JP2006302618A - Dye-sensitized solar cell - 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、集電効率に優れ、且つ安価な触媒電極を備え、併せて十分な耐久性を有する色素増感型太陽電池に関する。 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 having a catalyst electrode that is excellent in current collection efficiency and inexpensive and has sufficient durability.
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%に近く優れているが、この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。 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. Although these solar cells have an excellent photoelectric conversion efficiency of nearly 20%, this silicon solar cell has a high energy cost for material production, and has many problems in terms of environmental impact, etc. There are also limitations.
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、特許文献1及び非特許文献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触媒電極との間に電解液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変換効率は低いものの、材料、製法等の面でコストダウンが可能である。 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, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). This solar cell has a structure in which an electrolytic solution is interposed between a titania porous electrode carrying a sensitizing dye and a catalyst electrode, and although the conversion efficiency is lower than that of current silicon solar cells, Cost reduction is possible in terms of manufacturing method and the like.
この色素増感型太陽電池では、触媒作用に優れ、且つ電解液に対して十分な耐腐食性を有する白金からなる触媒電極が用いられることが多い。しかし、白金は極めて高価であり、これが色素増感型太陽電池のコストダウンの妨げとなっている。そこで、十分な触媒作用を有し、且つ白金に比べて安価な活性炭を触媒電極に用いることが提案されている。(例えば、特許文献2参照。)。 In this dye-sensitized solar cell, a catalyst electrode made of platinum that is excellent in catalytic action and has sufficient corrosion resistance against an electrolytic solution is often used. However, platinum is extremely expensive, which hinders cost reduction of the dye-sensitized solar cell. Thus, it has been proposed to use activated carbon having sufficient catalytic action and cheaper than platinum for the catalyst electrode. (For example, refer to Patent Document 2).
活性炭を用いる場合、それのみで触媒電極を形成することはできないため、例えば、活性炭を結着剤により基板に結着させる方法、及び活性炭を結着させた複合シートを基板に接合させる方法等が提案されている。しかし、これらの方法では形成される触媒電極の導電性が低く、触媒電極における集電効率を十分に高くすることができないという問題がある。
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、集電効率に優れ、且つ安価な触媒電極を備え、併せて十分な耐久性を有する色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
When activated carbon is used, a catalyst electrode cannot be formed by itself, for example, a method of binding activated carbon to a substrate with a binder, a method of bonding a composite sheet having activated carbon bound to a substrate, and the like. Proposed. However, these methods have a problem that the conductivity of the formed catalyst electrode is low, and the current collection efficiency in the catalyst electrode cannot be sufficiently increased.
The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell having a catalyst electrode that is excellent in current collection efficiency and inexpensive and has sufficient durability. And
本発明は以下のとおりである。
1.透光性基板1と、該透光性基板1の一面側に設けられ、且つ増感色素を有する半導体電極2と、該透光性基板1の該一面側に対向して配置されたセラミック基板3と、該セラミック基板3の表面に該半導体電極2に対向して設けられ、且つタングステンを含有する集電電極4と、該集電電極4の表面に設けられた触媒電極5と、該半導体電極2及び該触媒電極5の各々の少なくとも一部に含有され、且つ該半導体電極2と該触媒電極5との間に充填された電解液6と、を備え、該触媒電極5は、多孔質樹脂層51と、該多孔質樹脂層51に保持された活性炭52とを有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
2.上記触媒電極5は、活性炭52が保持された多孔質樹脂シートが、上記集電電極4の上記表面に接合されてなる上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
3.上記触媒電極5は、活性炭52及び樹脂を含有するスラリーが上記集電電極4の上記表面に塗布され、乾燥されてなる上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
4.上記多孔質樹脂層51がフッ素系樹脂からなる上記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.上記多孔質樹脂層51に更にカーボンブラックが含有されている上記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.上記透光性基板1の上記一面側と、上記セラミック基板3又は上記集電電極4との間が、上記半導体電極2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.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。
The present invention is as follows.
1. Translucent substrate 1,
2. The
3. The
4). 1. The
5. 1. The
6). Between the one surface side of the translucent substrate 1 and the ceramic substrate 3 or the
本発明の色素増感型太陽電池は、集電効率に優れ、且つ安価な触媒電極を備え、併せて一方の基板がセラミック基板であるため十分な耐久性を有する。
また、触媒電極5が、活性炭52が保持された多孔質樹脂シートが、集電電極4の表面に接合されてなる場合、及び触媒電極5が、活性炭52及び樹脂を含有するスラリーが集電電極4の表面に塗布され、乾燥されてなる場合は、安価な触媒電極を容易に形成することができる。
更に、多孔質樹脂層51がフッ素系樹脂からなる場合は、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、多孔質樹脂層51に更にカーボンブラックが含有される場合は、触媒電極の導電性が向上し、より優れた集電効率を有する触媒電極を備える色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、透光性基板1の一面側と、セラミック基板3又は集電電極4との間が、半導体電極2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、この密閉空間に電解液6を充填させることができ、電解液の浸出が防止され、十分な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。
The dye-sensitized solar cell of the present invention has an excellent current collection efficiency and is provided with an inexpensive catalyst electrode, and has sufficient durability because one substrate is a ceramic substrate.
