JP2013211103A - Method of manufacturing working electrode, working electrode, method of manufacturing dy-sensitized solar cell, and dy-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作用極の製造方法および作用極並びに色素増感太陽電池の製造方法および色素増感太陽電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a working electrode, a working electrode, a method for producing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell.
光電変換素子として、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素増感太陽電池が注目されており、色素増感太陽電池について種々の開発が行われている。 As a photoelectric conversion element, a dye-sensitized solar cell has attracted attention because it is inexpensive and high photoelectric conversion efficiency can be obtained, and various developments have been made on the dye-sensitized solar cell.
色素増感太陽電池は一般に、多孔質金属酸化物半導体層を導電性基板の上に有する作用極と、対極と、作用極と対極とを連結する封止部と、作用極、対極及び封止部によって囲まれるセル空間内に配置される電解質とを備えている。 A dye-sensitized solar cell generally includes a working electrode having a porous metal oxide semiconductor layer on a conductive substrate, a counter electrode, a sealing portion connecting the working electrode and the counter electrode, a working electrode, a counter electrode, and a sealing. And an electrolyte disposed in a cell space surrounded by the portion.
ここで、作用極として、多孔質酸化物半導体層で得られた電気を効率よく外部に引き出すため、導電性基板上に集電配線を有した構造が提案されている。さらに、電解質による集電配線の腐食を防止するため、集電配線が配線保護層で被覆されることが一般的である。 Here, as a working electrode, a structure having a current collecting wiring on a conductive substrate has been proposed in order to efficiently extract the electricity obtained from the porous oxide semiconductor layer to the outside. Furthermore, in order to prevent corrosion of the current collecting wiring due to the electrolyte, the current collecting wiring is generally covered with a wiring protective layer.
このような作用極の製造方法として、例えば、透明導電性の基板上に設けられた集電電極の表面に、ガラスフリット等を含むガラスペースト組成物を塗布した後、このガラスペースト組成物を特定の加熱温度で加熱することにより、集電電極の表面を被覆する被覆層を形成して電極基板を製造する方法が知られている(下記特許文献1参照)。下記特許文献1では、上記のようにして製造された電極基板により、被覆層のクラックの発生を防止して、十分な耐電解液性を確保することが提案されている。 As a method for producing such a working electrode, for example, after applying a glass paste composition containing glass frit or the like to the surface of a collecting electrode provided on a transparent conductive substrate, the glass paste composition is specified. There is known a method of manufacturing an electrode substrate by forming a coating layer that covers the surface of a collecting electrode by heating at a heating temperature (see Patent Document 1 below). In the following Patent Document 1, it is proposed that the electrode substrate manufactured as described above prevents the generation of cracks in the coating layer and ensures sufficient resistance to electrolyte.
しかし、上記特許文献1に記載の電極基板の製造方法は以下に示す課題を有していた。 However, the manufacturing method of the electrode substrate described in Patent Document 1 has the following problems.
すなわち、上記特許文献1に記載の電極基板の製造方法で得られた電極基板については、当該電極基板を色素増感太陽電池の作用極として使用する場合に、電解質によって集電配線が腐食される場合があり、上記電極基板は耐久性の点で改善の余地を有していた。 That is, with respect to the electrode substrate obtained by the electrode substrate manufacturing method described in Patent Document 1, the current collector wiring is corroded by the electrolyte when the electrode substrate is used as a working electrode of a dye-sensitized solar cell. In some cases, the electrode substrate has room for improvement in terms of durability.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、色素増感太陽電池に対して優れた耐久性を付与することが可能な作用極を製造できる作用極の製造方法および作用極並びに色素増感太陽電池の製造方法および色素増感太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for producing a working electrode capable of producing a working electrode capable of imparting excellent durability to a dye-sensitized solar cell, a working electrode, and a dye sensitizing method. An object is to provide a method for producing a solar cell and a dye-sensitized solar cell.
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、以下のことが原因となって集電配線が腐食するのではないかと考えた。すなわち、集電配線は、金属粒子を含有する金属ペーストを導電性基板上に塗布した後、加熱することにより形成される。しかし、金属粒子同士が融着した際の隙間に空隙が生じ、内部から表面まで連通する空隙を有する集電配線が形成されてしまうことがある。この場合、上記特許文献1のように、集電配線の表面をガラスペースト組成物で覆い、ガラスペースト組成物を加熱して被覆層を形成する際、上記集電配線の内部から表面まで連通されている空隙に含まれている空気が加熱されて膨張し、この膨張した空気が、ガラスペースト組成物の表面まで突き抜ける。その結果、得られる配線保護層において、電解質が集電配線まで侵入し得る経路が生成されるのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らは、予め、集電配線内部の空隙率を極力小さくしておけば、上記課題を解決できるのではないかと考えた。そして、本発明者らは更に鋭意検討を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have thought that the current collector wiring may be corroded due to the following reasons. That is, the current collector wiring is formed by applying a metal paste containing metal particles on a conductive substrate and then heating. However, voids are generated in the gaps when the metal particles are fused together, and current collector wiring having voids communicating from the inside to the surface may be formed. In this case, as in Patent Document 1, when the surface of the current collector wiring is covered with a glass paste composition and the glass paste composition is heated to form a coating layer, the current collector wiring is communicated from the inside to the surface. The air contained in the voids is heated and expanded, and the expanded air penetrates to the surface of the glass paste composition. As a result, the present inventors considered that a path through which the electrolyte can enter the current collector wiring may be generated in the obtained wiring protective layer. Therefore, the present inventors have thought that the above-described problems can be solved if the porosity inside the current collector wiring is reduced as much as possible. As a result of further intensive studies, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following invention, and have completed the present invention.
すなわち本発明は、金属粒子を含有する金属ペーストを導電性基板上に塗布して加熱することにより金属層を形成し、前記金属層に充填材を浸透させて集電配線を形成する集電配線形成工程と、集電配線の表面を配線保護層形成用材料で覆い、配線保護層形成用材料を加熱して配線保護層を形成する配線保護層形成工程と、を含むことを特徴とする作用極の製造方法である。 That is, the present invention provides a current collector wiring in which a metal layer containing metal particles is applied on a conductive substrate and heated to form a metal layer, and a filler is infiltrated into the metal layer to form a current collector wiring. And a wiring protective layer forming step of covering the surface of the current collector wiring with a wiring protective layer forming material and heating the wiring protective layer forming material to form a wiring protective layer. It is a manufacturing method of an electrode.
