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JP2009283429A - Porous semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell using the same, and cell structure thereof - Google Patents

Porous semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell using the same, and cell structure thereof Download PDF

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JP2009283429A
JP2009283429A JP2008171308A JP2008171308A JP2009283429A JP 2009283429 A JP2009283429 A JP 2009283429A JP 2008171308 A JP2008171308 A JP 2008171308A JP 2008171308 A JP2008171308 A JP 2008171308A JP 2009283429 A JP2009283429 A JP 2009283429A
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tungsten oxide
porous semiconductor
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Abstract

【課題】色素増感太陽電池のセル構造を提供する。
【解決手段】多孔質半導体電極は可視光応答性の高い酸化タングステンまたは酸化タングステンの複合材。酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材はX線回折法で測定したとき、(1)ピークA(2θ=22.8〜23.4°)、ピークB(2θ=23.4〜23.8°)、ピークC(2θ=24.0〜24.25°)、ピークD(2θ=24.25〜24.5°)の強度比のうち、A/D比とB/D比が0.5〜2.0の範囲、C/D比が0.04〜2.5の範囲、(2)ピークE(2θ=33.85〜34.05°)とピークF(2θ=34.05〜34.25°)の強度比(E/F)が0.1〜2.0の範囲、(3)ピークG(2θ=49.1〜49.7°)とピークH(2θ=49.7〜50.3°)の強度比(G/H)が0.04〜2.0の範囲で、かつ平均粒径(D50)が1〜548nmである。
【選択図】図6
A cell structure of a dye-sensitized solar cell is provided.
A porous semiconductor electrode is tungsten oxide or a composite material of tungsten oxide having high visible light response. When tungsten oxide or tungsten oxide composite was measured by X-ray diffraction method, (1) peak A (2θ = 22.8-23.4 °), peak B (2θ = 23.4-23.8 °), peak C (2θ = 24.0-24.25) °), of the intensity ratio of peak D (2θ = 24.25 to 24.5 °), A / D ratio and B / D ratio range of 0.5 to 2.0, C / D ratio range of 0.04 to 2.5, (2) peak E (2θ = 33.85 to 34.05 °) and peak F (2θ = 34.05 to 34.25 °) intensity ratio (E / F) in the range of 0.1 to 2.0, (3) Peak G (2θ = 49.1 to 49.7 °) and peak The intensity ratio (G / H) of H (2θ = 49.7 to 50.3 °) is in the range of 0.04 to 2.0, and the average particle diameter (D50) is 1 to 548 nm.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は多孔質半導体電極、およびそれを用いた色素増感太陽電池とそのセル構造に関
する。
The present invention relates to a porous semiconductor electrode, a dye-sensitized solar cell using the same, and a cell structure thereof.

一般的な色素増感太陽電池として、金属酸化物の微粒子からなる半導体層の表面に色素を
担持させたものから構成された電極(半導体電極)と、この電極と対向する透明電極(導
電層)と、2つの電極間に介在される液状のキャリア移動層(電解質層)とを備えるもの
が知られている(特許文献1参照)。
As a general dye-sensitized solar cell, an electrode (semiconductor electrode) composed of a semiconductor layer made of fine metal oxide particles having a dye supported thereon, and a transparent electrode (conductive layer) facing the electrode And a liquid carrier transfer layer (electrolyte layer) interposed between two electrodes are known (see Patent Document 1).

この色素増感太陽電池は、以下の過程を経て動作する。すなわち、半導体電極に入射した
光は、半導体電極表面に担持されたルテニウムなどの金属錯体や有機色素に到達し、この
色素を励起する。励起した色素は、速やかに半導体電極へ電子を渡す。一方、電子を失う
ことによって正に帯電した色素は、電解質層から拡散してきたイオンから電子を受け取る
ことによって電気的に中和される。電子を渡したイオンは透明電極に拡散して、電子を受
け取る。この半導体電極とこれに対向する透明電極とを、それぞれ負極および正極とする
ことにより、太陽電池が作動する。
This dye-sensitized solar cell operates through the following process. That is, light incident on the semiconductor electrode reaches a metal complex such as ruthenium or an organic dye supported on the surface of the semiconductor electrode and excites the dye. The excited dye quickly passes electrons to the semiconductor electrode. On the other hand, the positively charged dye by losing electrons is electrically neutralized by receiving electrons from ions diffused from the electrolyte layer. The ions that have passed the electrons diffuse to the transparent electrode and receive the electrons. The solar cell is operated by using the semiconductor electrode and the transparent electrode facing the semiconductor electrode as a negative electrode and a positive electrode, respectively.

この半導体電極として、ナノ結晶からなる多孔質の二酸化チタンや酸化亜鉛などの酸化物
半導体を用いた半導体電極が知られている。また、効率を向上させるために色素の担持量
を増やすべく、多孔質な構造を有する酸化物半導体電極が報告されている。一方、太陽電
池の効率をさらに向上させるためには、励起光に可視光を利用することが期待されており
、可視光応答性を有する半導体を利用する技術も提案されているものの、可視光照射によ
り、効率的な反応を示す材料はいまだ得られていない。
As this semiconductor electrode, a semiconductor electrode using an oxide semiconductor such as porous titanium dioxide or zinc oxide made of nanocrystals is known. In addition, an oxide semiconductor electrode having a porous structure has been reported in order to increase the amount of dye supported in order to improve efficiency. On the other hand, in order to further improve the efficiency of the solar cell, it is expected to use visible light as excitation light, and although a technique using a semiconductor having visible light response has been proposed, visible light irradiation As a result, a material showing an efficient reaction has not been obtained yet.

一方、色素増感太陽電池に対しては、光変換効率を向上させるため、大面積化が図られ、
また、太陽電池の形状にフレキシブル性をもたせた構造のものが知られている。しかしな
がら、太陽電池のセル構造においては、電荷輸送を中継する観点においては電極間のギャ
ップは小さい方が好ましく、上記したような大面積を有する構造や、フレキシブル性を有
する構造の場合、少しの加圧によって半導体電極と対向電極が接して短絡してしまうとい
う問題があった。
特開2002−289268号公報
On the other hand, for dye-sensitized solar cells, in order to improve the light conversion efficiency, the area is increased,
Moreover, the thing of the structure which gave the flexibility to the shape of the solar cell is known. However, in the cell structure of a solar battery, the gap between the electrodes is preferably small from the viewpoint of relaying charge transport. In the case of a structure having a large area as described above or a structure having flexibility, a slight addition is required. There is a problem that the semiconductor electrode and the counter electrode are in contact with each other due to the pressure and short-circuited.
JP 2002-289268 A

本発明の目的は、色素増感太陽電池に用いられる多孔質半導体電極において、高い可視
光応答性を有する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合体を具備する多孔質半導
体電極とそれを用いた色素増感太陽電池を提供することにある。
さらに、色素増感太陽電池における半導体電極と対向電極が外圧によって接触して短絡し
ない、色素増感太陽電池のセル構造を提供する。
An object of the present invention is to provide a porous semiconductor electrode for use in a dye-sensitized solar cell, a porous semiconductor electrode comprising tungsten oxide or a tungsten oxide composite having high visible light response, and a dye-sensitized solar using the same. To provide a battery.
Furthermore, the present invention provides a cell structure of a dye-sensitized solar cell in which a semiconductor electrode and a counter electrode in the dye-sensitized solar cell are not brought into contact with each other by an external pressure and short-circuited.

本発明の一態様に係る多孔質半導体電極は、酸化タングステンまたは酸化タングステン
複合材を具備する多孔質半導体電極であって、前記酸化タングステンまたは酸化タングス
テン複合材が、X線回折法で測定したとき、
(1)2θが22.5〜25°の範囲に第1、第2および第3ピークを有し、かつ
2θが22.8〜23.4°の範囲に存在するピークをA、2θが23.4〜23.8°
の範囲に存在するピークをB、2θが24.0〜24.25°の範囲に存在するピークを
C、2θが24.25〜24.5°の範囲に存在するピークをDとしたとき、前記ピーク
Dに対する前記ピークAの強度比(A/D)、および前記ピークDに対する前記ピークB
の強度比(B/D)がそれぞれ0.5〜2.0の範囲であると共に、前記ピークDに対す
る前記ピークCの強度比(C/D)が0.04〜2.5の範囲であり、(2)2θが33
.85〜34.05°の範囲に存在するピークをE、2θが34.05〜34.25°の
範囲に存在するピークをFとしたとき、前記ピークFに対する前記ピークEの強度比(E
/F)が0.1〜2.0の範囲であり、(3)2θが49.1〜49.7°の範囲に存在
するピークをG、2θが49.7〜50.3°の範囲に存在するピークをHとしたとき、
前記ピークHに対する前記ピークGの強度比(G/H)が0.04〜2.0の範囲であり
、かつ画像解析による平均粒径(D50)が1〜548nmの範囲であることを特徴とし
ている。
A porous semiconductor electrode according to one embodiment of the present invention is a porous semiconductor electrode comprising tungsten oxide or a tungsten oxide composite, and when the tungsten oxide or tungsten oxide composite is measured by an X-ray diffraction method,
(1) A peak having A, 2 and 3 with 2θ in the range of 22.5 to 25 ° and 2θ in the range of 22.8 to 23.4 ° is A and 2θ is 23. .4 to 23.8 °
When the peak existing in the range of B, 2θ is in the range of 24.0 to 24.25 °, C is the peak in the range of 2θ to 24.25 to 24.5 °, and D is the peak Intensity ratio (A / D) of the peak A to the peak D, and the peak B to the peak D
Intensity ratio (B / D) of each of these is in the range of 0.5 to 2.0, and the intensity ratio of peak C to peak D (C / D) is in the range of 0.04 to 2.5. (2) 2θ is 33
. When the peak existing in the range of 85 to 34.05 ° is E and the peak existing in the range of 24.0 is 34.05 to 34.25 ° is F, the intensity ratio of the peak E to the peak F (E
/ F) is in the range of 0.1 to 2.0, and (3) G 2θ is in the range of 49.7 to 50.3 °, and 2θ is in the range of 49.1 to 49.7 °. When the peak existing in H is H,
The intensity ratio (G / H) of the peak G to the peak H is in the range of 0.04 to 2.0, and the average particle diameter (D50) by image analysis is in the range of 1 to 548 nm. Yes.

