JP2007048594A - 色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 色素増感型太陽電池の光電極基板の透明電極膜から半導体層への逆電子移動を防止するとともに光電変換用の光量の減少を防止し、色素増感型太陽電池の発電特性を向上させることができる、色素増感型太陽電池の光電極基板を提供する。
【解決手段】 光電極基板２と対向電極基板３の対向電極との間に電解質４が封入された色素増感型太陽電池１において、基板部材５の表面に形成された透明電極膜６上に、チタンなどの金属部分７ａとその金属の酸化物部分７ｂとからなる複合膜７が形成され、この複合膜７上に多孔性半導体電極膜８が形成され、この多孔性半導体電極膜８に増感色素８ａが吸着・担持され、複合膜７の金属部分７ａが多孔性半導体電極膜８に接触し、複合膜７の酸化物部分７ｂが多孔性半導体電極膜８に接触しないで電解質４に接触している。
【選択図】 図１
【解決手段】 光電極基板２と対向電極基板３の対向電極との間に電解質４が封入された色素増感型太陽電池１において、基板部材５の表面に形成された透明電極膜６上に、チタンなどの金属部分７ａとその金属の酸化物部分７ｂとからなる複合膜７が形成され、この複合膜７上に多孔性半導体電極膜８が形成され、この多孔性半導体電極膜８に増感色素８ａが吸着・担持され、複合膜７の金属部分７ａが多孔性半導体電極膜８に接触し、複合膜７の酸化物部分７ｂが多孔性半導体電極膜８に接触しないで電解質４に接触している。
【選択図】 図１
Description
本発明は、色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法に関し、特に、光電極基板と対向電極基板の対向電極との間に電解質が封入された色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法に関する。
近年、環境問題の観点から、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池が注目を集めており、特に、製造コストを低くすることができることから、色素増感型太陽電池が注目を集めている。従来の色素増感型太陽電池は、光電変換効率が低いために実用性に乏しかったが、最近、半導体電極を多孔質化して表面積を大きくすることにより、多量の色素を吸着させて、飛躍的に光電変換効率を向上させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
このような技術を用いた色素増感型太陽電池として、図４に模式的に示すように、光電極基板１０２と、対向電極基板１０３と、これらの間に封入された電解液１０４とから構成された色素増感型太陽電池１０１が知られている。この色素増感型太陽電池１０１の光電極基板１０２は、基板部材１０５と、この基板部材１０５の表面１０５ａに形成された透明電極膜１０６と、この透明導電膜１０６上に形成された酸化チタンなどからなる多孔性半導体電極膜１０８とから構成され、この多孔性半導体電極膜１０８に色素が吸着している。なお、多孔性半導体電極膜１０８は、透明電極膜１０６上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗布し、乾燥した後に焼成することによって形成されている。一方、色素増感型太陽電池１０１の対向電極基板１０３は、対向基板部材１１０と、この対向基板部材１１０上に白金などの触媒をコーティングすることによって形成された対向電極１１１とから構成されている。この対向電極１１１と多孔性半導体電極膜１０８が所定の間隔で離間して対向するように基板部材１０５と対向基板部材１１０が配置され、対向電極１１１と多孔性半導体電極膜１０８の間に電解液１０４が封入されて、色素増感型太陽電池１０１が構成されている。この色素増感型太陽電池１０１では、多孔性半導体電極膜１０８の表面に吸着されている色素分子が光を吸収して、半導体に電子を注入し、多孔性半導体電極膜１０８側が負極になって発電するようになっている。
しかし、上述した従来の色素増感型太陽電池１０１では、多孔性半導体電極膜１０８から透明電極膜１０６までの電子の移動が拡散によって行われるため、透明電極膜１０６から半導体層への逆電子移動も同時に生じてしまい、多孔性半導体電極膜１０８内の電子の滞在時間が長くなり、その電子と色素との再結合の確率が増大するため、結果的に色素増感太腸電池１０１の発電特性が低下するという問題がある。