Further, when the
Furthermore, when the
Moreover, when carbon black is further contained in the
Further, when the space between the one surface side of the translucent substrate 1 and the ceramic substrate 3 or the collecting
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の色素増感型太陽電池は、透光性基板1と、透光性基板1の一面側に設けられ、且つ増感色素を有する半導体電極2と、透光性基板1の一面側に対向して配置されたセラミック基板3と、セラミック基板3の表面に半導体電極2に対向して設けられ、且つタングステンを含有する集電電極4と、集電電極4の表面に設けられた触媒電極5と、半導体電極2及び触媒電極5の各々の少なくとも一部に含有され、且つ半導体電極2と触媒電極5との間に充填された電解液6と、を備え、触媒電極5は、多孔質樹脂層51と、多孔質樹脂層51に保持された活性炭52とを有する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The dye-sensitized solar cell of the present invention is provided on a translucent substrate 1, a
上記「透光性基板1」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。この樹脂シートは特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート及び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を用いて作製された樹脂シートが挙げられる。この透光性基板1の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、下記の透光性により表される可視光透過率が60〜99%、特に85〜99%となる厚さであることが好ましい。
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
Examples of the “translucent substrate 1” include substrates made of glass, resin sheets, and the like. This resin sheet is not particularly limited, and examples thereof include resin sheets prepared using polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyphenylene sulfide, polycarbonate, polysulfone, and polyethyleneidene norbornene. The thickness of the translucent substrate 1 varies depending on the material and is not particularly limited. However, the visible light transmittance represented by the translucency described below is 60 to 99%, particularly 85 to 99%. It is preferable.
In addition, this translucency means that the transmittance | permeability of visible light with a wavelength of 400-900 nm is 10% or more. The visible light transmittance is preferably 60% or more, particularly preferably 85% or more.
Translucency (%) = (amount of light transmitted through the translucent substrate / amount of light incident on the translucent substrate) × 100
上記「半導体電極2」は、多孔質電極基体と、この多孔質電極基体に付着した増感色素とを有する。多孔質電極基体は、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。更に、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。また、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛、硫化ビスマス等が挙げられる。多孔質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、通常、透光性基板1の一面に設けられる後記の透光性導電層8の表面等に塗布し、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多孔質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 “
多孔質電極基体は、透光性導電層8等の表面に、金属酸化物、金属硫化物など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、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し、次いで、焼成すること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多孔質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 porous electrode substrate is coated with 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 translucent conductive layer 8 and the like, then dried, Alternatively, the organic polymer can be decomposed and removed by heating and then baked. This colloidal solution can also be applied by various methods such as a screen printing method, a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method. The porous electrode substrate produced by this method is also formed in the form of an aggregate made up of fine particles.
焼成の条件は特に限定されないが、焼成温度は400〜600℃、特に450〜550℃とすることができ、焼成時間は10〜300分、特に20〜40分とすることができる。焼成雰囲気は、大気雰囲気等の酸化雰囲気又はアルゴン等の希ガス雰囲気及び窒素ガス雰囲気等の不活性雰囲気とすることができる。 Although the firing conditions are not particularly limited, the firing temperature can be 400 to 600 ° C., particularly 450 to 550 ° C., and the firing time can be 10 to 300 minutes, particularly 20 to 40 minutes. The firing atmosphere can be an oxidizing atmosphere such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a rare gas atmosphere such as argon and a nitrogen gas atmosphere.
多孔質電極基体には、塩化チタン処理を施すこともできる。この塩化チタン処理により変換効率を向上させることができる。この処理には、通常、四塩化チタンが用いられるが、三塩化チタンを使用することもできる。塩化チタン処理の方法は特に限定されず、(1)多孔質電極基体と塩化チタン水溶液とを接触させ、その後、焼成する工程を備える処理方法、及び(2)多孔質電極基体を塩化チタン粒子を含有する高温(例えば、400〜600℃)の乾燥気体(空気、窒素ガス等)に曝露し、その後、焼成する工程を備える処理方法、等が挙げられる。 The porous electrode substrate can be subjected to titanium chloride treatment. The conversion efficiency can be improved by this titanium chloride treatment. For this treatment, titanium tetrachloride is usually used, but titanium trichloride can also be used. The titanium chloride treatment method is not particularly limited, and (1) a treatment method comprising a step of bringing a porous electrode substrate and a titanium chloride aqueous solution into contact with each other and then firing, and (2) titanium chloride particles on the porous electrode substrate. Examples of the treatment method include a step of exposing to a dry gas (air, nitrogen gas, etc.) at a high temperature (for example, 400 to 600 ° C.) and then baking.
上記「増感色素」は、光電変換の効率を向上させる作用を有する。この増感色素としては、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。また、光電変換がなされる波長域を拡大し、変換効率を向上させるため、光電変換がな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。更に、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、スルホン酸基及びシアノ基等が挙げられる。 The “sensitizing dye” has an effect of improving the efficiency of photoelectric conversion. As this sensitizing dye, a complex dye and an organic dye can be used. Examples of complex dyes include metal complex dyes, and examples of organic dyes include polymethine dyes and merocyanine dyes. Examples of the metal complex dye include a ruthenium complex dye and an osmium complex dye, and a ruthenium complex dye is particularly preferable. Moreover, in order to expand the wavelength range in which photoelectric conversion is performed and improve the conversion efficiency, two or more sensitizing dyes having different wavelength ranges in which photoelectric conversion is performed can be used in combination. In this case, it is preferable to set the type of sensitizing dye to be used in combination and the amount ratio thereof depending on the wavelength range and intensity distribution of the irradiated light. Furthermore, the sensitizing dye preferably has a functional group for bonding to the semiconductor electrode. Examples of this functional group include a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a cyano group.
多孔質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多孔質電極基体を浸漬して溶液を含侵させ、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、多孔質電極基体に塗布して含浸させ、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各種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 porous electrode substrate is not particularly limited. For example, the porous electrode substrate is immersed in a solution in which the sensitizing dye is dissolved in an organic solvent to impregnate the solution, and then the organic solvent is used. It can be made to adhere by removing. Alternatively, this solution can be applied to a porous electrode substrate and impregnated, 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. Further, this solution can be applied by various printing methods such as offset printing, gravure printing, and screen printing.
