JP2002075476A - 光電変換膜、光電変換用電極、および光電変換素子 - Google Patents
光電変換膜、光電変換用電極、および光電変換素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば、色素増感型太陽電池に対して有利に
適用される、従来よりも電子伝導性の高い酸化チタンを
含む光電変換膜、光電変換用電極、および光電変換素子
を提供する。 【解決手段】 光電変換用電極と、その対極と、それら
の電極に接触する電解質とを有してなる光電変換素子で
あって、前記光電変換用電極は、導電性表面を有する基
板と、その導電性表面に形成された酸化チタン膜と、そ
の酸化チタン膜の表面に吸着された有機色素を有し、前
記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−パントを含有し
てなるように構成する。
適用される、従来よりも電子伝導性の高い酸化チタンを
含む光電変換膜、光電変換用電極、および光電変換素子
を提供する。 【解決手段】 光電変換用電極と、その対極と、それら
の電極に接触する電解質とを有してなる光電変換素子で
あって、前記光電変換用電極は、導電性表面を有する基
板と、その導電性表面に形成された酸化チタン膜と、そ
の酸化チタン膜の表面に吸着された有機色素を有し、前
記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−パントを含有し
てなるように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光エネルギーを電
気エネルギーに変換するための光電変換膜、光電変換用
電極、および光電変換素子に関し、特に、有機色素が結
合された酸化チタンを備える光電変換膜、光電変換用電
極、および光電変換素子に関する。
気エネルギーに変換するための光電変換膜、光電変換用
電極、および光電変換素子に関し、特に、有機色素が結
合された酸化チタンを備える光電変換膜、光電変換用電
極、および光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術として、グレッツェルらはル
テニウム系色素を吸着した多孔質酸化チタン電極を用い
ることにより、アモルファスシリコン太陽電池なみの性
能を有する色素増感型太陽電池を報告している（J.Am.C
hem.Soc.115(1993)6382）。
テニウム系色素を吸着した多孔質酸化チタン電極を用い
ることにより、アモルファスシリコン太陽電池なみの性
能を有する色素増感型太陽電池を報告している（J.Am.C
hem.Soc.115(1993)6382）。
【０００３】このタイプの太陽電池の作用は、酸化チタ
ン上に吸着された有機色素が光励起されることにより生
じた励起電子は酸化チタンに注入され、当該注入された
電子は酸化チタン中を移動して背面の透明導電膜から取
り出されるというメカニズムで説明されている。
ン上に吸着された有機色素が光励起されることにより生
じた励起電子は酸化チタンに注入され、当該注入された
電子は酸化チタン中を移動して背面の透明導電膜から取
り出されるというメカニズムで説明されている。
【０００４】アモルファスシリコン太陽電池なみの光電
流値を得るには、酸化チタン上に吸着された有機色素量
は１．３×１０-7mol／cm2程度必要とされる。これを実
現するには、見かけ表面積に対する実表面積の比が１０
００程度の超微粒子酸化チタンを用い、さらには酸化チ
タン層の膜厚を１０μm以上とすることが必要となる。
流値を得るには、酸化チタン上に吸着された有機色素量
は１．３×１０-7mol／cm2程度必要とされる。これを実
現するには、見かけ表面積に対する実表面積の比が１０
００程度の超微粒子酸化チタンを用い、さらには酸化チ
タン層の膜厚を１０μm以上とすることが必要となる。
【０００５】上述のメカニズムからも分かるように、こ
のタイプの太陽電池では酸化チタン膜中の電子伝導性が
電池特性を大きく左右する一因となっており、酸化チタ
ン膜の電子伝導性が悪いとセルの直列抵抗が増大してフ
ィルファクタ−、変換効率の低下といった問題をもたら
してしまう。
のタイプの太陽電池では酸化チタン膜中の電子伝導性が
電池特性を大きく左右する一因となっており、酸化チタ
ン膜の電子伝導性が悪いとセルの直列抵抗が増大してフ
ィルファクタ−、変換効率の低下といった問題をもたら
してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような実状のもと
に本発明は、創案されたものであって、その目的は、例
えば、色素増感型太陽電池に対して有利に適用される、
従来よりも電子伝導性の高い酸化チタンを含む光電変換
膜、光電変換用電極、および光電変換素子を提供するこ
とにある。
に本発明は、創案されたものであって、その目的は、例
えば、色素増感型太陽電池に対して有利に適用される、
従来よりも電子伝導性の高い酸化チタンを含む光電変換
膜、光電変換用電極、および光電変換素子を提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、酸化チタ
ン膜に５価金属イオンド−パントを含有させることで、
５価金属イオンド−パントの固溶による電荷補償により
生成したドナ−Ｔｉ3+が酸化チタン膜中の電子導電性向
上に寄与することを見いだした。さらに５価金属イオン
ド−パントと共にＲｕを含有させることで５価金属イオ
ンド−パントおよびＲｕの固溶による電荷補償により生
成したドナ−Ｒｕ3+およびＲｕ2+がＴｉ3+と共に酸化チ
タン膜中の電子導電性向上に寄与することを見いだし、
本発明を完成した。
るために本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、酸化チタ
ン膜に５価金属イオンド−パントを含有させることで、
５価金属イオンド−パントの固溶による電荷補償により
生成したドナ−Ｔｉ3+が酸化チタン膜中の電子導電性向
上に寄与することを見いだした。さらに５価金属イオン
ド−パントと共にＲｕを含有させることで５価金属イオ
ンド−パントおよびＲｕの固溶による電荷補償により生
成したドナ−Ｒｕ3+およびＲｕ2+がＴｉ3+と共に酸化チ
タン膜中の電子導電性向上に寄与することを見いだし、
本発明を完成した。
【０００８】すなわち、本発明は、光エネルギーを電気
エネルギーに変換するための光電変換膜であって、該光
電変換膜は、酸化チタンと、少なくともこの酸化チタン
表面の一部を覆う有機色素を含み、前記酸化チタンは、
５価金属イオンド−パントを含有してなるように構成さ
れる。
エネルギーに変換するための光電変換膜であって、該光
電変換膜は、酸化チタンと、少なくともこの酸化チタン
表面の一部を覆う有機色素を含み、前記酸化チタンは、
５価金属イオンド−パントを含有してなるように構成さ
れる。
【０００９】また、本発明は、導電性表面を有する基板
と、その導電性表面に形成された酸化チタン膜と、その
酸化チタン膜の表面に吸着された有機色素を有する光電