したがって、本発明は、色素増感型太陽電池の光電極基板の透明電極膜から半導体層への逆電子移動を防止するとともに光電変換用の光量の減少を防止し、色素増感型太陽電池の発電特性を向上させることができる、色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、光電極基板の透明電極膜と対向電極基板の対向電極との間に電解質が封入され、増感色素を吸着または担持する多孔性半導体電極膜が透明電極膜上に形成された色素増感型太陽電池において、金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜を介して多孔性半導体電極膜を透明電極膜上に形成することにより、色素増感型太陽電池の光電極基板の透明電極膜から半導体層への逆電子移動を防止するとともに光電変換用の光量の減少を防止し、色素増感型太陽電池の発電特性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明による色素増感型太陽電池の光電極基板は、基板部材と、この基板部材上に形成された透明電極膜と、この透明電極膜上に形成され、金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜と、この複合膜上に形成された多孔性半導体電極膜と、この多孔性半導体電極膜に吸着または担持された増感色素とを備えたことを特徴とする。この色素増感型太陽電池の光電極基板において、多孔性半導体電極膜が、複合膜の金属部分に接触し且つ酸化物部分に接触していないのが好ましい。また、金属がチタンまたはタンタルであるのが好ましく、複合膜の厚さが１〜１００ｎｍであるのが好ましい。
また、本発明による色素増感型太陽電池は、上記の光電極基板と、この光電極基板の多孔性半導体電極膜に対向して配置された対向電極を備えた対向電極基板と、この対向電極基板と光電極基板の間に封入された電解質とからなり、複合膜の酸化物部分が電解質に接触していることを特徴とする。
さらに、本発明による色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法は、基板部材上に透明電極膜を形成する工程と、この透明電極膜上に金属膜を形成する工程と、この金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程と、金属膜の一部を酸化して金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜を形成する工程と、多孔性半導体電極膜に増感色素を吸着または担持させる工程とを備えたことを特徴とする。この色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法において、金属膜の酸化が陽極酸化であるのが好ましい。この場合、複合膜を形成する工程が、金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程の後に行われるのが好ましい。あるいは、金属膜の酸化を熱酸化とし、多孔性半導体電極膜を焼成法によって形成してもよい。この場合、複合膜を形成する工程を、金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程と同時に行ってもよい。また、金属がチタンまたはタンタルであるのが好ましく、金属膜の厚さが１〜１００ｎｍであるのが好ましい。
本発明によれば、チタンなどの金属部分と酸化チタンなどの酸化物部分（透明な酸化物の部分）からなる複合膜を透明電極膜上に形成し、その複合膜の金属部分と酸化チタンなどからなる多孔性半導体電極膜との接触（金属と半導体との接触）をショットキー接触にして整流特性が現れるようにするとともに、複合膜の多孔性半導体電極膜と接触しない部分を透明な酸化物部分にして光電変換用の光量の減少を防止することができる。すなわち、複合膜の金属部分では、多孔性半導体膜から透明電極側に電子を移動し易いのに対して、その逆方向には電子が移動し難くなり、これによって、透明電極膜から半導体層への逆電子移動を防止することができるとともに、電子と色素との再結合の確率を減少させることができ、また、複合膜の透明な酸化物部分では、光電変換用の光量の減少を防止することができ、その結果、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