本発明の色素増感太陽電池は、本発明の態様に係る多孔質半導体電極を具備することを
特徴としている。
The dye-sensitized solar cell of the present invention includes the porous semiconductor electrode according to the aspect of the present invention.

本発明の色素増感太陽電池のセル構造は、少なくとも透明基板上に透明電極層、多孔質
半導体層を順に積層し、前記半導体に色素を吸着させてなるn型半導体電極と、少なくと
も透明基板上に透明電極層、導電性触媒層を具備する対向電極と、前記n型半導体電極と
、前記対向電極との間に電解質組成物層とを具備し、前記対向電極の導電膜上に高分子か
らなる柱を具備することを特徴としている。
The cell structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention includes an n-type semiconductor electrode in which a transparent electrode layer and a porous semiconductor layer are sequentially laminated on at least a transparent substrate, and the dye is adsorbed on the semiconductor, and at least on the transparent substrate A transparent electrode layer, a counter electrode having a conductive catalyst layer, an n-type semiconductor electrode, and an electrolyte composition layer between the counter electrode, and a polymer on the conductive film of the counter electrode. It comprises the pillar which becomes.

本発明の態様に係る多孔質半導体電極によれば、酸化タングステンまたは酸化タングス
テン複合材の結晶構造および平均粒径に基づいて可視光応答性を向上並びに安定させるこ
とができる。従って、そのような多孔質半導体電極を用いることによって、可視光応答性
に優れる色素増感太陽電池を提供することが可能となる。
さらに本発明の太陽に係る色素増感太陽電池のセル構造によれば、n型半導体電極と対
向電極の短絡を防ぐことが可能となる。
According to the porous semiconductor electrode according to the aspect of the present invention, the visible light responsiveness can be improved and stabilized based on the crystal structure and the average particle diameter of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite material. Therefore, by using such a porous semiconductor electrode, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell excellent in visible light responsiveness.
Furthermore, according to the cell structure of the dye-sensitized solar cell according to the present invention, it is possible to prevent a short circuit between the n-type semiconductor electrode and the counter electrode.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の実施形態による多孔質
半導体電極は酸化タングステンまたは酸化タングステン複合体を具備する。多孔質半導体
電極を構成する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合体は、X線回折法で測定し
たときに下記の(1)〜(3)の条件を満足し、かつ画像解析による平均粒径(D50)
が1〜548nmの範囲である。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. A porous semiconductor electrode according to an embodiment of the present invention includes tungsten oxide or a tungsten oxide composite. The tungsten oxide or the tungsten oxide composite constituting the porous semiconductor electrode satisfies the following conditions (1) to (3) when measured by the X-ray diffraction method, and the average particle diameter (D50) by image analysis:
Is in the range of 1 to 548 nm.

(1)X線回折チャートにおいて、2θが22.5〜25°の範囲に第1ピーク(全ピ
ークのうち強度が最大の回折ピーク)、第2ピーク(強度が2番目に大きい回折ピーク)
、および第3ピーク(強度が3番目に大きい回折ピーク)を有する。さらに、2θが22
.8〜23.4°の範囲に存在するピークをA、2θが23.4〜23.8°の範囲に存
在するピークをB、2θが24.0〜24.25°の範囲に存在するピークをC、2θが
24.25〜24.5°の範囲に存在するピークをDとしたとき、ピークDに対するピー
クAの強度比(A/D)、およびピークDに対するピークBの強度比(B/D)がそれぞ
れ0.5〜2.0の範囲であり、かつピークDに対するピークCの強度比(C/D)が0
.04〜2.5の範囲である。
(1) In the X-ray diffraction chart, the first peak (diffraction peak having the highest intensity among all peaks) and the second peak (diffraction peak having the second highest intensity) in the range of 2θ of 22.5 to 25 °
And a third peak (diffraction peak with the third highest intensity). Furthermore, 2θ is 22
. A peak that exists in the range of 8 to 23.4 ° is A, a peak that is in the range of 23.4 to 23.8 ° is B, and a peak that is in the range of 24.0 to 24.25 ° is B 2θ. , Where C and 2θ are in the range of 24.25 to 24.5 °, where D is the intensity ratio of peak A to peak D (A / D) and the intensity ratio of peak B to peak D (B / D) is in the range of 0.5 to 2.0, and the intensity ratio of peak C to peak D (C / D) is 0.
. It is in the range of 04 to 2.5.

(2)X線回折チャートにおいて、33.85〜34.05°の範囲に存在するピーク
をE、2θが34.05〜34.25°の範囲に存在するピークをFとしたとき、ピーク
Fに対するピークEの強度比(E/F)が0.1〜2.0の範囲である。
(2) In the X-ray diffraction chart, when the peak existing in the range of 33.85 to 34.05 ° is E and the peak existing in the range of 24.0 to 34.05 to 34.25 ° is F, the peak F The intensity ratio (E / F) of the peak E with respect to is in the range of 0.1 to 2.0.

(3)X線回折チャートにおいて、49.1〜49.7°の範囲に存在するピークをG
、2θが49.7〜50.3°の範囲に存在するピークをHとしたとき、ピークHに対す
るピークGの強度比(G/H)が0.04〜2.0の範囲である。
(3) In the X-ray diffraction chart, the peak existing in the range of 49.1 to 49.7 ° is represented by G
When the peak of 2θ in the range of 49.7 to 50.3 ° is H, the intensity ratio (G / H) of the peak G to the peak H is in the range of 0.04 to 2.0.

X線回折の測定および解析について説明する。X線回折測定はCuターゲット、Niフ
ィルタを使用して行い、解析が処理条件の違いの影響を受けないように、平滑化処理とバ
ックグラウンド除去のみを行い、Kα2除去を行わずにピーク強度の測定を行うものとす
る。ここで、X線回折チャートのそれぞれの2θ範囲内でのピーク強度の読み取り方は、
山が明確な場合にはその範囲内での山の高い位置をピークとし、その高さを読み取るもの
とする。山が明確でないが肩がある場合には、肩の部分をその範囲内のピークとし、肩の
部分の高さを読み取るものとする。山や肩がない勾配の場合には、その範囲の中間での高
さを読み取って、その範囲内のピーク強度と見なすものとする。
The measurement and analysis of X-ray diffraction will be described. X-ray diffraction measurement is performed using a Cu target and Ni filter, and only the smoothing process and background removal are performed so that the analysis is not affected by the difference in processing conditions, and the peak intensity is removed without performing Kα2 removal. Measurement shall be performed. Here, how to read the peak intensity within each 2θ range of the X-ray diffraction chart is:
When the mountain is clear, the peak of the mountain within the range is taken as the peak, and the height is read. When the mountain is not clear but there is a shoulder, the shoulder portion is regarded as a peak within the range, and the height of the shoulder portion is read. When the slope has no peaks or shoulders, the height in the middle of the range is read and regarded as the peak intensity within the range.

図1は酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材のX線回折結果の一例として、
後述する比較例1の酸化タングステン粉末のX線回折チャートを示している。図2は2θ
が22.5〜25°の範囲を拡大して示す図であり、ピークA〜Dの例を示している。図
3はピークE〜Fの例を示している。図4はピークG〜Hの例を示している。図5は図2
と同様に2θが22.5〜25°の範囲を拡大して示す図であり、図2とは別のパターン
の場合のピークCの読み取り方について示したものである。
FIG. 1 shows an example of an X-ray diffraction result of tungsten oxide or a tungsten oxide composite material.
The X-ray-diffraction chart of the tungsten oxide powder of the comparative example 1 mentioned later is shown. 2 shows 2θ
Is an enlarged view of the range of 22.5 to 25 °, showing examples of peaks A to D. FIG. 3 shows an example of the peaks E to F. FIG. 4 shows an example of peaks GH. 5 is shown in FIG.
2 is an enlarged view of the range of 2θ to 22.5 to 25 °, and shows how to read peak C in the case of a pattern different from FIG.

上記した(1)〜(3)の条件を満足する酸化タングステンまたは酸化タングステン複
合材は、酸化タングステンが三酸化タングステンであり、単斜晶および三斜晶から選ばれ
る少なくとも1種と斜方晶とを含む混晶であると推定される。単斜晶、三斜晶、または単
斜晶と三斜晶との混晶が主として存在し、これに斜方晶が含まれた状態であると推定され
る。このような結晶構造を有する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は、優
れた可視光応答性を安定して発揮させることができる。各結晶相の存在比率を同定するこ
とは困難であるものの、(1)〜(3)の条件を満足する場合には酸化タングステンまた
は酸化タングステン複合材の可視光応答性を高めることができ、かつそのような性能を安
定して発揮させることが可能となる。
In the tungsten oxide or tungsten oxide composite material that satisfies the above conditions (1) to (3), the tungsten oxide is tungsten trioxide, and at least one selected from monoclinic and triclinic crystals and orthorhombic crystals, It is estimated that it is a mixed crystal containing. A monoclinic crystal, a triclinic crystal, or a mixed crystal of a monoclinic crystal and a triclinic crystal is mainly present, and it is presumed that an orthorhombic crystal is included in the mixed crystal. The tungsten oxide or the tungsten oxide composite material having such a crystal structure can stably exhibit excellent visible light responsiveness. Although it is difficult to identify the abundance ratio of each crystal phase, when the conditions (1) to (3) are satisfied, the visible light responsiveness of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite can be improved, and Such performance can be exhibited stably.