増感色素の付着量も特に限定されないが、多孔質電極基体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、多孔質電極基体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。更に、多くの増感色素を付着させるためには、多孔質電極基体を加熱して、浸漬及び塗布等の処理を行うことが好ましい。この場合、多孔質電極基体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 not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1 mmol, particularly preferably 0.5 to 1 mmol with respect to 1 g of the porous electrode substrate. When the adhesion amount is 0.01 to 1 mmol, photoelectric conversion in the semiconductor electrode is efficiently performed. In addition, if the sensitizing dye that has not adhered to the porous electrode substrate is liberated around the electrode, the conversion efficiency may decrease. 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 an organic solvent such as acetonitrile and an alcohol solvent using a washing tank. Furthermore, in order to attach many sensitizing dyes, it is preferable to heat the porous electrode substrate and perform treatments such as dipping and coating. In this case, in order to avoid water adsorbing on the surface of the porous electrode substrate, it is preferable to perform the treatment promptly at 40 to 80 ° C. without heating to room temperature after heating.
半導体電極2の厚さは特に限定されないが、0.1〜100μmとすることができ、1〜30μm、特に2〜25μmとすることが好ましい。半導体電極2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。更に、半導体電極2は、その強度及び透光性導電層8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。
The thickness of the
上記「セラミック基板3」を備えることで、色素増感型太陽電池の耐久性を向上させることができる。このセラミック基板3を作製するための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、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。 By providing the “ceramic substrate 3”, the durability of the dye-sensitized solar cell can be improved. As the ceramic for producing the ceramic substrate 3, various ceramics such as oxide ceramics, nitride ceramics, carbide ceramics can be used. Examples of the oxide ceramic include alumina, mullite, zirconia and the like. Examples of the nitride ceramic include silicon nitride, sialon, titanium nitride, and aluminum nitride. Further, examples of the carbide-based ceramic include silicon carbide, titanium carbide, and aluminum carbide.
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。アルミナは耐食性が高く、強度が大きく、電気絶縁性にも優れ、このアルミナからなる基板とすることで、よ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。尚、アルミナを含有するセラミック基板の場合、この基板に含まれるセラミックの全量を100質量%とした場合に、アルミナが80質量%以上、特に90質量%以上、更に95質量%以上(100質量%であってもよい。)であることが好ましい。 As the ceramic, alumina, silicon nitride, zirconia and the like are preferable, and alumina is particularly preferable. Alumina has high corrosion resistance, high strength, and excellent electrical insulation. By using this alumina substrate, a dye-sensitized solar cell having superior durability can be obtained. In the case of a ceramic substrate containing alumina, when the total amount of ceramic contained in this substrate is 100% by mass, alumina is 80% by mass or more, particularly 90% by mass or more, and further 95% by mass or more (100% by mass). It may be.
このセラミック基板3は緻密化されていることが好ましく、例えば、アルミナの場合、その相対密度が90%以上、特に93%以上、更に95%以上であることが好ましい。このように緻密度が高く、強度の大きいセラミック基板であれば、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3の厚さは特に限定されないが、100μm〜5mm、特に500μm〜5mm、更に1〜5mmとすることができ、300μm〜3mmとすることが好ましい。セラミック基板の厚さが100μm〜5mm、特に300μm〜3mmであれば、支持層として十分な強度を有し、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。 The ceramic substrate 3 is preferably densified. For example, in the case of alumina, the relative density is preferably 90% or more, particularly 93% or more, and more preferably 95% or more. If the ceramic substrate has a high density and a high strength as described above, a highly durable dye-sensitized solar cell can be obtained. The thickness of the ceramic substrate 3 is not particularly limited, but can be 100 μm to 5 mm, particularly 500 μm to 5 mm, more preferably 1 to 5 mm, and preferably 300 μm to 3 mm. When the thickness of the ceramic substrate is 100 μm to 5 mm, particularly 300 μm to 3 mm, a dye-sensitized solar cell having sufficient strength as a support layer and excellent durability can be obtained.
セラミック基板3の作製方法は特に限定されない。このセラミック基板3は、通常、セラミック粉末、焼結助剤、バインダ、溶媒及び可塑剤等を含有するスラリーを調製し、このスラリーを用いてドクターブレード法等により未焼成シートを成形し、この未焼成シートを各々のセラミックに応じて所定温度で、所要時間、保持し、焼成して作製することができる。 The method for producing the ceramic substrate 3 is not particularly limited. The ceramic substrate 3 is usually prepared by preparing a slurry containing ceramic powder, a sintering aid, a binder, a solvent, a plasticizer, and the like, and using this slurry, a green sheet is formed by a doctor blade method or the like. The fired sheet can be produced by holding and firing at a predetermined temperature for a required time according to each ceramic.