上記製造方法によれば、金属層の内部に充填材を浸透させることで、金属ペーストの加熱によって金属層内部から表面まで連通して生じた空隙が、充填材によって充填されるため、金属層内部の空隙率を極力小さくすることができる。このため、この集電配線を配線保護層形成用材料で覆い、配線保護層形成用材料を加熱して配線保護層を形成する際、集電配線内部に残った空隙に含まれる空気が膨張しても、膨張した空気の量が極めて少ないため、配線保護層への空気の侵入を極力防止することができる。したがって、配線保護層や集電配線内部にボイドが非常に生じにくくなるため、電解質が配線保護層から集電配線まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、電解質による集電配線の腐食を防ぐことができ、作用極の劣化を抑制することができる。また得られた作用極の表面に、例えば封止部を加熱によって接着させる際、集電配線内部に残った空隙に含まれる空気が膨張しても、膨張する空気の量が少ないため、配線保護層に空気の膨張による応力が加わることを極力抑制することができる。このため、配線保護層内部に発生するクラックがほとんど生じなくなる。したがって、電解質が配線保護層から集電配線まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、得られた作用極を、電解質を有する色素増感太陽電池の作用極として適用した場合に、電解質による集電配線の腐食が十分に抑制される。よって、本発明の作用極の製造方法によれば、色素増感太陽電池に対して優れた耐久性を付与することが可能な作用極を製造することができる。 According to the above manufacturing method, by allowing the filler to penetrate into the inside of the metal layer, the void formed in communication from the inside of the metal layer to the surface by the heating of the metal paste is filled with the filler. Can be made as small as possible. For this reason, when the current collector wiring is covered with a wiring protective layer forming material and the wiring protective layer forming material is heated to form the wiring protective layer, the air contained in the voids remaining inside the current collecting wiring expands. However, since the amount of the expanded air is extremely small, it is possible to prevent air from entering the wiring protective layer as much as possible. Therefore, voids are hardly generated in the wiring protective layer and the current collecting wiring, and the generation of a path through which the electrolyte can penetrate from the wiring protective layer to the current collecting wiring is sufficiently suppressed. As a result, corrosion of the current collector wiring due to the electrolyte can be prevented, and deterioration of the working electrode can be suppressed. For example, when the sealing part is bonded to the surface of the obtained working electrode by heating, even if the air contained in the gap remaining inside the current collector wiring expands, the amount of the expanding air is small, so that the wiring protection It can suppress as much as possible that the stress by expansion | swelling of air is added to a layer. For this reason, the crack which generate | occur | produces inside a wiring protective layer hardly arises. Therefore, generation of a path through which the electrolyte can enter from the wiring protective layer to the current collecting wiring is sufficiently suppressed. As a result, when the obtained working electrode is applied as a working electrode of a dye-sensitized solar cell having an electrolyte, corrosion of the current collector wiring by the electrolyte is sufficiently suppressed. Therefore, according to the method for producing a working electrode of the present invention, a working electrode capable of imparting excellent durability to the dye-sensitized solar cell can be produced.
また、本発明は、導電性基板と、導電性基板上に設けられ、金属粒子および充填材とを含む集電配線と、集電配線を覆って保護する配線保護層と、を備えることを特徴とする作用極である。 In addition, the present invention includes a conductive substrate, a current collector wiring provided on the conductive substrate and including metal particles and a filler, and a wiring protective layer that covers and protects the current collector wiring. Is the working electrode.
この作用極によれば、集電配線内部の空隙が充填材によって充填されているので、集電配線内部は、空隙率が小さい構造になっている。このことから、当該作用極の表面に、例えば封止部形成用材料を加熱によって接着させる際、集電配線内部に残った空隙に含まれる空気が膨張しても、膨張する空気の量が少ないため、配線保護層に空気の膨張による応力が加わることを極力抑制することができる。このため、配線保護層内部にクラックがほとんど生じなくなる。したがって、電解質が配線保護層から集電配線まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、得られた作用極を、電解質を有する色素増感太陽電池の作用極として適用した場合に、電解質による集電配線の腐食が十分に抑制される。よって、本発明の作用極によれば、色素増感太陽電池に対してより優れた耐久性を付与することが可能となる。 According to this working electrode, since the voids in the current collector wiring are filled with the filler, the current collector wiring has a structure with a small porosity. For this reason, when the sealing portion forming material is adhered to the surface of the working electrode by heating, for example, even if the air contained in the gap remaining in the current collector wiring expands, the amount of the expanding air is small Therefore, it can suppress as much as possible that the stress by expansion | swelling of air is added to a wiring protective layer. For this reason, cracks hardly occur inside the wiring protective layer. Therefore, generation of a path through which the electrolyte can enter from the wiring protective layer to the current collecting wiring is sufficiently suppressed. As a result, when the obtained working electrode is applied as a working electrode of a dye-sensitized solar cell having an electrolyte, corrosion of the current collector wiring by the electrolyte is sufficiently suppressed. Therefore, according to the working electrode of the present invention, it is possible to impart more excellent durability to the dye-sensitized solar cell.
上記作用極の製造方法においては、金属ペーストが無機バインダ粒子を含有することが好ましい。 In the method for producing the working electrode, the metal paste preferably contains inorganic binder particles.
この場合、金属ペーストを加熱することによって、無機バインダが溶融する。この際、無機バインダが金属ペーストの内部から導電性基板の表面に向かって移動し、導電性基板の表面に付着する。その結果、集電配線と導電性基板との接着力を向上することができる。したがって、集電配線が導電性基板から剥離しにくくなるため、集電配線の耐久性を高めることができる。一方、無機バインダが移動した部位には、比較的大きな空隙が形成されるが、この空隙には、充填材が充填されるため、金属ペーストが無機バインダ粒子を有する場合でも、金属層内部の空隙率を極力小さくすることができる。 In this case, the inorganic binder is melted by heating the metal paste. At this time, the inorganic binder moves from the inside of the metal paste toward the surface of the conductive substrate and adheres to the surface of the conductive substrate. As a result, the adhesive force between the current collector wiring and the conductive substrate can be improved. Therefore, since the current collection wiring is difficult to peel from the conductive substrate, the durability of the current collection wiring can be improved. On the other hand, a relatively large void is formed at the site where the inorganic binder has moved. Since this void is filled with a filler, the void inside the metal layer is present even when the metal paste has inorganic binder particles. The rate can be made as small as possible.
上記作用極においては、集電配線が無機バインダを含有することが好ましい。 In the said working electrode, it is preferable that current collection wiring contains an inorganic binder.
これにより、集電配線と導電性基板との接着力がより向上した作用極を形成することができる。したがって、集電配線が導電性基板から剥離しにくくなるため、集電配線の耐久性を高めることが出来る。 Thereby, the working electrode which the adhesive force of current collection wiring and an electroconductive board | substrate improved more can be formed. Therefore, since the current collection wiring is difficult to peel from the conductive substrate, the durability of the current collection wiring can be improved.
上記作用極又はその製造方法においては、充填材が金属材料を含むことが好ましい。 In the working electrode or the manufacturing method thereof, the filler preferably contains a metal material.
これにより、集電配線の電気伝導率が上がるため、多孔質酸化物半導体層で得られた電気を容易に効率よく外部に引き出すことが可能となる。 Thereby, since the electrical conductivity of the current collector wiring is increased, the electricity obtained from the porous oxide semiconductor layer can be easily and efficiently extracted to the outside.
本発明に係る色素増感太陽電池においては、上記作用極の製造方法によって得られることが好ましい。 The dye-sensitized solar cell according to the present invention is preferably obtained by the method for producing a working electrode.