条件(1)における第1、第2および第3ピークの2θ範囲(22.5〜25°)と、
それぞれの2θ範囲に存在するピーク(ピークA、ピークB、ピークC、ピークD)の強
度比は、上述した混晶が生じていることの前提となる。第1、第2および第3ピークが2
2.5〜25°の2θ範囲から外れた場合には異相が出現していることを意味し、上述し
た混晶状態を得ることができない。
2θ range (22.5 to 25 °) of the first, second and third peaks in condition (1),
The intensity ratio of the peaks (peak A, peak B, peak C, peak D) existing in each 2θ range is a premise that the above-described mixed crystal is generated. 1st, 2nd and 3rd peaks are 2
When it deviates from the 2θ range of 2.5 to 25 °, it means that a heterogeneous phase appears, and the mixed crystal state described above cannot be obtained.

A/D比およびB/D比が0.5未満または2.0を超えた場合には、単斜晶および三
斜晶から選ばれる少なくとも1種と斜方晶とのバランスが低下し、十分な可視光応答性を
得ることができない。A/D比およびB/D比はそれぞれ0.7〜2.0の範囲であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは0.7〜1.5の範囲である。A/D比およびB/D比
はそれぞれ0.7〜1.3の範囲であることが望ましい。
When the A / D ratio and B / D ratio are less than 0.5 or more than 2.0, the balance between at least one selected from monoclinic crystals and triclinic crystals and orthorhombic crystals is lowered, and sufficient Visible light response cannot be obtained. The A / D ratio and B / D ratio are each preferably in the range of 0.7 to 2.0, and more preferably in the range of 0.7 to 1.5. The A / D ratio and the B / D ratio are each preferably in the range of 0.7 to 1.3.

条件(1)におけるピークC、ピークDおよびC/D比、条件(2)におけるピークE
、ピークFおよびE/F比、条件(3)におけるピークG、ピークHおよびG/H比は、
いずれも酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の結晶構造が単斜晶および三斜
晶から選ばれる少なくとも1種、あるいはそれに斜方晶が混入した混晶であること、さら
には斜方晶の混入量を示している。C/D比が0.04未満の場合、E/F比が0.1未
満の場合、G/H比が0.04未満の場合には単一の相であったり、あるいは斜方晶が出
現していないと推定される。C/D比が2.5を超える場合、E/F比が2.0を超える
場合、G/H比が2.0を超える場合には単一の相であったり、斜方晶の量が過剰になっ
ていると推定される。いずれの場合にも十分な可視光応答性を得ることができない。
Peak C, peak D and C / D ratio in condition (1), peak E in condition (2)
, Peak F and E / F ratio, peak G, peak H and G / H ratio in condition (3) are
In any case, the crystal structure of tungsten oxide or tungsten oxide composite is at least one selected from monoclinic and triclinic crystals, or a mixed crystal in which orthorhombic crystals are mixed. Show. When the C / D ratio is less than 0.04, when the E / F ratio is less than 0.1, when the G / H ratio is less than 0.04, there is a single phase, or orthorhombic crystals Presumed not to appear. When the C / D ratio exceeds 2.5, when the E / F ratio exceeds 2.0, when the G / H ratio exceeds 2.0, it is a single phase or the amount of orthorhombic crystals Is estimated to be excessive. In any case, sufficient visible light responsiveness cannot be obtained.

条件(1)におけるC/D比は0.5〜2.5の範囲であることが好ましく、さらに好
ましくは0.5〜1.5の範囲である。C/D比は0.7〜1.1の範囲であることが望
ましい。条件(2)におけるE/F比は0.5〜2.0の範囲であることが好ましく、さ
らに好ましくは0.5〜1.5の範囲である。E/F比は0.7〜1.1の範囲であるこ
とが望ましい。条件(3)におけるG/H比は0.2〜2.0の範囲であることが好まし
く、さらに好ましくは0.2〜1.5の範囲である。G/H比は0.4〜1.1の範囲で
あることが望ましい。このような条件を満足させることによって、酸化タングステンまた
は酸化タングステン複合材の可視光応答性をより再現性よく向上させることが可能となる
The C / D ratio in condition (1) is preferably in the range of 0.5 to 2.5, more preferably in the range of 0.5 to 1.5. The C / D ratio is preferably in the range of 0.7 to 1.1. The E / F ratio in the condition (2) is preferably in the range of 0.5 to 2.0, more preferably in the range of 0.5 to 1.5. The E / F ratio is preferably in the range of 0.7 to 1.1. The G / H ratio in condition (3) is preferably in the range of 0.2 to 2.0, more preferably in the range of 0.2 to 1.5. The G / H ratio is desirably in the range of 0.4 to 1.1. By satisfying such a condition, the visible light response of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite can be improved with high reproducibility.

この実施形態の酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の可視光応答性は、上
述した結晶構造のみで高めることができるものではない。すなわち、条件(1)〜(3)
を満足し、かつ平均粒径が1〜548nmの範囲の酸化タングステンまたは酸化タングス
テン複合材を用いることで、優れた可視光応答性を有する多孔質半導体電極を得ることが
可能となる。ここで、平均粒径はSEMやTEM等の写真の画像解析から、n=50個以
上の粒子の平均粒径(D50)により求めるものとする。
The visible light responsiveness of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite of this embodiment cannot be improved only by the above-described crystal structure. That is, conditions (1) to (3)
And a porous semiconductor electrode having excellent visible light responsiveness can be obtained by using tungsten oxide or a tungsten oxide composite material having an average particle diameter in the range of 1 to 548 nm. Here, the average particle diameter is determined from the average particle diameter (D50) of n = 50 or more from image analysis of photographs such as SEM and TEM.

多孔質半導体の光応答性は、その比表面積が大きく、すなわち粒径が小さい方が高くな
る。また、色素増感型太陽電池などに用いる場合、色素を付着させる。付着した色素の量
が多いほど、光反応性が高くなるため、多孔質半導体の比表面積が大きいと、付着量を多
くすることができ、高い性能を得ることができる。従って、平均粒径が548nmを超え
る場合には、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材が条件(1)〜(3)を満
足していても、十分な可視光応答性を得ることはできない。酸化タングステンまたは酸化
タングステン複合材の平均粒径が1nm未満の場合には、原料粉末の平均粒径が小さすぎ
ることを意味し、粉末としての取扱い性が劣ることから実用性が低下する。
The photoresponsiveness of the porous semiconductor is higher when the specific surface area is larger, that is, when the particle size is smaller. Moreover, when using for a dye-sensitized solar cell etc., a pigment | dye is made to adhere. The greater the amount of attached dye, the higher the photoreactivity. Therefore, if the specific surface area of the porous semiconductor is large, the amount of adhesion can be increased and high performance can be obtained. Therefore, when the average particle diameter exceeds 548 nm, sufficient visible light responsiveness cannot be obtained even if the tungsten oxide or the tungsten oxide composite satisfies the conditions (1) to (3). When the average particle size of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite is less than 1 nm, it means that the average particle size of the raw material powder is too small, and the practicality is lowered because the handleability as a powder is inferior.

酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の画像解析による平均粒径は2.5〜
75nmの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは5.5〜51nmの範囲である
。また、BET比表面積は1.5〜820m2/gの範囲であることが好ましく、11〜
300m2/gの範囲であることがさらに好ましい。さらに好ましくは16〜150m2
gの範囲である。
Average particle size by image analysis of tungsten oxide or tungsten oxide composite is 2.5-
It is preferably in the range of 75 nm, more preferably in the range of 5.5 to 51 nm. The BET specific surface area is preferably in the range of 1.5 to 820 m 2 / g.
More preferably, it is in the range of 300 m 2 / g. More preferably 16 to 150 m 2 /
The range of g.

酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を多孔質半導体として適用する場合、溶
媒に酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の微粒子を分散させてスラリーとし
て電極基材に塗布を行う。本発明の電極基材の基板は特に制限されないが、ガラス基板、
プラスティック基板などの透明基材が用いられる。プラスティック基板については、プラ
スティックフィルム、例えばポリメチルメタクリエート、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロースなどを用いること
ができるが、絶縁性と透明性を有するものが好ましい。太陽光に直接触れることを考えれ
ば、環境、寿命の観点から耐光性、耐熱性のある材質であることが好ましい。また、入射
光を効率的に利用するためには、電極層が積層されていない側に反射防止膜などを形成し
てもよい。
In the case of applying tungsten oxide or a tungsten oxide composite as a porous semiconductor, fine particles of tungsten oxide or a tungsten oxide composite are dispersed in a solvent and applied as a slurry to an electrode substrate. The substrate of the electrode base material of the present invention is not particularly limited, but a glass substrate,
A transparent substrate such as a plastic substrate is used. For plastic substrates, plastic films such as polymethyl methacrylate, polycarbonate, polystyrene, polyethylene sulfide, polyethersulfone, polyolefin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, triacetylcellulose, etc. can be used, but insulation and transparency Those having the following are preferred. Considering direct contact with sunlight, a material having light resistance and heat resistance is preferable from the viewpoint of environment and life. In order to efficiently use incident light, an antireflection film or the like may be formed on the side where the electrode layer is not laminated.

