JP2005317453A - Dye-sensitized solar cell and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池に関する。更に詳しくは、本発明は、透光性基板の側から入射した光を効率よく利用することができる色素増感型太陽電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell that directly converts light energy into electric energy. More specifically, the present invention relates to a dye-sensitized solar cell that can efficiently use light incident from the side of a translucent substrate and a method for manufacturing the same.
現在、太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたHIT(Heterojunction with Intrinsic Thin−layer)等を用いた太陽電池が実用化され、主力技術となっている。これらの太陽電池では光電変換の効率も20%に近く優れている。しかし、シリコン系太陽電池は素材製造にかかるエネルギーコストが高く、環境負荷などの面でも課題が多く、価格及び材料供給等における制限もある。一方、Gratzel等により提案された色素増感型太陽電池が安価な太陽電池として注目されている(例えば、非特許文献1及び特許文献1参照。)。この太陽電池は、増感色素を担持させたチタニア多孔質電極と対極との間に電解質を介在させた構造を有し、現行のシリコン系太陽電池に比べて光電変換効率は低いものの、材料、製法等の面で大幅なコストダウンが可能である。
At present, in solar power generation, solar cells using single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, and HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) combined with these have been put into practical use and have become the main technology. These solar cells have an excellent photoelectric conversion efficiency of nearly 20%. However, silicon-based solar cells are expensive in terms of energy production, have many problems in terms of environmental impact, and have limitations in price and material supply. On the other hand, a dye-sensitized solar cell proposed by Gratzel et al. Has attracted attention as an inexpensive solar cell (see, for example, Non-Patent
しかし、この色素増感型太陽電池では、チタニア多孔質電極に入射された光がこの電極を透過し、入射光が十分有効に利用されないという問題がある。そこで、チタニア多孔質電極において光を散乱させ、入射光の利用効率を向上させる方法が検討されている。この方法として、光散乱性の異なる複数の層から成り、光の入射側に光散乱性の最も低い層が配される半導体微粒子膜を有する光電変換素子が知られている(例えば、特許文献2参照。)。また、入射光を散乱させる棒状等の金属酸化物粒子を含む光散乱層を有する半導体電極を備える色素増感型太陽電池が知られている(例えば、特許文献3参照。)。更に、色素を担持した光吸収粒子からなる光吸収層を備え、この光吸収層に光散乱粒子を含有させた色素増感型太陽電池が知られている(例えば、特許文献4参照。)。 However, this dye-sensitized solar cell has a problem in that light incident on the titania porous electrode is transmitted through the electrode and the incident light is not used sufficiently effectively. In view of this, a method for scattering the light in the titania porous electrode and improving the utilization efficiency of the incident light has been studied. As this method, there is known a photoelectric conversion element having a semiconductor fine particle film which is composed of a plurality of layers having different light scattering properties and in which a layer having the lowest light scattering property is arranged on the light incident side (for example, Patent Document 2). reference.). In addition, a dye-sensitized solar cell including a semiconductor electrode having a light scattering layer containing metal oxide particles such as rods that scatter incident light is known (see, for example, Patent Document 3). Furthermore, there is known a dye-sensitized solar cell that includes a light-absorbing layer made of light-absorbing particles carrying a dye and contains light-scattering particles in the light-absorbing layer (see, for example, Patent Document 4).
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、半導体電極に配設された負極側集電電極に光散乱粒子を含有させて半導体電極を透過した光を散乱させ、この散乱光の一部を再び半導体電極に入射させ、光電変換させることで、透光性基板の側から入射した光を効率よく利用することができる色素増感型太陽電池及びこの色素増感型太陽電池を容易に製造することができる色素増感型太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation. Light scattering particles are contained in a negative electrode-side current collecting electrode disposed on a semiconductor electrode to scatter light transmitted through the semiconductor electrode. Dye-sensitized solar cell that can efficiently use light incident from the side of the light-transmitting substrate by making part of the light incident again on the semiconductor electrode and photoelectrically converting it, and this dye-sensitized solar cell are easy It aims at providing the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell which can be manufactured in the next.
本発明は以下のとおりである。
1.基板1と、該基板1に対向して配置された透光性基板2と、該基板1の一面側に配設された触媒電極3と、該透光性基板2の一面側に配設された増感色素を有する第1半導体電極41と、該第1半導体電極41の該触媒電極3に対向する側に該触媒電極3と離間して配設された第1負極側集電電極51と、該第1半導体電極41の少なくとも一部に含有され、且つ該第1半導体電極41と該触媒電極4との間に充填された電解質6とを備える色素増感型太陽電池において、該第1負極側集電電極51が光散乱粒子7を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
2.上記触媒電極3と上記第1負極側集電電極51との間に絶縁層8が介装されており、該絶縁層8に上記電解質6が含有されている上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
3.上記第1負極側集電電極51の上記触媒電極3に対向する側に、該第1負極側集電電極51より導電性が高い第2負極側集電電極52が配設されている上記1.又は2.に記載の色素増感型太陽電池。
4.上記第1負極側集電電極51の上記触媒電極3に対向する側に、増感色素を有する第2半導体電極42が配設されている上記1.又は2.に記載の色素増感型太陽電池。
5.上記光散乱粒子7の平均粒径が、上記第1半導体電極41の光吸収率が50%となる光波長の25〜75%の値である上記1.乃至4.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
6.上記第1半導体電極41及び上記光散乱粒子7の各々の少なくとも一部が同じ材質からなる上記1.乃至5.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
7.上記第1半導体電極41及び上記光散乱粒子7の各々がチタニアからなる、又はチタニアを含有する上記1.乃至6.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
8.上記基板1がセラミックからなる上記1.乃至7.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
9.上記1.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の製造方法であって、未焼成セラミック基板1’の一面側に未焼成触媒電極3’を形成し、その後、該未焼成触媒電極3’の一面側に未焼成絶縁層8’を形成し、次いで、該未焼成絶縁層8’の一面側に未焼成光散乱粒子7’を含有する未焼成第1負極側集電電極51’を形成し、その後、該未焼成触媒電極3’、該未焼成絶縁層8’及び該未焼成第1負極側集電電極51’を備える未焼成積層体を同時焼成し、次いで、該同時焼成により作製された第1負極側集電電極51の一面側に未焼成半導体電極基体sを形成し、その後、該未焼成半導体電極基体sを焼成して半導体電極基体を作製し、次いで、該半導体電極基体に増感色素を含浸させて第1半導体電極41を作製し、その後、該第1半導体電極41の一面側に透光性基板2を載置し、次いで、該同時焼成により作製されたセラミック基板1と該透光性基板2との間に、該同時焼成により作製された触媒電極3、該同時焼成により作製された絶縁層8、該第1負極側集電電極51及び該第1半導体電極41を取り囲む未硬化接合層9’を形成し、その後、該未硬化接合層9’を加熱して接合層9を作製し、次いで、該第1半導体電極41の少なくとも一部、該第1負極側集電電極51及び該絶縁層8に電解質6を含有させることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
The present invention is as follows.
