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JP2002352868A - Photoelectrode and dye-sensitized solar cell having the same - Google Patents

Photoelectrode and dye-sensitized solar cell having the same

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JP2002352868A
JP2002352868A JP2001160954A JP2001160954A JP2002352868A JP 2002352868 A JP2002352868 A JP 2002352868A JP 2001160954 A JP2001160954 A JP 2001160954A JP 2001160954 A JP2001160954 A JP 2001160954A JP 2002352868 A JP2002352868 A JP 2002352868A
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JP
Japan
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photoelectrode
layer
particles
electrode
oxide semiconductor
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JP2001160954A
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Japanese (ja)
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JP4824196B2 (en
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Kazuo Higuchi
和夫 樋口
Azusa Tsukigase
あずさ 月ヶ瀬
Tadashi Inaba
忠司 稲葉
Hirozumi Azuma
博純 東
Tomomi Motohiro
友美 元廣
Tatsuo Toyoda
竜生 豊田
Junji Nakajima
淳二 中島
Toshiyuki Sano
利行 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた入射光吸収効率を有する光電極及び優
れたエネルギー変換効率を有する色素増感型太陽電池の
提供。 【解決手段】 光電極10は、受光面F2を有する半導
体電極2と、受光面F2上に隣接して配置された透明電
極1とを有する。そして、半導体電極2は3層以上の複
数の層から構成されており、複数の層の各層には、半導
体材料として酸化物半導体粒子が含まれており、かつ、
各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径は、透明電
極に最も近い位置に配置される最内部の層21から透明
電極に対して最も遠い位置に配置される最外部の層22
にかけて増加していることを特徴とする。
[PROBLEMS] To provide a photoelectrode having excellent incident light absorption efficiency and a dye-sensitized solar cell having excellent energy conversion efficiency. SOLUTION: The photoelectrode 10 has a semiconductor electrode 2 having a light receiving surface F2 and a transparent electrode 1 arranged adjacent to the light receiving surface F2. The semiconductor electrode 2 is composed of a plurality of layers of three or more layers, each of the plurality of layers contains oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and
The average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer is determined by the distance between the innermost layer 21 located closest to the transparent electrode and the outermost layer 22 located farthest from the transparent electrode.
It is characterized by increasing toward.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電極及びこれを
これを備えた色素増感型太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectrode and a dye-sensitized solar cell having the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、地球温暖化やエネルギー問題に対
する関心の高まりとともに太陽電池の様々な開発が進め
られている。その太陽電池の中でも、色素増感型太陽電
池は使用する材料が安価であること、比較的シンプルな
プロセスで製造できること等からその実用化が期待され
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, various developments of solar cells have been promoted with increasing interest in global warming and energy problems. Among such solar cells, dye-sensitized solar cells are expected to be put to practical use because the materials used are inexpensive and can be manufactured by a relatively simple process.

【0003】従来の色素増感型太陽電池おいては、半導
体電極に含有される増感色素の吸収係数が小さいことか
ら、赤外〜近赤外の波長領域の光は半導体電極に入射し
ても当該半導体電極内において十分に吸収されずに透過
してしまい、光電変換反応の進行に寄与していなかっ
た。
In a conventional dye-sensitized solar cell, light in the infrared to near-infrared wavelength region enters the semiconductor electrode due to the small absorption coefficient of the sensitizing dye contained in the semiconductor electrode. Was also not sufficiently absorbed in the semiconductor electrode and penetrated, and did not contribute to the progress of the photoelectric conversion reaction.

【0004】そのため、色素増感型太陽電池の実用化に
向けて、光電極に備えられる半導体電極における入射光
の吸収効率を向上させることにより、電池のエネルギー
変換効率を向上させるための様々な検討が行われてい
る。なお、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率η
(%)は、下記式(1)で表される。また、下記式
(1)中、P0は入射光強度[mWcm-2]、Vocは開放
電圧[V]、Iscは短絡電流密度[mAcm-2]、F.F.は
曲線因子(Fill Factor)を示す。 η=100×(Voc×Isc×F.F.)/P0…(1)
[0004] Therefore, for practical use of a dye-sensitized solar cell, various studies have been made to improve the energy conversion efficiency of the battery by improving the absorption efficiency of incident light in the semiconductor electrode provided in the photoelectrode. Has been done. The energy conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cell
(%) Is represented by the following equation (1). Further, in the following formulas (1), P 0 is the incident light intensity [mWcm -2], V oc is the open-circuit voltage [V], I sc is the short circuit current density [mAcm -2], F.F. The fill factor ( Fill Factor). η = 100 × (V oc × I sc × F.F.) / P 0 (1)

【0005】上記の検討としては、例えば、特開平10
−255863号公報には、平均粒径が例えば80nm
以下である小さな半導体粒子を構成材料とする半導体電
極(光吸収粒子層)の電解質溶液に接する側の面上に、
平均粒径が例えば200〜500nmである大きな半導
体粒子を構成材料とする層(光反射粒子層)を設けて光
電極を構成し、当該半導体電極に入射する入射光を散乱
させることにより、その吸収効率を向上させることを意
図した色素増感型太陽電池が提案されている。
[0005] The above-mentioned studies are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
No. 2,558,633 discloses that the average particle size is, for example, 80 nm.
On the surface of the semiconductor electrode (light absorbing particle layer) having the following small semiconductor particles as a constituent material, which is in contact with the electrolyte solution,
An optical electrode is formed by providing a layer (light reflecting particle layer) using large semiconductor particles having an average particle diameter of, for example, 200 to 500 nm as a constituent material, and scattering light incident on the semiconductor electrode to absorb the light. Dye-sensitized solar cells intended to improve efficiency have been proposed.

【0006】また、特開2000−106222号公報
には、半導体電極内に粒径の大きな半導体粒子(平均粒
径;10〜300nm)と、粒径の小さな半導体粒子
(平均粒径;10nm以下)とを混在させて当該半導体
電極に入射する入射光を散乱させることにより、その吸
収効率を向上させることを意図した色素増感型太陽電池
が提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-106222 discloses that a semiconductor particle having a large particle diameter (average particle diameter: 10 to 300 nm) and a semiconductor particle having a small particle diameter (average particle diameter: 10 nm or less) are provided in a semiconductor electrode. A dye-sensitized solar cell has been proposed which is intended to improve the absorption efficiency by mixing incident light into the semiconductor electrode and scattering the incident light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、上記の特開平10−255863号公報の光電
極を備えた色素増感型太陽電池及び特開2000−10
6222号公報に記載の光電極を備えた色素増感型太陽
電池のいずれであっても、光電極を構成する半導体電極
において十分な入射光の吸収効率が得られておらず、電
池として十分なエネルギー変換効率を得ることができず
未だ不十分であるということを見出した。
SUMMARY OF THE INVENTION However, the present inventors have disclosed a dye-sensitized solar cell having a photoelectrode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No.
In any of the dye-sensitized solar cells provided with the photoelectrode described in Japanese Patent No. 6222, sufficient incident light absorption efficiency is not obtained in the semiconductor electrode constituting the photoelectrode, and the photovoltaic cell has a sufficient efficiency. It was found that energy conversion efficiency could not be obtained and it was still insufficient.

【0008】すなわち、上記の二つの公報に記載の色素
増感型太陽電池は、いずれにおいても大きな半導体結晶
粒子による光散乱の結果、大きな半導体粒子がない場合
に比べて半導体電極内を通過する光路長は長くなり光の
利用率は増加するが、あくまで散乱現象を利用している
ため、一部はどうしても半導体電極を通過してしまうと
いう問題があった。特に、上記の二つの公報に記載の色
素増感型太陽電池のように、半導体電極に球形の大きな
半導体粒子が混入されていると、半導体電極において吸
収されずに透過してしまう入射光の割合が大きくなり、
その結果、半導体電極内での光の閉じ込め効果が小さく
なり、入射光吸収効率が小さくなっていた。また、大き
な半導体結晶粒子が多くなると、色素が吸着する半導体
表面の総表面積が減って光吸収率が減少してしまい、か
えってエネルギー変換効率が低下してしまうという問題
もあった。
That is, in each of the dye-sensitized solar cells described in the above two publications, as a result of light scattering by large semiconductor crystal particles, an optical path passing through the inside of the semiconductor electrode as compared with a case where no large semiconductor particles are present. Although the length becomes longer and the light utilization rate increases, there is a problem in that the scattering phenomenon is used to the last, and a part of the light will necessarily pass through the semiconductor electrode. In particular, as in the dye-sensitized solar cells described in the above two publications, when large spherical semiconductor particles are mixed in the semiconductor electrode, the proportion of incident light that is transmitted without being absorbed in the semiconductor electrode Becomes larger,
As a result, the effect of confining light in the semiconductor electrode is reduced, and the incident light absorption efficiency is reduced. In addition, when the number of large semiconductor crystal particles increases, the total surface area of the semiconductor surface on which the dye is adsorbed decreases, the light absorption rate decreases, and the energy conversion efficiency decreases.

【0009】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、優れた入射光吸収効率を有す
る光電極及び優れたエネルギー変換効率を有する色素増
感型太陽電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and provides a photoelectrode having excellent incident light absorption efficiency and a dye-sensitized solar cell having excellent energy conversion efficiency. With the goal.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光電極を構成する
半導体電極を少なくとも3層以上の複数の層からなる構
成とし、各層に含まれる酸化物半導体粒子が、透明電極
に最も近い位置に配置される層から透明電極に対して最
も遠い位置に配置される層にかけて増加させることによ
って、半導体電極中での入射光の光閉じ込め効果を大き
く向上させることができることを見出し、本発明に到達
した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, the semiconductor electrode constituting the photoelectrode has a structure composed of at least three or more layers. Increases the oxide semiconductor particles contained in the layer from the layer located closest to the transparent electrode to the layer located farthest from the transparent electrode, thereby confining the incident light in the semiconductor electrode. The inventors have found that the effect can be greatly improved, and arrived at the present invention.

【0011】すなわち、本発明は、受光面を有する半導
体電極と、当該受光面上に隣接して配置された透明電極
とを有する光電極であって、半導体電極が3層以上の複
数の層から構成されており、複数の層の各層には、半導
体材料として酸化物半導体粒子が含まれており、かつ、
各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径が、透明電
極に最も近い位置に配置される最内部の層から透明電極
に対して最も遠い位置に配置される最外部の層にかけて
増加していること、を特徴とする光電極を提供する。
That is, the present invention relates to a photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface and a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface, wherein the semiconductor electrode comprises three or more layers. And each layer of the plurality of layers contains oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and
The average particle size of the oxide semiconductor particles included in each layer increases from the innermost layer disposed closest to the transparent electrode to the outermost layer disposed farthest from the transparent electrode. And a photoelectrode characterized by the following.

【0012】半導体電極を上記の構成とすることによ
り、各層の酸化物半導体粒子上における散乱光の量を、
半導体電極の受光面から半導体電極の電解質に接するこ
とになる面(以下、裏面という)にかけた半導体の厚み
方向に沿って徐々に増加させることができる。そのた
め、本発明の光電極は、先に述べた特開平10−255
863号公報の光電極及び特開2000−106222
号公報に記載の光電極のいずれに比較しても、半導体電
極内における光散乱効率をより確実に向上させることが
できる。従って、本発明の光電極は優れた入射光吸収効
率を得ることができる。
[0012] With the above structure of the semiconductor electrode, the amount of scattered light on the oxide semiconductor particles in each layer can be reduced.
It can be gradually increased along the thickness direction of the semiconductor from the light-receiving surface of the semiconductor electrode to the surface (hereinafter referred to as the back surface) that comes into contact with the electrolyte of the semiconductor electrode. Therefore, the photoelectrode of the present invention is the same as disclosed in
No. 863, JP-A-2000-106222
The light scattering efficiency in the semiconductor electrode can be more reliably improved as compared with any of the photoelectrodes described in the publication. Therefore, the photoelectrode of the present invention can obtain excellent incident light absorption efficiency.

