JP2008091162A - Oxide semiconductor electrode and dye-sensitized solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】本発明は、基材と、上記基材上に形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有する酸化物半導体電極であって、上記基材に光散乱材が含まれていることを特徴とする酸化物半導体電極を提供することにより、上記課題を解決するものである。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide an oxide semiconductor electrode that is excellent in the efficiency of use of incident light.
The present invention provides a substrate, a first electrode layer formed on the substrate and made of a metal oxide, and a porous layer formed on the first electrode layer and including metal oxide semiconductor fine particles. An oxide semiconductor electrode having a layer, wherein the base material contains a light scattering material, thereby solving the above-mentioned problem.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、色素増感型太陽電池等に好適に用いられる酸化物半導体電極に関するものであり、より詳しくは入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極に関するものである。 The present invention relates to an oxide semiconductor electrode suitably used for a dye-sensitized solar cell and the like, and more particularly to an oxide semiconductor electrode excellent in incident light utilization efficiency.
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。
このような色素増感型太陽電池には、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極が用いられている。
In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and countermeasures are being promoted worldwide. In particular, active research and development on solar cells using solar energy as a clean energy source with a low environmental impact is underway. As such solar cells, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound semiconductor solar cells and the like have already been put into practical use, but these solar cells have high production costs, etc. There is a problem. Therefore, as a solar cell that has a small environmental load and can reduce the manufacturing cost, a dye-sensitized solar cell has attracted attention and research and development has been promoted.
In such a dye-sensitized solar cell, an oxide semiconductor electrode having a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles is used.
色素増感型太陽電池セルの一般的な構成の一例を図4に示す。図4に例示するように、一般的な色素増感型太陽電池セル120は、基材101上に、第1電極層102および色素増感剤を担持した金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層103がこの順で積層した酸化物半導体電極110の多孔質層103上に、酸化還元対を有する電解質層104と、第2電極層105と、対向基材106と、がこの順に積層された構成を有するものである。そして、金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、基材101側から太陽光を受光することによって励起され、励起された電子が第1電極層へ伝導し、外部回路を通じて第2電極層へ伝導される。その後、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることよって発電するものである。このような色素増感型太陽電池としては、上記多孔質層を多孔質二酸化チタンから構成し、色素増感剤の含有量を増加させたグレッチェルセルが代表的であり、発電効率の高い色素増感型太陽電池として広く研究の対象となっている。
An example of a general configuration of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG. As illustrated in FIG. 4, a general dye-sensitized
現在、色素増感型太陽電池へ入射された光をより有効に活用する種々の試みがなされている。例えば、特許文献1においては、太陽電池素子の受光面に透光性光拡散層を設けた太陽電池が開示されている。この太陽電池は、透光性光拡散層を設けることにより、光を拡散入射させ、光路長を増大させることにより太陽電池の変換効率の向上を図るものである。しかしながら、特許文献1の太陽電池は、透光性光拡散層を基板の外側表面に配置させるものであり、色素増感剤が担持された多孔質層までの距離が長く、拡散光を多孔質層まで有効に到達させることが困難であり、入射光の利用効率が低下してしまうという問題点があった。 At present, various attempts have been made to more effectively utilize light incident on a dye-sensitized solar cell. For example, Patent Document 1 discloses a solar cell in which a light-transmitting light diffusion layer is provided on a light receiving surface of a solar cell element. This solar cell is intended to improve the conversion efficiency of the solar cell by providing a translucent light diffusion layer so that light is diffusely incident and the optical path length is increased. However, the solar cell of Patent Document 1 has a translucent light diffusion layer disposed on the outer surface of the substrate, and the distance to the porous layer on which the dye sensitizer is supported is long, and diffused light is porous. There is a problem that it is difficult to effectively reach the layer, and the utilization efficiency of incident light is reduced.
また、例えば特許文献2〜4においては、対向電極側に反射層等を設けた色素増感型太陽電池等が開示されている。このような色素増感型太陽電池等は、基板側から入射し多孔質層を通過した光を、反射層等を用いて反射させ、再度、多孔質層を通過させることによって、発電効率の向上を図るものである。しかしながら、対向電極側に反射層を設けると、電解質中のヨウ素等の可視光吸収に起因する入射光のロスが発生し、入射光の利用効率が低下してしまうという問題があった。
For example,
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a main object of the present invention is to provide an oxide semiconductor electrode excellent in incident light utilization efficiency.
上記目的を達成するために本発明は、基材と、上記基材上に形成され、金属酸化物からなる第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有する酸化物半導体電極であって、上記基材に光散乱材が含まれていることを特徴とする酸化物半導体電極を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a base material, a first electrode layer formed on the base material and made of a metal oxide, and a metal oxide semiconductor fine particle formed on the first electrode layer. An oxide semiconductor electrode comprising: a porous layer including an oxide semiconductor electrode, wherein the base material contains a light scattering material.
本発明によれば、上記多孔質層に近接して配置された基材中に光散乱材が含まれることにより、上記光散乱材により散乱された入射光が上記多孔質層を通過する際の光路を長くすることができる。これにより、本発明によれば入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極を得ることができる。 According to the present invention, the light scattering material is included in the base material disposed in the vicinity of the porous layer, so that the incident light scattered by the light scattering material passes through the porous layer. The optical path can be lengthened. Thereby, according to this invention, the oxide semiconductor electrode excellent in the utilization efficiency of incident light can be obtained.
本発明の酸化物半導体電極においては、上記基材が、基体と、上記基体上に形成され光散乱材を含む接着層とからなり、かつ、上記第1電極層が上記接着層上に形成されていることが好ましい。上記基材が光散乱材を含む接着層を有し、かつ、上記接着層上に第1電極層が形成されていることにより、入射光の利用効率に優れ、さらに、転写法による生産性に優れた酸化物半導体電極を得ることができるからである。 In the oxide semiconductor electrode of the present invention, the base material includes a base body and an adhesive layer formed on the base body and containing a light scattering material, and the first electrode layer is formed on the adhesive layer. It is preferable. The base material has an adhesive layer containing a light scattering material, and the first electrode layer is formed on the adhesive layer, so that the incident light can be used efficiently, and further, the productivity by the transfer method can be improved. This is because an excellent oxide semiconductor electrode can be obtained.
また、本発明は、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に色素増感剤が吸着した、上記本発明の酸化物半導体電極の多孔質層と、第2電極層および対向基材からなる対電極基材の第2電極層とが、酸化還元対を含む電解質層を介して、対向配置されていることを特徴とする色素増感型太陽電池セルを提供する。 The present invention also provides a porous layer, a second electrode layer, and a counter group of the oxide semiconductor electrode of the present invention in which a dye sensitizer is adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. Provided is a dye-sensitized solar cell, in which a second electrode layer of a counter electrode substrate made of a material is disposed so as to face each other through an electrolyte layer containing a redox pair.
本発明によれば、酸化物半導体電極として、入射光の利用効率に優れる上記本発明の酸化物半導体電極を用いることにより、発電効率の高い色素増感型太陽電池セルを得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a dye-sensitized solar cell with high electric power generation efficiency can be obtained by using the oxide semiconductor electrode of the said this invention excellent in the utilization efficiency of incident light as an oxide semiconductor electrode.
本発明によれば、入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極を得ることができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect that the oxide semiconductor electrode excellent in the utilization efficiency of incident light can be obtained.
以下、本発明の酸化物半導体電極、および、色素増感型太陽電池セルについて詳細に説明する。 Hereinafter, the oxide semiconductor electrode and the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail.
A.酸化物半導体電極
まず、本発明の酸化物半導体電極について説明する。本発明の酸化物半導体電極は、基材と、上記基材上に形成された金属酸化物からなる第1電極層と、上記第1電極層上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層と、を有するものであって、上記基材に光散乱材が含まれていることを特徴とするものである。
A. Oxide Semiconductor Electrode First, the oxide semiconductor electrode of the present invention will be described. The oxide semiconductor electrode of the present invention is a porous material including a base material, a first electrode layer made of a metal oxide formed on the base material, and metal oxide semiconductor fine particles formed on the first electrode layer. And a light scattering material is included in the base material.
次に、本発明の酸化物半導体電極について図を参照しながら説明する。図1は本発明の酸化物半導体電極の一例を示す概略断面図である。図1に例示するように、本発明の酸化物半導体電極10は、光散乱材4を含む基材1と、上記基材1上に形成され、金属酸化物からなる第1電極層2と、上記第1電極層2上に形成され、金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層3とを有するものである。
Next, the oxide semiconductor electrode of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an oxide semiconductor electrode of the present invention. As illustrated in FIG. 1, an
図2は本発明の酸化物半導体電極の他の例を示す概略断面図である。図2に示すように、本発明の酸化物半導体電極11は、基材1’が、基体1aと、光散乱材4を含む接着層1bとからなるものであり、上記接着層1b上に第1電極層2と多孔質層3とがこの順で積層された構成を有するものであってもよい。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the oxide semiconductor electrode of the present invention. As shown in FIG. 2, in the
図1および図2に示すように、本発明の酸化物半導体電極は、基材に入射光を散乱させる機能を有する光散乱材が含まれるものであり、これにより本発明は、入射光の利用効率に優れた酸化物半導体電極を提供できるといった効果を奏するものである。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the oxide semiconductor electrode of the present invention includes a light scattering material having a function of scattering incident light on a base material, whereby the present invention uses the incident light. The effect is that an oxide semiconductor electrode having excellent efficiency can be provided.
ここで上記基材に光散乱材が含まれることにより入射光の利用効率を向上できる理由を以下に説明する。
本発明の酸化物半導体電極は、色素増感型太陽電池に代表される光電変換機能を有するデバイスに用いられるものであるが、このような酸化物半導体電極においては、通常、金属酸化物半導体微粒子を含む上記多孔質層において上記光電変換機能が発現される。したがって、酸化物半導体電極に入射する光を効率よく光電変換機能に利用するには、酸化物半導体電極に入射する光が上記多孔質層を通過する際の、多孔質層中の光路長を長くすることが最も直接的かつ有効な手段となる。本発明の酸化物半導体電極は、基材中に光散乱材を含有させて、当該光散乱材で入射光を前方散乱させることにより、上記多孔質層に入射する光が、多孔質層の法線方向に対して斜めから入射するようにすることにより、多孔質層中の光路長を長くし、これによって入射光の利用効率を向上させるものである。
The reason why the use efficiency of incident light can be improved by including a light scattering material in the base material will be described below.
The oxide semiconductor electrode of the present invention is used for a device having a photoelectric conversion function represented by a dye-sensitized solar cell. In such an oxide semiconductor electrode, usually, metal oxide semiconductor fine particles are used. The photoelectric conversion function is expressed in the porous layer containing. Therefore, in order to efficiently use the light incident on the oxide semiconductor electrode for the photoelectric conversion function, the optical path length in the porous layer when the light incident on the oxide semiconductor electrode passes through the porous layer is increased. Doing is the most direct and effective means. In the oxide semiconductor electrode of the present invention, a light scattering material is contained in a base material, and incident light is forward scattered by the light scattering material, so that light incident on the porous layer is a method of the porous layer. By making the light incident obliquely with respect to the linear direction, the optical path length in the porous layer is lengthened, thereby improving the utilization efficiency of incident light.
従来、このような散乱現象を用いて入射光の利用効率を向上させたものとしては、酸化物半導体電極とは別に、光散乱機能を有する光散乱層を酸化物半導体電極の外に形成する態様が用いられてきた。しかしながら、このような態様では、入射光により光電変換機能を発現する多孔質層と、上記光散乱層との距離が離れてしまい散乱光を有効に利用できないという問題があった。
この点、本発明の酸化物半導体電極によれば、酸化物半導体電極を構成し、上記多孔質層に近接して配置された基材中に上記光散乱材が含まれることにより、上記多孔質層と近接した位置において入射光を散乱することができるため、入射光の利用効率をより一層向上することができる。
Conventionally, incident light utilization efficiency has been improved by using such a scattering phenomenon. In addition to the oxide semiconductor electrode, a light scattering layer having a light scattering function is formed outside the oxide semiconductor electrode. Has been used. However, in such an embodiment, there is a problem that the scattered light cannot be effectively used because the distance between the porous layer that expresses the photoelectric conversion function by incident light and the light scattering layer is increased.
In this regard, according to the oxide semiconductor electrode of the present invention, the porous semiconductor layer is formed by forming the oxide semiconductor electrode and including the light scattering material in the base material disposed close to the porous layer. Since incident light can be scattered at a position close to the layer, the utilization efficiency of incident light can be further improved.
本発明の酸化物半導体電極は、基材と、第1電極層と、酸化物半導体層とを有するものである。以下、本発明の酸化物半導体電極の各構成について詳細に説明する。 The oxide semiconductor electrode of this invention has a base material, a 1st electrode layer, and an oxide semiconductor layer. Hereinafter, each structure of the oxide semiconductor electrode of this invention is demonstrated in detail.
1.基材
まず、本発明の酸化物半導体電極に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材は、光散乱材が含まれることにより、本発明の酸化物半導体電極に入射する光を散乱させる機能を有するものである。また、本発明に用いられる基材は、後述する第1電極層および多孔質層を支持する機能を有するものである。
なお、例えば、本発明の酸化物半導体電極を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合には、上記基材が太陽光の受光面となる。
1. Base material First, the base material used for the oxide semiconductor electrode of this invention is demonstrated. The base material used for this invention has a function which scatters the light which injects into the oxide semiconductor electrode of this invention by including a light-scattering material. Moreover, the base material used for this invention has a function which supports the 1st electrode layer and porous layer which are mentioned later.
For example, when a dye-sensitized solar cell is manufactured using the oxide semiconductor electrode of the present invention, the base material serves as a sunlight receiving surface.
本発明に用いられる基材としては、少なくとも後述する第1電極層および多孔質層を支持する自己支持性を備える基体を有するものであれば特に限定されるものではない。したがって、本発明に用いられる基材は、このような基体のみからなるものであってもよく、また、上記基体と他の層とが積層した構成を有するものであってもよい。なかでも、本発明に用いられる基材は、上記基体と接着層とが積層した構成を有するものであることが好ましい。基材が上記基体と接着層とが積層した構成を有するものであることにより、本発明の酸化物半導体電極を転写方法による生産性に優れたものにできるからである。 The base material used in the present invention is not particularly limited as long as it has a base having a self-supporting property that supports at least a first electrode layer and a porous layer described later. Therefore, the base material used in the present invention may be composed only of such a base, or may have a structure in which the base and other layers are laminated. Especially, it is preferable that the base material used for this invention has the structure which the said base | substrate and the contact bonding layer laminated | stacked. This is because the oxide semiconductor electrode of the present invention can be made excellent in productivity by the transfer method when the substrate has a structure in which the substrate and the adhesive layer are laminated.
上記基材として上記基体と接着層とが積層した構成を有するものを用いる場合は、上記基体および上記接着層の少なくとも一方に光散乱材が含まれていればよい。このような態様としては、上記基体のみに光散乱材が含まれている態様と、接着層のみに光散乱材が含まれている態様と、上記基体および接着層に光散乱材が含まれている態様との3態様がある。本発明においては上記3態様のいずれであっても好適に用いることができるが、少なくとも接着層に光散乱材が含まれている態様を用いることが好ましい。 In the case where a substrate having a structure in which the substrate and the adhesive layer are laminated is used as the substrate, it is sufficient that a light scattering material is included in at least one of the substrate and the adhesive layer. As such a mode, a mode in which a light scattering material is included only in the base body, a mode in which a light scattering material is included only in the adhesive layer, and a light scattering material is included in the base body and the adhesive layer. There are three modes. In the present invention, any of the above three modes can be used preferably, but it is preferable to use a mode in which a light scattering material is contained in at least the adhesive layer.
以下、上記基材に用いられる光散乱材、基体、および、接着層について説明する。 Hereinafter, the light scattering material, the substrate, and the adhesive layer used for the substrate will be described.
(1)光散乱材
本発明に用いられる基材に含有される光散乱材について説明する。本発明に用いられる光散乱材は基材中に含まれることにより、基材に入射する光を前方散乱させる機能を有するものである。
(1) Light-scattering material The light-scattering material contained in the base material used for this invention is demonstrated. The light scattering material used in the present invention has a function of scattering light incident on the base material forward by being contained in the base material.
本発明に用いられる光散乱材は、基材中に存在することにより、基材に入射する光を前方散乱させる機能を有するものである。このため、本発明に用いられる光散乱材は、屈折率が基材を構成する材料の屈折率と異なるものであることが必要である。本発明に用いられる光散乱材は、基材を構成する材料と異なる屈折率を有するものであれば、特に限定されるものではない。なかでも本発明においては、上記光散乱材として、微粒子、球晶、および、気泡を好ましく用いることができる。以下、このような光散乱材についてそれぞれ説明する。 The light scattering material used in the present invention has a function of scattering light incident on the base material forward by being present in the base material. For this reason, the light scattering material used in the present invention needs to have a refractive index different from that of the material constituting the substrate. The light-scattering material used for this invention will not be specifically limited if it has a refractive index different from the material which comprises a base material. In particular, in the present invention, fine particles, spherulites, and bubbles can be preferably used as the light scattering material. Hereinafter, each of such light scattering materials will be described.
a.微粒子
まず、本発明における光散乱材として用いられる微粒子について説明する。本発明に用いられる微粒子の屈折率は、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて、基材を構成する材料の屈折率との差が所望の範囲内となるように適宜選択して用いることができる。なかでも、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いる場合、微粒子の屈折率は、上記基材を構成する材料の屈折率との差が0.01以上、より好ましくは0.05以上となるものを用いることが好ましい。
a. First, the fine particles used as the light scattering material in the present invention will be described. The refractive index of the fine particles used in the present invention is appropriately selected according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention so that the difference from the refractive index of the material constituting the substrate is within a desired range. Can be used. In particular, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell, the difference in refractive index between the fine particles and the material constituting the substrate is 0.01 or more, more preferably 0. It is preferable to use one that is .05 or more.