上記作用極の製造方法によって、色素増感太陽電池を作製することにより、配線保護層内部にクラックがほとんど存在しない色素増感太陽電池を実現することができる。したがって、電解質が配線保護層から集電配線まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、得られた作用極を、電解質を有する色素増感太陽電池の作用極として適用した場合に、電解質による集電配線の腐食が十分に抑制される。よって、上記作用極の製造方法によって得られた色素増感太陽電池によれば、従来よりも優れた耐久性を有する色素増感太陽電池を実現することが可能となる。 By producing a dye-sensitized solar cell by the above method for producing a working electrode, a dye-sensitized solar cell having almost no cracks inside the wiring protective layer can be realized. Therefore, generation of a path through which the electrolyte can enter from the wiring protective layer to the current collecting wiring is sufficiently suppressed. As a result, when the obtained working electrode is applied as a working electrode of a dye-sensitized solar cell having an electrolyte, corrosion of the current collector wiring by the electrolyte is sufficiently suppressed. Therefore, according to the dye-sensitized solar cell obtained by the manufacturing method of the working electrode, it is possible to realize a dye-sensitized solar cell having durability superior to that of the conventional one.
本発明によれば、色素増感太陽電池に対して優れた耐久性を付与することが可能な作用極を製造できる作用極の製造方法および作用極並びに色素増感太陽電池の製造方法および色素増感太陽電池が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and working electrode of a working electrode which can manufacture the working electrode which can provide the outstanding durability with respect to a dye-sensitized solar cell, the manufacturing method and dye-sensitizing of a dye-sensitized solar cell A solar cell is provided.
<第1実施形態>
以下、本発明に係る作用極の製造方法および作用極並びに色素増感太陽電池の製造方法および色素増感太陽電池の第1実施形態を図1〜図7に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a method for producing a working electrode, a working electrode, a method for producing a dye-sensitized solar cell, and a dye-sensitized solar cell according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Note that the present invention is not limited to such an embodiment. In addition, the drawings used in the following description may show the main part in an enlarged manner for the sake of convenience in order to make the characteristics of the present invention easier to understand. Not necessarily.
図1は、本発明に係る作用極の第1実施形態を示す断面図であり、本発明の作用極が色素増感太陽電池の作用極として使用された状態を示している。図2は、図1の配線部を示す拡大部分断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a working electrode according to the present invention, and shows a state in which the working electrode of the present invention is used as a working electrode of a dye-sensitized solar cell. FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing the wiring portion of FIG.
図1に示すように、色素増感太陽電池100は、作用極10と、作用極10に対向する対極20と、作用極10及び対極20を連結する環状の封止部30と、作用極10、対極20及び封止部30によって形成されるセル空間に配置される電解質40とを備えている。
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
対極20は、導電性基板21と、導電性基板21の作用極10側に設けられて触媒反応を促進する触媒層22とを備えている。
The
作用極10は、導電性基板11と、導電性基板11の上に設けられる光増感色素が担持された多孔質酸化物半導体層12と、導電性基板11の上で多孔質酸化物半導体層12の周囲に設けられる配線部13とを備えている。導電性基板11は、透明基板14と、透明基板14の上に設けられる透明導電膜15とを備えている。配線部13は、透明導電膜15上に設けられる集電配線16と、集電配線16を覆って電解質40から保護する配線保護層17とを有しており、集電配線16は、導電性基板11上に設けられ、充填材18と金属層19とを含んでいる。また、図2に示すように、集電配線16は、集電配線16の下部に有する無機バインダ50を含んでいる。なお、この際、集電配線16の内部には、比較的少数であるが空隙Aが生じている。空隙Aには、表面まで連通せず閉空間を形成している空隙も含まれている。
The working
次に、上記色素増感太陽電池100の製造方法について、図3〜図7に基づいて説明する。
Next, the manufacturing method of the said dye-sensitized
まず作用極10の製造方法について説明する。
First, a method for manufacturing the working
はじめに、図3に示すように、透明基板14の上に透明導電膜15を形成してなる導電性基板11を用意する。
First, as shown in FIG. 3, a
透明基板14を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、高歪点ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)、透明ポリイミドなどが挙げられる。透明基板14の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.05〜10mmの範囲にすればよい。
The material which comprises the
透明導電膜15を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜15は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜15の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。
Examples of the material constituting the transparent
透明導電膜15の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解(SPD)法及びCVD法などが用いられる。
As a method for forming the transparent
次に、導電性基板11の上に、多孔質酸化物半導体層12を形成する。多孔質酸化物半導体層12は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、加熱して形成する。
Next, the porous
上記酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO5)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される。多孔質酸化物半導体層12の厚さは例えば0.5〜50μmであればよい。
Examples of the oxide semiconductor particles include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 5 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), strontium titanate (SrTiO 5 ), and tin oxide (SnO 2 ). ), Indium oxide (In 3 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), thallium oxide (Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), holmium oxide (Ho 2) O 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or two or more of these. The thickness of the porous
多孔質酸化物半導体層形成用ペーストは、上記酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールやセルロース誘導体などの樹脂、及び、テルピネオールなどの溶媒を含む。 The porous oxide semiconductor layer forming paste contains a resin such as polyethylene glycol and cellulose derivative, and a solvent such as terpineol, in addition to the oxide semiconductor particles.
多孔質酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、メタルマスク法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。 As a printing method of the paste for forming a porous oxide semiconductor layer, for example, a screen printing method, a metal mask method, a doctor blade method, a bar coating method, or the like can be used.
加熱温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は100〜600℃である。加熱時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は0.5〜5時間である。 The heating temperature varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, but is usually 100 to 600 ° C. Although the heating time varies depending on the material of the oxide semiconductor particles, it is usually 0.5 to 5 hours.
次に、導電性基板11の上に配線部13を形成する。ここで、配線部13の形成工程には、集電配線形成工程と、配線保護層形成工程とを含む。
Next, the
まず、集電配線形成工程について、説明する。ここで、図3に示すように、導電性基板11の透明導電膜15上に、金属粒子及び無機バインダ粒子を含む金属ペーストを塗布した後、乾燥して金属層前駆体19Aを形成する。
First, the current collector wiring forming process will be described. Here, as shown in FIG. 3, a metal paste containing metal particles and inorganic binder particles is applied onto the transparent
金属粒子を構成する金属材料としては、例えば銀、銅、金、アルミ、ニッケル、チタンなどが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the metal material constituting the metal particles include silver, copper, gold, aluminum, nickel, and titanium. These can be used alone or in combination of two or more.
無機バインダ粒子を構成する材料としては、例えば低融点ガラス等のガラスフリットやはんだなどが挙げられる。低融点ガラスとしては、金属配線を形成するペーストの焼成温度よりも低い温度で軟化するものであることが好ましく、例えば、550℃以下の軟化点を有することが好ましい。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the material constituting the inorganic binder particles include glass frit such as low melting point glass and solder. The low melting point glass is preferably one that softens at a temperature lower than the firing temperature of the paste forming the metal wiring, and preferably has a softening point of 550 ° C. or less, for example. These can be used alone or in combination of two or more.