変換用電極であって、前記酸化チタン膜は、５価金属イ
オンド−パントを含有してなるように構成される。
と、その導電性表面に形成された酸化チタン膜と、その
酸化チタン膜の表面に吸着された有機色素を有する光電
変換用電極であって、前記酸化チタン膜は、５価金属イ
オンド−パントを含有してなるように構成される。
【００１０】また、本発明は、光電変換用電極と、その
対極と、それらの電極に接触する電解質とを有してなる
光電変換素子であって、前記光電変換用電極は、導電性
表面を有する基板と、その導電性表面に形成された酸化
チタン膜と、その酸化チタン膜の表面に吸着された有機
色素を有し、前記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−
パントを含有してなるように構成される。
対極と、それらの電極に接触する電解質とを有してなる
光電変換素子であって、前記光電変換用電極は、導電性
表面を有する基板と、その導電性表面に形成された酸化
チタン膜と、その酸化チタン膜の表面に吸着された有機
色素を有し、前記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−
パントを含有してなるように構成される。
【００１１】また、好ましい態様として、本発明におけ
る前記５価金属イオンド−パントは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ
の中から選ばれる少なくとも１種として構成される。
る前記５価金属イオンド−パントは、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ
の中から選ばれる少なくとも１種として構成される。
【００１２】また、好ましい態様として、本発明におけ
る前記酸化チタンは、前記５価金属イオンド−パントに
加えてさらにＲｕイオンドーパントを含有してなるよう
に構成される。
る前記酸化チタンは、前記５価金属イオンド−パントに
加えてさらにＲｕイオンドーパントを含有してなるよう
に構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】光電変換膜の実施の形態 本発明の光電変換膜は、光エネルギーを電気エネルギー
に変換するための光電変換膜であって、光電変換膜は、
酸化チタンと、少なくともこの酸化チタン表面の一部を
覆う有機色素を含み、有機色素は、前記酸化チタンの表
面に吸着された形態をとっている。つまり、球状の酸化
チタン粒子の表面や、酸化チタン粒子が繋がった一連の
層状の表面には、有機色素が皮膜状に吸着された形態を
とっている。
に変換するための光電変換膜であって、光電変換膜は、
酸化チタンと、少なくともこの酸化チタン表面の一部を
覆う有機色素を含み、有機色素は、前記酸化チタンの表
面に吸着された形態をとっている。つまり、球状の酸化
チタン粒子の表面や、酸化チタン粒子が繋がった一連の
層状の表面には、有機色素が皮膜状に吸着された形態を
とっている。
【００１４】そして、本発明における酸化チタンは、５
価金属イオンド−パント（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｐ、
Ａｓ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｒe等の金属イオン）を含有して構
成される。さらには、このような５価金属イオンド−パ
ントに加えてさらにＲｕイオンドーパントを含有して構
成される。
価金属イオンド−パント（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｐ、
Ａｓ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｒe等の金属イオン）を含有して構
成される。さらには、このような５価金属イオンド−パ
ントに加えてさらにＲｕイオンドーパントを含有して構
成される。
【００１５】このような光電変換膜においては、光を吸
収して励起した色素が電子を酸化チタンへ供給すること
により、光−電気エネルギーの変換が行なわれる。
収して励起した色素が電子を酸化チタンへ供給すること
により、光−電気エネルギーの変換が行なわれる。
【００１６】このような光電変換膜は、好適には、後述
する光電変換用電極やこれを用いた太陽電池等の光電変
換素子に応用される。従って、製法等を含めた膜構成等
の詳細な説明は後述する光電変換用電極やこれを用いた
光電変換素子のところで詳しく説明することにする。
する光電変換用電極やこれを用いた太陽電池等の光電変
換素子に応用される。従って、製法等を含めた膜構成等
の詳細な説明は後述する光電変換用電極やこれを用いた
光電変換素子のところで詳しく説明することにする。
【００１７】光電変換用電極（酸化チタン電極）の実施
の形態 図１には光電変換素子１の好適例として太陽電池１の概
略模式図が示されている。この図において、一方の電極
（図面の左側）は、本発明の光電変換用電極１０（酸化
チタン電極１０）である。
の形態 図１には光電変換素子１の好適例として太陽電池１の概
略模式図が示されている。この図において、一方の電極
（図面の左側）は、本発明の光電変換用電極１０（酸化
チタン電極１０）である。
【００１８】光電変換用電極１０は、導電性表面２ａを
有する基板２と、その導電性表面２ａに形成された酸化
チタン膜４と、その酸化チタン膜４の表面に吸着された
有機色素７を有しており、酸化チタン膜は、５価金属イ
オンド−パントを含有しているところに特徴がある。ち
なみに、前記光電変換膜との構成上の関係において、前
記光電変換膜は、酸化チタン膜４と、その酸化チタン膜
４の表面に吸着された有機色素７との構成を実質的な必
須構成要件としている。
有する基板２と、その導電性表面２ａに形成された酸化
チタン膜４と、その酸化チタン膜４の表面に吸着された
有機色素７を有しており、酸化チタン膜は、５価金属イ
オンド−パントを含有しているところに特徴がある。ち
なみに、前記光電変換膜との構成上の関係において、前
記光電変換膜は、酸化チタン膜４と、その酸化チタン膜
４の表面に吸着された有機色素７との構成を実質的な必
須構成要件としている。
【００１９】本発明の光電変換用電極１０（酸化チタン
電極）を製造するには、まず、５価金属イオンド−パン
トを含有させた酸化チタン微粒子を含む塗布液を作製す
る。用いる酸化チタン微粒子は、その１次粒子径が微細
なほど好ましく、その１次粒子径は、通常、１〜５００
０ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍである。
電極）を製造するには、まず、５価金属イオンド−パン
トを含有させた酸化チタン微粒子を含む塗布液を作製す
る。用いる酸化チタン微粒子は、その１次粒子径が微細
なほど好ましく、その１次粒子径は、通常、１〜５００
０ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍである。
【００２０】上記の塗布液は、（１）ゾル−ゲル法によ