本発明に用いられる具体的な微粒子の屈折率としては、基材を構成する材料の屈折率との差が上記範囲内となる範囲内であれば特に限定されないが、材料選択の容易性の観点から1.0〜3.0の範囲内が好ましく、なかでも1.2〜2.8の範囲内が好ましく、特に1.3〜2.5の範囲内であることが好ましい。 The refractive index of the specific fine particles used in the present invention is not particularly limited as long as the difference from the refractive index of the material constituting the substrate is within the above range, but from the viewpoint of ease of material selection. Is preferably within the range of 1.0 to 3.0, more preferably within the range of 1.2 to 2.8, and particularly preferably within the range of 1.3 to 2.5.
また、本発明に用いられる微粒子の屈折率は、基材を構成する材料の屈折率よりも大きいものであってもよく、または、小さいものであってもよい。 Further, the refractive index of the fine particles used in the present invention may be larger or smaller than the refractive index of the material constituting the substrate.
本発明に用いられる微粒子としては、有機材料からなる有機微粒子と、無機材料からなる無機微粒子とを挙げることができるが、本発明においては上記有機微粒子および上記無機微粒子のいずれであっても好適に用いることができる。 Examples of the fine particles used in the present invention include organic fine particles made of an organic material and inorganic fine particles made of an inorganic material. In the present invention, any of the organic fine particles and the inorganic fine particles is preferable. Can be used.
本発明に用いられる上記有機微粒子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール等のポリビニル系樹脂、ポリエチレングリコール等のポリエーテル系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、飽和共重合ポリエステル系樹脂、アルキド系樹脂、ポリアミド系樹脂、天然高分子系樹脂からなる微粒子を挙げることができる。なかでも本発明においては、これらの有機微粒子のなかでもスチレン系樹脂、アクリル系樹脂からなる微粒子を好適に用いることができる。 Examples of the organic fine particles used in the present invention include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyvinyl resins such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, and polyvinyl formal, and polyethylene glycol. Polyether resins such as acrylic resins, styrene resins, phenol resins, urea resins, melamine resins, urethane resins, epoxy resins, fluorine resins, polyester resins, unsaturated polyester resins, saturation Examples thereof include fine particles composed of a copolyester resin, an alkyd resin, a polyamide resin, and a natural polymer resin. In particular, in the present invention, among these organic fine particles, fine particles composed of a styrene resin or an acrylic resin can be preferably used.
また、本発明に用いられる上記無機微粒子としては、例えば、SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、B2O3、Na2O、K2O、Li2O、Rb2O、Cs2O、SnO2、In2O3、ZnO等の酸化物、AlF3、CaF2、MnF2、BeF2、LiF等のフッ化物、そのほか窒化物、塩化物、硫化物等からなる微粒子を挙げることができる。なかでも本発明においては、これらの無機微粒子のなかでもSiO2、TiO2、または、ZrO2からなる微粒子を好適に用いることができる。 Examples of the inorganic fine particles used in the present invention include SiO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , B 2 O 3 , Na 2 O, K 2 O, Li 2 O, Rb 2 O, Fine particles made of oxides such as Cs 2 O, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, fluorides such as AlF 3 , CaF 2 , MnF 2 , BeF 2 , LiF, and other nitrides, chlorides, sulfides, etc. Can be mentioned. In particular, in the present invention, among these inorganic fine particles, fine particles composed of SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 can be preferably used.
本発明に用いられる微粒子は、1種類のみであってもよく、または、2種類以上を混合して用いてもよい。 The fine particles used in the present invention may be only one type, or a mixture of two or more types.
本発明に用いられる微粒子の形状は、基材に入射した光を前方散乱できる形状であれば特に限定されないが、球形の微粒子を用いることが好ましい。球形の微粒子を用いることにより、基材に入射する光の角度に関わらず、入射光を前方散乱することができるからである。 The shape of the fine particles used in the present invention is not particularly limited as long as the light incident on the substrate can be scattered forward, but spherical fine particles are preferably used. This is because by using spherical fine particles, incident light can be scattered forward regardless of the angle of light incident on the substrate.
光散乱材として上記微粒子を用いる場合、基材中における微粒子の含有量は、微粒子の種類および本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて、基材の光散乱性を所望の範囲内とすることができる程度の範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明においては、微粒子を添加することにより、基材のヘイズが1%〜50%の範囲内、より好ましくは5%〜30%の範囲内となる程度の量であることが好ましい。 When the fine particles are used as the light scattering material, the content of the fine particles in the substrate is determined so that the light scattering property of the substrate is within a desired range depending on the type of fine particles and the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention. If it is in the range which can do, it will not specifically limit. In particular, in the present invention, it is preferable that the amount of haze of the substrate is in the range of 1% to 50%, more preferably in the range of 5% to 30% by adding fine particles.
さらに、上記基材中に含まれる微粒子の量は、微粒子の種類および本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて、基材の光透過性を所望の範囲内とすることができる程度の量であることが好ましい。より具体的には、微粒子を添加することにより、基材の全光透過率が70%以上、より好ましくは85%以上となる程度の量であることが好ましい。 Furthermore, the amount of fine particles contained in the substrate is such that the light transmittance of the substrate can be within a desired range depending on the type of fine particles and the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention. An amount is preferred. More specifically, it is preferable that the total light transmittance of the base material is 70% or more, more preferably 85% or more by adding fine particles.
また、本発明に用いられる基材を、基体と接着層とが積層した構成を有するものとする場合において、上記光散乱材として微粒子を用いる態様としては、上記基体または上記接着層の少なくとも一方に微粒子が含まれている態様であれば特に限定されない。このような態様としては、上記微粒子が上記基体のみに含まれている態様、上記微粒子が上記接着層のみに含まれている態様、および、上記微粒子が、上記基体と上記接着層とに含まれている態様を挙げることができる。なかでも本発明においては、少なくとも接着層に微粒子が含まれている態様を用いることが好ましく、特に、接着層のみに微粒子が含まれている態様を用いることが好ましい。 Further, in the case where the substrate used in the present invention has a configuration in which a substrate and an adhesive layer are laminated, as an aspect in which fine particles are used as the light scattering material, at least one of the substrate or the adhesive layer is used. There is no particular limitation as long as it contains fine particles. As such an embodiment, an embodiment in which the fine particles are contained only in the substrate, an embodiment in which the fine particles are contained only in the adhesive layer, and the fine particles are contained in the substrate and the adhesive layer. Can be mentioned. In particular, in the present invention, it is preferable to use an embodiment in which fine particles are contained in at least the adhesive layer, and it is particularly preferable to use an embodiment in which fine particles are contained only in the adhesive layer.
光散乱材として上記微粒子を用いる場合、基材中に上記微粒子を含有させる方法としては、一定量の微粒子を均一に含有させることができる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、例えば、後述する基材を構成する材料と、上記微粒子とを含む基材形成用組成物を用い、これをキャスティング法等の公知の方法により基材を成膜する方法を用いることができる。
また、本発明に用いられる基材を、上述したような基体と接着層とが積層された態様とする場合において、上記接着層に微粒子を含有させる方法としては、例えば、上記基体上に接着層を形成する際に、接着層に用いられる接着性樹脂と、上記微粒子とを含む接着層形成用組成物を用い、当該接着層形成用組成物を上記基体上に塗工する方法を用いることができる。
When the fine particles are used as the light scattering material, the method for incorporating the fine particles in the substrate is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly containing a certain amount of fine particles. As such a method, for example, a method for forming a substrate by a known method such as a casting method using a composition for forming a substrate containing a material constituting the substrate described later and the fine particles described above. Can be used.
In the case where the base material used in the present invention is an embodiment in which the base and the adhesive layer are laminated as described above, examples of the method for causing the adhesive layer to contain fine particles include, for example, an adhesive layer on the base. A method of applying an adhesive layer forming composition containing the adhesive resin used for the adhesive layer and the fine particles and applying the adhesive layer forming composition onto the substrate. it can.
b.球晶
次に、本発明における光散乱材として用いられる球晶について説明する。本発明に用いられる球晶としては、基材を構成する材料と屈折率が異なるものであれば特に限定されないが、通常、基材を構成する材料を一部球晶としたものが用いられる。
b. Spherulite Next, the spherulite used as the light scattering material in the present invention will be described. The spherulite used in the present invention is not particularly limited as long as it has a refractive index different from that of the material constituting the base material. Usually, a material in which the material constituting the base material is partially spherulite is used.
本発明における光散乱材として球晶を用いる場合、基材中の球晶の存在量としては、基材に所望の光散乱性を付与できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明においては、上記球晶の存在量が、基材のヘイズおよび光透過性を所望の範囲内とすることができる程度の範囲内であることが好ましい。このようなヘイズおよび光透過性の範囲としては、上記「a.微粒子」の項において記載した範囲と同様であるため、ここでの説明は省略する。 When spherulites are used as the light scattering material in the present invention, the amount of spherulites in the substrate is not particularly limited as long as it is within a range in which desired light scattering properties can be imparted to the substrate. In particular, in the present invention, the abundance of the spherulites is preferably within a range that allows the haze and light transmittance of the substrate to be within the desired ranges. Such a range of haze and light transmittance is the same as the range described in the above-mentioned section “a. Fine particles”, and thus the description thereof is omitted here.
本発明に用いられる基材を、基体と接着層とが積層した構成を有するものとする場合において、上記光散乱材として球晶を用いる態様としては、上記基体または上記接着層の少なくとも一方に球晶が形成された態様をであれば特に限定されない。このような態様としては、上記基体のみに球晶が形成された態様、上記接着層のみに球晶が形成された態様、および、上記基体と上記接着層とに球晶が形成された態様を挙げることができる。なかでも本発明においては、少なくとも上記接着層に球晶が形成された態様を用いることが好ましく、特に、上記接着層のみに球晶が形成された態様を用いることが好ましい。 In the case where the substrate used in the present invention has a configuration in which a substrate and an adhesive layer are laminated, a spherulite is used as the light scattering material, and at least one of the substrate or the adhesive layer is a sphere. There is no particular limitation as long as the crystal is formed. As such an embodiment, there are an embodiment in which spherulites are formed only on the substrate, an embodiment in which spherulites are formed only on the adhesive layer, and an embodiment in which spherulites are formed on the substrate and the adhesive layer. Can be mentioned. In particular, in the present invention, it is preferable to use an embodiment in which spherulites are formed in at least the adhesive layer, and it is particularly preferable to use an embodiment in which spherulites are formed only in the adhesive layer.
上記光散乱材として球晶を用いる場合において、基材中に球晶を形成する方法としては、例えば、基材を作製する際に成膜後の冷却温度を制御し、球晶の大きさを制御する方法や、基材または接着層を成膜する際に、造核剤を添加して球晶の大きさを制御する方法等を挙げることができる。 In the case where spherulites are used as the light scattering material, the method for forming spherulites in the base material is, for example, by controlling the cooling temperature after film formation when preparing the base material, Examples thereof include a method of controlling, and a method of controlling the size of spherulites by adding a nucleating agent when forming a substrate or an adhesive layer.
c.気泡
次に、本発明における光散乱材として用いられる気泡について説明する。本発明に用いられる気泡としては、基材を構成する材料と屈折率が異なる基体から構成される気泡であれば特に限定されないが、通常は、空気からなる気泡を用いることが好ましい。
c. Bubble Next, the bubble used as the light scattering material in the present invention will be described. The bubble used in the present invention is not particularly limited as long as it is a bubble composed of a substrate having a refractive index different from that of the material constituting the substrate, but it is usually preferable to use a bubble composed of air.
本発明における光散乱材として気泡を用いる場合、基材中の気泡の存在量は、基材に所望の光散乱性を付与できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明においては、上記球晶の存在量が、基材のヘイズおよび光透過性を所望の範囲内とすることができる程度の範囲内であることが好ましい。このようなヘイズおよび光透過性の範囲としては、上記「a.微粒子」の項において記載した範囲と同様であるため、ここでの説明は省略する。 When bubbles are used as the light scattering material in the present invention, the amount of bubbles present in the substrate is not particularly limited as long as it is within a range in which a desired light scattering property can be imparted to the substrate. In particular, in the present invention, the abundance of the spherulites is preferably within a range that allows the haze and light transmittance of the substrate to be within the desired ranges. Such a range of haze and light transmittance is the same as the range described in the above section “a. Fine particles”, and thus the description thereof is omitted here.
また、本発明に用いられる気泡の具体的な大きさとしては0.1μm〜10μmの範囲内が好ましく、なかでも0.5μm〜5μmの範囲内が好ましい。 Further, the specific size of the bubbles used in the present invention is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm, and more preferably in the range of 0.5 μm to 5 μm.
本発明に用いられる基材を、基体と接着層とが積層した構成を有するものとする場合において、上記光散乱材として気泡を用いる態様としては、上記基体または上記接着層の少なくとも一方に球晶が形成された態様であれば特に限定されない。このような態様としては、上記基体のみに気泡が形成された態様、上記接着層のみに気泡が形成された態様、および、上記基体と上記接着層とに気泡が形成された態様を挙げることができる。本発明においては、これらのいずれの態様であっても好適に用いることができる。 In the case where the substrate used in the present invention has a configuration in which a substrate and an adhesive layer are laminated, as an embodiment in which bubbles are used as the light scattering material, at least one of the substrate or the adhesive layer is a spherulite. If it is the aspect in which was formed, it will not specifically limit. Examples of such an embodiment include an embodiment in which bubbles are formed only in the substrate, an embodiment in which bubbles are formed only in the adhesive layer, and an embodiment in which bubbles are formed in the substrate and the adhesive layer. it can. In the present invention, any of these embodiments can be suitably used.
光散乱材として気泡を用いる場合、基材中に気泡を含有させる方法としては、一定量の気泡を均一に含有させることができる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、例えば、基材を加熱して発泡させる方法や、基材中に発泡剤の添加する方法等を挙げることができる。ここで、上記発泡剤については一般的に公知の発泡剤を用いることができる。 When bubbles are used as the light scattering material, the method for incorporating bubbles in the substrate is not particularly limited as long as it is a method that can uniformly contain a certain amount of bubbles. As such a method, for example, a method of heating and foaming the base material, a method of adding a foaming agent to the base material, and the like can be mentioned. Here, about the said foaming agent, generally well-known foaming agent can be used.
(2)基体
次に、本発明に用いられる基体について説明する。本発明に用いられる基体としては、後述する第1電極層および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有するものであれば特に限定されず、可撓性を有するフレキシブル材であってもよく、または、石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性を有さないリジッド材であってもよい。なかでも本発明においては上記フレキシブル材を用いることが好ましく、上記フレキシブル材のなかでもフィルム基材であることが好ましい。フィルム基材は加工性に優れ、製造コストの低減ができるからである。
(2) Substrate Next, the substrate used in the present invention will be described. The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it has a self-supporting property capable of supporting the first electrode layer and the porous layer described later, and is a flexible material having flexibility. It may be a rigid material that does not have flexibility, such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), and synthetic quartz plate. In particular, in the present invention, it is preferable to use the flexible material, and among the flexible materials, a film base material is preferable. This is because the film substrate is excellent in processability and can reduce the manufacturing cost.
上記フィルム基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等の樹脂フィルム基材等を挙げることができ、なかでも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネートフィルム(PC)が好ましい。 Examples of the film substrate include an ethylene / tetrafluoroethylene copolymer film, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a polyethersulfone (PES) film, a polyetheretherketone (PEEK) film, and a polyetherimide (PEI). Examples thereof include resin film substrates such as films, polyimide (PI) films, polyester naphthalate (PEN), and polycarbonate (PC). Among them, biaxially stretched polyethylene terephthalate film (PET), polyester naphthalate (PEN) Polycarbonate film (PC) is preferred.
また、上記基体の厚みは、本発明の酸化物半導体電極の用途等により異なるものであるが、50μm〜2000μmの範囲内、中でも75μm〜1800μmの範囲内、特に100μm〜1500μmの範囲内であることが好ましい。基体の厚みが小さすぎると、本発明の酸化物半導体電極に充分な機械的強度を付与できない可能性があるからである。また基体の厚みが大きすぎると、本発明の酸化物半導体電極の加工適性を損なう可能性があるからである。 The thickness of the substrate varies depending on the application of the oxide semiconductor electrode of the present invention, but is in the range of 50 μm to 2000 μm, in particular in the range of 75 μm to 1800 μm, particularly in the range of 100 μm to 1500 μm. Is preferred. This is because if the thickness of the substrate is too small, there is a possibility that sufficient mechanical strength cannot be imparted to the oxide semiconductor electrode of the present invention. Further, if the thickness of the substrate is too large, the processability of the oxide semiconductor electrode of the present invention may be impaired.
また、上記基体は、耐熱性、耐候性、水蒸気、その他のガスバリア性に優れたものであることが好ましい。上記基体がガスバリア性を有することにより、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、色素増感型太陽電池の経時安定性を向上できるからである。なかでも本発明においては、酸素透過率が温度23℃、湿度90%の条件下において1cc/m2/day・atm以下、水蒸気透過率が温度37.8℃、湿度100%の条件下において1g/m2/day以下のガスバリア性を有する基体を用いることが好ましい。本発明においては、このようなガスバリア性を達成するために、任意の基体上にガスバリア層を設けたものを用いてもよい。 The substrate is preferably excellent in heat resistance, weather resistance, water vapor, and other gas barrier properties. This is because when the substrate has gas barrier properties, for example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell, the temporal stability of the dye-sensitized solar cell can be improved. In particular, in the present invention, the oxygen transmission rate is 1 cc / m 2 / day · atm or less under conditions of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 90%, and the water vapor transmission rate is 1 g under the conditions of a temperature of 37.8 ° C. and a humidity of 100%. It is preferable to use a substrate having a gas barrier property of / m 2 / day or less. In the present invention, in order to achieve such gas barrier properties, a substrate provided with a gas barrier layer on an arbitrary substrate may be used.
