JP2003282160A - 酸化チタン製膜方法及び色素増感太陽電池素子 - Google Patents
酸化チタン製膜方法及び色素増感太陽電池素子Info
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- JP2003282160A JP2003282160A JP2002079178A JP2002079178A JP2003282160A JP 2003282160 A JP2003282160 A JP 2003282160A JP 2002079178 A JP2002079178 A JP 2002079178A JP 2002079178 A JP2002079178 A JP 2002079178A JP 2003282160 A JP2003282160 A JP 2003282160A
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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
- Hybrid Cells (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】プラスチックフィルムなどの耐熱性のない基板
上にも成膜が可能な酸化チタン薄膜の作製方法、及びそ
の方法で作製された色素増感太陽電池素子を提供する。 【解決手段】チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチ
タニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して塗
布膜を形成し、該塗布膜を密閉容器内で加熱処理すると
同時に加圧処理し結晶化させることにより、酸化チタン
薄膜を得ることを特徴とする薄膜形成方法。色素増感太
陽電池において、金属酸化物半導体電極として、上記方
法で形成した酸化チタン半導体電極を構成要素に持つこ
とを特徴とする太陽電池素子。
上にも成膜が可能な酸化チタン薄膜の作製方法、及びそ
の方法で作製された色素増感太陽電池素子を提供する。 【解決手段】チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチ
タニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して塗
布膜を形成し、該塗布膜を密閉容器内で加熱処理すると
同時に加圧処理し結晶化させることにより、酸化チタン
薄膜を得ることを特徴とする薄膜形成方法。色素増感太
陽電池において、金属酸化物半導体電極として、上記方
法で形成した酸化チタン半導体電極を構成要素に持つこ
とを特徴とする太陽電池素子。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、色素増感型太陽電
池、特にその構成要素である金属酸化物半導体電極に関
し、従来と比較して、より低い温度条件で金属酸化物半
導体である酸化チタン薄膜を得るための方法とその膜を
用いた色素増感型太陽電池素子に関するものである。
池、特にその構成要素である金属酸化物半導体電極に関
し、従来と比較して、より低い温度条件で金属酸化物半
導体である酸化チタン薄膜を得るための方法とその膜を
用いた色素増感型太陽電池素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光エネルギーを電気エネルギーに変換す
る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ものが主流である。これら
の太陽電池は現状では製造コストが高く普及を妨げる要
因となっている。低コスト化としてGraetzelらが1991年
に発表した色素増感型太陽電池が注目されている。この
電池は、シリコン太陽電池に匹敵する変換効率と製造コ
ストが安価なために実用化への期待が高まっている。色
素増感型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ルテニウム錯体などの光増感色
素と、酸化還元対としての電解質および対向電極で構成
されている。
る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ものが主流である。これら
の太陽電池は現状では製造コストが高く普及を妨げる要
因となっている。低コスト化としてGraetzelらが1991年
に発表した色素増感型太陽電池が注目されている。この
電池は、シリコン太陽電池に匹敵する変換効率と製造コ
ストが安価なために実用化への期待が高まっている。色
素増感型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ルテニウム錯体などの光増感色
素と、酸化還元対としての電解質および対向電極で構成
されている。
【０００３】色素増感型太陽電池は酸化チタン薄膜を製
膜する過程で焼成温度を４００℃以上にする必要があ
る。したがって基板にはガラスなどの耐熱性のあるもの
に限られ、プラスチックなどの耐熱性の低い基板を使用
することができなかった。
膜する過程で焼成温度を４００℃以上にする必要があ