【0013】ここで、本発明において、「各層に含まれ
る酸化物半導体粒子の平均粒径が、最内部の層から最外
部の層にかけて増加している」状態とは、一端に位置す
る最外部の層の酸化物半導体粒子の平均粒径が他端に位
置する最内部の層の酸化物半導体粒子の平均粒径よりも
最終的に大きくなっており、複数の層を全体としてみた
場合に各層の酸化物半導体粒子の平均粒径が最内部の層
から最外部の層にかけて概略的に増加している状態を示
す。
Here, in the present invention, the condition that “the average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer increases from the innermost layer to the outermost layer” means that the outermost layer located at one end is the outermost layer. The average particle size of the oxide semiconductor particles of the layer is finally larger than the average particle size of the oxide semiconductor particles of the innermost layer located at the other end, and when the plurality of layers are viewed as a whole, each layer 2 shows a state in which the average particle size of the oxide semiconductor particles of FIG. 1 is approximately increasing from the innermost layer to the outermost layer.

【0014】例えば、最内部の層から最外部の層にかけ
て酸化物半導体粒子の平均粒径が単調に増加している状
態であってもよい。また、例えば、最内部の層と最外部
の層との間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同
士の酸化物半導体粒子の平均粒径が同じ値をとる状態で
あってもよい。更に、最内部の層と最外部の層との間に
配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の酸化物半
導体粒子の平均粒径を比較した場合、最内部の層の側に
位置する層の平均粒径が最外部の層の側に位置する層の
平均粒径よりも大きい場合があってもよい。ただし、半
導体電極の入射光の吸収効率を十分に確保する観点か
ら、最内部の層から最外部の層にかけて酸化物半導体粒
子の平均粒径が単調に増加している状態、又は、最内部
の層と最外部の層との間に配置される層のうち、一部の
隣り合う層同士の酸化物半導体粒子の平均粒径が同じ値
をとる状態が好ましい。
[0014] For example, the average particle size of the oxide semiconductor particles may be monotonously increased from the innermost layer to the outermost layer. Further, for example, even in a state in which the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in some adjacent layers among the layers arranged between the innermost layer and the outermost layer has the same value. Good. Further, among the layers arranged between the innermost layer and the outermost layer, when comparing the average particle size of the oxide semiconductor particles of some adjacent layers, the layer on the innermost layer side The average particle size of the layer located may be larger than the average particle size of the layer located on the side of the outermost layer. However, from the viewpoint of sufficiently securing the incident light absorption efficiency of the semiconductor electrode, a state in which the average particle size of the oxide semiconductor particles monotonically increases from the innermost layer to the outermost layer, or Among the layers arranged between the layer and the outermost layer, a state in which the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in some adjacent layers is preferably the same value is preferable.

【0015】また、本発明の光電極においては、最外部
の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が50〜50
0nmであり、かつ、最外部の層における酸化物半導体
粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子
の平均粒径との差が10〜400nmであることが好ま
しい。これにより、半導体電極内における光散乱効率を
より精密に向上させることができる。
In the photoelectrode of the present invention, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 50 to 50.
0 nm, and the difference between the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the innermost layer is preferably 10 to 400 nm. Thereby, the light scattering efficiency in the semiconductor electrode can be more precisely improved.

【0016】ここで、最外部の層における酸化物半導体
粒子の平均粒径が50nm未満であると、増感色素が吸
収できる光を散乱する大径粒子の量及びその割合が減少
し光散乱効率が不十分となるおそれがある。一方、最外
部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径が500n
mを超えると、電極内の増感色素量が減少し入射光吸収
効率が低下するおそれがある。また、最外部の層におけ
る酸化物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸
化物半導体粒子の平均粒径との差が10nm未満である
と、光閉じ込め効果が不十分となるおそれがある。一
方、この差が400nmを超えると、最外部の層におけ
る酸化物半導体粒子の平均粒径が大きくなり電極内の増
感色素量が減少するおそれがある。
Here, if the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is less than 50 nm, the amount and ratio of large-diameter particles that scatter light that can be absorbed by the sensitizing dye are reduced, and light scattering efficiency is reduced. May be insufficient. On the other hand, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 500 n.
If it exceeds m, the amount of the sensitizing dye in the electrode may decrease, and the incident light absorption efficiency may decrease. Further, when the difference between the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the innermost layer is less than 10 nm, the light confinement effect may be insufficient. . On the other hand, if the difference exceeds 400 nm, the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer may increase, and the amount of the sensitizing dye in the electrode may decrease.

【0017】そして、上記と同様の観点から、最外部の
層における酸化物半導体粒子の平均粒径は70〜400
nmであることがより好ましく、80〜300nmであ
ることが更に好ましい。また、最外部の層における酸化
物半導体粒子の平均粒径と最内部の層における酸化物半
導体粒子の平均粒径との差は20〜300nmであるこ
とがより好ましく、25〜250nmであることが更に
好ましい。
From the same viewpoint as above, the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 70 to 400.
nm, more preferably 80 to 300 nm. Further, the difference between the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the innermost layer is more preferably 20 to 300 nm, and more preferably 25 to 250 nm. More preferred.

【0018】更に、本発明の光電極は、半導体電極の各
層に含まれる酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜10
0nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える
大径粒子とからなり、小径粒子と大径粒子との合量に対
する大径粒子の配合割合が、最内部の層から最外部の層
にかけて増加しているものであってもよい。
Further, in the photoelectrode of the present invention, the oxide semiconductor particles contained in each layer of the semiconductor electrode have an average particle diameter of 5 to 10%.
Consisting of small-diameter particles having a diameter of 0 nm and large-diameter particles having an average particle diameter exceeding 100 nm, the mixing ratio of the large-diameter particles with respect to the total amount of the small-diameter particles and the large-diameter particles increases from the innermost layer to the outermost layer. You may be doing.

【0019】このように、半導体電極の各層に含有させ
る酸化物半導体粒子として上記の小径粒子と大径粒子と
を混合して使用し、更に、その配合条件を上記の通りと
することによっても、各層に含まれる酸化物半導体粒子
の平均粒径を先に述べたように最内部の層から最外部の
層にかけて増加させることができる。
As described above, the oxide semiconductor particles to be contained in each layer of the semiconductor electrode can be obtained by mixing and using the above-mentioned small-diameter particles and large-diameter particles, and further by setting the compounding conditions as described above. As described above, the average particle size of the oxide semiconductor particles included in each layer can be increased from the innermost layer to the outermost layer.

【0020】ここで、この場合、上記の小径粒子の平均
粒径が5nm未満であると、半導体電極層内の細孔径が
小さくなり、増感色素の吸着時間の増大や増感色素の電
解液中への拡散が困難となるおそれがある。一方、小径
粒子の平均粒径が100nmを超えると、電極内の増感
色素の量が減少するおそれがある。また、大径粒子の平
均粒径が100nm以下であると、光散乱効果が小さく
光閉じ込め効果が不十分となるおそれがある。そして、
上記と同様の観点から、小径粒子の平均粒径は10〜8
0nmであることがより好ましく、15〜70nmであ
ることが更に好ましい。また、大径粒子の平均粒径は1
00nmよりも大きく600nm以下であることがより
好ましく、120〜450nmであることが更に好まし
い。
Here, in this case, if the average diameter of the small particles is less than 5 nm, the pore diameter in the semiconductor electrode layer becomes small, so that the adsorption time of the sensitizing dye is increased, There is a possibility that diffusion into the inside becomes difficult. On the other hand, when the average diameter of the small-diameter particles exceeds 100 nm, the amount of the sensitizing dye in the electrode may decrease. If the average diameter of the large-diameter particles is 100 nm or less, the light scattering effect is small and the light confinement effect may be insufficient. And
From the same viewpoint as above, the average diameter of the small-diameter particles is 10 to 8
The thickness is more preferably 0 nm, and further preferably 15 to 70 nm. The average diameter of the large-diameter particles is 1
It is more preferably larger than 00 nm and equal to or smaller than 600 nm, and further preferably 120 to 450 nm.

【0021】また、この場合、先に述べた各層に含まれ
る酸化物半導体粒子の平均粒径についての条件と同様の
条件を満たす観点から、最外部の層における小径粒子と
大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割合は5〜1
00質量%であることが好ましく、20〜100質量%
であることがより好ましい。
In this case, from the viewpoint of satisfying the same condition as the above-described condition regarding the average particle size of the oxide semiconductor particles included in each layer, the combination of the small-diameter particles and the large-diameter particles in the outermost layer is considered. The mixing ratio of the large-diameter particles to the amount is 5-1.
00 mass%, preferably 20 to 100 mass%
Is more preferable.

【0022】また、本発明の光電極は、半導体電極の最
内部の層を除く複数の層の各層に含まれる酸化物半導体
粒子が、平均粒径が5〜100nmである小径粒子と平
均粒径が100nmを超える大径粒子とからなり、最内
部の層に含まれる酸化物半導体粒子は小径粒子であり、
小径粒子と大径粒子との合量に対する大径粒子の配合割
合が、複数の層のうち最内部の層に最も近い位置に配置
される層から最外部の層にかけて増加しているものであ
ってもよい。
Further, in the photoelectrode of the present invention, the oxide semiconductor particles contained in each of the plurality of layers except for the innermost layer of the semiconductor electrode are composed of a small particle having an average particle diameter of 5 to 100 nm and an average particle diameter of 5 to 100 nm. Is composed of large-diameter particles exceeding 100 nm, and the oxide semiconductor particles contained in the innermost layer are small-diameter particles,
The compounding ratio of the large-diameter particles with respect to the total amount of the small-diameter particles and the large-diameter particles increases from the layer located closest to the innermost layer to the outermost layer among the plurality of layers. You may.

【0023】このように、半導体電極の各層に含有させ
る酸化物半導体粒子として、最内部の層に含まれる酸化
物半導体粒子としては上記の小径粒子を使用し、最内部
の層を除く複数の層の各層に含まれる酸化物半導体粒子
としては上記の小径粒子と大径粒子とを混合して使用
し、更に、その配合条件を上記の通りとすることによっ
ても、各層に含まれる酸化物半導体粒子の平均粒径を先
に述べたように最内部の層から最外部の層にかけて増加
させることができる。
As described above, as the oxide semiconductor particles contained in each layer of the semiconductor electrode, the above-mentioned small diameter particles are used as the oxide semiconductor particles contained in the innermost layer, and a plurality of layers excluding the innermost layer are used. The oxide semiconductor particles contained in each layer of the oxide semiconductor particles contained in each layer may be used by mixing the above-mentioned small-diameter particles and large-diameter particles. Can be increased from the innermost layer to the outermost layer as described above.

【0024】この場合にも、小径粒子の平均粒径は10
〜80nmであることがより好ましく、15〜70nm
であることが更に好ましい。また、大径粒子の平均粒径
は100nmよりも大きく600nm以下であることが
より好ましく、120〜450nmであることが更に好
ましい。更に、最外部の層における小径粒子と大径粒子
との合量に対する大径粒子の配合割合は5〜100質量
%であることが好ましく、20〜100質量%であるこ
とがより好ましい。
Also in this case, the average diameter of the small-diameter particles is 10
-80 nm, more preferably 15-70 nm
Is more preferable. Further, the average diameter of the large-diameter particles is more preferably larger than 100 nm and 600 nm or less, and further preferably 120 to 450 nm. Furthermore, the compounding ratio of the large-diameter particles with respect to the total amount of the small-diameter particles and the large-diameter particles in the outermost layer is preferably 5 to 100% by mass, and more preferably 20 to 100% by mass.