(3)接着層
本発明に用いられる接着層について説明する。本発明に用いられる上記接着層としては、後述する第1電極層と上記基体とを接着できる材料からなるものであれば特に限定されない。なかでも、本発明においては上記接着層を構成する材料として熱可塑性樹脂が好適に用いられる。
(3) Adhesive layer The adhesive layer used for this invention is demonstrated. The adhesive layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of a material capable of adhering a first electrode layer to be described later and the substrate. Especially, in this invention, a thermoplastic resin is used suitably as a material which comprises the said contact bonding layer.
上記接着層に用いられる熱可塑性樹脂は、所望の温度で融解する樹脂であれば特に限定されない。なかでも本発明においては、熱可塑性樹脂の融点が50℃〜200℃の範囲内であることが好ましく、特に60℃〜180℃の範囲内であることが好ましく、特に65℃〜150℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本発明の酸化物半導体電極を用いて作製した色素増感型太陽電池セルを、屋外で使用した場合に、基材と第1電極層間の密着性が十分に保持されない可能性が有り、また、融点が上記範囲よりも高いと、例えば、転写法により本発明の酸化物半導体電極を作製する際に、転写工程において融点以上の加熱工程が必要となるため、上記基体の種類によっては、基体自体が熱によるダメージを受ける場合があるからである。 The thermoplastic resin used for the adhesive layer is not particularly limited as long as it is a resin that melts at a desired temperature. In particular, in the present invention, the melting point of the thermoplastic resin is preferably in the range of 50 ° C to 200 ° C, particularly preferably in the range of 60 ° C to 180 ° C, particularly in the range of 65 ° C to 150 ° C. It is preferable to be within. When the melting point is lower than the above range, for example, when a dye-sensitized solar cell produced using the oxide semiconductor electrode of the present invention is used outdoors, the adhesion between the substrate and the first electrode layer is low. If the melting point is higher than the above range, for example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is produced by a transfer method, a heating step higher than the melting point is required in the transfer step. Therefore, depending on the type of the substrate, the substrate itself may be damaged by heat.
本発明においては、上記熱可塑性樹脂が接着性樹脂であることが好ましい。このような接着性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン‐プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、エチレン‐アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。なかでも、接着性、電解液に対する耐性、光透過性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。 In the present invention, the thermoplastic resin is preferably an adhesive resin. Examples of such adhesive resins include polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polystyrene, polyolefins such as ethylene-propylene rubber, ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers, ethyl cellulose, and cellulose triacetate. Cellulose derivatives, copolymers of poly (meth) acrylic acid and its esters, polyvinyl acetals such as polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyacetal, polyamide, polyimide, nylon, polyester resin, urethane resin, epoxy resin, silicone Examples thereof include resins and fluororesins. Of these, polyolefins, ethylene-vinyl acetate copolymers, urethane resins, epoxy resins, silane-modified resins, and acid-modified resins are preferable from the viewpoints of adhesiveness, resistance to an electrolytic solution, light transmittance, and transferability.
また、上記接着性樹脂の別の例として、以下のようなポリオレフィン化合物を挙げることができる。上記ポリオレフィン化合物としては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン等の炭素数2〜8程度のα―オレフィンの単独重合体、それらのα―オレフィンとエチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン等の炭素数2〜20程度の他のα−オレフィンや、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等との共重合体、(無水)マレイン酸変性樹脂、シラン変性樹脂やオレフィン系エラストマー等が挙げられる。 Moreover, the following polyolefin compounds can be mentioned as another example of the said adhesive resin. Examples of the polyolefin compound include homopolymers of α-olefins having about 2 to 8 carbon atoms such as ethylene, propylene, and 1-butene, and those α-olefins and ethylene, propylene, 1-butene, and 3-methyl-. Other α-olefins having about 2 to 20 carbon atoms such as 1-butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, vinyl acetate, (meth) acrylic Examples include acids, copolymers with (meth) acrylic acid esters, (anhydrous) maleic acid-modified resins, silane-modified resins, olefin elastomers, and the like.
上記α−オレフィンの単独又は共重合体としては、例えば、低・中・高密度ポリエチレン等(分岐状又は直鎖状)のエチレン単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、アタクチックポリプロピレン、プロピレン単独重合体、1−ブテン単独重合体などのポリオレフィン;エチレン−1−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−1−ブテン共重合体、エチレン−4−メチル−1−ペンテン共重合体、エチレン−1−ヘキセン共重合体、エチレン−1−オクテン共重合体、プロピレン−1−ブテン共重合体、プロピレン−エチレン−1−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸共重合体又はそのアイオノマー、エチレン−アクリル酸エチル共重合体などのエチレン−(メタ)アクリレート共重合体、マレイン酸変性エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂、エチレン−エチルアクリレート−無水マレイン酸3元共重合体などの(無水)マレイン酸変性樹脂、エチレン不飽和シラン化合物とポリオレフィン化合物との共重合体からなるシラン変性樹脂などの変性ポリオレフィン;などが挙げられる。 Examples of the α-olefin homo- or copolymer include, for example, ethylene homopolymers such as low / medium / high-density polyethylene (branched or linear), ethylene-propylene copolymers, atactic polypropylene, and propylene alone. Polymer, polyolefin such as 1-butene homopolymer; ethylene-1-butene copolymer, ethylene-propylene-1-butene copolymer, ethylene-4-methyl-1-pentene copolymer, ethylene-1- Hexene copolymer, ethylene-1-octene copolymer, propylene-1-butene copolymer, propylene-ethylene-1-butene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene- (meth) acrylic acid copolymer Polymer or its ionomer, ethylene- (meth) acrylate copolymer such as ethylene-ethyl acrylate copolymer Maleic acid-modified ethylene-vinyl acetate copolymer resin, maleic acid-modified polyolefin resin, (anhydrous) maleic acid-modified resin such as ethylene-ethyl acrylate-maleic anhydride terpolymer, ethylene unsaturated silane compound and polyolefin compound And modified polyolefins such as silane-modified resins made of a copolymer.
上記オレフィン系エラストマーとしては、ポリエチレンやポリプロピレンをハードセグメントとし、エチレン−プロピレンゴム(EPR)やエチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)をソフトセグメントとするエラストマーなどが挙げられる。 Examples of the olefin-based elastomer include elastomers having polyethylene or polypropylene as hard segments and ethylene-propylene rubber (EPR) or ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) as soft segments.
これらのポリオレフィン化合物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。 These polyolefin compounds can be used alone or in combination of two or more.
本発明においては、これらのポリオレフィン化合物のうち、接着性の点から、変性ポリオレフィン、特に変性エチレン系樹脂(例えば、エチレン不飽和シラン化合物とポリオレフィン化合物との共重合体からなるシラン変性樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体などのエチレン共重合体など)が好ましい。なかでもシラン変性樹脂を接着層とする場合が最も好ましい。 In the present invention, among these polyolefin compounds, from the viewpoint of adhesiveness, modified polyolefins, particularly modified ethylene resins (for example, silane-modified resins composed of a copolymer of an ethylenically unsaturated silane compound and a polyolefin compound, ethylene- Vinyl acetate copolymers, ethylene copolymers such as ethylene-ethyl acrylate copolymers, etc.) are preferred. Of these, the case where a silane-modified resin is used as the adhesive layer is most preferable.
上記シラン変性樹脂としては、上記融点を有するものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられるシラン変性樹脂としては、ポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を用いることが好ましい。このような共重合体を用いることにより、例えば、本発明の酸化物半導体電極の製造方法等に応じて、シラン変性樹脂の諸物性を好適範囲に調整することが容易になるからである。本発明において上記共重合体は、シラノール触媒による架橋をしていてもしていなくてもどちらでもよい。 The silane-modified resin is not particularly limited as long as it has the melting point. Among these, as the silane-modified resin used in the present invention, it is preferable to use a copolymer of a polyolefin compound and an ethylenically unsaturated silane compound. By using such a copolymer, for example, it becomes easy to adjust various physical properties of the silane-modified resin within a suitable range according to the method for producing the oxide semiconductor electrode of the present invention. In the present invention, the copolymer may or may not be crosslinked with a silanol catalyst.
ポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、およびグラフト共重合体のいずれであってもよい。本発明においては、グラフト共重合体であることが好ましく、さらには、重合用ポリエチレンの主鎖とし、エチレン性不飽和シラン化合物が側鎖として重合したグラフト共重合体が好ましい。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、接着層の接着力をより強固にすることができるからである。 The copolymer of the polyolefin compound and the ethylenically unsaturated silane compound may be any of a random copolymer, an alternating copolymer, a block copolymer, and a graft copolymer. In the present invention, a graft copolymer is preferable, and a graft copolymer obtained by polymerizing a main chain of polyethylene for polymerization and an ethylenically unsaturated silane compound as a side chain is more preferable. This is because such a graft copolymer has a higher degree of freedom of silanol groups that contribute to the adhesive strength, and thus can further strengthen the adhesive strength of the adhesive layer.
上記ポリオレフィン化合物としては、エチレン、プロピレン、1-ブテン等の炭素数2〜8程度のα-オレフィンの単独重合体、それらのα-オレフィンとエチレン、プロピレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン等の炭素数2〜20程度の他のα-オレフィンや、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等との共重合体等が挙げられ、具体的には、例えば、低・中・高密度ポリエチレン等(分岐状又は直鎖状)のエチレン単独重合体、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-1-ブテン共重合体、エチレン-4-メチル-1-ペンテン共重合体、エチレン-1-ヘキセン共重合体、エチレン-1-オクテン共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸エチル共重合体等のエチレン系樹脂、プロピレン単独重合体、プロピレン-エチレン共重合体、プロピレン-エチレン-1-ブテン共重合体等のプロピレン系樹脂、及び、1-ブテン単独重合体、1-ブテン-エチレン共重合体、1-ブテン-プロピレン共重合体等の1-ブテン系樹脂等が挙げられる。中でも本発明においては、ポリエチレン系樹脂が好ましい。 Examples of the polyolefin compound include homopolymers of α-olefins having about 2 to 8 carbon atoms such as ethylene, propylene, and 1-butene, and those α-olefins and ethylene, propylene, 1-butene, and 3-methyl-1- Other α-olefins having about 2 to 20 carbon atoms such as butene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-hexene, 1-octene, 1-decene, vinyl acetate, (meth) acrylic acid, Examples thereof include copolymers with (meth) acrylic acid esters and the like. Specific examples include ethylene homopolymers such as low, medium and high density polyethylene (branched or linear), ethylene-propylene copolymers, and the like. Polymer, ethylene-1-butene copolymer, ethylene-4-methyl-1-pentene copolymer, ethylene-1-hexene copolymer, ethylene-1-octene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer ,ethylene- (Meth) acrylic acid copolymers, ethylene resins such as ethylene- (meth) ethyl acrylate copolymers, propylene homopolymers, propylene-ethylene copolymers, propylene-ethylene-1-butene copolymers, etc. Examples thereof include propylene resins and 1-butene resins such as a 1-butene homopolymer, a 1-butene-ethylene copolymer, and a 1-butene-propylene copolymer. Among these, in the present invention, a polyethylene resin is preferable.
上記ポリエチレン系樹脂(以下、重合用ポリエチレンと称する。)としては、ポリエチレン系のポリマーであれば特に限定されない。このようなポリエチレン系のポリマーとしては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、極超低密度ポリエチレン、または直鎖状低密度ポリエチレンを挙げることができる。また本発明においては、これらのポリエチレン系ポリマーの一種類を単体として用いてもよく、また、2種類以上を混合して用いてもよい。 The polyethylene resin (hereinafter referred to as polymerization polyethylene) is not particularly limited as long as it is a polyethylene polymer. Examples of such polyethylene-based polymers include low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultra low density polyethylene, very ultra low density polyethylene, and linear low density polyethylene. In the present invention, one kind of these polyethylene polymers may be used as a simple substance, or two or more kinds may be mixed and used.
また、上記重合用ポリエチレンは、上記ポリエチレン系ポリマーの中でも密度が低いものが好ましく、具体的には、密度が0.850g/cm3〜0.960g/cm3の範囲内であることが好ましく、特に0.865g/cm3〜0.930g/cm3の範囲内であることが好ましい。密度が低いポリエチレン系ポリマーは、一般的に側鎖を多く含有しているため、グラフト重合に好適に用いることができる。したがって、密度が上記範囲よりも高いと、グラフト重合が不十分になり、接着層に所望の接着力を付与することができない場合があり、また、密度が上記範囲よりも低いと、接着層の機械強度が損なわれる可能性があるからである。 In addition, the polyethylene for polymerization preferably has a low density among the polyethylene-based polymers. Specifically, the density is preferably in the range of 0.850 g / cm 3 to 0.960 g / cm 3 , In particular, it is preferably in the range of 0.865 g / cm 3 to 0.930 g / cm 3 . A polyethylene-based polymer having a low density generally contains a large number of side chains and can be suitably used for graft polymerization. Therefore, if the density is higher than the above range, graft polymerization may be insufficient, and a desired adhesive force may not be imparted to the adhesive layer. If the density is lower than the above range, This is because the mechanical strength may be impaired.
上記エチレン性不飽和シラン化合物としては、上記重合用ポリエチレンと重合して、熱可塑性樹脂を形成できるものであれば特に限定されない。このようなエチレン性不飽和シラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリオペンチロキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリベンジルオキシシラン、ビニルトリメチレンジオキシシラン、ビニルトリエチレンジオキシシラン、ビニルプロピオニルオキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、およびビニルトリカルボキシシランからなる群から選ばれる少なくとも1種のものであることが好ましい。 The ethylenically unsaturated silane compound is not particularly limited as long as it can be polymerized with the polymerization polyethylene to form a thermoplastic resin. Examples of such ethylenically unsaturated silane compounds include vinyl trimethoxy silane, vinyl triethoxy silane, vinyl tripropoxy silane, vinyl tributoxy silane, vinyl triopentoxy silane, vinyl triphenoxy silane, vinyl tribenzyloxy silane, vinyl It is preferably at least one selected from the group consisting of trimethylenedioxysilane, vinyltriethylenedioxysilane, vinylpropionyloxysilane, vinyltriacetoxysilane, and vinyltricarboxysilane.
次に、上記ポリオレフィン化合物と、上記エチレン性不飽和シラン化合物とのグラフト共重合体の製造方法について説明する。このようなグラフト共重合体の製造方法は、所望の収率を得ることができる方法であれば特に限定されることなく、公知の重合手段により製造することができる。中でも本発明においては、上記ポリオレフィン化合物と、上記エチレン性不飽和シラン化合物と、遊離ラジカル発生剤と、からなるシラン変性樹脂組成物を加熱溶融混合することによりグラフト共重合体を得る方法が好ましい。このような方法によれば高収率で上記グラフト共重合体を得ることが容易だからである。 Next, the manufacturing method of the graft copolymer of the said polyolefin compound and the said ethylenically unsaturated silane compound is demonstrated. The method for producing such a graft copolymer is not particularly limited as long as a desired yield can be obtained, and can be produced by a known polymerization means. In particular, in the present invention, a method of obtaining a graft copolymer by heating and mixing a silane-modified resin composition comprising the polyolefin compound, the ethylenically unsaturated silane compound, and a free radical generator is preferable. This is because such a method makes it easy to obtain the graft copolymer in a high yield.
上記加熱溶融混合時の加熱温度は、所望の時間内に重合反応を終えることができる範囲内であれば特に限定されないが、通常、300℃以下が好ましく、特に270℃以下が好ましく、中でも、160℃〜250℃の範囲内が好ましい。加熱温度が上記範囲よりも低いと、重合反応が十分に進行しない場合があり、また加熱温度が上記範囲よりも高いと、シラノール基部分が架橋しゲル化する可能性があるからである。 The heating temperature at the time of heating and melting and mixing is not particularly limited as long as it is within a range in which the polymerization reaction can be completed within a desired time, but is usually preferably 300 ° C. or less, particularly preferably 270 ° C. or less. It is preferably within a range of from ℃ to 250 ℃. This is because if the heating temperature is lower than the above range, the polymerization reaction may not sufficiently proceed, and if the heating temperature is higher than the above range, the silanol group portion may be cross-linked and gelled.