電極層は、前述した透明基板上に設けられた透明導電膜を介して光受光面側に設けられる
。透明導電膜としては、可視光領域の吸収が少なく、かつ導電性を有するものが好ましい
。このような透明導電膜としては、フッ素あるいはインジウムなどがドープされた酸化ス
ズ膜、酸化亜鉛膜などを用いることが好ましい。この透明導電膜上に本発明による酸化タ
ングステンまたは酸化タングステン複合材を具備する多孔質半導体電極層を設ける。多孔
質半導体電極層の形成方法としては特に制限されないが、本発明による酸化タングステン
または酸化タングステン複合材を具備するスラリーやペーストなどを塗布する方法、スク
リーン印刷などの印刷による方法、または本発明による酸化タングステンまたは酸化タン
グステン複合材を具備するフィルムを貼り付けるなどの方法が用いられる。
The electrode layer is provided on the light receiving surface side through the transparent conductive film provided on the transparent substrate described above. As the transparent conductive film, one having little absorption in the visible light region and having conductivity is preferable. As such a transparent conductive film, it is preferable to use a tin oxide film or a zinc oxide film doped with fluorine or indium. A porous semiconductor electrode layer comprising tungsten oxide or a tungsten oxide composite material according to the present invention is provided on the transparent conductive film. The method for forming the porous semiconductor electrode layer is not particularly limited, but a method of applying a slurry or paste comprising tungsten oxide or a tungsten oxide composite according to the present invention, a method by printing such as screen printing, or an oxidation according to the present invention. A method such as attaching a film including tungsten or a tungsten oxide composite is used.

前記したスラリー、ペースト、またはフィルムなどを製造する際に、酸化タングステン微
粒子または酸化タングステン複合材の粒径が小さすぎると粒子の分散性が低下することに
より、分散性が安定した均一なスラリー、ペーストなどの塗布液あるいはフィルムを作製
することが難しくなる。このような点を改善するためには、平均粒径が8.2nm以上の
酸化タングステン微粒子または酸化タングステン複合材を用いることが好ましい。また、
多孔質半導体形成後、表面に吸着する色素の量を制御する観点から、スラリー、ペースト
、またはフィルムにおける酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の粒径を適切
なものとするの同時に、含有量(濃度)も適宜制御される。
When manufacturing the above-described slurry, paste, film, etc., if the particle size of the tungsten oxide fine particles or the tungsten oxide composite is too small, the dispersibility of the particles decreases, so that the uniform slurry, paste with stable dispersibility It becomes difficult to produce a coating solution or a film. In order to improve such a point, it is preferable to use tungsten oxide fine particles or tungsten oxide composites having an average particle diameter of 8.2 nm or more. Also,
From the viewpoint of controlling the amount of the dye adsorbed on the surface after the formation of the porous semiconductor, the particle size of the tungsten oxide or tungsten oxide composite in the slurry, paste, or film is made appropriate, and at the same time, the content (concentration) Are also appropriately controlled.

上述したように、この実施形態による多孔質半導体電極は、X線回折結果に基づく条件
(1)〜(3)で示される結晶構造と、1〜548nmの範囲の平均粒径(D50)とを
有する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を具備するものである。このよう
な条件を満足する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を使用することによっ
て、可視光応答性を向上させた多孔質半導体電極を提供することが可能となる。
As described above, the porous semiconductor electrode according to this embodiment has the crystal structure represented by the conditions (1) to (3) based on the X-ray diffraction results and the average particle diameter (D50) in the range of 1 to 548 nm. It has a tungsten oxide or a tungsten oxide composite material. By using tungsten oxide or a tungsten oxide composite material that satisfies such conditions, it is possible to provide a porous semiconductor electrode with improved visible light responsiveness.

多孔質半導体電極を構成する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は、微
量の不純物としての金属元素を含有していてもよい。不純物元素としての金属元素の含有
量は10質量%以下であることが好ましい。さらに、酸化タングステンまたは酸化タング
ステン複合材の色調の変化を抑制する上で、不純物金属元素の含有量は2質量%以下とす
ることが望ましい。不純物金属元素としては、タングステン鉱石中に一般的に含まれる元
素や原料として使用するタングステン化合物等を製造する際に混入する汚染元素等があり
、例えばFe、Mo、Mn、Cu、Ti、Al、Ca、Ni、Cr、Mg等が挙げられる
The tungsten oxide or the tungsten oxide composite material constituting the porous semiconductor electrode may contain a metal element as a trace amount of impurities. The content of the metal element as the impurity element is preferably 10% by mass or less. Furthermore, in order to suppress a change in color tone of tungsten oxide or a tungsten oxide composite material, the content of the impurity metal element is desirably 2% by mass or less. Examples of the impurity metal element include elements generally contained in tungsten ore and contaminating elements mixed when producing a tungsten compound used as a raw material. For example, Fe, Mo, Mn, Cu, Ti, Al, Ca, Ni, Cr, Mg, etc. are mentioned.

また、この実施形態による多孔質半導体電極において、多孔質半導体は前記酸化タング
ステンまたは酸化タングステン複合材を1質量%以上100質量%以下具備していること
が好ましい。
In the porous semiconductor electrode according to this embodiment, the porous semiconductor preferably comprises 1% by mass or more and 100% by mass or less of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite material.

この実施形態による多孔質半導体電極によれば、具備する酸化タングステンまたは酸化
タングステン複合材の結晶構造が制御されていることに加えて、平均粒径が小さく、大き
な比表面積を有するため、可視光応答性が高いばかりでなく、色素を吸着した場合、多量
の色素を吸着することが可能となり、より高い可視光応答性を得ることが可能となる。
According to the porous semiconductor electrode according to this embodiment, in addition to the controlled crystal structure of the tungsten oxide or tungsten oxide composite material, the average particle size is small and the specific surface area is large. In addition to high performance, when a dye is adsorbed, a large amount of dye can be adsorbed, and higher visible light responsiveness can be obtained.

本実施形態による酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は可視光応答性に優
れている。ここで、可視光とは波長が380〜830nmの領域の光を示す。この実施形
態の酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を照射する光源としては、太陽光、
蛍光灯、白色LED、電球、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の一般照明や、青色発光
ダイオード、青色レーザ等による光源が挙げられる。
The tungsten oxide or the tungsten oxide composite material according to this embodiment is excellent in visible light responsiveness. Here, visible light refers to light having a wavelength range of 380 to 830 nm. As a light source for irradiating the tungsten oxide or the tungsten oxide composite material of this embodiment, sunlight,
Examples include general illumination such as fluorescent lamps, white LEDs, light bulbs, halogen lamps, and xenon lamps, and light sources such as blue light emitting diodes and blue lasers.

上述した実施形態の多孔質半導体電極を構成する酸化タングステンまたは酸化タングス
テン複合材は、例えば以下のようにして作製される。酸化タングステンまたは酸化タング
ステン複合材は昇華工程を適用して作製される。また、昇華工程に熱処理工程を組合せる
ことも有効である。昇華工程もしくは昇華工程と熱処理工程との組合せを適用して作製し
た酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材の微粒子によれば、上述した結晶構造
や平均粒径を安定して実現することができる。
The tungsten oxide or the tungsten oxide composite material that constitutes the porous semiconductor electrode of the above-described embodiment is produced, for example, as follows. Tungsten oxide or a tungsten oxide composite material is manufactured by applying a sublimation process. It is also effective to combine a heat treatment process with a sublimation process. According to the fine particles of tungsten oxide or tungsten oxide composite material produced by applying a sublimation process or a combination of a sublimation process and a heat treatment process, the above-described crystal structure and average particle diameter can be stably realized.

昇華工程でタングステン原料を酸素雰囲気中で昇華させる方法としては、誘導結合型プ
ラズマ処理、アーク放電処理、レーザ処理、電子線処理、およびガスバーナー処理から選
ばれる少なくとも1種の処理が挙げられる。これらのうち、レーザ処理や電子線処理では
レーザまたは電子線を照射して昇華工程を行う。レーザや電子線は照射スポット径が小さ
いため、一度に大量の原料を処理するためには時間がかかるものの、原料粉の粒径や供給
量の安定性を厳しく制御する必要がないという長所がある。
Examples of the method for sublimating the tungsten raw material in the oxygen atmosphere in the sublimation process include at least one treatment selected from inductively coupled plasma treatment, arc discharge treatment, laser treatment, electron beam treatment, and gas burner treatment. Among these, in laser processing or electron beam processing, a sublimation process is performed by irradiating a laser or electron beam. Lasers and electron beams have a small irradiation spot diameter, so it takes time to process a large amount of raw materials at once, but there is an advantage that it is not necessary to strictly control the stability of the raw material particle size and supply amount. .

誘導結合型プラズマ処理やアーク放電処理は、プラズマやアーク放電の発生領域の調整
が必要であるものの、一度に大量の原料粉を酸素雰囲気中で酸化反応させることができる
。また、一度に処理できる原料の量を制御することができる。ガスバーナー処理は動力費
が比較的安いものの、原料粉や原料溶液を多量に処理することが難しい。このため、ガス
バーナー処理は生産性の点で劣るものである。なお、ガスバーナー処理は昇華させるのに
十分なエネルギーを有するものであればよく、特に限定されるものではない。プロパンガ
スバーナーやアセチレンガスバーナー等が用いられる。
Inductively coupled plasma treatment and arc discharge treatment require adjustment of the plasma and arc discharge generation region, but a large amount of raw material powder can be oxidized at a time in an oxygen atmosphere. In addition, the amount of raw material that can be processed at one time can be controlled. Although the gas burner treatment is relatively inexpensive, it is difficult to treat a large amount of raw material powder or raw material solution. For this reason, the gas burner treatment is inferior in terms of productivity. The gas burner treatment is not particularly limited as long as it has sufficient energy for sublimation. A propane gas burner or an acetylene gas burner is used.

