JP2018174261A - Method for producing electrode of photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
【課題】光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損が発生することを抑制可能な、光電変換素子の電極製造方法を提供する。【解決手段】本発明による光電変換素子の電極製造方法は、0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲で最大透過率を呈する最大透過波長がλ1μmである第一層と、かかる最大透過波長がλ1より大きいλ2μmである第二層とを有する積層体を焼成するに当たり、(λ1±0.5)μmの波長範囲における、第一層の非透過光エネルギー量をI1、第二層の非透過光エネルギー量をI2として、I2>I1を満たす条件下で積層体を焼成する焼成工程を含む。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an electrode of a photoelectric conversion element capable of suppressing the occurrence of burnout during firing of a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics. A method for manufacturing an electrode of a photoelectric conversion element according to the present invention is provided with a first layer having a maximum transmission wavelength of λ1 μm, which exhibits a maximum transmittance in a wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less, and a maximum transmission wavelength of the first layer. When firing a laminate having a second layer having a λ2 μm larger than λ1, a non-transmitted light energy amount of the first layer is I1 and a non-transmission of the second layer is opaque in a wavelength range of (λ1±0.5) μm. A firing step of firing the laminated body under the condition that the amount of light energy is I2 and I2>I1 is included. [Selection diagram] None
Description
本発明は、光電変換素子の電極製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electrode manufacturing method for a photoelectric conversion element.
近年、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子として、太陽電池が注目されている。太陽電池は、電子や正孔の移動に寄与する層が基材上に形成された光電極及び対向電極により挟まれて成る。例えば、太陽電池の一つである色素増感型太陽電池では、通常、光電極基材上に、増感色素を吸着させた半導体層を備えて成る光電極と、電解質層と、対向電極基材上に、触媒層を備えて成る対向電極とがこの順に並んでなる構造を有する。さらに、光電極は、光電極基材と、半導体層との間に導電膜をそれぞれ備えうる。 In recent years, solar cells have attracted attention as photoelectric conversion elements that convert light energy into electric power. A solar cell is formed by sandwiching a layer contributing to the movement of electrons and holes between a photoelectrode and a counter electrode formed on a substrate. For example, in a dye-sensitized solar cell which is one of solar cells, a photoelectrode comprising a semiconductor layer having a sensitizing dye adsorbed on a photoelectrode substrate, an electrolyte layer, and a counter electrode group On the material, a counter electrode having a catalyst layer is arranged in this order. Furthermore, the photoelectrode can include a conductive film between the photoelectrode substrate and the semiconductor layer.
電極の製造にあたり、任意で導電膜等を有し得る基材上に、半導体層又は触媒層を形成するための組成物を塗布して塗膜を形成し、かかる塗膜に対して光照射する等してエネルギーを与えて焼成する操作を行うことがある。ここで、半導体層や触媒層を形成するための組成物と、基材等の他の構成部とでは特性が異なる。このため、塗膜を焼成するために充分な条件で光照射した場合に、他の構成部に焼損が生じる場合がある。 In manufacturing an electrode, a composition for forming a semiconductor layer or a catalyst layer is applied on a substrate that may optionally have a conductive film or the like to form a coating film, and the coating film is irradiated with light. For example, there is a case where an operation of applying energy to perform baking is performed. Here, the characteristics of the composition for forming the semiconductor layer and the catalyst layer are different from those of other components such as the base material. For this reason, when light irradiation is performed under conditions sufficient for firing the coating film, burnout may occur in other components.
従来、樹脂フィルム基材を含む支持体上に形成した半導体層を、樹脂フィルム基材が変形する程度に高いエネルギーを与えて焼成する処理を実施可能な半導体層の製造方法が提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の方法では、基材上に形成された半導体層を電磁波照射により加熱する際に、基材を冷却する工程を行うことで、樹脂フィルム等でありうる基材が変形等して焼損することを効果的に抑制しつつ、半導体層を焼成することができる。 Conventionally, there has been proposed a method for producing a semiconductor layer capable of performing a process of firing a semiconductor layer formed on a support including a resin film substrate by applying high energy to such a degree that the resin film substrate is deformed ( For example, see Patent Document 1). In the method described in Patent Document 1, when the semiconductor layer formed on the substrate is heated by electromagnetic wave irradiation, the substrate that may be a resin film or the like is deformed by performing a step of cooling the substrate. Thus, the semiconductor layer can be fired while effectively suppressing burning.
ここで、特許文献1に記載されたような、支持体側を冷却しつつ焼成する工程によっては、基材等の、焼成対象以外の他の部材に生じうる焼損を十分に抑制することができない虞があった。 Here, depending on the step of firing while cooling the support side as described in Patent Document 1, there is a possibility that the burning damage that may occur in other members other than the firing target, such as the base material, cannot be sufficiently suppressed. was there.
そこで、本発明は、光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損が発生することを抑制することが可能な、光電変換素子の電極製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing an electrode for a photoelectric conversion element capable of suppressing the occurrence of burning when a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics is fired. For the purpose.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者は、最大透過率を呈する波長が短波長側の第一層と、最大透過率を呈する波長が長波長側の第二層とが積層体に含まれる場合、第一層にて焼損が発生し易いことを見出した。そして、本発明者は更に検討を進め、かかる第一層の最大透過率を呈する波長付近の光が、第一層にて吸収されることを抑制することで、積層体にて焼損が発生することを効果的に抑制し得ることを新たに見出し、本発明を完成させた。 The inventor has intensively studied to achieve the above object. And when this inventor includes in a laminated body the 1st layer by which the wavelength which exhibits the maximum transmittance is the short wavelength side, and the 2nd layer by which the wavelength which exhibits the maximum transmittance is the long wavelength side, It was found that burnout is likely to occur. And this inventor advances further examination, and the near-wavelength light which exhibits the maximum transmittance | permeability of this 1st layer suppresses that the light absorption by a 1st layer suppresses burning in a laminated body. The inventors have newly found that this can be effectively suppressed, and have completed the present invention.
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の光電変換素子の電極製造方法は、0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲で最大透過率を呈する最大透過波長がλ1μmである第一層と、前記最大透過波長が前記λ1より大きいλ2μmである第二層とを有する積層体を焼成するに当たり、(λ1±0.5)μmの波長範囲における、前記第一層の非透過光エネルギー量をI1、前記第二層の非透過光エネルギー量をI2として、I2>I1を満たす条件下で前記積層体を焼成する焼成工程を含むことを特徴とする。
本発明による電極製造方法によれば、光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損が発生することを抑制することができる。
なお、本明細書において、「第一層の非透過光エネルギー」とは、焼成工程にて積層体に対して供給されうる光エネルギーのうち、第一層を透過しない光エネルギーを意味する。換言すれば、「非透過光エネルギー」とは、焼成工程にて積層体に対して供給されうる光エネルギーのうち、第一層によって反射又は吸収されうる光エネルギーを意味する。「第二層の非透過光エネルギー」についても同様である。
そして、非透過光エネルギーI1及びI2は、本明細書の実施例に記載の方法により算出することができる。
This invention aims to solve the above-mentioned problem advantageously, and the electrode manufacturing method of the photoelectric conversion element of the present invention is the maximum exhibiting the maximum transmittance in the wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less. In firing a laminate having a first layer having a transmission wavelength of λ 1 μm and a second layer having a maximum transmission wavelength of λ 2 μm greater than λ 1 , (λ 1 ± 0.5) μm in the wavelength range of the non-transmitted light energy of the first layer I 1, the non-transmitted light energy of the second layer as I 2, firing the laminate under conditions satisfying I 2> I 1 It includes a firing step.
