JP2006310252A - Transparent electrode, dye-sensitized solar cell having it and dye-sensitized solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透明電極、並びにこれを備えた色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a transparent electrode, and a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module including the transparent electrode.
従来、いわゆる対向型と称される色素増感型太陽電池が知られている。そして、この対向型の色素増感型太陽電池として、透明導電膜が形成された透明基板を2枚用い、片方の透明基板の透明導電膜上にナノサイズの粒径を有し可視光を透過する酸化チタンを製膜した光電極を形成し、もう一方の透明基板の透明導電膜上には酸化還元対としてのヨウ素(I−/I3 −)の還元触媒となる白金の微粒子若しくは薄膜を対極として形成し、これら2枚の透明基板を、光電極と対極とが向き合うように対向させるとともにその間にヨウ素(I−/I3 −)を含有する電解液を封入したものとすることにより、全体として透光性を有するものとしたものが提案されている(例えば、非特許文献1)。このような太陽電池は、その透光性を利用して、窓や、サンルーム屋根などへ設置可能な太陽電池への応用が期待されている。 Conventionally, a dye-sensitized solar cell called a so-called facing type is known. And as this counter type dye-sensitized solar cell, two transparent substrates on which a transparent conductive film is formed are used, and a nano-sized particle size is transmitted on the transparent conductive film of one transparent substrate, and visible light is transmitted. A photoelectrode on which titanium oxide is formed is formed, and fine particles or thin films of platinum serving as a reduction catalyst for iodine (I − / I 3 − ) as a redox pair are formed on the transparent conductive film of the other transparent substrate. By forming these two transparent substrates as a counter electrode so that the photoelectrode and the counter electrode face each other and enclosing an electrolyte containing iodine (I − / I 3 − ) therebetween, What has translucency as a whole has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). Such solar cells are expected to be applied to solar cells that can be installed on windows, solarium roofs, and the like by utilizing the translucency.
一方、太陽電池セルを複数有する太陽電池モジュールを、より安価に製造することのできる太陽電池として、いわゆる3層型の色素増感型太陽電池が知られている(例えば、非特許文献2)。図5は、従来の3層型の色素増感型太陽電池モジュールを示す断面図である。図5に示す3層型の色素増感型太陽電池モジュール300においては、透明基板1の一面上に、レーザによるスクライブ等により形成された溝20を介して互いに離間する複数の膜部分に分けられた透明導電膜2が形成されている。
On the other hand, a so-called three-layer dye-sensitized solar cell is known as a solar cell that can manufacture a solar cell module having a plurality of solar cells at a lower cost (for example, Non-Patent Document 2). FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional three-layer dye-sensitized solar cell module. The three-layer dye-sensitized
そして、透明基板1の一面上には、複数の太陽電池セル40が設けられている。太陽電池40は、透明導電膜2のうち一の膜部分と電気的に接続されている受光電極3と、絶縁性の多孔体からなるセパレータ4と、透明導電膜2のうち他の膜部分と電気的に接続されており炭素電極からなる対極8と、がこの順でそれぞれ塗布及び焼結により積層された3層構造を有する。受光電極3においては、酸化チタンからなる多孔体に増感色素が吸着されている。受光電極3、セパレータ4及び対極8の各層の多孔体には、電解液が含浸されている。
A plurality of
これら複数の太陽電池セル40は、透明導電膜2を介して互いに電気的に直列に接続されている。更に、色素増感型太陽電池モジュール300の透明基板1と反対側の面は、アルミ箔30の一方の面に加熱による接合が可能な樹脂からなる接着フィルム15をラミネートし、他方の面に樹脂フィルム16をラミネートした防湿フィルムでシールされており、接着フィルム15は熱融着によって太陽電池セル40の間を埋めるように流動して、太陽電池セル40を封止している。
The plurality of
このような構成を有する3層型の色素増感型太陽電池モジュールは、1枚の透明基板を用いて得ることができ、また、太陽電池セルを印刷等による塗布及び焼結によって形成させることができるため、大型のモジュールであっても安価に製造できるという利点がある。
上記のような対向型の色素増感型太陽電池の場合、受光電極及び対極を有する構成単位としての太陽電池セルから得られる電圧は、セル1個当り0.8V程度と比較的低い。そのため、大型の太陽電池モジュールとして利用するためには、この構成単位の複数を、外部回路を介して直列に接続する必要がある。また、透明導電膜が形成された透明基板は高価であり、これに係るコストが太陽電池モジュール全体に占める割合が大きいが、対向型の場合、透明基板を最低2枚用いる必要があり、製造コストが高くなる傾向にある。したがって、対向型の色素増感型太陽電池を採用した透光性の太陽電池モジュールは、実用上十分なエネルギー変換効率を確保しつつ、製造コストを抑制することは困難であった。 In the case of the counter type dye-sensitized solar cell as described above, the voltage obtained from the solar cell as a structural unit having the light receiving electrode and the counter electrode is relatively low at about 0.8 V per cell. Therefore, in order to use as a large-sized solar cell module, it is necessary to connect a plurality of the structural units in series via an external circuit. In addition, the transparent substrate on which the transparent conductive film is formed is expensive, and the cost of this is large in the entire solar cell module. However, in the case of the opposed type, it is necessary to use at least two transparent substrates. Tend to be higher. Therefore, a translucent solar cell module that employs a counter-type dye-sensitized solar cell is difficult to suppress the manufacturing cost while ensuring practically sufficient energy conversion efficiency.
一方、3層型の色素増感型太陽電池の場合、その対極として、塗布及び焼結による形成が可能で、比較的良好な還元特性を有する炭素電極が広く用いられている。しかし、この炭素電極が透明性を有しないために、3層型の色素増感型太陽電池は、上記のように大型の太陽電池モジュールを安価に製造することができるものの、十分なエネルギー変換効率を維持しつつ、全体として透光性のものとすることができなかった。 On the other hand, in the case of a three-layer dye-sensitized solar cell, a carbon electrode that can be formed by coating and sintering and has relatively good reduction characteristics is widely used as the counter electrode. However, since this carbon electrode does not have transparency, the three-layer dye-sensitized solar cell can produce a large-sized solar cell module at a low cost as described above, but has sufficient energy conversion efficiency. While maintaining the above, it was not possible to achieve a translucent structure as a whole.
そこで、本発明は、色素増感型太陽電池の対極に用いられたときに、大きなエネルギー変換効率が得られる透明電極を提供することを目的とする。また、本発明は、全体として透光性を有し、且つ、エネルギー変換効率の大きい色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the transparent electrode which can obtain big energy conversion efficiency, when it is used for the counter electrode of a dye-sensitized solar cell. Another object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module that are translucent as a whole and have high energy conversion efficiency.
上記課題を解決するため、本発明の透明電極は、透明導電性金属酸化物粒子と、遷移金属を含んでいる触媒粒子と、を含有する。 In order to solve the above problems, the transparent electrode of the present invention contains transparent conductive metal oxide particles and catalyst particles containing a transition metal.
透明導電性金属酸化物粒子と上記触媒粒子とを組み合わせ、全体として透明になるように電極を形成させたことによって、本発明の透明電極が、色素増感型太陽電池の対極に用いられたときに、大きなエネルギー変換効率を得ることが可能となった。エネルギー変換効率向上の効果は、電解液中に存在する酸化還元対の酸化体の透明電極の表面における還元反応の反応速度が、触媒粒子の存在により大きく向上したことによって発現したと考えられる。透明電極中の触媒粒子の割合が大きくなると、電極全体として透明性を保つことが困難となることが予想される。ところが、全体として透明性を維持できる程度の割合又は形態で触媒粒子を含有している透明電極であっても、対極として用いたときに大きなエネルギー変換効率が得られることを、本発明者らは見出した。 When the transparent electrode of the present invention is used as a counter electrode of a dye-sensitized solar cell by combining the transparent conductive metal oxide particles and the catalyst particles and forming an electrode so as to be transparent as a whole. In addition, it has become possible to obtain a large energy conversion efficiency. The effect of improving the energy conversion efficiency is considered to be manifested by the fact that the reaction rate of the reduction reaction on the surface of the transparent electrode of the oxidized form of the redox couple present in the electrolyte is greatly improved by the presence of the catalyst particles. As the ratio of the catalyst particles in the transparent electrode increases, it is expected that it becomes difficult to maintain the transparency of the entire electrode. However, the present inventors have shown that a large energy conversion efficiency can be obtained even when a transparent electrode contains catalyst particles in a proportion or form that can maintain transparency as a whole when used as a counter electrode. I found it.
上記の透明導電性金属酸化物粒子は、In2O3:Sn、SnO2:F、SnO2:Sb、ZnO:Al、ZnO:Ga、In2O3:Zn、TiO2:Nb及びTiO2:Taからなる群より選ばれる少なくとも1種の透明導電性金属酸化物を含んでいることが好ましい。これらの透明導電性金属酸化物を用いることにより、エネルギー変換効率を特に高いレベルのものとすることができる。さらに、これらの中でも、化学的耐久性及び導電性を向上させる観点から、TiO2:Nb及び/又はTiO2:Taがより好ましい。なお、以下の説明において、TiO2:Nb及びTiO2:Taは、いずれもアナターゼ型の結晶型を有するものを指すものとする。 The transparent conductive metal oxide particles include In 2 O 3 : Sn, SnO 2 : F, SnO 2 : Sb, ZnO: Al, ZnO: Ga, In 2 O 3 : Zn, TiO 2 : Nb, and TiO 2. : It is preferable to contain at least one transparent conductive metal oxide selected from the group consisting of Ta. By using these transparent conductive metal oxides, the energy conversion efficiency can be particularly high. Furthermore, among these, TiO 2 : Nb and / or TiO 2 : Ta are more preferable from the viewpoint of improving chemical durability and conductivity. In the following description, TiO 2 : Nb and TiO 2 : Ta both refer to those having an anatase type crystal form.
