうち第1電極基板10と反対側に絶縁性の基材を設け、この絶縁性の基材と第1電極基板10とを封止部で接合させることが好ましい。   Furthermore, in the above embodiment, the first electrode substrate 10 and the second electrode substrate 20 are joined by the sealing portion 40, but the electrolyte 50 is impregnated with the first electrode substrate 10 and the second electrode substrate 20. When the porous insulating layer is sandwiched, the first electrode substrate 10 and the second electrode substrate 20 may not be joined by the sealing portion 40. In this case, an insulating base material is provided on the opposite side of the second electrode substrate 20 to the first electrode substrate 10, and the insulating base material and the first electrode substrate 10 can be joined at the sealing portion. preferable.

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1〜78、比較例1〜26、比較例A及び比較例B)
<光電変換素子用電解質の調製>
ヨウ素0.002M、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド(DMPImI)0.6Mを含む3−メトキシプロピオニトリル(MPN)溶液に、添加剤として、卑金属酸化物又はt−ブチルピリジンを表1〜13に示す濃度(単位は質量ppm)となるように添加して電解質を調製した。
(Examples 1-78, Comparative Examples 1-26, Comparative Example A and Comparative Example B)
<Preparation of electrolyte for photoelectric conversion element>
Addition of base metal oxide or t-butylpyridine to 3-methoxypropionitrile (MPN) solution containing iodine 0.002M, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide (DMPImI) 0.6M Were added so as to have concentrations shown in Tables 1 to 13 (unit: mass ppm) to prepare an electrolyte.

<光電変換素子の作製>
まずガラスからなる30mm×20mm×2mm(厚さ)の透明基板の上に、厚さ1μmのFTOからなる透明導電層を形成してなる透明導電性基板を第1電極基板として準備した。
<Production of photoelectric conversion element>
First, a transparent conductive substrate formed by forming a transparent conductive layer made of FTO having a thickness of 1 μm on a transparent substrate made of glass of 30 mm × 20 mm × 2 mm (thickness) was prepared as a first electrode substrate.

次に、第1電極基板の透明導電層上に、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストを、5mm×5mmの寸法となるようにスクリーン印刷して乾燥した後、500℃で1時間焼成した。こうして5mm×5mm×40μm(厚さ)の寸法の酸化物半導体層を有する作用極を得た。   Next, on the transparent conductive layer of the first electrode substrate, an oxide semiconductor layer forming paste containing titania is screen-printed to a size of 5 mm × 5 mm, dried, and then baked at 500 ° C. for 1 hour. . Thus, a working electrode having an oxide semiconductor layer having a size of 5 mm × 5 mm × 40 μm (thickness) was obtained.

次に、作用極を、色素溶液中に一昼夜浸漬させた後、取り出して乾燥させ、酸化物半導体層に色素を吸着させた。色素溶液は、1−プロパノール溶媒中に、Z907からなる光増感色素をその濃度が0.2mMとなるように溶解させることで作製した。   Next, the working electrode was immersed in the dye solution for a whole day and night, and then taken out and dried to adsorb the dye to the oxide semiconductor layer. The dye solution was prepared by dissolving a photosensitizing dye composed of Z907 in a 1-propanol solvent so that its concentration was 0.2 mM.

次に、酸化物半導体層の上に上記のようにして用意した電解質を塗布した。   Next, the electrolyte prepared as described above was applied on the oxide semiconductor layer.

次に、封止部を形成するための封止部形成体を準備した。封止部形成体は、10mm×10mm×50μmのアイオノマー(商品名:ハイミラン、三井・デュポンポリケミカル社製)からなる1枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、開口は、6mm×6mm×50μmの大きさとなるようにした。   Next, the sealing part formation body for forming a sealing part was prepared. The sealing portion forming body is prepared by preparing a single sealing resin film made of 10 mm × 10 mm × 50 μm ionomer (trade name: High Milan, Mitsui / DuPont Polychemical Co., Ltd.) Obtained by forming a square opening. At this time, the opening had a size of 6 mm × 6 mm × 50 μm.

そして、この封止部形成体を、作用極の上に載せた後、封止部形成体を加熱溶融させることによって作用極に接着させた。   And after mounting this sealing part formation body on a working electrode, the sealing part formation body was adhere | attached on the working electrode by heat-melting.