1. A
2. An
3. On the side of the first negative electrode
4). The second semiconductor electrode 42 having a sensitizing dye is disposed on the side of the first negative electrode
5). The average particle diameter of the light scattering particles 7 is a value of 25 to 75% of a light wavelength at which the light absorption rate of the
6). At least a part of each of the
7). Each of the
8). 1. The
9. Above 1. To 8. A method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of
本発明の色素増感型太陽電池では、半導体電極を透過した光が負極側集電電極において散乱され、この散乱光の一部が半導体電極に再び入射され、光電変換がなされるため、光の利用効率を向上させることができる。
また、触媒電極3と第1負極側集電電極51との間に絶縁層8が介装されており、絶縁層8に電解質6が含有されている場合は、負極側と正極側とを確実に絶縁することができ、優れた変換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、第1負極側集電電極51の基板1に対向する側に、第1負極側集電電極51より導電性が高い第2負極側集電電極52が配設されている場合は、この第2負極側集電電極52により集電効率の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
また、第1負極側集電電極51の基板1に対向する側に、増感色素を有する第2半導体電極42が配設されている場合は、より光の利用効率が高い色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、光散乱粒子7の平均粒径が、第1半導体電極41の光吸収率が50%となる光波長の25〜75%の値である場合は、散乱光を更に効率よく利用することができ、入射光の利用効率が特に高い色素増感型太陽電池とすることができる。
また、第1半導体電極41及び光散乱粒子7の各々の少なくとも一部が同じ材質、例えば、チタニアからなる、又はチタニアを含有する場合は、第1半導体電極41と第1負極側集電電極51との密着性を向上させることができ、変換効率の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、基板1がセラミックからなる場合は、この色素増感型太陽電池をより容易に製造することができ、且つ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。
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法によれば、本発明の色素増感型太陽電池を簡易な工程で、容易に製造することができる。
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the light transmitted through the semiconductor electrode is scattered at the negative electrode side collector electrode, and a part of the scattered light is incident again on the semiconductor electrode to perform photoelectric conversion. Utilization efficiency can be improved.
Further, when the
Further, when the second negative electrode
In addition, when the second semiconductor electrode 42 having a sensitizing dye is disposed on the side of the first negative electrode
Furthermore, when the average particle diameter of the light scattering particles 7 is 25 to 75% of the light wavelength at which the light absorption rate of the
When at least a part of each of the
Furthermore, when the
According to the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the dye-sensitized solar cell of the present invention can be easily produced by a simple process.
以下、図1〜12を参照して本発明の色素増感型太陽電池及びその製造方法を詳細に説明する。
上記「基板1」は、透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。透光性を有していない基板1はセラミックにより形成することができる。セラミック基板は強度が大きく、この基板が支持基板となって優れた耐久性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。セラミック基板の形成に用いられるセラミックは特に限定されず、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック及び炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等が好ましく、アルミナが特に好ましい。
Hereinafter, with reference to FIGS. 1-12, the dye-sensitized solar cell of this invention and its manufacturing method are demonstrated in detail.
The “
基板1がセラミックからなる場合、その厚さは特に限定されないが、100μm〜5mmとすることができ、300μm〜4mm、特に500μm〜2mm、更に700μm〜1.5mmとすることができる。セラミック基板の厚さが100μm〜5mm、特に500μm以上であれば、この強度の大きい基板が支持基板となり、優れた耐久性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
When the board |
透光性を有する基板1は、ガラス及び樹脂シート等を用いて形成することができる。この基板1が樹脂シートからなるとき、この樹脂シートの形成に用いる樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチリデンノルボルネン等の各種の熱可塑性樹脂が挙げられる。基板1が透光性を有する基板である場合、その厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、透光性の指標である下記の透過率が60〜99%、特に85〜99%となる厚さであることが好ましい。
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。この透過率は60%以上、特に85%以上であることが好ましい。以下、透光性の意味及び好ましい透過率はすべて同様である。
透過率(%)=(透過した光量/入射した光量)×100
The light-transmitting
Translucency means that the transmittance of visible light having a wavelength of 400 to 900 nm is 10% or more. This transmittance is preferably 60% or more, particularly 85% or more. Hereinafter, the meaning of translucency and preferable transmittance are all the same.
Transmittance (%) = (transmitted light amount / incident light amount) × 100
基板1に対向して配置される上記「透光性基板2」としては、ガラス、樹脂シート等からなる基板が挙げられる。樹脂シートは特に限定されず、上記の各種の樹脂からなるシートが挙げられる。基板1は、ガラス、樹脂及びセラミック等により形成することができ、透光性基板2は、ガラス及び樹脂等により形成することができるが、基板1はセラミック基板であり、透光性基板2はガラス基板であることが好ましい。また、基板1はアルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等からなるセラミック基板であり、透光性基板2はガラス基板であることがより好ましく、基板1はアルミナ基板であり、透光性基板2はガラス基板であることが特に好ましい(図1及び図7〜11参照)。
透光性基板2の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、上記の透過率が60〜99%、特に85〜99%となる厚さであることが好ましい。
Examples of the “
The thickness of the
上記「触媒電極3」は、基板1の一面側に配設される(図1及び図7〜11参照)。この触媒電極3は、触媒活性を有する物質、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、後記の透光性導電層p等の形成に用いられる導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも1種により形成することができる。触媒活性を有する物質としては、白金、金、ロジウム等の貴金属(但し、銀は電解質等に対する耐腐食性が低いため好ましくない。以下、電解質等が接触し得る部分には同様に銀は好ましくない。)、カーボンブラック等が挙げられ、これらは併せて導電性を有する。触媒電極は、触媒活性を有し、且つ電気化学的に安定な貴金属により形成することが好ましく、触媒活性が高く、電解質に対する耐腐食性が高い白金を用いることが特に好ましい。
The “
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いる場合、触媒電極に混合されて用いられる金属としては、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、タングステン等が挙げられる。更に、触媒電極に混合されて用いられる導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。更に、この導電性高分子としては、導電性を有さない樹脂に各種の導電性物質を配合して調製したものが挙げられる。この導電性を有さない樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリオレフィン及びポリ塩化ビニル等が挙げられる。更に、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂及びフェノール樹脂等が挙げられる。また、導電性物質も特に限定されず、カーボンブラック、アルミニウム、ニッケル、クロム及びタングステン等の金属、ポリアニリン、ポリピロール及びポリアセチレン等の導電性ポリマーなどが挙げられる。導電性物質としては、導電性と触媒活性とを併せて有する貴金属及びカーボンブラックが特に好ましい。導電性物質は1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いる場合、上記の触媒活性を有する物質の含有量は、金属、導電性酸化物、導電性高分子等を100質量部(以下、「部」という。)とした場合に、1〜99部、特に50〜99部であることが好ましい。
In the case of using a metal, a conductive oxide, a conductive polymer, or the like that does not have catalytic activity, examples of the metal used by mixing with the catalyst electrode include aluminum, copper, chromium, nickel, tungsten, and the like. Furthermore, polyaniline, polypyrrole, polyacetylene, etc. are mentioned as a conductive polymer used by mixing with a catalyst electrode. Further, examples of the conductive polymer include those prepared by blending various conductive substances with a resin having no conductivity. The resin not having conductivity is not particularly limited, and may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Examples of the thermoplastic resin include thermoplastic polyester resin, polyamide, polyolefin, and polyvinyl chloride. Furthermore, examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a thermosetting polyester resin, and a phenol resin. Further, the conductive substance is not particularly limited, and examples thereof include metals such as carbon black, aluminum, nickel, chromium and tungsten, and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole and polyacetylene. As the conductive material, a noble metal and carbon black having both conductivity and catalytic activity are particularly preferable. Only one type of conductive material may be used, or two or more types may be used.