本発明の色素増感型太陽電池は、透明基板と、当該透明基板上に形成された透明導電膜と、当該透明導電膜上に形成され、増感色素及び酸化物半導体を含有し透明導電膜と電気的に接続されている受光電極、電解質を保持している絶縁性の多孔体を有するセパレータ、並びに透明導電膜と電気的に接続されている対極がこの順で積層された太陽電池セルと、を備え、対極が上記本発明の透明電極を有するものである。 The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a transparent substrate, a transparent conductive film formed on the transparent substrate, and a transparent conductive film formed on the transparent conductive film and containing a sensitizing dye and an oxide semiconductor. A photovoltaic cell in which a light receiving electrode electrically connected to the separator, a separator having an insulating porous body holding an electrolyte, and a counter electrode electrically connected to the transparent conductive film are laminated in this order; , And the counter electrode has the transparent electrode of the present invention.
この本発明の色素増感型太陽電池は、上記本発明の透明電極を対極に用いていることにより、全体として透光性を有し、且つ、エネルギー変換効率も大きいものとなった。 The dye-sensitized solar cell of the present invention has translucency as a whole and has high energy conversion efficiency by using the transparent electrode of the present invention as a counter electrode.
上記色素増感型太陽電池においては、透明導電膜が、TiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含むことが好ましい。TiO2:Nb及びTiO2:Taは高い化学的耐久性及び優れた導電性を有するため、透明導電膜がTiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含むと、全体として高い透光性を確保しながら、エネルギー変換効率がより大きく、且つ、長期にわたり高いエネルギー変換効率を高水準に維持できる色素増感型太陽電池を実現することができる。なお、TiO2:Nb及びTiO2:Taの結晶型は、いずれもアナターゼ型である。 In the dye-sensitized solar cell, the transparent conductive film preferably contains TiO 2 : Nb and / or TiO 2 : Ta. Since TiO 2 : Nb and TiO 2 : Ta have high chemical durability and excellent conductivity, when the transparent conductive film contains TiO 2 : Nb and / or TiO 2 : Ta, high translucency is obtained as a whole. It is possible to achieve a dye-sensitized solar cell that has higher energy conversion efficiency and can maintain high energy conversion efficiency at a high level over a long period of time while ensuring. The crystal forms of TiO 2 : Nb and TiO 2 : Ta are both anatase types.
さらに、透明導電膜がTiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含むとエネルギー変換効率がより大きくなるのは、このような透明導電膜を光電極側に備える色素増感型太陽電池においてはリーク電流の発生を抑制できることが一因であるとも考えられる。なお、リーク電流が発生するメカニズムは、必ずしも明らかではないが、電解質と接触している透明導電膜の結晶面と電解質との相性に依存するものと考えられ、透明導電膜に含まれる元素の種類を選択することによってもリーク電流が小さくなる。TiO2:Nb及び/又はTiO2:Taは、このようにリーク電流を抑制し、高いエネルギー変換効率を得る点で優れた材料であると考えられる。 Further, when the transparent conductive film contains TiO 2 : Nb and / or TiO 2 : Ta, the energy conversion efficiency becomes higher in a dye-sensitized solar cell including such a transparent conductive film on the photoelectrode side. It can be considered that one of the reasons is that generation of leakage current can be suppressed. Note that the mechanism of leakage current generation is not necessarily clear, but is considered to depend on the compatibility between the crystal plane of the transparent conductive film in contact with the electrolyte and the electrolyte, and the types of elements contained in the transparent conductive film The leakage current is also reduced by selecting. TiO 2 : Nb and / or TiO 2 : Ta are considered to be excellent materials in terms of suppressing leakage current and obtaining high energy conversion efficiency.
また、上記色素増感型太陽電池において使用する電解質は、1気圧における沸点が300℃以下である溶媒(以下、「低沸点溶媒」という。)の含有量を当該電解質の全質量基準で50質量%以下とすることができる。低沸点溶媒の含有量が50質量%以下の電解質を用いた色素増感型太陽電池は、低沸点溶媒の含有量が50質量%を超える電解質を用いた色素増感型太陽電池よりも高温での耐久性が向上するため、高温状態にて使用してもエネルギー変換効率の低下を十分に抑制できる。低沸点溶媒の含有率が50質量%以下であると、電解質から溶媒成分が揮発することを十分に抑制でき、電解質の変質が十分に防止されるためである。なお、本発明において、電解質とは電子を通さずイオンのみを通す物質をいい、電解質としては液状のもの(電解液)やゲル状のものなどがある。 The electrolyte used in the dye-sensitized solar cell has a content of a solvent having a boiling point of 300 ° C. or less at 1 atm (hereinafter referred to as “low boiling point solvent”) based on the total mass of the electrolyte of 50 mass. % Or less. A dye-sensitized solar cell using an electrolyte having a low-boiling solvent content of 50% by mass or less is higher in temperature than a dye-sensitized solar cell using an electrolyte having a low-boiling solvent content exceeding 50% by mass. Therefore, even if it uses in a high temperature state, the fall of energy conversion efficiency can fully be suppressed. This is because when the content of the low boiling point solvent is 50% by mass or less, the solvent component can be sufficiently prevented from volatilizing from the electrolyte, and the alteration of the electrolyte is sufficiently prevented. In the present invention, the electrolyte refers to a substance that allows only ions to pass through without passing electrons, and examples of the electrolyte include liquid (electrolyte) and gel.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、透明基板と、当該透明基板上に形成された透明導電膜と、当該透明導電膜上に形成され、増感色素及び酸化物半導体を含有し透明導電膜と電気的に接続されている受光電極、電解質を保持している絶縁性の多孔体を有するセパレータ、並びに透明導電膜と電気的に接続されている対極がこの順で積層された複数の太陽電池セルと、当該複数の太陽電池セルを封止しているシール層と、を備え、対極が上記本発明の透明電極を有し、複数の太陽電池セルが、透明導電膜を介して互いに電気的に接続されているものである。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention includes a transparent substrate, a transparent conductive film formed on the transparent substrate, and a transparent conductive film formed on the transparent conductive film and containing a sensitizing dye and an oxide semiconductor. A plurality of solar cells in which a light-receiving electrode electrically connected to a film, a separator having an insulating porous body holding an electrolyte, and a counter electrode electrically connected to a transparent conductive film are laminated in this order A battery cell and a sealing layer sealing the plurality of solar cells, the counter electrode has the transparent electrode of the present invention, and the plurality of solar cells are electrically connected to each other through the transparent conductive film. Connected.
この本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、上記本発明の透明電極を対極に用いていることにより、全体として透光性を有し、且つ、エネルギー変換効率も大きいものとなった。また、大型のモジュールであっても、安価に製造することが可能となった。 This dye-sensitized solar cell module of the present invention has translucency as a whole and high energy conversion efficiency by using the transparent electrode of the present invention as a counter electrode. In addition, even large modules can be manufactured at low cost.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、シール層の透明基板と反対側の面上に積層された、透明な無機材料層及びこれの両面に積層された透明支持基板を有する積層シートを備えることが好ましい。これにより、全体としての透明性を維持しつつ、太陽電池セルの吸湿等による劣化を十分に防止することができる。 A dye-sensitized solar cell module of the present invention includes a laminated sheet having a transparent inorganic material layer and a transparent support substrate laminated on both sides thereof, which are laminated on the surface of the sealing layer opposite to the transparent substrate. It is preferable. Thereby, deterioration by moisture absorption etc. of a photovoltaic cell can fully be prevented, maintaining the transparency as a whole.
本発明の透明電極は、特に3層型の色素増感型太陽電池の対極において好適に用いることができ、大きなエネルギー変換効率が得られる。また、本発明の色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールは、全体として透光性を有し、且つ、エネルギー変換効率が大きい。また、本発明の色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールの場合、透明基板側(受光電極側)ばかりでなく、その反対側の面からの受光によっても発電することが可能である。 The transparent electrode of the present invention can be suitably used particularly for the counter electrode of a three-layer dye-sensitized solar cell, and a large energy conversion efficiency can be obtained. Moreover, the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention have translucency as a whole and have high energy conversion efficiency. Further, in the case of the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention, it is possible to generate power not only by the transparent substrate side (light receiving electrode side) but also by light received from the opposite surface. is there.