遊離ラジカル発生剤としては、上記重合反応の促進に寄与できる化合物であれば特に限定されない。このような遊離ラジカル発生剤としては、例えば、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ヒドロパーオキシ)ヘキサン等のヒドロパーオキサイド類;ジ‐t‐ブチルパーオキサイド、t‐ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(t‐パーオキシ)ヘキシン‐3等のジアルキルパーオキサイド類;ビス‐3,5,5‐トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、o‐メチルベンゾイルパーオキサイド、2,4‐ジクロロベンゾイルパーオキサイド等のジアシルパーオキサイド類;t‐ブチル‐パーオキシイソブチレート、t‐ブチルパーオキシアセテート、t‐ブチルパーオキシ‐2‐エチルヘキサノエート、t‐ブチルパーオキシピバレート、t‐ブチルパーオキシオクトエート、t‐ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t‐ブチルパーオキシベンゾエート、ジ‐t‐ブチルパーオキシフタレート、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5‐ジメチル‐2,5‐ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン‐3等のパーオキシエステル類;メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド等のケトンパーオキサイド類等の有機過酸化物、またはアゾビスイソブチロニトリル、アゾビス(2,4‐ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物などが挙げることができる。これらの遊離ラジカル発生剤は、一種類のみを単体として用いてもよく、また2種類以上を混合して用いてもよい。 The free radical generator is not particularly limited as long as it is a compound that can contribute to the promotion of the polymerization reaction. Examples of such free radical generators include hydroperoxides such as diisopropylbenzene hydroperoxide and 2,5-dimethyl-2,5-di (hydroperoxy) hexane; di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, dicumyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (t-peroxy) hexyne- Dialkyl peroxides such as 3; diacyl peroxides such as bis-3,5,5-trimethylhexanoyl peroxide, octanoyl peroxide, benzoyl peroxide, o-methylbenzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide Oxides; t-butyl-peroxyisobutyrate, -Butyl peroxyacetate, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-butylperoxypivalate, t-butylperoxyoctoate, t-butylperoxyisopropyl carbonate, t-butylperoxybenzoate, Peroxy such as di-t-butylperoxyphthalate, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-di (benzoylperoxy) hexyne-3 Esters; organic peroxides such as ketone peroxides such as methyl ethyl ketone peroxide and cyclohexanone peroxide, or azo compounds such as azobisisobutyronitrile and azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) it can. These free radical generators may be used alone or as a mixture of two or more.
上記シラン変性樹脂組成物中の遊離ラジカル発生剤の含有量は、遊離ラジカル発生剤の種類や重合反応条件に応じて、任意に決定することができるが、重合反応により得られるシラン変性樹脂中の残存量が0.001質量%以下となる範囲内であることが好ましい。本発明においては、通常、上記シラン変性樹脂組成物中のポリオレフィン化合物100重量部に対して、0.001重量部以上含まれていることが好ましく、特に0.01重量部〜5重量部含まれていることが好ましい。 The content of the free radical generator in the silane-modified resin composition can be arbitrarily determined according to the type of free radical generator and the polymerization reaction conditions, but in the silane-modified resin obtained by the polymerization reaction. It is preferable that the remaining amount is within a range of 0.001% by mass or less. In the present invention, it is usually preferable that 0.001 part by weight or more is contained with respect to 100 parts by weight of the polyolefin compound in the silane-modified resin composition, particularly 0.01 part by weight to 5 parts by weight. It is preferable.
上記シラン変性樹脂成物中の、エチレン性不飽和シラン化合物の含有量は、重合用ポリエチレン100重量部に対して、0.001重量部〜4重量部の範囲内が好ましく、特に0.01重量部〜3重量部の範囲内が好ましい。エチレン性不飽和シラン化合物の含有量が上記範囲よりも多いと、重合されることなく遊離したエチレン性不飽和シラン化合物が残存する可能性が有り、また上記範囲よりも少ないと接着層の密着力が不十分となり、本発明の酸化物半導体電極の安定性が損なわれてしまう場合があるからである。 The content of the ethylenically unsaturated silane compound in the silane-modified resin composition is preferably in the range of 0.001 part by weight to 4 parts by weight, particularly 0.01 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyethylene for polymerization. Within the range of parts to 3 parts by weight is preferred. If the content of the ethylenically unsaturated silane compound is more than the above range, there is a possibility that the free ethylenically unsaturated silane compound remains without being polymerized. If the content is less than the above range, the adhesive strength of the adhesive layer This is because the stability of the oxide semiconductor electrode of the present invention may be impaired.
本発明に用いられる接着層には、必要に応じてシラン変性樹脂以外の他の化合物を含むことができる。本発明においては、このような他の化合物として熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、なかでもポリオレフィン化合物(以下、添加用ポリオレフィン化合物と称する。)を用いることが好ましい。また、接着層に含まれる上記シラン変性樹脂として、ポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を用いる場合には、このような添加用ポリオレフィン化合物として、上記共重合体に用いられるポリオレフィン化合物と化合物を用いることが好ましい。 The adhesive layer used in the present invention can contain other compounds than the silane-modified resin as necessary. In the present invention, it is preferable to use a thermoplastic resin as such another compound, and it is particularly preferable to use a polyolefin compound (hereinafter referred to as a polyolefin compound for addition). Further, when a copolymer of a polyolefin compound and an ethylenically unsaturated silane compound is used as the silane-modified resin contained in the adhesive layer, the polyolefin used in the copolymer as such a polyolefin compound for addition It is preferable to use a compound and a compound.
本発明において、接着層中の上記添加用ポリオレフィン化合物の含有量は、上記シラン変性樹脂100重量部に対し、0.01重量部〜9900重量部の範囲内が好ましく、特に0.1重量部〜2000重量部の範囲内がより好ましい。添加用ポリオレフィン化合物の含有量が上記範囲よりも少ないと、コストの面において不利となってしまう場合があり、また上記範囲よりも多いと、接着層の接着力が不十分となる可能性があるからである。 In the present invention, the content of the polyolefin compound for addition in the adhesive layer is preferably in the range of 0.01 to 9900 parts by weight, particularly 0.1 parts by weight to 100 parts by weight of the silane-modified resin. More preferably within the range of 2000 parts by weight. If the content of the polyolefin compound for addition is less than the above range, it may be disadvantageous in terms of cost, and if it is more than the above range, the adhesive force of the adhesive layer may be insufficient. Because.
本発明においては、上記ポリオレフィン化合物として、ポリエチレン系樹脂(以下、添加用ポリエチレンと称する。)を用いることが好ましい。本発明においては、上記シラン変性樹脂として、ポリエチレン系樹脂とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を用いることが好ましいからである。 In the present invention, it is preferable to use a polyethylene-based resin (hereinafter referred to as polyethylene for addition) as the polyolefin compound. In the present invention, it is preferable to use a copolymer of a polyethylene resin and an ethylenically unsaturated silane compound as the silane-modified resin.
上記添加用ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、および直鎖状低密度ポリエチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種のものであることが好ましい。 The additive polyethylene is preferably at least one selected from the group consisting of low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ultra low density polyethylene, and linear low density polyethylene.
また、本発明に用いられる接着層は、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、長期にわたって安定した機械強度、黄変防止、ひび割れ防止、優れた加工適性を得ることができるからである。 Moreover, it is preferable that the contact bonding layer used for this invention contains the at least 1 sort (s) of additive chosen from the group which consists of a light stabilizer, a ultraviolet absorber, a heat stabilizer, and antioxidant. By including these additives, it is possible to obtain stable mechanical strength over a long period of time, prevention of yellowing, prevention of cracking, and excellent processability.
光安定化剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種を補足し、光酸化を防止するものである。具体的には、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードピペリジン系化合物などの光安定化剤が挙げられる。 The light stabilizer supplements the active species at the start of photodegradation in the thermoplastic resin used in the adhesive layer and prevents photooxidation. Specific examples include light stabilizers such as hindered amine compounds and hindered piperidine compounds.
紫外線吸収剤は、太陽光中の有害な紫外線を吸収して、分子内で無害な熱エネルギーへと変換し、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種が励起されるのを防止するものである。具体的には、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サルチレート系、アクリロニトリル系、金属錯塩系、ヒンダードアミン系、および超微粒子酸化チタン(粒子径:0.01μm〜0.06μm)もしくは超微粒子酸化亜鉛(粒子径:0.01μm〜0.04μm)などの無機系等の紫外線吸収剤が挙げられる。 UV absorbers absorb harmful UV rays in sunlight and convert them into innocuous heat energy within the molecule, which excites the active species that initiate photodegradation in the thermoplastic resin used in the adhesive layer. Is to prevent. Specifically, benzophenone-based, benzotriazole-based, salicylate-based, acrylonitrile-based, metal complex-based, hindered amine-based, and ultrafine titanium oxide (particle size: 0.01 μm to 0.06 μm) or ultrafine zinc oxide (particle size) : 0.01 [mu] m to 0.04 [mu] m).
熱安定剤としては、トリス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)フォスファイト、ビス[2,4‐ビス(1,1−ジメチルエチル)‐6‐メチルフェニル]エチルエステル亜リン酸、テトラキス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)[1,1‐ビフェニル]‐4,4´‐ジイルビスホスフォナイト、およびビス(2,4‐ジ‐t‐ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジフォスファイト等のリン系熱安定剤;8‐ヒドロキシ‐5,7‐ジ‐t‐ブチル‐フラン‐2‐オンとo‐キシレンとの反応生成物等のラクトン系熱安定剤などを挙げることができる。リン系熱安定剤とラクトン系熱安定剤とを併用することが好ましい。 Thermal stabilizers include tris (2,4-di-t-butylphenyl) phosphite, bis [2,4-bis (1,1-dimethylethyl) -6-methylphenyl] ethyl ester phosphorous acid, tetrakis (2,4-di-tert-butylphenyl) [1,1-biphenyl] -4,4'-diylbisphosphonite, and bis (2,4-di-tert-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite And a lactone heat stabilizer such as a reaction product of 8-hydroxy-5,7-di-t-butyl-furan-2-one and o-xylene. It is preferable to use a phosphorus-based heat stabilizer and a lactone-based heat stabilizer in combination.
酸化防止剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂の酸化劣化を防止するものである。具体的には、フェノール系、アミン系、イオウ系、リン系、およびラクトン系などの酸化防止剤が挙げられる。 The antioxidant prevents oxidative deterioration of the thermoplastic resin used for the adhesive layer. Specific examples include phenol-based, amine-based, sulfur-based, phosphorus-based, and lactone-based antioxidants.
これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤は、それぞれ1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることもできる。 These light stabilizers, ultraviolet absorbers, heat stabilizers and antioxidants can be used alone or in combination of two or more.
光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤の含有量は、その粒子形状、密度などにより異なるものではあるが、それぞれ接着層の材料中0.001質量%〜5質量%の範囲内であることが好ましい。 The content of the light stabilizer, ultraviolet absorber, heat stabilizer and antioxidant varies depending on the particle shape, density, etc., but is 0.001% by mass to 5% by mass in the material of the adhesive layer, respectively. It is preferable to be within the range.
さらに、本発明に用いられる他の化合物としては上記以外に、架橋剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤等を挙げることができる。 Furthermore, as other compounds used in the present invention, in addition to the above, a crosslinking agent, a dispersing agent, a leveling agent, a plasticizer, an antifoaming agent, and the like can be given.
本発明に用いられる接着層の厚みは、接着層を構成する熱可塑性樹脂の種類に応じて、必要な接着力を発現できる範囲内であれば特に限定されないが、通常、5μm〜300μmの範囲内が好ましく、特に10μm〜200μmの範囲内が好ましい。接着層の厚みが上記範囲よりも薄いと所望の接着力を得ることができない場合があり、また厚みが上記範囲よりも厚いと接着層により層間接着強度を十分に発現させるために過剰な加熱が必要となり、基体などへの熱ダメージが大きくなる場合があるからである。 The thickness of the adhesive layer used in the present invention is not particularly limited as long as it is within a range in which a necessary adhesive force can be expressed, depending on the type of thermoplastic resin constituting the adhesive layer, but is usually within a range of 5 μm to 300 μm. In particular, the range of 10 μm to 200 μm is preferable. If the thickness of the adhesive layer is thinner than the above range, a desired adhesive force may not be obtained, and if the thickness is thicker than the above range, excessive heating is required to sufficiently express the interlayer adhesive strength by the adhesive layer. This is because it may be necessary and thermal damage to the substrate may increase.
(4)その他
本発明に用いられる基材は、表面に微細な凹凸形状が形成されていてもよい。このような微細な凹凸形状が形成されていることにより、基材による光散乱機能を向上することができるからである。
(4) Others As for the base material used for this invention, the fine uneven | corrugated shape may be formed in the surface. It is because the light scattering function by a base material can be improved by forming such a fine uneven | corrugated shape.
2.第1電極層
次に本発明に用いられる第1電極層について説明する。本発明に用いられる第1電極層は、金属酸化物からなることを特徴とするものである。
2. 1st electrode layer Next, the 1st electrode layer used for this invention is demonstrated. The first electrode layer used in the present invention is made of a metal oxide.
(1)金属酸化物
本発明に用いられる金属酸化物としては、導電性に優れ、かつ後述する酸化還元対に対して耐性を示す材料であれば特に限定はされない。なかでも本発明においては、太陽光の透過性に優れた材料を用いることが好ましい。例えば、本発明の酸化物半導体電極を用いて色素増感型太陽電池を作製した場合、通常、上記基材側から太陽光を受光する発明により使用するため、上記金属酸化物が太陽光の透過性に乏しいと、本発明の酸化物半導体電極を用いた色素増感型太陽電池の発電効率が損なわれてしまうからである。
(1) Metal oxide The metal oxide used in the present invention is not particularly limited as long as it is a material having excellent conductivity and resistance to a redox pair described later. In particular, in the present invention, it is preferable to use a material having excellent sunlight permeability. For example, when a dye-sensitized solar cell is manufactured using the oxide semiconductor electrode of the present invention, the metal oxide is usually used for the invention that receives sunlight from the base material side. This is because the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell using the oxide semiconductor electrode of the present invention is impaired when the property is poor.
このような太陽光の透過性に優れた上記金属酸化物としては、例えば、SnO2、ITO、IZO、ZnOを挙げることができる。本発明においてはこれらの金属酸化物の中でも、フッ素ドープしたSnO2(以下、FTOと称する。)、ITOを用いることが好ましい。FTOおよびITOは、導電性および太陽光の透過性の両方に優れているからである。 Examples of the metal oxide having excellent sunlight permeability include SnO 2 , ITO, IZO, and ZnO. In the present invention, among these metal oxides, fluorine doped SnO 2 (hereinafter referred to as FTO) and ITO are preferably used. This is because FTO and ITO are excellent in both conductivity and sunlight permeability.
(2)第1電極層
本発明における第1電極層は、単層からなる構成であってもよく、また、複数の層を積層した構成であってもよい。複数の層を積層した構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる層を積層する発明や、互いに異なる金属酸化物からなる層を積層する発明を挙げることができる。
(2) 1st electrode layer The structure which consists of a single layer may be sufficient as the 1st electrode layer in this invention, and the structure which laminated | stacked the several layer may be sufficient as it. Examples of the configuration in which a plurality of layers are stacked include an invention in which layers having different work functions are stacked, and an invention in which layers made of different metal oxides are stacked.
本発明における第1電極層の厚みは、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて、所望の導電性を実現できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本発明における第1電極層の厚みとしては、通常、5nm〜2000nmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な第1電極層を形成することが困難となる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、本発明の酸化物半導体電極の用途によっては第1電極層の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記透明電極の厚みは、透明電極が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
The thickness of the 1st electrode layer in this invention will not be specifically limited if it exists in the range which can implement | achieve desired electroconductivity according to the use etc. of the oxide semiconductor electrode of this invention. In particular, the thickness of the first electrode layer in the present invention is usually preferably in the range of 5 nm to 2000 nm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 1000 nm. If the thickness is greater than the above range, it may be difficult to form a homogeneous first electrode layer. If the thickness is less than the above range, the oxide semiconductor electrode of the present invention may be used depending on the application. This is because the conductivity of one electrode layer may be insufficient.
In addition, the thickness of the said transparent electrode shall point out the total thickness which added the thickness of all the layers, when a transparent electrode is comprised from a several layer.
また、本発明における第1電極層としては、基材上に開口が十分で光透過性のある金属メッシュと上述した金属酸化物とを一体化、または積層化した構成を有するものを用いることもできる。 In addition, as the first electrode layer in the present invention, it is also possible to use a layer having a structure in which a metal mesh having a sufficient opening and a light transmitting property is integrated or laminated on the base material. it can.
3.多孔質層
次に本発明に用いられる多孔質層について説明する。本発明に用いられる多孔質層は、金属酸化物半導体微粒子を含むことを特徴とするものである。
3. Next, the porous layer used in the present invention will be described. The porous layer used in the present invention includes metal oxide semiconductor fine particles.
(1)金属酸化物半導体微粒子
上記多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、TiO2、ZnO、SnO2、ITO、ZrO2、MgO、Al2O3、CeO2、Bi2O3、Mn3O4、Y2O3、WO3、Ta2O5、Nb2O5、La2O3等を挙げることができる。これらの金属酸化物半導体微粒子は、多孔性の多孔質層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため本発明の酸化物半導体電極に好適に用いられる。また、本発明においては上記金属酸化物半導体微粒子のうち、いずれか一種を使用してもよく、また、2種以上を混合して使用してもよい。さらに、上記の金属酸化物半導体微粒子のうち、一種をコア微粒子とし、他の金属酸化物半導体微粒子により、コア微粒子を包含してシェルを形成するコアシェル構造としてもよい。本発明においては、上記半導体酸化物微粒子としてTiO2を用いることが最も好ましい。
(1) Metal oxide semiconductor fine particles The metal oxide semiconductor fine particles used in the porous layer include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO, ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CeO 2 , and Bi 2 O 3. , Mn 3 O 4 , Y 2 O 3 , WO 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , La 2 O 3 and the like. These metal oxide semiconductor fine particles are suitable for forming a porous porous layer, and can be used suitably for the oxide semiconductor electrode of the present invention because energy conversion efficiency can be improved and cost can be reduced. It is done. Moreover, in this invention, any 1 type may be used among the said metal oxide semiconductor fine particles, and 2 or more types may be mixed and used for it. Further, one of the metal oxide semiconductor fine particles described above may be a core fine particle, and a core-shell structure in which the core fine particle is included to form a shell by another metal oxide semiconductor fine particle. In the present invention, it is most preferable to use TiO 2 as the semiconductor oxide fine particles.
