JP2000348784A - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
光電変換素子及びその製造方法Info
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 照射される光エネルギーの吸収効率を上げる
ことにより、同じ強度の光照射下において光電変換効率
を向上させることのできる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 金属酸化物半導体電極３と、その表面に
吸着された色素４と、酸化還元対を有する電解液５と、
対向電極６とからなる光電変換素子において、対向電極
６上以外の部位に光反射層７を設けたことを特徴とする
光電変換素子。
ことにより、同じ強度の光照射下において光電変換効率
を向上させることのできる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 金属酸化物半導体電極３と、その表面に
吸着された色素４と、酸化還元対を有する電解液５と、
対向電極６とからなる光電変換素子において、対向電極
６上以外の部位に光反射層７を設けたことを特徴とする
光電変換素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物半導体
電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対を有
する電解質と、対向電極とからなる光電変換素子に関
し、特に、高い光電変換効率を得ることのできる光電変
換素子に関するものである。
電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対を有
する電解質と、対向電極とからなる光電変換素子に関
し、特に、高い光電変換効率を得ることのできる光電変
換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池にはいくつかの種類があるが、
実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用し
たダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽
電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨
げる要因となっている。低コスト化の可能性から色素増
感型湿式太陽電池が古くから研究されているが、最近、
Graetzelらがシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する
ものを発表(J. Am. Chem. Soc. 115(1993)6382、及び特
許第２６６４１９４号掲載公報）したことにより、実用
化への期待が高まっている。色素増感型湿式太陽電池の
基本構造は、金属酸化物半導体電極と、その表面に吸着
した色素と、酸化還元対を有する電解質と、対向電極と
からなる。Graetzelらは酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金
属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積を大きくした
こと及び色素としてルテニウム錯体を単分子吸着させた
ことにより光電変換効率を著しく向上させた。
実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用し
たダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽
電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨
げる要因となっている。低コスト化の可能性から色素増
感型湿式太陽電池が古くから研究されているが、最近、
Graetzelらがシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する
ものを発表(J. Am. Chem. Soc. 115(1993)6382、及び特
許第２６６４１９４号掲載公報）したことにより、実用
化への期待が高まっている。色素増感型湿式太陽電池の
基本構造は、金属酸化物半導体電極と、その表面に吸着
した色素と、酸化還元対を有する電解質と、対向電極と
からなる。Graetzelらは酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金
属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積を大きくした
こと及び色素としてルテニウム錯体を単分子吸着させた
ことにより光電変換効率を著しく向上させた。
【０００３】その後、さらに特性を向上させるべくいく
つかの提案がなされている。例えば、特開平９−２３７
６４１号公報では金属酸化物半導体として酸化ニオブ
（Ｎｂ 2Ｏ5）を用いることにより、開放電圧が大きくな
るとされている。また、特開平８−８１２２２号公報で
はＴｉＯ2電極膜の表面をエッチング処理することによ
り、格子欠陥や不純物が除去され、変換効率が向上する
とされている。
つかの提案がなされている。例えば、特開平９−２３７
６４１号公報では金属酸化物半導体として酸化ニオブ
（Ｎｂ 2Ｏ5）を用いることにより、開放電圧が大きくな
るとされている。また、特開平８−８１２２２号公報で
はＴｉＯ2電極膜の表面をエッチング処理することによ
り、格子欠陥や不純物が除去され、変換効率が向上する
とされている。
【０００４】ところが、色素増感型湿式太陽電池の光電
変換効率を向上させるためには、いかに照射される光を
多く吸収するかが最も重要となる。つまり、従来の色素
増感型湿式太陽電池においては、吸収する光エネルギー
量が少ないため、変換される電気エネルギーも少ないも
のであった。
変換効率を向上させるためには、いかに照射される光を
多く吸収するかが最も重要となる。つまり、従来の色素
増感型湿式太陽電池においては、吸収する光エネルギー