以下、場合により図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as the case may be. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明による色素増感型太陽電池の一実施形態を示す断面図である。図1に示す色素増感型太陽電池100は、透明基板1と、透明基板1の一方面側(図中下側)において透明基板1と隣接するとともに、溝9を介して互いに離間する第1の膜部分2a及び第2の膜部分2bを有する透明導電膜と、第1の膜部分2aの透明基板1と反対側の面上に設けられた受光電極3と、受光電極3と対向配置され、第2の膜部分2bと接するように透明基板1と略垂直な方向に延出した延出部8aを有する対極8と、受光電極3及び対極8の間に挟まれるともに第1の膜部分2a及び第2の膜部分2bの間にも挟まれるように形成されたセパレータ4とを備えている。そして、受光電極3、セパレータ4及び対極8からなる太陽電池セル40は、その外周面を覆うように設けられたシール層5によって封止されている。さらに、対極8のセパレータ4と反対側の面上には、透明基板6が設けられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a dye-sensitized solar cell according to the present invention. A dye-sensitized
この色素増感型太陽電池100においては、透明基板1の太陽電池セル40と反対側(図中上側)の面F1から入射した光が受光電極3に達したときに、受光電極3中の酸化物半導体に吸着されている増感色素が励起され、この増感色素から酸化物半導体へ電子が注入される。そして、酸化物半導体に注入された電子は、第1の膜部分2aに集められて外部に取り出される。取り出された電子は、外部に接続された負荷を経由した後、第2の膜部分2bを経て対極8に達し、更に、セパレータ4に保持された電解液中の酸化還元対によって受光電極3まで運ばれて、増感色素を還元する。このように電子を循環させることで、色素増感型太陽電池100は太陽電池として機能する。
In this dye-sensitized
対極8は、透明導電性金属酸化物粒子と、遷移金属を含んでいる触媒粒子とを含有し、全体が透明になるように形成された透明電極からなる。対極8は、これを透かして反対側が視認できる程度の透明性であって、色素増感型太陽電池100が用いられる用途において必要とされる程度の透明性を有していればよい。
The
上記の透明導電性金属酸化物粒子としては、透明導電膜を形成可能な透明導電性金属酸化物を含んでいる粒子であって、単独で製膜されたときに、透明電極を形成することが可能な程度の透明性及び導電性を有するものが用いられる。この透明導電性金属酸化物粒子は、In2O3:Sn(ITO)、SnO2:F(FTO)、SnO2:Sb(ATO)、ZnO:Al(AZO)、ZnO:Ga(GZO)、In2O3:Zn(IZO)、アナターゼ型TiO2:Nb及びアナターゼ型TiO2:Taからなる群より選択される少なくとも1種の透明導電性金属酸化物を含んでいることが好ましい。ここで、In2O3:Snは、インジウムを酸化スズに置換固溶したもので、スズドープ酸化インジウムとも称されるものである。同様に、SnO2:Fはフッ素ドープ酸化スズ、SnO2:Sbはアンチモンドープ酸化スズ、ZnO:Alはアルミニウムドープ酸化亜鉛、ZnO:Gaはガリウムドープ酸化亜鉛、In2O3:Znは亜鉛ドープ酸化インジウム、TiO2:Nbはニオブドープ酸化チタン、TiO2:Taはタンタルドープ酸化チタンとも称されるものである。 As said transparent conductive metal oxide particle | grains, it is the particle | grains containing the transparent conductive metal oxide which can form a transparent conductive film, Comprising: When formed into a film independently, a transparent electrode can be formed. Those having transparency and conductivity as much as possible are used. The transparent conductive metal oxide particles include In 2 O 3 : Sn (ITO), SnO 2 : F (FTO), SnO 2 : Sb (ATO), ZnO: Al (AZO), ZnO: Ga (GZO), It is preferable to contain at least one transparent conductive metal oxide selected from the group consisting of In 2 O 3 : Zn (IZO), anatase TiO 2 : Nb, and anatase TiO 2 : Ta. Here, In 2 O 3 : Sn is a solid solution in which indium is substituted with tin oxide, and is also referred to as tin-doped indium oxide. Similarly, SnO 2 : F is fluorine-doped tin oxide, SnO 2 : Sb is antimony-doped tin oxide, ZnO: Al is aluminum-doped zinc oxide, ZnO: Ga is gallium-doped zinc oxide, In 2 O 3 : Zn is zinc-doped Indium oxide, TiO 2 : Nb is also called niobium-doped titanium oxide, and TiO 2 : Ta is also called tantalum-doped titanium oxide.
これらの中でも、透明導電性金属酸化物がTiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含むことが好ましい。対極8が、透明導電性金属酸化物としてTiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含んでいると、TiO2:Nb及びTiO2:Taは、In2O3:SnやZnO:Alなどよりも化学的耐久性に優れるため、対極8の耐久性、ひいてはこれを備える色素増感型太陽電池100の耐久性が向上する。またTiO2:Nb及びTiO2:Taは、SnO2:Sbなどと比較して優れた導電性を有しているため、色素増感型太陽電池100の変換効率も向上する。即ち透明導電性金属酸化物がTiO2:Nb及び/又はTiO2:Taを含むと、高い耐久性と高いエネルギー変換効率を両立させることができる。
Of these, transparent electrically conductive metal oxide is TiO 2: Nb and / or TiO 2: preferably contains Ta. When the
なお、本明細書においては、「置換固溶される側の金属酸化物の金属原子の数に対する置換固溶する原子の数の割合(%)」を、置換固溶する原子のドープ率と定義すると、In2O3:Snの場合はIn2O3に含まれるIn原子の数に対するSn原子の数の割合がSnのドープ率である。 In the present specification, “the ratio (%) of the number of substituted solid solution atoms to the number of metal atoms of the metal oxide on the substitutional solid solution side” is defined as the doping rate of substituted solid solution atoms. Then, in the case of In 2 O 3 : Sn, the ratio of the number of Sn atoms to the number of In atoms contained in In 2 O 3 is the Sn doping rate.
ここで、In2O3:Snにおいては、Snのドープ率は1〜25%であることが好ましい。同様に、In2O3:Znにおいては、Znのドープ率は1〜25%、SnO2:Fにおいては、Fのドープ率は5〜50%、SnO2:Sbにおいては、Snのドープ率は5〜55%、ZnO:Alにおいては、Alのドープ率は1〜25%、ZnO:GaにおいてはGaのドープ率は1〜25%、In2O3:ZnにおいてはZnのドープ率は1〜25%、TiO2:Nbにおいては、Nbのドープ率は0.5〜20%、TiO2:Taにおいては、Taのドープ率は0.5〜20%であることが好ましい。 Here, In 2 O 3: In Sn, it is preferable that the doping ratio of Sn is 1 to 25%. Similarly, in In 2 O 3 : Zn, the doping rate of Zn is 1 to 25%, in SnO 2 : F, the doping rate of F is 5 to 50%, and in SnO 2 : Sb, the doping rate of Sn 5-55% is, ZnO: in Al, the doping ratio of Al is 1~25%, ZnO: 1~25% doping ratio of Ga in the Ga, in 2 O 3: doping ratio of Zn in the Zn is In the case of 1 to 25%, TiO 2 : Nb, the doping rate of Nb is preferably 0.5 to 20%, and in TiO 2 : Ta, the doping rate of Ta is preferably 0.5 to 20%.
上記透明導電性金属酸化物において、ドープ率が下限未満では、下限以上である場合に比べて電気伝導性が小さくなるので、これを対極8に用い色素増感型太陽電池の形状因子及び変換効率が低下する傾向がある。一方、ドープ率が上限を超えると、ドープ率が上限以下である場合に比べて、光透過率が小さくなる傾向がある。 In the transparent conductive metal oxide, when the doping rate is less than the lower limit, the electrical conductivity is reduced as compared with the case where the doping rate is equal to or higher than the lower limit. Tends to decrease. On the other hand, when the doping rate exceeds the upper limit, the light transmittance tends to be smaller than when the doping rate is equal to or lower than the upper limit.
透明電極中の透明導電性金属酸化物粒子は、平均粒径が5〜150nmであることが好ましい。この平均粒径が5nm未満であると、粒子間の間隙が狭くなるために透明電極中を酸化還元対が拡散しにくくなって、エネルギー変換効率が低下する傾向にある。また、平均粒径が150nmを超えると光散乱のため透明性が低下する傾向にある。ここで、透明導電性金属酸化物粒子の平均粒径は、透明電極の薄片を透過型電子顕微鏡で観察し、観察視野中の透明導電性金属酸化物粒子の粒径(内径の最大値)の平均値として求められる値である。 The transparent conductive metal oxide particles in the transparent electrode preferably have an average particle size of 5 to 150 nm. If the average particle size is less than 5 nm, the gap between the particles becomes narrow, so that the redox couple is difficult to diffuse in the transparent electrode, and the energy conversion efficiency tends to be lowered. On the other hand, when the average particle size exceeds 150 nm, the transparency tends to decrease due to light scattering. Here, the average particle diameter of the transparent conductive metal oxide particles is obtained by observing the thin piece of the transparent electrode with a transmission electron microscope and measuring the particle diameter (maximum inner diameter) of the transparent conductive metal oxide particles in the observation field. This is a value obtained as an average value.
触媒粒子は、遷移金属を、単独の金属として、又は遷移金属を有する金属化合物として含んでいる粒子である。この触媒粒子は、上記の透明導電性金属酸化物粒子とともに、全体として透明となるような混合比率、形態等で透明電極中に存在している。触媒粒子は、Pt、Co、Fe、Ni及びMnからなる群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属を含んでいることが好ましい。 The catalyst particles are particles containing a transition metal as a single metal or as a metal compound having a transition metal. The catalyst particles are present in the transparent electrode together with the transparent conductive metal oxide particles in a mixing ratio, form and the like that are transparent as a whole. The catalyst particles preferably contain at least one transition metal selected from the group consisting of Pt, Co, Fe, Ni, and Mn.