上記金属ペーストは、上述した金属粒子、無機バインダ粒子のほか、揮発性溶媒などの溶媒、必要に応じてポリエチレングリコールなどの有機バインダ粒子をさらに含んでもよい。 In addition to the above-described metal particles and inorganic binder particles, the metal paste may further contain a solvent such as a volatile solvent and, if necessary, organic binder particles such as polyethylene glycol.
金属ペーストの塗布方法としては、例えばスクリーン印刷法、メタルマスク法、インクジェット法、ドクターブレード法、バーコート法、ディスペンス法などを用いることができる。 As a method for applying the metal paste, for example, a screen printing method, a metal mask method, an ink jet method, a doctor blade method, a bar coating method, a dispensing method, or the like can be used.
金属ペーストの乾燥温度は、組成により異なるが、通常は100〜200℃であればよい。乾燥時間も、組成により異なるが、通常は0.1〜2時間であればよい。 Although the drying temperature of a metal paste changes with compositions, it should just be 100-200 degreeC normally. Although drying time also changes with compositions, it should just be 0.1 to 2 hours normally.
このとき、金属粒子の平均粒径は、好ましくは1500nm以下であり、より好ましくは900nm以下である。金属粒子の平均粒径が上記範囲内にあると、上記範囲を外れる場合に比べて、より緻密で平均空隙径の小さな集電配線16を得ることができる。
At this time, the average particle diameter of the metal particles is preferably 1500 nm or less, and more preferably 900 nm or less. When the average particle diameter of the metal particles is within the above range, it is possible to obtain a
なお、このとき、集電配線16の厚さは、例えば2〜60μmであればよい。
In addition, the thickness of the
集電配線16の空隙率をより小さくするには、例えば金属ペースト中の有機バインダ粒子等の焼成時の消失成分の含有率を小さくすればよい。このようにすることで、集電配線16をより緻密とすることが可能となる。
In order to make the porosity of the
次に、金属層前駆体19Aを加熱する。このとき、金属層前駆体19A中の金属粒子が焼結される。こうして、図4(a)に示すように、金属層19が形成される。このとき、図4(a),(b)に示すように、金属層19内部には空隙Aが生じる。ここで、空隙Aは、金属層19内部から表面まで連通している空隙、及び、金属層19内部から表面まで連通せず、閉空間を形成している空隙の両方を含む。また、金属層19内部から表面まで連通している空隙には、図4(b)の断面においては表面まで連通していないが3次元的に見ると空隙が連通しており、いずれかの場所において金属層19表面まで連通している空隙が含まれている。
Next, the
金属層前駆体19Aの加熱温度は、300〜600℃であればよく、加熱時間は、0.1〜2時間であればよい。
The heating temperature of the
次に、図5(a)に示すように、金属層19の内部に充填材18を浸透させる。このため、図5(a),(b)に示すように、金属層前駆体19Aの加熱処理により金属層19内部に生じた空隙Aが充填材18によって充填される。この結果、充填材18を内部に含む集電配線16が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A, the
ここで、充填材18を構成する材料としては、空隙Aを充填できる材料であれば特に限定されないが、例えば、電気伝導性の観点から金属材料、充填性の観点から樹脂材料が含まれていることが好ましい。
Here, the material constituting the
充填材18の材料として金属材料を用いる場合、集電配線の電気伝導率が上がるため、多孔質酸化物半導体層12で得られた電気を容易に効率よく外部に引き出すことが可能となる。
When a metal material is used as the material of the
充填材18の材料として金属材料を用いる場合、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、例えば、銀や銅などの導電性めっき材料が特に好適である。なお、上記金属材料は、加熱後に酸化物などに変化しても差し支えない。
When a metal material is used as the material of the
充填材18の材料として樹脂材料を用いる場合、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、例えば、ポリイミド系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、フッ素樹脂などの材料が特に好適である。なお、上記樹脂材料は、後述する配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際に、炭化しても差し支えない。
When a resin material is used as the material of the
なお、上記の金属材料及び樹脂材料は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、充填材18の材料は、上記機能を発現し得るものであれば金属材料及び樹脂材料に限定されず、例えば、イオン液体などの材料が挙げられる。
In addition, said metal material and resin material can be used individually or in combination of 2 or more types. Moreover, the material of the
集電配線16中の無機バインダ50の含有率は、0.1〜5質量%であることが好ましいが、0.1〜3質量%であることがより好ましい。
The content of the
この場合、集電配線16中の無機バインダ50の含有率が0.1質量%未満である場合に比べて、導電性基板11に対してより優れた密着性を示すことが可能となり、3質量%を超える場合に比べて、集電配線16の抵抗をより十分に低減させることが可能となる。
In this case, compared with the case where the content of the
続いて、配線保護層形成工程について、説明する。ここで、図6に示すように、集電配線16を覆うよう、配線保護層形成用材料17Aを設ける。
Subsequently, the wiring protective layer forming step will be described. Here, as shown in FIG. 6, a wiring protective
配線保護層17は、集電配線16を覆って電解質40から保護する材料で構成されればよく、配線保護層17を構成する配線保護層形成用材料17Aとしては、例えば低融点ガラスなどの無機材料、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の耐熱性樹脂等を含むペーストを用いることができる。また、ホットメルト接着剤を貼付するなどの手法も適用できる。ホットメルト接着剤としては、例えば、ポリオレフィン系のホットメルト接着剤を用いることができる。
The wiring
配線保護層17を形成する場合、配線保護層形成用材料17Aは、上述した無機材料、又は、耐熱性樹脂などの樹脂材料の他、必要に応じてポリエチレングリコールなどの樹脂、テルピネオールなどの溶媒を含んでもよい。
In the case of forming the wiring
配線保護層17の厚さは、例えば1〜30μmであればよい。
The thickness of the wiring
そして、図7に示すように、配線保護層形成用材料17Aを加熱することにより配線保護層17を形成する。
Then, as shown in FIG. 7, the wiring
ペーストが無機材料を含む場合、加熱処理は、集電配線16の上に塗布されたペーストを乾燥させた後、加熱し、焼成させることによって行われる。加熱温度はペーストの組成により異なるが、通常は300〜600℃である。加熱時間も、ペーストの組成により異なるが、通常は0.5〜2時間である。
When the paste includes an inorganic material, the heat treatment is performed by drying and then heating and baking the paste applied on the
ペーストが耐熱性樹脂を含む場合、加熱処理は、ペーストを加熱することにより乾燥させることによって行われる。乾燥温度はペーストの組成により異なるが、通常100〜200℃である。乾燥時間も、ペーストの組成により異なるが、通常は0.5〜2時間である。以上のようにして、図7に示すように、導電性基板11の透明導電膜15の上に配線部13が形成される。なお、ペーストが反応性の耐熱性樹脂を含む場合には、必要に応じて、反応を完結させるため、さらに加熱する場合がある。この条件はペーストの組成により異なるが、例えば、200〜400℃、0.5〜4時間の条件で行なう。
When the paste includes a heat resistant resin, the heat treatment is performed by drying the paste by heating. The drying temperature varies depending on the paste composition, but is usually 100 to 200 ° C. The drying time also varies depending on the paste composition, but is usually 0.5 to 2 hours. As described above, the
なお、配線保護層17は、無機材料の複層構造であっても良いし、無機材料と樹脂材料の複層構造であってもよい。無機材料を複層にする場合、溶融温度の異なる無機材料を用いてもよい。
The wiring
こうして、作用極10が形成される。
Thus, the working
次に、作用極10の多孔質酸化物半導体層12の表面に、光増感色素を担持させる。このためには、作用極10を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を多孔質酸化物半導体層12に担持した後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を多孔質酸化物半導体層12に担持させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層12に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を多孔質酸化物半導体層12に担持させてもよい。
Next, a photosensitizing dye is supported on the surface of the porous
光増感色素としては、例えばビピリジン系やターピリジン系の配位子を有するルテニウム錯体、オスミウム錯体、鉄錯体、銅錯体、白金錯体、ポルフィリン金属錯体、フタロシアニン金属錯体等の金属錯体色素、又は、シアニン、メロシアニン、マーキュロクロム、キサンテン系色素、アゾ系色素、クマリン系色素などの有機色素などを用いることができる。 As the photosensitizing dye, for example, a ruthenium complex, a osmium complex, an iron complex, a copper complex, a platinum complex, a porphyrin metal complex, a phthalocyanine metal complex, or a metal complex dye having a bipyridine or terpyridine ligand, or cyanine Organic dyes such as merocyanine, mercurochrome, xanthene dyes, azo dyes, and coumarin dyes can be used.