上記金属酸化物半導体微粒子の粒径としては、多孔質層中に所望の表面積を得ることができる範囲内であれば特に限定はされないが、通常、1nm〜10μmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。粒径が上記範囲よりも小さいと各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成してしまう場合があり、また粒径が上記範囲より大きいと、多孔質層が厚膜化してしまうだけではなく、多孔質層の多孔度、すなわち比表面積が減少し、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、多孔質層に光電変換するのに十分な色素増感剤を担持することができない場合があるからである。 The particle size of the metal oxide semiconductor fine particles is not particularly limited as long as a desired surface area can be obtained in the porous layer, but is usually preferably in the range of 1 nm to 10 μm, particularly 10 nm to It is preferable to be in the range of 1000 nm. If the particle size is smaller than the above range, the respective metal oxide semiconductor fine particles may aggregate to form secondary particles, and if the particle size is larger than the above range, the porous layer becomes thicker. In addition, the porosity of the porous layer, that is, the specific surface area is reduced. For example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell, it is sufficient for photoelectric conversion to the porous layer. This is because it may not be possible to carry a large dye sensitizer.
また本発明においては、上記金属酸化物半導体微粒子として、粒径の異なる複数の金属酸化物半導体微粒子の混合物を用いてもよい。粒径の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合物を用いることにより、多孔質層における光散乱効果を高めることができるため、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、色素増感剤による光吸収を効率的に行うことが可能となる。したがって、本発明においては粒径の異なる金属酸化物半導体微粒子の混合物を用いることが特に好ましい。
このような粒径の異なる複数の金属酸化物半導体微粒子の混合物としては、同種類の金属酸化物半導体微粒子の混合物であってもよく、または異なる種類の金属酸化物半導体微粒子の混合物であってもよい。異なる粒径の組み合わせとしては、例えば、10〜50nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子と、50〜800nmの範囲内にある金属酸化物半導体微粒子とを混合して用いる発明を挙げることができる。
In the present invention, a mixture of a plurality of metal oxide semiconductor particles having different particle diameters may be used as the metal oxide semiconductor particles. Since the light scattering effect in the porous layer can be enhanced by using a mixture of metal oxide semiconductor fine particles having different particle sizes, for example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell In addition, light absorption by the dye sensitizer can be performed efficiently. Therefore, in the present invention, it is particularly preferable to use a mixture of metal oxide semiconductor fine particles having different particle diameters.
The mixture of a plurality of metal oxide semiconductor particles having different particle diameters may be a mixture of the same type of metal oxide semiconductor particles or a mixture of different types of metal oxide semiconductor particles. Good. Examples of combinations of different particle diameters include an invention in which metal oxide semiconductor fine particles within a range of 10 to 50 nm and metal oxide semiconductor fine particles within a range of 50 to 800 nm are mixed and used. .
(2)その他の化合物
本発明における多孔質層には、上記第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素と同一の金属元素(以下、電極金属元素と称する場合がある。)を含むことが好ましい。上記多孔質層が、電極金属元素を含むことにより、本発明の酸化物半導体電極を導電性に優れたものにできるからである。
(2) Other compounds The porous layer in the present invention contains the same metal element as the metal element included in the metal oxide constituting the first electrode layer (hereinafter sometimes referred to as an electrode metal element). It is preferable. This is because when the porous layer contains an electrode metal element, the oxide semiconductor electrode of the present invention can be made excellent in conductivity.
上記多孔質層中の電極金属元素の存在分布は、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて、任意に決定することができるが、第1電極層側の表面から反対側表面に向かって減少傾向の濃度勾配をもつ存在分布を有することが好ましい。多孔質層中において電極金属元素がこのように分布することにより、多孔質層の集電効率を一層向上することができるからである。 The distribution of the presence of the electrode metal element in the porous layer can be arbitrarily determined according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention, but from the surface on the first electrode layer side to the opposite surface. It is preferable to have a distribution with a decreasing concentration gradient. This is because the current collection efficiency of the porous layer can be further improved by such distribution of the electrode metal element in the porous layer.
本発明において、多孔質層中に電極金属元素が含まれること、および上記の存在分布を有することは、電子線をプローブとして特定したい金属元素の特性X線強度を二次元でマッピングすることにより判断することができる。具体的には、日本電子社(JEOL)製のEPMA(Electron Probe Micro Analyzer)により判断することができる。また、上記金属元素の濃度勾配については、上記EPMAにより得られる断面元素マッピング図の縦方向(断面垂直方向)の検出強度プロファイルにより判断することができる。 In the present invention, the presence of the electrode metal element in the porous layer and the presence distribution described above are determined by mapping the characteristic X-ray intensity of the metal element to be specified using the electron beam as a probe in two dimensions. can do. Specifically, it can be determined by EPMA (Electron Probe Micro Analyzer) manufactured by JEOL. Further, the concentration gradient of the metal element can be determined from the detected intensity profile in the vertical direction (cross-sectional vertical direction) of the cross-sectional element mapping diagram obtained by the EPMA.
また本発明における多孔質層は、色素増感剤を含むことが好ましい。すなわち、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に色素増感剤が吸着していることが好ましい。上記多孔質層が色素増感剤を含むことにより、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いる場合に、色素増感型太陽電池セルの製造工程を簡易化できるからである。本発明に用いられる色素増感剤としては、光を吸収し起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。
なお、本発明において上記「色素増感剤を含む」とは、多孔質層(介在層、および酸化物半導体層)に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着していることを意味するものとする。
Moreover, it is preferable that the porous layer in this invention contains a dye sensitizer. That is, it is preferable that the dye sensitizer is adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. This is because when the porous layer contains a dye sensitizer, the production process of the dye-sensitized solar cell can be simplified when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used for a dye-sensitized solar cell. . The dye sensitizer used in the present invention is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. Examples of such a dye sensitizer include organic dyes and metal complex dyes.
In the present invention, the above-mentioned “containing a dye sensitizer” means adsorbing to the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer (intervening layer and oxide semiconductor layer). And
本発明に用いられる上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられる。本発明においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。 Examples of the organic dye used in the present invention include acridine, azo, indigo, quinone, coumarin, merocyanine, and phenylxanthene dyes. In the present invention, among these organic dyes, a coumarin dye is preferably used.
また、本発明に用いられる上記金属錯体色素としては、ルテニウム系色素が好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。このようなルテニウム錯体は、吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。 Further, as the metal complex dye used in the present invention, a ruthenium dye is preferable, and a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye which are ruthenium complexes are particularly preferable. This is because such a ruthenium complex has a wide wavelength range of light to be absorbed, so that the wavelength range of light that can be photoelectrically converted can be greatly expanded.
(3)多孔質層
本発明における多孔質層の膜厚は、本発明の酸化物半導体電極の用途に応じて、多孔質層に所望の機械強度を付与できる範囲内であれば特に限定されない。本発明における多孔質層の膜厚は、通常、1μm〜100μmの範囲内が好ましく、特に5μm〜30μmの範囲内が好ましい。多孔質層の厚みが上記範囲よりも厚いと、接着層からの剥離、多孔質層自体の凝集破壊が起りやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があり、また、上記範囲よりも薄いと厚みが均一な多孔質層を形成するのが困難となったり、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、色素増感剤を含んだ多孔質層が太陽光などを十分に吸収できないために、性能不良になる可能性があるからである。
(3) Porous layer The thickness of the porous layer in the present invention is not particularly limited as long as a desired mechanical strength can be imparted to the porous layer according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention. The thickness of the porous layer in the present invention is usually preferably in the range of 1 μm to 100 μm, particularly preferably in the range of 5 μm to 30 μm. If the thickness of the porous layer is larger than the above range, peeling from the adhesive layer, cohesive failure of the porous layer itself may easily occur, and membrane resistance may easily occur. For example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used in a dye-sensitized solar cell, the porous layer containing the dye-sensitizer is This is because the light and the like cannot be sufficiently absorbed, and there is a possibility that the performance is deteriorated.
本発明における多孔質層は、単一の層からなる構成でもよく、また複数の層を積層した構成でもよいが、本発明においては複数の層を積層する構成を有することが好ましい。複数の層を積層する構成としては、本発明の酸化物半導体電極の製造方法等に応じて任意の構成を適宜選択して採用することができる。なかでも本発明においては、多孔質層を上記第1電極層と接する酸化物半導体層と、上記酸化物半導体層上に形成され、かつ上記酸化物半導体層よりも空孔率が高い介在層と、からなる2層構造とすることが好ましい。多孔質層をこのような酸化物半導体層と、介在層とからなる2層構造とすることにより、転写方式により多孔質層を形成する際に、上記耐熱基板と多孔質層との密着力を低減することができ、転写方式による生産性に優れた酸化物半導体電極を得ることができるからである。 The porous layer in the present invention may be composed of a single layer or may be a structure in which a plurality of layers are laminated. In the present invention, the porous layer preferably has a structure in which a plurality of layers are laminated. As a structure in which a plurality of layers are stacked, any structure can be appropriately selected and employed in accordance with the oxide semiconductor electrode manufacturing method of the present invention. In particular, in the present invention, an oxide semiconductor layer having a porous layer in contact with the first electrode layer, an intervening layer formed on the oxide semiconductor layer and having a higher porosity than the oxide semiconductor layer, A two-layer structure consisting of By forming the porous layer into a two-layer structure comprising such an oxide semiconductor layer and an intervening layer, the adhesion between the heat-resistant substrate and the porous layer can be increased when the porous layer is formed by a transfer method. This is because an oxide semiconductor electrode that can be reduced and has excellent productivity by a transfer method can be obtained.
本発明において、多孔質層を上記酸化物半導体層と、上記介在層とからなる2層構造とする場合には、上記介在層は上記酸化物半導体層上に均一に形成されている必要は無く、厚み分布を有していてもよく、また酸化物半導体層上に介在層が存在しない部分があってもよい。介在層がこのような態様で存在しても、転写方式による生産性に優れた酸化物半導体電極を得ることができるからである。 In the present invention, when the porous layer has a two-layer structure including the oxide semiconductor layer and the intervening layer, the intervening layer does not need to be uniformly formed on the oxide semiconductor layer. Further, it may have a thickness distribution, and there may be a portion where no intervening layer exists on the oxide semiconductor layer. This is because even if the intervening layer is present in this manner, an oxide semiconductor electrode excellent in productivity by the transfer method can be obtained.
多孔質層を上記酸化物半導体層と、上記介在層との2層構造とする場合における、酸化物半導体層と介在層との厚み比は、本発明の酸化物半導体電極の製造方法等に応じて、任意に決定すればよい。なかでも本発明においては上記酸化物半導体層と上記介在層との厚み比が、10:0.1〜10:5の範囲内であることが好ましく、なかでも、10:0.1〜10:3の範囲内であることが好ましい。介在層の厚みが上記範囲よりも厚いと、介在層の凝集破壊が起り易くなることによって、本発明の酸化物半導体電極を生産する際に歩留まりが悪くなったり、例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に所望量の色素増感剤を吸着させることができない可能性があるからである。また厚みが上記範囲よりも薄いと本発明の酸化物半導体電極の生産性向上に寄与できない場合があるからである。 When the porous layer has a two-layer structure of the oxide semiconductor layer and the intervening layer, the thickness ratio between the oxide semiconductor layer and the intervening layer depends on the method for manufacturing the oxide semiconductor electrode of the present invention. It can be determined arbitrarily. Especially in this invention, it is preferable that the thickness ratio of the said oxide semiconductor layer and the said intervening layer exists in the range of 10: 0.1-10: 5, Especially, 10: 0.1-10: It is preferable to be within the range of 3. If the thickness of the intervening layer is larger than the above range, cohesive failure of the intervening layer tends to occur, resulting in poor yield when producing the oxide semiconductor electrode of the present invention. For example, the oxide semiconductor of the present invention This is because when the electrode is used in a dye-sensitized solar cell, a desired amount of the dye sensitizer may not be adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. Further, if the thickness is less than the above range, it may not be possible to contribute to the productivity improvement of the oxide semiconductor electrode of the present invention.
上記酸化物半導体層の空孔率としては、10%〜60%の範囲内であることが好ましく、中でも、20%〜50%の範囲内であることが好ましい。例えば、本発明の酸化物半導体電極を色素増感型太陽電池に用いた場合に、酸化物半導体層の空孔率が上記範囲よりも小さいと、比表面積が小さくなるため、色素増感剤を含んだ多孔質層が太陽光などを有効に吸収できなくなる可能性があり、また上記範囲よりも大きいと、酸化物半導体層に所望量の色素増感剤を含むことができなくなる可能性があるからである。 The porosity of the oxide semiconductor layer is preferably in the range of 10% to 60%, and more preferably in the range of 20% to 50%. For example, when the oxide semiconductor electrode of the present invention is used for a dye-sensitized solar cell, if the porosity of the oxide semiconductor layer is smaller than the above range, the specific surface area becomes small. The contained porous layer may not be able to effectively absorb sunlight or the like, and if it is larger than the above range, the oxide semiconductor layer may not be able to contain a desired amount of dye sensitizer. Because.
上記介在層の空孔率としては、上記酸化物半導体層の空孔率よりも大きければ特に限定されないが、通常、25%〜65%の範囲内であることが好ましく、なかでも、30%〜60%の範囲内であることが好ましい。介在層の空孔率が上記範囲よりも小さいと、耐熱基板との密着力が高くなるため、生産性に欠けてしまう可能性があり、また上記範囲よりも大きいと、均質な介在層を形成することが困難になる場合があるからである。 The porosity of the intervening layer is not particularly limited as long as it is larger than the porosity of the oxide semiconductor layer, but it is usually preferably in the range of 25% to 65%, and in particular, 30% to It is preferable to be within the range of 60%. If the porosity of the intervening layer is smaller than the above range, the adhesion to the heat-resistant substrate will be high, so productivity may be lost, and if it is larger than the above range, a homogeneous intervening layer will be formed. It may be difficult to do.
なお、本発明における空孔率とは単位体積当たりの金属半導体微粒子の非占有率のことを示す。上記空孔率の測定方法としては、細孔容積をガス吸着量測定装置(Autosorb−1MP;Quantachrome製)にて測定し、単位面積あたりの体積との比率から算出する。介在層の空孔率については酸化物半導体層と積層された多孔質層として求め、酸化物半導体層単体で求めた値より算出する。 In addition, the porosity in this invention shows the nonoccupancy rate of the metal semiconductor fine particle per unit volume. As a method for measuring the porosity, the pore volume is measured with a gas adsorption amount measuring device (Autosorb-1MP; manufactured by Quantachrome), and is calculated from the ratio to the volume per unit area. About the porosity of an intervening layer, it calculates | requires as a porous layer laminated | stacked with the oxide semiconductor layer, and calculates from the value calculated | required by the oxide semiconductor layer single-piece | unit.
4.酸化物半導体電極
本発明の酸化物半導体電極における多孔質層は、パターニングされていることが好ましい。多孔質層がパターニングされていることにより、本発明の酸化物半導体電極を、モジュール起電力の高い色素増感型太陽電池を作製するのに好適なものにできるからである。本発明における多孔質層のパターニングは、少なくとも多孔質層がパターニングされていればよい。また、多孔質層が、上記酸化物半導体層と、上記介在層とからなる場合には、両層が同一形状でパターニングされていることが好ましい。
4). Oxide Semiconductor Electrode The porous layer in the oxide semiconductor electrode of the present invention is preferably patterned. This is because the oxide semiconductor electrode of the present invention can be made suitable for producing a dye-sensitized solar cell having a high module electromotive force by patterning the porous layer. The porous layer in the present invention may be patterned as long as at least the porous layer is patterned. Moreover, when a porous layer consists of the said oxide semiconductor layer and the said intervening layer, it is preferable that both layers are patterned by the same shape.
本発明における多孔質層のパターニング発明としては、多孔質層と、第1電極層とがパターニングされていることが好ましい。また、このように多孔質層と第1電極層とがパターニングされている場合においては、多孔質層と第1電極層とのパターニング形状は、例えば、多孔質層のパターン形状が第1電極層のパターン形状よりも小さい等の態様によりパターン形状が互いに異なっていることが好ましい。 As an invention for patterning a porous layer in the present invention, the porous layer and the first electrode layer are preferably patterned. In the case where the porous layer and the first electrode layer are patterned in this way, the pattern shape of the porous layer and the first electrode layer is, for example, the pattern shape of the porous layer is the first electrode layer It is preferable that the pattern shapes are different from each other in a manner such as smaller than the pattern shape.
本発明において多孔質層がパターニングされている場合の、パターンは、本発明の酸化物半導体電極の用途等に応じて任意に決定することができるが、なかでも、ストライプ形状のパターンとすることが最も好ましい。 In the present invention, when the porous layer is patterned, the pattern can be arbitrarily determined according to the use of the oxide semiconductor electrode of the present invention, among others, it can be a stripe pattern. Most preferred.
5.酸化物半導体電極の方法
次に、本発明の酸化物半導体電極の作製方法について説明する。本発明の酸化物半導体電極の作製方法は上記構成を有する酸化物半導体電極を作成できる方法であれば特に限定されるものではない。
以下、本発明の酸化物半導体電極の製造方法の例として、上記基材が光散乱材を含む接着層と基体とが積層された構成を有する態様の酸化物半導体電極の製造方法の一例を説明する。
5. Next, a method for manufacturing an oxide semiconductor electrode of the present invention will be described. The manufacturing method of the oxide semiconductor electrode of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of manufacturing the oxide semiconductor electrode having the above structure.