In the case of using a metal, conductive oxide, conductive polymer, or the like that does not have catalytic activity, the content of the substance having the catalytic activity is 100 masses of metal, conductive oxide, conductive polymer, etc. Parts (hereinafter referred to as “parts”), it is preferably 1 to 99 parts, particularly 50 to 99 parts.
このように、触媒電極3は、導電性及び触媒活性を有する物質により形成することができる。また、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種により形成することもできる。更に、触媒電極3は、1種の材料のみからなる層でもよく、2種以上の材料からなる混合層でもよい。また、触媒電極3は、単層でもよく、金属層、導電性酸化物層、導電性高分子層、並びに金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの2種以上からなる混合層のうちの2層以上からなる多層の触媒電極でもよい。この触媒電極の厚さは特に限定されないが、単層及び多層のいずれの場合も、3nm〜10μm、特に3nm〜2μmとすることができる。触媒電極の厚さが3nm〜10μmであれば、十分に抵抗の低い触媒電極とすることができる。
Thus, the
触媒活性を有する物質からなる触媒電極3は、触媒活性を有する物質の微粒子を含有するペーストを、基板1等の表面に塗布して形成することができる。また、触媒活性を有する物質を含有する金属、導電性酸化物からなる触媒電極3も、触媒活性を有する物質の場合と同様の方法により形成することができる。この塗布方法としては、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。更に、これらの触媒電極3は、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等により、基板1等の表面に金属等を堆積させて形成することもできる。
The
また、触媒活性を有する物質を含有する導電性高分子からなる触媒電極3は、導電性高分子と、粉末状又は繊維状等の触媒活性を有する物質とを、バンバリーミキサ、インターナルミキサー、オープンロール等の装置により混練して調製した樹脂組成物をフィルムに成形し、このフィルムを基板1等の表面に接合して形成することもできる。更に、樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散させて調製した溶液又は分散液を基板1等の表面に塗布し、乾燥して、溶媒を除去し、必要に応じて加熱して形成することもできる。尚、触媒電極3が混合層であるときは、含有される材料の種類に応じて、上記の各種の方法等のうちの適宜の方法により形成することができる。
Further, the
上記「第1半導体電極41」は、透光性基板2の一面側に配設される(図1及び図7〜11参照)。この第1半導体電極41の半導体電極基体は、金属酸化物、金属硫化物等により形成することができる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル及びジルコニア等が挙げられる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム及びチタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。更に、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛及び硫化ビスマス等が挙げられる。
The “
半導体電極基体の作製方法は特に限定されず、例えば、金属酸化物、金属硫化物等の微粒子を含有するペーストを、透光性基板2等の表面に塗布して未焼成半導体電極基体sを形成し、その後、焼成することにより作製することができる。ペーストの塗布方法も特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等が挙げられる。このようにして作製された半導体電極基体は微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
The method for producing the semiconductor electrode substrate is not particularly limited. For example, a paste containing fine particles such as metal oxide and metal sulfide is applied to the surface of the
半導体電極基体は、透光性基板2等の表面に、金属酸化物、金属硫化物等の微粒子及び少量の有機高分子等が分散されたコロイド溶液を塗布して未焼成半導体電極基体sを形成し、その後、乾燥し、次いで、加熱して有機高分子を分解させて除去する等の工程により作製することもできる。このコロイド溶液も、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法により塗布することができる。この方法により作製した半導体電極基体も微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
The semiconductor electrode substrate is formed by applying a colloidal solution in which fine particles such as metal oxide and metal sulfide and a small amount of organic polymer are dispersed on the surface of the
第1半導体電極41の厚さは特に限定されないが、0.1〜100μmとすることができ、1〜50μm、特に2〜40μm、更に5〜30μmとすることが好ましい。この第1半導体電極41の厚さが0.1〜100μmであれば、光電変換が十分になされ、発電効率が向上する。また、第1半導体電極41は、その強度並びに透光性基板2等との密着性を向上させるため熱処理することが好ましい。熱処理の温度及び時間は特に限定されないが、熱処理温度は40〜700℃、特に100〜500℃、熱処理時間は10分〜10時間、特に20分〜5時間とすることが好ましい。尚、透光性基板2として樹脂シートを用いるときは、樹脂が熱劣化しないように適温で熱処理することが好ましい。
The thickness of the
第1半導体電極41が有する上記「増感色素」としては、光電変換の作用を向上させる錯体色素及び有機色素を用いることができる。錯体色素としては金属錯体色素が挙げられ、有機色素としてはポリメチン色素、メロシアニン色素等が挙げられる。金属錯体色素としてはルテニウム錯体色素及びオスミウム錯体色素等が挙げられ、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。更に、光電変換がなされる波長域を拡大し、光電変換効率を向上させるため、増感作用が発現される波長域の異なる2種以上の増感色素を併用することもできる。この場合、照射される光の波長域と強度分布とによって併用する増感色素の種類及びそれらの量比を設定することが好ましい。また、増感色素は半導体電極に結合するための官能基を有することが好ましい。この官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、シアノ基等が挙げられる。
As the “sensitizing dye” of the
半導体電極基体に増感色素を付着させる方法は特に限定されず、例えば、増感色素を有機溶媒に溶解させた溶液に半導体電極基体を浸漬し、溶液を含侵させ、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることができる。また、この溶液を、半導体電極基体に塗布し、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることもできる。この塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更に、この溶液は、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の印刷法により塗布することもできる。 The method for attaching the sensitizing dye to the semiconductor electrode substrate is not particularly limited. For example, the semiconductor electrode substrate is immersed in a solution in which the sensitizing dye is dissolved in an organic solvent, the solution is impregnated, and then the organic solvent is removed. It can be made to adhere. Alternatively, this solution can be applied to a semiconductor electrode substrate and then adhered by removing the organic solvent. Examples of the coating method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain coating method, a spin coating method, and a spray coating method. Furthermore, this solution can also be applied by a printing method such as offset printing, gravure printing or screen printing.