上記「集電電極4」は、本発明における触媒電極5が、白金からなる触媒電極に比べて導電性が低いため、その集電効率を向上させるために設けられる。集電電極4の平面形状は特に限定されないが、面状、又は触媒電極5を所定の領域に分割するように線状に配設することができる。十分に抵抗が低く、集電効率をより向上させることができる集電電極4とするためには、触媒電極5と類似の平面形状であり、且つ触媒電極5に対して50%以上、特に65%以上、更に80%以上(同面積、即ち、触媒電極5に対して100%でもよい。)の面積の面状であることが好ましい。また、触媒電極5と相似形に配設されることがより好ましい。
The “collecting
更に、所定の領域に分割するように配設する場合は、その形状は、例えば、格子状、網目状、櫛歯状、放射状等とすることができる。尚、所定の領域に分割するように配設する場合は、完全に連続した集電電極4により分割されているときのみでなく、集電電極4の一部に不連続な部分があるときも意味する。更に、この集電電極4の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。この集電電極4は、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、並びにペーストを用いるスクリ−ン印刷法などにより形成することができる。
Furthermore, when arrange | positioning so that it may divide | segment into a predetermined area | region, the shape can be made into a grid | lattice form, a mesh shape, a comb-tooth shape, radial form etc., for example. In addition, when arrange | positioning so that it may divide | segment into a predetermined area | region, not only when it is divided | segmented by the completely continuous
集電電極4は、タングステンを含有する。この集電電極4は、触媒電極5に含有される電解液6と接触するため、電解液6に対する耐腐食性が必要とされるが、タングステンは、耐腐食性に優れ、且つ安価であるため好ましい。集電電極4は、純タングステン(この純タングステンとは、99.98%以上の純度であるタングステンをそのまま使用し、他の金属を混合しないことを意味する。)からなるものでもよく、タングステンと他の金属との混合物からなるものでもよい。これらのうちでは、純タングステンからなる集電電極4が、電解液に対する耐腐食性により優れるため特に好ましい。
The collecting
タングステンと他の金属とを併用する場合は、タングステンと他の金属との合計を100質量%とした場合に、タングステンの含有量は95質量%以上、特に98質量%以上、更に99.9質量%以上であることが好ましい。タングステンの含有量が95質量%以上であれば、集電効率が高く、且つ電解液に対する耐腐食性に優れる集電電極とすることができる。 When tungsten and other metals are used in combination, the content of tungsten is 95% by mass or more, particularly 98% by mass or more, and further 99.9% by mass, when the total of tungsten and other metals is 100% by mass. % Or more is preferable. When the content of tungsten is 95% by mass or more, a current collecting electrode having high current collecting efficiency and excellent corrosion resistance against an electrolytic solution can be obtained.
半導体電極2に対向して設けられた集電電極4の表面に設けられる上記「触媒電極5」は、多孔質樹脂層51と、この多孔質樹脂層51に保持された活性炭52とを有する。この保持されたとは、活性炭52が多孔質樹脂層51の連通孔の壁面に固定された状態をいうが、このように連通孔の壁面に固定された活性炭52の他に、多孔質樹脂層51に活性炭が含有されていてもよい。
The “
上記「多孔質樹脂層51」を構成する樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でもよく、熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミド等の各種の合成樹脂を用いることができる。フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン、フッ化エチレンポリプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリエステルとしては、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が挙げられる。ポリアミドとしては、ポリアミド6、ポリアミド66,ポリアミド12等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド及びポリウレタン等を用いることができる。これらの樹脂のうちでは、耐久性の高い樹脂であるフッ素樹脂が好ましい。
The resin constituting the “