Hereinafter, as an example of a method for manufacturing an oxide semiconductor electrode of the present invention, an example of a method for manufacturing an oxide semiconductor electrode in a mode in which the base material has a configuration in which an adhesive layer containing a light scattering material and a base material are stacked will be described. To do.
上記態様の酸化物半導体電極は、接着層と基体とが積層された構成を有する基材の接着層側に、多孔質層および第1電極層の積層体を転写する方法により製造することができる。具体的には、耐熱基板上に多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、上記多孔質層上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、上記第1電極層上に光散乱材を含む接着層と基体とが積層された構成を有する基材を付与する基材付与工程と、により耐熱基板付酸化物半導体電極を作製する耐熱基板付基材形成工程、および、上記耐熱基板付酸化物半導体電極が有する耐熱基板を上記多孔質層から剥離する耐熱基板剥離工程により製造することができる。以下、このような製造方法について詳細に説明する。 The oxide semiconductor electrode of the above aspect can be manufactured by a method of transferring a laminate of a porous layer and a first electrode layer to an adhesive layer side of a substrate having a configuration in which an adhesive layer and a substrate are laminated. . Specifically, a porous layer forming step for forming a porous layer on a heat resistant substrate, a first electrode layer forming step for forming a first electrode layer on the porous layer, and a first electrode layer on the first electrode layer A base material applying step for providing a base material having a structure in which an adhesive layer containing a light scattering material and a base material are laminated, and a base material forming step with a heat resistant substrate for producing an oxide semiconductor electrode with a heat resistant substrate, and The oxide semiconductor electrode with a heat-resistant substrate can be manufactured by a heat-resistant substrate peeling process that peels the heat-resistant substrate from the porous layer. Hereinafter, such a manufacturing method will be described in detail.
(1)耐熱基板付基材形成工程
まず、上記の耐熱基板付基材形成工程について説明する。上記耐熱基板付基材形成工程は、多孔質層形成工程と、第1電極層形成工程と、基材付与工程と、により耐熱基板付酸化物半導体電極を作製する工程である。
(1) Base material forming step with a heat-resistant substrate First, the above-described base material forming step with a heat-resistant substrate will be described. The base material forming step with a heat-resistant substrate is a step of producing an oxide semiconductor electrode with a heat-resistant substrate by a porous layer forming step, a first electrode layer forming step, and a base material applying step.
i.多孔質層形成工程
上記多孔質層形成工程においては、金属酸化物半導体微粒子と、樹脂と、溶媒とを含む多孔質層形成用塗工液を耐熱基板上に塗工した後、これを焼成することにより耐熱基板上に多孔質層を形成することができる。
また、本工程において、耐熱基板上に介在層形成用層を形成する介在層形成用層形成工程と、上記介在層形成用層上に酸化物半導体層形成用層を形成する酸化物半導体層形成用層形成工程と、上記介在層形成用層および上記酸化物半導体層形成用層を焼成して、多孔質である介在層および酸化物半導体層からなる多孔質層を形成する焼成工程とを用いることにより、本工程により形成される多孔質層を上記のように酸化物半導体層と、介在層との2層からなる構成とすることができる。
i. Porous layer forming step In the porous layer forming step, a porous layer forming coating solution containing metal oxide semiconductor fine particles, a resin, and a solvent is applied onto a heat-resistant substrate, and then fired. Thus, a porous layer can be formed on the heat resistant substrate.
Further, in this step, an intermediate layer forming layer forming step for forming an intermediate layer forming layer on the heat-resistant substrate, and an oxide semiconductor layer forming layer for forming the oxide semiconductor layer forming layer on the intermediate layer forming layer And a firing step of firing the intermediate layer forming layer and the oxide semiconductor layer forming layer to form a porous intermediate layer and a porous layer made of the oxide semiconductor layer. Thereby, the porous layer formed by this process can be made into the structure which consists of two layers of an oxide semiconductor layer and an intervening layer as mentioned above.
本工程に用いられる耐熱基板としては、後述する焼成処理時の加熱温度に対する耐熱性を有するものであれば特に限定されない。本発明における「耐熱性」とは多孔質層を形成する際に行われる焼成処理時の加熱温度に対する耐熱性をいう。このように耐熱性に優れた耐熱基板を用いることにより、後述する焼成処理を充分に高温で行うことができるので、多孔質層を形成する金属酸化物半導体微粒子間の結着性を高くすることができる。また、上記耐熱基板は、リユースできることが好ましい。 The heat-resistant substrate used in this step is not particularly limited as long as it has heat resistance with respect to the heating temperature during the baking treatment described later. “Heat resistance” in the present invention refers to heat resistance against the heating temperature during the baking treatment performed when the porous layer is formed. By using such a heat-resistant substrate having excellent heat resistance, the firing treatment described later can be performed at a sufficiently high temperature, so that the binding property between the metal oxide semiconductor fine particles forming the porous layer is increased. Can do. The heat-resistant substrate is preferably reusable.
本工程に用いられる耐熱基板は、上記耐熱性を有するもののなかでも、さらに耐酸性を有するものであることが好ましい。ここで、本発明における「耐酸性」とは、多孔質層を形成するために用いられる多孔質層形成用塗工液が酸性である場合に、その多孔質層形成用塗工液によって腐食しない程度の耐酸性、または多少腐食した場合であっても、その酸分解生成物が多孔質層等の変質、剥離等を生じさせない程度の耐酸性をいう。 The heat-resistant substrate used in this step is preferably one having further acid resistance among those having heat resistance. Here, “acid resistance” in the present invention means that when the porous layer forming coating solution used for forming the porous layer is acidic, the porous layer forming coating solution does not corrode. Acid resistance to such an extent that the acid decomposition product does not cause alteration or peeling of the porous layer or the like even when it is somewhat corroded.
また、上記耐熱基板は、上述した耐酸性および耐熱性を有するものであれば、単層であってもよく、複数層であってもよい。上記耐熱基板が単層である場合、耐熱基板の材料としては、可撓性、耐熱性および耐酸性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、金属単体、金属合金および金属酸化物等の金属等を挙げることができる。上記金属単体としては、例えばTi、W、Mo、Nb、Cr、Ni、Ag、Zr、Pt、Ta、Au等を挙げることができ、中でもTi、W、Pt、Auが好ましい。上記金属合金としては、例えばSUS、Ti合金、Fe合金、Ni合金、Al合金、W合金、Mg合金、Co合金、Cr合金等を挙げることができ、中でもSUS、Ti合金、Al合金が好ましい。上記金属酸化物としては、例えばSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Sn酸化物、Cr酸化物、W酸化物等を挙げることができ、中でもSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物が好ましい。 The heat-resistant substrate may be a single layer or a plurality of layers as long as it has the acid resistance and heat resistance described above. When the heat-resistant substrate is a single layer, the material of the heat-resistant substrate is not particularly limited as long as it has flexibility, heat resistance, and acid resistance. For example, a single metal, a metal alloy, and a metal Examples thereof include metals such as oxides. Examples of the metal simple substance include Ti, W, Mo, Nb, Cr, Ni, Ag, Zr, Pt, Ta, and Au. Among these, Ti, W, Pt, and Au are preferable. Examples of the metal alloy include SUS, Ti alloy, Fe alloy, Ni alloy, Al alloy, W alloy, Mg alloy, Co alloy, and Cr alloy. Among them, SUS, Ti alloy, and Al alloy are preferable. Examples of the metal oxide include Si oxide, Al oxide, Ti oxide, Zr oxide, Sn oxide, Cr oxide, and W oxide. Ti oxide is preferred.
一方、上記耐熱基板が複数層である場合は、例えば上記耐熱基板が、耐熱性層と、上記耐熱性層の少なくとも上記多孔質層側の表面に形成された耐酸性層と、を有するもの等を挙げることができる。 On the other hand, when the heat-resistant substrate has a plurality of layers, for example, the heat-resistant substrate has a heat-resistant layer and an acid-resistant layer formed on the surface of at least the porous layer side of the heat-resistant layer. Can be mentioned.
上記耐熱性層は、多孔質層を形成する際に行われる焼成処理時の加熱温度に対して、充分な耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような耐熱性層の材料としては、例えば、金属、ガラス、セラミックス等を挙げることができ、中でも、金属が好ましい。さらに、上記金属としては、具体的には金属単体、金属合金および金属酸化物等を挙げることができる。また、上記金属単体、金属合金および金属酸化物は、一般的に充分な耐熱性を有していることから、その種類等は特に限定されるものではない。なお、上記金属単体としては、具体的にはTi、W、Pt、Au等が好ましく、上記金属合金としては、具体的にはSUS、Ti合金、Al合金等が好ましく、上記金属酸化物としては、具体的にはSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物等が好ましい。 The heat-resistant layer is not particularly limited as long as the heat-resistant layer has sufficient heat resistance with respect to the heating temperature during the baking treatment performed when the porous layer is formed. Examples of the material for such a heat-resistant layer include metals, glasses, ceramics, and the like, among which metals are preferable. Furthermore, specific examples of the metal include a simple metal, a metal alloy, and a metal oxide. Moreover, since the said metal simple substance, a metal alloy, and a metal oxide generally have sufficient heat resistance, the kind etc. are not specifically limited. In addition, as said metal simple substance, specifically Ti, W, Pt, Au etc. are preferable, As said metal alloy, SUS, Ti alloy, Al alloy etc. are specifically preferable, As said metal oxide, Specifically, Si oxide, Al oxide, Ti oxide and the like are preferable.
上記耐酸性層は、耐酸性および耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような耐酸性層の材料としては、例えば、金属、ガラス、セラミックス等を挙げることができ、中でも、金属が好ましい。さらに、上記金属としては、具体的には、金属単体、金属合金および金属酸化物等を挙げることができる。上記金属単体としては、例えばTi、W、Mo、Nb、Cr、Ni、Ag、Zr、Pt、Ta、Au等を挙げることができ、中でもTi、W、Pt、Auが好ましい。上記金属合金としては、例えばSUS、Ti合金、Fe合金、Ni合金、Al合金、W合金、Mg合金、Co合金、Cr合金等を挙げることができ、中でもSUS、Ti合金、Al合金が好ましい。上記金属酸化物としては、例えばSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Zr酸化物、Sn酸化物、Cr酸化物、W酸化物等を挙げることができ、中でもSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物が好ましい。 The acid-resistant layer is not particularly limited as long as it has acid resistance and heat resistance. Examples of the material for such an acid-resistant layer include metals, glasses, ceramics, and the like. Among these, metals are preferable. Furthermore, specific examples of the metal include a simple metal, a metal alloy, and a metal oxide. Examples of the metal simple substance include Ti, W, Mo, Nb, Cr, Ni, Ag, Zr, Pt, Ta, and Au. Among these, Ti, W, Pt, and Au are preferable. Examples of the metal alloy include SUS, Ti alloy, Fe alloy, Ni alloy, Al alloy, W alloy, Mg alloy, Co alloy, and Cr alloy. Among them, SUS, Ti alloy, and Al alloy are preferable. Examples of the metal oxide include Si oxide, Al oxide, Ti oxide, Zr oxide, Sn oxide, Cr oxide, and W oxide. Ti oxide is preferred.
本工程に用いられる耐熱基板が上記耐熱性層および耐酸性層を有するものである場合、耐熱性層および耐酸性層の組合せとしては、特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。例えば、耐熱性層の材料が金属、ガラスまたはセラミックスであって、耐酸性層の材料が金属である組合せ等を挙げることができ、中でも、上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である組合せが好ましい。可撓性に優れた耐熱基板とすることができるからである。 When the heat-resistant substrate used in this step has the heat-resistant layer and the acid-resistant layer, the combination of the heat-resistant layer and the acid-resistant layer is not particularly limited and can be arbitrarily selected. . For example, the combination of the material of the heat resistant layer is metal, glass or ceramics, and the material of the acid resistant layer is metal. Among them, the material of the heat resistant layer and the acid resistant layer is metal. Some combinations are preferred. This is because a heat-resistant substrate having excellent flexibility can be obtained.
上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である組合せとしては、例えば、耐熱性層の材料が金属単体、金属合金または金属酸化物であって、耐酸性層の材料が上記耐熱性層に用いた金属以外の金属単体、金属合金または金属酸化物である組合せを挙げることができる。具体的には、耐熱性層の材料/耐酸性層の材料の組合せとして、Ti単体/Ti酸化物、SUS/Cr単体、SUS/Si酸化物、SUS/Ti酸化物、SUS/Al酸化物、SUS/Cr酸化物等を挙げることができる。 As a combination in which the material of the heat resistant layer and the acid resistant layer is a metal, for example, the material of the heat resistant layer is a simple metal, a metal alloy, or a metal oxide, and the material of the acid resistant layer is the heat resistant layer. The combination which is a metal simple substance, a metal alloy, or a metal oxide other than the metal used for the above can be mentioned. Specifically, as a combination of the material of the heat resistant layer / the material of the acid resistant layer, Ti simple substance / Ti oxide, SUS / Cr simple substance, SUS / Si oxide, SUS / Ti oxide, SUS / Al oxide, Examples thereof include SUS / Cr oxide.
また、上記耐熱性層および上記耐酸性層の材料が金属である場合、上記耐熱性層に含まれる金属元素と、上記耐酸性層に含まれる金属元素とが異なることが好ましい。なお、ここで「耐熱性層に含まれる金属元素」とは、耐熱性層に最も多く含まれる金属元素を意味するものである。従って、例えばSUSが、Cr、Ni等を含有する場合であっても、「耐熱性層に含まれる金属元素」はFeとなる。また、「耐酸性層に含まれる金属元素」についても同様である。このような耐熱性層および耐酸性層の組合せとしては、耐熱性層の材料/耐酸性層の材料の組合せとして、SUS/Cr単体、SUS/Si酸化物、SUS/Ti酸化物、SUS/Al酸化物、SUS/Cr酸化物等を挙げることができる。
また、上記耐熱基板は、可撓性を有することが好ましい。Roll to Roll方式により酸化物半導体電極を製造することが可能となるからである。
Moreover, when the material of the said heat resistant layer and the said acid resistant layer is a metal, it is preferable that the metal element contained in the said heat resistant layer differs from the metal element contained in the said acid resistant layer. Here, “a metal element contained in the heat-resistant layer” means a metal element contained most in the heat-resistant layer. Therefore, for example, even when SUS contains Cr, Ni or the like, the “metal element contained in the heat-resistant layer” is Fe. The same applies to the “metal element contained in the acid-resistant layer”. As a combination of such a heat-resistant layer and an acid-resistant layer, as a combination of a material of a heat-resistant layer / a material of an acid-resistant layer, SUS / Cr simple substance, SUS / Si oxide, SUS / Ti oxide, SUS / Al Examples thereof include oxides and SUS / Cr oxides.
The heat resistant substrate preferably has flexibility. This is because an oxide semiconductor electrode can be manufactured by the Roll to Roll method.
上記多孔質層形成用塗工液に用いられる樹脂は、焼成工程において、分解されやすいものであれば特に限定はされない。上記酸化物半導体層形成用塗工液に用いられる樹脂としては、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂などのほか、ポリエチレングリコールのような多価アルコール類等を挙げることができる。 The resin used in the porous layer forming coating solution is not particularly limited as long as it is easily decomposed in the firing step. Examples of the resin used in the coating solution for forming the oxide semiconductor layer include cellulose resins, polyester resins, polyamide resins, polyacrylate resins, polyacryl resins, polycarbonate resins, polyurethane resins, polyolefin resins. In addition to polyvinyl acetal resins, fluorine resins, polyimide resins, etc., polyhydric alcohols such as polyethylene glycol can be used.
また、上記多孔質層形成用塗工液に用いられる溶媒は、上記樹脂を所望量溶解できるものであれば特に限定されない。このような溶媒としては、水またはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ターピネオール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル、tert−ブチルアルコール等の各種溶剤を挙げることができる。中でも、水ないしアルコール系の溶媒であることが好ましい。 The solvent used in the porous layer forming coating solution is not particularly limited as long as it can dissolve the resin in a desired amount. Examples of such a solvent include water and various solvents such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propylene glycol monomethyl ether, terpineol, dichloromethane, acetone, acetonitrile, ethyl acetate, and tert-butyl alcohol. Among these, water or an alcohol solvent is preferable.
上記多孔質層形成用塗工液を上記耐熱基板上に塗布することにより多孔質層形成用層を形成する方法としては、特に限定されず一般的に公知の方法を用いることができる。また、上記多孔質層形成用層を焼成する方法についても、上記樹脂を分解することにより空孔を形成できる方法であれば特に限定されない。このような多孔質層形成用層の形成方法および多孔質層形成用層の焼成方法としては、例えば、特開2005−166648号公報に記載された方法を好適に用いることができる。 The method for forming the porous layer forming layer by applying the porous layer forming coating liquid on the heat resistant substrate is not particularly limited, and generally known methods can be used. Further, the method for firing the porous layer forming layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming pores by decomposing the resin. As a method for forming such a layer for forming a porous layer and a method for firing the layer for forming a porous layer, for example, the method described in JP-A-2005-166648 can be suitably used.
ii.第1電極層形成工程
次に、第1電極層形成工程について説明する。第1電極層形成工程は、上記多孔質層上に、金属酸化物からなる第1電極層を形成する工程である。
ii. First Electrode Layer Forming Step Next, the first electrode layer forming step will be described. The first electrode layer forming step is a step of forming a first electrode layer made of a metal oxide on the porous layer.