本発明によれば、色素増感型太陽電池の光電極基板の透明電極膜から半導体層への逆電子移動を防止するとともに光電変換用の光量の減少を防止し、色素増感型太陽電池の発電特性を向上させることができる、色素増感型太陽電池の光電極基板を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明による色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明による色素増感型太陽電池の実施の形態を模式的に示している。図１に示すように、本実施の形態の色素増感型太陽電池１は、光電極基板２と、対向電極基板３と、これらの間に封入された電解質４とから構成されている。光電極基板２は、透明のプラスチック製の基板部材５と、この基板部材５の表面５ａに形成された透明電極膜６と、この透明電極膜６上に形成された複合膜７と、この複合膜７上に形成され、増感色素８ａを吸着・担持する多孔性半導体電極膜８とから構成されている。複合膜７は、チタンからなる金属部分７ａと、酸化チタンからなる酸化物部分７ｂとからなり、金属部分７ａが多孔性半導体電極膜８に接触し、酸化物部分７ｂが多孔性半導体電極膜８に接触しないで電解質４に接触している。一方、対向電極基板３は、プラスチック製の対向基板部材１０と、この対向基板部材１０の表面１０ａに形成された対向電極１１とから構成されている。なお、基板部材５および対向基板部材１０は、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリオレフィン、ポリカーボネート（ＰＣ）などのプラスチックにより形成されている。
上述した構造の色素増感型太陽電池１は、以下のように製造することができる。
まず、アルゴンガスと微量の酸素ガスを導入した（図示しない）真空装置内において、酸化インジウム錫（以下、「ＩＴＯ」という）をターゲット材とし、高周波放電により生成したプラズマを使用してスパッタリング処理を施すことにより、図２Ａに示すように、光電極基板２の透明のプラスチック製の基板部材５の表面５ａ上にＩＴＯからなる透明電極膜６を成膜する。
次に、透明電極膜６が形成された基板部材５を、ターゲット材としてのチタンとともに真空装置内に入れ、この真空装置内にアルゴンガスを導入し、高周波放電により生成したプラズマを使用してスパッタリング処理を施し、図２Ｂに示すように、透明電極膜６上にチタンからなる金属膜７’を形成する。この真空装置内でチタンの成膜作業を連続して行うことにより、透明電極膜６と金属膜７’との界面に不純物などのバリア層を生じることがなく、金属膜７’を透明電極膜６上に積層して形成することができる。なお、金属膜７’は、スパッタリング法の代わりに蒸着法やイオンプレーティング法などにより形成してもよい。
次に、図２Ｃに示すように、金属膜７’上に、二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる多孔性半導体電極膜８を焼成法により形成する。なお、多孔性半導体電極膜８は、二酸化チタンの代わりに酸化亜鉛などにより形成してもよく、焼成法の代わりに電析法や水熱処理法などにより形成してもよい。
次に、プラズマ陽極酸化法により金属膜７’の酸化処理を行う。このプラズマ陽極酸化は、真空装置内において、透明電極膜６、金属膜７’および多孔性半導体電極膜８が順次形成された基板部材５を陽極に設置した後、酸素ガスを導入し、高周波放電により生じたプラズマを使用して行う。このように、基板部材５を陽極に設置することにより、酸素の負イオンが基板部材５に入射し、金属膜７’の多孔性半導体電極膜８で覆われていない部分と結合し、その部分が酸化チタン（ＴｉＯ２ ）になる。その結果、図２Ｄに示すように、金属膜７’の多孔性半導体電極膜８で覆われている部分は酸化されずに金属部分７ａのままであり、多孔性半導体電極膜８で覆われていない部分が酸化物部分７ｂになり、金属部分７ａとその金属の酸化物部分７ｂとからなる複合膜７が形成される。
なお、陽極酸化による金属膜７’の酸化処理は、上述したプラズマ陽極酸化法に限らず、湿式の陽極酸化法を使用してもよい。湿式の陽極酸化により金属膜７’の酸化処理を行う場合は、陰極に白金電極を設置し、これに対向するように陽極に基板部材５を設置し、これらを電解液中に浸漬する。そして、基板部材５の表面５ａの金属膜７’と白金電極を電気的に接続した後、この基板部材５の金属膜７’と白金電極の間に電位差を生じさせる。これにより、白金電極上から水素が発生し、金属膜７’に酸素が取り込まれて、金属膜７’の多孔性半導体電極膜８で覆われていない部分が酸化物部分７ｂになる（図２Ｄ参照）。