る。したがって基板にはガラスなどの耐熱性のあるもの
に限られ、プラスチックなどの耐熱性の低い基板を使用
することができなかった。
【０００４】これに対し、特願平１１−１２４５６２号
において、アモルファス型過酸化チタンゾルを含む塗布
液を基板上に塗布し、３００℃前後の従来より低い加熱
温度で焼成して得られる酸化チタン半導体電極を用いた
色素増感型太陽電池が提案されている。しかし、この場
合でもプラスチック導電性フィルムなどの耐熱性の低い
基板の使用は不可能であった。なお、本発明において従
来よりも低い温度とは、270℃以下の温度を意味する。
において、アモルファス型過酸化チタンゾルを含む塗布
液を基板上に塗布し、３００℃前後の従来より低い加熱
温度で焼成して得られる酸化チタン半導体電極を用いた
色素増感型太陽電池が提案されている。しかし、この場
合でもプラスチック導電性フィルムなどの耐熱性の低い
基板の使用は不可能であった。なお、本発明において従
来よりも低い温度とは、270℃以下の温度を意味する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような問題点を
解決し、従来と比較してより低い温度で製膜が可能で、
例えばプラスチックフィルムなどの耐熱性のない基板上
でも成膜可能でかつ光触媒活性も高い酸化チタン薄膜の
作製方法を提供することにある。また、プラスチック導
電性フィルムなどの耐熱性のない基板上でも形成可能な
酸化チタン半導体電極を提供することにある。さらに、
上記酸化チタン半導体電極を用いた色素増感太陽電池素
子を提供することにある。
解決し、従来と比較してより低い温度で製膜が可能で、
例えばプラスチックフィルムなどの耐熱性のない基板上
でも成膜可能でかつ光触媒活性も高い酸化チタン薄膜の
作製方法を提供することにある。また、プラスチック導
電性フィルムなどの耐熱性のない基板上でも形成可能な
酸化チタン半導体電極を提供することにある。さらに、
上記酸化チタン半導体電極を用いた色素増感太陽電池素
子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、チタニアゾル
溶液、チタニアゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のい
ずれかを基板上に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を
密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理し結晶化さ
せることを特長とする。その結果、低い温度で酸化チタ
ン薄膜が得られる。また上記において、結晶酸化チタン
を含むチタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチタニア
ゾルゲル混合体のいずれかを基板に塗布し、密閉容器内
で加熱処理すると同時に加圧処理する場合にも良好な酸
化チタン薄膜が得られる。また上記結晶酸化チタンの結
晶型がアナターゼ型であると光触媒活性の高い酸化チタ
ン薄膜が得られる。また、チタニアゾル溶液、チタニア
ゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のいずれかが過酸化
チタンを含むことにより、光触媒活性と基板との密着に
優れた酸化チタン薄膜が得られる。また、チタニアゾル
溶液、チタニアゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のい
ずれかに界面活性剤を混合するとプラスチックフィルム
などの基板上にも製膜性の良好な酸化チタン薄膜が得ら
れる。また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチ
タニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布形成し
た塗布膜を密閉容器内で60℃〜270℃の範囲の温度範囲
で加熱すると低温状態においても良好な酸化チタン薄膜
が得られる。また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体
及びチタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布
形成した塗布膜と溶媒を密閉容器内に個別に配置し、密
閉容器を加熱することにより溶媒を蒸発させ、蒸発した
溶媒ガスにより密閉容器内を加圧するとより好適な圧力
および溶媒ガス下で良好な酸化チタン薄膜が得られる。
また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチタニア
ゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布形成した塗布
膜を密閉容器内に配置し、密閉容器を水蒸気で加圧する
ことによって、好適な圧力下で良好な酸化チタン薄膜が
得られる。また、色素増感型太陽電池の金属半導体電極
として、プラスチック導電性フィルムなどの耐熱性のな
い基板上に該酸化チタン薄膜を形成し、光電変換素子と
して提供することができる。
溶液、チタニアゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のい