According to the electrode manufacturing method of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of burnout when firing a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics.
In the present specification, “non-transmission light energy of the first layer” means light energy that does not pass through the first layer among light energy that can be supplied to the laminate in the firing step. In other words, “non-transmitted light energy” means light energy that can be reflected or absorbed by the first layer among light energy that can be supplied to the laminate in the firing step. The same applies to “non-transmission light energy of the second layer”.
Then, the non-transmission light energies I 1 and I 2 can be calculated by the method described in the examples of this specification.
また、本発明に係る光電変換素子の電極製造方法において、波長1.0μmにおける前記第一層の光透過率T1が、70%以上であることが好ましい。波長1.0μmにおける第一層の光透過率T1が70%以上であれば、焼成工程において、第一層にて焼損が発生することを一層良好に抑制することができる。
ここで、光透過率T1は、JIS K 7361に基づいて測定することができる。
Further, in the method of manufacturing an electrode photoelectric conversion element according to the present invention, it is preferable that the light transmittance T 1 of the said at wavelength 1.0μm first layer is 70% or more. If the light transmittance T 1 of the first layer at a wavelength of 1.0μm is 70% or more, in the firing step, that burning in the first layer is generated it can be better suppressed.
Here, the light transmittance T 1 can be measured based on JIS K 7361.
また、本発明に係る光電変換素子の電極製造方法において、I2/I1の値が1.1以上であることが好ましい。I2/I1の値が1.1以上であれば、一層良好に第一層における焼損の発生を抑制することができる。 Further, in the method of manufacturing an electrode photoelectric conversion element according to the present invention, it is preferable the value of I 2 / I 1 is 1.1 or more. If the value of I 2 / I 1 is 1.1 or more, the occurrence of burnout in the first layer can be suppressed more satisfactorily.
また、本発明に係る光電変換素子の電極製造方法において、前記焼成工程が、フィルタを介して、前記積層体に対して光を照射することを含むことが好ましい。フィルタを用いることで、一層良好に第一層における焼損の発生を抑制することができる。 Moreover, in the electrode manufacturing method of the photoelectric conversion element according to the present invention, it is preferable that the firing step includes irradiating the laminated body with light through a filter. By using the filter, it is possible to more effectively suppress the occurrence of burning in the first layer.
また、本発明に係る光電変換素子の電極製造方法において、前記フィルタが支持体上に積層された調光層を備えることが好ましい。フィルタが支持体上に調光層を有していれば、所望の波長域の光を効率的に減光することで、焼損が発生することを一層良好に抑制することができる。 Moreover, the electrode manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that the said filter is equipped with the light control layer laminated | stacked on the support body. If the filter has a light control layer on the support, it is possible to more effectively suppress the occurrence of burnout by efficiently reducing light in a desired wavelength region.
また、本発明に係る光電変換素子の電極製造方法において、前記フィルタが、0.7μm以上1.3μm以下の波長範囲における光透過率の最小値をImin(%)、2.0μm以上2.6μm以下の波長範囲における光透過率の最大値をImax(%)として、Imin/Imax≧0.90を満たすフィルタであることが好ましい。焼成工程にて使用するフィルタがかかる条件を満たすフィルタであれば、積層体における焼損の発生を一層良好に抑制しつつ、焼成を促進することができる。
なお、フィルタの光透過率は、JIS R 3106に基づいて測定することができる。
Moreover, in the electrode manufacturing method of the photoelectric conversion element according to the present invention, the filter has a minimum value of light transmittance in a wavelength range of 0.7 μm or more and 1.3 μm or less, I min (%), 2.0 μm or more. It is preferable that the filter satisfy I min / I max ≧ 0.90, where I max (%) is the maximum value of light transmittance in a wavelength range of 6 μm or less. If the filter used in the firing step satisfies the conditions, firing can be promoted while suppressing the occurrence of burnout in the laminate.
The light transmittance of the filter can be measured based on JIS R 3106.
本発明によれば、光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損が発生することを抑制可能な、光電変換素子の電極製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the electrode manufacturing method of a photoelectric conversion element which can suppress generation | occurrence | production of burnout at the time of baking of the laminated body which has at least 2 type of layer from which an optical characteristic differs. It becomes.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明の光電変換素子の電極製造方法は、少なくとも一方が焼成対象である、光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成が必要とされうるあらゆるケースにおいて好適に実施することができる。特に、本発明の光電変換素子の電極製造方法は、色素増感型太陽電池、有機薄膜太陽電池、及びペロブスカイト太陽電池等の太陽電池の電極を形成する際に好適に用いることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The method for producing an electrode of a photoelectric conversion element of the present invention is suitably implemented in any case where firing of a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics, at least one of which is a firing target, may be required. can do. In particular, the method for producing an electrode of a photoelectric conversion element of the present invention can be suitably used when forming electrodes of solar cells such as dye-sensitized solar cells, organic thin film solar cells, and perovskite solar cells.
まず、本発明の光電変換素子の電極製造方法に従って作製されうる電極を備える光電変換素子の一例としての色素増感型太陽電池の概略構成について説明する。色素増感型太陽電池としては、特に限定されることなく、多孔質半導体層を含む光電極を備える光電極基材と、触媒層を含む対向電極を備える対向電極基材とが、電解質層を介して、多孔質半導体層側と触媒層側とが対向するように配置されてなる一般的な構造の色素増感型太陽電池が挙げられる。更に、色素増感型太陽電池は、基材と、多孔質半導体層との間、及び、触媒層と対向電極基材との間に導電膜をそれぞれ備えうる。光電極は、多孔質半導体層と光電極側導電膜とを含んでなる。また、対向電極は、触媒層と対向電極側導電膜とを含んでなる。さらに、光電極側導電膜及び対向電極側導電膜は、配線によって接続され、多孔質半導体層中に吸着された色素が光により励起されて電子を放出すると、光電極側から配線を通じて対向電極側へと到達し、更に電解質層を通じて光電極へと戻る電子の流れが生じる。このようにして、色素増感型太陽電池は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する。 First, a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell as an example of a photoelectric conversion element including an electrode that can be produced according to the method for manufacturing an electrode of a photoelectric conversion element of the present invention will be described. The dye-sensitized solar cell is not particularly limited, and a photoelectrode substrate including a photoelectrode including a porous semiconductor layer, and a counterelectrode substrate including a counterelectrode including a catalyst layer include an electrolyte layer. And a dye-sensitized solar cell having a general structure in which the porous semiconductor layer side and the catalyst layer side are arranged to face each other. Furthermore, the dye-sensitized solar cell may include a conductive film between the base material and the porous semiconductor layer, and between the catalyst layer and the counter electrode base material. The photoelectrode includes a porous semiconductor layer and a photoelectrode-side conductive film. The counter electrode includes a catalyst layer and a counter electrode side conductive film. Furthermore, the photoelectrode side conductive film and the counter electrode side conductive film are connected by wiring, and when the dye adsorbed in the porous semiconductor layer is excited by light and emits electrons, the photoelectrode side conductive film and the counter electrode side conductive film are connected through the wiring from the photoelectrode side. Electron flow that reaches the back electrode and returns to the photoelectrode through the electrolyte layer is generated. In this way, the dye-sensitized solar cell converts light energy into electrical energy.
