JP2000260493A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光電変換効率が高い太陽電池を提供する。
【解決手段】 チタニア多孔質膜の表面に増感色素とド
デシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる膜を形
成するか、または、チタニア多孔質膜と増感色素との間
にドデシルベンゼンスルホン酸塩膜を形成した光電子変
換素子を用いて太陽電池を構成する。上記ドデシルベン
ゼンスルホン酸塩としては、ドデシルベンゼンスルホン
酸第二鉄、ドデシルベンゼンスルホン酸第二銅、ドデシ
ルベンゼンスルホン酸クロム、ドデシルベンゼンスルホ
ン酸マンガン、ドデシルベンゼンスルホン酸錫などが好
ましい。
デシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる膜を形
成するか、または、チタニア多孔質膜と増感色素との間
にドデシルベンゼンスルホン酸塩膜を形成した光電子変
換素子を用いて太陽電池を構成する。上記ドデシルベン
ゼンスルホン酸塩としては、ドデシルベンゼンスルホン
酸第二鉄、ドデシルベンゼンスルホン酸第二銅、ドデシ
ルベンゼンスルホン酸クロム、ドデシルベンゼンスルホ
ン酸マンガン、ドデシルベンゼンスルホン酸錫などが好
ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色素増感型の太陽
電池に関し、さらに詳しくは、色素増感型で光電変換効
率が高い太陽電池に関する。
電池に関し、さらに詳しくは、色素増感型で光電変換効
率が高い太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、太陽電池には、一般にアモルファ
スシリコンを用いた光電子変換素子が使用されていた
が、シリコンは価格が高いという問題があった。
スシリコンを用いた光電子変換素子が使用されていた
が、シリコンは価格が高いという問題があった。
【０００３】そこで、有機光電子変換素子を用いたグレ
ッツェルセルと呼ばれる新しい色素増感型の太陽電池が
提案され、８％の光電変換効率を得たことが報告されて
いる。
ッツェルセルと呼ばれる新しい色素増感型の太陽電池が
提案され、８％の光電変換効率を得たことが報告されて
いる。
【０００４】このグレッツェルセルは、一般に、チタニ
アコロイドを積層し、４５０℃程度で焼結することによ
ってチタニアの多孔質膜を形成し、そのチタニア多孔質
膜の表面に、可視光線領域に強い吸収をもつ増感色素を
固定し、白金（Ｐｔ）を蒸着したガラスを対極として用
い、その間に電解質を充満させ、封止することによって
作製されている。
アコロイドを積層し、４５０℃程度で焼結することによ
ってチタニアの多孔質膜を形成し、そのチタニア多孔質
膜の表面に、可視光線領域に強い吸収をもつ増感色素を
固定し、白金（Ｐｔ）を蒸着したガラスを対極として用
い、その間に電解質を充満させ、封止することによって
作製されている。
【０００５】このグレッツェルセルで電気エネルギーを
取り出すメカニズムは、次のように考えられている。ま
ず、セル外部からチタニア多孔質膜に可視光が照射され
ると、増感色素が励起され、電子的な基底状態から励起
状態へと遷移する。励起された増感色素の電子はチタニ
アの伝導帯に注入され、外部回路を通り、対極に移動す
る。対極に移動した電子は、電解質中のイオンによって
運ばれ、増感色素に戻る。このような過程が繰り返され
て電気エネルギーが取り出され、電池として機能するよ
うになる。
取り出すメカニズムは、次のように考えられている。ま
ず、セル外部からチタニア多孔質膜に可視光が照射され
ると、増感色素が励起され、電子的な基底状態から励起
状態へと遷移する。励起された増感色素の電子はチタニ
アの伝導帯に注入され、外部回路を通り、対極に移動す
る。対極に移動した電子は、電解質中のイオンによって
運ばれ、増感色素に戻る。このような過程が繰り返され
て電気エネルギーが取り出され、電池として機能するよ
うになる。
【０００６】そして、このグレッツェル型太陽電池の理
論的最大光電変換効率は３３％であると発表されてい
て、シリコン系太陽電池と同等の光電変換効率を達成す
る可能性を有していると考えられるが、現実に到達して
いる光電変換効率は８〜１０％にすぎず、光電変換効率
を高めて、少しでも理論的最大光電変換効率に近づける
ことが必要とされる。
論的最大光電変換効率は３３％であると発表されてい
て、シリコン系太陽電池と同等の光電変換効率を達成す
る可能性を有していると考えられるが、現実に到達して
いる光電変換効率は８〜１０％にすぎず、光電変換効率