一方、本発明の実施形態における酸化タングステン複合材は、上記したような製造方法
により作製された酸化タングステン微粒子と、他の元素単体、あるいは他の元素の化合物
と混合した形態、他の元素と複合酸化物などの化合物等を形成した形態で存在したもので
ある。また、上記した製造方法において、酸化タングステンを他の元素と同時に処理を行
うことで、酸化タングステンと他の元素との複合酸化物などの化合物を形成した複合材の
微粒子を形成することができる。
On the other hand, the tungsten oxide composite material according to the embodiment of the present invention is a composite of tungsten oxide fine particles produced by the above-described manufacturing method and another element alone or a compound of another element, and other elements. It exists in a form in which a compound such as an oxide is formed. In the manufacturing method described above, by treating tungsten oxide simultaneously with another element, fine particles of a composite material in which a compound such as a composite oxide of tungsten oxide and another element is formed can be formed.

酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は可視光応答性の向上のために、遷移
金属元素を含んでいてもよい。遷移金属元素の含有量は0.01質量%以上50質量%以
下とすることが好ましい。遷移金属元素の含有量が50質量%を超えると、可視光応答性
が低下するおそれがある。遷移金属元素の含有量は10質量%以下とすることが好ましく
、さらに好ましくは2質量%以下である。遷移金属元素とは原子番号21〜29、39〜
47、57〜79、89〜109の元素であり、これらのうちでもTi、Fe、Cu、Z
r、AgおよびPtから選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。遷移金属元素
の含有形態は金属、酸化物、複合酸化物、化合物等であり、混合あるいは担持させてもよ
い。また、タングステンと化合物を形成していてもよい。
The tungsten oxide or the tungsten oxide composite material may contain a transition metal element in order to improve visible light response. The transition metal element content is preferably 0.01% by mass or more and 50% by mass or less. When the content of the transition metal element exceeds 50% by mass, the visible light response may be lowered. The content of the transition metal element is preferably 10% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. Transition metal elements are atomic numbers 21-29, 39-
47, 57-79, 89-109, and among these, Ti, Fe, Cu, Z
It is preferable to use at least one selected from r, Ag and Pt. Transition metal elements are contained in the form of metal, oxide, composite oxide, compound, etc., and may be mixed or supported. Further, a compound with tungsten may be formed.

この実施形態の酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は、そのままで多孔質
半導体として用いてもよいし、あるいは他の材料と混合、担持、含浸させる等して得られ
る粉末(もしくは粉末以外の形態の物質)を多孔質半導体として用いることも可能である
。この実施形態の多孔質半導体電極において、酸化タングステンまたは酸化タングステン
複合材を1〜100質量%の範囲で含有する。酸化タングステンまたは酸化タングステン
複合材の含有量は所望の特性に応じて適宜に選択されるが、1質量%未満では電極として
の性能を十分に得ることができない。また、多孔質半導体電極は酸化タングステンまたは
酸化タングステン複合材とともに、二酸化チタンを具備してもよい。
The tungsten oxide or tungsten oxide composite material of this embodiment may be used as it is as a porous semiconductor, or a powder (or a substance in a form other than powder) obtained by mixing, carrying, impregnating with other materials. ) Can also be used as a porous semiconductor. The porous semiconductor electrode of this embodiment contains tungsten oxide or a tungsten oxide composite in the range of 1 to 100% by mass. The content of tungsten oxide or tungsten oxide composite is appropriately selected according to the desired characteristics, but if it is less than 1% by mass, sufficient performance as an electrode cannot be obtained. The porous semiconductor electrode may comprise titanium dioxide together with tungsten oxide or a tungsten oxide composite.

この実施形態による多孔質半導体電極は、前述した酸化タングステンまたは酸化タング
ステン複合材を透明電極層を形成した透明基板上に多孔質半導体層として形成したのち、
その表面に色素を吸着させることにより得られる。吸着される色素としては、例えば、ル
テニウム・トリス型の遷移金属錯体、ルテニウム−ビス型の遷移金属錯体、オスミウム−
トリス型の遷移金属錯体、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、ルテニウム−シス−ジア
クア−ビピリジル錯体、フタロシアニン及びポルフィリンなどを挙げることができる。
After the porous semiconductor electrode according to this embodiment is formed as a porous semiconductor layer on the transparent substrate on which the above-described tungsten oxide or tungsten oxide composite material is formed,
It is obtained by adsorbing the dye on the surface. Examples of the dye to be adsorbed include a ruthenium tris type transition metal complex, a ruthenium-bis type transition metal complex, and an osmium-
A tris type transition metal complex, an osmium-bis type transition metal complex, a ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complex, a phthalocyanine, a porphyrin, and the like can be given.

この実施形態による多孔質半導体電極は平均粒径が小さく、比表面積が大きいため、色
素を多く吸着することが可能である。また酸化タングステンまたは酸化タングステン複合
体の表面に、単分子吸着した色素の表面を、樹脂状構造のように自己相似性を有したフラ
クタル形状とし、さらに吸着量を増加させることもできる。
Since the porous semiconductor electrode according to this embodiment has a small average particle diameter and a large specific surface area, it can adsorb a large amount of dye. Further, the surface of the dye adsorbed on a single molecule on the surface of tungsten oxide or a tungsten oxide complex can be formed into a fractal shape having self-similarity like a resinous structure, and the amount of adsorption can be further increased.

この実施形態による色素増感太陽電池は、前述した多孔質半導体電極と、前記半導体電
極に離間対向して配置された、表面に導電膜を有する対向基板と、前記多孔質半導体電極
と導電膜とに挟持され、この間の電荷輸送を中継する電解質組成物を具備している。
The dye-sensitized solar cell according to this embodiment includes the above-described porous semiconductor electrode, a counter substrate disposed on the surface of the semiconductor electrode so as to be spaced apart from the semiconductor electrode, the porous semiconductor electrode, and the conductive film. And an electrolyte composition that relays charge transport therebetween.

対向基板は、可視光領域の吸収が少なく、かつ導電性を有することが好ましい。特に酸
化スズ膜、フッ素がドープされた酸化スズ膜、酸化亜鉛膜などを用いることが好ましく用
いられる。対向基板には、白金またはカーボンが付着していることが好ましい。白金は、
電気化学的またはスパッタリングなどにより対向基板に付着させることができる。対向基
板の表面に設けられる導電膜は、例えば、白金、金、および銀のような金属、あるいはカ
ーボンから形成することができる。電解液に対する耐久性を考慮すると、白金が特に好ま
しい。
It is preferable that the counter substrate has little absorption in the visible light region and has conductivity. In particular, it is preferable to use a tin oxide film, a tin oxide film doped with fluorine, a zinc oxide film, or the like. It is preferable that platinum or carbon is attached to the counter substrate. Platinum is
It can be attached to the counter substrate by electrochemical or sputtering. The conductive film provided on the surface of the counter substrate can be formed of, for example, a metal such as platinum, gold, and silver, or carbon. In view of durability against the electrolytic solution, platinum is particularly preferable.

前述した多孔質半導体電極と対向基板の導電膜に電解質組成物を挟持する。注入された
電解質組成物はn型半導体電極中の細孔に保持されるとともにn型半導体電極と対向電極
との間に介在する。色素増感太陽電池において、ガラス基板側から光が入射されると、ま
ずn型半導体電極の表面に吸着されている色素が入射光を吸収して励起され、励起した色
素がn型半導体電極へ電子を渡すとともに、電解質組成物にホールを渡すことによって光
電変換が行われる。
The electrolyte composition is sandwiched between the above-described porous semiconductor electrode and the conductive film of the counter substrate. The injected electrolyte composition is held in the pores in the n-type semiconductor electrode and is interposed between the n-type semiconductor electrode and the counter electrode. In the dye-sensitized solar cell, when light is incident from the glass substrate side, the dye adsorbed on the surface of the n-type semiconductor electrode is first excited by absorbing the incident light, and the excited dye enters the n-type semiconductor electrode. Photoelectric conversion is performed by passing electrons and passing holes to the electrolyte composition.

電解質組成物は、可逆的な酸化還元対を含むことが好ましい。可逆的な酸化還元対は、例
えば、ヨウ素(I)とヨウ化物との混合物、ヨウ化物、臭化物、ハイドロキノン、およ
びTCNQ錯体等から供給することができる。特に、ヨウ素とヨウ化物との混合物から供
給されるIとI とからなる酸化還元対が好ましい。
The electrolyte composition preferably includes a reversible redox couple. The reversible redox couple can be supplied from, for example, a mixture of iodine (I 2 ) and iodide, iodide, bromide, hydroquinone, TCNQ complex, and the like. In particular, a redox pair consisting of I and I 3 supplied from a mixture of iodine and iodide is preferable.

上述したような酸化還元対は、後述する色素の酸化電位よりも0.1〜0.6V小さい
酸化還元電位を示すことが望ましい。色素の酸化電位よりも0.1〜0.6V小さい酸化
還元電位を示す酸化還元対は、例えば、Iのような還元種が、酸化された色素から正孔
を受け取ることができる。こうした酸化還元対が電解質中に含有されることによって、n
型半導体電極と導電膜との間の電荷輸送の速度を速くすることができるとともに、開放端
電圧を高くすることができる。
The redox couple as described above desirably exhibits a redox potential that is 0.1 to 0.6 V smaller than the oxidation potential of the dye described later. In the redox pair showing a redox potential 0.1 to 0.6 V lower than the oxidation potential of the dye, for example, a reducing species such as I can receive holes from the oxidized dye. By including such a redox couple in the electrolyte, n
The speed of charge transport between the type semiconductor electrode and the conductive film can be increased, and the open-circuit voltage can be increased.