次に、第2電極基板としての対極を用意した。対極は、30mm×20mm×50μm(厚さ)のチタン箔の上にスパッタリング法によって厚さ10nmの白金からなる触媒層を形成することによって用意した。また、上記封止部形成体をもう1つ準備し、この封止部形成体を、対極のうち作用極と対向する面に、上記と同様にして接着させた。   Next, a counter electrode as a second electrode substrate was prepared. The counter electrode was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 10 nm by sputtering on a 30 mm × 20 mm × 50 μm (thickness) titanium foil. Further, another sealing part forming body was prepared, and this sealing part forming body was adhered to the surface of the counter electrode facing the working electrode in the same manner as described above.

そして、作用極に接着させた封止部形成体と、対極に接着させた封止部形成体とを対向させ、封止部形成体同士を重ね合わせた。そして、この状態で封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させた。こうして作用極と対極との間に封止部を形成した。   And the sealing part formation body adhere | attached on the working electrode and the sealing part formation body adhere | attached on the counter electrode were made to oppose, and the sealing part formation bodies were piled up. And in this state, the sealing part forming body was heated and melted while being pressurized. Thus, a sealing portion was formed between the working electrode and the counter electrode.

こうして1つの光電変換セルからなる光電変換素子を得た。   Thus, a photoelectric conversion element composed of one photoelectric conversion cell was obtained.

<特性の評価>
(1)開放電圧の評価
上記のようにして得られた上記実施例1〜78、比較例1〜26、比較例A及び比較例Bの光電変換素子について、作製直後に1000ルクスの白色光を照射した状態で開放電圧及びIV曲線を測定し、このIV曲線から光電変換効率η1(%)を算出した。開放電圧の結果を表1〜13に示す。なお、IV曲線の測定に用いた光源、照度計および電源は以下の通りである。
光源:白色LED(製品名「LEL−SL5N−F」、東芝ライテック社製)
照度計:製品名「AS ONE LM−331」、アズワン社製
電源:電圧/電流 発生器(製品名「ADVANTEST R6246」、株式会社アドバンテスト製)
<Evaluation of characteristics>
(1) Evaluation of open circuit voltage For the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 78, Comparative Examples 1 to 26, Comparative Example A and Comparative Example B obtained as described above, white light of 1000 lux was produced immediately after production. The open circuit voltage and IV curve were measured in the irradiated state, and the photoelectric conversion efficiency η1 (%) was calculated from the IV curve. The result of an open circuit voltage is shown to Tables 1-13. The light source, illuminance meter, and power source used for measuring the IV curve are as follows.
Light source: White LED (product name “LEL-SL5N-F”, manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.)
Illuminance meter: Product name “AS ONE LM-331”, ASONE power supply: Voltage / current generator (Product name “ADVANTEST R6246”, manufactured by Advantest Corporation)

(2)耐久性の評価
上記のようにして得られた上記実施例1〜78、比較例1〜26、比較例A及び比較例Bの光電変換素子について、85℃の環境下に200時間置いた後、上記と同様にして光電変換効率η2(%)を算出した。そして、下記式に基づいて光電変換効率の維持率を算出した。結果を表1〜13に示す。

光電変換効率の維持率(%)=100×η2/η1
(2) Evaluation of durability About the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 78, Comparative Examples 1 to 26, Comparative Examples A, and B obtained as described above, they were placed in an environment of 85 ° C. for 200 hours. Thereafter, the photoelectric conversion efficiency η2 (%) was calculated in the same manner as described above. And the maintenance factor of photoelectric conversion efficiency was computed based on the following formula. The results are shown in Tables 1-13.

Maintenance rate of photoelectric conversion efficiency (%) = 100 × η2 / η1

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表1〜13に示す結果より、実施例1〜78の光電変換素子では開放電圧及び光電変換効率の維持率のいずれも、比較例Aよりも高い値を示していた。これに対し、比較例1〜26及びBでは、開放電圧及び光電変換効率の維持率のうち光電変換効率が比較例Aよりも低い値を示していた。   From the results shown in Tables 1 to 13, in the photoelectric conversion elements of Examples 1 to 78, both the open-circuit voltage and the maintenance ratio of the photoelectric conversion efficiency were higher than those of Comparative Example A. On the other hand, in Comparative Examples 1-26 and B, the photoelectric conversion efficiency was lower than that in Comparative Example A among the open circuit voltage and the maintenance ratio of the photoelectric conversion efficiency.