ずれかを基板上に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜を
密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理し結晶化さ
せることを特長とする。その結果、低い温度で酸化チタ
ン薄膜が得られる。また上記において、結晶酸化チタン
を含むチタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチタニア
ゾルゲル混合体のいずれかを基板に塗布し、密閉容器内
で加熱処理すると同時に加圧処理する場合にも良好な酸
化チタン薄膜が得られる。また上記結晶酸化チタンの結
晶型がアナターゼ型であると光触媒活性の高い酸化チタ
ン薄膜が得られる。また、チタニアゾル溶液、チタニア
ゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のいずれかが過酸化
チタンを含むことにより、光触媒活性と基板との密着に
優れた酸化チタン薄膜が得られる。また、チタニアゾル
溶液、チタニアゲル体及びチタニアゾルゲル混合体のい
ずれかに界面活性剤を混合するとプラスチックフィルム
などの基板上にも製膜性の良好な酸化チタン薄膜が得ら
れる。また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチ
タニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布形成し
た塗布膜を密閉容器内で60℃〜270℃の範囲の温度範囲
で加熱すると低温状態においても良好な酸化チタン薄膜
が得られる。また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体
及びチタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布
形成した塗布膜と溶媒を密閉容器内に個別に配置し、密
閉容器を加熱することにより溶媒を蒸発させ、蒸発した
溶媒ガスにより密閉容器内を加圧するとより好適な圧力
および溶媒ガス下で良好な酸化チタン薄膜が得られる。
また、チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及びチタニア
ゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布形成した塗布
膜を密閉容器内に配置し、密閉容器を水蒸気で加圧する
ことによって、好適な圧力下で良好な酸化チタン薄膜が
得られる。また、色素増感型太陽電池の金属半導体電極
として、プラスチック導電性フィルムなどの耐熱性のな
い基板上に該酸化チタン薄膜を形成し、光電変換素子と
して提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。本発明における酸化チタン薄膜は例えば次の
ようにして得ることができる。まず、チタンを含むゾル
溶液、ゲル体及びゾルゲル混合体のいずれかを基板に塗
布して薄膜を形成する。これを密閉容器内で加熱処理す
ると同時に加圧処理し結晶化させることにより、結晶酸
化チタンへと変化する。この時、水分を含んだ薄膜は水
熱合成作用を受けることにより、焼結されたのと同じ状
態となり、基板上に酸化チタン薄膜が形成されることと
なる（請求項１）。この場合、加熱温度を60℃〜270℃
の範囲にすることが好ましい。（請求項６）。
説明する。本発明における酸化チタン薄膜は例えば次の
ようにして得ることができる。まず、チタンを含むゾル
溶液、ゲル体及びゾルゲル混合体のいずれかを基板に塗
布して薄膜を形成する。これを密閉容器内で加熱処理す
ると同時に加圧処理し結晶化させることにより、結晶酸
化チタンへと変化する。この時、水分を含んだ薄膜は水
熱合成作用を受けることにより、焼結されたのと同じ状
態となり、基板上に酸化チタン薄膜が形成されることと
なる（請求項１）。この場合、加熱温度を60℃〜270℃
の範囲にすることが好ましい。（請求項６）。
【０００８】また、チタンを含むゾル溶液、ゲル体及び
ゾルゲル混合体のいずれかの中に結晶酸化チタンを含む
場合も塗布膜を密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧
処理することにより酸化チタン薄膜が形成できる。この
場合、存在する結晶酸化チタン粒子同士を結合する形で
結晶化されるため、結晶酸化チタンによる光触媒効果に
加えて光散乱が期待できる（請求項２）。さらに、結晶
型がアナターゼ型のものを使用すると光触媒活性が高い
酸化チタン薄膜が得られる（請求項３）。
ゾルゲル混合体のいずれかの中に結晶酸化チタンを含む
場合も塗布膜を密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧
処理することにより酸化チタン薄膜が形成できる。この
場合、存在する結晶酸化チタン粒子同士を結合する形で
結晶化されるため、結晶酸化チタンによる光触媒効果に
加えて光散乱が期待できる（請求項２）。さらに、結晶
型がアナターゼ型のものを使用すると光触媒活性が高い
酸化チタン薄膜が得られる（請求項３）。