【0025】また、本発明の光電極は、半導体電極の複
数の層の少なくとも1つの層に、平均粒径の異なる少な
くとも2種の酸化物半導体粒子が含有されているもので
あってもよい。この場合にも、各層に含まれる酸化物半
導体粒子の平均粒径を先に述べたように最内部の層から
最外部の層にかけて増加させることができる。例えば、
半導体電極の複数の層のうち、平均粒径の異なる少なく
とも2種の酸化物半導体粒子からなる層を1つのみと
し、他の各層は1種の酸化物半導体粒子からなる層とし
てもよい。また、この場合、平均粒径の異なる少なくと
も2種の酸化物半導体粒子として、平均粒径が5〜10
0nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超える
大径粒子とを用いてもよい。
Further, the photoelectrode of the present invention may be one in which at least one of a plurality of layers of the semiconductor electrode contains at least two kinds of oxide semiconductor particles having different average particle diameters. Also in this case, the average particle size of the oxide semiconductor particles included in each layer can be increased from the innermost layer to the outermost layer as described above. For example,
Of the plurality of layers of the semiconductor electrode, only one layer composed of at least two types of oxide semiconductor particles having different average particle diameters may be used, and each of the other layers may be a layer composed of one type of oxide semiconductor particles. In this case, the average particle diameter is 5 to 10 as at least two kinds of oxide semiconductor particles having different average particle diameters.
Small-diameter particles having a diameter of 0 nm and large-diameter particles having an average particle diameter of more than 100 nm may be used.

【0026】また、本発明は、受光面を有する半導体電
極と当該半導体電極の受光面上に隣接して配置された透
明電極とを有する光電極と、対極とを有しており、半導
体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増
感型太陽電池であって、光電極が前述した本発明の光電
極であることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供す
る。このように、前述した本発明の光電極を用いること
により、優れたエネルギー変換効率を有する色素増感型
太陽電池を構成することができる。
According to the present invention, there is provided a photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface, a transparent electrode disposed adjacent to the light receiving surface of the semiconductor electrode, and a counter electrode. There is provided a dye-sensitized solar cell in which a counter electrode and a counter electrode are opposed to each other via an electrolyte, wherein the photoelectrode is the above-described photoelectrode of the present invention. As described above, by using the above-described photoelectrode of the present invention, a dye-sensitized solar cell having excellent energy conversion efficiency can be configured.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の光電極及び色素増感型太陽電池の好適な実施形態につ
いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一また
は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a photoelectrode and a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts will be denoted by the same reference characters, without redundant description.

【0028】[第一実施形態]図1は、本発明の光電極
の第一実施形態を示す模式断面図である。また、図2
は、図1に示した領域100の部分の模式拡大断面図で
ある。更に、図3は、図1に示した光電極を備えた色素
増感型太陽電池を示す模式断面図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the photoelectrode of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of a region 100 shown in FIG. 1. FIG. 3 is a schematic sectional view showing a dye-sensitized solar cell including the photoelectrode shown in FIG.

【0029】図1に示す光電極10は、主として、受光
面F2を有する半導体電極2と、当該半導体電極2の受
光面F2上に隣接して配置された透明電極1ととから構
成されている。また、図3に示す色素増感型太陽電池2
0は、主として、図1に示した光電極10と、対極CE
と、スペーサーSにより光電極10と対極CEとの間に
形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されて
いる。そして、半導体電極2は、受光面F2と反対側の
裏面F22において電解質Eと接触している。
The photoelectrode 10 shown in FIG. 1 is mainly composed of a semiconductor electrode 2 having a light receiving surface F2 and a transparent electrode 1 arranged adjacent to the light receiving surface F2 of the semiconductor electrode 2. . Further, the dye-sensitized solar cell 2 shown in FIG.
0 is mainly the photoelectrode 10 shown in FIG.
And an electrolyte E filled in a gap formed between the photoelectrode 10 and the counter electrode CE by the spacer S. The semiconductor electrode 2 is in contact with the electrolyte E on the back surface F22 opposite to the light receiving surface F2.

【0030】この色素増感型太陽電池20は、透明電極
1を透過して半導体電極2に照射される光L10によっ
て半導体電極2内において電子を発生させる。そして、
半導体電極2内において発生した電子は、透明電極1に
集められて外部に取り出される。
In the dye-sensitized solar cell 20, electrons are generated in the semiconductor electrode 2 by the light L10 transmitted through the transparent electrode 1 and applied to the semiconductor electrode 2. And
Electrons generated in the semiconductor electrode 2 are collected by the transparent electrode 1 and taken out.

【0031】透明電極1の構成は特に限定されるもので
はなく、通常の色素増感型太陽電池に搭載される透明電
極を使用できる。例えば、図1及び図3の透明電極1
は、ガラス基板等の透明基板4の半導体電極2の側に光
を透過させるためのいわゆる透明導電膜3をコートした
構成を有する。この透明導電膜3としては、液晶パネル
等に用いられる透明電極を用いればよい。例えば、フッ
素ドープSnO2コートガラス、ITOコートガラス、
ZnO:Alコートガラス等が挙げられる。また、メッ
シュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金
属電極をガラス基板等の基板4上に設けたものでもよ
い。
The structure of the transparent electrode 1 is not particularly limited, and a transparent electrode mounted on a usual dye-sensitized solar cell can be used. For example, the transparent electrode 1 shown in FIGS.
Has a configuration in which a so-called transparent conductive film 3 for transmitting light is coated on the side of the semiconductor electrode 2 of a transparent substrate 4 such as a glass substrate. As the transparent conductive film 3, a transparent electrode used for a liquid crystal panel or the like may be used. For example, fluorine-doped SnO 2 coated glass, ITO coated glass,
ZnO: Al coated glass and the like can be mentioned. Further, a metal electrode having a structure in which light can be transmitted, such as a mesh or a stripe, may be provided on the substrate 4 such as a glass substrate.

【0032】透明基板4としては、液晶パネル等に用い
られる透明基板を用いてよい。具体的には透明なガラス
基板、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射
を防止したもの、すりガラス状の半透明のガラス基板な
ど光を透過するものが透明基板材料として挙げられる。
なお、光を透過するものであれば材質はガラスでなくて
もよく、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無
機物透明結晶体などでもよい。
As the transparent substrate 4, a transparent substrate used for a liquid crystal panel or the like may be used. Specific examples of the transparent substrate material include a transparent glass substrate, a substrate in which light reflection is prevented by appropriately roughening the surface of the glass substrate, and a substrate that transmits light such as a frosted glass-like translucent glass substrate.
The material may not be glass as long as it transmits light, and may be a transparent plastic plate, a transparent plastic film, an inorganic transparent crystal, or the like.

【0033】図1及び図2に示すように、半導体電極2
は、酸化物半導体粒子を構成材料とする3つの層から構
成されている。すなわち、半導体電極2は、透明電極1
に最も近い位置に配置される最内部の層21と、透明電
極1に対して最も遠い位置に配置される最外部の層22
と、最内部の層21と最外部の層22との間に配置され
る内部層23とから構成されている。そして、3つの層
にそれぞれ含まれている酸化物半導体粒子の平均粒径を
比較すると、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は
最内部の層21から最外部の層22にかけて増加してい
る。更に、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均
粒径は好ましくは70〜400nmとなるように調節さ
れており、最外部の層における酸化物半導体粒子の平均
粒径と最内部の層における酸化物半導体粒子の平均粒径
との差は好ましくは20〜300nmとなるように調節
されている。この光電極10においては、上記の構造を
有する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電
極2内における入射光の吸収効率の向上が図られてい
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor electrode 2
Is composed of three layers using oxide semiconductor particles as a constituent material. That is, the semiconductor electrode 2 is the transparent electrode 1
, And an outermost layer 22 disposed farthest from the transparent electrode 1.
And an inner layer 23 disposed between the innermost layer 21 and the outermost layer 22. When the average particle size of the oxide semiconductor particles included in each of the three layers is compared, the average particle size of the oxide semiconductor particles of each layer increases from the innermost layer 21 to the outermost layer 22. I have. Furthermore, the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is preferably adjusted to be 70 to 400 nm, and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer are adjusted. The difference from the average particle diameter of the semiconductor particles is preferably adjusted to 20 to 300 nm. Since the photoelectrode 10 includes the semiconductor electrode 2 having the above structure, the efficiency of absorbing incident light in the semiconductor electrode 2 is improved.

【0034】すなわち、図2に示すように、透明電極1
の受光面F1から入射し最内部の層21内を透過する光
L10の一部は、内部層23に含有される平均粒径のよ
り大きな酸化物半導体粒子P3上で効率よく反射され
て、散乱光L12となり再び最内部の層21に効率よく
戻される。更に、内部層23内を透過する光(図示せ
ず)の一部も、最外部の層22に含有されている酸化物
半導体粒子P3上で効率よく反射されて、散乱光(図示
せず)となり再び最内部の層21に効率よく戻される。
この半導体電極2の各層内における高い光閉込め効果に
より、半導体電極2において優れた入射光吸収効率を得
ることができる。
That is, as shown in FIG.
Part of the light L10 incident from the light receiving surface F1 and passing through the innermost layer 21 is efficiently reflected and scattered on the oxide semiconductor particles P3 having a larger average particle diameter contained in the inner layer 23. It becomes light L12 and is efficiently returned to the innermost layer 21 again. Further, a part of the light (not shown) transmitted through the inner layer 23 is also efficiently reflected on the oxide semiconductor particles P3 contained in the outermost layer 22, and scattered light (not shown) And is efficiently returned to the innermost layer 21 again.
Due to the high light confinement effect in each layer of the semiconductor electrode 2, excellent incident light absorption efficiency can be obtained in the semiconductor electrode 2.

【0035】図2に示すように、半導体電極2の最内部
の層21は、主として、酸化物半導体粒子(小径粒子)
P1とこの酸化物半導体粒子P1の表面に吸着された増
感色素P2とから構成されている。また、内部層23及
び最外部の層22は、主として、酸化物半導体粒子P1
と、この酸化物半導体粒子P1よりも粒径の大きな酸化
物半導体粒子(大径粒子)P3と、これら酸化物半導体
粒子P1及び酸化物半導体粒子P3の表面に吸着された
増感色素P2とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the innermost layer 21 of the semiconductor electrode 2 is mainly composed of oxide semiconductor particles (small diameter particles).
P1 and a sensitizing dye P2 adsorbed on the surface of the oxide semiconductor particles P1. The inner layer 23 and the outermost layer 22 mainly include the oxide semiconductor particles P1.
And oxide semiconductor particles (large-diameter particles) P3 having a larger particle size than the oxide semiconductor particles P1, and a sensitizing dye P2 adsorbed on the surfaces of the oxide semiconductor particles P1 and the oxide semiconductor particles P3. It is configured.

【0036】ここで、酸化物半導体粒子(小径粒子)P
1の平均粒径は好ましくは5〜100nmとなるように
調節されている。また、酸化物半導体粒子(大径粒子)
P3の平均粒径は好ましくは100nmよりも大きくな
るように調節されている。そして、最外部の層22にお
ける酸化物半導体粒子P1と酸化物半導体粒子P3との
合量に対する酸化物半導体粒子P3の配合割合は、内部
層23における酸化物半導体粒子P1と酸化物半導体粒
子P3との合量に対する酸化物半導体粒子P3の配合割
合よりも大きくなるように調節されている。その結果、
各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部の層2
1から最外部の層22にかけて増加することになる。な
お、この光電極10の場合には、最内部の層21には、
酸化物半導体粒子P3は実質的に含有されていない。
Here, the oxide semiconductor particles (small diameter particles) P
The average particle size of 1 is preferably adjusted to be 5 to 100 nm. In addition, oxide semiconductor particles (large-diameter particles)
The average particle size of P3 is preferably adjusted to be greater than 100 nm. The mixing ratio of the oxide semiconductor particles P3 with respect to the total amount of the oxide semiconductor particles P1 and the oxide semiconductor particles P3 in the outermost layer 22 is determined by the ratio of the oxide semiconductor particles P1 and the oxide semiconductor particles P3 in the inner layer 23. Is adjusted so as to be larger than the mixing ratio of the oxide semiconductor particles P3 with respect to the total amount of as a result,
The average particle size of the oxide semiconductor particles in each layer is the innermost layer 2
It will increase from 1 to the outermost layer 22. In the case of the photoelectrode 10, the innermost layer 21 has
Oxide semiconductor particles P3 are not substantially contained.