を高めて、少しでも理論的最大光電変換効率に近づける
ことが必要とされる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な色素増感型の太陽電池における実情に鑑み、その光電
変換効率を向上させて、光電変換効率の高い太陽電池を
提供することを目的とする。
な色素増感型の太陽電池における実情に鑑み、その光電
変換効率を向上させて、光電変換効率の高い太陽電池を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、チタニア多孔
質膜の表面に増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩
との混合物からなる膜を形成するか、または、チタニア
多孔質膜と増感色素との間にドデシルベンゼンスルホン
酸塩膜を形成することによって光電子変換素子を構成
し、上記課題を解決したものである。
質膜の表面に増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩
との混合物からなる膜を形成するか、または、チタニア
多孔質膜と増感色素との間にドデシルベンゼンスルホン
酸塩膜を形成することによって光電子変換素子を構成
し、上記課題を解決したものである。
【０００９】すなわち、光電子変換素子を上記構成にす
ることによって、導電性の優れたドデシルベンゼンスル
ホン酸塩がチタニア多孔質膜と増感色素との間に介在す
ることになり、それによって、チタニア多孔質膜と増感
色素との間の界面抵抗が低減し、その結果、電池の内部
抵抗が低減して、光電変換効率が向上し、光電変換効率
の高い太陽電池が得られるようになる。
ることによって、導電性の優れたドデシルベンゼンスル
ホン酸塩がチタニア多孔質膜と増感色素との間に介在す
ることになり、それによって、チタニア多孔質膜と増感
色素との間の界面抵抗が低減し、その結果、電池の内部
抵抗が低減して、光電変換効率が向上し、光電変換効率
の高い太陽電池が得られるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明において、上記チタニア多
孔質膜と増感色素との間に介在させるドデシルベンゼン
スルホン酸塩としては、例えば、ドデシルベンゼンスル
ホン酸第二鉄、ドデシルベンゼンスルホン酸第二銅、ド
デシルベンゼンスルホン酸クロム、ドデシルベンゼンス
ルホン酸マンガン、ドデシルベンゼンスルホン酸錫など
が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いることができ
るし、また、２種以上を併用することもできる。
孔質膜と増感色素との間に介在させるドデシルベンゼン
スルホン酸塩としては、例えば、ドデシルベンゼンスル
ホン酸第二鉄、ドデシルベンゼンスルホン酸第二銅、ド
デシルベンゼンスルホン酸クロム、ドデシルベンゼンス
ルホン酸マンガン、ドデシルベンゼンスルホン酸錫など
が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いることができ
るし、また、２種以上を併用することもできる。
【００１１】増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩
との混合物からなる膜を形成するにあたり、増感色素と
ドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合比率としては重
量比で１００：１〜２００：１にすることが好ましい。
ドデシルベンゼンスルホン酸塩の比率が上記範囲より少
ない場合は、光電変換効率を向上させる効果が減少し、
ドデシルベンゼンスルホン酸塩の比率が上記範囲より多
くなると、それに伴う増感色素の減少により、光電変換
効率が低下するおそれがある。
との混合物からなる膜を形成するにあたり、増感色素と
ドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合比率としては重
量比で１００：１〜２００：１にすることが好ましい。
ドデシルベンゼンスルホン酸塩の比率が上記範囲より少
ない場合は、光電変換効率を向上させる効果が減少し、
ドデシルベンゼンスルホン酸塩の比率が上記範囲より多
くなると、それに伴う増感色素の減少により、光電変換
効率が低下するおそれがある。
【００１２】上記増感色素とドデシルベンゼンスルホン
酸との混合物からなる膜は、均一な膜であることが望ま
しいが、部分的に不連続になっていてもよい。
酸との混合物からなる膜は、均一な膜であることが望ま
しいが、部分的に不連続になっていてもよい。
【００１３】また、チタニア多孔質膜と増感色素との間