次に、封止部30を準備する。封止部30は、封止用樹脂を用意し、その封止用樹脂フィルムに四角形状の開口を形成することによって得ることができる。
Next, the sealing
そして、この封止部30を、作用極10の上に接着させる。このとき、封止部30の開口の内側に多孔質酸化物半導体層12が配置されるようにする。封止部30の作用極10への接着は、封止部30を加熱溶融させることによって行うことができる。封止用樹脂フィルムとしては、例えばアイオノマー樹脂、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体などを含む各種変性ポリオレフィン樹脂や、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。
Then, the sealing
次に、多孔質酸化物半導体層12の上に電解質40を配置する。
Next, the
電解質40は通常、電解液で構成され、この電解液は例えばI−/I3 −などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばI−/I3 −のほか、臭素/臭化物イオンなどの対が挙げられる。また、電解質40は、有機溶媒に変えて、イオン液体を用いて良い。また、イオン液体と有機溶媒との混合物からなる電解質でもよい。イオン液体としては、例えば1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド等が好適に用いられる。上記電解質40には添加剤を加えてもよい。添加剤としては、ヨウ化リチウム、4−tertブチルピリジン、N−メチルベンゾイミダゾール、グアニジンチオシアネートなどが挙げられる。さらに電解質40としては、上記電解質にSiO2、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。
The
電解質40は、例えばスクリーン印刷等の印刷法やディスペンサによる塗布などの方法によって配置することが可能である。
The
次に、対極20を準備する。
Next, the
対極20は、上述したように、導電性基板21と、導電性基板21のうち作用極10側に設けられて対極20の表面における還元反応を促進する導電性の触媒層22とを備えるものである。
As described above, the
導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、ステンレス、アルミ等の耐食性の金属材料や、上述した透明基板14にITO、FTO等の導電性酸化物からなる膜を形成したもので構成される。導電性基板21の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.005〜10mmとすればよい。
The
触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
The
最後に、対極20を封止部30の開口を塞ぐように貼り合わせる。対極20の封止部30への貼合せは、大気圧下で行っても減圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことが好ましい。
Finally, the
以上のようにして、図1に示すように、色素増感太陽電池100が得られる。
As described above, a dye-sensitized
上記のようにして作製すると、集電配線16内部に生じる空隙が極めて少ない色素増感太陽電池100を実現することが可能となる。
When produced as described above, it is possible to realize the dye-sensitized
以下、本発明に係る第1実施形態の作用効果を説明する。従来において、集電配線16は、金属粒子及び無機バインダ粒子を含有する金属ペーストを導電性基板11上に塗布した後、加熱することにより金属層19として形成される。しかし、この加熱処理により、無機バインダ50は、溶融して導電性基板11の表面に向かって移動するため、無機バインダ50が移動した部位には、比較的大きな空隙Aが形成される。このため、加熱処理後に形成された集電配線16の内部には比較的大きな空隙Aが形成されてしまう。したがって、集電配線16の表面を配線保護層形成用材料17Aで覆い、配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際、集電配線16に形成された空隙Aに含まれている空気が加熱されて膨張し、この膨張した空気が、配線保護層形成用材料17Aを突き抜け、得られる配線保護層17において、電解質40が集電配線16まで侵入し得る経路が生成される。この結果、侵入する電解質40によって集電配線16が腐食されてしまい、作用極10の耐久性が劣化してしまう。
Hereinafter, the operation and effect of the first embodiment according to the present invention will be described. Conventionally, the
本発明の第1実施形態により、上記問題を解決することができる。すなわち、集電配線16内部の空隙率を極力少なくできるよう、金属層19の内部に充填材18を浸透させる。これにより、金属ペーストの加熱処理により金属層19内部に生じる空隙Aが充填されるので、集電配線16内部の空隙率を極力小さくすることができる。このため、集電配線16を配線保護層形成用材料17Aで覆い、配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際、集電配線16内部に残った空隙Aに含まれる空気が膨張しても、膨張した空気の量が極めて少ないため、配線保護層17に対する空気の侵入を極力防止することができる。したがって、配線保護層17や集電配線16内部にボイドが非常に生じにくくなるため、電解質40が配線保護層17から集電配線16まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、電解質40による集電配線16の腐食を防ぐことが出来、作用極10における耐久性の劣化を抑制することができる。
According to the first embodiment of the present invention, the above problem can be solved. That is, the
また、得られた作用極10の表面に、例えば封止部30を加熱によって接着させる際、集電配線16内部に残った空隙Aに含まれる空気が膨張しても、膨張する空気の量が少ないため、配線保護層17に空気の膨張による応力が加わることを極力抑制することができる。このため、配線保護層17内部にクラックがほとんど生じなくなる。したがって、電解質40が配線保護層17から集電配線16まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。その結果、得られた作用極10を、電解質40を有する色素増感太陽電池100の作用極10として適用した場合に、電解質40による集電配線16の腐食が十分に抑制される。よって、本発明の第1実施形態に係る作用極10の製造方法によれば、色素増感太陽電池100に対して優れた耐久性を付与することが可能な作用極10を製造することができる。
Further, when the sealing
<第2実施形態>
次に、本発明の作用極における第2実施形態を図8に基づいて詳細に説明する。図8は、本発明に係る作用極10の第2実施形態に用いられる配線部113の断面図である。即ち、集電配線16を、導電性基板11上に設けられている第1集電配線41と、第1集電配線41上に設けられている第2集電配線42と、を含む構造にしてもよい。さらに、第1集電配線41及び第2集電配線42の内部にそれぞれ生じた空隙A1,A2は、充填材18で充填されている。また、このとき、第2集電配線42の空隙率が第1集電配線41の空隙率よりも小さくなるように形成されている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the working electrode of the present invention will be described in detail based on FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the
第1集電配線41及び第2集電配線42の内部にそれぞれ生じた空隙A1,A2は、充填材18で充填されているため、第1実施形態と同様に、配線保護層17や第1集電配線41及び第2集電配線42の内部にボイドが非常に生じにくくなり、電解質40が配線保護層17から第1集電配線41及び第2集電配線42まで侵入し得る経路の生成が十分に抑制される。さらに、本実施形態においては、第2集電配線42の空隙率が第1集電配線41の空隙率よりも小さくなるように形成されているため、第1集電配線41及び第2集電配線42を配線保護層形成用材料17Aで覆い、配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際に、第1集電配線41の空隙A1に含まれる空気が加熱により膨張しても、その空気が、配線保護層17を突き抜けることが第2集電配線42によって十分に抑制される。このため、空隙A1内の空気が配線保護層17へほとんど侵入しなくなるので、配線保護層17内部にボイドが生じにくくなる。その結果、配線保護層17において、電解質40が侵入し得る経路の生成が抑制される効果がより一層向上する。したがって、得られた作用極10を、電解質40を有する色素増感太陽電池100の作用極として適用した場合に、電解質40による集電配線16の腐食が十分に抑制される。よって、本発明の作用極10の製造方法によれば、色素増感太陽電池100に対して優れた耐久性を付与することが可能な作用極10を製造することができる。