光電極基材は、金属、金属酸化物、炭素材料、導電性高分子などを用いて形成された導電性のシートや、樹脂、ガラス、及びシリコンからなる非導電性のシートでありうる。中でも、基材としては、透明樹脂が用いられることが多い。透明樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルホン(PSF)、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、透明ポリイミド(PI)、シクロオレフィンポリマー(COP)等の合成樹脂が挙げられる。 The photoelectrode substrate can be a conductive sheet formed using a metal, a metal oxide, a carbon material, a conductive polymer, or the like, or a nonconductive sheet made of resin, glass, and silicon. Among these, a transparent resin is often used as the base material. Transparent resins include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone. Examples thereof include synthetic resins such as (PES), polyetherimide (PEI), transparent polyimide (PI), and cycloolefin polymer (COP).
多孔質半導体層は、多孔質状の半導体層である。多孔質半導体層を形成する多孔質材料としては、特に限定されることなく、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化タングステン等の各種金属酸化物半導体、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等の各種複合金属酸化物半導体、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化マンガン等の遷移金属酸化物、酸化セリウム、酸化ガドリニウム、酸化サマリウム、酸化イッテルビウム等のランタノイド酸化物、及びシリカに代表される天然または合成の珪酸化合物等を挙げることができる。これらの材料は単独で用いられてもよく、複数組み合わせて使用されてもよい。さらに、多孔質半導体層の厚みは、特に限定されないが、通常、0.1〜250μmである。 The porous semiconductor layer is a porous semiconductor layer. The porous material for forming the porous semiconductor layer is not particularly limited, for example, various metal oxide semiconductors such as titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, Various metal oxide semiconductors such as strontium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, barium titanate and potassium niobate, transition metal oxides such as magnesium oxide, strontium oxide, aluminum oxide, cobalt oxide, nickel oxide and manganese oxide And lanthanoid oxides such as cerium oxide, gadolinium oxide, samarium oxide and ytterbium oxide, and natural or synthetic silicate compounds represented by silica. These materials may be used alone or in combination. Furthermore, although the thickness of a porous semiconductor layer is not specifically limited, Usually, it is 0.1-250 micrometers.
多孔質半導体層に吸着させる色素は、光によって励起されて多孔質半導体層に電子を渡し得る化合物(増感色素)である。かかる増感色素は、特に限定されることなく、金属錯体色素等の、色素増感型太陽電池に使用されうる色素でありうる。 The dye adsorbed on the porous semiconductor layer is a compound (sensitizing dye) that can be excited by light and pass electrons to the porous semiconductor layer. Such a sensitizing dye is not particularly limited, and may be a dye that can be used in a dye-sensitized solar cell, such as a metal complex dye.
電解質層は、光電極と対向電極とを分離するとともに、電荷移動を効率よく行わせるための層である。電解質層は、通常、支持電解質、酸化還元対(酸化還元反応において可逆的に酸化体および還元体の形で相互に変換しうる一対の化学種)、溶媒等を含有する。 The electrolyte layer is a layer for separating the photoelectrode and the counter electrode and efficiently performing charge transfer. The electrolyte layer usually contains a supporting electrolyte, a redox couple (a pair of chemical species that can be reversibly converted into an oxidized form and a reduced form in a redox reaction), a solvent, and the like.
触媒層は、例えば白金層やカーボン層で形成される。特に、カーボン層は、繊維状炭素ナノ構造体を含みうる。ここで、繊維状炭素ナノ構造体は、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ(CNT)、気相成長炭素繊維などでありうる。これらは、1種単独で、或いは2種以上が混合して配合されうる。中でも、繊維状炭素ナノ構造体は、CNTを含む繊維状炭素ナノ構造体であることが好ましい。さらに、繊維状炭素ナノ構造体にナノサイズの微小な白金等を常法に従って担持しても良い。触媒効果を向上させることができるからである。 The catalyst layer is formed of, for example, a platinum layer or a carbon layer. In particular, the carbon layer can include fibrous carbon nanostructures. Here, the fibrous carbon nanostructure is not particularly limited, and may be, for example, a carbon nanotube (CNT), a vapor growth carbon fiber, or the like. These may be blended singly or in combination of two or more. Especially, it is preferable that a fibrous carbon nanostructure is a fibrous carbon nanostructure containing CNT. Further, nanosized platinum or the like may be supported on the fibrous carbon nanostructure according to a conventional method. This is because the catalytic effect can be improved.
対向電極基材は、対向電極を支持するためのもので、例えば、前記基材と同様の材料で形成される。なお、対向電極基材は、非透光性の材料で形成されてもよい。さらに、光電極側導電膜及び対向電極側導電膜の厚みは、特に限定されないが、通常、0.1〜250μmである。 The counter electrode base material is for supporting the counter electrode, and is formed of the same material as the base material, for example. Note that the counter electrode base material may be formed of a non-translucent material. Further, the thicknesses of the photoelectrode-side conductive film and the counter electrode-side conductive film are not particularly limited, but are usually 0.1 to 250 μm.
光電極側導電膜及び対向電極側導電膜は、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属;酸化スズ、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;インジウム−スズ酸化物(ITO)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)等の複合金属酸化物;繊維状炭素ナノ構造体、フラーレン等の炭素材料;及びこれら2種以上の組み合わせ;等からなるものが挙げられる。そして、導電膜は配線に接続されうる。 The photoelectrode side conductive film and the counter electrode side conductive film are made of metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium and titanium; conductive metal oxides such as tin oxide and zinc oxide; indium-tin oxide (ITO ), Composite metal oxides such as indium-zinc oxide (IZO); carbon materials such as fibrous carbon nanostructures and fullerenes; and combinations of two or more thereof. The conductive film can be connected to the wiring.
(電極製造方法)
上記のような概略構成を有し得る色素増感型太陽電池の光電極及び対向電極の製造時に用いられうる本発明の電極製造方法について、以下に詳述する。なお、以下の説明では、一例として、上記色素増感型太陽電池の光電極の製造時に、本発明の電極製造方法を適用した場合について説明する。
本発明の電極製造方法は、0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲で最大透過率を呈する最大透過波長がλ1μmである第一層と、かかる最大透過波長がλ1より大きいλ2μmである第二層とを有する積層体を焼成するに当たり、(λ1±0.5)μmの波長範囲における、第一層の非透過光エネルギー量をI1、第二層の非透過光エネルギー量をI2として、I2>I1を満たす条件下で積層体を焼成する焼成工程を含む。従って、吸収、反射、及び透過等の光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損の発生を良好に抑制することができる。本発明の電極製造方法によりかかる効果が得られる理由は明らかではないが、以下の通りであると推察される。
(Electrode manufacturing method)
The electrode manufacturing method of the present invention that can be used in manufacturing the photoelectrode and the counter electrode of the dye-sensitized solar cell that can have the above-described schematic configuration will be described in detail below. In addition, in the following description, the case where the electrode manufacturing method of this invention is applied at the time of manufacture of the photoelectrode of the said dye-sensitized solar cell is demonstrated as an example.