にドデシルベンゼンスルホン酸塩の膜を形成する場合、
該ドデシルベンゼンスルホン酸塩膜の厚さとしては０．
０１〜５ｎｍが好ましく、この膜もできるだけ均一であ
ることが望ましいが、部分的に不連続になっていてもよ
い。
にドデシルベンゼンスルホン酸塩の膜を形成する場合、
該ドデシルベンゼンスルホン酸塩膜の厚さとしては０．
０１〜５ｎｍが好ましく、この膜もできるだけ均一であ
ることが望ましいが、部分的に不連続になっていてもよ
い。
【００１４】つぎに、本発明の太陽電池の一例を図面を
参照しつつ説明する。図１は本発明の太陽電池の一例を
模式的に示す図であり、この太陽電池は、ガラス板１上
に形成されたＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫との混合
物）からなる透明電極２上に、チタニア多孔質膜３を形
成し、そのチタニア多孔質膜３の表面に、増感色素とド
デシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる膜４を
形成することによって光電子変換素子が構成され、その
対極としてガラス板５上に白金（Ｐｔ）の蒸着膜６を形
成し、それらの間に電解質溶液７を配設し、封止するこ
とによって作製されている。そして、符号８は負荷であ
る。なお、この図１では、チタニア多孔質膜３や増感色
素とドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる
膜４は両者ともそれぞれが完全に独立した膜であるかの
ように図示されているが、実際には、チタニア粒子の周
囲に増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合
物からなる膜が形成され、それらが集合した状態になっ
ているものの方が多い。
参照しつつ説明する。図１は本発明の太陽電池の一例を
模式的に示す図であり、この太陽電池は、ガラス板１上
に形成されたＩＴＯ（酸化インジウムと酸化錫との混合
物）からなる透明電極２上に、チタニア多孔質膜３を形
成し、そのチタニア多孔質膜３の表面に、増感色素とド
デシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる膜４を
形成することによって光電子変換素子が構成され、その
対極としてガラス板５上に白金（Ｐｔ）の蒸着膜６を形
成し、それらの間に電解質溶液７を配設し、封止するこ
とによって作製されている。そして、符号８は負荷であ
る。なお、この図１では、チタニア多孔質膜３や増感色
素とドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる
膜４は両者ともそれぞれが完全に独立した膜であるかの
ように図示されているが、実際には、チタニア粒子の周
囲に増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合
物からなる膜が形成され、それらが集合した状態になっ
ているものの方が多い。
【００１５】上記チタニア多孔質膜３は、通常、１０〜
３０ｎｍの微粒子二酸化チタンで形成される多孔質膜で
あって、例えば、微粒子二酸化チタンの分散スラリーを
透明電極上に塗布し、乾燥後、約４５０℃で焼結するこ
とによって作製される。
３０ｎｍの微粒子二酸化チタンで形成される多孔質膜で
あって、例えば、微粒子二酸化チタンの分散スラリーを
透明電極上に塗布し、乾燥後、約４５０℃で焼結するこ
とによって作製される。
【００１６】増感色素としては、特に限定させることは
ないが、その構造中にカルボキシル基を有するものがチ
タニアへの電子注入効率が高いことから好ましく、その
具体例としては、例えば、ＲｕＬ2 （ＮＣＳ）2 （Ｌ＝
４，４−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）、Ｒｕ
Ｌ〔Ｒｕ（ｂｐｙ）2 （ＣＮ）2 〕（ｂｐｙ＝２，２’
−ビピリジン）などのルテニウム錯体などが挙げられ
る。
ないが、その構造中にカルボキシル基を有するものがチ
タニアへの電子注入効率が高いことから好ましく、その
具体例としては、例えば、ＲｕＬ2 （ＮＣＳ）2 （Ｌ＝
４，４−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）、Ｒｕ
Ｌ〔Ｒｕ（ｂｐｙ）2 （ＣＮ）2 〕（ｂｐｙ＝２，２’
−ビピリジン）などのルテニウム錯体などが挙げられ
る。
【００１７】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例に例示の
もののみに限定されることはない。