電解質組成物中は、さらにヨウ化物が含有される。ヨウ化物としては、例えば、アルカ
リ金属のヨウ化物、有機化合物のヨウ化物、およびヨウ化物の溶融塩等が挙げられる。ヨ
ウ化物の溶融塩としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、第4級アンモニウム塩、
ピロリジニウム塩、ピラゾリジウム塩、イソチアゾリジニウム塩、およびイソオキサゾリ
ジニウム塩等の複素環含窒素化合物のヨウ化物を使用することができる。
The electrolyte composition further contains iodide. Examples of iodides include alkali metal iodides, iodides of organic compounds, and molten salts of iodides. The molten salt of iodide includes imidazolium salt, pyridinium salt, quaternary ammonium salt,
Iodides of heterocyclic nitrogen-containing compounds such as pyrrolidinium salts, pyrazolidium salts, isothiazolidinium salts, and isoxazolidinium salts can be used.

前記ヨウ化物の溶融塩としては、例えば、1,1−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド
、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−ペンチルイミ
ダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−イソペンチルイミダゾリウムアイオダイド、
1−メチル−3−へキシルイミダゾリウムアイオダイド、1−メチル−3−イソヘキシル
(分岐)イミダゾリウムアイドダイド、1−メチル−3−エチルイミダゾリウムアイオダイ
ド、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾールアイオダイド、1−エチル−3−イソ
プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−プロピル−3−プロピルイミダゾリウムアイ
オダイド、およびピロリジニウムアイオダイド等を挙げることができる。
Examples of the molten salt of iodide include 1,1-dimethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodide, 1-methyl-3-pentylimidazolium iodide, and 1-methyl-3. -Isopentylimidazolium iodide,
1-methyl-3-hexylimidazolium iodide, 1-methyl-3-isohexyl
(Branched) imidazolium iodide, 1-methyl-3-ethylimidazolium iodide, 1,2-dimethyl-3-propylimidazole iodide, 1-ethyl-3-isopropylimidazolium iodide, 1-propyl-3 -Propyl imidazolium iodide, pyrrolidinium iodide, etc. can be mentioned.

こうしたヨウ化物の溶融塩は、単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができ
る。また、その含有量は、電解液中0.005mol/L以上7mol/L以下程度であ
ることが好ましい。0.005mol/L未満の場合には、効果を充分に得ることが困難
となる。一方、7mol/Lを越えると、粘度が高くイオン伝導性が著しく低下するおそ
れがある。
Such a molten salt of iodide can be used alone or in combination of two or more. Moreover, it is preferable that the content is about 0.005 mol / L or more and 7 mol / L or less in electrolyte solution. In the case of less than 0.005 mol / L, it is difficult to obtain sufficient effects. On the other hand, if it exceeds 7 mol / L, the viscosity is high and the ionic conductivity may be significantly reduced.

さらに、本発明における電解質組成物は、ヨウ素を0.01mol/L以上3mol/
L以下の範囲で含有していることが好ましい。ヨウ素は、本発明における電解質組成物中
でヨウ化物と混合して可逆的な酸化還元対として作用する。したがって、ヨウ素の含有量
が0.01mol/L未満の場合には、酸化還元対の酸化体が不足し電荷を充分に輸送す
ることが困難になる。一方、3mol/Lを越えると、溶液の光吸収が増大し、酸化タン
グステンまたは酸化タングステン複合材に効率よく光を与えることができないおそれがあ
る。なお、ヨウ素の含有量は、0.03mol/L以上1.0mol/L以下であること
がより好ましい。
Furthermore, the electrolyte composition in the present invention contains iodine in an amount of 0.01 mol / L to 3 mol / L.
It is preferable to contain in the range below L. Iodine is mixed with iodide in the electrolyte composition of the present invention and acts as a reversible redox pair. Therefore, when the content of iodine is less than 0.01 mol / L, the oxidized form of the redox couple is insufficient and it becomes difficult to sufficiently transport charges. On the other hand, when it exceeds 3 mol / L, the light absorption of the solution increases, and there is a possibility that light cannot be efficiently applied to the tungsten oxide or the tungsten oxide composite material. The iodine content is more preferably 0.03 mol / L or more and 1.0 mol / L or less.

本発明における電解質組成物は、液体状およびゲル状のいずれであってもよく、有機溶
媒を含有することができる。有機溶媒を含有することによって、電解質組成物の粘度をよ
りいっそう低下させることができるため、半導体電極へ浸透されやすくなる。使用するこ
とができる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカー
ボネート(PC)などの環状カーボネート;ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボ
ネート、およびジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、ア
セトニトリル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなどが挙げられる。さら
に、テトラヒドロフラン、および2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;ジ
メトキシエタン、およびジエトキシエタンなどの鎖状エーテル;アセトニトリル、プロピ
オニトリル、グルタロニトリル、およびメトキシプロピオニトリルなどの弐トリル系溶剤
などが挙げられる。
The electrolyte composition in the present invention may be either liquid or gel and can contain an organic solvent. By containing the organic solvent, the viscosity of the electrolyte composition can be further reduced, so that it can easily penetrate into the semiconductor electrode. Examples of the organic solvent that can be used include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC); chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate; γ -butyrolactone, acetonitrile, Examples include methyl propionate and ethyl propionate. Furthermore, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; chain ethers such as dimethoxyethane and diethoxyethane; Can be mentioned.

こうした有機溶媒は、単独であるいは2種以上の混合物として用いることができる。有機
溶媒の含有量は、特に限定されないが電解質組成物中80重量%以下にすることが好まし
く、0重量%以上30重量%以下にすることがより好ましい。
These organic solvents can be used alone or as a mixture of two or more. The content of the organic solvent is not particularly limited, but is preferably 80% by weight or less, and more preferably 0% by weight or more and 30% by weight or less in the electrolyte composition.

この実施形態による色素増感太陽電池はそのセル構造において、対向電極の導電膜上に
高分子からなる柱を具備している。この高分子からなる柱は多孔質半導体電極と対向電極
との短絡を防ぐスペーサーとして機能するものである。高分子は、電解液に対して耐性の
ある高分子であれば特に制限されず、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが用いられる。高
分子からなる柱は、感光性樹脂を用いて、ウエット塗布し、乾燥後パターン露光、現像、
乾燥工程を経て形成することができる。また、2液性エポキシ樹脂を混合後、スクリーン
マスクを用いた印刷によって形成することもできる。1液性エポキシ樹脂を用いて、印刷
後加熱による硬化を行って形成してもよい。
In the cell structure of the dye-sensitized solar cell according to this embodiment, a polymer column is provided on the conductive film of the counter electrode. The polymer column functions as a spacer that prevents a short circuit between the porous semiconductor electrode and the counter electrode. The polymer is not particularly limited as long as it is a polymer resistant to an electrolytic solution, and an epoxy resin, an acrylic resin, or the like is used. Columns made of polymer are wet-coated with a photosensitive resin, and after drying, pattern exposure, development,
It can be formed through a drying process. Moreover, after mixing a two-component epoxy resin, it can also form by printing using a screen mask. A one-component epoxy resin may be used for curing by heating after printing.

形成した高分子からなる柱は、断面形状において、一辺の長さが10〜100μmの四
角形で、その高さが10〜100μmの範囲であることが好ましい。この高分子からなる
柱は、対向電極の導電膜上の任意の場所に形成することにより、n型半導体電極と対向電
極間のスペーサーとなり、両電極間の短絡を防ぐ機能を有する。この高分子からなる柱を
具備するセル構造は、色素増感太陽電池がその形状にフレキシブル性を有した構造の場合
においても、電極間の短絡を効果的に防ぐことができる。
The formed polymer column is preferably a quadrangular shape having a side length of 10 to 100 μm and a height of 10 to 100 μm in cross-sectional shape. By forming the column made of the polymer at an arbitrary position on the conductive film of the counter electrode, it becomes a spacer between the n-type semiconductor electrode and the counter electrode, and has a function of preventing a short circuit between the two electrodes. The cell structure including the polymer column can effectively prevent a short circuit between the electrodes even when the dye-sensitized solar cell has a flexible structure.

スペーサーをシリカなどで形成した場合、色素増感太陽電池を折り曲げたりするとスペー
サーの位置が移動してしまい、局所的にスペーサーのない部分を作ってしまうことがあり
、その部分で短絡をおこすという問題があった。一方、スペーサーを高分子からなる柱を
用いて形成すれば、位置の移動は発生しないため、電極間の短絡を効果的に防ぐことがで
きる。
When the spacer is made of silica or the like, if the dye-sensitized solar cell is bent, the position of the spacer may move, creating a part that does not have a spacer locally, causing a short circuit at that part. was there. On the other hand, if the spacer is formed using a column made of a polymer, the position does not move, so that a short circuit between the electrodes can be effectively prevented.

この高分子からなる柱を、n型半導体電極の金属集電配線の上部に配置するように、対向
電極の導電膜上に配置すると、受光部に効率よく光を吸収させることができ、好ましい。
また、マスクなどを使って、適宜その配置する場所を設定することができる。
It is preferable to place the polymer column on the conductive film of the counter electrode so as to be arranged above the metal current collector wiring of the n-type semiconductor electrode, because the light can be efficiently absorbed by the light receiving portion.
In addition, it is possible to appropriately set a place for the placement using a mask or the like.

この実施形態による色素増感太陽電池は、その多孔質半導体電極において、高い可視光
応答性を有する酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を具備しているため、励
起光に可視光を用いた場合において、高いエネルギー変換効率を発揮する。
さらに、半導体電極と対向電極との間に高分子からなる柱を設置しているため、外力を
受けた場合においても、電極間の短絡を効果的に防止することができる。
Since the dye-sensitized solar cell according to this embodiment includes a tungsten oxide or a tungsten oxide composite material having high visible light responsiveness in the porous semiconductor electrode, when visible light is used as excitation light, Demonstrate high energy conversion efficiency.
Furthermore, since a polymer column is provided between the semiconductor electrode and the counter electrode, even when an external force is applied, a short circuit between the electrodes can be effectively prevented.