上記第1電極層形成工程において、上記多孔質層上に第1電極層を形成する方法としては、厚みが均一で平面性に優れた第1電極層を形成できる方法であれば、特に限定されず、例えば、下地電極層形成用塗工液を用いて多孔質層の内部または表面に下地電極層を設ける溶液処理工程と、上記下地電極層上に主たる第1電極層を設ける上側電極層形成工程と、により2工程で第1電極層を形成する方法を用いることができる。このような方法によれば、上記多孔質層に、第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を容易に含むことができ、かつ緻密な第1電極層を形成することができ、さらに多孔質層を形成する金属酸化物半導体微粒子表面を第1電極層を構成する金属酸化物が被覆することで多孔質層から電解質中への逆電子移動が抑制される利点を有する。 In the first electrode layer forming step, the method of forming the first electrode layer on the porous layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming the first electrode layer having a uniform thickness and excellent flatness. First, for example, a solution processing step of providing a base electrode layer inside or on the surface of the porous layer using a base electrode layer forming coating solution, and an upper electrode layer formation of providing a main first electrode layer on the base electrode layer And a method of forming the first electrode layer in two steps. According to such a method, the porous layer can easily contain a metal element included in the metal oxide constituting the first electrode layer, and a dense first electrode layer can be formed. Further, the surface of the metal oxide semiconductor fine particles forming the porous layer is covered with the metal oxide constituting the first electrode layer, so that the reverse electron transfer from the porous layer into the electrolyte is suppressed.
上記溶液処理工程において、第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を含む金属塩または金属錯体が溶解した下地第1電極層形成用塗工液を、上記多孔質層に接触させることにより、上記多孔質層の内部または表面に下地第1電極層を設ける方法を用いることができる。本工程に用いられる下地第1電極層形成用塗工液は、少なくとも第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を含む金属塩または金属錯体(以下、これらを「金属源」とする場合がある。)と、溶媒と、からなり、必要に応じて他の化合物を含むものである。 In the solution treatment step, a base first electrode layer forming coating solution in which a metal salt or metal complex containing a metal element included in the metal oxide constituting the first electrode layer is dissolved is brought into contact with the porous layer. Thus, it is possible to use a method of providing the base first electrode layer inside or on the surface of the porous layer. The base first electrode layer forming coating solution used in this step is a metal salt or metal complex (hereinafter referred to as “metal source”) containing at least a metal element contained in the metal oxide constituting the first electrode layer. And a solvent, and may contain other compounds as necessary.
上記金属源としては、第1電極層を構成する金属酸化物が有する金属元素を含むものであり、金属塩であってもよく、金属錯体であってもよい。なお、上記「金属錯体」とは、金属イオンに対して無機物または有機物が配位したもの、あるいは、分子中に金属−炭素結合を有する、いわゆる有機金属化合物を含むものである。 The metal source includes a metal element contained in the metal oxide constituting the first electrode layer, and may be a metal salt or a metal complex. The “metal complex” includes a metal ion coordinated with an inorganic substance or an organic substance, or a so-called organometallic compound having a metal-carbon bond in the molecule.
本工程に用いられる金属源を構成する金属元素としては、上記「2.第1電極層」の項に記載した、金属酸化物が有する金属元素であるため、ここでの説明は省略する。 Since the metal element constituting the metal source used in this step is a metal element included in the metal oxide described in the above section “2. First electrode layer”, description thereof is omitted here.
本工程に用いられる上記金属源としては、例えば、特開2005−166648号公報に記載されたものを好適に用いることができる。 As said metal source used for this process, what was described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-166648 can be used suitably, for example.
本工程の下地第1電極層形成用塗工液に用いられる溶媒は、上記金属塩等を溶解することができるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、金属源が金属塩の場合は、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロパノール、ブタノール等の総炭素数が5以下の低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒等を挙げることができ、金属源が金属錯体の場合は、上述した低級アルコール、トルエン、およびこれらの混合溶媒を挙げることができる。 The solvent used in the base first electrode layer forming coating solution in this step is not particularly limited as long as it can dissolve the metal salt and the like. For example, the metal source is a metal salt. In this case, water, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, propanol, butanol and the like can be exemplified by lower alcohols having a total carbon number of 5 or less, toluene, and mixed solvents thereof. When the metal source is a metal complex, The lower alcohol mentioned above, toluene, and these mixed solvents can be mentioned.
また、本工程に用いられる下地第1電極層形成用塗工液は、必要に応じて添加剤を含んでもよい。本工程に用いられる添加剤としては、例えば、酸化剤、還元剤、補助イオン源や界面活性剤等を挙げることができる。このような添加剤の具体例としては、特開2005−166648号公報に記載されたもの挙げることができる。 Moreover, the coating solution for base | substrate 1st electrode layer formation used for this process may contain an additive as needed. Examples of the additive used in this step include an oxidizing agent, a reducing agent, an auxiliary ion source, and a surfactant. Specific examples of such additives include those described in JP-A No. 2005-166648.
本工程において、多孔質層と下地第1電極層形成用塗工液とを接触させる方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ディッピング法、枚葉式による方法、溶液を霧状にして塗布する方法等の一般的に公知の事項を用いることができる。このような方法としては、例えば、特開2005−166648号公報に記載された方法を好適に用いることができる。 In this step, the method for bringing the porous layer and the base first electrode layer forming coating solution into contact with each other is not particularly limited. For example, the dipping method, the single-wafer method, or the solution is atomized. Generally known items such as a coating method can be used. As such a method, for example, a method described in JP-A-2005-166648 can be suitably used.
また、上側第1電極層形成工程において、上記溶液処理工程により形成された下地第1電極層上に上側第1電極層を設ける方法としては、所望の緻密性を有する上側第1電極層を設けることができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、上記溶液処理工程後に、上記下地第1電極層を加熱し、後述する上側第1電極層形成用塗工液と接触させることにより上記下地第1電極層上に上側第1電極層を設ける方法、あるいは、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法、プラズマCVD、熱CVD、大気圧CVD等のCVD法等を挙げることができる。中でも、本発明においては上記溶液処理工程後に、上記下地第1電極層を加熱し、後述する上側第1電極層形成用塗工液と接触させることにより上記下地第1電極層上に上側第1電極層を設ける方法が好ましい。本工程においては、このような方法として、例えば、特開2005−166648号公報に記載された方法を好適に用いることができる。 In the upper first electrode layer forming step, the upper first electrode layer having a desired density is provided as a method of providing the upper first electrode layer on the base first electrode layer formed by the solution processing step. The method is not particularly limited as long as it is a method that can be used. For example, after the solution treatment step, the base first electrode layer is heated and brought into contact with an upper first electrode layer forming coating liquid to be described later. A method of providing the upper first electrode layer on the base first electrode layer, or a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, a CVD method such as plasma CVD, thermal CVD, atmospheric pressure CVD, etc. Can be mentioned. In particular, in the present invention, after the solution treatment step, the base first electrode layer is heated and brought into contact with an upper first electrode layer forming coating liquid to be described later, whereby an upper first electrode is formed on the base first electrode layer. A method of providing an electrode layer is preferred. In this step, as such a method, for example, the method described in JP-A-2005-166648 can be suitably used.
iii.基材付与工程
次に、基材付与工程について説明する。本工程は、光散乱材を含む接着層と基体とが積層された構成を有する基材を用い、上記第1電極層上に、上記接着層と上記第1電極層とが接するように、上記基材を付与する工程である。
iii. Next, the base material applying step will be described. This step uses a substrate having a structure in which an adhesive layer containing a light scattering material and a substrate are laminated, and the adhesive layer and the first electrode layer are in contact with each other on the first electrode layer. This is a step of applying a base material.
本工程において上記基材を付与する方法としては、光散乱材を含む接着層と上記第1電極層とが接するように、第1電極層上に、基材を付与できる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、予め基体上に光散乱材を含む接着層を形成しておき、接着層を有する基材を、接着層と上記第1電極層とが接着するように配置した後、熱融着する方法と、光散乱材を含有する接着性樹脂からなるフィルムを作製し、当該フィルムを介して、上記第1電極層と、基材とをラミネートする方法等を挙げることができる。 The method for applying the base material in this step is particularly limited as long as the base material can be applied on the first electrode layer so that the adhesive layer containing the light scattering material and the first electrode layer are in contact with each other. Not. As such a method, after forming an adhesive layer containing a light scattering material on a substrate in advance and arranging a base material having an adhesive layer so that the adhesive layer and the first electrode layer are adhered, Examples thereof include a method of heat-sealing, a method of producing a film made of an adhesive resin containing a light scattering material, and a method of laminating the first electrode layer and a substrate through the film.
上記上に光散乱材を含む接着層を形成する方法は、使用する光散乱材の種類により異なるが、例えば、光散乱材として微粒子を用いる場合には、微粒子と接着性樹脂とを含む接着層形成用塗工液を上記基体上に塗工することにより形成することができる。 The method of forming the adhesive layer containing the light scattering material on the above differs depending on the type of the light scattering material to be used. For example, when using fine particles as the light scattering material, the adhesive layer containing the fine particles and an adhesive resin is used. It can be formed by coating a forming coating solution on the substrate.
本工程に用いられる光散乱材、基体、および、接着層は、上記「1.基材」の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。 Since the light scattering material, the substrate, and the adhesive layer used in this step are the same as those described in the above section “1. Base material”, description thereof is omitted here.
(2)耐熱基板剥離工程
上記耐熱基板剥離工程において、耐熱基板付酸化物半導体電極から耐熱基板を剥離する方法は、特に限定されず、一般的な剥離方法を用いることができる。また本工程においては、耐熱基板を機械的研磨除去や、エッチングなどによる化学的除去により剥離することもできる。
(2) Heat-resistant substrate peeling process The method of peeling a heat-resistant board | substrate from the oxide semiconductor electrode with a heat-resistant board | substrate in the said heat-resistant board | substrate peeling process is not specifically limited, A general peeling method can be used. In this step, the heat-resistant substrate can be peeled off by mechanical polishing or chemical removal such as etching.
また上記耐熱基板剥離工程においては、上記多孔質層から耐熱基板を剥離することになるが、その際の剥離状態は、耐熱基板を耐熱基板と多孔質層との境界から層間剥離してもよく、また多孔質層を凝集破壊して剥離してもよい。また、多孔質層が、酸化物半導体層と介在層との2層からなる場合は、耐熱基板を介在層から剥離することになるが、この場合も同様に耐熱基板を耐熱基板と介在層との境界から層間剥離してもよく、また介在層を凝集破壊して剥離してもよい。 In the heat-resistant substrate peeling step, the heat-resistant substrate is peeled from the porous layer, and the peeled state at that time may be peeled from the boundary between the heat-resistant substrate and the porous layer. Further, the porous layer may be peeled off by cohesive failure. In addition, when the porous layer is composed of two layers of an oxide semiconductor layer and an intervening layer, the heat resistant substrate is peeled off from the intervening layer. The interlayer may be peeled off from the boundary, or the intervening layer may be peeled off by cohesive failure.
6.酸化物半導体電極の用途
本発明の酸化物半導体電極は、色素増感型光充電キャパシタに用いられる色素増感型光充電キャパシタ用基材、エレクトロクロミックディスプレイに用いられるエレクトロクロミックディスプレイ用基材、光触媒反応を用いて大気中の汚染物質を分解できる汚染物質分解基板、および、色素増感型太陽電池に用いられる色素増感型太陽電池用基材等として用いることができるが、なかでも色素増感型太陽電池に用いられる色素増感型太陽電池用基材に好適に用いられる。
6). Applications of Oxide Semiconductor Electrode The oxide semiconductor electrode of the present invention is a substrate for a dye-sensitized photocharge capacitor used for a dye-sensitized photocharge capacitor, an electrochromic display substrate used for an electrochromic display, and a photocatalyst. It can be used as a pollutant decomposition substrate capable of decomposing pollutants in the atmosphere using a reaction, and a dye-sensitized solar cell substrate used in dye-sensitized solar cells. It is used suitably for the base material for dye-sensitized solar cells used for a solar cell.
B.色素増感型太陽電池セル
次に、本発明の色素増感型太陽電池セルについて説明する。本発明の色素増感型太陽電池セルは、上記本発明の酸化物半導体電極を用い、上記多孔質層に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面に色素増感剤が吸着した、上記本発明の酸化物半導体電極の多孔質層と、第2電極層および対向基材からなる対電極基材の第2電極層とが、酸化還元対を含む電解質層を介して、対向配置されていることを特徴とするものである。
B. Next, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described. The dye-sensitized solar cell of the present invention uses the oxide semiconductor electrode of the present invention, and the dye sensitizer is adsorbed on the surface of the metal oxide semiconductor fine particles contained in the porous layer. The porous layer of the oxide semiconductor electrode and the second electrode layer of the counter electrode base material composed of the second electrode layer and the counter base material are arranged to face each other via the electrolyte layer containing the redox pair. It is a feature.
本発明の色素増感型太陽電池セルについて図を参照しながら説明する。図3は、本発明の色素増感型太陽電池セルの一例を示す概略断面図である。図3に例示するように、本発明の色素増感型太陽電池セル20は、上記本発明の酸化物半導体電極10と、対向基材6上に第2電極層7が形成された構成を有する対電極基材8とを用い、上記酸化物半導体電極10の多孔質層3’と、上記対電極基材8の第2電極層とにより、電解質層5が挟持された構成を有するものである。また、上記多孔質層3’に含まれる金属酸化物半導体微粒子の表面には色素増感剤が吸着されているものである。
The dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As illustrated in FIG. 3, the dye-sensitized
本発明によれば、酸化物半導体電極として、入射光の利用効率に優れる上記本発明の酸化物半導体電極を用いることにより、発電効率の高い色素増感型太陽電池を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a dye-sensitized solar cell with high electric power generation efficiency can be obtained by using the oxide semiconductor electrode of the said this invention excellent in the utilization efficiency of incident light as an oxide semiconductor electrode.
本発明の色素増感型太陽電池セルは、電解質層と、対電極基材と、酸化物半導体電極とを有するものである。以下、本発明の色素増感型太陽電池セルの各構成について詳細に説明する。 The dye-sensitized solar cell of the present invention has an electrolyte layer, a counter electrode base material, and an oxide semiconductor electrode. Hereafter, each structure of the dye-sensitized solar cell of this invention is demonstrated in detail.
1.電解質層
まず、本発明に用いられる電解質層について説明する。本発明における電解質層は、酸化還元対を含むことを特徴とするものである。
1. Electrolyte Layer First, the electrolyte layer used in the present invention will be described. The electrolyte layer in the present invention includes an oxidation-reduction pair.
本発明における電解質層に用いられる酸化還元対としては、一般的に電解質層において用いられているものであれば特に限定はされない。具体的には、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。例えば、ヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、LiI、NaI、KI、CaI2等の金属ヨウ化物と、I2との組合せを挙げることができる。さらに、臭素および臭化物の組み合わせとしては、LiBr、NaBr、KBr、CaBr2等の金属臭化物と、Br2との組合せを挙げることができる。 The redox couple used in the electrolyte layer in the present invention is not particularly limited as long as it is generally used in the electrolyte layer. Specifically, a combination of iodine and iodide and a combination of bromine and bromide are preferable. For example, as a combination of iodine and iodide, a combination of metal iodide such as LiI, NaI, KI, and CaI 2 and I 2 can be mentioned. Further, examples of the combination of bromine and bromide include a combination of a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, and CaBr 2 and Br 2 .
本発明における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。 The electrolyte layer in the present invention may contain additives such as a crosslinking agent, a photopolymerization initiator, a thickener, and a room temperature molten salt as other compounds other than the redox couple.
電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用で室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。
また、電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。
さらに、電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばCuI、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
The electrolyte layer may be an electrolyte layer having any form of gel, solid, or liquid. When the electrolyte layer is in a gel form, either a physical gel or a chemical gel may be used. Here, the physical gel is gelled near room temperature due to physical interaction, and the chemical gel is a gel formed by chemical bonding by a crosslinking reaction or the like.
When the electrolyte layer is in a liquid state, for example, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propylene carbonate or the like is used as a solvent, and an ionic liquid containing an oxidation-reduction pair or an imidazolium salt as a cation is used as a solvent. can do.
Furthermore, when the electrolyte layer is in a solid state, it may be any material that does not include a redox pair and functions as a hole transporting agent. For example, a hole transporting agent including CuI, polypyrrole, polythiophene, etc. There may be.
2.対電極基材
次に本発明に用いられる対電極基材について説明する。本発明における対電極基材は、第2電極層および対向基材からなるものである。
2. Next, the counter electrode substrate used in the present invention will be described. The counter electrode base material in this invention consists of a 2nd electrode layer and a counter base material.
(1)第2電極層
本発明における第2電極層は、上記「A.酸化物半導体電極」の、第1電極層の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
(1) Second Electrode Layer The second electrode layer in the present invention is the same as that described in the section of the first electrode layer in “A. Oxide Semiconductor Electrode”, and the description thereof is omitted here. .
(2)対向基材
本発明における第2電極層は、上記「A.第1態様の酸化物半導体電極」の、基材の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
(2) Opposite base material The second electrode layer in the present invention is the same as that described in the above-mentioned “A. Oxide semiconductor electrode of the first embodiment” in the section of the base material, and the description here is omitted. To do.
(3)その他の層
本発明に用いられる対電極基材には必要に応じて、上記以外のその他の層を含んでもよい。本発明に用いられるその他の層としては、触媒層を挙げることができる。本発明においては、上記第2電極層上に触媒層を形成することにより、本発明の色素増感型太陽電池セルをより発電効率に優れたものにできる。このような触媒層の例としては、上記第2電極層上にPtを蒸着した態様を挙げることができるが、この限りではない。
(3) Other layers The counter electrode substrate used in the present invention may contain other layers other than the above, if necessary. Examples of the other layer used in the present invention include a catalyst layer. In the present invention, by forming a catalyst layer on the second electrode layer, the dye-sensitized solar cell of the present invention can be made more excellent in power generation efficiency. Examples of such a catalyst layer include an embodiment in which Pt is vapor-deposited on the second electrode layer, but is not limited thereto.