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例に例示の
もののみに限定されることはない。
【００１８】実施例１ ガラス板上に形成されたＩＴＯ膜からなる透明電極上
に、アナターゼ型二酸化チタン〔テイカ社製、ＡＭＴ６
００（商品名）、平均粒径３０ｎｍの微粒子二酸化チタ
ン〕のメタノール分散スラリーを塗布し、常温乾燥後、
９０℃で２０分間加熱してメタノールを除去し、ついで
４５０℃で３０分間加熱して焼結することにより透明電
極上に厚さ３０ｎｍのチタニア多孔質膜を形成した。
に、アナターゼ型二酸化チタン〔テイカ社製、ＡＭＴ６
００（商品名）、平均粒径３０ｎｍの微粒子二酸化チタ
ン〕のメタノール分散スラリーを塗布し、常温乾燥後、
９０℃で２０分間加熱してメタノールを除去し、ついで
４５０℃で３０分間加熱して焼結することにより透明電
極上に厚さ３０ｎｍのチタニア多孔質膜を形成した。
【００１９】つぎに、上記チタニア多孔質膜を、ルテニ
ウム錯体〔ＲｕＬ2 （ＮＣＳ）2 、Ｌ＝４，４−ジカル
ボキシ−２，２’−ビピリジン〕のメタノール飽和溶液
とドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄の０．１重量％メ
タノール溶液との体積比１０：１の混合液に８０℃で１
０時間浸漬し、浸漬後、乾燥してチタニア多孔質膜の表
面に増感色素としてのルテニウム錯体とドデシルベンゼ
ンスルホン酸第二鉄との混合物からなる膜を形成した。
つぎに、上記のようにして形成されたルテニウム錯体と
ドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄との混合物からなる
膜上に、電解質溶液としてエチレンカーボネートとアセ
トニトリルとの体積比４：１の混合溶媒にヨウ素飽和メ
タノール液とテトラプロピルアンモニウムアイオダイド
飽和メタノール液との重量比１：１の混合物を溶解させ
た溶液を１滴垂らした。対極としてガラス板上に形成さ
れた白金（Ｐｔ）の蒸着膜をその上に重ね、電解質溶液
が漏れないように周囲をエポキシ樹脂で封止して太陽電
池を作製した。上記ルテニウム錯体とドデシルベンゼン
スルホン酸第二鉄との混合物からなる膜の厚さは約１ｎ
ｍであり、両者の混合比は重量比で１３３：１であっ
た。
ウム錯体〔ＲｕＬ2 （ＮＣＳ）2 、Ｌ＝４，４−ジカル
ボキシ−２，２’−ビピリジン〕のメタノール飽和溶液
とドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄の０．１重量％メ
タノール溶液との体積比１０：１の混合液に８０℃で１
０時間浸漬し、浸漬後、乾燥してチタニア多孔質膜の表
面に増感色素としてのルテニウム錯体とドデシルベンゼ
ンスルホン酸第二鉄との混合物からなる膜を形成した。
つぎに、上記のようにして形成されたルテニウム錯体と
ドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄との混合物からなる
膜上に、電解質溶液としてエチレンカーボネートとアセ
トニトリルとの体積比４：１の混合溶媒にヨウ素飽和メ
タノール液とテトラプロピルアンモニウムアイオダイド
飽和メタノール液との重量比１：１の混合物を溶解させ
た溶液を１滴垂らした。対極としてガラス板上に形成さ
れた白金（Ｐｔ）の蒸着膜をその上に重ね、電解質溶液
が漏れないように周囲をエポキシ樹脂で封止して太陽電
池を作製した。上記ルテニウム錯体とドデシルベンゼン
スルホン酸第二鉄との混合物からなる膜の厚さは約１ｎ
ｍであり、両者の混合比は重量比で１３３：１であっ
た。
【００２０】比較例１ ドデシルベンゼンスルホン酸第二鉄のメタノール溶液を
用いることなく、チタニア多孔質膜の表面に実施例１と
同様のルテニウム錯体の膜を形成した以外は、実施例１
と同様に太陽電池を作製した。
用いることなく、チタニア多孔質膜の表面に実施例１と
同様のルテニウム錯体の膜を形成した以外は、実施例１
と同様に太陽電池を作製した。
【００２１】上記実施例１と比較例１の太陽電池の光電
変換効率を調べた。その結果を表１に示す。上記光電変
換効率は、エネルギー既知光源〔ウシオ電機（株）製の
ＵＸＬ−３００Ｄ〕を用い、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光源
エネルギーをそれぞれの電池に照射して、発生した出力
を測定し、それらから、次の計算式により求めた。
変換効率を調べた。その結果を表１に示す。上記光電変
換効率は、エネルギー既知光源〔ウシオ電機（株）製の
ＵＸＬ−３００Ｄ〕を用い、１００ｍＷ／ｃｍ2 の光源
エネルギーをそれぞれの電池に照射して、発生した出力