Since the gaps A1 and A2 generated inside the first current collecting
ここで、第1集電配線41及び第2集電配線42に用いられる材料は、上記集電配線16に用いられる材料と同様、金属粒子として例えば銀及び銅などを含んだ金属材料を用いている。また、第1集電配線41は、無機バインダ50として例えば低融点ガラス等のガラスフリットやはんだなどを含んだ金属材料を用いている。第2集電配線42は、無機バインダ60を含有してもよい。このとき、無機バインダ60の含有量は、第1集電配線41よりも少ないことが好ましく、その差は0.1〜3質量%であることがより好ましい。この場合、第1集電配線41中の無機バインダ50の含有率と第2集電配線42中の無機バインダ60の含有率との差が上記範囲を外れる場合に比べて、第1集電配線41の空隙率よりも第2集電配線42の空隙率を容易に低くすることができる。したがって、第1集電配線41及び第2集電配線42を配線保護層形成用材料17Aで覆い、配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際に、第1集電配線41の空隙A1に含まれる空気が加熱により膨張しても、その空気が、配線保護層17を突き抜けることが第2集電配線42によって十分に抑制される。このため、空隙A2内の空気が配線保護層17へほとんど侵入しなくなるので、配線保護層17内部にボイドが生じにくくなる。その結果、配線保護層17において、電解質40が侵入し得る経路の生成が抑制される効果がさらに向上する。
Here, the material used for the 1st
さらに、第2集電配線42における空隙A2の最大径は、第1集電配線41の空隙A1の最大径よりも小さいことが好ましい。この場合、第1集電配線41及び第2集電配線42を配線保護層形成用材料17Aで覆い、配線保護層形成用材料17Aを加熱して配線保護層17を形成する際に、第1集電配線41の空隙A1に含まれる空気が加熱により膨張しても、その空気が、配線保護層17を突き抜けることが第2集電配線42によって十分に抑制される。
Furthermore, the maximum diameter of the gap A2 in the second
なお、第1集電配線41における金属粒子の平均粒径は、上記集電配線16の場合と同等であればよく、好ましくは2000nm以下であり、より好ましくは1000nm以下であればよい。第2集電配線42における金属粒子の平均粒径は、好ましくは1500nm以下であり、より好ましくは900nm以下である。金属粒子の平均粒径が上記範囲内にあると、上記範囲を外れる場合に比べて、より緻密な第1集電配線41及び第2集電配線42を得ることができる。なお、第2金属ペースト中に含まれる金属粒子の平均粒径は、第1金属ペースト中に含まれる金属粒子と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
The average particle diameter of the metal particles in the first
また、第1集電配線41の厚さは、上記集電配線16の場合と同等であればよく、例えば2〜60μmであればよい。また、第2集電配線42の厚さは、例えば2〜60μmであればよい。
Moreover, the thickness of the 1st
次に、本発明に係る作用極の製造方法における第2実施形態について説明する。ここで、第1実施形態の製造方法との共通箇所に関しては説明を省略し、製造方法の異なる箇所のみ説明する。まず、上記集電配線16と同様の方法で第1金属層前駆体41Aを形成した後、第1金属層前駆体41Aの上から、金属粒子及び無機バインダ60を含む第2金属ペーストを塗布し、乾燥させて第2金属層前駆体42Aを形成する。次に、第1金属層前駆体41A及び第2金属層前駆体42Aを一括で加熱する。このとき、第1金属層前駆体41A及び第2金属層前駆体42A中の金属粒子が焼結される。こうして、内部に空隙A1,A2が生じた第1金属層41B及び第2金属層42Bが同時に形成される。最後に、第1金属層41B及び第2金属層42B内部に充填材18を浸透させる。このとき、第1金属層41B及び第2金属層42B内に生じた空隙A1,A2がそれぞれ充填材18で充填され、第1集電配線41及び第2集電配線42が同時に形成される。これにより、加熱処理工程と充填材18の充填工程をそれぞれ一工程で行うことができるため、形成方法の簡易化かつコストの低減を図ることが可能になる。
Next, a second embodiment of the working electrode manufacturing method according to the present invention will be described. Here, description is omitted about the common part with the manufacturing method of 1st Embodiment, and only the part from which a manufacturing method differs is demonstrated. First, after forming the first metal layer precursor 41A by the same method as the
なお、本発明に係る作用極の製造方法における第2実施形態は、上記形成方法に限定されるものではなく、上記形成方法に替えて、下記形成方法を行っても良い。すなわち、第1金属層前駆体41Aを加熱処理し、第1金属層41Bの形成後に充填材18を施し、第1集電配線41を形成した後に、第1集電配線41と同様の手順で第2集電配線42を形成するといった、加熱処理工程と充填材18の充填工程を2回ずつ行うものであってもよい。このときの形成条件は、第1集電配線41及び第2集電配線42を同時に形成する場合の条件と同様である。これにより、充填材18が、それぞれの集電配線に浸透しやすくなるため、第1集電配線41及び第2集電配線42における空隙率及び空隙径の低減をより一層図ることが可能となる。
In addition, 2nd Embodiment in the manufacturing method of the working electrode which concerns on this invention is not limited to the said formation method, It may replace with the said formation method and may perform the following formation method. That is, the first metal layer precursor 41A is heat-treated, the
また、本発明の作用極における第2実施形態は、上記形態に限定されるものではなく、変形例として、図9に示すような形態を取っても良い。ここで、図9は、本発明に係る作用極10における第2実施形態の変形例として用いられる配線部213の断面図である。即ち、配線部213において、第2集電配線42は、第1集電配線41のうち導電性基板11と接している面を除く面の一部を覆っているだけでもよく、導電性基板11に接着されていない形態としてもよい。この場合、配線部213においては、第1集電配線41のうち第2集電配線42で覆われていない残部と、配線保護層17とは互いに接着されている。ここで、配線保護層17が無機バインダを含むことが好ましい。この場合、第1集電配線41は無機バインダ50を含むため、配線保護層17中の無機バインダと第1集電配線41中の無機バインダ50とが互いに結合する。その結果、配線保護層17と第1集電配線41との密着性を向上させることが可能となる。ここで、無機バインダとしては、電解質40に対する耐食性があり、電解質40に含まれる揮発性物質の漏洩を十分に抑制できると言う理由から、特にガラスフリットが好ましい。
Moreover, 2nd Embodiment in the working electrode of this invention is not limited to the said form, You may take a form as shown in FIG. 9 as a modification. Here, FIG. 9 is a cross-sectional view of a
また上記第1実施形態および第2実施形態では、作用極10を構成する導電性基板11として、透明導電性基板が使用されているが、導電性基板11は、必ずしも透明である必要はない。例えば、対極20がシースルー電極である場合には、導電性基板11は、透明でない基板で構成することが可能である。透明でない基板としては、例えば対極20の導電性基板21と同様のものを使用することができる。
Moreover, in the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the transparent conductive substrate is used as the
また上記第1実施形態および第2実施形態では、集電配線16に、無機バインダが含まれているが、集電配線16は、必ずしも無機バインダを含む必要はない。この場合には、比較的大きな空隙が生じにくくすることができる。
Moreover, in the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the inorganic binder is contained in the