触媒粒子の好適な具体例としては、Pt金属を含んでいる(又はPtからなる)Pt粒子や、La0.7Sr0.3Co0.9Fe0.1O3のようなCo、Fe、Ni、Mn等の遷移金属を有する複合酸化物を含んでいる複合酸化物粒子が挙げられる。触媒粒子としてPt粒子又は複合酸化物粒子を用いることにより、透明性を維持しつつ、特に大きなエネルギー変換効率が得られる。 Preferable specific examples of the catalyst particles include Pt particles containing (or consisting of) Pt metal, and Co, Fe such as La 0.7 Sr 0.3 Co 0.9 Fe 0.1 O 3. And composite oxide particles containing a composite oxide having a transition metal such as Ni and Mn. By using Pt particles or composite oxide particles as catalyst particles, particularly high energy conversion efficiency can be obtained while maintaining transparency.
触媒粒子の平均粒径は、150nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。触媒粒子の平均粒径が150nmを超えると、酸化還元対の還元反応速度が低下する傾向にあるため、大きなエネルギー変換効率を得るためには触媒粒子の比率を高める必要があるが、触媒粒子の比率を高めると、電極の透明性が低下する傾向にある。また、触媒粒子の平均粒径が大きくなると、その混合比率が低かったとしても電極の透明性が低下する傾向にある。触媒粒子の平均粒径は、2nm以上であることが好ましい。なお、触媒粒子の平均粒径は、透明導電性金属酸化物粒子の平均粒径について上述したのと同様に、透過型電子顕微鏡を用いた方法で求められる値である。 The average particle diameter of the catalyst particles is preferably 150 nm or less, and more preferably 50 nm or less. When the average particle diameter of the catalyst particles exceeds 150 nm, the reduction reaction rate of the redox couple tends to decrease. Therefore, in order to obtain a large energy conversion efficiency, it is necessary to increase the ratio of the catalyst particles. When the ratio is increased, the transparency of the electrode tends to decrease. Further, when the average particle size of the catalyst particles is increased, the transparency of the electrode tends to be lowered even if the mixing ratio is low. The average particle diameter of the catalyst particles is preferably 2 nm or more. The average particle diameter of the catalyst particles is a value obtained by a method using a transmission electron microscope, as described above for the average particle diameter of the transparent conductive metal oxide particles.
対極8を形成している透明電極は、触媒粒子を、上記の透明導電性金属酸化物粒子の量に対して0.01〜10質量%の割合で含有することが好ましく、0.01〜2質量%の割合で含有することがより好ましい。触媒粒子の割合が0.01質量%未満であるとエネルギー変換効率が低下する傾向にあり、10質量%を超えると透明性が低下する傾向にある。
The transparent electrode forming the
以上のような透明導電性金属酸化物粒子及び触媒粒子を含有している透明電極は、例えば、透明導電性金属酸化物粒子及び触媒粒子それぞれをメタノール等の溶剤に分散させた分散液を混合した混合液から、加熱により溶剤を除去して、透明導電性金属粒子に触媒粒子が担持された粒子混合物を得、これにエチルセルロース等の増粘剤を加えて調製した透明電極形成用のペーストをセパレータ等に塗布し、加熱して溶剤を除去することにより、形成させることができる。ペーストの塗布は、スクリーン印刷法等の通常の方法で行うことができる。透明導電性金属酸化物粒子及び触媒粒子をそれぞれ分散させた分散液は、公知の方法で調製することができる。 The transparent electrode containing the transparent conductive metal oxide particles and the catalyst particles as described above is, for example, mixed with a dispersion obtained by dispersing the transparent conductive metal oxide particles and the catalyst particles in a solvent such as methanol. The solvent is removed from the mixed solution by heating to obtain a particle mixture in which catalyst particles are supported on transparent conductive metal particles, and a transparent electrode forming paste prepared by adding a thickener such as ethyl cellulose to the separator is used as a separator. It can be formed by applying to the surface of the film and heating to remove the solvent. The paste can be applied by a normal method such as a screen printing method. The dispersion liquid in which the transparent conductive metal oxide particles and the catalyst particles are dispersed can be prepared by a known method.
透明基板1は、ガラス、透明プラスチック、無機物透明結晶体等の光を透過する材料で形成された透光性の基板であればよい。ガラス基板としては、その表面を適当に荒らすなどして光の反射を低減した、すりガラス状の半透明のものを用いることもできる。
The
透明基板1の一方面上には、透明導電膜の第1の膜部分2a及び第2の膜部分2bが、底面に透明基板1が露出している溝9を介して互いに離間した位置に形成されている。第1の膜部分2aは、受光電極3とともにいわゆる光電極を構成しており、第2の膜部分2bは対極8と外部回路との電気的な接続を媒介する。この透明導電膜は、In2O3:Sn、SnO2:F、SnO2:Sb、ZnO:Al、ZnO:Ga、In2O3:Zn、TiO2:Nb及びTiO2:Ta等の透明導電性金属酸化物により好適に形成される。これらの中でも、高いエネルギー変換効率と耐久性を兼ね備えるという点から、TiO2:Nb及びTiO2:Taが好ましい。
On one surface of the
受光電極3は、酸化物半導体粒子で形成された多孔体及びこれに吸着した増感色素を含有している。受光電極3を構成する酸化物半導体は、半導体として機能する金属酸化物であれば特に限定されるものではないが、好適な具体例としては、TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3、WO3、ZrO2、La2O3、Ta2O5、SrTiO3、BaTiO3等が挙げられる。これらの酸化物半導体の中でも、アナターゼ型のTiO2が好ましい。
The
また、受光電極3中の増感色素は、可視光領域または赤外光領域の光により励起されて電子を放出する色素であれば特に限定されるものではないが、特に、200〜10000nmの波長の光により励起されて電子を放出するものが好ましい。このような増感色素としては、金属錯体や有機色素等を用いることができる。金属錯体としては銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン、クロロフィルまたはその誘導体、ヘミン、ルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体(例えば、シス−ジシアネート−N,N’−ビス(2、2’−ビピリジル−4、4’−ジカルボキシレート)ルテニウム(II))等が挙げられる。有機色素としては、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素等を用いることができる。なお、通常、色素増感型太陽電池100を透過する光は、この増感色素に由来する色に着色されたものとなる。
The sensitizing dye in the light-receiving
受光電極3は、増感色素の電子の放出に寄与する可視光領域または赤外光領域の光の透過性を有していれば透明性について特に限定されるものではないが、受光電極3を透かして反対側が視認できる程度の透明性であって、色素増感型太陽電池100が用いられる用途において必要とされる程度の透明性を有していることが好ましい。
The
セパレータ4は、受光電極3及び対極8の対向面間を充填するとともに、受光電極3の側面と対極8の延出部8aとの間、並びに溝9も充填するように設けられている。
The
セパレータ4においては、絶縁性材料からなる透明な絶縁性の多孔体に、液状またはゲル状の電解質が保持されている。電解質は、溶媒に溶解した酸化還元対を含んでおり、この酸化還元対によって、受光電極3と対極8との間の電子の受け渡しが媒介される。なお、この電解質は、通常、その一部が受光電極3内や対極8内にも浸透している。
In the
セパレータ4における絶縁性の多孔体は、例えば、ガラスビーズ、二酸化ケイ素(シリカ)等の粒子で形成される。この絶縁性の多孔体は、塗布及び焼結によって形成することが可能なものが好ましく、具体的には、シリカ粒子を焼結した絶縁性の多孔体が好ましい。シリカ粒子を焼結した多孔体が好ましい理由は、当該多孔体は屈折率が低く光散乱が小さいため、良好な透明性を有するためである。また、当該多孔体は、良好な透明性を確保するため、平均粒径が5〜150nmであることが好ましい。
The insulating porous body in the
電解質の溶質としては、酸化還元対I3 −/I−を生じるヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化1−メチル3−プロピルイミダゾリウム、酸化還元対Br3 −/Br−を生じる臭化リチウム、酸化還元対ハイドロキノン/キノンを生じるキノン等が挙げられ、これらの中でも、特に酸化還元対としてI3 −/I−を生じる溶質を好適に用いることができる。電解質には、更に、受光電極3から電解質中の酸化体への電子の移動を抑制するための添加剤として、例えば、4−tert−ブチルピリジン等を含有させてもよい。
The solute of the electrolyte, a redox pair I 3 - causing - / I - iodide dimethylpropyl imidazolium produce, lithium iodide, 1-methyl 3-propyl imidazolium, redox couple Br 3 - / Br Examples thereof include lithium bromide, quinone that produces redox couple hydroquinone / quinone, and among these, solutes that produce I 3 − / I − as the redox couple can be preferably used. The electrolyte may further contain, for example, 4-tert-butylpyridine as an additive for suppressing the transfer of electrons from the
電解質中の溶媒としては、有機溶剤や水を使用できるが、電気的に不活性で、比誘電率が高くかつ粘度の低いものが好ましい。例えば、メトキシプロピオニトリル、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒、エチレンカーボネート、プロプレンカーボネート等のカーボネート系溶媒等が挙げられる。 As the solvent in the electrolyte, an organic solvent or water can be used, but a solvent that is electrically inactive, has a high dielectric constant, and a low viscosity is preferable. Examples thereof include nitrile solvents such as methoxypropionitrile and acetonitrile, lactone solvents such as γ-butyrolactone and valerolactone, and carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate.