り５価金属イオンド−パントを含有させた酸化チタン微
粒子を生成、分散する方法や、（２）粉体状の５価金属
イオンド−パント含有酸化チタン微粒子を溶媒に分散さ
せることで得ることができる。
り５価金属イオンド−パントを含有させた酸化チタン微
粒子を生成、分散する方法や、（２）粉体状の５価金属
イオンド−パント含有酸化チタン微粒子を溶媒に分散さ
せることで得ることができる。
【００２１】５価金属イオンド−パントとしては、Ｖ、
Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｒｅ等の金
属イオンが挙げられる。中でもそのイオン半径がチタン
のイオン半径に近い５価金属イオンがより好ましく、具
体的にはＮｂ、Ｔａ、Ｓｂが好ましい。５価金属イオン
ド−パントの含有量は、Ｔｉに対し０．０１〜１０mol
%、好ましくは０．２〜２mol%である。この値が、０．
０１mol%未満となると、ドープによる効果が発現しない
という不都合が生じ、また、この値が１０mol%を超える
と、５価金属イオンド−パントがＴｉＯ2に固溶しきれ
ないという不都合が生じる。
Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｒｅ等の金
属イオンが挙げられる。中でもそのイオン半径がチタン
のイオン半径に近い５価金属イオンがより好ましく、具
体的にはＮｂ、Ｔａ、Ｓｂが好ましい。５価金属イオン
ド−パントの含有量は、Ｔｉに対し０．０１〜１０mol
%、好ましくは０．２〜２mol%である。この値が、０．
０１mol%未満となると、ドープによる効果が発現しない
という不都合が生じ、また、この値が１０mol%を超える
と、５価金属イオンド−パントがＴｉＯ2に固溶しきれ
ないという不都合が生じる。
【００２２】また、上記の５価金属イオンド−パントと
共に、イオン半径がチタンのイオン半径に近いＲｕイオ
ンを含有させることが好ましい。Ｒｕイオンの含有量
は、Ｔｉに対し０．０１〜１mol%、好ましくは０．１〜
０．４mol%である。この値が、０．０１mol%未満となる
と、ドープによる効果が発現しないという不都合が生
じ、また、この値が１mol%を超えると、塗布膜が着色
し、かえって太陽電池の変換効率が低下するという不都
合が生じる。
共に、イオン半径がチタンのイオン半径に近いＲｕイオ
ンを含有させることが好ましい。Ｒｕイオンの含有量
は、Ｔｉに対し０．０１〜１mol%、好ましくは０．１〜
０．４mol%である。この値が、０．０１mol%未満となる
と、ドープによる効果が発現しないという不都合が生
じ、また、この値が１mol%を超えると、塗布膜が着色
し、かえって太陽電池の変換効率が低下するという不都
合が生じる。
【００２３】溶媒中に分散した５価金属イオンド−パン
ト含有酸化チタン微粒子は、その１次粒子状で分散す
る。溶媒としては水、有機溶媒、および水と有機溶媒と
の混合液が挙げられる。有機溶媒としては、メタノ−
ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、テルピネオ−ル等のア
ルコ−ル、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルア
セトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化
水素等が挙げられる。
ト含有酸化チタン微粒子は、その１次粒子状で分散す
る。溶媒としては水、有機溶媒、および水と有機溶媒と
の混合液が挙げられる。有機溶媒としては、メタノ−
ル、エタノ−ル、プロパノ−ル、テルピネオ−ル等のア
ルコ−ル、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルア
セトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化
水素等が挙げられる。
【００２４】溶媒への５価金属イオンド−パント含有酸
化チタン微粒子の分散性を高めるため、あらかじめ５価
金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒子表面を分散
剤で処理したり、あるいは塗布液中に分散剤を添加する
ことが好ましい。また、塗布液中には必要に応じ、界面
活性剤（例えばtriton X−１００等）や粘度調整剤を加
えることができる。
化チタン微粒子の分散性を高めるため、あらかじめ５価
金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒子表面を分散
剤で処理したり、あるいは塗布液中に分散剤を添加する
ことが好ましい。また、塗布液中には必要に応じ、界面
活性剤（例えばtriton X−１００等）や粘度調整剤を加
えることができる。
【００２５】溶媒中の５価金属イオンド−パント含有酸
化チタン微粒子濃度は、０．１〜７０重量％、好ましく
は５〜４０重量％である。この値が、０．１重量％未満
となると、溶媒中の酸化チタン微粒子濃度が低すぎて所
望の膜厚を得るのが困難となり、また、この値が７０重
量％を超えると、分散液の粘度が上がりすぎて塗布が困
難になるという不都合が生じる。
化チタン微粒子濃度は、０．１〜７０重量％、好ましく
は５〜４０重量％である。この値が、０．１重量％未満
となると、溶媒中の酸化チタン微粒子濃度が低すぎて所
望の膜厚を得るのが困難となり、また、この値が７０重
量％を超えると、分散液の粘度が上がりすぎて塗布が困
難になるという不都合が生じる。
【００２６】次に、前記塗布液を基板２上に塗布、乾燥
させ、次いで空気中または不活性ガス中で焼成して、基
板２上に５価金属イオンド−パント含有酸化チタン膜を
形成する。基板としては、前述したように少なくともそ
の表面に導電性表面２ａが形成された基板が用いられ
る。このような基板としては、ガラスなどの耐熱性基板
上に酸化インジウム、酸化錫の導電性金属酸化物薄膜を
形成したものや金属等の導電性材料からなる基板が用い
られる。このような導電性基板は従来よく知られたもの
である。基板の厚さは特に制限されないが、０．３〜５
ｍｍ程度が好適である。このような導電性基板は、透明
又は不透明であることができるが、好ましくは透明であ
る。基板上に塗布、乾燥して得られるチタン含有被膜
は、基板との結合力およびその微粒子相互の結合力が弱
く、機械的強度の弱いものである。従って、一般には、
これを焼成して微粒子間の機械的強度を高め、かつ基板
に強く固着した焼成物膜とする。
させ、次いで空気中または不活性ガス中で焼成して、基
板２上に５価金属イオンド−パント含有酸化チタン膜を
形成する。基板としては、前述したように少なくともそ
の表面に導電性表面２ａが形成された基板が用いられ
る。このような基板としては、ガラスなどの耐熱性基板
上に酸化インジウム、酸化錫の導電性金属酸化物薄膜を
形成したものや金属等の導電性材料からなる基板が用い
られる。このような導電性基板は従来よく知られたもの
である。基板の厚さは特に制限されないが、０．３〜５