The electrode manufacturing method of the present invention includes a first layer that exhibits a maximum transmittance in a wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less, a maximum transmission wavelength of λ 1 μm, and a maximum transmission wavelength λ 2 that is greater than λ 1. In firing the laminate having the second layer of μm, the non-transmitted light energy amount of the first layer in the wavelength range of (λ 1 ± 0.5) μm is I 1 , and the non-transmitted light of the second layer It includes a firing step in which the laminate is fired under a condition that satisfies I 2 > I 1 where the energy amount is I 2 . Therefore, the occurrence of burnout can be satisfactorily suppressed during firing of a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics such as absorption, reflection, and transmission. The reason why such an effect is obtained by the electrode manufacturing method of the present invention is not clear, but is presumed to be as follows.
すなわち、積層体に含まれる各層の最大透過率となる光は、他の波長域の光と比較した場合に当該層にて吸収されにくく、従って当該層の焼成への寄与が少ないと考えられる。反対に、各層の透過率が最大透過率となる波長を含む波長域(本発明では、±0.5μmとして規定)以外の光は、当該層にて吸収され易く、従って当該層の焼成への寄与が大きいと考えられる。ここで、本発明では、最大透過率が異なる2種類の層を有する積層体の焼成にあたり、第一層の最大透過波長λ1を中心とする1μmの波長範囲(即ち、「λ1±0.5」μmの波長範囲)で、第一層を透過しない光の合計エネルギー量I1が、他方の層(第二層)を透過しない光の合計エネルギー量I2よりも少なくなるような条件の下、積層体を焼成することを特徴とする。換言すると、本発明の電極製造方法では、積層体を焼成するに当たり、「λ1±0.5」μmの波長範囲の光エネルギーが第一層により吸収又は反射されうる量を、当該光エネルギーが第二層により吸収又は反射されうる量よりも少なくするようにして、焼成工程を実施する。ここで、本発明の対象とする積層体では、概して、積層体に備えられる各層を透過しない光エネルギーの大半は各層により吸収されるものとする。そして、各層に吸収されるエネルギーは、各層に熱を生じるので、過剰にエネルギーが吸収されれば、各層にて焼損を引き起こす虞がある。よって、本発明において、第一層の非透過光エネルギー量I1が第二層の非透過光エネルギー量I2よりも小さくなるような条件として、焼成工程を実施することで、第一層を第二層と比較して、マイルドな条件で加熱することが可能となり、第一層において焼損が発生することを良好に抑制しつつ、第二層の焼成は促進することができると推察される。 That is, the light having the maximum transmittance of each layer included in the laminate is less likely to be absorbed by the layer when compared with light in other wavelength regions, and thus is considered to contribute less to firing of the layer. On the other hand, light other than the wavelength region including the wavelength at which the transmittance of each layer is the maximum transmittance (specified as ± 0.5 μm in the present invention) is easily absorbed by the layer, and therefore, the layer is subjected to firing. The contribution is considered large. Here, in the present invention, in firing a laminate having two types of layers having different maximum transmittances, a wavelength range of 1 μm centering on the maximum transmission wavelength λ 1 of the first layer (that is, “λ 1 ± 0. 5 ”μm wavelength range), and the total energy amount I 1 of light that does not transmit through the first layer is less than the total energy amount I 2 of light that does not transmit through the other layer (second layer). The laminate is fired below. In other words, in the electrode manufacturing method of the present invention, when firing the laminate, the amount of light energy in the wavelength range of “λ 1 ± 0.5” μm can be absorbed or reflected by the first layer, The firing step is carried out so as to be less than the amount that can be absorbed or reflected by the second layer. Here, in the laminated body which is the object of the present invention, in general, most of the light energy that does not pass through each layer included in the laminated body is absorbed by each layer. And since the energy absorbed in each layer generates heat in each layer, if the energy is absorbed excessively, there is a possibility of causing burning in each layer. Therefore, in the present invention, the first layer is formed by performing the firing step under such a condition that the non-transmission light energy amount I 1 of the first layer is smaller than the non-transmission light energy amount I 2 of the second layer. Compared to the second layer, it is possible to heat under mild conditions, and it is surmised that firing of the second layer can be accelerated while favorably suppressing the occurrence of burnout in the first layer. .
ここで、第一層及び第二層について、「0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲における最大透過率を呈する最大透過波長」は、0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲(以下、「波長範囲A」とも称する)において、横軸を波長、縦軸を透過率とした透過率曲線を生成した場合に、透過率の値が最大となる値が1つのみ検出されうる場合には、かかる透過率に対応する波長を意味する。上記波長範囲Aに含まれる、ある波長範囲Bにて透過率曲線の接線の傾きがゼロとなると共に、透過率の値が波長範囲Aにおける最大透過率となっているような、所謂「飽和状態」が検出された場合には、かかる波長範囲Bの中央点の波長を「0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲における最大透過率を呈する最大透過波長」とする。 Here, for the first layer and the second layer, “the maximum transmission wavelength exhibiting the maximum transmittance in the wavelength range of 0.2 μm to 2.7 μm” is the wavelength range of 0.2 μm to 2.7 μm (hereinafter, In the case of generating a transmittance curve with the horizontal axis representing the wavelength and the vertical axis representing the transmittance in the “wavelength range A”), when only one value with the maximum transmittance value can be detected , Meaning the wavelength corresponding to such transmittance. The so-called “saturated state” in which the slope of the tangent line of the transmittance curve is zero in a certain wavelength range B included in the wavelength range A and the transmittance value is the maximum transmittance in the wavelength range A. ”Is detected, the wavelength at the center point of the wavelength range B is defined as“ the maximum transmission wavelength exhibiting the maximum transmittance in the wavelength range of 0.2 μm to 2.7 μm ”.
本発明の電極製造方法は、任意の準備工程と、焼成工程とを含む。以下、各工程について説明する。 The electrode manufacturing method of the present invention includes an optional preparation step and a firing step. Hereinafter, each step will be described.
<準備工程>
準備工程では、上述したような光電極基材上に、第一層である光電極側導電膜、及び第二層である、焼成により多孔質半導体層となりうる多孔質半導体層用焼成前駆膜を形成する。本例にかかわらず、第一層と第二層とは、積層体の少なくとも一方の表面上の異なる位置にて表面に露出してなる。例えば、第一層の一部に第二層が積層されており、第二層が積層された表面上の部分においては、第二層が積層体の最表面を形成しており、第二層が積層されていない表面上の部分においては、第一層又は基材等が積層体の最表面を形成していても良い。
<Preparation process>
In the preparatory step, on the photoelectrode substrate as described above, the photoelectrode-side conductive film that is the first layer, and the second layer, the firing precursor film for the porous semiconductor layer that can become a porous semiconductor layer by firing, Form. Regardless of this example, the first layer and the second layer are exposed on the surface at different positions on at least one surface of the laminate. For example, the second layer is laminated on a part of the first layer, and in the portion on the surface where the second layer is laminated, the second layer forms the outermost surface of the laminate, In the part on the surface where is not laminated, the first layer or the substrate may form the outermost surface of the laminate.
第一層である光電極側導電膜は、特に限定されることなく、上述したような金属酸化物や炭素材料を用いて、スパッタリング法、コーティング法等の公知の方法により形成することができる。さらに、波長1.0μmにおける第一層の光透過率T1が、70%以上であることが好ましい。波長1.0μmにおける第一層の光透過率T1が70%以上であれば、後続の焼成工程において、第一層にて焼損が発生することを一層良好に抑制することができるからである。 The photoelectrode-side conductive film as the first layer is not particularly limited, and can be formed by a known method such as a sputtering method or a coating method using the metal oxide or carbon material as described above. Furthermore, the light transmittance T 1 of the first layer at a wavelength of 1.0 μm is preferably 70% or more. This is because if the light transmittance T 1 of the first layer at a wavelength of 1.0 μm is 70% or more, it is possible to more effectively suppress the occurrence of burnout in the first layer in the subsequent firing step. .