以上より、本発明の光電変換素子用電解質によれば、光電変換素子の開放電圧及び耐久性を向上させることができることが確認された。   From the above, it was confirmed that according to the electrolyte for a photoelectric conversion element of the present invention, the open-circuit voltage and durability of the photoelectric conversion element can be improved.

10…第1電極基板
11…透明基板
12…透明導電層
20…第2電極基板
21…導電性基板
30…酸化物半導体層
50…電解質
60…光電変換セル
100…光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st electrode substrate 11 ... Transparent substrate 12 ... Transparent conductive layer 20 ... 2nd electrode substrate 21 ... Conductive substrate 30 ... Oxide semiconductor layer 50 ... Electrolyte 60 ... Photoelectric conversion cell 100 ... Photoelectric conversion element

Claims (7)

酸化還元対と、
卑金属酸化物とを含み、
前記卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が1〜500質量ppm(但し、500質量ppmを除く)である光電変換素子用電解質。
A redox couple,
Including base metal oxides,
The electrolyte for photoelectric conversion elements whose density | concentration of the base metal oxide whose density | concentration is the maximum is 1-500 mass ppm (however, except 500 mass ppm) among the said base metal oxides.
前記卑金属酸化物が、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化銅、酸化鉄、酸化マンガン、酸化鉛、酸化錫、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化コバルト、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アンチモン、酸化ベリリウム、酸化クロム、酸化ゲルマニウム、酸化バナジウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化レニウム及び酸化タリウムからなる群より選択される少なくとも1種で構成される請求項1に記載の光電変換素子用電解質。   The base metal oxide is bismuth oxide, zinc oxide, copper oxide, iron oxide, manganese oxide, lead oxide, tin oxide, nickel oxide, aluminum oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, cobalt oxide, cadmium oxide, titanium oxide. And at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, antimony oxide, beryllium oxide, chromium oxide, germanium oxide, vanadium oxide, gallium oxide, hafnium oxide, indium oxide, niobium oxide, rhenium oxide, and thallium oxide The electrolyte for photoelectric conversion elements according to claim 1. 前記卑金属酸化物が、少なくとも酸化ビスマス、酸化亜鉛及び酸化錫からなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の光電変換素子用電解質。   The electrolyte for a photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the base metal oxide includes at least one selected from the group consisting of at least bismuth oxide, zinc oxide, and tin oxide. 前記卑金属酸化物が酸化ビスマスを含む請求項3に記載の光電変換素子用電解質。   The electrolyte for a photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the base metal oxide contains bismuth oxide. 前記卑金属酸化物のうち濃度が最大である卑金属酸化物の濃度が2〜100質量ppmである請求項1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子用電解質。   The electrolyte for photoelectric conversion elements according to any one of claims 1 to 4, wherein a concentration of the base metal oxide having a maximum concentration among the base metal oxides is 2 to 100 ppm by mass. 少なくとも1つの光電変換セルを備え、
前記光電変換セルが、
第1電極基板と、
前記第1電極基板に対向する第2電極基板と、
前記第1電極基板又は前記第2電極基板に設けられる酸化物半導体層と、
前記第1電極基板及び前記第2電極基板の間に設けられる電解質とを備え、
前記電解質が、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光電変換素子用電解質からなる光電変換素子。
Comprising at least one photoelectric conversion cell;
The photoelectric conversion cell is
A first electrode substrate;
A second electrode substrate facing the first electrode substrate;
An oxide semiconductor layer provided on the first electrode substrate or the second electrode substrate;
An electrolyte provided between the first electrode substrate and the second electrode substrate,
The photoelectric conversion element which the said electrolyte consists of the electrolyte for photoelectric conversion elements as described in any one of Claims 1-5.
前記第1電極基板及び前記第2電極基板の少なくとも一方が前記電解質に接触するガラス基板を有し、
前記ガラス基板が、前記電解質中の前記卑金属酸化物と共通の卑金属酸化物を含有する、請求項6に記載の光電変換素子。
At least one of the first electrode substrate and the second electrode substrate has a glass substrate in contact with the electrolyte;
The photoelectric conversion element according to claim 6, wherein the glass substrate contains a base metal oxide common to the base metal oxide in the electrolyte.
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