【０００９】また、チタンを含むゾル溶液、ゲル体及び
ゾルゲル混合体のいずれかが少なくとも過酸化チタンを
含む場合、基板との密着性や光触媒活性が向上し、高活
性な酸化チタン薄膜が得られるので好ましい（請求項
４）。
ゾルゲル混合体のいずれかが少なくとも過酸化チタンを
含む場合、基板との密着性や光触媒活性が向上し、高活
性な酸化チタン薄膜が得られるので好ましい（請求項
４）。
【００１０】さらにチタンを含むゾル溶液、ゲル体及び
ゾルゲル混合体のいずれかの表面張力を下げるような界
面活性剤を加えることで基板に塗布する際の製膜性が向
上し、均一な酸化チタン薄膜が得られる（請求項５）。
この場合、界面活性剤の添加量は、塗布液全重量に対し
て０．０１〜４％程度が好ましい。
ゾルゲル混合体のいずれかの表面張力を下げるような界
面活性剤を加えることで基板に塗布する際の製膜性が向
上し、均一な酸化チタン薄膜が得られる（請求項５）。
この場合、界面活性剤の添加量は、塗布液全重量に対し
て０．０１〜４％程度が好ましい。
【００１１】また、基板上に塗布形成した塗布膜と溶媒
を密閉容器内に個別に配置し、密閉容器を加熱すること
により溶媒を蒸発させ、蒸発した溶媒ガスにより密閉容
器内を加圧することで、容器内全体を水熱合成反応が達
成される雰囲気とすることにより結晶性の高い酸化チタ
ン薄膜が得られる（請求項７）。この場合、溶媒として
水を用いることができる。
を密閉容器内に個別に配置し、密閉容器を加熱すること
により溶媒を蒸発させ、蒸発した溶媒ガスにより密閉容
器内を加圧することで、容器内全体を水熱合成反応が達
成される雰囲気とすることにより結晶性の高い酸化チタ
ン薄膜が得られる（請求項７）。この場合、溶媒として
水を用いることができる。
【００１２】また、基板上に塗布形成した塗布膜を配置
した密閉容器に水蒸気を導入することで密閉容器内を加
圧し、水蒸気により容器内全体を水熱合成反応が達成さ
れる雰囲気とすることにより良好な酸化チタン薄膜が得
られる（請求項８）。
した密閉容器に水蒸気を導入することで密閉容器内を加
圧し、水蒸気により容器内全体を水熱合成反応が達成さ
れる雰囲気とすることにより良好な酸化チタン薄膜が得
られる（請求項８）。
【００１３】また、基板材料としてＩＴＯやFTO(ＳｎＯ
2：Ｆ)などの導電性層を設けたものを適用することによ
り、本発明における酸化チタン半導体電極を得ることが
できる（請求項９）。
2：Ｆ)などの導電性層を設けたものを適用することによ
り、本発明における酸化チタン半導体電極を得ることが
できる（請求項９）。
【００１４】また、本発明における酸化チタン半導体電
極を構成要素に持つ色素増感太陽電池素子が得られる方
法を以下に説明する（請求項１０）。
極を構成要素に持つ色素増感太陽電池素子が得られる方
法を以下に説明する（請求項１０）。
【００１５】まず、本発明における光電変換素子の構成
を図１に基づいて以下に説明する。本発明にかかる色素
増感太陽電池は、酸化物半導体電極１０と、この酸化物
半導体電極１０と対向する対電極２０と電解質３０とか
ら構成される。酸化物半導体電極１０は、ガラス、プラ
スチック等の基板１およびＩＴＯ，ＳｎＯ2：Ｆ膜等か
らなる透明導電膜２であり、その基板上に酸化チタン膜
３を形成し、酸化チタン半導体上に増感色素４が保持さ
れている。電解質３０は、例えばヨウ素およびテトラプ
ロピルアンモニウムイオダイドのエチレングリコール溶
液とすることができ、この溶液は、ヨウ素(Ｉ-／Ｉ3-)
イオンカップルを含んでいる。対電極２０は、ガラス、
プラスチック等の基板１およびＩＴＯ，ＳｎＯ2：Ｆ膜
等からなる透明導電膜２であり、抵抗を低下させるため
に白金５を蒸着したもの等が使用される。
を図１に基づいて以下に説明する。本発明にかかる色素
増感太陽電池は、酸化物半導体電極１０と、この酸化物
半導体電極１０と対向する対電極２０と電解質３０とか
ら構成される。酸化物半導体電極１０は、ガラス、プラ
スチック等の基板１およびＩＴＯ，ＳｎＯ2：Ｆ膜等か
らなる透明導電膜２であり、その基板上に酸化チタン膜
３を形成し、酸化チタン半導体上に増感色素４が保持さ
れている。電解質３０は、例えばヨウ素およびテトラプ
ロピルアンモニウムイオダイドのエチレングリコール溶
液とすることができ、この溶液は、ヨウ素(Ｉ-／Ｉ3-)
イオンカップルを含んでいる。対電極２０は、ガラス、
プラスチック等の基板１およびＩＴＯ，ＳｎＯ2：Ｆ膜
等からなる透明導電膜２であり、抵抗を低下させるため
に白金５を蒸着したもの等が使用される。
【００１６】次に、上記光電変換素子の製造方法の一例
を説明する。まず、透明導電膜を２枚用意する。基板は
ガラスに限らず、プラスチックフィルムなども適用でき
る。また、透明導電膜としては上記の基板上にＩＴＯや
ＳｎＯ2：Ｆ等の層を設けたものが適用できる。透明導
電膜のシート抵抗として５０Ω／□以下、好ましくは１
０Ω／□以下とするのが望ましい。
を説明する。まず、透明導電膜を２枚用意する。基板は
ガラスに限らず、プラスチックフィルムなども適用でき
る。また、透明導電膜としては上記の基板上にＩＴＯや
ＳｎＯ2：Ｆ等の層を設けたものが適用できる。透明導
電膜のシート抵抗として５０Ω／□以下、好ましくは１
０Ω／□以下とするのが望ましい。
【００１７】これらの内の一方には前述のチタンを含む