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。なお、以下の実施
例では昇華工程に誘導結合型プラズマ処理を適用しているが、本発明はこれに限定される
ものではない。
Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described. In the following examples, inductively coupled plasma processing is applied to the sublimation process, but the present invention is not limited to this.

(実施例1)
まず、原料粉末として平均粒径が0.5μmの酸化タングステン粉末を用意した。こ
の原料粉末をキャリアガス(Ar)と共にRFプラズマに噴霧し、さらに反応ガスとして
アルゴンを40L/min、酸素を100L/minの流量で流した。このようにして、
原料粉末を昇華させながら酸化反応させる昇華工程を経て酸化タングステン微粒子を作製
した。さらに、酸化タングステン微粒子に大気中にて700℃×1hの条件下で熱処理を
施した。
Example 1
First, a tungsten oxide powder having an average particle size of 0.5 μm was prepared as a raw material powder. This raw material powder was sprayed onto RF plasma together with a carrier gas (Ar), and argon was flowed as a reaction gas at a flow rate of 40 L / min and oxygen at a flow rate of 100 L / min. In this way
Tungsten oxide fine particles were produced through a sublimation process in which the raw material powder was subjected to an oxidation reaction while sublimating. Further, the tungsten oxide fine particles were heat-treated in the atmosphere at 700 ° C. × 1 h.

得られた酸化タングステン微粒子のX線回折を実施した。X線回折はリガク社製X線回
折装置RINT−2000を用いて、Cuターゲット、Niフィルタ、グラファイト(0
02)モノクロメータを使用して行った。測定条件は、管球電圧:40kV、管球電流:
40mA、発散スリット:1/2°、散乱スリット:自動、受光スリット:0.15mm

2θ測定範囲:20〜70°、走査速度:0.5°/min、サンプリング幅:0.00
4°である。ピーク強度の測定にあたり、Kα2除去は行わず、平滑化とバックグラウン
ド除去の処理のみを行った。平滑化はSavizky−Golay(最小二乗法)を用い
、フィルタポイント11とした。バックグラウンド除去は、測定範囲内で直線フィット、
閾値σ3.0として行った。X線回折結果を表1に示す。
The obtained tungsten oxide fine particles were subjected to X-ray diffraction. X-ray diffraction was performed using a Rigaku X-ray diffractometer RINT-2000, Cu target, Ni filter, graphite (0
02) Performed using a monochromator. Measurement conditions are tube voltage: 40 kV, tube current:
40 mA, divergent slit: 1/2 °, scattering slit: automatic, light receiving slit: 0.15 mm
,
2θ measurement range: 20 to 70 °, scanning speed: 0.5 ° / min, sampling width: 0.00
4 °. In measuring the peak intensity, Kα2 removal was not performed, but only smoothing and background removal processes were performed. The smoothing was performed using Savizky-Golay (least square method), and filter points 11 were set. Background removal is a linear fit within the measurement range,
The threshold value σ3.0 was used. Table 1 shows the X-ray diffraction results.

また、得られた酸化タングステン微粒子のTEM写真の画像解析による平均粒径を測定
した。TEM観察は日立社製H−7100FAを使用し、拡大写真を画像解析にかけて粒
子50個以上を抽出し、体積基準の積算径を求めてD50を算出した。平均粒径の測定結
果を表1に示す。
Moreover, the average particle diameter by the image analysis of the TEM photograph of the obtained tungsten oxide microparticles | fine-particles was measured. For TEM observation, H-7100FA manufactured by Hitachi, Ltd. was used, and an enlarged photograph was subjected to image analysis to extract 50 or more particles, and a volume-based integrated diameter was obtained to calculate D50. The measurement results of the average particle diameter are shown in Table 1.

次に、得られた酸化タングステン微粒子を用いてペーストを調整し、多孔質半導体電極
を作製した。ガラス基板上にフッ素ドープしたSnO透明電極(6Ω/□)を設け、そ
の上に調整したペーストをスクリーン印刷法で印刷して、温度450℃で熱処理を施した
。さらに、このスクリーン印刷と熱処理を複数回繰り返すことにより、酸化タングステン
微粒子からなるn型半導体電極を形成した。
Next, a paste was prepared using the obtained tungsten oxide fine particles to produce a porous semiconductor electrode. A fluorine-doped SnO 2 transparent electrode (6Ω / □) was provided on a glass substrate, and the prepared paste was printed thereon by a screen printing method, followed by heat treatment at a temperature of 450 ° C. Further, by repeating this screen printing and heat treatment a plurality of times, an n-type semiconductor electrode made of tungsten oxide fine particles was formed.

一方、シス−ビス(チオシアナト)−N,N−ビス(2,2‘−ジピリジル−4,4’
−ジカルボン酸)−ルテニウム(II)二水和物)を乾燥エタノールに溶解して、3×10
−4Mの乾燥エタノール溶液を調整した。前述の多孔質半導体電極を、この溶液(温度約
80℃)に4時間浸漬したあと、アルゴン気流中で引き上げた。これによって、多孔質半
導体表面に色素であるルテニウム錯体を担持したn型半導体電極を作製した。
On the other hand, cis-bis (thiocyanato) -N, N-bis (2,2′-dipyridyl-4,4 ′
-Dicarboxylic acid) -ruthenium (II) dihydrate) in dry ethanol
A -4M dry ethanol solution was prepared. The porous semiconductor electrode described above was immersed in this solution (temperature of about 80 ° C.) for 4 hours, and then pulled up in an argon stream. Thus, an n-type semiconductor electrode having a ruthenium complex as a dye supported on the surface of the porous semiconductor was produced.

また、表面に白金を付着させたガラス基板上に、フッ素ドープ酸化スズ導電膜を形成し
、対向電極を作製した。この上に、1液性エポキシ接着剤をスクリーンマスクを介して印
刷し、12時間放置することによって、50μm角、高さ50μmの高分子からなる柱を
スペーサーとして形成した。前述のn型半導体電極が作製された基板上に、スペーサーを
形成した対向電極を設置した。さらに、電解質組成物の注入口を残して、周囲をエポキシ
樹脂で固めて固定し、光電変換ユニットを得た。
In addition, a fluorine-doped tin oxide conductive film was formed on a glass substrate having platinum attached to the surface, to produce a counter electrode. On this, a one-component epoxy adhesive was printed through a screen mask and allowed to stand for 12 hours, thereby forming a column made of a polymer having a size of 50 μm square and a height of 50 μm as a spacer. On the substrate on which the n-type semiconductor electrode described above was fabricated, a counter electrode on which a spacer was formed was placed. Furthermore, the periphery of the electrolyte composition was left and the periphery was fixed with an epoxy resin and fixed to obtain a photoelectric conversion unit.

電解質組成物は、次のようにして調整した。まず、アセトニトリル100ml中にリチ
ウムヨウダイド0.5mol/L、メチルへキシルイミダソリウムヨウダイド0.3mo
l/L、t−ブチルピリジン0.5mol/L、およびヨウ素0.05mol/Lを溶解
させ、電解質組成物を調整した。
次に、光電変換ユニットの開口部に、注入口から電解質組成物を注入した。電解質組成
物はn型半導体電極に浸透するとともに、n型半導体電極と対向電極との間にも注入され
た。
その後光電変換ユニットの開口部をエポキシ樹脂で封口した後、60℃で30分間、ホッ
トプレートで加熱することにより、色素増感太陽電池を製造した。
The electrolyte composition was prepared as follows. First, in 100 ml of acetonitrile, 0.5 mol / L of lithium iodide, 0.3 mmol of methylhexylimidazolium iodide
1 / L, t-butylpyridine 0.5 mol / L, and iodine 0.05 mol / L were dissolved to prepare an electrolyte composition.
Next, the electrolyte composition was injected into the opening of the photoelectric conversion unit from the injection port. The electrolyte composition penetrated into the n-type semiconductor electrode and was also injected between the n-type semiconductor electrode and the counter electrode.
Thereafter, the opening of the photoelectric conversion unit was sealed with an epoxy resin, and then heated on a hot plate at 60 ° C. for 30 minutes to produce a dye-sensitized solar cell.

この色素増感太陽電池に対して、白色蛍光灯(東芝ライテック社製FL20SS・W)
を光源として使用し、紫外線カットフィルタ(日東樹脂工業社製、クラレックスN−16
9)を用いて、380nm未満の波長をカットし、6000lxの照度で可視光を照射し
た。その際のエネルギー変換効率及びFFを求め、その結果を表2にまとめる。
For this dye-sensitized solar cell, white fluorescent lamp (FL20SS · W manufactured by Toshiba Lighting & Technology Corp.)
As a light source, an ultraviolet cut filter (manufactured by Nitto Jushi Kogyo Co., Ltd., Clarex N-16
9), the wavelength of less than 380 nm was cut, and visible light was irradiated with an illuminance of 6000 lx. The energy conversion efficiency and FF at that time are determined, and the results are summarized in Table 2.

(実施例2)
反応ガスとして酸素を80L/minの流量で流す以外は、実施例1と同様の昇華工程
を経て酸化タングステン微粒子を作製した。ただし、熱処理は施していない。このように
して得た酸化タングステン微粒子について、実施例1と同様の測定、評価を行った。酸化
タングステン微粒子の測定、評価結果を表1および表2に示す。実施例1および実施例2
による酸化タングステン微粒子により形成された多孔質半導体電極を具備する色素増感太
陽電池は可視光照射において優れたエネルギー変換効率を有することが確認された。
(Example 2)
Tungsten oxide fine particles were produced through the same sublimation process as in Example 1 except that oxygen was flowed as a reaction gas at a flow rate of 80 L / min. However, no heat treatment was applied. The tungsten oxide fine particles thus obtained were measured and evaluated in the same manner as in Example 1. Tables 1 and 2 show the measurement and evaluation results of the tungsten oxide fine particles. Example 1 and Example 2
It was confirmed that the dye-sensitized solar cell including the porous semiconductor electrode formed by the tungsten oxide fine particles by the above has excellent energy conversion efficiency in visible light irradiation.