多孔質樹脂層51は連通孔を有し、この連通孔の壁面等に活性炭52が保持される。従って、多孔質樹脂層51の連通孔の平均孔径及び空孔率は、活性炭52の平均粒径等を勘案して所定量の活性炭が保持されるように適宜設定することが好ましい。連通孔の平均孔径及び空孔率は特に限定されないが、平均孔径は0.001〜10μm、特に0.01〜1μm、空孔率は1〜99%、特に10〜90%とすることができる。連通孔の平均孔径が0.01〜1μmであり、且つ空孔率が10〜90%であれば、必要量の活性炭を保持させることができるとともに、活性炭52の多孔質樹脂層51からの脱落を抑えることもできるため好ましい。
この連通孔の平均孔径は、例えば、多孔質樹脂層51の断面を電子顕微鏡により観察し、積算孔径を孔数で除して算出することができる。また、多孔質樹脂層51の空孔率は、例えば、BET法により測定することができる。
The
The average pore diameter of the communication holes can be calculated by, for example, observing a cross section of the
多孔質樹脂層51の厚さも特に限定されず、1〜200μm、特に10〜100μm、更に10〜50μmとすることができる。この厚さが10〜50μmであれば、触媒電極5の抵抗が低くなるため好ましい。
The thickness of the
上記「活性炭52」は特に限定されず、各種の活性炭を用いることができる。この活性炭52としては、例えば、ヤシガラ及びオガクズ等の木質材、並びに褐炭、泥炭、樹脂及び石油ピッチ等の多くの炭素を含有する有機物質に、塩化亜鉛及びリン酸等を用いた通常の賦活処理を施し、その後、乾留する等の方法によって製造されたものを用いることができる。この活性炭としては、原料として樹脂を用いて製造された純度の高いものが好ましい。この原料樹脂は特に限定されないが、活性炭の製造が容易であるフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。
The “activated
多孔質樹脂層51の連通孔の壁面に固定され、保持された活性炭52の保持量は、特に限定されないが、多孔質樹脂層51を100質量部とした場合に、1〜99質量部、特に10〜90質量部とすることができる。この活性炭52の保持量が10〜90質量部であれば、十分な触媒作用を有する触媒電極5とすることができ、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ため好ましい。
尚、活性炭52は、上記のように保持されている他、多孔質樹脂層51に含有されていてもよい。これにより、多孔質樹脂層51の導電性が向上する。
The holding amount of the activated
In addition, the activated
多孔質樹脂層51には、その導電性を向上させるため活性炭の他に種々の導電性物質を保持及び/又は含有させることができる。この他の導電性物質としては、カーボンブラック、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いることができる。金属としては、白金、ロジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム等が挙げられる。導電性酸化物としては、透光性導電層8の形成に用いられる導電性酸化物等が挙げられる。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。これらのうちで、多孔質樹脂層51の連通孔の壁面に固定され、保持される導電性物質は、電解液6と接触することになるため、カーボンブラック、白金等の優れた耐腐食性を有するものであることが好ましい。一方、多孔質樹脂層51に含有される場合は、電解液6と接触しないため、上記の導電性物質のうちのいずれであってもよい。これらの導電性物質の保持量及び/又は含有量は、その種類等にもより、特に限定されないが、多孔質樹脂層51を100質量部とした場合に、通常、1〜99質量部、特に10〜90質量部とすることができる。
The
触媒電極5は、図1のように、活性炭52が保持された多孔質樹脂シートが、集電電極4の表面に接合されてなる形態とすることができる。即ち、この多孔質樹脂シートが集電電極4の表面に接合されて触媒電極5が形成される。多孔質樹脂シートの作製方法は特に限定されず、例えば、樹脂組成物を押出成形等によりシートとし、この樹脂シートを冷延伸することで、多数の空隙を有する多孔質樹脂シートとすることができる。また、発泡剤を含有する樹脂組成物を押出成形してシートとし、このシートを加熱して発泡させることによって作製することもできる。樹脂としては、前記の各種の樹脂のうちの熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、前記のように、フッ素樹脂等が好ましい。
As shown in FIG. 1, the
多孔質樹脂シートに活性炭52を保持させる方法も特に限定されず、活性炭を水又は有機溶媒に分散させた分散液に、多孔質樹脂シートを浸漬し、活性炭52を含浸させて保持させることができる。また、活性炭を水又はメタノール、エタノール等の有機溶媒に分散させた分散液を、スプレーガン等によって多孔質樹脂シートに吹き付けて含浸させ、保持させることもできる。これらの方法のうちでは、多孔質樹脂シートを分散液に浸漬し、含浸させて活性炭が保持させる方法が、多孔質樹脂シートの全体により均一に活性炭を保持させることができるため好ましい。分散媒は水でも有機溶媒でもよいが、取り扱い易く、且つ環境の面でも問題のない水が特に好ましい。
尚、前記の樹脂組成物に活性炭を配合しておけば、多孔質樹脂シートに活性炭を含有させることもできる。
The method for holding the activated
In addition, if activated carbon is mix | blended with the said resin composition, activated carbon can also be made to contain in a porous resin sheet.