ここで、電解質中の低沸点溶媒の含有量は、当該電解質の全質量基準で50質量%以下とすることができる。電解質中に含まれる低沸点溶媒の含有量が50質量%以下である電解質を用いると、高温での耐久性が向上するため、高温状態にて使用してもエネルギー変換効率の低下を十分に抑制できる。低沸点溶媒の含有率が50質量%以下であると、電解質から溶媒成分が揮発することを十分に抑制でき、電解質の変質が十分に防止されるためである。なお、1気圧における沸点が300℃を超える溶媒としては、室温付近で液体状態をとるイオン液体を用いることができ、具体的には、ヨウ化1−メチル3−プロピルイミダゾリウムなどのイミダゾリウム塩類を使用できる。 Here, the content of the low-boiling solvent in the electrolyte can be 50% by mass or less based on the total mass of the electrolyte. Use of an electrolyte with a low-boiling solvent content of 50% by mass or less in the electrolyte improves durability at high temperatures, so even if it is used in a high temperature state, the decrease in energy conversion efficiency is sufficiently suppressed. it can. This is because when the content of the low boiling point solvent is 50% by mass or less, the solvent component can be sufficiently prevented from volatilizing from the electrolyte, and the alteration of the electrolyte is sufficiently prevented. As the solvent having a boiling point of more than 300 ° C. at 1 atm, an ionic liquid that takes a liquid state near room temperature can be used. Specifically, imidazolium salts such as 1-methyl 3-propylimidazolium iodide are used. Can be used.
シール層5は、太陽電池セル40の内部に保持されている電解質が外部へ漏れ出すことを防止することを主な目的として設けられている。シール層5は、例えば、熱可塑性樹脂、熱架橋型樹脂、エポキシ系接着剤等で形成させることができる。必要に応じて、対極8と透明基板6との間にも同様のシール層を配置してもよい。
The
透明基板6は、先に述べた透明基板1と同様の透明基板である。
The
以上のような構成を有する色素増感型太陽電池100は、例えば、以下のような方法により製造することができる。
The dye-sensitized
まず、透明基板1の一方面上に、透明導電膜を形成させる。透明導電膜は、スプレーコート法、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法及びゾルゲル法等の薄膜製造技術を用いて形成することが好ましい。そして、この透明導電膜の一部を、レーザスクライブ法等の方法で除去して溝9を形成し、互いに離間する第1及び第2の膜部分2a,2bを形成する。
First, a transparent conductive film is formed on one surface of the
続いて、所定の粒径(好ましくは平均粒径5〜150nm程度)の酸化物半導体粒子を分散溶媒に分散させた分散液を、バーコーター法、印刷法などで第1の膜部分2a上に塗布してから分散溶媒を除去し、さらに加熱して酸化物半導体粒子を焼結して、酸化物半導体粒子からなる多孔体を形成させる。このとき用いる分散溶媒としては、水、有機溶媒、または両者の混合溶媒等、酸化物半導体粒子を分散できるものであればよい。また、分散液中には必要に応じて界面活性剤、粘度調節剤等を加えてもよい。
Subsequently, a dispersion in which oxide semiconductor particles having a predetermined particle size (preferably an average particle size of about 5 to 150 nm) are dispersed in a dispersion solvent is applied onto the
酸化物半導体粒子からなる多孔体を形成させる他の方法として、第1の膜部分2a上にTiO2等の酸化物半導体を膜状に蒸着させる方法を採用してもよい。例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着のような物理蒸着法を用いてもよく、酸素等の反応性ガス中で金属等を蒸発させ、反応生成物を透明導電膜上に堆積させる反応蒸着法を用いてもよい。あるいは、反応ガスの流れを制御したCVD等の化学蒸着法を用いることもできる。
As another method for forming a porous body made of oxide semiconductor particles, a method of depositing an oxide semiconductor such as TiO 2 in the form of a film on the
次に、この酸化物半導体粒子からなる多孔体の第1の膜部分2aと反対側の面及び一側面を覆うとともに、溝9を充填する絶縁性の多孔体をセパレータ4の絶縁性の多孔体として形成させる。この絶縁性の多孔体は、例えば、シリカ粒子が分散した分散液(スラリー)を塗布し、これを乾燥及び焼結して形成させることができる。
Next, the insulating porous body covering the surface opposite to the
続いて、上記絶縁性の多孔体の、酸化物半導体粒子からなる多孔体と反対側の面上に、上記本発明の透明電極からなる対極8を、第2の膜部分2bと電気的に接続される延出部8aが形成されるように形成させる。透明電極は、上述した透明電極形成用のペーストを、セパレータ4の多孔体上に塗布し、これを乾燥及び焼結して形成させることができる。この場合の乾燥及び焼結の条件としては、例えば、通常のITO透明導電膜を形成させる際に一般に行われているのと同様の条件を採用することができる。
Subsequently, the
形成された酸化物半導体粒子からなる多孔体に、増感色素を付着(化学吸着、物理吸着または堆積など)させて、受光電極3を形成させる。付着は、例えば色素を含む溶液中に多孔体を浸漬する方法により行うことができる。この際、溶液を加熱し還流させるなどして増感色素の吸着、堆積を促進してもよい。なお、受光電極3内に混入している、光電変換反応を阻害する不純物を除去する表面酸化処理を、受光電極3に対して適宜施してもよい。
A light-
そして、受光電極3、セパレータ4及び対極8で構成された太陽電池セル40に、対極8側から電解質を充填し、シール層5を形成させて、色素増感型太陽電池100が得られる。あるいは、シール層5を形成させた後に電解質を含浸させてもよい。
And the
図2は、本発明による色素増感型太陽電池モジュールを示す断面図である。図2に示す色素増感型太陽電池モジュール200においては、透明基板1の一面上に透明導電膜2が形成されている。透明導電膜2にはレーザによるスクライブ等により溝20が形成されており、透明導電膜2は、この溝20を介して互いに離間している複数の膜部分を有している。透明導電膜2上には、色素増感型太陽電池100と同様の太陽電池セル40が複数設けられており、この複数の太陽電池セル40は、透明導電膜2を介して直列に電気的に接続されている。なお、太陽電池セルは、透明導電膜を介して並列に電気的に接続されていてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a dye-sensitized solar cell module according to the present invention. In the dye-sensitized
太陽電池セル40において、受光電極3は透明導電膜2のうち一の膜部分と接しており、対極8は透明導電膜2のうち他の膜部分と接しており、これにより、受光電極8及び対極8はそれぞれの膜部分に電気的に接続されている。
In the
更に、2枚の透明支持基板11a,11bの間に透明な無機材料層12が挟まれた積層シート10が、加熱による接合が可能な樹脂からなるシール層5を挟んで、透明基板1と反対側から積層されている。
Further, the
透明支持基板11a,11bとしては、PETフィルム等が用いられる。無機材料層12は、透明性を有し、かつ防湿性のある無機材料で形成される。例えば、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等の酸化物を単独又は複数種用いて、透明支持基板上に蒸着、スパッタ等で薄膜状に製膜して、形成される。
A PET film or the like is used as the
積層シート10は、例えば、加熱による接合が可能な樹脂フィルムを挟んで透明基板1と反対側から積層シート10を貼り合わせた状態で加熱することによって、積層される。またこのとき、樹脂フィルムが太陽電池セル40を覆うように流動してこれを封止するとともに透明導電膜2と密着して、シール層5となる。シール層5を形成するために用いる樹脂としては、例えば、ポリイソブチレン等が挙げられる。
The
色素増感型太陽電池モジュール200は、太陽電池セル40を複数形成させる他は、色素増感型太陽電池100と同様にして製造することができる。各層の形成は、スクリーン印刷等の印刷法を利用して、一括して行うことができる。
The dye-sensitized
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、以上のような実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、透明基板1の透明導電膜2と反対側の面上には反射防止層や紫外線カット層が設けられていてもよいし、各層間に所望の機能を有する層が設けられていてもよい。
Needless to say, the dye-sensitized solar cell module of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, an antireflection layer or an ultraviolet cut layer may be provided on the surface of the
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
図1に示す色素増感型太陽電池と同様の構成を有し、透光性を有する色素増感型太陽電池であって、In2O3:Sn粒子(Snドープ率:17%、平均粒径50nm)及びPt粒子(平均粒径10nm)が互いに均一に混合して形成された透明電極を対極として有するものを作製した。
Example 1
1 is a dye-sensitized solar cell having the same configuration as the dye-sensitized solar cell shown in FIG. 1 and having translucency, In 2 O 3 : Sn particles (Sn doping ratio: 17%, average particle size) A transparent electrode having a diameter of 50 nm) and Pt particles (average particle diameter of 10 nm) uniformly mixed with each other was prepared as a counter electrode.
透明基板としてのガラス基板上に、SnO2:Fの透明導電膜を形成させ、これをYAGレーザでスクライブして、第1の膜部分及び第2の膜部分に分割した。次いで、第1の膜部分上の所定の位置に、アナターゼ型のTiO2粒子(平均粒径20nm)を焼結してTiO2の多孔体(厚さ6μm)を形成させた後、TiO2の多孔体上に、シリカ粒子(平均粒径:40nm)の分散液を塗布及び焼結して絶縁性の多孔体を形成した。
A SnO 2 : F transparent conductive film was formed on a glass substrate as a transparent substrate, and this was scribed with a YAG laser to divide the film into a first film portion and a second film portion. Then, a predetermined position on the first membrane portion, after forming TiO 2 porous body (thickness 6 [mu] m) by sintering anatase TiO 2 particles (
続いて、絶縁性の多孔体を覆うように、対極としての透明電極を形成させた。透明電極の形成においては、まず、In2O3:Sn粒子及びPt粒子をそれぞれメタノールに分散させた分散液を、Pt粒子の割合がIn2O3:Sn粒子に対して0.1質量%となるような割合で混合し、これにターピネオールを加えてからメタノールを蒸発させて、In2O3:Sn粒子にPt粒子が担持された粒子混合物を調製した。そして、これをエチルセルロールを加えて調製したペーストを、セパレータ上にスクリーン印刷によって塗布し、150℃で10分間加熱して乾燥後、500℃で15分の加熱により焼結して、透明電極からなる対極(厚さ8μm)を形成させた。 Subsequently, a transparent electrode as a counter electrode was formed so as to cover the insulating porous body. In the formation of the transparent electrode, first, a dispersion obtained by dispersing In 2 O 3 : Sn particles and Pt particles in methanol, respectively, and the proportion of Pt particles is 0.1% by mass with respect to In 2 O 3 : Sn particles. Then, terpineol was added thereto, and then methanol was evaporated to prepare a particle mixture in which Pt particles were supported on In 2 O 3 : Sn particles. Then, a paste prepared by adding ethyl cellulose was applied to the separator by screen printing, heated at 150 ° C. for 10 minutes, dried, and then sintered by heating at 500 ° C. for 15 minutes. A counter electrode (thickness: 8 μm) was formed.