増感色素の付着量は半導体電極1gに対して0.01〜1ミリモル、特に0.5〜1ミリモルであることが好ましい。付着量が0.01〜1ミリモルであれば、半導体電極における光電変換が効率よくなされる。また、半導体電極に付着しなかった増感色素が電極周辺に遊離していると、変換効率が低下することがある。そのため、増感色素を付着させる処理の後、半導体電極を洗浄して余剰の増感色素を除去することが好ましい。この除去は、洗浄槽を用いてアセトニトリル等の極性溶媒及びアルコール系溶媒などの有機溶媒で洗浄することにより行うことができる。また、電極基体に多くの増感色素を付着させるためには、半導体電極を加熱して、浸漬、塗布等の処理を行うことが好ましい。この場合、半導体電極の表面に水が吸着するのを避けるため、加熱後、常温に降温させることなく40〜80℃で速やかに処理することが好ましい。 The adhesion amount of the sensitizing dye is preferably 0.01 to 1 mmol, particularly 0.5 to 1 mmol with respect to 1 g of the semiconductor electrode. When the adhesion amount is 0.01 to 1 mmol, photoelectric conversion in the semiconductor electrode is efficiently performed. Moreover, if the sensitizing dye that has not adhered to the semiconductor electrode is liberated around the electrode, the conversion efficiency may be lowered. For this reason, it is preferable to remove the excess sensitizing dye by washing the semiconductor electrode after the treatment for attaching the sensitizing dye. This removal can be performed by washing with a polar solvent such as acetonitrile and an organic solvent such as an alcohol solvent using a washing tank. In order to attach a large amount of sensitizing dye to the electrode substrate, it is preferable to heat the semiconductor electrode and perform a treatment such as dipping or coating. In this case, in order to avoid water adsorbing on the surface of the semiconductor electrode, it is preferable to perform the treatment promptly at 40 to 80 ° C. without heating to room temperature after heating.
第1半導体電極41の触媒電極3に対向する側に触媒電極3とは離間して配設される上記「第1負極側集電電極51」は、第1半導体電極41等から集電する作用を有するとともに、後記の光散乱粒子により第1半導体電極41を透過し、第1負極側集電電極51に入射した光を散乱させる作用を併せて有する(図1及び図7〜11参照)。この散乱光の一部は再び第1半導体電極41に入射されて光電変換がなされる。このようにして、透光性基板2の側から入射した光をより効率よく利用することができる。この第1負極側集電電極51の材質は特に限定されず、タングステン、チタン及びモリブデン等の金属を用いることができる。
The “first negative electrode
この第1負極側集電電極51の平面形状は特に限定されず、平面状の電極及び線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている電極等とすることができる。この第1負極側集電電極51は透光性を有する必要はなく、また、より多くの透過光を散乱させて第1半導体電極41に再び入射させるという観点からも平面状であることが好ましい。第1負極側集電電極51が平面状である場合、抵抗の低い負極側集電電極とするためには、第1半導体電極41と類似の平面形状であり、且つ第1半導体電極41に対して50%以上、特に65%以上、更に80%以上(略同面積でもよい。)の面積の平面状の電極であることが好ましい。また、第1半導体電極41と相似形に配設されることがより好ましい。
The planar shape of the first negative electrode
第1負極側集電電極51が線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている場合、例えば、格子状、櫛歯状、放射状等の平面形状の電極とすることができる。この線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている第1負極側集電電極51の場合、線状の電極の幅及び厚さは特に限定されず、その電気抵抗及びコスト等を勘案し設定することが好ましい。第1負極側集電電極51の全面積は、第1半導体電極41の全面積に対して50%以上、特に80%以上、更に90%以上(100%でもよい。)であることが好ましい。第1負極側集電電極51の面積が第1半導体電極41の全面積に対して50%以上、特に100%であれば、第1半導体電極41を透過した光のうちのより多くを第1負極側集電電極51において散乱させることができる。その結果、より多くの光を第1半導体電極41に再び入射させることができ、光を効率よく利用することができるとともに集電効率を高めることができる。
When the 1st negative electrode side
第1負極側集電電極51を設ける方法は特に限定されないが、例えば、所定のパターンが形成されたマスクを用いて、マグネトロンスパッタ法及び電子ビ−ム蒸着法等の物理的蒸着法などによりチタン、モリブデン等の金属を堆積させ、その後、フォトリソグラフィー等によりパターニングする方法が挙げられる。また、各々の金属成分を含有するメタライズインクを用いてスクリーン印刷法等によりパターニングし、その後、焼成する方法などにより形成することもできる。
The method of providing the first negative electrode
尚、第1半導体電極41と触媒電極3との間には電解質6が充填され(図11参照)、含有されている。従って、第1負極側集電電極51が第1半導体電解質1等と同じ大きさの平面状であるときは、この第1負極側集電電極51は多孔質体である必要がある(図1及び図7〜11参照)。この多孔質体からなる第1負極側集電電極51の空孔率は特に限定されないが、2〜40%、特に10〜30%、更に15〜25%とすることができる。空孔率が10〜30%であれば、集電効率を低下させることなく、且つ電解質を容易に含有させることができる。尚、この第1負極側集電電極51が、前記の線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されているときは多孔質体である必要はない。
The electrolyte 6 is filled between the
第1負極側集電電極51は、触媒電極3とは離間して配設され、負極側と正極側とが電気的に絶縁されるが、この電気的な絶縁をより確実にするため、第1負極側集電電極51と触媒電極3との間に絶縁層8を介装させることができる(図1及び図7〜10参照)。この絶縁層8の材質は特に限定されず、セラミック、樹脂及びガラス等が挙げられ、セラミックが好ましい。セラミックとしては、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック及び炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素及びジルコニア等が好ましく、アルミナが特に好ましい。
The first negative electrode
絶縁層8の平面形状は、負極側と正極側とを電気的に絶縁することができる限り特に限定されず、例えば、平面状でもよく、格子状、櫛歯状、放射状等の特定の形状であってもよいが、第1半導体電極41等と同じ大きさの平面状である場合は多孔質体である必要がある。絶縁層8が多孔質体であるとき、その空孔率は特に限定されないが、2〜40%、特に10〜30%、更に15〜25%であることが好ましい。この空孔率が10〜30%であれば、電解質6が容易に含有され、色素増感型太陽電池としての作用が損なわれることがない。また、絶縁層8の厚さも特に限定されないが、0.5〜20μm、特に1〜10μm、更に2〜5μmとすることができる。この絶縁層8の厚さが0.5〜20μmであれば、負極側と正極側とを電気的に十分に絶縁することができる。
The planar shape of the insulating
絶縁層8は、各々のセラミック成分等を含有するペーストを用いて、スクリーン印刷法等により触媒電極3の表面に塗膜を形成し、その後、所定温度で焼成する等の方法により形成することができる。更に、マグネトロンスパッタ法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法などにより、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等のセラミックを触媒電極3の表面に堆積させて設けることもできる。
The insulating
上記「電解質6」は、第1半導体電極41の少なくとも一部に含有され、且つ半導体電極41と基板1との間に充填される。電解質6は、通常、第1半導体電極41の全体に含有され、また、第1半導体電極41と基板1との間の全体に充填される。
The “electrolyte 6” is contained in at least a part of the