を測定し、それらから、次の計算式により求めた。
【００２２】
【００２３】
【表１】
【００２４】表１に示すように、実施例１は、比較例１
に比べて、光電変換効率が高く、光電変換特性が優れて
いた。これは、実施例１では、ドデシルベンゼンスルホ
ン酸第二鉄塩が増感色素であるルテニウム錯体とチタニ
ア多孔質膜との間に介在することによって、内部抵抗を
小さくしたことによるものと考えられる。
に比べて、光電変換効率が高く、光電変換特性が優れて
いた。これは、実施例１では、ドデシルベンゼンスルホ
ン酸第二鉄塩が増感色素であるルテニウム錯体とチタニ
ア多孔質膜との間に介在することによって、内部抵抗を
小さくしたことによるものと考えられる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、光電
変換効率が高い太陽電池を提供することができた。
変換効率が高い太陽電池を提供することができた。
【図１】本発明の太陽電池の一例を模式的に示す断面図
である。
である。
１ ガラス板 ２ 透明電極 ３ チタニア多孔質膜 ４ 増感色素とドデシルベンゼンスルホン酸塩との混合
物からなる膜 ５ ガラス板 ６ 白金の蒸着膜 ７ 電解質溶液
物からなる膜 ５ ガラス板 ６ 白金の蒸着膜 ７ 電解質溶液
Claims (2)
- 【請求項１】 チタニア多孔質膜の表面に増感色素とド
デシルベンゼンスルホン酸塩との混合物からなる膜を形
成するか、または、チタニア多孔質膜と増感色素との間
にドデシルベンゼンスルホン酸塩膜を形成した光電子変
換素子を用いたことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】 ドデシルベンゼンスルホン酸塩が、ドデ
シルベンゼンスルホン酸第二鉄、ドデシルベンゼンスル
ホン酸第二銅、ドデシルベンゼンスルホン酸クロム、ド
デシルベンゼンスルホン酸マンガンおよびドデシルベン
ゼンスルホン酸錫よりなる群から選ばれる少なくとも１
種である請求項１記載の太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066643A JP2000260493A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11066643A JP2000260493A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000260493A true JP2000260493A (ja) | 2000-09-22 |
Family
ID=13321795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11066643A Pending JP2000260493A (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000260493A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002280587A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子の製造方法および光電変換素子、光電池 |
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| JP2011014543A (ja) * | 2010-08-24 | 2011-01-20 | Fujifilm Corp | 光電変換素子の製造方法および光電変換素子、光電池 |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
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| WO2014129575A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-08-28 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池 |
| WO2020121636A1 (ja) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 株式会社ダイセル | セパレータ用組成物ならびにセパレータおよびその製造方法と用途 |
-
1999
- 1999-03-12 JP JP11066643A patent/JP2000260493A/ja active Pending
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