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
まずガラスからなる厚さ1mmの透明基板の上に、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成してなる透明導電性基板を準備した。
Example 1
First, a transparent conductive substrate was prepared by forming a transparent conductive film made of FTO having a thickness of 1 μm on a transparent substrate made of glass having a thickness of 1 mm.
次に、銀ペースト(商品名XA−9053、藤倉化成(株)製)に、加熱処理後における集電配線中の無機物に占めるガラスフリットの含有率が1質量%となるようにガラスフリットを配合し、加熱処理後の体積抵抗率が3.0×10−6Ωm程度になるような金属ペーストを準備した。そして、この金属ペーストを透明導電膜上にスクリーン印刷法にて印刷し、格子状に銀回路部を形成した。その後、130℃で乾燥させて金属層前駆体を形成した。 Next, glass frit is blended with silver paste (trade name XA-9053, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) so that the content of glass frit in the inorganic material in the current collector wiring after heat treatment is 1% by mass. Then, a metal paste was prepared so that the volume resistivity after the heat treatment was about 3.0 × 10 −6 Ωm. And this metal paste was printed on the transparent conductive film by the screen printing method, and the silver circuit part was formed in the grid | lattice form. Then, it dried at 130 degreeC and the metal layer precursor was formed.
次に、この金属層前駆体を500℃で1時間加熱し、金属層を形成した。このとき、金属層の断面等を観察すると、銀粒子の融着部の隙間に、多くの空隙が確認できた。この際、金属層の内部から表面まで連通している空隙と、金属層内部で閉じて閉空間を形成している2種類の空隙が見られた。 Next, this metal layer precursor was heated at 500 ° C. for 1 hour to form a metal layer. At this time, when the cross section of the metal layer and the like were observed, many voids could be confirmed in the gaps between the fused portions of the silver particles. At this time, there were two types of voids that communicated from the inside of the metal layer to the surface and two types of voids that closed inside the metal layer to form a closed space.
次に、上記の方法により形成された金属層において、銀回路部以外の箇所をマスクし、銀回路部上に充填材として電解めっきによる銅めっきを施し、集電配線を形成した。このとき、集電配線の断面を観察すると、集電配線の表面まで連通している空隙が銅めっきで埋まっている様子が確認できた。また、このとき、集電配線の厚さは、10μmであった。 Next, in the metal layer formed by the above method, portions other than the silver circuit portion were masked, and copper plating by electrolytic plating was applied as a filler on the silver circuit portion to form a current collecting wiring. At this time, when the cross section of the current collector wiring was observed, it was confirmed that the gap communicating with the surface of the current collector wiring was filled with copper plating. At this time, the thickness of the current collector wiring was 10 μm.
次に、集電配線を被覆するように、低融点ガラスフリットを主成分とする配線保護層形成用材料をスクリーン印刷法により複数回塗布した。そして、上記配線保護層形成用材料を500℃で1時間加熱し、厚さ10μmの配線保護層を形成した。こうして配線保護層で被覆された集電配線を得た。 Next, a material for forming a wiring protective layer mainly composed of a low melting point glass frit was applied a plurality of times by screen printing so as to cover the current collecting wiring. And the said wiring protective layer forming material was heated at 500 degreeC for 1 hour, and the 10-micrometer-thick wiring protective layer was formed. Thus, a current collector wiring covered with the wiring protective layer was obtained.
その後、当該作用極をヨウ素電解液中に85℃加熱下で浸漬した。ここで、10サンプル中、集電配線に腐食が発生したサンプル数を確認した。結果を表1に示す。 Thereafter, the working electrode was immersed in an iodine electrolyte under heating at 85 ° C. Here, the number of samples in which corrosion occurred in the current collector wiring among 10 samples was confirmed. The results are shown in Table 1.
(実施例2、3)
実施例1で用いた電解めっきによる銅めっきの代わりに、実施例2では充填材として電解めっきによる銀めっきを用いたこと、実施例3では銀回路部上にポリイミドワニスを塗布し、含浸後に350℃で加熱硬化させたこと以外は実施例1と同様の方法で集電配線を形成した。その後、実施例1と同様に腐食が発生したサンプル数の確認を行った。それぞれ、結果を表1に示す。
(Examples 2 and 3)
In Example 2, silver plating by electrolytic plating was used as a filler instead of copper plating by electrolytic plating used in Example 1, and in Example 3, polyimide varnish was applied on the silver circuit portion, and 350 after impregnation. A current collecting wiring was formed in the same manner as in Example 1 except that the heat curing was performed at 0 ° C. Thereafter, as in Example 1, the number of samples in which corrosion occurred was confirmed. The results are shown in Table 1, respectively.
(比較例1)
金属層内に充填材を充填しないこと以外は実施例1と同様にして配線保護層で被覆した集電配線を形成した。それぞれ、結果を表1に示す。
A current collector wiring covered with a wiring protective layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the metal layer was not filled with a filler. The results are shown in Table 1, respectively.