ゾル溶液、ゲル体及びゾルゲル混合体のいずれかを基板
に塗布して密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理
し結晶化させることにより、酸化チタン薄膜３を形成す
る。
ゾル溶液、ゲル体及びゾルゲル混合体のいずれかを基板
に塗布して密閉容器内で加熱処理すると同時に加圧処理
し結晶化させることにより、酸化チタン薄膜３を形成す
る。
【００１８】例えばチタンを含むゾル溶液を過酸化チタ
ンとした場合、該ゾル液は、四塩化チタンや硫酸チタン
水溶液にアンモニア水や水酸化ナトリウムのようなアル
カリを加えてさらに過酸化水素水と反応させることで得
られる。また、有機チタンを使用する場合には、例え
ば、チタンテトライソプロポキシドと過酸化水素水とを
反応させることにより得られる。
ンとした場合、該ゾル液は、四塩化チタンや硫酸チタン
水溶液にアンモニア水や水酸化ナトリウムのようなアル
カリを加えてさらに過酸化水素水と反応させることで得
られる。また、有機チタンを使用する場合には、例え
ば、チタンテトライソプロポキシドと過酸化水素水とを
反応させることにより得られる。
【００１９】ゾル液中に結晶酸化チタンを含む場合に
は、結晶酸化チタンの粒径としては１〜８０ｎｍが好ま
しく、特に１０〜３０ｎｍが好ましい。また、結晶型は
アナターゼ型が光触媒活性の点から好ましい。
は、結晶酸化チタンの粒径としては１〜８０ｎｍが好ま
しく、特に１０〜３０ｎｍが好ましい。また、結晶型は
アナターゼ型が光触媒活性の点から好ましい。
【００２０】ゾル液中に基板に対する成膜性を向上させ
るために界面活性剤を加えることができる。界面活性剤
は、ゾル状塗布の表面張力を下げるものであればよく、
例えば、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非
イオン性界面活性剤が挙げられる。また、ポリエチレン
グリコール等を添加して塗布液の粘性を上げて塗布性を
向上したり、製膜後の多孔質化を調整することもでき
る。
るために界面活性剤を加えることができる。界面活性剤
は、ゾル状塗布の表面張力を下げるものであればよく、
例えば、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非
イオン性界面活性剤が挙げられる。また、ポリエチレン
グリコール等を添加して塗布液の粘性を上げて塗布性を
向上したり、製膜後の多孔質化を調整することもでき
る。
【００２１】上記のゾル液を基板に塗布するためには、
例えばディッピング、スプレー塗布等の公知の方法が利
用できる。
例えばディッピング、スプレー塗布等の公知の方法が利
用できる。
【００２２】過酸化チタンを結晶酸化チタンに変化させ
るための加熱加圧密閉容器としては、オートクレーブな
どの耐圧容器を使用することができる。
るための加熱加圧密閉容器としては、オートクレーブな
どの耐圧容器を使用することができる。
【００２３】酸化チタン薄膜が得られたら、次に増感色
素４、例えばルテニウム錯体を吸着させる。酸化チタン
薄膜に色素を吸着させるには酸化チタン半導体電極を、
無水エタノールにルテニウム錯体を溶かした溶液に浸漬
すれば良い。ルテニウム錯体としては、 [RuL2(NCS)2,
L=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]などが色素として
好ましい。
素４、例えばルテニウム錯体を吸着させる。酸化チタン
薄膜に色素を吸着させるには酸化チタン半導体電極を、
無水エタノールにルテニウム錯体を溶かした溶液に浸漬
すれば良い。ルテニウム錯体としては、 [RuL2(NCS)2,
L=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]などが色素として
好ましい。
【００２４】前記のもう一方のＳｎＯ2：Ｆ膜上にはス
パッタリング法、蒸着法等により例えばＰｔ膜５を形成
する。その膜厚は１〜５０ｎｍ程度が好ましい。
パッタリング法、蒸着法等により例えばＰｔ膜５を形成
する。その膜厚は１〜５０ｎｍ程度が好ましい。
【００２５】上記のように形成された一対の基板をスペ
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばヨウ素イオンカ
ップルを含む電解質３０を注入し、シール剤で封止す
る。
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばヨウ素イオンカ
ップルを含む電解質３０を注入し、シール剤で封止す
る。
【００２６】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定され
るものではない。
るが、本発明の実施の形態はこれらの実施例に限定され
るものではない。
【００２７】［実施例１］（酸化チタン半導体電極の作
製）チタンゾル溶液として、アモルファス型過酸化チタ
ンゾルを以下の方法により製造する。チタンテトライソ
プロポキシド２gと過酸化水素１０cc(３５．５%)を混合
し、加水分解反応を行い、その後、さらに過酸化水素７
５cc(３５．５%)を添加し、約5時間反応させる。この時
の温度は、2℃前後とする。この後、水酸化アンモニウ