【0037】上記酸化物半導体粒子P1及び酸化物半導
体粒子P3は特に限定されるものではなく、公知の酸化
物半導体等を使用することができる。酸化物半導体とし
ては、例えば、TiO2,ZnO,SnO2,Nb25
In23,WO3,ZrO2,La23,Ta25,Sr
TiO3,BaTiO3等を用いることができる。
The oxide semiconductor particles P1 and the oxide semiconductor particles P3 are not particularly limited, and known oxide semiconductors and the like can be used. As the oxide semiconductor, for example, TiO 2 , ZnO, SnO 2 , Nb 2 O 5 ,
In 2 O 3 , WO 3 , ZrO 2 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Sr
TiO 3 , BaTiO 3 or the like can be used.

【0038】また、半導体電極2の第一の半導体層5及
び第二の半導体層6に含有させる増感色素P2は特に限
定されるものではなく、可視光領域および/または赤外
光領域に吸収を持つ色素であればよい。この増感色素P
2としては、金属錯体や有機色素等を用いることができ
る。金属錯体としては銅フタロシアニン、チタニルフタ
ロシアニン等の金属フタロシアニン、クロロフィルまた
はその誘導体、ヘミン、ルテニウム、オスミウム、鉄及
び亜鉛の錯体(例えばシス−ジシアネート−ビス(2、
2’−ビピリジル−4、4’−ジカルボキシレート)ル
テニウム(II))等が挙げられる。有機色素として
は,メタルフリーフタロシアニン,シアニン系色素,メ
タロシアニン系色素,キサンテン系色素,トリフェニル
メタン系色素等を用いることができる。
Further, the sensitizing dye P2 contained in the first semiconductor layer 5 and the second semiconductor layer 6 of the semiconductor electrode 2 is not particularly limited, and the sensitizing dye P2 is absorbed in a visible light region and / or an infrared light region. Any pigment may be used. This sensitizing dye P
As 2, a metal complex, an organic dye, or the like can be used. Examples of the metal complex include metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and titanyl phthalocyanine, chlorophyll or derivatives thereof, hemin, ruthenium, osmium, iron and zinc complexes (for example, cis-dicyanate-bis (2,
2′-bipyridyl-4, 4′-dicarboxylate) ruthenium (II)) and the like. As the organic dye, metal-free phthalocyanine, cyanine dye, metalocyanine dye, xanthene dye, triphenylmethane dye and the like can be used.

【0039】また、半導体電極2の厚みは、3〜50μ
mであることが好ましく、5〜30μmであることがよ
り好ましく、6〜18μmであることが更に好ましい。
半導体電極の厚みが3μm未満となると、色素吸着量が
少なくなり光を有効に吸収できなくなる傾向が大きくな
る。一方、半導体電極の厚みが50μmを超えると、電
気抵抗が大きくなり半導体に注入されたキャリアの損失
量が多くなるとともに、イオン拡散抵抗が増大して、光
励起されて半導体への電子注入を果した後の色素に対す
るI-からの電子注入によってI3 -の対極への搬出が阻
害され、電池の出力特性が低下する傾向が大きくなる。
The thickness of the semiconductor electrode 2 is 3 to 50 μm.
m, more preferably 5 to 30 μm, even more preferably 6 to 18 μm.
When the thickness of the semiconductor electrode is less than 3 μm, the amount of dye adsorbed is reduced, and the tendency for light to be unable to be effectively absorbed increases. On the other hand, when the thickness of the semiconductor electrode exceeds 50 μm, the electric resistance increases, the loss amount of carriers injected into the semiconductor increases, and the ion diffusion resistance increases. I 3 by electron injection from - - after I for dye out of the counter electrode is inhibited, the output characteristics of the battery becomes large tends to decrease.

【0040】また、対極CEは、特に限定されるもので
はなく、例えば、シリコン太陽電池、液晶パネル等に通
常用いられている対極と同じものを用いてよい。例え
ば、前述の透明電極1と同じ構成を有するものであって
もよく、透明電極1と同様の透明導電膜3上にPt等の
金属薄膜電極を形成し、金属薄膜電極を電解質Eの側に
向けて配置させるものであってもよい。また、透明電極
1の透明導電膜3に白金を少量付着させたものであって
もよく、白金などの金属薄膜、炭素などの導電性膜など
であってもよい。
The counter electrode CE is not particularly limited, and may be the same as the counter electrode usually used for a silicon solar cell, a liquid crystal panel or the like. For example, it may have the same configuration as the above-mentioned transparent electrode 1. A metal thin film electrode such as Pt is formed on the same transparent conductive film 3 as the transparent electrode 1, and the metal thin film electrode is placed on the side of the electrolyte E. It may be arranged to face. Also, a small amount of platinum may be adhered to the transparent conductive film 3 of the transparent electrode 1, or a metal thin film such as platinum or a conductive film such as carbon may be used.

【0041】更に、電解質Eの組成も光励起され半導体
への電子注入を果した後の色素を還元するための酸化還
元種を含んでいれば特に限定されないが、I-/I3 -
の酸化還元種を含むヨウ素系レドックス溶液が好ましく
用いられる。具体的には、I -/I3 -系の電解質はヨウ
素のアンモニウム塩あるいはヨウ化リチウムとヨウ素を
混合したものなどを用いることができる。その他、Br
-/Br3 -系、キノン/ハイドロキノン系などのレドッ
クス電解質をアセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレ
ンカーボネートなどの電気化学的に不活性な溶媒(およ
びこれらの混合溶媒)に溶かしたものも使用できる。
Further, the composition of the electrolyte E is also photo-excited and
Redox to reduce the dye after electron injection into the substrate
There is no particular limitation as long as it contains the original species.-/ IThree -etc
Iodine-based redox solution containing a redox species of
Used. Specifically, I -/ IThree -The electrolyte of the system is iodine
Ammonium iodide and lithium iodide and iodine
A mixture thereof can be used. Other, Br
-/ BrThree -System, quinone / hydroquinone system, etc.
Electrolytes such as acetonitrile, propylene carbonate, and ethylene
Electrochemically inert solvents such as carbonates (and
And a mixed solvent thereof can also be used.

【0042】また、スペーサーSの構成材料は特に限定
されるものではなく、例えば、シリカビーズ等を用いる
ことができる。
The constituent material of the spacer S is not particularly limited, and for example, silica beads or the like can be used.

【0043】次に、図1に示した光電極10及び図3に
示した色素増感型太陽電池20の製造方法の一例につい
て説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the photoelectrode 10 shown in FIG. 1 and the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG. 3 will be described.

【0044】先ず、透明電極1を製造する場合は、ガラ
ス基板等の基板4上に先に述べたフッ素ドープSnO2
等の透明導電膜3をスプレーコートする等の公知の方法
を用いて形成することができる。
First, when the transparent electrode 1 is manufactured, the above-mentioned fluorine-doped SnO 2 is formed on a substrate 4 such as a glass substrate.
And the like can be formed by a known method such as spray coating the transparent conductive film 3.

【0045】次に、透明電極1の透明導電膜3上に半導
体電極2の各層を形成する方法としては、例えば、以下
の方法がある。すなわち、先ず、酸化チタン等の半導体
粒子P1を分散させた最内部の層21を形成するための
分散液を調製する。この分散液の溶媒は水、有機溶媒、
または両者の混合溶媒など酸化物半導体粒子P1を分散
できるものなら特に限定されない。また、分散液中には
必要に応じて界面活性剤、粘度調節剤を加えてもよい。
次に、分散液を透明電極1の透明導電膜3上に塗布し、
次いで乾燥する。このときの塗布方法としてはバーコー
ター法、印刷法などを用いることができる。そして、乾
燥した後、空気中、不活性ガス或いは窒素中で加熱、焼
成して半導体電極2の最内部の層21(多孔質半導体
膜)を形成する。このときの焼成温度は300〜800
℃が好ましい。焼成温度が300℃未満であると酸化物
半導体粒子P1間の固着、基板への付着力が弱くなり十
分な強度がでなくなるおそれがある。焼成温度が800
℃を超えると酸化物半導体粒子P1間の固着が進み、半
導体電極2(多孔質半導体膜)の表面積が小さくなるお
それがある。
Next, as a method of forming each layer of the semiconductor electrode 2 on the transparent conductive film 3 of the transparent electrode 1, for example, there is the following method. That is, first, a dispersion liquid for forming the innermost layer 21 in which the semiconductor particles P1 such as titanium oxide are dispersed is prepared. The solvent of this dispersion is water, an organic solvent,
Alternatively, there is no particular limitation as long as the oxide semiconductor particles P1 can be dispersed, such as a mixed solvent of both. Further, a surfactant and a viscosity modifier may be added to the dispersion as needed.
Next, the dispersion is applied on the transparent conductive film 3 of the transparent electrode 1,
Then it is dried. As a coating method at this time, a bar coater method, a printing method, or the like can be used. After drying, the innermost layer 21 (porous semiconductor film) of the semiconductor electrode 2 is formed by heating and baking in air, inert gas or nitrogen. The firing temperature at this time is 300 to 800
C is preferred. If the sintering temperature is lower than 300 ° C., fixation between the oxide semiconductor particles P1 and adhesion to the substrate may be weakened, resulting in insufficient strength. Firing temperature 800
If the temperature exceeds ° C, fixation between the oxide semiconductor particles P1 proceeds, and the surface area of the semiconductor electrode 2 (porous semiconductor film) may be reduced.

【0046】次に、最内部の層21上に内部層23を形
成する場合には、例えば、上記の最内部の層21を形成
するための分散液に、所定量の酸化物半導体粒子P3を
更に添加させた組成を有する分散液を調製する以外は、
上述した最内部の層21を形成する方法と同様にして内
部層23を形成することができる。更に、内部層23上
に最外部の層22を形成する場合にも、例えば、上記の
最内部の層21を形成するための分散液に、所定量の酸
化物半導体粒子P3を更に添加させた組成を有する分散
液を調製する以外は、上述した最内部の層21を形成す
る方法と同様にして内部層23上に最外部の層22を形
成することができる。
Next, when the inner layer 23 is formed on the innermost layer 21, for example, a predetermined amount of the oxide semiconductor particles P3 is added to the dispersion for forming the innermost layer 21. Other than preparing a dispersion having the composition further added,
The inner layer 23 can be formed in the same manner as the method of forming the innermost layer 21 described above. Furthermore, when the outermost layer 22 is formed on the inner layer 23, for example, a predetermined amount of the oxide semiconductor particles P3 is further added to the dispersion for forming the outermost layer 21 described above. Except for preparing the dispersion having the composition, the outermost layer 22 can be formed on the inner layer 23 in the same manner as in the method of forming the innermost layer 21 described above.

【0047】次に、半導体電極2中に浸着法等の公知の
方法により増感色素P2を含有させる。増感色素P2は
半導体電極2に付着(化学吸着、物理吸着または堆積な
ど)させることにより含有させる。この付着方法は、例
えば色素を含む溶液中に半導体電極2を浸漬するなどの
方法を用いることができる。この際、溶液を加熱し還流
させるなどして増感色素の吸着、堆積を促進することが
できる。なお、このとき、色素の他に必要に応じて、銀
等の金属やアルミナ等の金属酸化物を半導体電極2中に
含有させてもよい。
Next, the sensitizing dye P2 is contained in the semiconductor electrode 2 by a known method such as an immersion method. The sensitizing dye P2 is contained by being attached to the semiconductor electrode 2 (chemical adsorption, physical adsorption, deposition, or the like). As the attachment method, for example, a method of immersing the semiconductor electrode 2 in a solution containing a dye can be used. At this time, the adsorption and deposition of the sensitizing dye can be promoted by heating and refluxing the solution. At this time, in addition to the dye, a metal such as silver or a metal oxide such as alumina may be contained in the semiconductor electrode 2 as necessary.

【0048】なお、半導体電極2内に含まれる光電変換
反応を阻害する不純物を除去する表面酸化処理を、各層
それぞれの形成時毎、或いは、各層全てを形成した時な
どに公知の方法により適宜施してもよい。
A surface oxidation treatment for removing impurities that inhibit the photoelectric conversion reaction contained in the semiconductor electrode 2 is appropriately performed by a known method every time each layer is formed or when all the layers are formed. You may.