電解質としては、(1)I2とヨウ化物、(2)Br2と臭化物、(3)フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、(4)ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、(5)ビオロゲン色素、(6)ヒドロキノン−キノン、などを含有する電解質が挙げられる。(1)におけるヨウ化物としては、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2等の金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などが挙げられる。また、(2)における臭化物としては、LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等の金属臭化物、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の4級アンモニウム化合物の臭素塩などが挙げられる。これらの電解質のうちでは、I2と、LiI及びピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の4級アンモニウム化合物のヨウ素塩とを組み合わせてなる電解質が特に好ましい。これらの電解質は1種のみを用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
Examples of the electrolyte include (1) I 2 and iodide, (2) Br 2 and bromide, (3) metal complexes such as ferrocyanate-ferricyanate and ferrocene-ferricinium ion, and (4) sodium polysulfide. And electrolytes containing sulfur compounds such as alkylthiol-alkyldisulfides, (5) viologen dyes, (6) hydroquinone-quinones, and the like. As iodide in (1) is, LiI, NaI, KI, CsI, metal iodide such as CaI 2, and tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide iodine salt of quaternary ammonium compounds such as id, etc. Is mentioned. As the bromide in (2), LiBr, NaBr, KBr, CsBr,
電解質6は、各種の添加剤等とともに溶媒に配合し、電解質溶液として用いることができる。この溶媒は、粘度が低く、イオン易動度が高く、十分なイオン伝導性を有するものであることが好ましい。このような溶媒としては、(1)エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、(2)3−メチル−2−オキサゾリジノン等の複素環化合物、(3)ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル類、(4)エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、(5)メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のモノアルコール類、(6)エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、(7)アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、(8)ジメチルスルフォキシド、スルフォラン等の非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの溶媒は1種のみを用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。 The electrolyte 6 can be blended in a solvent together with various additives and used as an electrolyte solution. This solvent preferably has a low viscosity, a high ion mobility, and sufficient ion conductivity. Examples of such solvents include (1) carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, (2) heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, (3) ethers such as dioxane and diethyl ether, (4 ) Chain ethers such as ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, (5) methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl Monoalcohols such as ether and polypropylene glycol monoalkyl ether, (6) ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene Polyhydric alcohols such as ethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, (7) nitriles such as acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, benzonitrile, (8) aprotic such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc. Examples include polar substances. These solvent may use only 1 type and may use 2 or more types.
電解質溶液を用いる場合、この溶液は、基板1と透光性基板2との間を、第1半導体電極41等の周囲において樹脂又はガラスにより封着し、形成される空間に電解質溶液を注入し、含有させ、充填させることができる。この空間への電解質溶液の注入は、基板1の側からでも、透光性基板2の側からでもよく、穿孔し易い側に注入口を設け、この注入口から注入することが好ましい。尚、注入口は1個でよいが、空気抜きのため更に他の孔を設けることもできる。このように空気抜きのための孔を設けることで、電解質溶液をより容易に注入することができる。
In the case of using an electrolyte solution, this solution is sealed between the
第1負極側集電電極51が触媒電極3と離間している距離、即ち、絶縁層8が介装されているとき、この絶縁層8の厚さは特に限定されないが、200μm以下、特に100μm以下、更に50μm以下(通常、1μm以上)とすることができる。この距離、又は絶縁層8の厚さが所定値以下であれば、変換効率を十分に高くすることができる。
When the first negative electrode
第1半導体電極41等の周囲の封着に用いられる樹脂としては、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、マレイン酸変性ポリエチレン等の変性ポリオレフィン樹脂及びエチレン−エチルアクリレート共重合樹脂等の接着性を有するポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。また、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂及び熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。更に、この封着はガラスにより行うこともでき、特に長期の耐久性を必要とする色素増感型太陽電池では、ガラスにより封着することが好ましい。
Examples of the resin used for sealing around the
上記「光散乱粒子7」としては、第1負極側集電電極51に含有させることができ、この第1負極側集電電極51に入射する光を散乱させることができる粒子を用いることができる(図2参照)。この粒子としては、金属酸化物及び金属硫化物等からなるものが挙げられる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル及びジルコニア等が挙げられる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム及びチタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。更に、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛及び硫化ビスマス等が挙げられる。
As the “light scattering particles 7”, particles that can be contained in the first negative electrode
第1負極側集電電極51に、上記の金属酸化物及び金属硫化物等からなる異質の粒子である光散乱粒子7が含有されることで、この光散乱粒子7の表面において光が散乱される。光散乱粒子7の粒径は特に限定されないが、その平均粒径は、第1半導体電極41の光吸収率が50%となる光波長(例えば、図3におけるA及びBの波長)の25〜75%の値であることが好ましい。光散乱粒子7の平均粒径は、第1半導体電極41の光吸収率が50%となる光波長の30〜70%、特に35〜65%、更に40〜60%の値であることがより好ましく、45〜55%、特に50%前後(例えば、48〜52%)であることが更に好ましい。第1半導体電極41の光吸収率が50%となる波長の光は透過光も多いが、この透過光の多くを散乱させて再び第1半導体電極41に入射させれば、この入射された光の50%程度が吸収され、全体としての光の利用効率を向上させることができる。
When the first negative electrode
更に、第1負極側集電電極51を構成する金属粒子の粒径は、0.1〜50μmとすることができ、0.5〜20μm、特に1〜10μmとすることが好ましい。一方、光散乱粒子7の粒径は、光吸収率50%となる光の波長をλ(nm)としたとき、λの25〜75%の粒径とすることができ、λの40〜60%、特に45〜55%、更に50%程度(48〜52%)とすることが好ましい。
Furthermore, the particle diameter of the metal particles constituting the first negative electrode