ム水溶液でｐＨ２．２に調節し濃縮後、チタンゾル溶液
を得た。このゾル溶液に界面活性剤であるトリトン(ア
ルドリッチ製)を０．５ｖｏｌ％加えたものを塗布ゾル
溶液とした。この塗布液をシート抵抗が１０Ω／□のＩ
ＴＯ膜ガラス膜にブレード塗布し密閉容器内で２時間１
３０℃で加熱処理すると同時に加圧処理酸化チタン半導
体電極を得た。
製）チタンゾル溶液として、アモルファス型過酸化チタ
ンゾルを以下の方法により製造する。チタンテトライソ
プロポキシド２gと過酸化水素１０cc(３５．５%)を混合
し、加水分解反応を行い、その後、さらに過酸化水素７
５cc(３５．５%)を添加し、約5時間反応させる。この時
の温度は、2℃前後とする。この後、水酸化アンモニウ
ム水溶液でｐＨ２．２に調節し濃縮後、チタンゾル溶液
を得た。このゾル溶液に界面活性剤であるトリトン(ア
ルドリッチ製)を０．５ｖｏｌ％加えたものを塗布ゾル
溶液とした。この塗布液をシート抵抗が１０Ω／□のＩ
ＴＯ膜ガラス膜にブレード塗布し密閉容器内で２時間１
３０℃で加熱処理すると同時に加圧処理酸化チタン半導
体電極を得た。
【００２８】［実施例２］（色素増感太陽電池素子の作
製）実施例１の酸化チタン半導体電極を[RuL2(NCS)2, L
=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]で表されるルテニウ
ム錯体のエタノール溶液中に２４時間浸漬し、ＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。また、シート
抵抗が１０Ω／□のＩＴＯ膜ガラス基板上にスパッタに
よりＰｔ膜を堆積した。これらの両基板をスペーサーを
介して重ね合わせ、電解質溶液を注入した後、接着剤で
シールした。完成した色素増感型太陽電池にキセノンラ
ンプを照射して起電力を測定したところ1cm2あたりの短
絡電流は、３０μA、開放電圧は、４５０mVであった。
製）実施例１の酸化チタン半導体電極を[RuL2(NCS)2, L
=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]で表されるルテニウ
ム錯体のエタノール溶液中に２４時間浸漬し、ＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。また、シート
抵抗が１０Ω／□のＩＴＯ膜ガラス基板上にスパッタに
よりＰｔ膜を堆積した。これらの両基板をスペーサーを
介して重ね合わせ、電解質溶液を注入した後、接着剤で
シールした。完成した色素増感型太陽電池にキセノンラ
ンプを照射して起電力を測定したところ1cm2あたりの短
絡電流は、３０μA、開放電圧は、４５０mVであった。
【００２９】［実施例３］（酸化チタン半導体電極の作
製）チタンゾルゲル混合体として、過酸化チタンゾルゲ
ル混合体を以下の方法により製造する。四塩化チタンを
４００ccの蒸留水に添加し、さらに蒸留水を加えて５０
０ccとする。この溶液に過酸化水素２０cc(３０．０%)
を加え、水酸化アンモニウム水溶液でｐＨ６．５に調節
する。２４時間後に生成した沈殿物をろ過、水洗し、過
酸化水素５cc(３０．０%)を加えてチタンゾルゲル混合
体を作成した。この混合体に結晶酸化チタンの結晶型が
アナターゼ型であるST-01(石原産業製)を0.1g添加し、
さらに界面活性剤であるトリトン(アルドリッチ製)を
０．５ｖｏｌ％加えたものを塗布用チタンゾルゲル混合
体とした。この混合体をシート抵抗が１０Ω／□のＩＴ
Ｏプラスチック膜にブレード塗布した。その後、蒸留水
を容器下部に２cc添加した密閉容器(容量５０cc)の中央
付近に塗布膜を固定し、２時間１５０℃で加熱処理する
と同時に加圧処理することにより、容器下部の蒸留水を
ガス化させることにより、チタンゾルゲル混合体を酸化
チタンに結晶化させて半導体電極を得た。
製）チタンゾルゲル混合体として、過酸化チタンゾルゲ
ル混合体を以下の方法により製造する。四塩化チタンを
４００ccの蒸留水に添加し、さらに蒸留水を加えて５０
０ccとする。この溶液に過酸化水素２０cc(３０．０%)
を加え、水酸化アンモニウム水溶液でｐＨ６．５に調節
する。２４時間後に生成した沈殿物をろ過、水洗し、過
酸化水素５cc(３０．０%)を加えてチタンゾルゲル混合
体を作成した。この混合体に結晶酸化チタンの結晶型が
アナターゼ型であるST-01(石原産業製)を0.1g添加し、
さらに界面活性剤であるトリトン(アルドリッチ製)を
０．５ｖｏｌ％加えたものを塗布用チタンゾルゲル混合
体とした。この混合体をシート抵抗が１０Ω／□のＩＴ
Ｏプラスチック膜にブレード塗布した。その後、蒸留水
を容器下部に２cc添加した密閉容器(容量５０cc)の中央
付近に塗布膜を固定し、２時間１５０℃で加熱処理する
と同時に加圧処理することにより、容器下部の蒸留水を
ガス化させることにより、チタンゾルゲル混合体を酸化
チタンに結晶化させて半導体電極を得た。
【００３０】［実施例４］（色素増感太陽電池素子の作
製）実施例３の酸化チタン半導体電極を[RuL2(NCS)2, L
=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]で表されるルテニウ
