JP2005135902A - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の色素増感型太陽電池201は、透光性基板1(ガラス基板等)、透光性基板1の表面に設けられた透光性導電層21(フッ素ドープ酸化スズ等からなる。)及び透光性導電層21の表面に設けられた増感色素(金属錯体色素等)を有する半導体電極3(チタニア等からなる多孔質体)を備える第1基体101と、セラミック基板4(アルミナ基板等)及びセラミック基板4の表面に設けられた触媒層52(白金等からなる。)を備える第2基体102と、半導体電極3と触媒層52との間に形成された電解質層6(I2と、LiI等とを組み合わせた電解質などを含有する。)と、を有する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、実用的に十分な発電効率を有し、強度が大きく、耐久性に優れ、大幅なコストダウンも可能な色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
1.透光性基板1、該透光性基板1の表面に設けられた透光性導電層21及び該透光性導電層21の表面に設けられた増感色素31を有する半導体電極3を備える第1基体101と、セラミック基板4及び該セラミック基板4の表面に設けられた触媒層52を備え、且つ該触媒層52が該半導体電極3に対向するように配置された第2基体102と、該半導体電極3と該触媒層52との間に形成された電解質層6と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
2.上記触媒層52は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも1種からなる上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
3.上記透光性導電層21と、上記セラミック基板4又は上記触媒層52との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている上記1.又は2.に記載の色素増感型太陽電池。
4.上記セラミック基板4と上記触媒層52との間に集電電極82が設けられている上記1.乃至3.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
5.上記集電電極82がタングステンを含有する上記4.に記載の色素増感型太陽電池。
6.透光性基板1及び該透光性基板1の表面に設けられた透光性触媒層51を備える第3基体103と、セラミック基板4、該セラミック基板4の表面に設けられた導電層22及び該導電層22の表面に設けられた増感色素31を有する半導体電極3を備え、且つ該半導体電極3が該透光性触媒層51に対向するように配置された第4基体104と、該透光性触媒層51と該半導体電極3との間に形成された電解質層6と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
7.上記透光性基板1と上記透光性触媒層51との間に更に透光性導電層21を備える上記6.に記載の色素増感型太陽電池。
8.上記透光性触媒層51は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも1種からなる上記6.又は7.に記載の色素増感型太陽電池。
9.上記透光性触媒層51と、上記セラミック基板4又は上記導電層22との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている上記6.乃至8.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
10.上記透光性導電層21と、上記セラミック基板4又は上記導電層22との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている上記7.又は8.に記載の色素増感型太陽電池。
11.上記透光性基板1と上記透光性触媒層51との間に集電電極81が設けられている上記6.乃至10.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
12.上記透光性触媒層51と上記透光性導電層21との間に集電電極81が設けられている上記7.乃至10.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
13.上記集電電極81がタングステンを含有する上記11.又は12.に記載の色素増感型太陽電池。
14.上記セラミック基板4はアルミナを含有する上記1.乃至13.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
また、触媒層及び透光性触媒層が、触媒物質からなる、又は触媒物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも1種からなる場合は、これらが半導体電極の対極となり、十分な発電効率を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、透光性導電層と、セラミック基板又は触媒層、及び透光性触媒層又は透光性導電層と、セラミック基板又は導電層との間が、半導体電極の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている場合は、太陽電池の使用環境及び太陽電池を組み込む製品の種類等によって材料を選定することで、半導体電極及び電解質層等を十分に保護することができ、耐久性の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
また、セラミック基板と触媒層との間、及び透光性基板と透光性触媒層との間、又は透光性触媒層と透光性導電層との間に集電電極が設けられている場合は、特に、触媒層等の抵抗が高いときでも、十分な発電効率を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、集電電極がタングステンを含有する場合は、この集電電極の耐食性が高く、耐久性に優れた色素増感型太陽電池とすることができる。
また、セラミック基板がアルミナを含有する場合は、アルミナの強度が大きく、耐食性等にも優れるため、より高い耐久性等を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
透光性基板1の側に半導体電極3が設けられた本発明の色素増感型太陽電池201は、例えば、図1乃至3のように、第1基体101と、第2基体102と、電解質層6とを有する。上記「第1基体101」は、透光性基板1、この透光性基板1の表面に設けられた透光性導電層21、及びこの透光性導電層21の表面に設けられた増感色素31を有する半導体電極3(図4参照)を備える。また、上記「第2基体102」は、セラミック基板4と、このセラミック基板4の表面に設けられた触媒層52とを備える。
尚、この透光性とは、波長400〜900nmの可視光の透過率が10%以上であることを意味する。この可視光透過率は60%以上、特に85%以上であることが好ましい。
透光性(%)=(透光性基板を透過した光量/透光性基板に入射した光量)×100
この透光性導電層の透光性の意味及び好ましい可視光透過率は、透光性基板の場合と同じである。
実施例1
(1)第1基体の作製