多孔質樹脂シートを集電電極4に接合する方法は特に限定されず、各種の接着剤により接合することができる。この接着剤としては、多孔質樹脂シートの材質、即ち、用いる樹脂の種類によって最適なものを選択することが好ましい。接着剤としては、例えば、アクリル樹脂系接着剤、ポリウレタン系接着剤、セルロース系接着剤等の各種の接着剤を用いることができる。また、多孔質樹脂シートが接着し難い樹脂からなる場合は、多孔質樹脂シートの集電電極4に接合される面を、コロナ放電処理、火炎処理等により処理することで、接合性を向上させることが好ましい。
The method for joining the porous resin sheet to the
多孔質樹脂シートの厚さは、前記の多孔質樹脂層51と同様である。また、多孔質樹脂シートにおける活性炭52の保持量も、前記の多孔質樹脂層51の場合と同様である。更に、多孔質樹脂シートには、活性炭の他に前記の種々の導電性物質を保持及び/又は含有させることができる。これらの導電性物質は、上記の分散液に分散させたときは、多孔質樹脂シートに保持させることができ、一部は含有させることもできる。一方、前記の樹脂組成物に配合したときは、多孔質樹脂シートに含有させることができ、一部は保持させることもできる。導電性物質の保持量及び/又は含有量は、多孔質樹脂シートを100質量部とした場合に、通常、1〜99質量部、特に10〜90質量部とすることができる。
The thickness of the porous resin sheet is the same as that of the
触媒電極5は、図2のように、活性炭52及び樹脂を含有するスラリーが、集電電極4の表面に塗布され、乾燥されてなる形態とすることもできる。即ち、この塗布、乾燥により集電電極4の表面に皮膜が形成され、この皮膜が触媒電極5となる。皮膜の作製方法は特に限定されず、例えば、活性炭52及び樹脂を含有するスラリーを、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集電電極4の表面に塗布して塗膜を形成し、乾燥して溶媒を除去し、必要に応じて加熱して作製することができる。スラリーにおける活性炭の含有量は、活性炭と樹脂との合計を100質量%とした場合に、1〜99質量%、特に10〜90質量%、更に20〜80質量%であることが好ましい。活性炭の含有量が20〜80質量%であれば、樹脂層に所要量の活性炭を保持させることができ、触媒作用に優れた触媒電極5とすることができるためより好ましい。
As shown in FIG. 2, the
樹脂としては、前記の各種の樹脂のうちの熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれも用いることができる。熱可塑性樹脂としては、前記のように、フッ素樹脂等が好ましく、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂等が好ましい。更に、スラリーの媒体としては、水又はメタノール、エタノール等の有機溶媒を用いることができ、取り扱い易く、且つ環境の面でも問題のない水が特に好ましい。また、集電電極4と皮膜との密着性及び接合性を向上させるため、スラリーに、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシブチルセルロース等のセルロース系樹脂を配合することが好ましい。
As the resin, any of a thermoplastic resin and a thermosetting resin among the above-mentioned various resins can be used. As described above, the thermoplastic resin is preferably a fluororesin, and the thermosetting resin is preferably an epoxy resin. Furthermore, as the slurry medium, water or an organic solvent such as methanol or ethanol can be used, and water that is easy to handle and has no environmental problems is particularly preferable. Moreover, in order to improve the adhesiveness and joining property of the
皮膜の厚さは、前記の多孔質樹脂層51と同様である。更に、皮膜における活性炭52の保持量も、前記の多孔質樹脂層51の場合と同様である。また、皮膜には、活性炭の他に前記の種々の導電性物質を保持及び/又は含有させることができるが、この形態では、導電性物質は電解液6と接触し易いため、優れた耐腐食性を有する導電性物質を用いることが好ましい。これらの導電性物質は、上記のスラリーに分散させておくことで、皮膜に保持及び/又は含浸有させることができる。導電性物質の保持量及び/又は含有量は、皮膜を100質量部とした場合に、通常、1〜99質量部、特に10〜90質量部とすることができる。
尚、触媒電極5には取り出し電極を連設することもでき、この取り出し電極から電力を取り出すことができる。この取り出し電極は、触媒電極5の形成時に同時に一体に形成することができる。
The thickness of the film is the same as that of the
Note that an extraction electrode can be connected to the
半導体電極2と触媒電極5との間隔と、電解液6が充填される空間の厚さとはほぼ等しく、この間隔及び厚さは特に限定されないが、200μm以下、特に50μm以下(通常、1μm以上)とすることができる。この厚さが200μm以下であれば、変換効率を十分に高くすることができる。
The distance between the
上記「電解液6」は、半導体電極2及び触媒電極5の各々の少なくとも一部に含有され、且つ半導体電極2と触媒電極5との間に充填されている。電解液6は、通常、半導体電極2及び触媒電極5のそれぞれの全体に含有されており、これにより変換効率が向上するため好ましい。
The “
電解液6には、電解質の他、通常、溶媒及び各種の添加剤物等が含有される。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。
In addition to the electrolyte, the
電解液6に含有される溶媒は、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溶媒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、ブチロニトリル、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、ベンゾニトリル類のニトリル類、(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。
The solvent contained in the
電解液6は、透光性基板1又は透光性導電性8と、セラミック基板3又は集電電極4との間を、半導体電極2等の周囲において樹脂又はガラスにより封着し、形成される密閉空間に注入することで、半導体電極2及び触媒電極5の各々に含有させ、且つこれらの間に充填させることができる。この密閉空間への電解液6の注入は、透光性基板1の側からでも、セラミック基板3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、電解液をより容易に注入することができる。
The
注入口は、透光性基板1又はセラミック基板3のいずれの側に設けてもよいが、例えば、透光性基板1がガラス基板である場合は穿孔が容易ではない。一方、セラミック基板はガラス基板に比べて穿孔し易く、特に、未焼成シートのうちに孔開けパンチ等を用いて極めて容易に穿孔することもできる。そのため、セラミック基板3に注入口を設けることが好ましい。更に、電解液6は、透光性基板1又は透光性導電性8と、セラミック基板3又は集電電極4との間を樹脂又はガラスにより封着することで形成された接合部7に設けられた注入口から注入することもできる。
The injection port may be provided on either side of the translucent substrate 1 or the ceramic substrate 3. For example, when the translucent substrate 1 is a glass substrate, it is not easy to perforate. On the other hand, a ceramic substrate is easier to perforate than a glass substrate, and in particular, it can be extremely easily perforated using a punch or the like in a green sheet. Therefore, it is preferable to provide an injection port in the ceramic substrate 3. Further, the
半導体電極2の周囲の封着に用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、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
本発明の色素増感型太陽電池では、図1〜3のように、透光性基板1の一面に、通常、透光性導電層8が設けられる。この透光性導電層8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8の材質は特に限定されず、導電性酸化物からなる薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等が挙げられる。この透光性導電層8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。
この透光性導電層8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1の場合と同じである。
In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the translucent conductive layer 8 is usually provided on one surface of the translucent substrate 1 as shown in FIGS. The translucent conductive layer 8 only needs to have translucency and conductivity. The material of the translucent conductive layer 8 is not particularly limited, and examples thereof include a thin film made of conductive oxide and a carbon thin film. Examples of the conductive oxide include indium oxide, tin-doped indium oxide, tin oxide, and fluorine-doped tin oxide (FTO). The thickness of the transparent conductive layer 8 is also different depending on the material, but are not limited to, surface resistance 100 [Omega / cm 2 or less, particularly preferably 1~10Ω / cm 2 become thick.
The translucent meaning and preferable visible light transmittance of the translucent conductive layer 8 are the same as those of the translucent substrate 1.
透光性導電層8は、導電性酸化物及び炭素等の微粒子を含有するペーストを、透光性基板1の一面に塗布し、必要に応じて加熱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。更に、この透光性導電層8は、スパッタリング法、蒸着法等により、透光性基板1の一面に導電性酸化物等を堆積させて形成することもできる。 The translucent conductive layer 8 can be formed by applying a paste containing a conductive oxide and fine particles such as carbon to one surface of the translucent substrate 1 and heating as necessary. Examples of the coating method include various methods such as a doctor blade method, a squeegee method, and a spin coating method. Furthermore, the translucent conductive layer 8 can also be formed by depositing a conductive oxide or the like on one surface of the translucent substrate 1 by sputtering, vapor deposition, or the like.