【0049】また、透明電極1の透明導電膜3上に半導
体電極2を形成する他の方法としては、以下の方法があ
る。すなわち、透明電極1の透明導電膜3上にTiO2
等の半導体を膜状に蒸着させる方法を用いてもよい。透
明導電膜3上に半導体を膜状に蒸着させる方法としては
公知の方法を用いることができる。例えば、電子ビーム
蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビ
ーム蒸着等の物理蒸着法を用いてもよく、酸素等の反応
性ガス中で金属等を蒸発させ、反応生成物を透明導電膜
3上に堆積させる反応蒸着法を用いてもよい。更に、反
応ガスの流れを制御する等してCVD等の化学蒸着法を
用いることもできる。
Another method for forming the semiconductor electrode 2 on the transparent conductive film 3 of the transparent electrode 1 is as follows. That is, TiO 2 is formed on the transparent conductive film 3 of the transparent electrode 1.
Alternatively, a method of depositing a semiconductor in a film form may be used. As a method of depositing a semiconductor on the transparent conductive film 3 in a film form, a known method can be used. For example, physical vapor deposition methods such as electron beam vapor deposition, resistance heating vapor deposition, sputter vapor deposition, and cluster ion beam vapor deposition may be used. A reactive vapor deposition method of depositing on top may be used. Further, a chemical vapor deposition method such as CVD can be used by controlling the flow of a reaction gas.

【0050】このようにして光電極10を作製した後
は、公知の方法により対極CEを作製し、これと光電極
10と、スペーサーSを図1に示すように組み上げて、
内部に電解質Eを充填し、色素増感型太陽電池20を完
成させる。
After the photoelectrode 10 is thus manufactured, a counter electrode CE is manufactured by a known method, and the counter electrode CE, the photoelectrode 10, and the spacer S are assembled as shown in FIG.
The inside is filled with the electrolyte E, and the dye-sensitized solar cell 20 is completed.

【0051】[第二実施形態]以下、図4を参照しなが
ら本発明の光電極の第二実施形態について説明する。な
お、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一
の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省
略する。図4は、本発明の光電極の第二実施形態の半導
体電極の内部構造を示す模式断面図である。
[Second Embodiment] A second embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described below with reference to FIG. The same elements as those described in regard to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 4 is a schematic sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode according to the second embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【0052】本実施形態の光電極11(図示せず)は、
図4に示すように、半導体電極2の最内部の層21にも
酸化物半導体粒子(大径粒子)P3が含まれており、各
層における酸化物半導体粒子P1(小径粒子)と酸化物
半導体粒子(大径粒子)P3との合量に対する酸化物半
導体粒子(大径粒子)P3の配合割合が、最内部の層2
1から最外部の層22にかけて増加していること以外
は、図1に示す光電極10と同様の構成を有している。
これにより、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は
最内部の層21から最外部の層22にかけて増加するこ
とになる。この光電極11においては、上記の構造を有
する半導体電極2を備えることにより、当該半導体電極
2内における入射光の吸収効率の向上が図られている。
The photoelectrode 11 (not shown) of the present embodiment is
As shown in FIG. 4, the innermost layer 21 of the semiconductor electrode 2 also contains the oxide semiconductor particles (large-diameter particles) P3, and the oxide semiconductor particles P1 (small-diameter particles) and the oxide semiconductor particles in each layer. The mixing ratio of the oxide semiconductor particles (large-diameter particles) P3 to the total amount of the (large-diameter particles) P3 is the innermost layer 2
It has the same configuration as the photoelectrode 10 shown in FIG. 1 except that it increases from 1 to the outermost layer 22.
Thus, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in each layer increases from the innermost layer 21 to the outermost layer 22. Since the photoelectrode 11 includes the semiconductor electrode 2 having the above structure, the absorption efficiency of incident light in the semiconductor electrode 2 is improved.

【0053】そして、この光電極11を備えた色素増感
型太陽電池(図示せず)は、当該光電極11以外は図1
に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有す
る。また、光電極11及び光電極11を備えた色素増感
型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に
述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の
方法により製造することができる。
The dye-sensitized solar cell (not shown) having the photoelectrode 11 is the same as that of FIG.
Has the same configuration as the dye-sensitized solar cell 10 shown in FIG. The method for manufacturing the photoelectrode 11 and the dye-sensitized solar cell including the photoelectrode 11 is not particularly limited. For example, the photoelectrode 11 and the dye-sensitized solar cell 20 may be manufactured in the same manner as described above. can do.

【0054】[第三実施形態]以下、図5を参照しなが
ら本発明の光電極の第三実施形態について説明する。な
お、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一
の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省
略する。図5は、本発明の光電極の第三実施形態の半導
体電極の内部構造を示す模式断面図である。
[Third Embodiment] A third embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described below with reference to FIG. The same elements as those described in regard to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 5 is a schematic sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode of the third embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【0055】本実施形態の光電極12(図示せず)は、
図5に示すように、半導体電極2の最外部の層22を構
成する半導体材料が1種類の酸化物半導体粒子P3のみ
である以外は、図1に示す光電極10と同様の構成を有
している。すなわち、図5に示す半導体電極2は、内部
層22のみが平均粒径の異なる2種の酸化物半導体粒子
(酸化物半導体粒子P1(小径粒子)及び酸化物半導体
粒子(大径粒子)P3)から構成されており、それ以外
の層は1種類の酸化物半導体粒子により形成されてい
る。この場合にも、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均
粒径は最内部の層21から最外部の層22にかけて増加
することになる。この光電極12においては、上記の構
造を有する半導体電極2を備えることにより、当該半導
体電極2内における入射光の吸収効率の向上が図られて
いる。
The photoelectrode 12 (not shown) of this embodiment is
As shown in FIG. 5, the outermost layer 22 of the semiconductor electrode 2 has the same configuration as the photoelectrode 10 shown in FIG. 1 except that the semiconductor material constituting the outermost layer 22 is only one kind of oxide semiconductor particles P3. ing. That is, the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 5 has two types of oxide semiconductor particles (the oxide semiconductor particles P1 (small-diameter particles) and the oxide semiconductor particles (large-diameter particles) P3) in which only the inner layer 22 has a different average particle size. And the other layers are formed of one kind of oxide semiconductor particles. Also in this case, the average particle size of the oxide semiconductor particles in each layer increases from the innermost layer 21 to the outermost layer 22. Since the photoelectrode 12 includes the semiconductor electrode 2 having the above-described structure, the efficiency of absorbing incident light in the semiconductor electrode 2 is improved.

【0056】そして、この光電極12を備えた色素増感
型太陽電池(図示せず)は、当該光電極12以外は図1
に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有す
る。また、光電極12及び光電極12を備えた色素増感
型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に
述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の
方法により製造することができる。
The dye-sensitized solar cell (not shown) having the photoelectrode 12 is the same as that of FIG.
Has the same configuration as the dye-sensitized solar cell 10 shown in FIG. The method of manufacturing the photoelectrode 12 and the dye-sensitized solar cell including the photoelectrode 12 is not particularly limited. For example, the photoelectrode 12 and the dye-sensitized solar cell 20 may be manufactured by the same method as that described above. can do.

【0057】[第四実施形態]以下、図6を参照しなが
ら本発明の光電極の第三実施形態について説明する。な
お、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一
の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省
略する。図6は、本発明の光電極の第三実施形態の半導
体電極の内部構造を示す模式断面図である。
[Fourth Embodiment] Hereinafter, a third embodiment of the photoelectrode of the present invention will be described with reference to FIG. The same elements as those described in regard to the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 6 is a schematic sectional view showing the internal structure of the semiconductor electrode of the third embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【0058】本実施形態の光電極13(図示せず)は、
図6に示すように、半導体電極2の内部層23を構成す
る半導体材料が1種類の酸化物半導体粒子P3のみであ
り、最外部の層22を構成する半導体材料が1種類の酸
化物半導体粒子P4のみである以外は、図1に示す光電
極10と同様の構成を有している。なお、この場合、最
外部の層22を構成する酸化物半導体粒子P4の平均粒
径は酸化物半導体粒子P3の平均粒径よりも大きくなる
ように調節されている。この場合にも、各層ごとの酸化
物半導体粒子の平均粒径は最内部の層21から最外部の
層22にかけて増加することになる。この光電極13に
おいては、上記の構造を有する半導体電極2を備えるこ
とにより、当該半導体電極2内における入射光の吸収効
率の向上が図られている。
The photoelectrode 13 (not shown) of the present embodiment is
As shown in FIG. 6, the semiconductor material constituting the inner layer 23 of the semiconductor electrode 2 is only one kind of oxide semiconductor particles P3, and the semiconductor material constituting the outermost layer 22 is one kind of oxide semiconductor particles. Except for only P4, it has the same configuration as the photoelectrode 10 shown in FIG. Note that, in this case, the average particle size of the oxide semiconductor particles P4 included in the outermost layer 22 is adjusted to be larger than the average particle size of the oxide semiconductor particles P3. Also in this case, the average particle size of the oxide semiconductor particles in each layer increases from the innermost layer 21 to the outermost layer 22. Since the photoelectrode 13 includes the semiconductor electrode 2 having the above structure, the efficiency of absorbing incident light in the semiconductor electrode 2 is improved.

【0059】そして、この光電極13を備えた色素増感
型太陽電池(図示せず)は、当該光電極13以外は図1
に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有す
る。また、光電極13及び光電極13を備えた色素増感
型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、先に
述べた光電極10及び色素増感型太陽電池20と同様の
方法により製造することができる。
The dye-sensitized solar cell (not shown) having the photoelectrode 13 is the same as that of FIG.
Has the same configuration as the dye-sensitized solar cell 10 shown in FIG. The method for manufacturing the photoelectrode 13 and the dye-sensitized solar cell including the photoelectrode 13 is not particularly limited. For example, the photoelectrode 13 and the dye-sensitized solar cell 20 may be manufactured by the same method as that described above. can do.

【0060】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは
ない。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0061】例えば、上記の実施形態においては、3層
の構造を有する半導体電極を備えた光電極及びこれを備
える色素増感型太陽電池について説明したが、本発明の
光電極及び色素増感型太陽電池はこれに限定されるもの
ではない。例えば、本発明の光電極は、図7に示す光電
極14のように、4層以上の層から構成された半導体電
極2を備える構成を有していてもよい。例えば、図7に
示す光電極14の半導体電極2は、最内部の層21と最
外部の層22と、最内部の層21と最外部の層22との
間に配置される内部層23及び24とから構成されてい
る。そして、この場合、半導体電極2の4つの層にそれ
ぞれ含まれている酸化物半導体粒子の平均粒径を比較す
ると、各層ごとの酸化物半導体粒子の平均粒径は最内部
の層21から最外部の層22にかけて増加するように調
節されている。
For example, in the above embodiment, the photoelectrode provided with the semiconductor electrode having a three-layer structure and the dye-sensitized solar cell provided with the same have been described. The solar cell is not limited to this. For example, the photoelectrode of the present invention may have a configuration including the semiconductor electrode 2 composed of four or more layers, such as the photoelectrode 14 shown in FIG. For example, the semiconductor electrode 2 of the photoelectrode 14 shown in FIG. 7 includes an innermost layer 21 and an outermost layer 22, an inner layer 23 disposed between the innermost layer 21 and the outermost layer 22, and 24. In this case, when the average particle diameters of the oxide semiconductor particles included in the four layers of the semiconductor electrode 2 are compared, the average particle diameter of the oxide semiconductor particles in each layer is from the innermost layer 21 to the outermost layer. Is adjusted so as to increase toward the layer 22.

【0062】[0062]

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の光
電極及び色素増感型太陽電池について更に詳しく説明す
るが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。
EXAMPLES Hereinafter, the photoelectrode and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0063】(実施例1)以下に示す手順により、図5
に示した光電極12と同様の構成を有する光電極を作製
し、更に、この光電極を用いた以外は図3に示す色素増
感型太陽電池20と同様の構成を有する5×20mmの
スケールの色素増感型太陽電池を作製した。
(Embodiment 1) FIG.
A photoelectrode having the same configuration as the photoelectrode 12 shown in FIG. 3 was produced, and a 5 × 20 mm scale having the same configuration as the dye-sensitized solar cell 20 shown in FIG. 3 except that this photoelectrode was used. Was manufactured.