このようにして形成した第一層の上に、上述した多孔質材料を含む組成物を用いて、塗布又は印刷等の公知の塗膜形成方法に従って塗膜形成して、第二層である多孔質半導体層用焼成前駆膜を形成することができる。 On the first layer formed in this manner, a coating film is formed using the composition containing the porous material described above according to a known coating film forming method such as coating or printing, and the second layer is porous. A fired precursor film for a porous semiconductor layer can be formed.
<焼成工程>
焼成工程では、(λ1±0.5)μmの波長範囲における、第一層の非透過光エネルギー量をI1、第二層の非透過光エネルギー量をI2として、I2>I1である光に対して積層体を曝す。ここで、I1及びI2は、本明細書の実施例に記載の方法に従って算出することができる。さらに、I2/I1の値が1.1以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましく、10.0以下であることが好ましく、5.0以下であることがより好ましい。I2/I1の値が上記下限値以上であれば、一層良好に第一層の焼損を抑制することができる。また、I2/I1の値が上記上限値以下であれば、第一層の焼損を良好に抑制しつつ、積層体の焼成を効率的に促進することができる。
<Baking process>
In the baking step, in the wavelength range of (λ 1 ± 0.5) μm, a non-transmitted light energy of the first layer I 1, the non-transmitted light energy of the second layer as I 2, I 2> I 1 The laminate is exposed to light. Here, I 1 and I 2 can be calculated according to the method described in the examples of the present specification. Further, the value of I 2 / I 1 is preferably 1.1 or more, more preferably 1.5 or more, and preferably 10.0 or less, more preferably 5.0 or less. preferable. If the value of I 2 / I 1 is greater than or equal to the above lower limit value, the first layer can be more satisfactorily prevented from burning. Moreover, if the value of I 2 / I 1 is equal to or less than the above upper limit value, firing of the laminate can be efficiently promoted while favorably suppressing burnout of the first layer.
ここで、焼成工程にて使用し得るエネルギー源である光源としては、特に限定されることなく、光電変換素子の電極を製造する際に使用し得る加熱用光源等の一般的な光源を使用することができる。なお、使用する光源が、(λ1±0.5)μmの波長範囲の一部の波長範囲の光を照射しない光源である場合には、光源の照射波長域と、(λ1±0.5)μmの波長範囲との重複波長域について、I1及びI2をそれぞれ算出し得る。 Here, the light source that is an energy source that can be used in the firing step is not particularly limited, and a general light source such as a heating light source that can be used when manufacturing an electrode of a photoelectric conversion element is used. be able to. When the light source to be used is a light source that does not irradiate light in a part of the wavelength range of (λ 1 ± 0.5) μm, the irradiation wavelength range of the light source and (λ 1 ± 0. 5) I 1 and I 2 can be calculated for the overlapping wavelength range with the μm wavelength range, respectively.
焼成工程では、I2>I1となるような条件とすることが必要である。そのための方途としては、1)光源の照射エネルギー分布自体を調整して、I2>I1となる光条件を創出して焼成工程を行うことや、2)フィルタを介して積層体に対して光を照射することで、積層体に到達する光のエネルギー分布を調整して、I2>I1となるような光条件となるようにして焼成工程を行うことが挙げられる。 In the firing step, it is necessary to set the conditions so that I 2 > I 1 . To that end, 1) adjusting the irradiation energy distribution of the light source itself to create a light condition that satisfies I 2 > I 1, and 2) performing a firing process on the laminate through a filter It is possible to adjust the energy distribution of the light reaching the laminate by irradiating light, and to perform the firing step so that the light conditions are such that I 2 > I 1 .
上記1)のような焼成工程を行う場合の具体的な方途としては、例えば、光源より照射する光の色温度を調節することが挙げられる。色温度を調節することで、光源の照射エネルギー分布を変更することができる。より具体的には、例えば、色温度を高く設定することで照射エネルギー分布のピークが、色温度を低く設定した場合と比較して、短波長側となるようにすることができる。 As a specific method in the case of performing the firing step as in 1), for example, adjusting the color temperature of light irradiated from a light source can be mentioned. The irradiation energy distribution of the light source can be changed by adjusting the color temperature. More specifically, for example, by setting the color temperature high, the peak of the irradiation energy distribution can be made shorter than that when the color temperature is set low.
上記2)のような焼成工程を行う場合には、以下のような光透過率の条件を満たすフィルタを用いることが好ましい。すなわち、フィルタが、0.7μm以上1.3μm以下の波長範囲における光透過率の最小値をImin(%)、2.0μm以上2.6μm以下の波長範囲における光透過率の最大値をImax(%)として、Imin/Imax≧0.90を満たすフィルタであることが好ましく、Imin/Imax≧1.5を満たすことがより好ましく、20.0≧Imin/Imaxを満たすことが好ましい。焼成工程にて使用するフィルタがかかる条件を満たすフィルタであれば、積層体における焼損の発生を一層良好に抑制しつつ、焼成を一層促進することができる。このようにして、フィルタにより、短波長側の光を優先的に透過させるとともに、長波長側の光を優先的に減光することで、積層体における焼損の発生を効果的に抑制し得る。 When performing the firing step as in 2), it is preferable to use a filter that satisfies the following light transmittance conditions. That is, the filter sets the minimum value of light transmittance in the wavelength range of 0.7 μm to 1.3 μm to I min (%) and the maximum value of light transmittance in the wavelength range of 2.0 μm to 2.6 μm to I. It is preferable that the filter satisfies I min / I max ≧ 0.90 as max (%), more preferably satisfies I min / I max ≧ 1.5, and 20.0 ≧ I min / I max It is preferable to satisfy. If the filter used in the firing step satisfies the above conditions, firing can be further promoted while suppressing the occurrence of burnout in the laminate. In this manner, the filter can preferentially transmit the light on the short wavelength side, and can preferentially reduce the light on the long wavelength side, thereby effectively suppressing the occurrence of burning in the laminate.
そのようなフィルタは、特に限定されることなく、石英ガラス、合成石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、及びフロートガラス等のガラス;及びポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、及びポリカーボネートフィルムのような樹脂フィルムよりなる支持体を含みうる。また、フィルタは、単層であっても複数層を有していても良い。例えば、フィルタは、ガラスや樹脂フィルムを支持体として、該支持体上に調光層が形成されてなるフィルタでありうる。 Such filters are not particularly limited, and glass such as quartz glass, synthetic quartz glass, soda glass, borosilicate glass, and float glass; and resin films such as polyethylene terephthalate film, polyimide film, and polycarbonate film The support may be comprised of. The filter may be a single layer or may have a plurality of layers. For example, the filter may be a filter in which a light control layer is formed on a support made of glass or a resin film.