量が少ないため、変換される電気エネルギーも少ないも
のであった。
【０００５】Graetzelらは上記の文献において、対向電
極を白金のスパッタ膜とすることにより光反射性を持た
せ、照射された光の反射光を再度利用することにより光
電変換効率を上げることができるとしている。
極を白金のスパッタ膜とすることにより光反射性を持た
せ、照射された光の反射光を再度利用することにより光
電変換効率を上げることができるとしている。
【０００６】しかしながら、このときの光反射性の白金
のスパッタ膜は対向電極を兼ねているために金属酸化物
半導体電極と近接している。よって反射光は一度色素吸
着酸化チタン層を透過した光であり、その光は色素の吸
収域ではない波長域のものが大部分であることから、反
射光による光電変換効率の向上の効果は極めて限定的で
ある。
のスパッタ膜は対向電極を兼ねているために金属酸化物
半導体電極と近接している。よって反射光は一度色素吸
着酸化チタン層を透過した光であり、その光は色素の吸
収域ではない波長域のものが大部分であることから、反
射光による光電変換効率の向上の効果は極めて限定的で
ある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の問題点を解決し、照射される光エネルギーの
吸収効率を上げることにより、同じ強度の光照射下にお
いて光電変換効率を向上させることのできる光電変換素
子を提供することをその課題とする。
従来技術の問題点を解決し、照射される光エネルギーの
吸収効率を上げることにより、同じ強度の光照射下にお
いて光電変換効率を向上させることのできる光電変換素
子を提供することをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討を行った結果、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明によれば、金属酸化物半
導体電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対
を有する電解液と、対向電極とからなる光電変換素子に
おいて、対向電極上以外の部位に光反射層を設けたこと
を特徴とする光電変換素子が提供される。また、本発明
によれば、上記構成において、金属酸化物半導体電極の
面積が光反射層の面積よりも小さいことを特徴とする光
電変換素子が提供される。また、本発明によれば、上記
構成において、光散乱層が光反射層上に設けられている
ことを特徴とする光電変換素子が提供される。また、本
発明によれば、上記構成において、金属酸化物半導体電
極、対向電極、光反射層の順に光反射層が設けられてい
ることを特徴とする光電変換素子が提供される。また、
本発明によれば、上記構成において、光反射層が対向電
極の支持基板上に設けられ、かつ対向電極側と反対側の
面に設けられていることを特徴とする光電変換素子が提
供される。さらに、本発明によれば、金属酸化物半導体
電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対を有
する電解液と、対向電極とからなる光電変換素子の製造
方法において、色素吸着した金属酸化物半導体電極と、
対向電極と、光反射層とを貼り合わせるか、あるいは色
素吸着した金属酸化物半導体電極と、対向電極側と反対
側の面に光反射層を設けた対向電極支持基板とを貼り合
わせることを特徴とする光電変換素子の製造方法が提供
される。
を解決するため鋭意検討を行った結果、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明によれば、金属酸化物半
導体電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対
を有する電解液と、対向電極とからなる光電変換素子に
おいて、対向電極上以外の部位に光反射層を設けたこと
を特徴とする光電変換素子が提供される。また、本発明
によれば、上記構成において、金属酸化物半導体電極の
面積が光反射層の面積よりも小さいことを特徴とする光
電変換素子が提供される。また、本発明によれば、上記
構成において、光散乱層が光反射層上に設けられている
ことを特徴とする光電変換素子が提供される。また、本
発明によれば、上記構成において、金属酸化物半導体電
極、対向電極、光反射層の順に光反射層が設けられてい
ることを特徴とする光電変換素子が提供される。また、
本発明によれば、上記構成において、光反射層が対向電
極の支持基板上に設けられ、かつ対向電極側と反対側の
面に設けられていることを特徴とする光電変換素子が提
供される。さらに、本発明によれば、金属酸化物半導体
電極と、その表面に吸着された色素と、酸化還元対を有
する電解液と、対向電極とからなる光電変換素子の製造
方法において、色素吸着した金属酸化物半導体電極と、
対向電極と、光反射層とを貼り合わせるか、あるいは色
素吸着した金属酸化物半導体電極と、対向電極側と反対
側の面に光反射層を設けた対向電極支持基板とを貼り合
わせることを特徴とする光電変換素子の製造方法が提供
される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明における光電変換素
子の構成を、図を用いて説明する。なお、本発明の実施
の形態はこれらに限定されるものではない。
子の構成を、図を用いて説明する。なお、本発明の実施
の形態はこれらに限定されるものではない。
【００１０】まず、図１に従来の色素増感型湿式太陽電
池の代表的な構成例を示す。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体，亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極である。光は
図の上方から入射する。
池の代表的な構成例を示す。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体，亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極である。光は
図の上方から入射する。