3.酸化物半導体電極
本発明における酸化物半導体電極は、上記「A.酸化物半導体電極」の項に記載したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
3. Oxide Semiconductor Electrode The oxide semiconductor electrode in the present invention is the same as that described in the above section “A. Oxide Semiconductor Electrode”, and thus the description thereof is omitted here.
4.色素増感型太陽電池セルの製造方法
次に本発明の色素増感型太陽電池セルの作製方法の一例について説明する。本発明の色素増感型太陽電池セルは、上記本発明の酸化物半導体電極が有する多孔質層と、上記対電極基材が有する第2電極基材との間に電解質層を形成することにより製造することができる。
4). Method for Producing Dye-Sensitized Solar Cell Next, an example of a method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described. The dye-sensitized solar cell of the present invention is formed by forming an electrolyte layer between the porous layer of the oxide semiconductor electrode of the present invention and the second electrode substrate of the counter electrode substrate. Can be manufactured.
本発明において、上記本発明の酸化物半導体電極が有する多孔質層と、上記対電極基材が有する第2電極基材との間に電解質層を形成する方法としては、各層を厚み精度よく形成できる方法であれば特に限定されない。このような方法としては、上記多孔質層上に電解質層を形成した後、電解質層上に第2電極層を形成する方法(第1の方法)と、上記多孔質層と対向して第2電極層を形成した後、多孔質層と第2電極層との間に電解質層を形成する方法(第2の方法)を挙げることができる。 In the present invention, as a method of forming an electrolyte layer between the porous layer of the oxide semiconductor electrode of the present invention and the second electrode substrate of the counter electrode substrate, each layer is formed with high thickness accuracy. There is no particular limitation as long as it can be performed. As such a method, after forming an electrolyte layer on the porous layer, a method of forming a second electrode layer on the electrolyte layer (first method), and a second method facing the porous layer A method (second method) of forming an electrolyte layer between the porous layer and the second electrode layer after forming the electrode layer can be mentioned.
上記第1の方法としては、例えば、電解質層形成用組成物を上記多孔質層上に塗布し、乾燥させることにより電解質層を形成した後に、対電極基材を付与する塗布法を用いることができる。また、上記第2の方法としては、上記多孔質層と、対電極基材が有する第2電極層とが対向するように所定の間隙を有して配置させ、その間隙に、電解質層形成用組成物を注入することにより、電解質層を形成する注入法を用いることができる。 As the first method, for example, an application method of applying a counter electrode substrate after forming an electrolyte layer by applying a composition for forming an electrolyte layer on the porous layer and drying it is used. it can. In addition, as the second method, the porous layer and the second electrode layer of the counter electrode base material are arranged with a predetermined gap so as to face each other, and an electrolyte layer forming electrode is formed in the gap. An injection method for forming an electrolyte layer by injecting the composition can be used.
上記塗布法における、多孔質層形成用組成物の塗布方法としては、公知の塗布法を用いることができ、具体的には、ダイコート、グラビアコート、グラビアリバースコート、ロールコート、リバースロールコート、バーコート、ブレードコート、ナイフコート、エアナイフコート、スロットダイコート、スライドダイコート、ディップコート、マイクロバーコート、マイクロバーリバースコートや、スクリーン印刷(ロータリー方式)等を挙げることができる。 As the coating method of the composition for forming a porous layer in the above coating method, a known coating method can be used. Specifically, die coating, gravure coating, gravure reverse coating, roll coating, reverse roll coating, bar Examples include coat, blade coat, knife coat, air knife coat, slot die coat, slide die coat, dip coat, micro bar coat, micro bar reverse coat, and screen printing (rotary method).
また、上記塗布法により電解質層を形成する場合、電解質層を形成する電解質層形成用組成物としては、少なくとも酸化還元対および酸化還元対を保持する高分子化合物を有するものであれば特に限定はされない。 Further, when the electrolyte layer is formed by the coating method, the electrolyte layer forming composition for forming the electrolyte layer is not particularly limited as long as it has at least a redox couple and a polymer compound that holds the redox couple. Not.
上記注入法により電解質層を形成する場合、電解質層を形成する電解質層形成用組成物としては、少なくとも酸化還元対を有するものであれば特に限定はされないが、形成される電解質層をゲル状とする場合には、さらに、ゲル化剤が含有されたものとする。例えば、物理ゲルの場合は、ゲル化剤としてポリアクリロニトリル、ポリメタクリレート等を挙げることができる。また、化学ゲルの場合は、アクリル酸エステル系、メタクリル酸エステル系等を挙げることができる。 When the electrolyte layer is formed by the above injection method, the electrolyte layer forming composition for forming the electrolyte layer is not particularly limited as long as it has at least a redox pair. In this case, it is assumed that a gelling agent is further contained. For example, in the case of a physical gel, examples of the gelling agent include polyacrylonitrile and polymethacrylate. Moreover, in the case of a chemical gel, an acrylic ester type, a methacrylic ester type, etc. can be mentioned.
上記多孔質層と、対電極基材が有する第2電極層との間隙に電解質層形成用組成物を注入する方法としては、特に限定はされないが、例えば、毛細管現象を利用して注入させる方法や、上記多孔質層と、上記第2電極との間隙を真空状態にし、電解質層形成用組成物を接触させた状態で大気圧に開放することで注入する方法などを挙げることができる。 The method for injecting the composition for forming an electrolyte layer into the gap between the porous layer and the second electrode layer of the counter electrode base material is not particularly limited, but for example, a method of injecting using a capillary phenomenon In addition, a method may be used in which the gap between the porous layer and the second electrode is in a vacuum state and is injected by releasing the pressure to atmospheric pressure in a state where the composition for forming an electrolyte layer is in contact.
また、注入法により、電解質層形成用組成物を注入した後、例えば、温度調整、紫外線照射または電子線照射等を行い、二次元または三次元の架橋反応を生じさせることによりゲル状さらには固体状の電解質層を形成することができる。 Moreover, after injecting the composition for forming an electrolyte layer by an injection method, for example, temperature adjustment, ultraviolet irradiation, electron beam irradiation, or the like is performed, and a two-dimensional or three-dimensional crosslinking reaction is caused to generate a gel or solid. The electrolyte layer can be formed.
また本発明において、対向基材上に第2電極層を形成する方法は特に限定されず、一般的な方法を用いることができる。 In the present invention, the method for forming the second electrode layer on the counter substrate is not particularly limited, and a general method can be used.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the technical idea described in the claims of the present invention has substantially the same configuration and exhibits the same function and effect regardless of the case. It is included in the technical scope of the invention.
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
1.実施例1
PETフィルムに対して光拡散粒子(ガンツパール平均粒径100μm:ガンツ株式会社製)を1質量%混錬した基材(厚み120μm)を準備した。この基材のヘイズ値を測定したところ20%であった(測定器:ヘーズメータ:スガ試験機 SM−C)。
1. Example 1
A base material (
次に、上記基材上にスパッタリング法によりインジウムをドープした酸化錫(ITO)からなる第1電極層を形成した。形成された第1電極層の表面抵抗は15Ω/□であった。 Next, a first electrode layer made of tin oxide (ITO) doped with indium was formed on the substrate by sputtering. The surface resistance of the formed first electrode layer was 15Ω / □.
次に、TiO2分散液(PECC−K01 ; Peccell Technologies社)を上記第1電極層上にドクターブレード法によって塗工することにより、厚み10μmの多孔質層を形成した。
このような方法によって本発明の酸化物半導体電極を形成した。
Next, a TiO 2 dispersion (PECC-K01; Peccell Technologies) was applied onto the first electrode layer by a doctor blade method to form a porous layer having a thickness of 10 μm.
The oxide semiconductor electrode of the present invention was formed by such a method.
作製した酸化物半導体電極の多孔質層を1cm角に成形した後、上記多孔質層を色素(N3(Ruthenium535):Solaronix社製)の溶液(エタノール中3.0×10−3M)に一晩浸漬し、多孔質層の細孔内部に上記色素を吸着させた。 After the porous layer of the prepared oxide semiconductor electrode was formed into a 1 cm square, the porous layer was integrated into a dye (N3 (Ruthenium 535): manufactured by Solaronix) solution (3.0 × 10 −3 M in ethanol). The dye was adsorbed inside the pores of the porous layer by dipping in the evening.
次に、対電極基材としてITO/PETフィルム(トービOTEC(厚み:25μm)、10Ω/□)上に白金をスパッタリングしたものを準備し、上記色素を吸着させた酸化物半導体電極と、上記対電極基材とを熱可塑性樹脂(Surlyn;デュポン社)を介して120℃で貼り合わせた。 Next, an ITO / PET film (Tobe OTEC (thickness: 25 μm), 10Ω / □) prepared by sputtering platinum on an ITO / PET film as a counter electrode base material was prepared. The electrode base material was bonded at 120 ° C. via a thermoplastic resin (Surlyn; DuPont).
次に、メトキシアセトニトリルを溶媒とし、濃度0.1mol/Lのヨウ化リチウム、濃度0.05mol/Lのヨウ素、濃度0.3mol/Lのジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、濃度0.5mol/Lのt−ブチルピリジンを溶解させて電解質層形成用組成物を調製した。当該、電解質層形成用組成物を上記対向電極基材に設けていた注入孔から上記酸化物半導体電極と、対電極基材との間に注入し、色素増感太陽電池を作製した。 Next, using methoxyacetonitrile as a solvent, a concentration of 0.1 mol / L lithium iodide, a concentration of 0.05 mol / L iodine, a concentration of 0.3 mol / L dimethylpropylimidazolium iodide, a concentration of 0.5 mol / L A composition for forming an electrolyte layer was prepared by dissolving t-butylpyridine. The composition for forming an electrolyte layer was injected between the oxide semiconductor electrode and the counter electrode base material through an injection hole provided in the counter electrode base material to prepare a dye-sensitized solar cell.
作製した色素増感太陽電池の変換効率を測定(100mW/cm2,AM1.5)した結果、変換効率は4.5%(Isc=9.8mA、Voc=710mV、FF=0.64)であった。 As a result of measuring the conversion efficiency (100 mW / cm 2 , AM1.5) of the produced dye-sensitized solar cell, the conversion efficiency was 4.5% (Isc = 9.8 mA, Voc = 710 mV, FF = 0.64). there were.
2.比較例1
基材として、光拡散剤を含まないPETフィルム(120μm)を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法により、色素増感型太陽電池を作製した。
2. Comparative Example 1
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a PET film (120 μm) containing no light diffusing agent was used as the substrate.
作製した色素増感型太陽電池について、実施例1と同様の方法により変換効率を測定した。その結果、変換効率は4.1%(Isc=8.9mA、Voc=708mV、FF=0.66)であった。 About the produced dye-sensitized solar cell, the conversion efficiency was measured by the same method as Example 1. As a result, the conversion efficiency was 4.1% (Isc = 8.9 mA, Voc = 708 mV, FF = 0.66).
3.実施例2
一次粒径20nmのTiO2微粒子(日本アエロジル社製P25)1質量%、主成分がポリメチルメタクリレートであるアクリル樹脂(分子量25000、ガラス転移温度105℃:三菱レーヨン社製BR87)10質量%となるようにホモジナイザーを用いてメチルエチルケトンおよびトルエンにアクリル樹脂を溶解させた後、TiO2微粒子を分散させることにより介在層形成用塗工液を調製した。この介在層形成用塗工液を耐熱基材として用意したチタン基板(厚み150μm、サイズ10cm×10cm)上にワイヤーバーで塗工し、乾燥させることにより、上記耐熱基板上に介在層形成用層を形成した。
3. Example 2
1% by mass of TiO 2 fine particles having a primary particle size of 20 nm (P25 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and 10% by mass of an acrylic resin (molecular weight 25000,
次に、酸化物半導体層形成用塗工液としてSolaronix SA社製Ti Nanoxide Dを準備し、当該酸化物半導体層形成用塗工液を上記介在層形成用層上にドクターブレード(5Mil)で塗布した後、室温下にて20分放置し、さらに100℃で30分間乾燥させることにより、上記介在層形成用層上に酸化物半導体層形成用層を形成した。 Next, Ti Nanoxide D made by Solaronix SA was prepared as a coating liquid for forming an oxide semiconductor layer, and the coating liquid for forming an oxide semiconductor layer was applied onto the intermediate layer forming layer with a doctor blade (5 Mil). After that, it was allowed to stand at room temperature for 20 minutes and further dried at 100 ° C. for 30 minutes to form an oxide semiconductor layer forming layer on the intervening layer forming layer.
次に、電気マッフル炉(デンケン社製P90)を用い、上記介在層形成用層および酸化物半導体層形成用層が形成された耐熱基板を、500℃で30分間、大気圧雰囲気下にて焼成した。これにより、上記耐熱基板上に介在層および酸化物半導体層からなる多孔質層を形成した。 Next, using an electric muffle furnace (P90 manufactured by Denken), the heat-resistant substrate on which the intervening layer forming layer and the oxide semiconductor layer forming layer are formed is baked at 500 ° C. for 30 minutes in an atmospheric pressure atmosphere. did. Thereby, the porous layer which consists of an intervening layer and an oxide semiconductor layer was formed on the said heat-resistant board | substrate.
次に、上記多孔質層が形成された耐熱基板を、多孔質層が上向きになるようにホットプレート(400℃)上へ設置した。次いで、この加熱された多孔質層上に、エタノールに塩化インジウム0.1mol/L、塩化スズ0.005mol/Lを溶解した第1電極層形成用塗工液を超音波噴霧器により噴霧し、第1電極層であるITO膜(厚み:500nm)を形成した。 Next, the heat-resistant substrate on which the porous layer was formed was placed on a hot plate (400 ° C.) so that the porous layer faced upward. Next, a first electrode layer-forming coating solution in which 0.1 mol / L of indium chloride and 0.005 mol / L of tin chloride are dissolved in ethanol is sprayed on the heated porous layer by an ultrasonic sprayer. An ITO film (thickness: 500 nm) as one electrode layer was formed.
次に、ヒートシール剤(東洋紡 MD1985)中に、5質量部のシリカ粒子(扶桑化学工業、SP−0.3B(粒径0.3μm))をホモジナイザーにて分散することにより、接着層形成用組成物を得た。次に、上記接着層形成用組成物をPETフィルム(東洋紡E5100 厚み:125μm)上に塗布、風乾させることにより接着層を形成した。
その後、上記第1電極層上に、当該接着層が積層されたPETフィルムを、上記接着層と上記第1電極層とが接するように120℃で貼り合せることにより、耐熱基板付酸化物半導体電極を作製した。
Next, 5 parts by mass of silica particles (Fuso Chemical Co., Ltd., SP-0.3B (particle size: 0.3 μm)) is dispersed in a heat sealant (Toyobo MD1985) with a homogenizer, thereby forming an adhesive layer. A composition was obtained. Next, the adhesive layer-forming composition was applied onto a PET film (Toyobo E5100 thickness: 125 μm) and air-dried to form an adhesive layer.
Thereafter, the PET film in which the adhesive layer is laminated on the first electrode layer is bonded at 120 ° C. so that the adhesive layer and the first electrode layer are in contact with each other, thereby providing an oxide semiconductor electrode with a heat-resistant substrate. Was made.
次に、上記耐熱基板付酸化物半導体電極から、上記耐熱基板を剥離することにより本発明の酸化物半導体電極を得た。 Next, the oxide semiconductor electrode of the present invention was obtained by peeling the heat-resistant substrate from the oxide semiconductor electrode with a heat-resistant substrate.
その後、作製した酸化物半導体電極を用い、実施例1と同様の方法により色素増感型太陽電池を作製した。 Then, the dye-sensitized solar cell was produced by the method similar to Example 1 using the produced oxide semiconductor electrode.
作製した色素増感型太陽電池について、実施例1と同様の方法により変換効率を測定した。その結果、変換効率は6.2%(Isc=15.2mA、Voc=710mV、FF=0.57)であった。 About the produced dye-sensitized solar cell, the conversion efficiency was measured by the same method as Example 1. As a result, the conversion efficiency was 6.2% (Isc = 15.2 mA, Voc = 710 mV, FF = 0.57).
4.比較例2
接着層形成用組成物として、シリカ粒子の分散を行っていないものを用いたこと以外は、実施例2と同様の方法により色素増感型太陽電池を作製した。
4). Comparative Example 2
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 2 except that the composition for forming the adhesive layer was not dispersed silica particles.
作製した色素増感型太陽電池について、実施例1と同様の方法により変換効率の測定を行った。その結果、変換効率は5.5%(Isc=13.2mA、Voc=715mV、FF=0.57)であった。 About the produced dye-sensitized solar cell, the conversion efficiency was measured by the same method as Example 1. As a result, the conversion efficiency was 5.5% (Isc = 13.2 mA, Voc = 715 mV, FF = 0.57).
1、1’ … 基材
1a … 基体
1b … 接着層
2 … 第1電極層
3、3’ … 多孔質層
4 … 光散乱材
5 … 電解質層
6 … 対向基材
7 … 第2電極層
8 … 対電極基材
10、11 … 酸化物半導体電極
20 … 色素増感型太陽電池セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 '... Base material 1a ... Base | substrate 1b ...
Claims (3)
前記基材に光散乱材が含まれていることを特徴とする、酸化物半導体電極。 An oxide semiconductor comprising: a base material; a first electrode layer formed on the base material and made of a metal oxide; and a porous layer formed on the first electrode layer and containing metal oxide semiconductor fine particles. An electrode,
An oxide semiconductor electrode, wherein the base material contains a light scattering material.
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