かかる調光層は、例えば、誘電体材料により構成されうる。誘電体材料としては、例えば、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O3、及びTa2O5のような高屈折率材料;SiO2、MgF2、及びSiONのような低屈折率材料が挙げられる。中でも、高屈折率材料としては、TiO2及びTa2O3の少なくとも一方、及び低屈折率材料としてはSiO2及びMgF2の少なくとも一方を用いることが好ましい。これらの高屈折率材料は、一種を単独で、或いは複数種を組み合わせて用いることができる。低屈折率材料についても同様である。調光層は、少なくとも低屈折率材料よりなる層(以下、「低屈折率層」とも称する)を有し得る。さらに、調光層として、低屈折率層と高屈折率材料よりなる層(以下、「高屈折率層」とも称する)とを交互に積層することで、調光層に対して入射する光のうち、特定の波長範囲の光を優先的に減光することが可能な調光層を得ることができる。なお、調光層を構成する低屈折率層及び高屈折率層はスパッタリング法、及びコーティング法等の既知の成膜方法に従って形成することができる。また、各層の厚みは、任意に設定することができる。 Such a light control layer can be made of, for example, a dielectric material. Dielectric materials include, for example, high refractive index materials such as TiO 2 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 3 , and Ta 2 O 5 ; low refraction such as SiO 2 , MgF 2 , and SiON Rate material. Among them, it is preferable to use at least one of TiO 2 and Ta 2 O 3 as the high refractive index material and at least one of SiO 2 and MgF 2 as the low refractive index material. These high refractive index materials can be used singly or in combination. The same applies to the low refractive index material. The light control layer may have at least a layer made of a low refractive index material (hereinafter also referred to as “low refractive index layer”). Furthermore, by alternately laminating a low refractive index layer and a layer made of a high refractive index material (hereinafter also referred to as a “high refractive index layer”) as a light control layer, light incident on the light control layer can be obtained. Of these, a light control layer capable of preferentially dimming light in a specific wavelength range can be obtained. In addition, the low refractive index layer and the high refractive index layer which comprise a light control layer can be formed in accordance with known film-forming methods, such as sputtering method and a coating method. Moreover, the thickness of each layer can be set arbitrarily.
また、調光層は、例えば、光吸収性材料により構成されていても良い。光吸収性材料としては、例えば、フッ素ドープ酸化錫(FTO)が挙げられる。調光層は、光吸収性材料を蒸着等の既知の成膜方法に従って成膜することにより形成することができる。また、光吸収性材料よりなる調光層の厚みは、任意に設定することができる。 Moreover, the light control layer may be comprised with the light absorptive material, for example. As a light absorptive material, fluorine dope tin oxide (FTO) is mentioned, for example. The light control layer can be formed by depositing a light absorbing material according to a known film deposition method such as vapor deposition. Moreover, the thickness of the light control layer which consists of a light absorptive material can be set arbitrarily.
フィルタが調光層を有していれば、所望の波長域の光を効率的に減光することができる。支持体及び調光層の材質は、I2>I1となるような光条件を創出可能なように、適宜選択することができる。例えば、支持体として用いうるガラスは、SiO2を主成分とする、即ちSiO2の含有率が50質量%以上であることが好ましく、実質的に不純物を含有しない(即ち、SiO2の含有率が99.99質量%以上)ことがより好ましい。中でも、ガラスを支持体として、上述のような材料よりなる調光層を備えるフィルタが好ましい。ここで、「調光」とは、光源より発せられたあるエネルギー分布の光を、入射時とは異なるエネルギー分布として出射することを意味する。本発明のフィルタは、任意の調光層だけでなく、支持体自体も、調光機能を発揮することで、上述したような焼成工程の際の条件を満たすために寄与しうる。なお、調光層は、支持体の光源側の表面に配置されていても良いし、光源とは反対側の(即ち、積層体側の)表面に配置されていても良い。 If the filter has a light control layer, light in a desired wavelength region can be efficiently reduced. The material of the support and the light control layer can be appropriately selected so that a light condition that satisfies I 2 > I 1 can be created. For example, the glass that can be used as the support is preferably composed mainly of SiO 2, that is, the content of SiO 2 is preferably 50% by mass or more, and substantially contains no impurities (ie, the content of SiO 2 Is more preferably 99.99% by mass or more). Especially, a filter provided with the light control layer which consists of the above materials by using glass as a support body is preferable. Here, “light control” means that light having a certain energy distribution emitted from a light source is emitted as an energy distribution different from that at the time of incidence. In the filter of the present invention, not only an arbitrary light control layer but also the support itself can contribute to satisfy the conditions in the firing step as described above by exhibiting the light control function. In addition, the light control layer may be arrange | positioned at the surface at the side of the light source of a support body, and may be arrange | positioned at the surface on the opposite side (namely, laminated body side) from a light source.
上記1)及び2)として記載した光エネルギー分布の調整のための方途のうち、第一層における焼損の発生を一層良好に抑制する観点、並びに、照射条件の制御の容易性、及び制御方法の汎用性の観点から、上記2)のように、フィルタを用いて焼成工程を行うことが好ましい。 Of the methods for adjusting the light energy distribution described as 1) and 2) above, the viewpoint of better suppressing the occurrence of burnout in the first layer, the ease of control of the irradiation conditions, and the control method From the viewpoint of versatility, it is preferable to perform the firing step using a filter as in 2) above.
さらに、焼成工程における光照射時間は、積層体の焼成に必要十分な時間を適宜設定することができる。光照射時間は、例えば、1秒以上100秒以下でありうる。また、焼成工程を実施する際の雰囲気は、特に限定されることなく、例えば、JIS Z 8703に従う常温常圧の大気雰囲気でありうる。 Furthermore, the light irradiation time in a baking process can set suitably the time required and sufficient for baking of a laminated body. The light irradiation time can be, for example, 1 second or more and 100 seconds or less. Moreover, the atmosphere at the time of implementing a baking process is not specifically limited, For example, it may be a normal temperature atmospheric pressure air atmosphere according to JISZ8703.
かかる焼成工程を経て得られた焼成済積層体は、既知の方法に従って、多孔質半導体層に対して色素を吸着させることで、上述したような色素増感型太陽電池の光電極となりうる。そして、得られた光電極を、既知の方法に従って、上述したような対向電極や電解質層と組み合わせて、色素増感型太陽電池を製造することができる。 The fired laminate obtained through such a firing step can be used as a photoelectrode of the dye-sensitized solar cell as described above by adsorbing the dye to the porous semiconductor layer according to a known method. And the dye-sensitized solar cell can be manufactured by combining the obtained photoelectrode with the counter electrode or the electrolyte layer as described above according to a known method.
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例、比較例において、積層体に備えられた第一層及び第二層の最大透過波長、各層の非透過光エネルギー量、フィルタのImim(%)及びImax(%)はそれぞれ以下のようにして測定した。さらに、実施例、比較例において、得られた第一層における焼損の有無、及び電池特性はそれぞれ以下のようにして評価した。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. In Examples and Comparative Examples, the maximum transmission wavelength of the first layer and the second layer provided in the laminate, the amount of non-transmitted light energy of each layer, and I mim (%) and I max (%) of the filter are as follows. The measurement was performed as described above. Further, in the examples and comparative examples, the presence or absence of burnout in the obtained first layer and the battery characteristics were evaluated as follows.