【００１１】次に、本発明の実施形態の一例を図２に基
づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、２は
ＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導
電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニウム
ビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシアニ
ン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層である。光は図の上方から入射する。
づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、２は
ＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導
電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニウム
ビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシアニ
ン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層である。光は図の上方から入射する。
【００１２】本発明における光反射層７は対向電極とし
ての機能を持っていない。そのため金属酸化物半導体層
３と光反射層７の間隔は任意に設定することができる。
したがって本セル構成は従来のセルと比較して、従来の
上方からの光に加えて、光反射層７で反射される光（金
属酸化物半導体層３を透過しない外部からの可視光）が
増感色素４において吸収されるため発生電流も従来に比
べて増大し、光電変換効率も向上する。さらに金属酸化
物半導体層３の面積を光反射層７の面積よりも小さくす
ることで、より多くの外部からの光が光反射層で反射す
るので光電変換効率は向上する。この場合、金属酸化物
半導体層３の面積は光反射層７の面積の２０〜９５％、
好ましくは５０〜９０％とすることが望ましい。
ての機能を持っていない。そのため金属酸化物半導体層
３と光反射層７の間隔は任意に設定することができる。
したがって本セル構成は従来のセルと比較して、従来の
上方からの光に加えて、光反射層７で反射される光（金
属酸化物半導体層３を透過しない外部からの可視光）が
増感色素４において吸収されるため発生電流も従来に比
べて増大し、光電変換効率も向上する。さらに金属酸化
物半導体層３の面積を光反射層７の面積よりも小さくす
ることで、より多くの外部からの光が光反射層で反射す
るので光電変換効率は向上する。この場合、金属酸化物
半導体層３の面積は光反射層７の面積の２０〜９５％、
好ましくは５０〜９０％とすることが望ましい。
【００１３】また、本発明の別の実施形態の一例を図３
に基づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層、８は光散乱層である。光は図の上方から入射する。
に基づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層、８は光散乱層である。光は図の上方から入射する。
【００１４】本セル構成は従来のセルと比較して、従来
の上方からの光に加えて、光反射層７で反射される光
（金属酸化物半導体層３を透過しない外部からの可視
光）が増感色素４において吸収される、さらに反射光が
光散乱層８において散乱されるため増感色素４において
吸収される光は図２の実施形態よりも多いため発生電流
が従来に比べてより一層増大し、光電変換効率も向上す
る。
の上方からの光に加えて、光反射層７で反射される光
（金属酸化物半導体層３を透過しない外部からの可視
光）が増感色素４において吸収される、さらに反射光が
光散乱層８において散乱されるため増感色素４において
吸収される光は図２の実施形態よりも多いため発生電流
が従来に比べてより一層増大し、光電変換効率も向上す
る。
【００１５】また、本発明の別の実施形態の一例を図４
に基づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体，亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層である。光は図の上方から入射する。
に基づいて以下に説明する。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体，亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極、７は光反射
層である。光は図の上方から入射する。
【００１６】本実施形態では支持基板と対向電極を共用
する構成となっている。このため図２に示す実施形態に
よる効果に加え、構成が簡素化されるという利点があ
る。
する構成となっている。このため図２に示す実施形態に
よる効果に加え、構成が簡素化されるという利点があ
る。
【００１７】なお、光反射層については金属酸化物半導
体層、対向電極、光反射層の順でも、対向電極、金属酸
化物半導体層、光反射層の順でもどちらでも効果がある
が、金属酸化物半導体層、対向電極、光反射層の順がよ
り好ましい。これは光電変換には反射光よりも直接照射
される光の方が多く寄与するため、直接照射される光は
なるべく対向電極や電解液による光吸収による損失をな
くす方が好ましいからである。
体層、対向電極、光反射層の順でも、対向電極、金属酸
化物半導体層、光反射層の順でもどちらでも効果がある
が、金属酸化物半導体層、対向電極、光反射層の順がよ
り好ましい。これは光電変換には反射光よりも直接照射
される光の方が多く寄与するため、直接照射される光は
なるべく対向電極や電解液による光吸収による損失をな
くす方が好ましいからである。
【００１８】次に、上記太陽電池の製造方法の一例を図
３の構成について説明する。まず、ガラス基板１上にス
パッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等により例えば