第1半導体電極41と光散乱粒子7とは、各々の少なくとも一部が同じ材質であることが好ましい。このように少なくとも一部が同じ材質であれば、第1半導体電極41と第1負極側集電電極51との密着性を高くすることができ、光電変換効率を向上させることもできる。また、半導体電極はチタニアからなることが多いが、第1半導体電極41をチタニアにより形成し、光散乱粒子7をチタニアにより形成することが好ましい。この場合、第1半導体電極41及び光散乱粒子7の各々が50質量%以上、特に80質量%以上のチタニアを含有しておればよいが、第1半導体電極41及び光散乱粒子7の各々の全体がチタニアからなることがより好ましい。このようにすれば、第1半導体電極41と第1負極側集電電極51との密着性を十分に高くすることができ、光電変換効率をより向上させることができる。
It is preferable that at least a part of each of the
この色素増感型太陽電池では、第1負極側集電電極51の触媒電極3に対向する側に、第1負極側集電電極51より導電性が高い第2負極側集電電極52を設けることもできる(図7参照)。この第1負極側集電電極51より導電性が高いとは、光散乱粒子7を含有することで導電性が低下している第1負極側集電電極51に比べて、光散乱粒子7が含有されていないか、含有されている場合は光散乱粒子7の含有量が第1負極側と51に比べて少ないという意味である。第2負極側集電電極52には光散乱粒子7が含有されていないか、含有されている場合は含有量が第1負極側集電電極51の50%以下、特に20%以下であることが好ましい。これにより、第1負極側集電電極51の集電効率の低下を補完することができ、集電電極全体としての集電効率を向上させることができる。
この第2負極側集電電極52の材質、平面形状、厚さ及び形成方法等は、前記の第1負極側集電電極51の場合と同様である。更に、同様の理由で、第2負極側集電電極52を第1半導体電極41と同じ大きさの平面状に形成したときは、第2負極側集電電極52は多孔質体である必要がある。
In this dye-sensitized solar cell, the second negative electrode
The material, planar shape, thickness, formation method, and the like of the second negative electrode
また、この色素増感型太陽電池では、第1負極側集電電極51の触媒電極3に対向する側に、第2半導体電極42を設けることもできる(図8参照)。第1負極側集電電極51は透光性はそれほど高くはないが、この第1負極側集電電極51を透過する光もある。この透過光を利用して第2半導体電極42においても光電変換することができ、光電変換効率を向上させることができる。
この第2半導体電極42の材質、平面形状、厚さ及び形成方法等は、前記の第1半導体電極41の場合と同様である。更に、この第2半導体電極42が有する増感色素の種類、増感色素を付着させる方法及び付着量等も前記の第1半導体電極41の場合と同様である。
尚、第2半導体電極42の強度及び第1負極側集電電極51との密着性を向上させるため熱処理する場合、熱処理の温度及び時間は第1半導体電極41のときと同様とすることができる。
In the dye-sensitized solar cell, the second semiconductor electrode 42 can be provided on the side of the first negative electrode
The material, planar shape, thickness, formation method, and the like of the second semiconductor electrode 42 are the same as those of the
When the heat treatment is performed to improve the strength of the second semiconductor electrode 42 and the adhesion with the first negative electrode
更に、この色素増感型太陽電池では、基板1と触媒電極3との間に触媒電極3から集電するための正極側集電電極aを設けることもできる(図9参照)。この正極側集電電極aは、触媒電極3を白金等の導電性に優れる貴金属により形成し、特に20nm以上、更に1μm以上(通常、10μm以下)と厚くした場合は、導電性の観点からは設ける必要はないが、コストの面では設けることが好ましい。即ち、白金等は高価であるため、触媒電極3をできるだけ薄層とすることが好ましいが、薄層であると抵抗が高くなる。そこで、正極側集電電極を設けることにより、集電効率を向上させるとともに、コストを低減することもできる。また、触媒電極3を前記の導電性酸化物に触媒活性を有する物質を配合した組成物等により形成したときは、触媒電極3の抵抗はより高くなるため、正極側集電電極aを設け、集電効率を高めることがより好ましい。
Furthermore, in this dye-sensitized solar cell, a positive-side collector electrode a for collecting current from the
正極側集電電極aの平面形状は特に限定されないが、基板1の側では透光性は必須でないため平面状とすることができる。この正極側集電電極aが平面状である場合、抵抗の低い正極側集電電極aとするためには、触媒電極3と類似の平面形状であり、且つ触媒電極3に対して50%以上、特に65%以上、更に80%以上(略同面積でもよい。)の面積の平面状の電極であることが好ましい。また、触媒電極3と相似形に配設されることがより好ましい。
Although the planar shape of the positive electrode side collector electrode a is not particularly limited, since the light transmitting property is not essential on the
正極側集電電極aは、線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている電極とすることもできる。この特定のパターンは特に限定されず、例えば、格子状、櫛歯状、放射状等とすることができる。この線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている正極側集電電極aの場合、線状の電極の幅及び厚さは特に限定されず、その電気抵抗及びコスト等を勘案し設定することが好ましい。正極側集電電極aが線状の電極からなり且つ特定の電極パターンにより形成されている電極である場合、正極側集電電極aの全面積は特に限定されないが、触媒電極3の全面積に対して0.1%以上、特に5%以上、更に10%以上とすることができる。また、この全面積は90%以上とすることもでき、このように面積の広い正極側集電電極であれば、集電効率をより高めることができる。
The positive electrode side collecting electrode a may be an electrode made of a linear electrode and formed by a specific electrode pattern. This specific pattern is not particularly limited, and may be, for example, a lattice shape, a comb shape, a radial shape, or the like. In the case of the positive electrode side current collecting electrode a made of this linear electrode and formed by a specific electrode pattern, the width and thickness of the linear electrode are not particularly limited, taking into account its electrical resistance, cost, etc. It is preferable to set. When the positive electrode side collecting electrode a is an electrode made of a linear electrode and formed by a specific electrode pattern, the total area of the positive electrode side collecting electrode a is not particularly limited, but the total area of the
正極側集電電極aを設ける方法は特に限定されないが、例えば、所定のパターンが形成されたマスクを用いて、マグネトロンスパッタ法及び電子ビ−ム蒸着法等の物理的蒸着法などによりチタン、モリブデン等の金属を堆積させ、その後、フォトリソグラフィー等によりパターニングする方法が挙げられる。また、各々の金属成分を含有するメタライズインクを用いてスクリーン印刷法等によりパターニングし、その後、焼成する方法などにより形成することができる。 The method of providing the positive electrode side collecting electrode a is not particularly limited. For example, titanium, molybdenum by physical vapor deposition such as magnetron sputtering and electron beam vapor deposition using a mask on which a predetermined pattern is formed. For example, a method of depositing a metal such as photolithography and then patterning by photolithography or the like may be used. Moreover, it can form by the method of patterning by the screen-printing method etc. using the metallized ink containing each metal component, and baking it after that.