ｍｍ程度が好適である。このような導電性基板は、透明
又は不透明であることができるが、好ましくは透明であ
る。基板上に塗布、乾燥して得られるチタン含有被膜
は、基板との結合力およびその微粒子相互の結合力が弱
く、機械的強度の弱いものである。従って、一般には、
これを焼成して微粒子間の機械的強度を高め、かつ基板
に強く固着した焼成物膜とする。
【００２７】本発明においては、このような焼成後の焼
成物膜は多孔質膜とし、その厚さは少なくとも１０ｎ
ｍ、好ましくは５００〜３００００ｎｍとされ、かつそ
の見かけ表面積に対する実表面積の比は１０以上、好ま
しくは１００以上とされる。この比の上限は特に規制さ
れないが、通常、１０００〜２０００である。前記見か
けの表面積とは、通常の表面積を意味し、例えば、その
表面形状が長方形の場合には、（縦の長さ）×（横の長
さ）で表される。
成物膜は多孔質膜とし、その厚さは少なくとも１０ｎ
ｍ、好ましくは５００〜３００００ｎｍとされ、かつそ
の見かけ表面積に対する実表面積の比は１０以上、好ま
しくは１００以上とされる。この比の上限は特に規制さ
れないが、通常、１０００〜２０００である。前記見か
けの表面積とは、通常の表面積を意味し、例えば、その
表面形状が長方形の場合には、（縦の長さ）×（横の長
さ）で表される。
【００２８】前記実表面積とは、クリプトンガスの吸着
量により求めたＢＥＴ表面積を意味する。その具体的測
定方法は、見かけ表面積１ｃｍ2の基板付酸化チタン膜
をＢＥＴ表面積測定装置（マイクロメリティクス社製、
ASAP2000）を用い、液体窒素温度でクリプトンガスを吸
着させる方法である。この測定方法により得られたクリ
プトンガス吸着量に基づいてＢＥＴ表面積が算出され
る。
量により求めたＢＥＴ表面積を意味する。その具体的測
定方法は、見かけ表面積１ｃｍ2の基板付酸化チタン膜
をＢＥＴ表面積測定装置（マイクロメリティクス社製、
ASAP2000）を用い、液体窒素温度でクリプトンガスを吸
着させる方法である。この測定方法により得られたクリ
プトンガス吸着量に基づいてＢＥＴ表面積が算出され
る。
【００２９】このような多孔質構造膜は、その内部に微
細な細孔とその表面に微細凹凸を有するものである。焼
成物膜の厚さおよび見かけ表面積に対する実表面積の比
が前記範囲より小さくなると、その表面に有機色素を単
分子膜として吸着させたときに、その有機色素単分子膜
の表面積が小さくなり、光吸収効率の良い電極を得るこ
とが出来なくなる。
細な細孔とその表面に微細凹凸を有するものである。焼
成物膜の厚さおよび見かけ表面積に対する実表面積の比
が前記範囲より小さくなると、その表面に有機色素を単
分子膜として吸着させたときに、その有機色素単分子膜
の表面積が小さくなり、光吸収効率の良い電極を得るこ
とが出来なくなる。
【００３０】このような多孔質構造の焼成物膜は、５価
金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒子の塗布液を
基板上に塗布、乾燥して形成された微粒子集合体膜の焼
成に際し、その焼成温度を低くし、微粒子集合体膜を軽
く焼成させることによって得ることができる。この場
合、焼成温度は１０００℃以下であり、通常、３００〜
８００℃、好ましくは４００〜７００℃である。焼成温
度が１０００℃を超えると、焼成物膜の焼結が進みす
ぎ、その実表面積が小さくなり、所望する焼成物膜を得
ることが出来ない。前記見かけ表面積に対する実表面積
の比は、５価金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒
子の粒径および比表面積や、焼成温度等によりコントロ
−ルすることができる。
金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒子の塗布液を
基板上に塗布、乾燥して形成された微粒子集合体膜の焼
成に際し、その焼成温度を低くし、微粒子集合体膜を軽
く焼成させることによって得ることができる。この場
合、焼成温度は１０００℃以下であり、通常、３００〜
８００℃、好ましくは４００〜７００℃である。焼成温
度が１０００℃を超えると、焼成物膜の焼結が進みす
ぎ、その実表面積が小さくなり、所望する焼成物膜を得
ることが出来ない。前記見かけ表面積に対する実表面積
の比は、５価金属イオンド−パント含有酸化チタン微粒
子の粒径および比表面積や、焼成温度等によりコントロ
−ルすることができる。
【００３１】このようにして得られた基板上の５価金属
イオンド−パント含有酸化チタン膜４表面に、有機色素
７を単分子として吸着させる。有機色素７としては、酸
化チタン膜と化学的に結合することができる色素が好ま
しく、分子内にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸
基、もしくは水酸基を有するものが好ましい。具体的に
は、ビピリジルＲｕ錯体、タ−ピリジルＲｕ錯体、フェ
ナントロリンＲｕ錯体、ビシンコニン酸Ｒｕ錯体などの
Ｒｕ錯体、エオシンＹ、ジブロモフルオレセイン、フル
オレセイン、ロ−ダミンＢ、ピロガロ−ル、ジクロロフ
ルオレセイン、エリスロシンＢ、フルオレシン、マ−キ
ュロクロム等の有機色素が挙げられる。
イオンド−パント含有酸化チタン膜４表面に、有機色素
７を単分子として吸着させる。有機色素７としては、酸
化チタン膜と化学的に結合することができる色素が好ま
しく、分子内にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸
基、もしくは水酸基を有するものが好ましい。具体的に
は、ビピリジルＲｕ錯体、タ−ピリジルＲｕ錯体、フェ
ナントロリンＲｕ錯体、ビシンコニン酸Ｒｕ錯体などの
Ｒｕ錯体、エオシンＹ、ジブロモフルオレセイン、フル
オレセイン、ロ−ダミンＢ、ピロガロ−ル、ジクロロフ
ルオレセイン、エリスロシンＢ、フルオレシン、マ−キ
ュロクロム等の有機色素が挙げられる。
【００３２】５価金属イオンド−パント含有酸化チタン
膜表面に、有機色素を単分子として吸着させるには、有
機色素を有機溶媒に溶解させて形成した有機色素溶液中
に、該酸化チタン膜４を基板２とともに浸漬すればよ
い。この場合、有機色素溶液が、多孔質構造膜である５
価金属イオンド−パント含有酸化チタン膜の内部深く進
入するように、その膜を有機色素への浸漬に先立ち、減
圧処理したり、加熱処理して、膜中に含まれる気泡をあ
らかじめ除去しておくのが好ましい。浸漬時間は３０分
〜２４時間程度である。色素の吸着を効率よく行うた
め、還流処理を行っても良い。また、浸漬処理は、必要
に応じ、複数回繰り返し行うこともできる。前記浸漬処
理後、有機色素を吸着した５価金属イオンド−パント含
有酸化チタン膜は、常温〜８０℃で乾燥する。
膜表面に、有機色素を単分子として吸着させるには、有
機色素を有機溶媒に溶解させて形成した有機色素溶液中
に、該酸化チタン膜４を基板２とともに浸漬すればよ
い。この場合、有機色素溶液が、多孔質構造膜である５
価金属イオンド−パント含有酸化チタン膜の内部深く進
入するように、その膜を有機色素への浸漬に先立ち、減