次に、増感色素であるRuthenium 535bis−TBA(商品名(旧名「N719」)、Soloronix社製)を、TiO2の多孔体に吸着させた。増感色素の吸着は、全体を増感色素の0.3Mエタノール溶液に浸漬した状態で室温で48時間放置することによって行った。 Next, Ruthenium 535bis-TBA (trade name (former name “N719”), manufactured by Sololonix), which is a sensitizing dye, was adsorbed on a porous body of TiO 2 . Adsorption of the sensitizing dye was performed by leaving the whole in a 0.3 M ethanol solution of the sensitizing dye and allowing it to stand at room temperature for 48 hours.
更に、各層の多孔体に、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.6M)、ヨウ素(0.1M)、及び4−tert−ブチルピリジン(0.5M)をγ−ブチロラクトンに溶解させた液状の電解質を充填し、シール層をポリイソブチレンで形成させて、色素増感型太陽電池を得た。溶媒として用いたγ−ブチロラクトンの含有量は、電解質の全質量基準で82質量%であった。 Further, a liquid electrolyte in which dimethylpropylimidazolium iodide (0.6M), iodine (0.1M), and 4-tert-butylpyridine (0.5M) are dissolved in γ-butyrolactone in the porous body of each layer. And a seal layer was formed of polyisobutylene to obtain a dye-sensitized solar cell. The content of γ-butyrolactone used as a solvent was 82% by mass based on the total mass of the electrolyte.
(実施例2)
触媒粒子として、Pt粒子に代えてLa0.7Sr0.3Co0.9Fe0.1O3粒子(平均粒径:15nm)を用い、この粒子の割合がIn2O3:Sn粒子に対して1.5質量%となるような割合でペーストを調製した他は、実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 2)
As catalyst particles, La 0.7 Sr 0.3 Co 0.9 Fe 0.1 O 3 particles (average particle size: 15 nm) were used instead of Pt particles, and the proportion of these particles was In 2 O 3 : Sn particles. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the paste was prepared at a ratio of 1.5% by mass.
(比較例1)
対極として、In2O3:Sn粒子のみからなる透明電極(厚さ8μm)を形成させた他は、実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a transparent electrode (thickness: 8 μm) composed only of In 2 O 3 : Sn particles was formed as a counter electrode.
(色素増感型太陽電池の電流−電圧特性) (Current-voltage characteristics of dye-sensitized solar cells)
上記の実施例及び比較例で作製した色素増感型太陽電池について、ソーラーシミュレータ(ワコム製、商品名「WXS−85−H型」)を用いて、AMフィルター(AM1.5)を通したキセノンランプ光源からの疑似太陽光を照射(100mW/cm2)しながら、I−Vテスターを用いて室温にて電流−電圧特性を測定した。図3は、色素増感型太陽電池の電流−電圧特性を示すグラフである。 About the dye-sensitized solar cell produced by said Example and comparative example, the xenon which let the AM filter (AM1.5) pass using a solar simulator (the product name "WXS-85-H type" by Wacom). The current-voltage characteristics were measured at room temperature using an IV tester while irradiating pseudo sunlight from a lamp light source (100 mW / cm 2 ). FIG. 3 is a graph showing current-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell.
得られた電流−電圧特性から、短絡電流密度Jsc(mA・cm−2)、開放電圧Voc(V)、及び形状因子F.F.を求め、これらの値を用いて、下記式(1)によりエネルギー変換効率η[%]を求めた(表1)。ただし、式(1)中、P0は入射光強度(mW/cm2)を示す。
η=100×(Voc×Jsc×F.F.)/P0 ・・・(1)
η = 100 × (Voc × Jsc × FF) / P 0 (1)
表1に示されるように、In2O3:Sn粒子とPt粒子又は遷移金属の複合酸化物の粒子を含有する透明電極を対極とした実施例1及び2の色素増感型太陽電池は、触媒粒子を含有しない透明電極を対極とした比較例1よりも、エネルギー変換効率が大きく向上することが確認された。 As shown in Table 1, the dye-sensitized solar cells of Examples 1 and 2 using the transparent electrode containing In 2 O 3 : Sn particles and Pt particles or transition metal composite oxide particles as a counter electrode, It was confirmed that the energy conversion efficiency was greatly improved as compared with Comparative Example 1 in which a transparent electrode containing no catalyst particles was used as a counter electrode.
(実施例3)
図2に示したものと同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを、以下の手順で作製した。
(Example 3)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as that shown in FIG. 2 was produced by the following procedure.
まず、ガラス基板上に、SnO2:F又はIn2O3:Sn(Snドープ率:17%)の透明導電膜を形成し、これをYAGレーザで所定の位置及び線幅でスクライブして、複数の膜部分に分割した。そして、アナターゼ型酸化チタンを溶剤に分散したペーストを、それぞれの膜部分上の所定の位置にスクリーン印刷により塗布後、乾燥させて、受光電極を形成するための酸化チタンの多孔体を形成させた。更に、この多孔体上に、ガラスビーズ又はシリカ粒子を分散したペーストをスクリーン印刷により塗布してから、100〜150℃で5〜20分間の加熱により乾燥して、セパレータとしての絶縁性の多孔体を形成させた。 First, a transparent conductive film of SnO 2 : F or In 2 O 3 : Sn (Sn doping ratio: 17%) is formed on a glass substrate, and this is scribed at a predetermined position and line width with a YAG laser, Divided into multiple membrane portions. And the paste which disperse | distributed the anatase type titanium oxide in the solvent was apply | coated to the predetermined position on each film | membrane part by screen printing, and it was made to dry, and the porous body of the titanium oxide for forming a light receiving electrode was formed. . Further, a paste in which glass beads or silica particles are dispersed is applied on the porous body by screen printing, and then dried by heating at 100 to 150 ° C. for 5 to 20 minutes, so that an insulating porous body as a separator Formed.
続いて、セパレータの透明基板と反対側の面を覆うとともに、酸化チタンの多孔体及びセパレータの側面に沿って透明電極に対して略垂直に延出し、隣接する膜部分と接する延出部が形成されるように、対極としての透明電極を形成させた。この際、透明導電性金属酸化物粒子としてのIn2O3:Sn粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)と、触媒粒子としてのPt粒子を、触媒粒子の割合が透明導電性金属酸化物粒子に対して0.1質量%となるような比率で溶剤に分散したペーストをスクリーン印刷によって塗布してから、100〜150℃で5〜20分間加熱して乾燥させた後、450〜500℃で10〜30分間の加熱により全体を焼結して、透明電極を形成させた。 Subsequently, the surface of the separator opposite to the transparent substrate is covered, and the porous portion of titanium oxide and the side surface of the separator are extended substantially perpendicular to the transparent electrode to form an extended portion in contact with the adjacent film portion. As described above, a transparent electrode as a counter electrode was formed. In this case, In 2 O 3 : Sn particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) as transparent conductive metal oxide particles and Pt particles as catalyst particles are transparent in the ratio of catalyst particles. After applying a paste dispersed in a solvent at a ratio of 0.1% by mass with respect to the conductive metal oxide particles by screen printing, heating and drying at 100 to 150 ° C. for 5 to 20 minutes The whole was sintered by heating at 450 to 500 ° C. for 10 to 30 minutes to form a transparent electrode.
次に、増感色素としてのN719と、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.6M)、ヨウ化リチウム(0.1M)、及び4−tert−ブチルピリジンをγ−ブチロラクトンに溶解させた電解液とを混合した混合液を、対極の側から含浸させた。この含浸により、受光電極中に増感色素を吸着させた。また、このとき、電解液は、受光電極、セパレータ及び対極の各層の多孔体中の粒子間だけでなく、それぞれの粒子表面の微細な細孔にも捕捉された。 Next, N719 as a sensitizing dye, an electrolytic solution in which dimethylpropylimidazolium iodide (0.6M), lithium iodide (0.1M), and 4-tert-butylpyridine are dissolved in γ-butyrolactone; Was mixed from the counter electrode side. By this impregnation, the sensitizing dye was adsorbed in the light receiving electrode. At this time, the electrolytic solution was captured not only between the particles in the porous body of each layer of the light receiving electrode, the separator and the counter electrode, but also in the fine pores on the surface of each particle.
更に、蒸着により形成された透明な無機材料層としてのシリカ(SiO2)と、これの両面に設けられた2枚の透明支持基板としてのPETとを有する積層シートを、熱可塑性樹脂シートを介した熱融着により対極側から積層して、複数の太陽電池セルが内部で直列に接続された数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。 Further, a laminated sheet having silica (SiO 2 ) as a transparent inorganic material layer formed by vapor deposition and PET as two transparent support substrates provided on both sides of the laminated sheet is interposed through a thermoplastic resin sheet. Thus, several types of dye-sensitized solar cell modules in which a plurality of solar cells were connected in series inside were obtained from the counter electrode side by heat fusion.