(比較例1)
試薬等として市販されている酸化タングステン粉末(レアメタリック社製)を用いて、
実施例1と同様の方法で色素増感太陽電池を製造して、評価を行った。測定評価結果を表
1および表2に示す。また、比較例1の酸化タングステン粉末のX線回折結果を図1に示
す。X線回折結果から各ピーク強度比を求めたところ、A/D比は0.96、B/D比は
0.96、C/D比は0.03、E/F比は0.15、G/H比は0.03であった。平
均粒径は1210であった。X線回折結果に基づくピーク強度比や平均粒径が本発明で規
定する値に達しておらず、可視光応答性が低いために充分なエネルギー変換効率が得られ
ないことが確認された。
(Comparative Example 1)
Using commercially available tungsten oxide powder (made by Rare Metallic) as a reagent,
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 and evaluated. Tables 1 and 2 show the measurement evaluation results. Moreover, the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide powder of the comparative example 1 is shown in FIG. When the peak intensity ratio was determined from the X-ray diffraction results, the A / D ratio was 0.96, the B / D ratio was 0.96, the C / D ratio was 0.03, and the E / F ratio was 0.15. The G / H ratio was 0.03. The average particle size was 1210. It was confirmed that the peak intensity ratio and the average particle diameter based on the X-ray diffraction results did not reach the values specified in the present invention, and sufficient energy conversion efficiency could not be obtained due to low visible light responsiveness.

(比較例2)
平均一次径が約10〜20nmの高純度酸化チタン(アナターゼ)粉末を含有する市販ペ
ースト(スイス Solaronix社製)を用いて、実施例1と同様の方法で色素増感
太陽電池を製造して、評価を行った。評価結果を表2に示す。
(Comparative Example 2)
Using a commercially available paste (manufactured by Solaronix, Switzerland) containing high-purity titanium oxide (anatase) powder having an average primary diameter of about 10 to 20 nm, a dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1, Evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 2.

(比較例3)
対向電極上に高分子からなる柱を形成しないこと以外は実施例1と同様の工程を用いて
色素増感太陽電池を作製した。
作製した色素増感太陽電池のセル中央部を指で押したところ、セルが短絡した。
(Comparative Example 3)
A dye-sensitized solar cell was fabricated using the same process as in Example 1 except that no polymer column was formed on the counter electrode.
When the cell center part of the produced dye-sensitized solar cell was pressed with a finger, the cell was short-circuited.

Figure 2009283429
Figure 2009283429

Figure 2009283429
Figure 2009283429

比較例1による酸化タングステン粉末のX線回折結果を示す図である。It is a figure which shows the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide powder by the comparative example 1. 本発明における酸化タングステンのX線回折結果におけるピークA〜Dの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the peaks AD in the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide in this invention. 本発明における酸化タングステンのX線回折結果におけるピークE〜Fの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the peaks EF in the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide in this invention. 本発明における酸化タングステンのX線回折結果におけるピークG〜Hの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the peaks GH in the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide in this invention. 本発明における酸化タングステンのX線回折結果におけるピークA〜Dの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the peaks AD in the X-ray-diffraction result of the tungsten oxide in this invention. 実施例1による酸化タングステンのX線回折結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction result of tungsten oxide according to Example 1. 本発明による色素増感太陽電池の一例である。It is an example of the dye-sensitized solar cell by this invention. 本発明の実施例において作成された色素増感太陽電池の製造工程途中を示す図である。It is a figure which shows the middle of the manufacturing process of the dye-sensitized solar cell created in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス基板 2 透明導電膜 3 酸化タングステン粒子
4 多孔質半導体電極 5 導電膜 6 対向電極 7 スペーサー柱
8、11 エポキシ樹脂 9 注入口 10 電解質組成物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Transparent electrically conductive film 3 Tungsten oxide particle 4 Porous semiconductor electrode 5 Conductive film 6 Counter electrode 7 Spacer column 8, 11 Epoxy resin 9 Inlet 10 Electrolyte composition

Claims (8)

酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を具備する多孔質半導体電極であって

前記酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材は、X線回折法で測定したとき、
(1)2θが22.5〜25°の範囲に第1、第2および第3ピークを有し、かつ2θが
22.8〜23.4°の範囲に存在するピークをA、2θが23.4〜23.8°の範囲
に存在するピークをB、2θが24.0〜24.25°の範囲に存在するピークをC、2
θが24.25〜24.5°の範囲に存在するピークをDとしたとき、前記ピークDに対
する前記ピークAの強度比(A/D)、および前記ピークDに対する前記ピークBの強度
比(B/D)がそれぞれ0.5〜2.0の範囲であると共に、前記ピークDに対する前記
ピークCの強度比(C/D)が0.04〜2.5の範囲であり、
(2)2θが33.85〜34.05°の範囲に存在するピークをE、2θが34.05
〜34.25°の範囲に存在するピークをFとしたとき、前記ピークFに対する前記ピー
クEの強度比(E/F)が0.1〜2.0の範囲であり、
(3)2θが49.1〜49.7°の範囲に存在するピークをG、2θが49.7〜50
.3°の範囲に存在するピークをHとしたとき、前記ピークHに対する前記ピークGの強
度比(G/H)が0.04〜2.0の範囲であり、
かつ、画像解析による平均粒径(D50)が1〜548nmの範囲であることを特徴と
する多孔質半導体電極。
A porous semiconductor electrode comprising tungsten oxide or a tungsten oxide composite,
When the tungsten oxide or the tungsten oxide composite is measured by an X-ray diffraction method,
(1) A peak having A, 2 and 3 with 2θ in the range of 22.5 to 25 ° and 2θ in the range of 22.8 to 23.4 ° is A and 2θ is 23. A peak existing in the range of 4 to 23.8 ° is B, and a peak of 2θ is in the range of 24.0 to 24.25 ° is C 2
When the peak existing in the range of θ of 24.25 to 24.5 ° is D, the intensity ratio (A / D) of the peak A to the peak D and the intensity ratio of the peak B to the peak D ( B / D) is in the range of 0.5 to 2.0, and the intensity ratio (C / D) of the peak C to the peak D is in the range of 0.04 to 2.5.
(2) A peak where 2θ is in the range of 33.85 to 34.05 ° is E and 2θ is 34.05.
When the peak existing in the range of ˜34.25 ° is F, the intensity ratio (E / F) of the peak E to the peak F is in the range of 0.1 to 2.0,
(3) A peak having 2θ in the range of 49.1 ° to 49.7 ° is G, and 2θ is 49.7 to 50.
. When the peak existing in the range of 3 ° is H, the intensity ratio (G / H) of the peak G to the peak H is in the range of 0.04 to 2.0,
And the average particle diameter (D50) by image analysis is the range of 1-548 nm, The porous semiconductor electrode characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の多孔質半導体電極において、
多孔質半導体を形成する材料が、前記酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を
1質量%以上100質量%具備することを特徴とする多孔質半導体電極。
The porous semiconductor electrode according to claim 1,
A material for forming a porous semiconductor comprises 1% by mass or more and 100% by mass of the tungsten oxide or the tungsten oxide composite material.
請求項1または請求項2に記載の多孔質半導体電極において、
0.01質量%以上50質量%以下の遷移金属元素を具備していることを特徴とする多孔
質半導体電極。
In the porous semiconductor electrode according to claim 1 or 2,
A porous semiconductor electrode comprising 0.01% by mass to 50% by mass of a transition metal element.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項記載の多孔質半導体電極において、
ニ酸化チタンを具備していることを特徴とする多孔質半導体電極。
In the porous semiconductor electrode according to any one of claims 1 to 3,
A porous semiconductor electrode comprising titanium dioxide.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載の多孔質半導体電極が可視光応答型である
ことを特徴とする多孔質半導体電極。
The porous semiconductor electrode according to claim 1, wherein the porous semiconductor electrode is a visible light responsive type.
請求項1ないし請求項5のいずれか1項記載の多孔質半導体電極において、
前記多孔質半導体が色素を吸着していることを特徴とする多孔質半導体電極。
In the porous semiconductor electrode according to any one of claims 1 to 5,
A porous semiconductor electrode, wherein the porous semiconductor adsorbs a dye.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項記載の多孔質半導体電極を具備することを特徴と
する色素増感太陽電池。
A dye-sensitized solar cell comprising the porous semiconductor electrode according to any one of claims 1 to 6.
請求項7記載の色素増感太陽電池のセル構造において、
少なくとも透明基板上に透明電極層、多孔質半導体層を順に積層し、前記半導体に色素を
吸着させてなるn型半導体電極と、
少なくとも透明基板上に透明電極層、導電性触媒層を具備する対向電極と、
前記n型半導体電極と、前記対向電極との間に電解質組成物層とを具備し、
前記対向電極の導電膜上に高分子からなる柱を具備することを特徴とする色素増感太陽電
池のセル構造。
In the cell structure of the dye-sensitized solar cell according to claim 7,
An n-type semiconductor electrode formed by laminating at least a transparent electrode layer and a porous semiconductor layer in order on a transparent substrate, and adsorbing a dye to the semiconductor;
A counter electrode comprising at least a transparent electrode layer and a conductive catalyst layer on a transparent substrate;
Comprising an electrolyte composition layer between the n-type semiconductor electrode and the counter electrode;
A cell structure of a dye-sensitized solar cell, comprising a column made of a polymer on the conductive film of the counter electrode.
JP2008171308A 2008-04-24 2008-06-30 Porous semiconductor electrode, dye-sensitized solar cell using the same, and cell structure thereof Active JP5258420B2 (en)

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