ＳｎＯ2：Ｆ膜２を片面に形成したものを２枚用意す
る。ＳｎＯ2：Ｆ膜は集電体として機能するためシート
抵抗が５０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下とす
るのが望ましい。基板には、加熱焼成温度に耐えうるセ
ラミックス、ガラス、耐熱性のプラスチックなどが適用
できる。特に半導体電極を作製する際には金属あるいは
ＩＴＯやＳｎＯ2等の透明電極が適用できる。透明導電
膜を形成した基板上には前述の多孔質金属酸化物半導体
薄膜３を形成したのち、増感色素、例えばルテニウムビ
ピリジル錯体を吸着させる。酸化チタン薄膜の膜厚は１
〜２０μｍ程度が好ましい。これは膜厚を厚くすること
により光の吸収量が増加するが、一方で金属酸化物半導
体層の膜厚を必要以上に厚くしてもセルの内部抵抗が増
大するなど、得られる電流に限りがあるからである。
３の構成について説明する。まず、ガラス基板１上にス
パッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等により例えば
ＳｎＯ2：Ｆ膜２を片面に形成したものを２枚用意す
る。ＳｎＯ2：Ｆ膜は集電体として機能するためシート
抵抗が５０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下とす
るのが望ましい。基板には、加熱焼成温度に耐えうるセ
ラミックス、ガラス、耐熱性のプラスチックなどが適用
できる。特に半導体電極を作製する際には金属あるいは
ＩＴＯやＳｎＯ2等の透明電極が適用できる。透明導電
膜を形成した基板上には前述の多孔質金属酸化物半導体
薄膜３を形成したのち、増感色素、例えばルテニウムビ
ピリジル錯体を吸着させる。酸化チタン薄膜の膜厚は１
〜２０μｍ程度が好ましい。これは膜厚を厚くすること
により光の吸収量が増加するが、一方で金属酸化物半導
体層の膜厚を必要以上に厚くしてもセルの内部抵抗が増
大するなど、得られる電流に限りがあるからである。
【００１９】基板上に金属酸化物半導体層を形成する塗
布液を塗布するためには、例えば、ディッピング、スピ
ンコート、スプレー塗布等の公知の方法が利用できる。
塗布液には基板に対する成膜性を上げるために界面活性
剤を加えることができる。また、エチレングリコール等
のグリコール類や水溶性高分子などを添加して塗布液の
粘性を制御することもできる。
布液を塗布するためには、例えば、ディッピング、スピ
ンコート、スプレー塗布等の公知の方法が利用できる。
塗布液には基板に対する成膜性を上げるために界面活性
剤を加えることができる。また、エチレングリコール等
のグリコール類や水溶性高分子などを添加して塗布液の
粘性を制御することもできる。
【００２０】金属酸化物半導体層に色素を吸着させるに
は金属酸化物半導体電極を、水、アルコール、トルエン
等の溶媒に該色素を溶かした溶液中に浸漬すればよい。
色素としては可視光領域の波長の光を吸収して励起し、
金属酸化物に電子を注入することができるルテニウムビ
ピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシアニン、
クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色素が使
用できる。また色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロ
キシル基、スルホン基等の官能基を有すると、金属酸化
物表面に該色素が化学的に固定されるため好ましい。代
表的なものとして［ルテニウム（４，４’−ジカルボキ
シ−２，２’−ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］
で表されるルテニウム錯体がある。
は金属酸化物半導体電極を、水、アルコール、トルエン
等の溶媒に該色素を溶かした溶液中に浸漬すればよい。
色素としては可視光領域の波長の光を吸収して励起し、
金属酸化物に電子を注入することができるルテニウムビ
ピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシアニン、
クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色素が使
用できる。また色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロ
キシル基、スルホン基等の官能基を有すると、金属酸化
物表面に該色素が化学的に固定されるため好ましい。代
表的なものとして［ルテニウム（４，４’−ジカルボキ
シ−２，２’−ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］
で表されるルテニウム錯体がある。
【００２１】前記のＳｎＯ2：Ｆ膜を形成した別の基板
上にはスパッタリング法、蒸着法、電気化学的方法等に
より例えばＰｔ（微粒子）層６を形成する。その膜厚は
光透過性の１〜５０ｎｍ程度のものが好ましい。また、
光反射層７としては光を全反射するよう表面加工された
任意材料からなる金属板等が使用できる。
上にはスパッタリング法、蒸着法、電気化学的方法等に
より例えばＰｔ（微粒子）層６を形成する。その膜厚は
光透過性の１〜５０ｎｍ程度のものが好ましい。また、
光反射層７としては光を全反射するよう表面加工された
任意材料からなる金属板等が使用できる。
【００２２】本発明においては、光散乱層８は、金属酸
化物半導体層３を透過せずに光反射層７に入射する光が
反射した際に金属酸化物半導体層３全体に到達するよう
にするために設けるもので、光反射層７上に形成するこ
とができ、この層は金属酸化物や高分子の微粒子などに
よって形成したり、ガラス表面を微細に粗面加工したも
のを使用することができる。光散乱層８の膜厚は１〜１
００μｍ程度が好ましい。
化物半導体層３を透過せずに光反射層７に入射する光が
反射した際に金属酸化物半導体層３全体に到達するよう
にするために設けるもので、光反射層７上に形成するこ
とができ、この層は金属酸化物や高分子の微粒子などに
よって形成したり、ガラス表面を微細に粗面加工したも