(実施例4)
In2O3:Sn粒子(Snドープ率:17%、平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)及びPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)をそれぞれメタノールに分散させた分散液を、Pt粒子の割合がIn2O3:Sn粒子に対して0.01〜10質量%となるような割合で混合し、これにターピネオールを加えてからメタノールを蒸発させて、In2O3:Sn粒子にPt粒子が担持された粒子混合物を調製した。そして、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、In2O3:Sn粒子やPt粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
Example 4
In 2 O 3 : Sn particles (Sn doping ratio: 17%, average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) and Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) are methanol, respectively. The dispersion was dispersed in a ratio such that the ratio of Pt particles was 0.01 to 10% by mass with respect to In 2 O 3 : Sn particles, and terpineol was added thereto, and then methanol was evaporated. Thus, a particle mixture in which Pt particles were supported on In 2 O 3 : Sn particles was prepared. And several types of dye-sensitized dyes having different average particle diameters of In 2 O 3 : Sn particles and Pt particles were obtained in the same manner as in Example 3 except that a counter electrode was formed using a paste dispersed in ethyl cellulose. A solar cell module was produced.
得られた各色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。対極(透明電極)をTEMにより観察したところ、エネルギー変換効率等の点で性能の特に高かったものの対極におけるPt粒子の平均粒径は5〜50nmであった。 It was confirmed that each of the obtained dye-sensitized solar cell modules has translucency and generates power with sunlight, as in the conventional one using a carbon electrode as a counter electrode. When the counter electrode (transparent electrode) was observed by TEM, the average particle size of Pt particles in the counter electrode was 5 to 50 nm, although the performance was particularly high in terms of energy conversion efficiency and the like.
なお、Pt粒子の平均粒径が150nm以上である他は同様にして作製した色素増感型太陽電池モジュールは、エネルギー変換効率等の太陽電池性能がやや低下するだけでなく、透光性も低下する傾向にあった。 The dye-sensitized solar cell module produced in the same manner except that the average particle size of the Pt particles is 150 nm or more not only slightly decreases the solar cell performance such as energy conversion efficiency but also decreases the translucency. Tended to be.
(実施例5)
触媒粒子としてのCo粒子(平均粒径:20nm、粒径分布:10〜80nmをIn2O3:Sn粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Co粒子及びIn2O3:Sn粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Example 5)
Preparation of Co particles (average particle size: 20 nm, particle size distribution: 10 to 80 nm) supported on In 2 O 3 : Sn particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) as catalyst particles Then, except that the counter electrode was formed by using a paste in which this was dispersed in ethyl cellulose, the same manner as in Example 3, several types of dye-sensitized dyes having different average particle diameters of Co particles and In 2 O 3 : Sn particles A solar cell module was produced.
得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。なお、対極において、Coの一部は酸化コバルト(CoO)に変化していたが、これによる太陽電池としての機能の低下は特に認められなかった。 It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode. In the counter electrode, a part of Co was changed to cobalt oxide (CoO), but the deterioration of the function as a solar cell due to this was not particularly recognized.
(実施例6)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)を透明導電性金属酸化物粒子としてのSnO2:F粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びSnO2:F粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 6)
Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) as catalyst particles are SnO 2 : F particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) as transparent conductive metal oxide particles. The Pt particles and the SnO 2 : F particles have different average particle diameters in the same manner as in Example 3, except that a support electrode is formed using a paste dispersed in ethyl cellulose. Several types of dye-sensitized solar cell modules were obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例7)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)を、透明導電性金属酸化物粒子としてのSnO2:Sb粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びSnO2:Sb粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 7)
Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) as catalyst particles were SnO 2 : Sb particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 20) as transparent conductive metal oxide particles. 150 nm) was prepared, and the counter electrode was formed using a paste dispersed in ethyl cellulose, and the average particle size of Pt particles and SnO 2 : Sb particles was the same as in Example 3. Several different types of dye-sensitized solar cell modules were obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例8)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)を、透明導電性金属酸化物粒子としてのZnO:Al粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びZnO:Al粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 8)
Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) as catalyst particles and ZnO: Al particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) as transparent conductive metal oxide particles. In the same manner as in Example 3, several types having different average particle diameters of Pt particles and ZnO: Al particles were prepared in the same manner as in Example 3 except that a paste was dispersed in ethyl cellulose and a counter electrode was formed. The dye-sensitized solar cell module was obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例9)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)を、透明導電性金属酸化物粒子としてのZnO:Ga粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びZnO:Ga粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
Example 9
Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) as catalyst particles and ZnO: Ga particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution: 20 to 150 nm) as transparent conductive metal oxide particles. In the same manner as in Example 3, except that a counter electrode was formed using a paste dispersed in ethyl cellulose, several types having different average particle diameters of Pt particles and ZnO: Ga particles were prepared. The dye-sensitized solar cell module was obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例10)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:10nm、粒径分布:5〜50nm)を、透明導電性金属酸化物粒子としてのIn2O3:Zn粒子(平均粒径:70nm、粒径分布:20〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びIn2O3:Zn粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 10)
Pt particles (average particle size: 10 nm, particle size distribution: 5 to 50 nm) as catalyst particles, and In 2 O 3 : Zn particles (average particle size: 70 nm, particle size distribution) as transparent conductive metal oxide particles. 20 to 150 nm) was prepared, and a counter electrode was formed using a paste in which this was dispersed in ethyl cellulose, and in the same manner as in Example 3, Pt particles and In 2 O 3 : Zn particles Several types of dye-sensitized solar cell modules having different average particle diameters were obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例11)
積層シートとして、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上にシリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)又は酸化亜鉛(ZnO)を蒸着して、透明な無機材料層としての薄膜を形成し、この薄膜上にPETフィルムをラミネートした積層シートを用いた他は、実施例3と同様にして、積層シートにおける無機材料層の材料の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを作製した。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、何れも、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 11)
As a laminated sheet, silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is vapor-deposited on a PET (polyethylene terephthalate) film, and transparent Except for using a laminated sheet in which a thin film was formed as an inorganic material layer and a PET film was laminated on the thin film, several types of dye sensitization with different materials of the inorganic material layer in the laminated sheet were performed in the same manner as in Example 3. Type solar cell module was produced. It was confirmed that all of the obtained dye-sensitized solar cell modules had translucency and generated electricity by sunlight as in the conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例12)
対極としての透明電極を形成させるにあたり、In2O3:Sn粒子を使用する代わりにSnO2:Sb粒子(平均粒径50nm)を使用し、Pt粒子の割合がSnO2:Sb粒子に対して0.1質量%となるような割合でペーストを調製した他は、実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 12)
In forming a transparent electrode as a counter electrode, SnO 2 : Sb particles (average particle size 50 nm) are used instead of In 2 O 3 : Sn particles, and the ratio of Pt particles is based on SnO 2 : Sb particles. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the paste was prepared at a ratio of 0.1% by mass.
(実施例13)
対極としての透明電極を形成させるにあたり、SnO2:Sb粒子を使用する代わりにアナターゼ型のTiO2:Nb粒子(平均粒径50nm、Nbドープ率:5.3%)を使用し、Pt粒子の割合がTiO2:Nb粒子に対して0.1質量%となるような割合でペーストを調製した他は、実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 13)
In forming a transparent electrode as a counter electrode, instead of using SnO 2 : Sb particles, anatase-type TiO 2 : Nb particles (average particle size 50 nm, Nb doping rate: 5.3%) were used. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the paste was prepared at a ratio of 0.1% by mass with respect to the TiO 2 : Nb particles.
(実施例14)
透明基板としてのガラス基板上に、SnO2:Fの透明導電膜を形成する代わりに、アナターゼ型のTiO2:Nb(Nbドープ率:5.3%)の透明導電膜を形成したことの他は、実施例13と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 14)
In addition to forming a transparent conductive film of SnO 2 : F on a glass substrate as a transparent substrate, a transparent conductive film of anatase type TiO 2 : Nb (Nb doping rate: 5.3%) is formed Produced a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 13.
(実施例15)
増感色素として「Ruthenium 535 bis−TBA」の代わりに「Ruthenium 520−DN」(商品名(旧名「Z907」)、Soloronix社製)を使用したこと、並びに、低沸点溶媒を使用せずに電解質を調製し、低沸点溶媒を含有しない電解質を使用したことの他は、実施例13と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。なお、低沸点溶媒を含有しない電解質は、ヨウ素(0.1M)、及び4−tert−ブチルピリジン(0.5M)をヨウ化1−メチル3−プロピルイミダゾリウムに溶解させることにより得た。
(Example 15)
Instead of “Ruthenium 535 bis-TBA” as a sensitizing dye, “Ruthenium 520-DN” (trade name (former name “Z907”), manufactured by Sololonix) was used, and an electrolyte was used without using a low-boiling solvent. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 13 except that an electrolyte containing no low-boiling solvent was used. In addition, the electrolyte which does not contain a low boiling point solvent was obtained by dissolving iodine (0.1 M) and 4-tert-butylpyridine (0.5 M) in 1-methyl 3-propylimidazolium iodide.