圧処理したり、加熱処理して、膜中に含まれる気泡をあ
らかじめ除去しておくのが好ましい。浸漬時間は３０分
〜２４時間程度である。色素の吸着を効率よく行うた
め、還流処理を行っても良い。また、浸漬処理は、必要
に応じ、複数回繰り返し行うこともできる。前記浸漬処
理後、有機色素を吸着した５価金属イオンド−パント含
有酸化チタン膜は、常温〜８０℃で乾燥する。
【００３３】本発明においては、５価金属イオンド−パ
ント含有酸化チタン膜４に吸着される有機色素７は、１
種である必要はなく、必要によっては光吸収領域の異な
る複数の有機色素を吸着させることができる。これによ
って、光を効率よく利用することができる。複数の有機
色素を膜に吸着させるには、複数の有機色素を含む溶液
中に膜を浸漬する方法や、有機色素溶液を複数用意し、
これらの溶液に膜を順次浸漬する方法等が挙げられる。
有機色素を有機溶媒に溶解させた溶液において、その有
機溶媒としては、有機色素を溶解しうるものであれば任
意のものが使用可能である。このようなものとしては、
例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、アセトニトリル、ジ
メチルホルムアミド、ジオキサン、ジクロロメタン、ト
ルエン等が挙げられる。
ント含有酸化チタン膜４に吸着される有機色素７は、１
種である必要はなく、必要によっては光吸収領域の異な
る複数の有機色素を吸着させることができる。これによ
って、光を効率よく利用することができる。複数の有機
色素を膜に吸着させるには、複数の有機色素を含む溶液
中に膜を浸漬する方法や、有機色素溶液を複数用意し、
これらの溶液に膜を順次浸漬する方法等が挙げられる。
有機色素を有機溶媒に溶解させた溶液において、その有
機溶媒としては、有機色素を溶解しうるものであれば任
意のものが使用可能である。このようなものとしては、
例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、アセトニトリル、ジ
メチルホルムアミド、ジオキサン、ジクロロメタン、ト
ルエン等が挙げられる。
【００３４】溶液中の有機色素の濃度は、溶液１００ml
中、１〜２００mg、好ましくは１０〜１００mg程度であ
る。
中、１〜２００mg、好ましくは１０〜１００mg程度であ
る。
【００３５】光電変換素子（好適例として太陽電池）の
実施の形態 本発明の太陽電池１は、図１に示されるように前記酸化
チタン電極１０と対極３０とそれらの電極１０，３０に
接触するレドックス電解質４０とから構成される。レド
ックス電解質としては、Ｉ-／Ｉ3 -系や、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -
系、キノン／ハイドロキノン系等が挙げられる。このよ
うなレドックス電解質は、従来公知の方法によって得る
ことが出来、例えば、Ｉ-／Ｉ3 -系の電解質は、ヨウ素
のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得る
ことができる。電解質は、液体電解質又はこれを高分子
物質中に含有させた固体高分子電解質、低分子ゲル化剤
中に含有させた低分子ゲル固体電解質であることができ
る。液体電解質において、その溶媒としては、電気化学
的に不活性であるものが用いられ、例えば、アセトニト
リル、炭酸プロピレン、エチレンカ−ボネ−ト等が用い
られる。
実施の形態 本発明の太陽電池１は、図１に示されるように前記酸化
チタン電極１０と対極３０とそれらの電極１０，３０に
接触するレドックス電解質４０とから構成される。レド
ックス電解質としては、Ｉ-／Ｉ3 -系や、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -
系、キノン／ハイドロキノン系等が挙げられる。このよ
うなレドックス電解質は、従来公知の方法によって得る
ことが出来、例えば、Ｉ-／Ｉ3 -系の電解質は、ヨウ素
のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得る
ことができる。電解質は、液体電解質又はこれを高分子
物質中に含有させた固体高分子電解質、低分子ゲル化剤
中に含有させた低分子ゲル固体電解質であることができ
る。液体電解質において、その溶媒としては、電気化学
的に不活性であるものが用いられ、例えば、アセトニト
リル、炭酸プロピレン、エチレンカ−ボネ−ト等が用い
られる。
【００３６】対極３０としては、導電性を有するもので
あれば良く、任意の導電性材料が用いられるが、Ｉ3 -イ
オン等の酸化型レドックスイオンの還元反応を充分な速
さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。こ
のようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金
めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニ
ウム金属、酸化ルテニウム、カ−ボン等が挙げられる。
あれば良く、任意の導電性材料が用いられるが、Ｉ3 -イ
オン等の酸化型レドックスイオンの還元反応を充分な速
さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。こ
のようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金
めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニ
ウム金属、酸化ルテニウム、カ−ボン等が挙げられる。
【００３７】本発明の太陽電池は、前記酸化チタン電極
１０、電解質４０及び対極３０をケ−ス内に収納して封
止するかまたはそれら全体を樹脂封止する。この場合、
その酸化チタン電極１０には光が当たる構造とする。こ
のような構造の電池は、その酸化チタン電極に光を当て
ると、酸化チタン電極とその対極との間に電位差が生
じ、両極間に電流が流れるように作用する。
１０、電解質４０及び対極３０をケ−ス内に収納して封
止するかまたはそれら全体を樹脂封止する。この場合、
その酸化チタン電極１０には光が当たる構造とする。こ
のような構造の電池は、その酸化チタン電極に光を当て
ると、酸化チタン電極とその対極との間に電位差が生
じ、両極間に電流が流れるように作用する。
【００３８】
【実施例】次に本発明の具体的な実施例を挙げて、本発
明をさらに詳細に説明する。
明をさらに詳細に説明する。
【００３９】〔実施例１〕タンタルド−パント含有酸化チタン微粒子液の調整 チタンイソプロポキシドとタンタルエトキシドを以下の
ように加水分解することにより、タンタルド−パント含
有酸化チタン微粒子液を調整した。１２５ｍｌのチタン
イソプロポキシドと３．３３ｇのタンタルエトキシドを
窒素雰囲気中８０℃で８時間攪拌し、これを０．１Ｍ硝
酸水溶液７５０ｍｌに攪拌しながら添加した。これを８
０℃で８時間激しく攪拌した。得られた液体をチタン製