また、この色素増感型太陽電池では、透光性基板2と第1半導体電極41との間に透光性導電層pを設けることもできる(図10参照)。この透光性導電層pは、透光性及び導電性を有しておればよい。この透光性導電層pの材質は特に限定されず、導電性酸化物からなる薄膜、金属薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム及び酸化亜鉛等が挙げられる。また、金属としては、白金、金、銅、アルミニウム、ロジウム及びインジウム等が挙げられる。この透光性導電層pの厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、表面抵抗が100Ω/cm2以下、特に1〜10Ω/cm2となる厚さであることが好ましい。
Moreover, in this dye-sensitized solar cell, the translucent conductive layer p can be provided between the
透光性導電層pの形成方法は特に限定されず、金属、導電性酸化物等の微粒子を含有するペーストを、透光性基板1の表面に塗布して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。また、透光性導電層pは、金属、導電性酸化物等を用いたスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等により形成することもできる。
The method for forming the light-transmitting conductive layer p is not particularly limited, and the light-transmitting conductive layer p can be formed by applying a paste containing fine particles such as metal and conductive oxide on the surface of the light-transmitting
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、(1)基板1の一面側に、触媒電極3、絶縁層8、第1負極側集電電極51及び第1半導体電極41が積層された状態に形成し、その後、触媒電極3等を取り囲む接合層9を形成し、次いで、第1半導体電極41の少なくとも一部等に電解質6を含有させる方法が挙げられる。また、(2)基板1の一面側に触媒電極3を形成し、透光性基板2の一面側に第1半導体電極41及び第1負極側集電電極51が積層された状態に形成し、その後、触媒電極3と第1負極側集電電極51とを対向させ、且つ触媒電極3と第1負極側集電電極51との間を、樹脂等からなる絶縁枠i(図11参照)を介在させること等により離間させた状態で、触媒電極3等を取り囲む接合層9を形成し、次いで、第1半導体電極41の少なくとも一部等に電解質6を含有させる方法が挙げられる。これらの方法のうちでは、第1負極側集電電極51と触媒電極3とを離間させて形成することが容易な(1)の方法が好ましい。
The method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention is not particularly limited. (1) On one side of the
上記(1)の製造方法は、未焼成セラミック基板1’の一面側に、触媒電極3となる導電塗膜である未焼成触媒電極3’、絶縁層8となる導電塗膜である未焼成絶縁8’及び第1負極側集電電極51となる導電塗膜である未焼成光散乱粒子7’を含有する未焼成第1負極側集電電極51’をこの順に形成して未焼成積層体とし、その後、この未焼成積層体を同時焼成し、次いで、同時焼成により作製された負極側集電電極51の一面側に、第1半導体電極41となる導電塗膜である未焼成半導体電極基体sを形成し、その後、焼成して半導体電極基体を作製し、次いで、この半導体電極基体に増感色素を含浸させて第1半導体電極41を作製し、その後、第1半導体電極41の一面側に透光性基板2を載置し、次いで、セラミック基板1と透光性基板2との間に、触媒電極3等を取り囲む接合層9を形成し、その後、第1半導体電極41の少なくとも一部、第1負極側集電電極51及び絶縁層8に電解質6を含有させるものである。
In the production method of (1), the unfired
各々の導電塗膜の形成方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等が挙げられる。これらの方法のうちでは特にスクリーン印刷法が好ましい。また、焼成温度も特に限定されないが、未焼成積層体の場合は未焼成セラミック基板1’に含有されるセラミックの種類、未焼成半導体電極基体sの場合は、この基体sに含有される金属酸化物及び金属硫化物等の種類により設定することが好ましい。更に、半導体電極基体に増感色素を付着させる方法、及び第1半導体電極41等に電解質6を含有させる方法については前記の記載をそのまま適用することができる。
The method for forming each conductive coating film is not particularly limited, and examples thereof include a screen printing method, a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method. Of these methods, the screen printing method is particularly preferable. Also, the firing temperature is not particularly limited, but in the case of an unfired laminate, the type of ceramic contained in the unfired ceramic substrate 1 ', and in the case of an unfired semiconductor electrode substrate s, the metal oxide contained in this substrate s. It is preferable to set according to the type of the product and the metal sulfide. Furthermore, the above description can be applied as it is to the method of attaching the sensitizing dye to the semiconductor electrode substrate and the method of containing the electrolyte 6 in the
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1
以下のようにして図1の色素増感型太陽電池201を作製した。
[1]未焼成セラミック基板1’から未焼成第1負極側集電電極51’までを積層した未焼成積層体の作製
純度99.9質量%のアルミナ粉末100部に、焼結助剤として5部のマグネシア、カルシア及びシリカの混合粉末及び2部のバインダ並びに溶媒を配合してスラリーを調製し、このスラリーを用いてドクターブレード法によりアルミナグリーンシートを作製した。その後、このアルミナグリーンシートの一面側に、白金成分を含有するメタライズインクを用いてスクリーン印刷により触媒電極3となる導電塗膜(未焼成触媒電極3’)を形成した。次いで、この未焼成触媒電極3’の表面に、タングステン成分と、このタングステン成分と同体積の炭素粉末(各々の体積は粒径の測定値から算出した体積である。)とを含有するメタライズインクを用いてスクリーン印刷により絶縁層8となる導電塗膜(未焼成絶縁層8’)を形成した。その後、この未焼成絶縁層8’の表面に、タングステン成分と、このタングステン成分と同体積のチタニア粉末(光散乱粒子7)(各々の体積は上記と同様にして測定した見掛け体積である。)とを含有するメタライズインクを用いてスクリーン印刷により第1負極側集電電極51となる導電塗膜(未焼成第1負極側集電電極51’)を形成した。次いで、還元雰囲気にて1500℃で一体焼成し、縦100mm、横100mm、厚さが1mmのアルミナ基板1の一面側に、縦96mm、横96mm、厚さ500nmの触媒電極3、厚さ5μm、空孔率約30%の多孔質の絶縁層8及び厚さ500nmの第1負極側集電電極51が形成された積層体を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
Example 1
The dye-sensitized