(実施例4)
実施例1と同等の条件で集電配線を形成した後、透明導電膜上に、酸化チタンナノ粒子のペーストをスクリーン印刷法で塗布し、乾燥した後、500℃で1時間加熱した。こうして厚さ10μmの多孔質酸化物半導体層を形成した。
Example 4
After forming current collection wiring on the conditions equivalent to Example 1, the paste of the titanium oxide nanoparticle was apply | coated by the screen printing method on the transparent conductive film, and it heated at 500 degreeC for 1 hour after drying. In this way, a 10 μm thick porous oxide semiconductor layer was formed.
次に、実施例1と同等の条件で配線保護層を形成し、ルテニウムビピリジン錯体(N719色素)のアセトニトリル/t−ブタノール溶液中に一昼夜以上浸漬させた後、色素溶液中から取り出して乾燥させて、多孔質酸化物半導体層に光増感色素を担持させた。 Next, a wiring protective layer was formed under the same conditions as in Example 1, and immersed in an acetonitrile / t-butanol solution of ruthenium bipyridine complex (N719 dye) for more than one day and night, then taken out from the dye solution and dried. The photosensitizing dye was supported on the porous oxide semiconductor layer.
次に、不活性ガスを充填した循環精製型グローブブックス内にて、作用極の上に、ヨウ素レドックスを含む電解質を塗布して配置した。 Next, an electrolyte containing iodine redox was applied and disposed on the working electrode in a circulation purification type Globe Books filled with an inert gas.
次に、封止部を形成するための封止部形成体を準備した。封止部形成体は、6cm×6cm×60μmのアイオノマー樹脂(商品名:バイネル、デュポン社製)からなる1枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、開口は、5cm×5cm×60μmの大きさとなるようにした。その結果、幅が5mmの封止部形成体を得た。 Next, the sealing part formation body for forming a sealing part was prepared. The sealing part forming body prepared a single sealing resin film made of 6 cm × 6 cm × 60 μm ionomer resin (trade name: Binnel, manufactured by DuPont), and the sealing resin film has a rectangular shape. Obtained by forming an opening. At this time, the opening was made to have a size of 5 cm × 5 cm × 60 μm. As a result, a sealing part forming body having a width of 5 mm was obtained.
そして、この封止部形成体を、配線保護層の上に載せた後、封止部形成体を加熱溶融させることによって配線保護層に接着させた。 And after mounting this sealing part formation body on a wiring protection layer, it was made to adhere to a wiring protection layer by heat-melting a sealing part formation body.
次に、対極を用意した。対極は、6cm×6cm×50μmのチタン箔からなる導電性基板の上にスパッタリング法によって厚さ10nmの白金からなる触媒層を形成することによって用意した。また、上記封止部形成体をもう1つ準備し、この封止部形成体を、対極のうち作用極と対向する面の端部に、上記と同様にして接着させた。 Next, a counter electrode was prepared. The counter electrode was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 10 nm on a conductive substrate made of titanium foil of 6 cm × 6 cm × 50 μm by sputtering. Another sealing part forming body was prepared, and this sealing part forming body was bonded to the end of the surface of the counter electrode facing the working electrode in the same manner as described above.
次に、作用極に接着させた封止部形成体と、対極に接着させた封止部形成体とを対向させ、封止部形成体同士を重ね合わせた。そして、この状態で封止部形成体を加圧しながら封止部形成体を加熱溶融させた。こうして作用極と対極との間に封止部を形成し、色素増感太陽電池を得た。 Next, the sealing part forming body bonded to the working electrode and the sealing part forming body bonded to the counter electrode were opposed to each other, and the sealing part forming bodies were overlapped with each other. And the sealing part formation body was heat-melted, pressing the sealing part formation body in this state. Thus, a sealing portion was formed between the working electrode and the counter electrode, and a dye-sensitized solar cell was obtained.
その次に、上記工程を経て作製された色素増感太陽電池セルを遮水パッケージに挿入して密封した。 Next, the dye-sensitized solar cell produced through the above steps was inserted into a water-proof package and sealed.
(実施例5、6)
実施例4で用いられている電解めっきによる銅めっきの代わりに、実施例5では充填材として電解めっきによる銀めっきを用いたこと、実施例6では銀回路部上にポリイミドワニスを塗布し、含浸後に350℃で加熱硬化させたこと以外は実施例4と同様の方法で色素増感太陽電池を作製した。
(Examples 5 and 6)
In Example 5, silver plating by electrolytic plating was used as a filler instead of copper plating by electrolytic plating used in Example 4, and in Example 6, polyimide varnish was applied on the silver circuit portion and impregnated. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 4 except that it was subsequently heat-cured at 350 ° C.
(比較例2)
金属層内に充填材を充填しないこと以外は実施例4と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the metal layer was not filled with a filler.
その後、耐久性評価として、セルにおける1000時間後の光電変換効率の維持率を以下のようにして評価した。 Then, as durability evaluation, the maintenance rate of the photoelectric conversion efficiency after 1000 hours in a cell was evaluated as follows.
実施例4〜6及び比較例2の色素増感太陽電池を、85℃環境下に保持し、1000時間経過後の光電変換効率の維持率を、下記式:光電変換効率の維持率(%)=1000時間経過後の光電変換効率/製造直後の光電変換効率×100
に従って算出した。
以上の方法により算出した光電変換効率の維持率の結果を表2に示す。
Calculated according to
Table 2 shows the result of the maintenance ratio of the photoelectric conversion efficiency calculated by the above method.
表1に示す結果より、実施例1〜3の集電配線は、比較例1の集電配線に比べて、より優れた腐食防止性を示すことが分かった。 From the results shown in Table 1, it was found that the current collecting wirings of Examples 1 to 3 showed better corrosion prevention properties than the current collecting wiring of Comparative Example 1.
表2に示す結果より、実施例4〜6の色素増感太陽電池は、比較例2の色素増感太陽電池に比べて、より優れた光電変換効率の維持率を示すことが分かった。 From the results shown in Table 2, it was found that the dye-sensitized solar cells of Examples 4 to 6 showed a higher maintenance rate of photoelectric conversion efficiency than the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 2.
以上より、本発明の作用極の製造法によれば、色素増感太陽電池に対して、優れた耐久性を付与することが可能な作用極を製造できることが確認された。 As mentioned above, according to the manufacturing method of the working electrode of this invention, it was confirmed that the working electrode which can provide the outstanding durability with respect to a dye-sensitized solar cell can be manufactured.
10…作用極
11…導電性基板
12…多孔質酸化物半導体層
13,113,213…配線部
14…透明基板
15…透明導電膜
16…集電配線
17…配線保護層
17A…配線保護層形成用材料
18…充填材
19…金属層
19A…金属層前駆体
20…対極
21…導電性基板
22…触媒層
30…封止部
40…電解質
41…第1集電配線
42…第2集電配線
50,60…無機バインダ
100…色素増感太陽電池
A,A1,A2…空隙
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記導電性基板上に設けられ、金属粒子および充填材を含む集電配線と、
前記集電配線を覆って保護する配線保護層と、
を備えることを特徴とする作用極。 A conductive substrate;
A current collector wiring provided on the conductive substrate and including metal particles and a filler;
A wiring protective layer that covers and protects the current collector wiring;
A working electrode comprising:
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