の圧力容器内で２２０℃、２０atmで１２時間オ−トク
レ−ブ処理した。その後、エバポレ−タ−でタンタルド
−パント含有酸化チタン濃度が１１wt%になるまで水系
分散液を濃縮した。ここへ、分子量２００００のポリエ
チレングリコ−ルをゾルに対し５wt%添加し、室温で１
時間攪拌した。
ように加水分解することにより、タンタルド−パント含
有酸化チタン微粒子液を調整した。１２５ｍｌのチタン
イソプロポキシドと３．３３ｇのタンタルエトキシドを
窒素雰囲気中８０℃で８時間攪拌し、これを０．１Ｍ硝
酸水溶液７５０ｍｌに攪拌しながら添加した。これを８
０℃で８時間激しく攪拌した。得られた液体をチタン製
の圧力容器内で２２０℃、２０atmで１２時間オ−トク
レ−ブ処理した。その後、エバポレ−タ−でタンタルド
−パント含有酸化チタン濃度が１１wt%になるまで水系
分散液を濃縮した。ここへ、分子量２００００のポリエ
チレングリコ−ルをゾルに対し５wt%添加し、室温で１
時間攪拌した。
【００４０】タンタルド−パント含有酸化チタン電極の
作製 上記のタンタルド−パント含有酸化チタン微粒子液を用
いて、以下の要領でタンタルド−パント含有酸化チタン
電極を作製した。
作製 上記のタンタルド−パント含有酸化チタン微粒子液を用
いて、以下の要領でタンタルド−パント含有酸化チタン
電極を作製した。
【００４１】縦３．０ｃｍ、横３．０ｃｍ、厚さ１ｍｍ
の導電性ガラス基板（Ｆ−ＳｎＯ2、シ−ト抵抗１０Ω
／□）の導電膜面側に、酸化チタン塗布用の穴（０．５
ｃｍ×０．５ｃｍ）を設けた厚さ７０μｍのマスキング
テ−プを貼り、穴の端部に前記タンタルド−パント含有
酸化チタン微粒子液をピペットで添加した。このゾル液
を縁が平らなガラス板を用いて引き延ばすことにより基
板上に広げた。
の導電性ガラス基板（Ｆ−ＳｎＯ2、シ−ト抵抗１０Ω
／□）の導電膜面側に、酸化チタン塗布用の穴（０．５
ｃｍ×０．５ｃｍ）を設けた厚さ７０μｍのマスキング
テ−プを貼り、穴の端部に前記タンタルド−パント含有
酸化チタン微粒子液をピペットで添加した。このゾル液
を縁が平らなガラス板を用いて引き延ばすことにより基
板上に広げた。
【００４２】このように広げた膜を空気中で３０分間乾
燥し、乾燥後マスキングテ−プを剥がし取った。次に、
電気炉を用いて５００℃で１時間焼成した。昇温速度は
５℃／ｍｉｎとした。焼成後の酸化チタン膜のＸ線回折
測定を行ったところ、タンタルはイオンとしてド−ピン
グされていることが確認された。すなわち、Ｘ線回折測
定結果によれば、酸化チタンのアナタ−ゼに由来する回
折ピ−クのみが現れ、酸化タンタルのピ−クは観測され
なかった。
燥し、乾燥後マスキングテ−プを剥がし取った。次に、
電気炉を用いて５００℃で１時間焼成した。昇温速度は
５℃／ｍｉｎとした。焼成後の酸化チタン膜のＸ線回折
測定を行ったところ、タンタルはイオンとしてド−ピン
グされていることが確認された。すなわち、Ｘ線回折測
定結果によれば、酸化チタンのアナタ−ゼに由来する回
折ピ−クのみが現れ、酸化タンタルのピ−クは観測され
なかった。
【００４３】焼成後、増感色素として（４，４’−ジカ
ルボン酸−２，２’−ビピリジン）ルテニウム（II）ジ
イソチアネ−トを用い、このものを５×１０-4Ｍ含有さ
せた無水エタノ−ル溶液２０ｍｌに浸漬し、１８時間放
置した。放置後、酸化チタン電極を取り出し無水アセト
ニトリルで洗浄した。基板上のタンタルド−パント含有
酸化チタン膜は吸着されたルテニウム色素により深紅色
となった。
ルボン酸−２，２’−ビピリジン）ルテニウム（II）ジ
イソチアネ−トを用い、このものを５×１０-4Ｍ含有さ
せた無水エタノ−ル溶液２０ｍｌに浸漬し、１８時間放
置した。放置後、酸化チタン電極を取り出し無水アセト
ニトリルで洗浄した。基板上のタンタルド−パント含有
酸化チタン膜は吸着されたルテニウム色素により深紅色
となった。
【００４４】太陽電池の作製 このような電極を用いて、下記の要領で太陽電池サンプ
ルの作製および太陽電池の評価を行った。
ルの作製および太陽電池の評価を行った。
【００４５】酸化チタン膜の大きさに合わせた穴（０．
５ｃｍ×０．５ｃｍ）を設けた縦２．５ｃｍ、横３．０
ｃｍ、厚さ２５μｍのスペ−サ−を、穴の部分と酸化チ
タン膜の部分とが一致するように酸化チタン電極上に置
き、電極上に密着させた。穴の部分に、電解液を乗せ、
その上に対極を置き周囲をエポキシ樹脂で封止して電池
サンプルを作製した。電解液としては、ヨウ化リチウム
（０．３Ｍ）とヨウ素（０．０３Ｍ）を含むアセトニト
リル溶液を用いた。対極としては、白金を１０ｎｍの厚
さでメッキした導電性ガラスを用いた。ＡＭ１．５（10
00Ｗ／ｍ2）のソ−ラ−シミュレ−タ−を用いて、開放
電圧（Ｖoc）、光電流密度（Ｊsc）、形状因子（Ｆ
Ｆ）、変換効率（η）の測定を行い電池特性評価とし
た。この場合、開放電圧（Ｖoc）とは、太陽電池セル・
モジュールの出力端子を開放したときの両端子間の電圧
を表している。光電流密度（Ｊsc）とは、太陽電池セル
・モジュールの出力端子を短絡させたときの両端子間に
流れる電流（１ｃｍ2当たり）を表している。また、フ
ィルファクタ（ＦＦ:fill factor）も同時に測定した。
フィルファクタとは、最大出力Ｐmaxを開放電圧（Ｖo
c）と光電流密度（Ｊsc）の積で除した値（ＦＦ＝Ｐmax
／Ｖoc・Ｊsc）をいい、太陽電池としての電流電圧特性
曲線の良さを表すパラメータで、主に内部抵抗とダイオ
ード因子に左右される。変換効率（η）は、最大出力Ｐ
maxを光強度（１cm2当たりの値）で除した値に１００を
乗じてパーセント表示した値として求められる。
５ｃｍ×０．５ｃｍ）を設けた縦２．５ｃｍ、横３．０
ｃｍ、厚さ２５μｍのスペ−サ−を、穴の部分と酸化チ
タン膜の部分とが一致するように酸化チタン電極上に置
き、電極上に密着させた。穴の部分に、電解液を乗せ、
その上に対極を置き周囲をエポキシ樹脂で封止して電池
サンプルを作製した。電解液としては、ヨウ化リチウム
（０．３Ｍ）とヨウ素（０．０３Ｍ）を含むアセトニト
リル溶液を用いた。対極としては、白金を１０ｎｍの厚
さでメッキした導電性ガラスを用いた。ＡＭ１．５（10
00Ｗ／ｍ2）のソ−ラ−シミュレ−タ−を用いて、開放
電圧（Ｖoc）、光電流密度（Ｊsc）、形状因子（Ｆ
Ｆ）、変換効率（η）の測定を行い電池特性評価とし
た。この場合、開放電圧（Ｖoc）とは、太陽電池セル・
モジュールの出力端子を開放したときの両端子間の電圧
を表している。光電流密度（Ｊsc）とは、太陽電池セル
・モジュールの出力端子を短絡させたときの両端子間に
流れる電流（１ｃｍ2当たり）を表している。また、フ
ィルファクタ（ＦＦ:fill factor）も同時に測定した。
フィルファクタとは、最大出力Ｐmaxを開放電圧（Ｖo
c）と光電流密度（Ｊsc）の積で除した値（ＦＦ＝Ｐmax
／Ｖoc・Ｊsc）をいい、太陽電池としての電流電圧特性
曲線の良さを表すパラメータで、主に内部抵抗とダイオ
ード因子に左右される。変換効率（η）は、最大出力Ｐ
maxを光強度（１cm2当たりの値）で除した値に１００を