ム錯体のエタノール溶液中に２４時間浸漬し、ＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。また、シート
抵抗が１０Ω／□のＩＴＯ膜ガラス基板上にスパッタに
よりＰｔ膜を堆積した。これらの両基板をスペーサーを
介して重ね合わせ、電解質溶液を注入した後、接着剤で
シールした。完成した色素増感型太陽電池にキセノンラ
ンプを照射して起電力を測定したところ1cm2あたりの短
絡電流は、８０μA、開放電圧は、５００mVであった。
製）実施例３の酸化チタン半導体電極を[RuL2(NCS)2, L
=4.4'-dicarboxy-2,2' bipyridine]で表されるルテニウ
ム錯体のエタノール溶液中に２４時間浸漬し、ＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。また、シート
抵抗が１０Ω／□のＩＴＯ膜ガラス基板上にスパッタに
よりＰｔ膜を堆積した。これらの両基板をスペーサーを
介して重ね合わせ、電解質溶液を注入した後、接着剤で
シールした。完成した色素増感型太陽電池にキセノンラ
ンプを照射して起電力を測定したところ1cm2あたりの短
絡電流は、８０μA、開放電圧は、５００mVであった。
【００３１】
【発明の効果】チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して
塗布膜を形成し、該塗布膜を密閉容器内で加熱処理する
と同時に加圧処理し結晶化させることにより、水熱合成
反応が塗布膜に対し進行することで、プラスチックフィ
ルムなどの耐熱性のない基板上にも成膜が可能な酸化チ
タン薄膜を得ることができる。また、色素増感太陽電池
において、上記方法で形成した酸化チタン半導体電極を
構成要素に持つことを特徴とする色素増感太陽電池素子
は、作製温度が低くできるので、耐熱性のない基板に対
しても製作することができる。
チタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して
塗布膜を形成し、該塗布膜を密閉容器内で加熱処理する
と同時に加圧処理し結晶化させることにより、水熱合成
反応が塗布膜に対し進行することで、プラスチックフィ
ルムなどの耐熱性のない基板上にも成膜が可能な酸化チ
タン薄膜を得ることができる。また、色素増感太陽電池
において、上記方法で形成した酸化チタン半導体電極を
構成要素に持つことを特徴とする色素増感太陽電池素子
は、作製温度が低くできるので、耐熱性のない基板に対
しても製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による色素増感型太陽電池素子の一例を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
１０ 酸化物半導体電極
２０ 対電極
３０ 電解液
１ 基板
２ 透明導電膜
３ 酸化チタン膜
４ 増感色素
５ 白金
Claims (10)
- 【請求項１】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して
塗布膜を形成し、該塗布膜を密閉容器内で加熱処理する
と同時に加圧処理し結晶化させることにより、酸化チタ
ン薄膜を得ることを特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項２】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかにさらに結晶酸化チ
タンを加えたものを基板上に塗布して、前記塗布膜を形
成したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成方
法。 - 【請求項３】 前記結晶酸化チタンの結晶型がアナター
ゼ型であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜形成
方法。 - 【請求項４】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかに過酸化チタンが含
まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一
項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項５】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかがさらに界面活性剤
を含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記
載の薄膜形成方法。 - 【請求項６】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して
形成した塗布膜を密閉容器内にて60℃〜270℃の範囲の
温度で加熱処理する請求項１〜５のいずれか一項に記載
の薄膜形成方法。 - 【請求項７】 チタニアゾル溶液、チタニアゲル体及び
チタニアゾルゲル混合体のいずれかを基板上に塗布して
形成した塗布膜と溶媒を密閉容器内に個別に配置し、密
閉容器を加熱することにより溶媒を蒸発させ、蒸発した
溶媒ガスにより密閉容器内を加圧する請求項１〜５のい