【0064】先ず、TiO2粒子(アナターゼ、日本ア
エロジル社製、商品名;「P25」、平均粒径;25n
m、以下、P25という)にアセチルアセトン、イオン
交換水、界面活性剤(東京化成社製、商品名;「Tri
ton−X」)を加え、混練して最内部の層21形成用
のスラリー(P25の含有量;15質量%、以下、スラ
リー1とする)を調製した。
First, TiO 2 particles (anatase, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name: “P25”, average particle size: 25 n
m, hereinafter referred to as P25), acetylacetone, ion-exchanged water, surfactant (trade name, manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd .; “Tri
ton-X "), and kneaded to prepare a slurry for forming the innermost layer 21 (P25 content; 15% by mass, hereinafter referred to as slurry 1).

【0065】次に、P25と、市販の大径TiO2粒子
(アナターゼ、平均粒径;180nm、以下、P180
という)とを用い、P25とP180との質量比が、P
25:P180=1:1となるようにした以外は前述の
スラリー1と同様の調製手順により、内部層23形成用
のスラリー(P25の含有量;7.5質量%、P180
の含有量;7.5質量%、以下、スラリー2とする)を
調製した。
Next, P25 and commercially available large-diameter TiO 2 particles (anatase, average particle size: 180 nm, hereinafter P180)
) And the mass ratio between P25 and P180 is P
Slurry for forming the inner layer 23 (P25 content: 7.5% by mass, P180
7.5 mass%, hereinafter referred to as slurry 2).

【0066】次に、P180のみを用いた以外は前述の
スラリー1と同様の調製手順により、内部層23形成用
のスラリー(P180の含有量;15質量%、以下、ス
ラリー3とする)を調製した。
Next, a slurry for forming the internal layer 23 (P180 content; 15% by mass; hereinafter, referred to as slurry 3) was prepared by the same preparation procedure as that for the slurry 1 except that only P180 was used. did.

【0067】一方、ガラス基板4(透明導電性ガラス)
上にフッ素ドープされたSnO2導電膜3(膜厚;70
0nm)を形成した透明電極1(厚さ;1.1mm)を
準備した。そして、このSnO2導電膜3上に、上述の
スラリー1をバーコーダを用いて塗布し、次いで乾燥さ
せた。その後、大気中、450℃の条件のもとで30分
間焼成した。
On the other hand, glass substrate 4 (transparent conductive glass)
Fluorine-doped SnO 2 conductive film 3 (film thickness: 70
0 nm) was formed on the transparent electrode 1 (thickness: 1.1 mm). Then, the above-mentioned slurry 1 was applied on this SnO 2 conductive film 3 using a bar coder, and then dried. Then, it baked for 30 minutes under the conditions of 450 degreeC in air | atmosphere.

【0068】更に、スラリー2及びスラリー3を用いて
この塗布と焼成とを繰り返すことにより、SnO2導電
膜上に図5に示す半導体電極2と同様の構成の半導体電
極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;15μm、最
内部の層21の層厚;5μm、内部層23の層厚;5μ
m、最外部の層22の層厚;5μm)を形成し、増感色
素を含有していない光電極を作製した。
[0068] Further, by repeating the firing the coating using a slurry 2 and slurry 3, the area of the semiconductor electrode (light receiving surface of the same structure as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 5 on the SnO 2 conductive film; 1 0.0 cm 2 , layer thickness; 15 μm, layer thickness of the innermost layer 21; 5 μm, layer thickness of the inner layer 23;
m, the layer thickness of the outermost layer 22; 5 μm) to form a photoelectrode containing no sensitizing dye.

【0069】その後、半導体電極の裏面に色素を以下の
ようにして吸着させた。先ず、増感色素としてルテニウ
ム錯体[cis-Di(thiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bipyridy
l-4,4'dicarboxylic acid)-ruthenium(II)]を用い、こ
れのエタノール溶液(増感色素の濃度;3×10-4mo
l/L)を調製した。次に、この溶液に半導体電極を浸
漬し、80℃の温度条件のもとで20時間放置した。こ
れにより、半導体電極2の内部に増感色素を約1.0×
10-7mol/cm2吸着させた。次に、開放電圧Vo
cを向上させるために、ルテニウム錯体吸着後の半導体
電極を4-tert-ブチルピリジンのアセトニトリル溶液に
15分浸漬した後、25℃に保持した窒素気流中におい
て乾燥させ、光電極12を完成させた。
Thereafter, the dye was adsorbed on the back surface of the semiconductor electrode as follows. First, a ruthenium complex [cis-Di (thiocyanato) -N, N'-bis (2,2'-bipyridy) is used as a sensitizing dye.
l-4,4'dicarboxylic acid) -ruthenium (II)] and ethanol solution (sensitizing dye concentration; 3 × 10 -4 mo
1 / L). Next, the semiconductor electrode was immersed in this solution, and allowed to stand at 80 ° C. for 20 hours. As a result, the sensitizing dye is applied to the inside of the semiconductor electrode 2 by about 1.0 ×
10 -7 mol / cm 2 was adsorbed. Next, the open circuit voltage Vo
To improve c, the semiconductor electrode after adsorption of the ruthenium complex was immersed in a solution of 4-tert-butylpyridine in acetonitrile for 15 minutes, and then dried in a nitrogen stream maintained at 25 ° C. to complete the photoelectrode 12. .

【0070】次に、上記の光電極と同様の形状と大きさ
を有する対極として、電子ビーム蒸着法によりPtが蒸
着された透明導電性ガラス電極(Pt薄膜の厚さ;3n
m)を作製した。また、電解質Eとして、ヨウ素、ヨウ
化リチウム、イミダゾリウム塩を含むヨウ素系レドック
ス溶液を調製した。更に、半導体電極の大きさに合わせ
た形状を有する三井デュポンポリケミカル社製のスペー
サーS(商品名:「ハイミラン」)を準備し、図3に示
すように、光電極12と対極CEとスペーサーSを介し
て対向させ、内部に上記の電解質を充填して色素増感型
太陽電池を完成させた。
Next, as a counter electrode having the same shape and size as the above-mentioned photoelectrode, a transparent conductive glass electrode on which Pt is deposited by electron beam evaporation (thickness of Pt thin film: 3n)
m) was prepared. Further, as the electrolyte E, an iodine-based redox solution containing iodine, lithium iodide, and imidazolium salt was prepared. Further, a spacer S (trade name: "Himilan") manufactured by Mitsui Dupont Polychemical Co., Ltd. having a shape corresponding to the size of the semiconductor electrode is prepared. As shown in FIG. 3, the photoelectrode 12, the counter electrode CE and the spacer S are prepared. And the above-mentioned electrolyte was filled therein to complete a dye-sensitized solar cell.

【0071】(実施例2)半導体電極の製造を以下のよ
うにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順によ
り図2に示した光電極10及び図3に示した色素増感型
太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感
型太陽電池を作製した。
(Example 2) The photoelectrode 10 shown in FIG. 2 and the dye-sensitized type shown in FIG. 3 were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the semiconductor electrode was manufactured as follows. A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell having the same configuration as the solar cell 20 were produced.

【0072】先ず、P25と、P180とを用い、P2
5とP180との質量比が、P25:P180=7:3
となるようにした以外は前述のスラリー1と同様の調製
手順により、内部層23形成用のスラリー(P25の含
有量;10.5質量%、P180の含有量;4.5質量
%、以下、スラリー4とする)を調製した。
First, using P25 and P180, P2
The mass ratio of P5 to P180 is P25: P180 = 7: 3
A slurry for forming the internal layer 23 (P25 content; 10.5% by mass, P180 content; 4.5% by mass, Slurry 4) was prepared.

【0073】そして、前述のスラリー1を使用して最内
部の層21を形成し、スラリー4を使用して内部層23
を形成し、前述のスラリー2を使用して最外部の層22
を形成した。以外は実施例1と同様にして、SnO2
電膜上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体
電極(受光面の面積;1cm2、層厚;15μm、最内
部の層21の層厚;5μm、内部層23の層厚;5μ
m、最外部の層22の層厚;5μm)を形成し、増感色
素を含有していない光電極を作製した。
Then, the innermost layer 21 is formed using the slurry 1 described above, and the inner layer 23 is formed using the slurry 4.
And the outermost layer 22 is formed using the slurry 2 described above.
Was formed. Otherwise in the same manner as in Example 1, the area of the semiconductor electrode (light receiving surface of the same structure as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 on SnO 2 conductive film; 1 cm 2, thickness; 15 [mu] m, the innermost layer 21 Layer thickness: 5 μm, layer thickness of inner layer 23: 5 μm
m, the layer thickness of the outermost layer 22; 5 μm) to form a photoelectrode containing no sensitizing dye.

【0074】(実施例3)半導体電極の製造を以下のよ
うにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順によ
り図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型
太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感
型太陽電池を作製した。
Example 3 The photoelectrode 10 shown in FIG. 1 and the dye-sensitized type shown in FIG. 3 were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the semiconductor electrode was manufactured as follows. A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell having the same configuration as the solar cell 20 were produced.

【0075】オートクレーブ内に、Tiを含む化学種
(チタンアルコキシド)、イオン交換水、pH調製剤
(硝酸、アンモニア等)を入れ、所定の反応条件下にお
いて、Tiを含む化学種の加水分解反応を進行させ、次
いで、得られるTiO2粒子の結晶化を進行させること
により、平均粒径が27nmのTiO2粒子(アナター
ゼ、以下、P27という)を含むコロイド溶液(以下、
コロイド溶液1という)を調製した。次に、オートクレ
ーブ内における反応条件を変えたこと以外は上記コロイ
ド溶液1と同様の手順により、平均粒径が56nmのT
iO2粒子(アナターゼ、以下、P56という)を含む
コロイド溶液(以下、コロイド溶液2という)、平均粒
径が112nmのTiO2粒子(アナターゼ、以下、P
112という)を含むコロイド溶液(以下、コロイド溶
液3という)、平均粒径が198nmのTiO2粒子
(アナターゼ、以下、P198という)を含むコロイド
溶液(以下、コロイド溶液4という)を調製した。な
お、これらのコロイド溶液1〜4に含まれるTiO2
子の平均粒径は、光散乱光度計(大塚電子社製)をもち
いて、レーザー光の動的光散乱を解析することにより求
めた。
In an autoclave, a chemical species containing Ti (titanium alkoxide), ion-exchanged water, and a pH adjuster (such as nitric acid and ammonia) are put, and under predetermined reaction conditions, the hydrolysis reaction of the chemical species containing Ti is performed. The colloid solution containing TiO 2 particles (anatase, hereinafter, referred to as P27) having an average particle diameter of 27 nm (hereinafter, referred to as P27) by allowing the TiO 2 particles to proceed, and then crystallization of the obtained TiO 2 particles.
Colloidal solution 1) was prepared. Next, except that the reaction conditions in the autoclave were changed, a T
iO 2 particles (anatase, hereinafter, referred to as P56) colloidal solution containing (hereinafter, referred to as a colloidal solution 2), an average particle diameter of 112 nm TiO 2 particles (anatase, or less, P
112) and a colloid solution (hereinafter, referred to as colloid solution 4) containing TiO 2 particles having an average particle diameter of 198 nm (anatase, hereinafter, referred to as P198). The average particle size of the TiO 2 particles contained in these colloid solutions 1 to 4 was determined by analyzing dynamic light scattering of laser light using a light scattering photometer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).

【0076】次に、コロイド溶液1〜4のそれぞれに対
して溶媒希釈や溶媒除去を施すことによりTiO2粒子
の濃度を調製し、更に、セルロース系の粘度調整剤を加
えることにより以下に示すペーストを調製した。
Next, the concentration of the TiO 2 particles is adjusted by diluting the solvent or removing the solvent with respect to each of the colloid solutions 1 to 4, and further, by adding a cellulose-based viscosity modifier, the paste shown below is prepared. Was prepared.

