JP2006269168A - 光電変換装置およびその製造方法ならびに光発電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光電変換装置1は、導電性支持体2上に、電解質8を含有し色素4を担持した多孔質n型酸化物半導体層3、電荷輸送層及び対極層6を形成して成り、電荷輸送層は、電解質8中に電解質8が入り込む空間を有して設けられた、p型半導体もしくは正孔輸送体7から成ることから、電解質8が液体であっても固体のp型半導体もしくは固体の正孔輸送体によって電荷輸送層の厚みが薄くても機械的に固定され、また電解質8によるイオン伝導にp型半導体もしくは正孔輸送体7による正孔輸送が寄与するので、多孔質n型酸化物半導体層3と対極層6との短絡が確実に防止されると共に優れた光電変換特性が得られる。
【選択図】 図1
Description
導電性支持体2,5としては、透光性支持体2a,5a上に透光性導電層2b,5bを形成したものがよい。この場合、光電変換装置1の主面のどちらの面からでも光を入射させることができるので、両面側から光を入射させて光電変換効率を高めることができる。光電変換装置1に片面側から光を入射させる場合、反対側の面の支持体は非透光性のものでよく、より好ましくは透過光を反射させて再利用することができる光反射性支持体がよい。また、両面が透光性支持体の場合に一方に光反射性を持たせるため、入射側と反対側の面の支持体の裏面(外側の面)に光反射性のアルミニウムや銀等のシートや膜等を設けてもよい。
多孔質n型酸化物半導体層3としては、多孔質の二酸化チタン等の多孔質のn型の金属酸化物等がよい。図1および図2に示すように、光電変換装置1の導電性支持体2上にこの多孔質n型酸化物半導体層3を形成する。
増感色素である色素4としては、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニンやポルフィリン、多環芳香族化合物、ローダミンB等のキサンテン系色素であることが好ましい。多孔質n型酸化物半導体層3に色素4を吸着させるためには、色素4に少なくとも1個以上のカルボキシル基、スルホニル基、ヒドロキサム酸基、アルコキシ基、アリール基、ホスホリル基を置換基として有することが有効である。ここで、置換基は色素4自身を多孔質n型酸化物半導体層に強固に化学吸着することができ、励起状態の色素4から多孔質n型酸化物半導体層3へ容易に電荷移動できるものであればよい。
第2の導電性支持体5上に形成した対極6としては、白金,カーボン等の極薄膜がよい。他に、金(Au),パラジウム(Pd),アルミニウム(Al)等の極薄膜を電析したものが挙げられる。
電荷輸送層を成すp型半導体もしくは正孔輸送体7の材料としては、無機のp型金属酸化物半導体層、無機のp型化合物半導体等、有機の正孔輸送剤等が挙げられる。図1および図2に示すように、光電変換装置1の第2の導電性支持体5および対極6上にこのp型半導体もしくは正孔輸送体7を形成する。
電解質8としては、電解質溶液、ゲル電解質、固体電解質等のイオン伝導性の電解質、有機正孔輸送剤等が挙げられる。
図1および図2において、封止材9は、電解質8が外部に漏れたりしないようにしたり、電荷輸送層による間隔を保持するために機械的強度を補強したり、外部の環境から光電変換機能を保護するために設ける。封止材9の材料としては、吸湿防止機能を有し充分な接着強度を有するものがよく、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA),ポリビニルブチラール(PVB),エチレン−アクリル酸エチル共重合体(EEA),フッ素樹脂,エポキシ樹脂,アクリル樹脂,飽和ポリエステル樹脂,アミノ樹脂,フェノール樹脂,ポリアミドイミド樹脂,UV硬化樹脂,シリコーン樹脂,フッ素樹脂,ウレタン樹脂等がよい。
2:導電性支持体
3:多孔質n型酸化物半導体層
4:色素
5:第2の導電性支持体
6:対極層
7:p型半導体もしくは正孔輸送体
8:電解質
9:封止材
Claims (10)
- 導電性支持体上に、該導電性支持体側から電解質を含有し色素を担持した多孔質n型酸化物半導体層、電荷輸送層および対極層を形成して成る光電変換装置において、前記電荷輸送層は、前記電解質中に該電解質が入り込む空間を有して設けられた、p型半導体もしくは正孔輸送体から成ることを特徴とする光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、平面視において網目状のパターンを成して形成されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、平面視において格子状のパターンを成して形成されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、平面視において複数の平行な線状のパターンを成して形成されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、平面視において多数の点状のパターンを成して形成されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、多孔質の薄膜から成るとともに前記空間としての前記薄膜の空孔に前記電解質を含有していることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記電荷輸送層は、前記p型半導体の微粒子の集合体もしくは前記正孔輸送体の微粒子の集合体から成ることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法であって、一主面に色素を担持した多孔質n型酸化物半導体層を形成した第1の導電性支持体の前記多孔質n型酸化物半導体層と、一主面に対極層および電解質が入り込む空間を有して形成された電荷輸送層を順次積層した第2の導電性支持体の前記電荷輸送層とを対向させ接触させた状態で、前記第1および第2の導電性支持体の周縁部を全周にわたって封止材によって封止するとともに接着し、次に前記封止材に貫通孔を形成するとともに該貫通孔を通して前記封止材の内側に前記電解質を注入することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法であって、一主面に色素を担持した多孔質n型酸化物半導体層および電解質が入り込む空間を有して形成された電荷輸送層を順次積層した第1の導電性支持体の前記電荷輸送層と、一主面に対極層を形成した第2の導電性支持体の前記対極層とを対向させ接触させた状態で、前記第1および第2の導電性支持体の周縁部を全周にわたって封止材によって封止するとともに接着し、次に前記封止材に貫通孔を形成するとともに該貫通孔を通して前記封止材の内側に前記電解質を注入することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の光電変換装置を発電手段として用い、該発電手段の発電電力を負荷に供給するように成したことを特徴とする光発電装置。
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