乗じてパーセント表示した値として求められる。
【００４６】なお、電池を作動させる光源として、５０
０Ｗのキセノンランプを用い、そのランプからの４２０
ｎｍ以下の波長の光はフィルターでカットした。
０Ｗのキセノンランプを用い、そのランプからの４２０
ｎｍ以下の波長の光はフィルターでカットした。
【００４７】これらの結果および各酸化チタン膜サンプ
ルの比抵抗値を表１に示した。また、図２には、実施例
１サンプルと後述する比較例１サンプルの酸化チタン膜
の膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡電流
値）の変化をグラフとして示した。なお、表１に示され
る実験値はサンプル数５個の中で最も良好であったデー
タを載せた。
ルの比抵抗値を表１に示した。また、図２には、実施例
１サンプルと後述する比較例１サンプルの酸化チタン膜
の膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡電流
値）の変化をグラフとして示した。なお、表１に示され
る実験値はサンプル数５個の中で最も良好であったデー
タを載せた。
【００４８】〔実施例２〕実施例１で用いたタンタルエ
トキシドを、ニオブエトキシドに変えた。それ以外は実
施例１と同様にして、実施例２の電池サンプルを作製し
て、その特性を上記の要領で評価し、その結果を下記表
１に示した。
トキシドを、ニオブエトキシドに変えた。それ以外は実
施例１と同様にして、実施例２の電池サンプルを作製し
て、その特性を上記の要領で評価し、その結果を下記表
１に示した。
【００４９】〔実施例３〕実施例１で用いたタンタルエ
トキシドを、アンチモンエトキシドに変えた。それ以外
は実施例１と同様にして、実施例３の電池サンプルを作
製して、その特性を上記の要領で評価し、その結果を下
記表１に示した。
トキシドを、アンチモンエトキシドに変えた。それ以外
は実施例１と同様にして、実施例３の電池サンプルを作
製して、その特性を上記の要領で評価し、その結果を下
記表１に示した。
【００５０】〔実施例４〕タンタルド−パント、およびルテニウムド−パント含有
酸化チタン微粒子液の調整 チタンイソプロポキシドとタンタルエトキシドとルテニ
ウムアセテ−トを以下のように加水分解することによ
り、タンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸
化チタン微粒子液を調整した。
酸化チタン微粒子液の調整 チタンイソプロポキシドとタンタルエトキシドとルテニ
ウムアセテ−トを以下のように加水分解することによ
り、タンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸
化チタン微粒子液を調整した。
【００５１】１２５mlのチタンイソプロポキシドと３．
３３ｇのタンタルエトキシドと０．３０ｇのルテニウム
アセテ−トを窒素雰囲気中８０℃で８時間攪拌し、これ
を０．１Ｍ硝酸水溶液７５０ｍｌに攪拌しながら添加し
た。これを８０℃で８時間激しく攪拌した。得られた液
体をチタン製の圧力容器内で２２０℃、２０atmで１２
時間オ−トクレ−ブ処理した。その後、エバポレ−タ−
でタンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸化
チタン濃度が１１wt%になるまで水系分散液を濃縮し
た。ここへ、分子量２００００のポリエチレングリコ−
ルをゾルに対し５wt%添加し、室温で１時間攪拌した。
３３ｇのタンタルエトキシドと０．３０ｇのルテニウム
アセテ−トを窒素雰囲気中８０℃で８時間攪拌し、これ
を０．１Ｍ硝酸水溶液７５０ｍｌに攪拌しながら添加し
た。これを８０℃で８時間激しく攪拌した。得られた液
体をチタン製の圧力容器内で２２０℃、２０atmで１２
時間オ−トクレ−ブ処理した。その後、エバポレ−タ−
でタンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸化
チタン濃度が１１wt%になるまで水系分散液を濃縮し
た。ここへ、分子量２００００のポリエチレングリコ−
ルをゾルに対し５wt%添加し、室温で１時間攪拌した。
【００５２】タンタルド−パント含有酸化チタン電極の
作製および太陽電池の作製 タンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸化チ
タン電極の作製および電池の作製、ならびに電池の特性
評価は上記実施例１と同様に行った。結果を下記表１に
示した。
作製および太陽電池の作製 タンタルド−パント、ルテニウムド−パント含有酸化チ
タン電極の作製および電池の作製、ならびに電池の特性
評価は上記実施例１と同様に行った。結果を下記表１に
示した。
【００５３】〔比較例１〕実施例１で用いたタンタルエ
トキシドを添加しなかった。それ以外は実施例１と同様
にして、比較例１の電池サンプルを作製して、その特性
を上記の要領で評価し、その結果を表１に示した。ま
た、前述したように比較例１サンプルの酸化チタン膜の
膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡電流値）
の変化を図２のグラフに示した。
トキシドを添加しなかった。それ以外は実施例１と同様
にして、比較例１の電池サンプルを作製して、その特性
を上記の要領で評価し、その結果を表１に示した。ま
た、前述したように比較例１サンプルの酸化チタン膜の
膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡電流値）
の変化を図２のグラフに示した。
【００５４】
【表１】
【００５５】以上の実験結果（表１）より、５価金属イ
オンド−パント含有酸化チタン膜から形成された酸化チ
タン電極を用いた太陽電池では、酸化チタン膜の電子導
電性が向上することによりセルの直列抵抗が低減され、
特に、フィルファクタ−、変換効率が各段と良好となる
ことが確認された。また、図２に示されるように本発明
サンプル（実施例１）においては、酸化チタン膜の膜厚
を増加させた場合でも、酸化チタン膜の電子伝導性が向
上しているため短絡電流値の頭打ちがなく、膜厚に比例
して電流値が向上することが確認された。これに対して
５価金属イオンド−パントを酸化チタン膜に含有してい
ない比較例１サンプルでは、酸化チタン膜の膜厚の増加
につれて電流値が大きくならず頭打ちになってしまうこ
とが確認された。
オンド−パント含有酸化チタン膜から形成された酸化チ
タン電極を用いた太陽電池では、酸化チタン膜の電子導
電性が向上することによりセルの直列抵抗が低減され、
特に、フィルファクタ−、変換効率が各段と良好となる
ことが確認された。また、図２に示されるように本発明
サンプル（実施例１）においては、酸化チタン膜の膜厚
を増加させた場合でも、酸化チタン膜の電子伝導性が向
上しているため短絡電流値の頭打ちがなく、膜厚に比例
して電流値が向上することが確認された。これに対して
５価金属イオンド−パントを酸化チタン膜に含有してい
ない比較例１サンプルでは、酸化チタン膜の膜厚の増加