ずれか一項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項８】 前記加圧処理が密閉容器内に水蒸気を導
入することにより、おこなわれることを特長とする請求
項１〜５のいずれか一項に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方
法により形成された酸化チタン薄膜が導電性基板上に設
けられていることを特徴とする酸化チタン半導体電極。 - 【請求項１０】 色素増感太陽電池素子において、金属
酸化物半導体電極として、請求項９に記載の酸化チタン
半導体電極を構成要素に持つことを特徴とする光電変換
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002079178A JP2003282160A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 酸化チタン製膜方法及び色素増感太陽電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002079178A JP2003282160A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 酸化チタン製膜方法及び色素増感太陽電池素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282160A true JP2003282160A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29228751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002079178A Pending JP2003282160A (ja) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | 酸化チタン製膜方法及び色素増感太陽電池素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282160A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093105A (ja) * | 2004-09-23 | 2006-04-06 | Korea Electronics Telecommun | 無バインダー及び高粘度ナノ粒子酸化物ペーストを利用した染料感応太陽電池のナノ粒子酸化物電極の形成方法 |
| 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 |
| 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 |
| JP2011136297A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 可視光応答型酸化チタン系微粒子分散液およびその製造方法 |
| CN102509621A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-06-20 | 中国矿业大学 | 一种柔性基底太阳能电池光电极的低温制备方法 |
| 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 |
-
2002
- 2002-03-20 JP JP2002079178A patent/JP2003282160A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006093105A (ja) * | 2004-09-23 | 2006-04-06 | Korea Electronics Telecommun | 無バインダー及び高粘度ナノ粒子酸化物ペーストを利用した染料感応太陽電池のナノ粒子酸化物電極の形成方法 |
| 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 |
| EP2845882A2 (en) | 2008-10-29 | 2015-03-11 | Fujifilm Corporation | Dye, Photoelectric Conversion Element and Photoelectrochemical Cell |
| 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 |
| JP2011136297A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 可視光応答型酸化チタン系微粒子分散液およびその製造方法 |
| CN102509621A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-06-20 | 中国矿业大学 | 一种柔性基底太阳能电池光电极的低温制备方法 |
| 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 |
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