【0077】すなわち、コロイド溶液1を使用してP2
7のみを含むペースト(P27の含有量;12質量%、
以下、ペースト1という)、コロイド溶液1及びコロイ
ド溶液4を使用してP27とP198との質量比をP2
7:P198=7:3としたペースト(以下、ペースト
2という)、コロイド溶液1及びコロイド溶液4を使用
してP27とP198との質量比をP27:P198=
1:1としたペースト(以下、ペースト2という)を調
製した。
That is, by using the colloid solution 1
7 only (P27 content; 12% by mass,
Hereinafter, the paste 1), the colloid solution 1 and the colloid solution 4 are used to change the mass ratio between P27 and P198 to P2.
7: P198 = 7: 3 paste (hereinafter referred to as paste 2), colloid solution 1 and colloid solution 4 were used to determine the mass ratio of P27 and P198 to P27: P198 =
A paste having a ratio of 1: 1 (hereinafter referred to as paste 2) was prepared.

【0078】そして、ペースト1を最内部の層21の形
成に用い、ペースト2を内部層23の形成に用い、ペー
スト3を最外部の層22の形成に用いた。すなわち、ペ
ースト1〜3をスクリーン印刷したこと以外は、実施例
1と同様手順により、透明電極1上に図1に示す半導体
電極2半導体電極2と同様の構成の半導体電極(受光面
の面積;1cm2、層厚;12μm、最内部の層21の
層厚;4μm、内部層23の層厚;4μm、最外部の層
22の層厚;4μm)を形成した。
Then, paste 1 was used for forming the innermost layer 21, paste 2 was used for forming the inner layer 23, and paste 3 was used for forming the outermost layer 22. That is, a semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 and the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 cm 2 , layer thickness; 12 μm, layer thickness of the innermost layer 21; 4 μm, layer thickness of the inner layer 23; 4 μm, layer thickness of the outermost layer 22; 4 μm).

【0079】(実施例4)半導体電極の製造を以下のよ
うにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順によ
り図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型
太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感
型太陽電池を作製した。
Example 4 A photoelectrode 10 shown in FIG. 1 and a dye-sensitized type shown in FIG. 3 were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the semiconductor electrode was manufactured as follows. A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell having the same configuration as the solar cell 20 were produced.

【0080】すなわち、実施例3において用いたペース
ト2を最内部の層21の形成に用いた。また、実施例3
において用いたペースト3を内部層23の形成に用い
た。更に、コロイド溶液4を使用してP198のみを含
むペースト(P198の含有量;12質量%、以下、ペ
ースト4という)を調製し、これを最外部の層22の形
成に用いた。
That is, the paste 2 used in Example 3 was used for forming the innermost layer 21. Example 3
Was used to form the internal layer 23. Further, a paste containing only P198 (P198 content; 12% by mass; hereinafter, referred to as paste 4) was prepared using the colloid solution 4 and used for forming the outermost layer 22.

【0081】そして、上記の各ペーストをスクリーン印
刷したこと以外は、実施例1と同様手順により、透明電
極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体
電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm、
最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4
μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
A semiconductor electrode having the same structure as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 (the area of the light receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness: 12 μm,
Thickness of innermost layer 21; 4 μm, thickness of inner layer 23;
μm, the thickness of the outermost layer 22; 4 μm).

【0082】(実施例5)半導体電極の製造を以下のよ
うにして行ったこと以外は、実施例1と同様の手順によ
り図1に示した光電極10及び図3に示した色素増感型
太陽電池20と同様の構成を有する光電極及び色素増感
型太陽電池を作製した。
Example 5 A photoelectrode 10 shown in FIG. 1 and a dye-sensitized type shown in FIG. 3 were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the semiconductor electrode was manufactured as follows. A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell having the same configuration as the solar cell 20 were produced.

【0083】すなわち、実施例3において調製したコロ
イド溶液1及びコロイド溶液3を使用してP27とP1
12との質量比をP27:P112=7:3としたペー
スト(P27の含有量;8.4質量%、P112の含有
量;3.6質量%、以下、ペースト5という)を調製
し、これを最内部の層21の形成に用いた。
That is, using the colloid solution 1 and the colloid solution 3 prepared in Example 3, P27 and P1
A paste (P27 content: 8.4% by mass; P112 content: 3.6% by mass; hereinafter, referred to as paste 5) having a mass ratio of P27: P112 = 7: 3 with respect to 12 was prepared. Was used to form the innermost layer 21.

【0084】また、実施例3において調製したコロイド
溶液1及びコロイド溶液3を使用してP27とP112
との質量比をP27:P112=1:1としたペースト
(P27の含有量;6質量%、P112の含有量;6質
量%、以下、ペースト6という)を調製し、これを内部
層23の形成に用いた。更に、実施例4において調製し
たペースト4を用いて最外部の層22を形成した。
Further, using the colloid solutions 1 and 3 prepared in Example 3, P27 and P112 were used.
(P27 content; 6% by mass; P112 content; 6% by mass; hereinafter, referred to as paste 6) was prepared with a mass ratio of P27: P112 = 1: 1. Used for formation. Further, the outermost layer 22 was formed using the paste 4 prepared in Example 4.

【0085】そして、上記の各ペーストをスクリーン印
刷したこと以外は、実施例1と同様手順により、透明電
極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導体
電極(受光面の面積;1.0cm2、層厚;12μm、
最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4
μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
Then, a semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 (area of the light receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness: 12 μm,
Thickness of innermost layer 21; 4 μm, thickness of inner layer 23;
μm, the thickness of the outermost layer 22; 4 μm).

【0086】(実施例6)実施例3において調製したP
27のみからなるペースト1を用いて最内部の層21を
形成した。また、実施例3において調製したコロイド溶
液2を使用してP56のみを含むペースト(P56の含
有量;12質量%、以下、ペースト7という)を調製
し、これを内部層23の形成に用いた。更に、実施例4
において調製したP198のみからなるペースト4を用
いて最外部の層22の形成に用いた。
Example 6 The P prepared in Example 3
The innermost layer 21 was formed using the paste 1 consisting of only 27. In addition, a paste containing only P56 (P56 content; 12% by mass, hereinafter referred to as paste 7) was prepared using the colloid solution 2 prepared in Example 3, and used for forming the inner layer 23. . Example 4
Was used to form the outermost layer 22 using the paste 4 consisting of only P198 prepared in the above.

【0087】そして、上記の各ペーストをスクリーン印
刷したこと以外は、実施例1と同様の手順により、透明
電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導
体電極(受光面の面積;1.0cm2、膜厚12μm、
最内部の層21の層厚;4μm、内部層23の層厚;4
μm、最外部の層22の層厚;4μm)を形成した。
A semiconductor electrode having the same configuration as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 (the area of the light receiving surface) was formed on the transparent electrode 1 by the same procedure as in Example 1 except that the pastes were screen-printed. 1.0 cm 2 , film thickness 12 μm,
Thickness of innermost layer 21; 4 μm, thickness of inner layer 23;
μm, the thickness of the outermost layer 22; 4 μm).

【0088】(比較例1)実施例1に用いたスラリー1
のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面
の面積;1.0cm2、層厚;15μm)を作製したこ
と以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、スラリー
1の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返す
ことにより行った。
Comparative Example 1 Slurry 1 used in Example 1
A photoelectrode and a dye-sensitized type were prepared in the same manner as in Example 1 except that a semiconductor electrode (area of the light receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness; 15 μm) consisting of only one layer was prepared using only A solar cell was manufactured. In this case, the application of the slurry 1 onto the transparent electrode 1, drying and firing were repeated three times.

【0089】(比較例2)実施例1に用いたスラリー1
調製時の溶媒量を減少させたこと以外は同様にして、高
濃度のP25を高濃度で含有するスラリー(P25の含
有量;40質量%、以下、スラリー5とする)を調製し
た。そして、このスラリー5のみを用いて1つの層のみ
からなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2、層
厚;15μm)を作製したこと以外は、実施例1と同様
の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製し
た。なお、この場合、スラリー1の透明電極1上への塗
布、乾燥、焼成は1回のみ行った。
Comparative Example 2 Slurry 1 used in Example 1
A slurry containing a high concentration of P25 at a high concentration (P25 content; 40% by mass; hereinafter, referred to as slurry 5) was prepared in the same manner except that the amount of the solvent at the time of preparation was reduced. Then, a photoelectrode was formed in the same procedure as in Example 1 except that a semiconductor electrode (light receiving surface area: 1.0 cm 2 , layer thickness: 15 μm) consisting of only one layer was prepared using only the slurry 5. And a dye-sensitized solar cell was produced. In this case, the application, drying and firing of the slurry 1 on the transparent electrode 1 were performed only once.

【0090】(比較例3)実施例1に用いたスラリー4
のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面
の面積;1.0cm2、層厚;15μm)を作製したこ
と以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、スラリー
4の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返す
ことにより行った。
Comparative Example 3 Slurry 4 used in Example 1
A photoelectrode and a dye-sensitized type were prepared in the same manner as in Example 1 except that a semiconductor electrode (area of the light receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness; 15 μm) consisting of only one layer was prepared using only A solar cell was manufactured. In this case, the application of the slurry 4 onto the transparent electrode 1, drying and firing were repeated three times.

【0091】(比較例4)実施例3に用いたペースト1
のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面
の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこ
と以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト
1の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返す
ことにより行った。
Comparative Example 4 Paste 1 Used in Example 3
The photoelectrode and the dye-sensitized type were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that a semiconductor electrode (area of the light-receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness; 12 μm) consisting of only one layer was prepared using only A solar cell was manufactured. In this case, the application, drying and firing of the paste 1 on the transparent electrode 1 were repeated three times.

【0092】(比較例5)実施例4に用いたペースト4
のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面
の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこ
と以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト
4の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返す
ことにより行った。
(Comparative Example 5) Paste 4 used in Example 4
The photoelectrode and the dye-sensitized type were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that a semiconductor electrode (area of the light-receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness; 12 μm) consisting of only one layer was prepared using only A solar cell was manufactured. In this case, the application, drying and baking of the paste 4 on the transparent electrode 1 were repeated three times.

【0093】(比較例6)実施例1に用いたペースト2
のみを用いて1つの層のみからなる半導体電極(受光面
の面積;1.0cm2、層厚;12μm)を作製したこ
と以外は、実施例1と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、この場合、ペースト
2の透明電極1上への塗布、乾燥、焼成は3回繰り返す
ことにより行った。
Comparative Example 6 Paste 2 used in Example 1
The photoelectrode and the dye-sensitized type were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that a semiconductor electrode (area of the light-receiving surface; 1.0 cm 2 , layer thickness; 12 μm) consisting of only one layer was prepared using only A solar cell was manufactured. In this case, the application of the paste 2 on the transparent electrode 1, drying and baking were repeated three times.

【0094】(比較例7)実施例3において調製したコ
ロイド溶液1及びコロイド溶液2を使用してP27とP
56との質量比をP27:P56=7:3としたペース
ト(P27の含有量;8.4質量%、P112の含有
量;3.6質量%、以下、ペースト8という)を調製し
た。また、実施例3において調製したコロイド溶液1及
びコロイド溶液2を使用してP27とP56との質量比
をP27:P56=1:1としたペースト(P27の含
有量;6質量%、P56の含有量;6質量%、以下、ペ
ースト9という)を調製した。更に、実施例3において
調製したコロイド溶液2を使用してP56のみを含むペ
ースト(P56の含有量;100質量%、以下、ペース
ト10という)を調製した。
(Comparative Example 7) Using the colloid solution 1 and the colloid solution 2 prepared in Example 3, P27 and P27 were used.
A paste having a mass ratio of P27: P56 = 7: 3 with respect to 56 (P27 content; 8.4% by mass, P112 content; 3.6% by mass, hereinafter referred to as paste 8) was prepared. A paste was prepared using the colloid solution 1 and the colloid solution 2 prepared in Example 3 so that the mass ratio between P27 and P56 was P27: P56 = 1: 1 (P27 content; 6% by mass, P56 content) 6% by mass, hereinafter referred to as paste 9). Further, a paste containing only P56 (P56 content; 100% by mass; hereinafter, referred to as paste 10) was prepared using the colloid solution 2 prepared in Example 3.