につれて電流値が大きくならず頭打ちになってしまうこ
とが確認された。
【００５６】
【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明においては酸化チタン膜に５価
金属イオンド−パントを含有させることで、５価金属イ
オンド−パントの固溶による電荷補償により生成したド
ナ−Ｔｉ3+が酸化チタン膜中の電子導電性向上に寄与す
る。さらには５価金属イオンド−パントと共にＲｕイオ
ンド−パントを含有させることで５価金属イオンド−パ
ントおよびＲｕの固溶による電荷補償により生成したド
ナ−Ｒｕ3+およびＲｕ2+がＴｉ3+と共に酸化チタン膜中
の電子導電性向上に寄与する。従って、特に、太陽電池
においては、酸化チタン膜の電子伝導性を飛躍的に向上
させることができ、その結果、電池特性が向上し、実用
的な太陽電池の作製が可能となる。
ある。すなわち、本発明においては酸化チタン膜に５価
金属イオンド−パントを含有させることで、５価金属イ
オンド−パントの固溶による電荷補償により生成したド
ナ−Ｔｉ3+が酸化チタン膜中の電子導電性向上に寄与す
る。さらには５価金属イオンド−パントと共にＲｕイオ
ンド−パントを含有させることで５価金属イオンド−パ
ントおよびＲｕの固溶による電荷補償により生成したド
ナ−Ｒｕ3+およびＲｕ2+がＴｉ3+と共に酸化チタン膜中
の電子導電性向上に寄与する。従って、特に、太陽電池
においては、酸化チタン膜の電子伝導性を飛躍的に向上
させることができ、その結果、電池特性が向上し、実用
的な太陽電池の作製が可能となる。
【図１】本発明の光電変換素子（太陽電池）の模式的な
構成例を示した図面である。
構成例を示した図面である。
【図２】実施例１サンプルと比較例１サンプルの酸化チ
タン膜の膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡
電流値）の変化を示したグラフである。
タン膜の膜厚の変化に対する光電流密度（Ｊsc）（短絡
電流値）の変化を示したグラフである。
１…光電変化素子（太陽電池） ２…基板 ４…酸化チタン膜 ７…有機色素 １０…光電変換用電極（酸化チタン電極） ３０…対極 ４０…電解質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南波 憲良 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 羽山 秀和 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 山口 浩一 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 林 紅 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 Ｆターム(参考） 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 BB05 EE01 EE11 EE16
Claims (10)
- 【請求項１】 光エネルギーを電気エネルギーに変換す
るための光電変換膜であって、 該光電変換膜は、酸化チタンと、少なくともこの酸化チ
タン表面の一部を覆う有機色素を含み、 前記酸化チタンは、５価金属イオンド−パントを含有し
てなることを特徴とする光電変換膜。 - 【請求項２】 前記有機色素は、前記酸化チタンの表面
に吸着されている請求項１に記載の光電変換膜。 - 【請求項３】 前記５価金属イオンド−パントは、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｓｂの中から選ばれる少なくとも１種である
請求項１または請求項２に記載の光電変換膜。 - 【請求項４】 前記酸化チタンは、前記５価金属イオン
ド−パントに加えてさらにＲｕイオンドーパントを含有
してなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の光
電変換膜。 - 【請求項５】 導電性表面を有する基板と、その導電性
表面に形成された酸化チタン膜と、その酸化チタン膜の
表面に吸着された有機色素を有する光電変換用電極であ
って、 前記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−パントを含有
してなることを特徴とする光電変換用電極。 - 【請求項６】 前記５価金属イオンド−パントは、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｓｂの中から選ばれる少なくとも１種である
請求項５に記載の光電変換用電極。 - 【請求項７】 前記酸化チタンは、前記５価金属イオン
ド−パントに加えてさらにＲｕイオンド−パントを含有
してなる請求項５または請求項６に記載の光電変換用電
極。 - 【請求項８】 光電変換用電極と、その対極と、それら
の電極に接触する電解質とを有してなる光電変換素子で
あって、 前記光電変換用電極は、導電性表面を有する基板と、そ
の導電性表面に形成された酸化チタン膜と、その酸化チ
タン膜の表面に吸着された有機色素を有し、 前記酸化チタン膜は、５価金属イオンド−パントを含有
してなることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項９】 前記５価金属イオンド−パントは、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｓｂの中から選ばれる少なくとも１種である
請求項８に記載の光電変換素子。 - 【請求項１０】 前記酸化チタンは、前記５価金属イオ
ンド−パントに加えてさらにＲｕイオンド−パントを含
有してなる請求項８または請求項９に記載の光電変換素
子。
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|---|---|---|---|
| JP2000262465A JP2002075476A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 光電変換膜、光電変換用電極、および光電変換素子 |
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| JP (1) | JP2002075476A (ja) |
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| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
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- 2000-08-31 JP JP2000262465A patent/JP2002075476A/ja active Pending
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