<最大透過波長>
まず、第一層及び第二層の0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲における最大透過率を測定するために、試験片を準備した。実施例、比較例で、それぞれ第一層及び第二層の形成に用いた材料と同じ材料を用いて、厚み200μmのシートを切りだして試験片を作製した。そして、試験片に対して、光源(日本分光社製、「紫外可視近赤外分光光度計」)を用いて波長範囲0.2μm以上2.7μm以下の光を照射して、試験片を経た光のエネルギーを測光器(日本分光社製、「紫外可視近赤外分光光度計」)により測定した。光源から出射される光について、試験片を介さない光についても、同様に測光器で測定した。これらの測定データに基づいて、各試験片の透過率曲線を得た。
得られた透過率曲線から、第一層の最大透過率が、照射波長1.0μmの際の83%であり、第二層の最大透過率が、照射波長2.3μmの際の90%であることを得た。よって、第一層の0.2μm以上2.7μm以下の波長範囲にて最大透過率を呈する最大透過波長λ1を1.0μmと決定し、最大透過波長λ2を2.3μmと決定した。また、波長1.0μmにおける第一層の光透過率T1は83%であった。
<各層の非透過光エネルギー量>
実施例、比較例について下式に基づいて、各波長における非透過エネルギー量(I)を算出した。
I[J]=E[J]×TF[%]/100×(100−第一層又は第二層の光透過率[%])/100
上記式中、
I:波長λxにおける第一層の非透過光エネルギー量[J]
E:波長λxにおける光源の放射エネルギー量[J]
TF:波長λxにおけるフィルタの光透過率[%]、フィルタを配置しない場合は「100」
TL:第一層又は第二層の光透過率[%]
そして、X軸を波長、Y軸を上記(I)として、算出したIの値をプロットして、曲線近似した。得られた曲線について、(λ1±0.5)μmの波長範囲におけるX軸と曲線により包含される面積を算出し、第一層の光透過率を用いて得たプロットについての算出値をI1、第二層の光透過率を用いて得たプロットについての算出値をI2とした。
<Maximum transmission wavelength>
First, in order to measure the maximum transmittance in the wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less of the first layer and the second layer, a test piece was prepared. In the examples and comparative examples, a test piece was prepared by cutting a sheet having a thickness of 200 μm using the same material as that used for forming the first layer and the second layer. Then, the test piece was irradiated with light having a wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less using a light source (manufactured by JASCO Corporation, “ultraviolet visible near infrared spectrophotometer”), and passed through the test piece. The energy of light was measured with a photometer (manufactured by JASCO Corporation, “UV-Visible Near-Infrared Spectrophotometer”). About the light radiate | emitted from a light source, it measured with the photometer similarly about the light which does not pass a test piece. Based on these measurement data, the transmittance curve of each test piece was obtained.
From the obtained transmittance curve, the maximum transmittance of the first layer is 83% when the irradiation wavelength is 1.0 μm, and the maximum transmittance of the second layer is 90% when the irradiation wavelength is 2.3 μm. Got to be. Therefore, the maximum transmission wavelength λ 1 exhibiting the maximum transmittance in the wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less of the first layer was determined to be 1.0 μm, and the maximum transmission wavelength λ 2 was determined to be 2.3 μm. Further, the light transmittance T 1 of the first layer at a wavelength of 1.0 μm was 83%.
<Non-transmitted light energy amount of each layer>
The non-transmission energy amount (I) at each wavelength was calculated based on the following formulas for the examples and comparative examples.
I [J] = E [J] × TF [%] / 100 × (100−light transmittance [%] of the first layer or the second layer) / 100
In the above formula,
I: amount of non-transmitted light energy of first layer at wavelength λ x [J]
E: Radiant energy of light source at wavelength λ x [J]
T F : Light transmittance [%] of the filter at the wavelength λ x, “100” when no filter is arranged
T L : Light transmittance of the first layer or the second layer [%]
The calculated value of I was plotted with the X axis as the wavelength and the Y axis as (I) above, and curve approximation was performed. For the obtained curve, the area covered by the X-axis and the curve in the wavelength range of (λ 1 ± 0.5) μm is calculated, and the calculated value for the plot obtained using the light transmittance of the first layer is The calculated value for the plot obtained using I 1 and the light transmittance of the second layer was defined as I 2 .
<フィルタのImim(%)及びImax(%)>
実施例、比較例で用いたフィルタに対して、光源(日本分光社製、「紫外可視近赤外分光光度計」)を用いて波長範囲0.2μm以上2.7μm以下の光を照射して、フィルタを透過した光を測光器(日本分光社製、「紫外可視近赤外分光光度計」)で測定した。光源から出射される光について、フィルタを介さない光についても、同様に測光器で測定した。そして、これらの測定データから、各波長における光透過率の値を算出し、透過率曲線を得た(JIS R 3106)。得られた透過率曲線から、0.7μm以上1.3μm以下の波長範囲における光透過率の最小値Imin(%)及び、2.0μm以上2.6μm以下の波長範囲における光透過率の最大値Imax(%)をそれぞれ決定した。結果を表1に示す。
<Filter I mim (%) and I max (%)>
The filter used in Examples and Comparative Examples was irradiated with light having a wavelength range of 0.2 μm or more and 2.7 μm or less using a light source (manufactured by JASCO Corporation, “Ultraviolet Visible Near Infrared Spectrophotometer”). The light transmitted through the filter was measured with a photometer (manufactured by JASCO Corporation, “UV-Vis-NIR Spectrophotometer”). Regarding the light emitted from the light source, the light not passing through the filter was similarly measured with a photometer. And from these measurement data, the value of the light transmittance in each wavelength was calculated, and the transmittance curve was obtained (JIS R 3106). From the obtained transmittance curve, the minimum value I min (%) of the light transmittance in the wavelength range of 0.7 μm to 1.3 μm and the maximum of the light transmittance in the wavelength range of 2.0 μm to 2.6 μm. The value I max (%) was determined respectively. The results are shown in Table 1.
<第一層における焼損の有無>
実施例、比較例に従う焼成工程を経て得られた第一層を目視観察し、以下の基準に従って評価した。
A:焼損が全く認められない。
B:第一層の受光表面積全体の20%未満に焼損が認められる。
C:第一層の受光表面積全体の20%以上に焼損が認められる。
<Presence of burnout in the first layer>
The 1st layer obtained through the baking process according to an Example and a comparative example was observed visually, and it evaluated according to the following references | standards.
A: Burnout is not recognized at all.
B: Burnout is observed in less than 20% of the entire light receiving surface area of the first layer.
C: Burnout is observed in 20% or more of the entire light receiving surface area of the first layer.