【0095】そして、ペースト8を用いて最内部の層2
1を形成し、ペースト2を用いて内部層23を形成し、
ペースト10を用いて最外部の層22を形成し、3つの
層からなる半導体電極(受光面の面積;1.0cm2
層厚;12μm)を作製したこと以外は、実施例1と同
様の手順により光電極及び色素増感型太陽電池を作製し
た。
Then, the innermost layer 2 is formed using the paste 8.
1 is formed, the inner layer 23 is formed using the paste 2,
The outermost layer 22 is formed by using the paste 10, and a semiconductor electrode including three layers (area of the light receiving surface; 1.0 cm 2 ,
A photoelectrode and a dye-sensitized solar cell were manufactured in the same procedure as in Example 1 except that a layer thickness of 12 μm) was manufactured.

【0096】(比較例8)実施例3において調製したP
27のみからなるペースト1を用いて透明電極1上への
スクリーン印刷による塗布、乾燥、焼成を2回繰り返す
ことにより最内部の層21を形成した。更に、実施例4
において調製したP198のみからなるペースト4を用
いて最内部層21上にスクリーン印刷による塗布、乾
燥、焼成を行い最外部の層22を形成した。
(Comparative Example 8) P prepared in Example 3
The innermost layer 21 was formed by repeating application, drying and baking on the transparent electrode 1 by screen printing twice using the paste 1 consisting of only 27. Example 4
The outermost layer 22 was formed on the innermost layer 21 by application, drying, and baking on the innermost layer 21 using the paste 4 consisting of only P198 prepared in the above.

【0097】そして、実施例1と同様の手順により、透
明電極1上に図1に示す半導体電極2と同様の構成の半導
体電極(受光面の面積;1.0cm2、膜厚12μm、
最内部の層21の層厚;8μm、最外部の層22の層
厚;4μm)を形成した。
Then, a semiconductor electrode having the same structure as the semiconductor electrode 2 shown in FIG. 1 (area of the light receiving surface: 1.0 cm 2 , thickness 12 μm,
(The thickness of the innermost layer 21; 8 μm; the thickness of the outermost layer 22; 4 μm).

【0098】[電池特性試験]電池特性試験を行ない、
実施例1〜実施例7、比較例1の色素増感型太陽電池の
エネルギー変換効率ηを測定した。電池特性試験は、ソ
ーラーシミュレータ(ワコム製、商品名;「WXS−8
5−H型」)を用い、AMフィルター(AM−1.5)
を通したキセノンランプから100mW/cm2の疑似
太陽光を照射することにより行った。I−Vテスターを
用いて電流−電圧特性を測定し、開放電圧(Voc/
V)、短絡電流(Isc/mA・cm-2)、曲線因子
(F.F.)及びエネルギー変換効率(η/%)を求めた。
実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例8の各色素増感
型太陽電池に備えられている光電極の構成と電池特性試
験の結果を表1に示す。
[Battery Characteristics Test] A battery characteristics test was performed.
The energy conversion efficiencies η of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 were measured. The battery characteristics test was performed using a solar simulator (trade name, manufactured by Wacom; "WXS-8").
5-H type ") and an AM filter (AM-1.5)
The irradiation was performed by irradiating 100 mW / cm 2 of simulated sunlight from a xenon lamp passed through. The current-voltage characteristics were measured using an IV tester, and the open-circuit voltage (Voc /
V), short-circuit current (Isc / mA · cm −2 ), fill factor (FF) and energy conversion efficiency (η /%) were determined.
Table 1 shows the configurations of the photoelectrodes included in each of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8 and the results of the battery characteristics test.

【0099】[0099]

【表1】 [Table 1]

【0100】表1に示した結果から明らかなように、実
施例1〜実施例6の色素増感型太陽電池のエネルギー変
換効率ηは、それぞれに対応する比較例1〜比較例8の
色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率ηよりも高い
値を示すことが確認された。
As is clear from the results shown in Table 1, the energy conversion efficiencies η of the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 6 were corresponding to those of Comparative Examples 1 to 8, respectively. It was confirmed that the value exhibited a value higher than the energy conversion efficiency η of the sensitive solar cell.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電極を構成する半導体電極内において高い光閉じ込め
効果を得ることが可能となるので、優れた入射光利用率
を有する光電極を構成することができる。また、この光
電極を用いることにより、優れたエネルギー変換効率を
有する色素増感型太陽電池を構成することができる。
As described above, according to the present invention,
Since a high light confinement effect can be obtained in the semiconductor electrode forming the photoelectrode, a photoelectrode having an excellent utilization factor of incident light can be formed. Further, by using this photoelectrode, a dye-sensitized solar cell having excellent energy conversion efficiency can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光電極の第一実施形態を示す模式断面
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a photoelectrode of the present invention.

【図2】図1に示した領域100の部分の模式拡大断面
図である。
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of a portion of a region 100 shown in FIG.

【図3】図1に示した光電極を備えた色素増感型太陽電
池を示す模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a dye-sensitized solar cell including the photoelectrode shown in FIG.

【図4】本発明の光電極の第二実施形態の半導体電極の
内部構造を示す模式断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing the internal structure of a semiconductor electrode according to a second embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【図5】本発明の光電極の第三実施形態の半導体電極の
内部構造を示す模式断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an internal structure of a semiconductor electrode according to a third embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【図6】本発明の光電極の第四実施形態の半導体電極の
内部構造を示す模式断面図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing the internal structure of a semiconductor electrode according to a fourth embodiment of the photoelectrode of the present invention.

【図7】図1に示した光電極の他の実施形態を示す模式
断面図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing another embodiment of the photoelectrode shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…透明電極、2…半導体電極、3…透明導電膜、4…
基板、10,11,12,13,14…光電極,20…
色素増感型太陽電池、21…最内部の層、22…最外部
の層、63…内部層、100…光電極10の部分領域、
CE…対極、E…電解質、F1,F2,F3,…受光
面、F22…半導体電極2の裏面、L10…入射光、L
12…散乱光、P1…酸化物半導体粒子、P2…増感色
素、P3…酸化物半導体粒子、P4…酸化物半導体粒
子、S…スペーサー。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent electrode, 2 ... Semiconductor electrode, 3 ... Transparent conductive film, 4 ...
Substrates, 10, 11, 12, 13, 14 ... Photoelectrodes, 20 ...
Dye-sensitized solar cell, 21: innermost layer, 22: outermost layer, 63: inner layer, 100: partial region of photoelectrode 10,
CE: counter electrode, E: electrolyte, F1, F2, F3, light receiving surface, F22: back surface of semiconductor electrode 2, L10: incident light, L
12: scattered light, P1: oxide semiconductor particles, P2: sensitizing dye, P3: oxide semiconductor particles, P4: oxide semiconductor particles, S: spacer.

フロントページの続き (72)発明者 月ヶ瀬 あずさ 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 稲葉 忠司 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 東 博純 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 元廣 友美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 豊田 竜生 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 中島 淳二 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 佐野 利行 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA14 CB29 DA20 FA03 5H032 AA06 AS16 CC14 CC16 EE02 EE07 EE16 HH00 HH01 HH05Continuing from the front page (72) Inventor Azusa Tsukigase 41, Chukumi-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. No. 1 Inside Toyota Central Research Laboratories Co., Ltd. 1-41, Toyoda Central Research Laboratories Co., Ltd. 2-1-1 Asahi-cho, Kariya-shi, Aisin Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Toshiyuki Sano 2-1-1, Asahi-cho, Kariya-shi, Aichi F-term (reference) 5F051 AA14 CB29 DA20 FA03 5H032 AA06 AS16 CC14 CC16 EE02 EE07 EE16 HH00 HH01 HH05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 受光面を有する半導体電極と、当該受光
面上に隣接して配置された透明電極とを有する光電極で
あって、 前記半導体電極が3層以上の複数の層から構成されてお
り、 前記複数の層の各層には、半導体材料として酸化物半導
体粒子が含まれており、かつ、 前記各層に含まれる前記酸化物半導体粒子の平均粒径
が、前記透明電極に最も近い位置に配置される最内部の
層から前記透明電極に対して最も遠い位置に配置される
最外部の層にかけて増加していること、を特徴とする光
電極。
1. A photoelectrode comprising: a semiconductor electrode having a light receiving surface; and a transparent electrode disposed adjacently on the light receiving surface, wherein the semiconductor electrode is composed of a plurality of three or more layers. Each layer of the plurality of layers contains oxide semiconductor particles as a semiconductor material, and the average particle diameter of the oxide semiconductor particles contained in each layer is at a position closest to the transparent electrode. The photoelectrode is increased from an innermost layer disposed to an outermost layer disposed farthest from the transparent electrode.
【請求項2】前記最外部の層における前記酸化物半導体
粒子の平均粒径が50〜500nmであり、かつ、 前記最外部の層における前記酸化物半導体粒子の平均粒
径と前記最内部の層における前記酸化物半導体粒子の平
均粒径との差が10〜400nmであること、を特徴と
する請求項1に記載の光電極。
2. An average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer is 50 to 500 nm, and an average particle size of the oxide semiconductor particles in the outermost layer and the innermost layer 2. The photoelectrode according to claim 1, wherein the difference from the average particle size of the oxide semiconductor particles in (a) is 10 to 400 nm.
【請求項3】 前記酸化物半導体粒子が、平均粒径が5
〜100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを
超える大径粒子とからなり、 前記小径粒子と前記大径粒子との合量に対する大径粒子
の配合割合が、前記最内部の層から前記最外部の層にか
けて増加していること、を特徴とする請求項1又は2に
記載の光電極。
3. The oxide semiconductor particles having an average particle size of 5
A large particle having an average particle diameter of more than 100 nm, and a mixing ratio of the large particle with respect to the total amount of the small particle and the large particle is from the innermost layer to the innermost layer. The photoelectrode according to claim 1, wherein the photoelectrode increases toward an outer layer.
【請求項4】 前記最内部の層を除く前記複数の層の各
層に含まれる前記酸化物半導体粒子が、平均粒径が5〜
100nmである小径粒子と平均粒径が100nmを超
える大径粒子とからなり、 前記最内部の層に含まれる前記酸化物半導体粒子は前記
小径粒子であり、 前記小径粒子と前記大径粒子との合量に対する大径粒子
の配合割合が、前記複数の層のうち前記最内部の層に最
も近い位置に配置される層から前記最外部の層にかけて
増加していること、を特徴とする請求項1又は2に記載
の光電極。
4. The oxide semiconductor particles contained in each of the plurality of layers excluding the innermost layer have an average particle size of 5 to 5.
The oxide semiconductor particles contained in the innermost layer are the small-diameter particles, and the large-diameter particles having an average particle size exceeding 100 nm are the small-diameter particles and the large-diameter particles, The compounding ratio of the large-diameter particles with respect to the total amount increases from a layer disposed closest to the innermost layer to the outermost layer among the plurality of layers, 3. The photoelectrode according to 1 or 2.
【請求項5】 前記複数の層の少なくとも1つの層に、
平均粒径の異なる少なくとも2種の前記酸化物半導体粒
子が含有されていることを特徴とする請求項1又は2に
記載の光電極。
5. The method according to claim 1, wherein at least one of the plurality of layers includes:
The photoelectrode according to claim 1, wherein the photoelectrode contains at least two kinds of the oxide semiconductor particles having different average particle diameters.
【請求項6】 受光面を有する半導体電極と当該半導体
電極の前記受光面上に隣接して配置された透明電極とを
有する光電極と、対極とを有しており、前記半導体電極
と前記対極とが電解質を介して対向配置された色素増感
型太陽電池であって、 前記光電極が請求項1〜5の何れかに記載の光電極であ
ることを特徴とする色素増感型太陽電池。
6. A photoelectrode having a semiconductor electrode having a light receiving surface, a transparent electrode disposed adjacent to the semiconductor electrode on the light receiving surface, and a counter electrode, wherein the semiconductor electrode and the counter electrode are provided. Are dye-sensitized solar cells opposed to each other via an electrolyte, wherein the photoelectrode is the photoelectrode according to any one of claims 1 to 5. .
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