のを使用することができる。光散乱層８の膜厚は１〜１
００μｍ程度が好ましい。
【００２３】上記のように形成された３枚の基板をスペ
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばＩ-／Ｉ3 -を酸
化還元対を有する電解質溶液５を注入し、シール剤で封
止する。電解質溶液としてはエチレンカーボネートとア
セトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアン
モニウムアイオダイドを加えたもの等が好適に使用でき
る。このようにして形成されたセルには紫外線を吸収す
る部材として、例えばＣｅＯ2等を含む鉛ガラス（市販
のＬ−４０、Ｌ−４２等のシャープカットフィルターを
用いてもよい）を光の入射側に貼り合わせてもよい。
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばＩ-／Ｉ3 -を酸
化還元対を有する電解質溶液５を注入し、シール剤で封
止する。電解質溶液としてはエチレンカーボネートとア
セトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアン
モニウムアイオダイドを加えたもの等が好適に使用でき
る。このようにして形成されたセルには紫外線を吸収す
る部材として、例えばＣｅＯ2等を含む鉛ガラス（市販
のＬ−４０、Ｌ−４２等のシャープカットフィルターを
用いてもよい）を光の入射側に貼り合わせてもよい。
【００２４】
【実施例】本発明を以下の実施例により説明する。ただ
し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２５】〔実施例１〕（図２の素子構成） ２枚のガラス基板１のそれぞれの片面にゾルゲル法によ
りＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよ
うに形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：
Ｆ膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過
性のＰｔ膜を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン
粉末（石原テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルア
セトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集
を解くようにして混合し、塗布液を調製した。この塗布
液を上記ガラス基板１上に塗布し（面積０．５ｃ
ｍ2）、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加
熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電極を得
た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールした。
さらにガラス基板上に真空蒸着法によりＰｔ膜（面積１
ｃｍ2）を膜厚１００ｎｍに堆積したものを２ｃｍのス
ペーサーを介して重ね合わせ、エポキシ系接着剤でシー
ルし、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑
似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）に
おける光電変換効率は７．５％であった。
りＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよ
うに形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：
Ｆ膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過
性のＰｔ膜を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン
粉末（石原テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルア
セトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集
を解くようにして混合し、塗布液を調製した。この塗布
液を上記ガラス基板１上に塗布し（面積０．５ｃ
ｍ2）、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加
熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電極を得
た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールした。
さらにガラス基板上に真空蒸着法によりＰｔ膜（面積１
ｃｍ2）を膜厚１００ｎｍに堆積したものを２ｃｍのス
ペーサーを介して重ね合わせ、エポキシ系接着剤でシー
ルし、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑
似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）に
おける光電変換効率は７．５％であった。
【００２６】〔実施例２〕（図３の素子構成） ２枚のガラス基板の片面にゾルゲル法によりＳｎＯ2：
Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるように形成し
た。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：Ｆ膜２上に
ヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過性のＰｔ膜
を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン粉末（石原
テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルアセトン０．
２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くよう
にして混合し、塗布液を調製した。この塗布液をもう１
枚のガラス基板に塗布し（面積０．５ｃｍ2）、３０分
間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼成し、膜厚
約１０μｍの酸化チタン半導体電極を得た。この多孔質
酸化チタン半導体電極を［ルテニウム（４，４’−ジカ
ルボキシ−２，２’−ビピリジン）2（イソチオシアナ
ト）2］で表されるルテニウム錯体のエタノール溶液中
に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2電極表面にルテニ
ウム錯体を吸着させた。これら２枚の基板をビーズまた
はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、約１０μｍの
間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボネートとアセ
トニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアンモ
ニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解質溶液を注入
した後、エポキシ系接着剤でシールした。さらにガラス
基板上に真空蒸着法によりＰｔ膜（面積１ｃｍ2）を膜
厚１００ｎｍに堆積し、反対側の面は微細な粗面加工し
たものを２ｃｍのスペーサーを介して重ね合わせ、エポ
キシ系接着剤でシールし、光電変換素子を作製した。こ
の光電変換素子の疑似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ2）における光電変換効率は７．７％であ
った。
Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるように形成し
た。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：Ｆ膜２上に
ヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過性のＰｔ膜
を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン粉末（石原
テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルアセトン０．
２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くよう
にして混合し、塗布液を調製した。この塗布液をもう１
枚のガラス基板に塗布し（面積０．５ｃｍ2）、３０分
間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼成し、膜厚
約１０μｍの酸化チタン半導体電極を得た。この多孔質
酸化チタン半導体電極を［ルテニウム（４，４’−ジカ
ルボキシ−２，２’−ビピリジン）2（イソチオシアナ
ト）2］で表されるルテニウム錯体のエタノール溶液中
に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2電極表面にルテニ
ウム錯体を吸着させた。これら２枚の基板をビーズまた
はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、約１０μｍの
間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボネートとアセ
トニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアンモ
ニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解質溶液を注入
した後、エポキシ系接着剤でシールした。さらにガラス
基板上に真空蒸着法によりＰｔ膜（面積１ｃｍ2）を膜
厚１００ｎｍに堆積し、反対側の面は微細な粗面加工し
たものを２ｃｍのスペーサーを介して重ね合わせ、エポ
キシ系接着剤でシールし、光電変換素子を作製した。こ
の光電変換素子の疑似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ2）における光電変換効率は７．７％であ
った。
【００２７】〔実施例３〕（図４の素子構成） ２枚のガラス基板のそれぞれの片面にゾルゲル法により
ＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよう
に形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：Ｆ
膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過性
のＰｔ膜を形成し、反対側の面は真空蒸着法によりＰｔ
膜（面積１ｃｍ2）を膜厚１００ｎｍに堆積した。ま
た、アナターゼ型酸化チタン粉末（石原テクノ社製）３
ｇに水１０ｍｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、
乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、
塗布液を調製した。この塗布液を上記ガラス基板１上に
塗布し（面積０．５ｃｍ2）、３０分間自然乾燥の後、
４５０℃で３０分間加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化
チタン半導体電極を得た。この多孔質酸化チタン半導体
電極を［ルテニウム（４，４’−ジカルボキシ−２，
２’−ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］で表され
るルテニウム錯体のエタノール溶液中に浸漬し、１０分
間還流してＴｉＯ2電極表面にルテニウム錯体を吸着さ
せた。これらの両基板をビーズまたはロッド状の絶縁性