また、透光性基板1と透光性導電層8との間(図3参照)、又は透光性導電層8の表面に、透光性基板1の側の集電電極9を設けることもできる。この集電電極9は、半導体電極2を取り囲むように、又は半導体電極2を所定の領域に分割するように配設することができる。この所定の領域に分割するように配設するとは、完全に連続した集電電極9により分割されている場合のみでなく、集電電極9の一部に不連続な部分がある場合も意味する。より具体的には、集電電極9の平面形状は、例えば、格子状、網目状、櫛歯状、放射状等とすることができる。この集電電極9に取り出し電極を連設することもでき、この取り出し電極から電力を取り出すことができる。
Further, a
この集電電極9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。この集電電極9は、白金、金等の貴金属、タングステン、チタン、ニッケルなどの金属により形成することができる。また、この集電電極9が、透光性基板1と透光性導電層8との間に設けられたとき、及び透光性導電層8の表面に設けられ、且つ樹脂、ガラス等で保護されるときは、集電電極9と電解液6とは接触しない。一方、集電電極9が、透光性導電層8の表面に設けられ、樹脂、ガラス等で保護されないときは、集電電極9と電解液6とが接触することになる。このように集電電極9が電解液6と接触するときとしないときとがあるが、いずれの場合も、耐食性に優れ、且つ安価なタングステンを用いることが好ましい。更に、この集電電極9は、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により形成することができ、ペーストを用いるスクリーン印刷法などにより形成することもできる。取り出し電極は、この集電電極9の形成時に、同時に一体に形成することができる。
The width and thickness of the
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
以下のようにして図1に示す色素増感型太陽電池101を製造した。
実施例1
(1)半導体電極の作製
表面に透光性導電層8が形成されたガラス基板(透光性基板1、日本板硝子社製)の透光性導電層8の表面に、市販のチタニアペースト(Solaronix社製、商品名「Ti−Nanoxide D/SP」)をスクリーン印刷法により5mm□に塗布した。これを120℃で30分予備乾燥し、次いで、マッフル炉(モトヤマ社製、型式「SK−2030D」)を用いて500℃で30分保持して焼成し、半導体電極2を作製するための多孔質電極基体を形成した。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
The dye-sensitized
Example 1
(1) Production of Semiconductor Electrode A commercially available titania paste (Solaronix) is formed on the surface of the light-transmitting conductive layer 8 of the glass substrate (translucent substrate 1, manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) on which the light-transmitting conductive layer 8 is formed. The product name “Ti-Nanoxide D / SP”) manufactured by the company was applied to 5 mm □ by the screen printing method. This was pre-dried at 120 ° C. for 30 minutes, and then held and fired at 500 ° C. for 30 minutes using a muffle furnace (manufactured by Motoyama, model “SK-2030D”) to produce a
一方、氷冷した水に四塩化チタンを溶解させ、0.05モル/リットル濃度の水溶液を調製した。その後、この四塩化チタン水溶液に、その表面に多孔質電極基体が形成されたガラス基板を浸漬し、水溶液を昇温させて70℃で30分保持して塩化チタン処理を行った。次いで、ガラス基板を水溶液から取り出し、蒸留水で十分に洗浄し、室温で30分乾燥した。その後、塩化チタン処理された多孔質電極基体を、上記マッフル炉を用いて500℃で30分保持して再度焼成した。 On the other hand, titanium tetrachloride was dissolved in ice-cooled water to prepare an aqueous solution having a concentration of 0.05 mol / liter. Thereafter, a glass substrate having a porous electrode substrate formed on the surface thereof was immersed in the aqueous titanium tetrachloride solution, and the aqueous solution was heated and maintained at 70 ° C. for 30 minutes to perform titanium chloride treatment. Next, the glass substrate was taken out of the aqueous solution, washed thoroughly with distilled water, and dried at room temperature for 30 minutes. Thereafter, the porous electrode substrate treated with titanium chloride was baked again by holding at 500 ° C. for 30 minutes using the muffle furnace.
また、ルテニウム有機錯体[Ru2,2bipyridil-4,4-dicarboxylate(TBA)2(NCS)2](小島化学社製、商品名「N−719」)を、アセトニトリルとtert−ブタノールとの混合溶媒に溶解させ、5×10−4モル/リットル濃度のアセトニトリル/tert−ブタノール溶液を調製した。次いで、このルテニウム有機錯体溶液に、塩化チタン処理された多孔質電極基体及びガラス基板を18時間浸漬し、多孔質電極基体に増感色素であるルテニウム有機錯体を付着させて半導体電極2を作製した。
Further, a ruthenium organic complex [Ru2,2bipyridil-4,4-dicarboxylate (TBA) 2 (NCS) 2 ] (trade name “N-719”, manufactured by Kojima Chemical Co., Ltd.) is used as a mixed solvent of acetonitrile and tert-butanol. After dissolution, an acetonitrile / tert-butanol solution having a concentration of 5 × 10 −4 mol / liter was prepared. Next, a porous electrode substrate and a glass substrate treated with titanium chloride were immersed in this ruthenium organic complex solution for 18 hours, and a ruthenium organic complex as a sensitizing dye was adhered to the porous electrode substrate to produce a
(2)触媒電極の作製
アルミナ基板(セラミック基板3)の一面に、上記の半導体電極2と同じ形状及び大きさのタングステンメタライズ層(集電電極4となる。)を形成し、このタングステンメタライズ層の表面に、活性炭が保持されたフッ素樹脂シート(ジャパンゴアテックス社製)を導電性接着剤を用いて貼着し、触媒電極5を作製した。
(2) Production of catalyst electrode A tungsten metallized layer (which becomes the current collecting electrode 4) having the same shape and size as the
(3)色素増感型太陽電池の製造
ブチロニトリルに、0.05モルのI2、0.1モルのLiI、0.6モルのDimethylpropylimidazolium iodide及び0.5モルの4-tert-butylpyridineを混入させ、電解液6を調製した。更に、樹脂シート(三井デュポンポリケミカル社製、商品名「ハイミラン1702」)に、半導体電極2の寸法に合わせて8mm□の開口部を設けたスペーサーを形成し、図1のように、透光性基板1とセラミック基板3とをスペーサーを介して対向させ、形成された空間内に上記の電解液6を注射器により注入し、注入後、直ちに隙間をクリップにより封止し、色素増感型太陽電池101を製造した。
(3) Production of dye-sensitized solar cell 0.05 mol of I 2 , 0.1 mol of LiI, 0.6 mol of dimethylpropylimidazolium iodide and 0.5 mol of 4-tert-butylpyridine were mixed in butyronitrile. An
(4)性能評価
上記(3)で製造した色素増感太陽電池に、ハロゲンランプを用いて20mW/cm2の光を照射し、スタンダードボルタンメトリーツール(北斗電工社製、型式「HSV−100」)を用いて電流−電圧曲線を測定し、開放電圧(VOC)、短絡電流密度(JSC)、フィルファクター(FF)及び光電変換効率(η)を求めた。
ここで、開放電圧(VOC)は、電流値0mAのときの電圧値である。短絡電流密度(JSC)は、電圧値0Vのときの電流値を半導体電極の面積で除したものである。フィルファクター(FF)は、曲線因子ともいわれるものであり、(JMAX×VMAX)/(JSC×VOC)で表される(JMAX、VMAXは電流−電圧曲線において電力値が最大となる点の電流密度値及び電圧値である。)。光電変換効率(η)は、入射光から電気エネルギーへの変換効率であり、100×(VOC×JSC×FF)/P0で計算される(P0は入射光強度である。)。
性能評価の結果、Vocは0.757V、Jscは3.42mA/cm2、FFは0.715、ηは9.25%であった。
(4) Performance Evaluation The dye-sensitized solar cell produced in (3) above was irradiated with 20 mW / cm 2 of light using a halogen lamp, and a standard voltammetry tool (model “HSV-100” manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) Was used to measure the current-voltage curve, and the open circuit voltage (V oc ), short circuit current density (J SC ), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) were determined.