(実施例16)
透明基板としてのガラス基板上に、SnO2:Fの透明導電膜を形成する代わりに、アナターゼ型のTiO2:Nb(Nbドープ率:5.3%)の透明導電膜を形成したことの他は、実施例15と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 16)
In addition to forming a transparent conductive film of SnO 2 : F on a glass substrate as a transparent substrate, a transparent conductive film of anatase type TiO 2 : Nb (Nb doping rate: 5.3%) is formed Produced a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 15.
(比較例2)
対極として、アナターゼ型のTiO2:Nb粒子のみからなる透明電極(厚さ8μm)を形成させた他は、実施例16と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 16 except that a transparent electrode (thickness: 8 μm) consisting only of anatase TiO 2 : Nb particles was formed as a counter electrode.
実施例12〜16で作製した色素増感型太陽電池についても実施例1、2及び比較例1と同様に、短絡電流密度Jsc、開放電圧Voc、形状因子F.F.及び、エネルギー変換効率η[%]を求めた(表2)。
表2に示されるように、対極の金属酸化物材料がアナターゼ型のTiO2:Nbである実施例13及び14の色素増感型太陽電池は、対極の金属酸化物材料がSnO2:Sbである実施例12の色素増感型太陽電池よりも、エネルギー変換効率が向上することが確認された。また、実施例13と実施例14の結果を比較すると、アナターゼ型のTiO2:Nbからなる透明導電膜を備える実施例14の色素増感型太陽電池の方が、SnO2:Fからなる透明導電膜を備える実施例13の色素増感型太陽電池よりも、エネルギー変換効率が向上することが確認された。 As shown in Table 2, the dye-sensitized solar cells of Examples 13 and 14 in which the counter electrode metal oxide material is anatase type TiO 2 : Nb are used, and the counter electrode metal oxide material is SnO 2 : Sb. It was confirmed that the energy conversion efficiency was improved as compared with the dye-sensitized solar cell of Example 12. Further, when the results of Example 13 and Example 14 are compared, the dye-sensitized solar cell of Example 14 having a transparent conductive film made of anatase TiO 2 : Nb is more transparent of SnO 2 : F. It was confirmed that the energy conversion efficiency was improved as compared with the dye-sensitized solar cell of Example 13 provided with a conductive film.
また、実施例15と実施例16の結果を比較すると、アナターゼ型のTiO2:Nbからなる透明導電膜を備える実施例16の色素増感型太陽電池の方が、SnO2:Fからなる透明導電膜を備える実施例15の色素増感型太陽電池よりも、エネルギー変換効率が向上することが確認された。これにより、低沸点溶媒を含有しない電解質を用いる場合、アナターゼ型のTiO2:Nbからなる透明導電膜を用いることにより、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率を大幅に向上できることが確認された。 Further, comparing the results of Example 15 and Example 16, the dye-sensitized solar cell of Example 16 having a transparent conductive film made of anatase-type TiO 2 : Nb is more transparent of SnO 2 : F. It was confirmed that the energy conversion efficiency was improved as compared with the dye-sensitized solar cell of Example 15 having a conductive film. As a result, when using an electrolyte that does not contain a low-boiling solvent, it was confirmed that the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell can be greatly improved by using a transparent conductive film made of anatase-type TiO 2 : Nb. .
さらに、実施例1、12及び13の色素増感型太陽電池の耐久性を以下のように評価した。すなわち、色素増感型太陽電池を温度85℃の暗所に放置し、所定時間後にそれぞれの色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率を測定した。結果を図4に示す。 Furthermore, the durability of the dye-sensitized solar cells of Examples 1, 12, and 13 was evaluated as follows. That is, the dye-sensitized solar cell was left in a dark place at a temperature of 85 ° C., and the energy conversion efficiency of each dye-sensitized solar cell was measured after a predetermined time. The results are shown in FIG.
図4に示すように、対極の金属酸化物材料がアナターゼ型のTiO2:Nbである実施例13の色素増感型太陽電池は、対極の金属酸化物材料がIn2O3:Fである実施例1の色素増感型太陽電池と比較し、エネルギー変換効率の経時的な低下をより抑制できることが確認された。また、対極の金属酸化物材料がSnO2:Sbである実施例12の色素増感型太陽電池は、対極の金属酸化物材料がアナターゼ型のTiO2:Nbである実施例13の色素増感型太陽電池と比較すると、初期の変換効率が低いものの、エネルギー変換効率の経時的な低下を実施例13と同程度に抑制できることが確認された。 As shown in FIG. 4, in the dye-sensitized solar cell of Example 13 in which the counter electrode metal oxide material is anatase TiO 2 : Nb, the counter electrode metal oxide material is In 2 O 3 : F. Compared to the dye-sensitized solar cell of Example 1, it was confirmed that the decrease in energy conversion efficiency with time could be further suppressed. The dye-sensitized solar cell of Example 12 in which the counter electrode metal oxide material is SnO 2 : Sb is the dye-sensitized solar cell of Example 13 in which the counter electrode metal oxide material is anatase TiO 2 : Nb. Compared to the solar cell type, it was confirmed that although the initial conversion efficiency is low, the temporal deterioration of the energy conversion efficiency can be suppressed to the same extent as in Example 13.
(実施例17)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:5〜150nm)を透明導電性金属酸化物粒子としてのアナターゼ型のTiO2:Nb粒子(Nbドープ率:5.3%、平均粒径:5〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びアナターゼ型のTiO2:Nb粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 17)
Pt particles (average particle size: 5-150 nm) as catalyst particles are anatase-type TiO 2 : Nb particles (Nb doping ratio: 5.3%, average particle size: 5-150 nm) as transparent conductive metal oxide particles. The average particle size of Pt particles and anatase-type TiO 2 : Nb particles was the same as in Example 3 except that a counter electrode was formed using a paste dispersed in ethyl cellulose. Several types of dye-sensitized solar cell modules with different diameters were obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
(実施例18)
触媒粒子としてのPt粒子(平均粒径:5〜150nm)を透明導電性金属酸化物粒子としてのアナターゼ型のTiO2:Ta粒子(Taドープ率:5.3%、平均粒径:5〜150nm)に担持させたものを調製し、これをエチルセルロースに分散したペーストを用いて対極を形成させた他は、実施例3と同様にして、Pt粒子及びアナターゼ型のTiO2:Ta粒子の平均粒径の異なる数種類の色素増感型太陽電池モジュールを得た。得られた色素増感型太陽電池モジュールは、透光性を有するとともに、対極として炭素電極を用いた従来のものと同様に、太陽光により発電することが確認された。
(Example 18)
Pt particles (average particle size: 5-150 nm) as catalyst particles are anatase-type TiO 2 : Ta particles (Ta doping rate: 5.3%, average particle size: 5-150 nm) as transparent conductive metal oxide particles. The average particle size of Pt particles and anatase-type TiO 2 : Ta particles was the same as in Example 3 except that a counter electrode was formed using a paste dispersed in ethyl cellulose. Several types of dye-sensitized solar cell modules with different diameters were obtained. It was confirmed that the obtained dye-sensitized solar cell module has translucency and generates power with sunlight in the same manner as a conventional one using a carbon electrode as a counter electrode.
1…透明基板、2…透明導電膜、2a…第1の膜部分、2b…第2の膜部分、3…受光電極、4…セパレータ、5…シール層、6…透明基板、8…対極(透明電極)、8a…延出部、10…積層シート、11a,11b…透明支持基板、12…透明な無機材料層、40…太陽電池セル、100…色素増感型太陽電池、200…色素増感型太陽電池モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
当該透明基板上に形成された透明導電膜と、
当該透明導電膜上に形成され、増感色素及び酸化物半導体を含有し前記透明導電膜と電気的に接続されている受光電極、電解質を保持している絶縁性の多孔体を有するセパレータ、並びに前記透明導電膜と電気的に接続されている対極がこの順で積層された太陽電池セルと、
を備え、
前記対極が請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明電極を有する、色素増感型太陽電池。 A transparent substrate;
A transparent conductive film formed on the transparent substrate;
A light-receiving electrode formed on the transparent conductive film and containing a sensitizing dye and an oxide semiconductor and electrically connected to the transparent conductive film, a separator having an insulating porous body holding an electrolyte, and A photovoltaic cell in which the counter electrode electrically connected to the transparent conductive film is laminated in this order;
With
The dye-sensitized solar cell in which the said counter electrode has the transparent electrode as described in any one of Claims 1-3.
当該透明基板上に形成された透明導電膜と、
当該透明導電膜上に形成され、増感色素及び酸化物半導体を含有し前記透明導電膜と電気的に接続されている受光電極、電解質を保持している絶縁性の多孔体を有するセパレータ、並びに前記透明導電膜と電気的に接続されている対極がこの順で積層された複数の太陽電池セルと、
当該複数の太陽電池セルを封止しているシール層と、
を備え、
前記対極が請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明電極を有し、
前記複数の太陽電池セルが、前記透明導電膜を介して互いに電気的に接続されている、色素増感型太陽電池モジュール。 A transparent substrate;
A transparent conductive film formed on the transparent substrate;
A light-receiving electrode formed on the transparent conductive film and containing a sensitizing dye and an oxide semiconductor and electrically connected to the transparent conductive film, a separator having an insulating porous body holding an electrolyte, and A plurality of solar cells in which counter electrodes electrically connected to the transparent conductive film are laminated in this order;
A sealing layer sealing the plurality of solar cells,
With
The counter electrode has the transparent electrode according to any one of claims 1 to 3,
The dye-sensitized solar cell module, wherein the plurality of solar cells are electrically connected to each other through the transparent conductive film.
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