縦100mm、横100mm、厚さが1mmのガラス基板1の表面に形成された厚さ300nmのフッ素ドープ酸化スズからなる透光性導電層21の表面に、粒径が10〜20μmのチタニア粒子を含有するペースト(Solaronix社製、商品名「Ti−Nonoxide D/SP」)をスクリーン印刷法により塗布し、120℃で1時間乾燥し、その後、480℃で30分焼成して、半導体電極3を形成するための電極基体を3個作製した。次いで、この積層体を、ルテニウム錯体(Solaronix社製、商品名「535bis−TBA」)のエタノール溶液に10時間浸漬して、図4に一部を拡大して示すように、電極基体に増感色素31であるルテニウム錯体を含侵させて、図1及び図3のように、縦80mm、横27mm、厚さ20μmの半導体電極3を3個形成し、第1基体101を作製した。尚、透光性導電層21の一端部に白金からなる取り出し電極91を付設した。
90.5質量%のアルミナ粉末と、1質量%のマグネシア粉末及び4質量%のシリカ粉末とを混合し、ボールミルにより12時間湿式粉砕し、その後、脱水し、乾燥した。次いで、この混合粉末と、3質量%のメタクリル酸イソブチルエステル、1質量%のニトロセルロース、及び0.5質量%のジオクチルフタレート、更には溶剤であるトリクロールエチレンとn−ブタノールとを配合し、ボールミルにより混合してアルミナ粉末を含有するスラリーを調製した。このアルミナ粉末を含有するスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、徐冷して溶剤を揮発させ、厚さ1.2mmのアルミナグリーンシートを形成した。また、同様にしてタングステン粉末を含有するメタライズインクを調製し、このメタライズインクを用いてアルミナグリーンシートの表面にスクリーン印刷法により厚さ6μmの集電電極82となる導電塗膜を形成した。その後、100℃で30分乾燥し、導電塗膜の表面を0.2MPaの圧力でプレスし、平滑性を向上させた。次いで、白金粉末を含有するメタライズインクを調製し、このメタライズインクを用いてアルミナグリーンシート及び集電電極82となる導電塗膜の表面にスクリーン印刷法により厚さ1.2μmの触媒層52となる導電塗膜を形成した。その後、還元雰囲気にて1500℃で一体焼成し、図2及び図3のように、厚さ1.0mmのアルミナ基板4の表面に厚さ5μmの集電電極82及び縦80mm、横27mm、厚さ1μmの3個の触媒層52が形成された第2基体102を作製した。尚、アルミナ基板4と各々の触媒層52との間に設けられた集電電極82を、それぞれアルミナ基板4の一端部に付設された白金からなる取り出し電極92に接続した。
第2基体102のアルミナ基板4の触媒層52が形成されていない部分に、熱可塑性樹脂からなる厚さ60μmの接着剤シート(Solaronix社製、商品名「SX1170−6」)を配設し、その後、第1基体101を、その半導体電極3が第2基体102の触媒層52と対向するように配置し、次いで、アルミナ基板4の側を下にして100℃に調温されたホットプレートに載せ、5分加熱して第1基体101の透光性導電層21と第2基体102のアルミナ基板4とを接合し、接合部7を形成した。その後、第2基体102の所定の位置に設けられた電解質溶液の注入口からヨウ素電解液(Solaronix社製、商品名「PN−50」)を注入し、半導体電極3と触媒層52との間に電解質層6を形成し、色素増感型太陽電池201を作製した。ヨウ素電解液を注入後、注入口は上記の接着剤を用いて封止した。
上記(1)〜(3)により作製した色素増感型太陽電池に、AM1.5にスペクトル調整したソーラーシミュレータによって、照射強度100mW/1cm2の擬似太陽光を照射したところ、開放電圧0.70Vの特性を有していた。
図5及び6のように、第1基体101の透光性基板1と透光性導電層21との間に、実施例1の集電電極82の場合と同様にして、3個の半導体電極3の各々の周囲を囲むように幅500μm、厚さ5μmのニッケルからなる集電電極81を設けたこと以外は実施例1と同様にして色素増感型太陽電池202を作製した。
この色素増感型太陽電池の性能を実施例1の場合と同様にして評価したところ、開放電圧0.73Vの特性を有しており、陽極側のみでなく陰極側にも集電電極を設けることで性能が向上していることが分かる。
Claims (14)
- 透光性基板1、該透光性基板1の表面に設けられた透光性導電層21及び該透光性導電層21の表面に設けられた増感色素31を有する半導体電極3を備える第1基体101と、
セラミック基板4及び該セラミック基板4の表面に設けられた触媒層52を備え、且つ該触媒層52が該半導体電極3に対向するように配置された第2基体102と、
該半導体電極3と該触媒層52との間に形成された電解質層6と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 上記触媒層52は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも1種からなる請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性導電層21と、上記セラミック基板4又は上記触媒層52との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記セラミック基板4と上記触媒層52との間に集電電極82が設けられている請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記集電電極82がタングステンを含有する請求項4に記載の色素増感型太陽電池。
- 透光性基板1及び該透光性基板1の表面に設けられた透光性触媒層51を備える第3基体103と、
セラミック基板4、該セラミック基板4の表面に設けられた導電層22及び該導電層22の表面に設けられた増感色素31を有する半導体電極3を備え、且つ該半導体電極3が該透光性触媒層51に対向するように配置された第4基体104と、
該透光性触媒層51と該半導体電極3との間に形成された電解質層6と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 上記透光性基板1と上記透光性触媒層51との間に更に透光性導電層21を備える請求項6に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性触媒層51は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも1種からなる請求項6又は7に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性触媒層51と、上記セラミック基板4又は上記導電層22との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項6乃至8のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性導電層21と、上記セラミック基板4又は上記導電層22との間が、上記半導体電極3の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項7又は8に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性基板1と上記透光性触媒層51との間に集電電極81が設けられている請求項6乃至10のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性触媒層51と上記透光性導電層21との間に集電電極81が設けられている請求項7乃至10のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記集電電極81がタングステンを含有する請求項11又は12に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記セラミック基板4はアルミナを含有する請求項1乃至13のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
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