Here, the open circuit voltage (V OC ) is a voltage value when the current value is 0 mA. The short circuit current density (J SC ) is obtained by dividing the current value at a voltage value of 0 V by the area of the semiconductor electrode. The fill factor (FF) is also referred to as a fill factor, and is represented by (J MAX × V MAX ) / (J SC × V OC ) (J MAX , V MAX is the maximum power value in the current-voltage curve). Current density value and voltage value at the point. The photoelectric conversion efficiency (η) is the conversion efficiency from incident light to electrical energy, and is calculated by 100 × (V OC × J SC × FF) / P 0 (P 0 is the incident light intensity).
As a result of the performance evaluation, Voc was 0.757 V, Jsc was 3.42 mA / cm 2 , FF was 0.715, and η was 9.25%.
比較例1
タングステンからなる集電電極4の表面に白金をスパッタして触媒電極4を形成した他は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を製造し、同様にして性能を評価した。
性能評価の結果、Vocは0.746V、Jscは3.50mA/cm2、FFは0.722、ηは9.41%であった。
この結果と、上記の実施例1の結果とから、活性炭が保持された多孔質樹脂シートを触媒電極として用いた本発明の色素増感型太陽電池の性能は、白金からなる触媒電極を用いた従来のものと同等の性能を有していることが分かる。
Comparative Example 1
A dye-sensitized solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that platinum was sputtered onto the surface of the
As a result of the performance evaluation, Voc was 0.746 V, Jsc was 3.50 mA / cm 2 , FF was 0.722, and η was 9.41%.
From this result and the result of Example 1 above, the performance of the dye-sensitized solar cell of the present invention using the porous resin sheet holding activated carbon as the catalyst electrode was determined using a catalyst electrode made of platinum. It turns out that it has the performance equivalent to the conventional one.
尚、本発明では、上記の実施例の記載に限られず、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、電解液としては、イオン液体を主成分として含有するものを用いることもできる。イオン液体は、電解液を100質量%とした場合に、50質量%以上、特に90質量%以上(100質量%であってもよい。)含有される。このイオン液体としては、ヨウ化物の常温溶融塩を用いることができる。このヨウ化物の常温溶融塩としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、ピラゾリジウム塩、イソチアゾリジニウム塩及びイソオキサゾリジニウム塩等の各種の常温溶融塩が挙げられる。ヨウ化物の常温溶融塩のうちではイミダゾリウム塩が好ましい。これらの常温溶融塩は種類の異なる2種以上を併用することもできる。 It should be noted that the present invention is not limited to the description of the above-described embodiments, and can be variously modified embodiments within the scope of the present invention. For example, as the electrolytic solution, one containing an ionic liquid as a main component can be used. The ionic liquid is contained in an amount of 50% by mass or more, particularly 90% by mass or more (or 100% by mass) when the electrolytic solution is 100% by mass. As this ionic liquid, a room temperature molten salt of iodide can be used. Examples of the room temperature molten salt of iodide include various room temperature molten salts such as imidazolium salt, pyridinium salt, pyrrolidinium salt, pyrazolidium salt, isothiazolidinium salt, and isoxazolidinium salt. Of the room temperature molten salts of iodide, imidazolium salts are preferred. These room temperature molten salts may be used in combination of two or more different types.
101、102、103;色素増感型太陽電池、1;透光性基板(ガラス基板)、2;半導体電極、3;セラミック基板(アルミナ基板)、4;タングステンからなる集電電極、5;触媒電極、51;多孔質樹脂層、52;活性炭、6;電解液、7;接合部、8;透光性導電層、9;透光性基板の側の集電電極。
101, 102, 103; dye-sensitized solar cell, 1; translucent substrate (glass substrate), 2; semiconductor electrode, 3; ceramic substrate (alumina substrate), 4; collector electrode made of tungsten, 5;
Claims (6)
該透光性基板1の一面側に設けられ、且つ増感色素を有する半導体電極2と、
該透光性基板1の該一面側に対向して配置されたセラミック基板3と、
該セラミック基板3の表面に該半導体電極2に対向して設けられ、且つタングステンを含有する集電電極4と、
該集電電極4の表面に設けられた触媒電極5と、
該半導体電極2及び該触媒電極5の各々の少なくとも一部に含有され、且つ該半導体電極2と該触媒電極5との間に充填された電解液6と、を備え、
該触媒電極5は、多孔質樹脂層51と、該多孔質樹脂層51に保持された活性炭52とを有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 A translucent substrate 1;
A semiconductor electrode 2 provided on one side of the translucent substrate 1 and having a sensitizing dye;
A ceramic substrate 3 disposed to face the one surface side of the translucent substrate 1;
A collector electrode 4 provided on the surface of the ceramic substrate 3 so as to face the semiconductor electrode 2 and containing tungsten;
A catalyst electrode 5 provided on the surface of the current collecting electrode 4;
An electrolyte 6 contained in at least a part of each of the semiconductor electrode 2 and the catalyst electrode 5 and filled between the semiconductor electrode 2 and the catalyst electrode 5;
The catalyst electrode 5 includes a porous resin layer 51 and activated carbon 52 held by the porous resin layer 51.
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