(実施例1)
<準備工程>
光電極基材としてのポリエチレンナフタレートフィルムの一方の表面上に、第一層として、インジウム−スズ酸化物(ITO)をスパッタ処理して光電極側導電膜を形成した。得られた導電膜付き光電極基材(ITO−PENフィルム、フィルム厚み:200μm、ITO厚み:200nm、シート抵抗15Ω/sq.)のITO面上に、第二層としての多孔質半導体層用焼成前駆膜を形成するための多孔質材料として酸化チタンを含有する、バインダーフリーの酸化チタンペースト(ペクセル・テクノロジーズ社製、「PECC−C01−06」)を、ベーカー式アプリケーターを用いて、塗布厚み150μmとなるように塗布し、塗膜を形成した。塗膜は、光電極側導電膜表面の一部を被覆するような形状で形成した。すなわち、積層体の受光側表面には、第一層である光電極側導電膜と、第二層である多孔質半導体層用焼成前駆膜とが露出した状態となっていた。
得られた塗膜を常温で10分間乾燥させた後、積層体の受光側表面の上方に、ガラス支持体(石英ガラス製、SiO2含有率99.99%以上)上に低屈折率層及び高屈折率層を複数層備える調光層が形成されてなるフィルタを配置した。上記に従って測定したフィルタのImim(%)及びImax(%)は表1に示す通りであった。
<焼成工程>
光源(岩崎電気社製、「ハロゲンヒーター」)を用いて波長範囲0.2μm以上2.7μm以下の光を照射した(照射条件:色温度2500K、ピーク波長1.2μm、照射時間10秒間)。得られた焼成済積層体について、上記に従って焼損の有無を判定した。結果を表1に示す。
Example 1
<Preparation process>
On one surface of a polyethylene naphthalate film as a photoelectrode substrate, indium tin oxide (ITO) was sputtered as a first layer to form a photoelectrode-side conductive film. On the ITO surface of the obtained photoelectrode substrate with an electrically conductive film (ITO-PEN film, film thickness: 200 μm, ITO thickness: 200 nm, sheet resistance 15 Ω / sq.), Firing for porous semiconductor layer as the second layer A binder-free titanium oxide paste (manufactured by Pexel Technologies, "PECC-C01-06") containing titanium oxide as a porous material for forming the precursor film is applied to a coating thickness of 150 μm using a Baker type applicator. It was applied to form a coating film. The coating film was formed in such a shape as to cover a part of the surface of the photoelectrode-side conductive film. That is, the photoelectrode side conductive film as the first layer and the firing precursor film for the porous semiconductor layer as the second layer were exposed on the light receiving side surface of the laminate.
After drying the obtained coating film at room temperature for 10 minutes, a low refractive index layer and a glass support (made of quartz glass, SiO 2 content of 99.99% or more) above the light receiving side surface of the laminate A filter in which a light control layer having a plurality of high refractive index layers was formed was disposed. The I mim (%) and I max (%) of the filter measured according to the above were as shown in Table 1.
<Baking process>
A light source (“Halogen heater” manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) was used to irradiate light having a wavelength range of 0.2 μm to 2.7 μm (irradiation conditions: color temperature 2500 K, peak wavelength 1.2 μm, irradiation time 10 seconds). About the obtained baked laminated body, the presence or absence of burnout was determined according to the above. The results are shown in Table 1.
(実施例2〜4)
焼成工程にて用いるフィルタを、表1に示すようなImim(%)及びImax(%)呈する、ガラス支持体上に低屈折率層及び高屈折率層を複数層備える調光層が形成されてなるフィルタにそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様にして焼成工程を実施して焼成済積層体を得た。さらに、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Examples 2 to 4)
A dimming layer comprising a plurality of low refractive index layers and multiple high refractive index layers is formed on a glass support, and the filter used in the firing step exhibits I mim (%) and I max (%) as shown in Table 1. A fired laminated body was obtained by carrying out the firing step in the same manner as in Example 1, except that the filters were changed to the respective filters. Furthermore, the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(実施例5)
焼成工程にて用いるフィルタを、調光層を有さない、支持体であるガラスのみからなるフィルタ(表1に示すようなImim(%)及びImax(%)呈する)に変更した以外は実施例1と同様にして焼成工程を実施して焼成済積層体を得た。さらに、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 5)
Except for changing the filter used in the firing process to a filter made of only glass as a support without a light control layer ( presenting I mim (%) and I max (%) as shown in Table 1). A firing process was performed in the same manner as in Example 1 to obtain a fired laminate. Furthermore, the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(実施例6)
焼成工程における照射条件を、色温度1500K、ピーク波長1.9μm、照射時間10秒間に変更した以外は、実施例1と同様にして焼成工程を実施して焼成済積層体を得た。さらに、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Example 6)
A fired laminate was obtained by carrying out the firing process in the same manner as in Example 1 except that the irradiation conditions in the firing process were changed to a color temperature of 1500 K, a peak wavelength of 1.9 μm, and an irradiation time of 10 seconds. Furthermore, the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(比較例1)
焼成工程にて用いるフィルタを、調光層を有さない、支持体であるガラスのみからなるフィルタ(表1に示すようなImim(%)及びImax(%)呈する)に変更し、且つ、照射条件を、色温度1000K、ピーク波長2.9μm、照射時間10秒間に変更した以外は、実施例1と同様にして焼成工程を実施して焼成済積層体を得た。さらに、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
The filter used in the firing step is changed to a filter made of only glass as a support having no light control layer ( presenting I mim (%) and I max (%) as shown in Table 1), and A fired laminate was obtained by carrying out the firing step in the same manner as in Example 1 except that the irradiation conditions were changed to a color temperature of 1000 K, a peak wavelength of 2.9 μm, and an irradiation time of 10 seconds. Furthermore, the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
(比較例2)
焼成工程にてフィルタを用いず、照射条件を、色温度1000K、ピーク波長2.9μm、照射時間10秒間に変更した以外は、実施例1と同様にして焼成工程を実施して焼成済積層体を得た。さらに、実施例1と同様の評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A fired laminate was obtained by carrying out the firing step in the same manner as in Example 1 except that no filter was used in the firing step and the irradiation conditions were changed to a color temperature of 1000 K, a peak wavelength of 2.9 μm, and an irradiation time of 10 seconds. Got. Furthermore, the same evaluation as in Example 1 was performed. The results are shown in Table 1.
表1中、「PEN」はポリエチレンナフタレートを、「ITO」はインジウム−スズ酸化物をそれぞれ示す。 In Table 1, “PEN” represents polyethylene naphthalate, and “ITO” represents indium-tin oxide.
表1より、ポリエチレンナフタレートよりなる基材上に、第一層としてインジウム−スズ酸化物よりなる層を、第二層として酸化チタンよりなる層を備える積層体を、I2>I1を満たす条件下で焼成した実施例1〜6では、得られる焼成済積層体における焼損の発生が抑制されていたことが分かる。 From Table 1, a laminate including a layer made of indium-tin oxide as a first layer and a layer made of titanium oxide as a second layer on a base material made of polyethylene naphthalate satisfies I 2 > I 1 . In Examples 1 to 6 fired under the conditions, it can be seen that the occurrence of burnout in the obtained fired laminate was suppressed.
本発明によれば、本発明は、光学的な特徴の異なる少なくとも2種類の層を有する積層体の焼成の際に、焼損が発生することを抑制可能な、光電変換素子の電極製造方法を提供することができる。 According to the present invention, the present invention provides an electrode manufacturing method for a photoelectric conversion element capable of suppressing the occurrence of burnout when a laminate having at least two types of layers having different optical characteristics is fired. can do.
Claims (6)
(λ1±0.5)μmの波長範囲における、前記第一層の非透過光エネルギー量をI1、前記第二層の非透過光エネルギー量をI2として、I2>I1を満たす条件下で前記積層体を焼成する焼成工程を含む、
光電変換素子の電極製造方法。 A first layer having a maximum transmission wavelength of λ 1 μm exhibiting a maximum transmittance in a wavelength range of 0.2 μm to 2.7 μm, and a second layer having a maximum transmission wavelength of λ 2 μm greater than λ 1 In firing the laminate having
In the wavelength range of (λ 1 ± 0.5) μm, the non-transmission light energy amount of the first layer is I 1 , and the non-transmission light energy amount of the second layer is I 2 , so that I 2 > I 1 is satisfied. Including a firing step of firing the laminate under conditions,
A method for manufacturing an electrode of a photoelectric conversion element.
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