スペーサーを介して、約１０μｍの間隙を保って重ね合
わせ、エチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶
媒にヨウ素とテトラプロピルアンモニウムアイオダイド
を加えた酸化還元電解質溶液を注入した後、エポキシ系
接着剤でシールし、光電変換素子を作製した。この光電
変換素子の疑似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2）における光電変換効率は７．３％であった。
ＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよう
に形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：Ｆ
膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過性
のＰｔ膜を形成し、反対側の面は真空蒸着法によりＰｔ
膜（面積１ｃｍ2）を膜厚１００ｎｍに堆積した。ま
た、アナターゼ型酸化チタン粉末（石原テクノ社製）３
ｇに水１０ｍｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、
乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、
塗布液を調製した。この塗布液を上記ガラス基板１上に
塗布し（面積０．５ｃｍ2）、３０分間自然乾燥の後、
４５０℃で３０分間加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化
チタン半導体電極を得た。この多孔質酸化チタン半導体
電極を［ルテニウム（４，４’−ジカルボキシ−２，
２’−ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］で表され
るルテニウム錯体のエタノール溶液中に浸漬し、１０分
間還流してＴｉＯ2電極表面にルテニウム錯体を吸着さ
せた。これらの両基板をビーズまたはロッド状の絶縁性
スペーサーを介して、約１０μｍの間隙を保って重ね合
わせ、エチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶
媒にヨウ素とテトラプロピルアンモニウムアイオダイド
を加えた酸化還元電解質溶液を注入した後、エポキシ系
接着剤でシールし、光電変換素子を作製した。この光電
変換素子の疑似太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2）における光電変換効率は７．３％であった。
【００２８】〔比較例１〕（図１の素子構成） ２枚のガラス基板１のそれぞれの片面にゾルゲル法によ
りＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよ
うに形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：
Ｆ膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過
性のＰｔ膜を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン
粉末（石原テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルア
セトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集
を解くようにして混合し、塗布液を調製した。この塗布
液をもう一方の上記ガラス基板上に塗布し（面積０．５
ｃｍ2）、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間
加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電極を
得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズまたはロッド状の絶縁性スペーサーを介し
て、約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカ
ーボネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテト
ラプロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元
電解質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシール
し、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似
太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）にお
ける光電変換効率は６．９％であった。
りＳｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるよ
うに形成した。このうち基板１枚についてはＳｎＯ2：
Ｆ膜２上にヘキサクロロ白金酸の電気分解により光透過
性のＰｔ膜を形成した。また、アナターゼ型酸化チタン
粉末（石原テクノ社製）３ｇに水１０ｍｌとアセチルア
セトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チタン粉末の凝集
を解くようにして混合し、塗布液を調製した。この塗布
液をもう一方の上記ガラス基板上に塗布し（面積０．５
ｃｍ2）、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間
加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電極を
得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズまたはロッド状の絶縁性スペーサーを介し
て、約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカ
ーボネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテト
ラプロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元
電解質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシール
し、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似
太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）にお
ける光電変換効率は６．９％であった。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、光反射層を設けること
により、光の吸収量が増え、光電変換効率が向上する。
また、金属酸化物半導体層の面積が光反射層の面積より
も小さくすることにより、外部からの光を反射するの
で、光吸収量が増え、光電変換効率が向上する。また、
散乱層を設けるとことにより、光吸収効率が向上し、光
電変換効率がより一層向上する。また、光反射層と金属
酸化物半導体層の間に対向電極が配置された構造とする
ことにより、反射光強度をより大きくすることができ、
光電変換効率がさらに向上する。さらに、対向電極と同
一基板上に光反射層を設けることにより、製造及び材料
の低コスト化が可能となる。
により、光の吸収量が増え、光電変換効率が向上する。
また、金属酸化物半導体層の面積が光反射層の面積より
も小さくすることにより、外部からの光を反射するの
で、光吸収量が増え、光電変換効率が向上する。また、
散乱層を設けるとことにより、光吸収効率が向上し、光
電変換効率がより一層向上する。また、光反射層と金属
酸化物半導体層の間に対向電極が配置された構造とする
ことにより、反射光強度をより大きくすることができ、
光電変換効率がさらに向上する。さらに、対向電極と同
一基板上に光反射層を設けることにより、製造及び材料
の低コスト化が可能となる。
【図１】従来の光電変換素子の一例を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明による光電変換素子の一例を模式的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本発明による光電変換素子の別の一例を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図４】本発明による光電変換素子の別の一例を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
１ 透明基板 ２ 透明導電膜 ３ 金属酸化物半導体層 ４ 増感色素 ５ 酸化還元対を有する電解液 ６ 対向電極 ７ 光反射層 ８ 光散乱層
Claims (6)
- 【請求項１】 金属酸化物半導体電極と、その表面に吸
着された色素と、酸化還元対を有する電解液と、対向電
極とからなる光電変換素子において、対向電極上以外の
部位に光反射層を設けたことを特徴とする光電変換素
子。 - 【請求項２】 金属酸化物半導体電極の面積が光反射層
の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の
光電変換素子。 - 【請求項３】 光散乱層が光反射層上に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換素
子。 - 【請求項４】 金属酸化物半導体電極、対向電極、光反
射層の順に光反射層が設けられていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換素子。 - 【請求項５】 光反射層が対向電極の支持基板上に設け
られ、かつ対向電極側と反対側の面に設けられているこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光
電変換素子。 - 【請求項６】 金属酸化物半導体電極と、その表面に吸
着された色素と、酸化還元対を有する電解液と、対向電
極とからなる光電変換素子の製造方法において、色素吸
着した金属酸化物半導体電極と、対向電極と、光反射層
とを貼り合わせるか、あるいは色素吸着した金属酸化物
半導体電極と、対向電極側と反対側の面に光反射層を設
けた対向電極支持基板とを貼り合わせることを特徴とす
る光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15929099A JP4422236B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 光電変換素子及びその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15929099A JP4422236B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 光電変換素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000348784A true JP2000348784A (ja) | 2000-12-15 |
| JP4422236B2 JP4422236B2 (ja) | 2010-02-24 |
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ID=15690574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15929099A Expired - Fee Related JP4422236B2 (ja) | 1999-06-07 | 1999-06-07 | 光電変換素子及びその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4422236B2 (ja) |
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