[1] Production of unsintered laminate in which unsintered ceramic substrate 1 'to unsintered first negative electrode side collector electrode 51' are laminated 5 parts as a sintering aid on 100 parts of alumina powder with a purity of 99.9% by mass Part of magnesia, calcia and silica mixed powder, 2 parts of binder and solvent were blended to prepare a slurry, and an alumina green sheet was prepared by the doctor blade method using this slurry. Thereafter, a conductive coating film (
[2]第1半導体電極41の作製
[1]において作製した積層体の第1負極側集電電極51の一面側に、粒径が10〜20nmのチタニア粒子を含有するスラリー(Solaronix社製、商品名「Ti−Nonoxide D/SP」)をスクリーン印刷により塗布し、120℃で1時間乾燥し、未焼成半導体電極基体sを形成した。その後、480℃で30分焼成して、縦96mm、横96mm、厚さ20μmのチタニア焼結層(半導体電極基体)を形成した。次いで、この半導体電極基体を、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、チタニア焼結粒子に400〜600nmの波長域の光を吸収する増感色素であるルテニウム錯体を付着させて第1半導体電極41を作製した。
[2] Fabrication of first semiconductor electrode 41 A slurry containing titania particles having a particle diameter of 10 to 20 nm (manufactured by Solaronix, manufactured on one surface side of the first negative electrode
[3]色素増感型太陽電池の作製
[2]において作製した第1半導体電極41を備える積層体の、アルミナ基板1の一面側の触媒電極3が形成されていない部分に、熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いて、幅1mm、厚さ60μmの未硬化接合層9’をスクリーン印刷により形成し、その後、第1半導体電極41の表面に縦100mm、横100mm、厚さが1mmのガラス基板2を載置し、次いで、ガラス基板2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分加熱してアルミナ基板1とガラス基板2とを接合し、幅2mm、厚さ30μmの接合層9を作成した。その後、ガラス基板2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「Iodolyte PN−50」)を注入し、電解質6を第1半導体電極41、第1負極側集電電極51及び絶縁層8に含有させた。ヨウ素電解液注入後、注入口は上記の接着剤を用いて封止した。
[3] Production of dye-sensitized solar cell A thermosetting resin is formed on a portion of the laminate including the
[4]色素増感型太陽電池の性能評価
上記[1]〜[3]により作製した色素増感型太陽電池201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/cm2の擬似太陽光を照射したところ、変換効率7.5%の特性を有していた。
[4] Performance Evaluation of Dye-Sensitized Solar Cell An irradiation intensity of 100 mW / cm 2 is applied to the dye-sensitized
尚、本発明では、上記の実施例の記載に限られず、目的、用途等によって、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、基板1の側に第1負極側集電電極51と第1半導体電極41とを配設し、透光性基板2の側に触媒電極3を配設した態様とすることもできる。より詳しくは、基板1と、この基板1に対向して配置された透光性基板2と、基板1の一面側に配設された光散乱粒子7を含有する第1負極側集電電極51と、この第1負極側集電電極51の触媒電極3に対向する側に触媒電極3と離間して配設された増感色素を有する第1半導体電極41と、透光性基板2の一面側に配設された触媒電極3と、第1半導体電極41の少なくとも一部に含有され、且つ第1半導体電極41と触媒電極3との間に充填された電解質6とを備える色素増感型太陽電池207とすることができる。また、この色素増感型太陽電池207においても、触媒電極3と第1負極側集電電極51との間には絶縁層8が介装されていてもよいし(図12参照)、電解質6が充填されていてもよい。更に、この態様の場合、透光性基板2と触媒電極3との間に、通常、前記と同様の透光性導電層pが設けられる。
The present invention is not limited to the description of the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention depending on the purpose, application, and the like. For example, the first negative electrode
更に、電解質6としては、不揮発性のイミダゾリウム塩等のイオン性液体及びこのイオン性液体をゲル化させたもの、並びにヨウ化銅、チオシアン化銅等の固体を用いることもできる。 Furthermore, as the electrolyte 6, it is also possible to use an ionic liquid such as a non-volatile imidazolium salt, a gel obtained by gelling this ionic liquid, and a solid such as copper iodide or copper thiocyanide.
1;基板、2;透光性基板、3;触媒電極、41;第1半導体電極、42;第2半導体電極、51;第1負極側集電電極、52;第2負極側集電電極、6;電解質、7;光散乱粒子、8;絶縁層、9;接合層、a;正極側集電電極、p;透光性導電層、i;樹脂製絶縁枠、1’;未焼成セラミック基板、3’;未焼成触媒電極、s;未焼成半導体電極基体、51’;未焼成第1負極側集電電極、7’;未焼成光散乱粒子、8’;未焼成絶縁層、9’;未硬化接合層、201、202、203、204、205、206、207;色素増感型太陽電池。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該第1負極側集電電極51が光散乱粒子7を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 A substrate 1, a translucent substrate 2 disposed opposite the substrate 1, a catalyst electrode 3 disposed on one surface side of the substrate 1, and a translucent substrate 2 disposed on one surface side; A first semiconductor electrode 41 having a sensitizing dye, and a first negative electrode side collector electrode 51 disposed on the side of the first semiconductor electrode 41 facing the catalyst electrode 3 and spaced apart from the catalyst electrode 3; In the dye-sensitized solar cell including the electrolyte 6 contained in at least a part of the first semiconductor electrode 41 and filled between the first semiconductor electrode 41 and the catalyst electrode 3,
The dye-sensitized solar cell, wherein the first negative electrode side collecting electrode 51 contains light scattering particles 7.
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