以上のように、プラズマ陽極酸化法や湿式の陽極酸化法（以下、単に陽極酸化法と略称する）により形成された酸化チタンなどの酸化物部分７ｂは、原理的に金属膜７’の表面に対して垂直な方向に成長するため、結晶方向が揃った緻密な膜になる。また、陽極酸化法により形成された酸化物部分７ｂは、結晶の成長方向が一方向に揃った結晶系（例えばアナターゼ型）になり、色素増感型太陽電池１に使用される多孔性半導体電極膜８と一致する。
次に、多孔性半導体電極膜８に、光電変換機能を有する増感色素（例えば、ルテニウム錯体など）を吸着・担持させる。
このように、光電極基板２は、基板部材５の表面５ａ上に、透明電極膜６と、複合膜７と、増感色素を吸着・担持する多孔性半導体電極膜８とを順次積層することにより形成される。
一方、対向基板部材１０の表面１０ａに、白金からなる対向電極１１をコーティングすることにより、図１に示すように、対向基板部材１０の表面１０ａに白金の対向電極１１を備えた対向電極基板３を形成する。なお、対向電極１１として、白金の代わりに黒鉛を使用してもよい。
このようにして形成された光電極基板２の多孔性半導体電極膜８と対向電極基板３の対向電極１１が対向するように配置し、多孔性半導体電極膜８と対向電極１１との間に電解質４を封入して、本実施の形態の色素増感型太陽電池１が完成する（図１参照）。なお、電解質４としては、通常、ヨウ素−ヨウ素化合物、臭素−臭素化合物などの酸化還元対を含有するレドックス電解液を使用することができる。
このようにして形成された色素増感型太陽電池１では、外部から太陽光が光電極基板２に入射すると、多孔性半導体膜８に吸着・担持された増感色素８ａが励起され、電子が基底状態から励起状態へ遷移する。励起された増感色素８ａの電子は、多孔性半導体電極膜８を構成するＴｉＯ２の伝導帯に注入され、金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜７を経由して透明電極膜６に移動し、この透明電極膜６から（図示しない）外部回路を経由して対向電極１１に移動する。この対向電極１１に移動した電子は、（電解質４としてヨウ素−ヨウ素化合物を含有するレドックス電解液を使用した場合に）電解質４中の三ヨウ化物イオンを還元してヨウ化物イオンにする。この還元されたヨウ化物イオンは、再び増感色素によって酸化され、増感色素に電子を戻す。このような作用を繰り返して電気エネルギーが取り出される。
以上のような本実施の形態の色素増感型太陽電池１では、透明電極膜６上に形成された複合膜７のチタンからなる金属部分７ａと多孔性半導体電極膜８との接触がショットキー接触になって整流特性を示す。すなわち、多孔性半導体電極膜８から透明電極膜６側に電子が移動し易いのに対して、その逆方向には電子が移動し難くなり、これによって、透明電極膜６から半導体層への逆電子移動を防止することができるとともに、電子と色素との再結合の確率を減少させることができる。
また、本実施の形態の色素増感型太陽電池１の光電極基板２では、複合膜７の金属部分７ａは可視光を反射および吸収する材料からなるが、金属部分７ａの大きさ（複合膜７の多孔性半導体電極膜８に対向する面に沿った方向の金属部分７ａの大きさ）は、多孔性半導体電極膜８を構成する二酸化チタン（ＴｉＯ２）の粒径（数十ｎｍ程度）に依存し、可視光の波長３８０ｎｍ〜７７０ｎｍに対して十分に小さいため、複合膜７の金属部分７ａによって反射および吸収される光量は、複合膜７を透過する光量に対して無視し得る程度である。また、複合膜７の酸化物部分７ｂは酸化チタンなどの透明材料からなり、入射光を十分に透過させる。したがって、本実施の形態の光電極基板２では、複合膜７を形成しない従来の光電極基板とほぼ同等の透過率を有する。なお、複合膜７の金属部分７ａの大きさが可視光の波長に対して十分小さくならない場合には、金属部分７ａによって入射光が反射および吸収されるため、複合膜７の厚さを１〜１００ｎｍにするのが好ましく、２〜２０ｎｍにするのがさらに好ましい。
また、本実施の形態の色素増感型太陽電池１では、陽極酸化法により透明電極膜６上に形成された複合膜７の酸化物部分（酸化チタンの部分）７ｂは、結晶の成長方向が一方向に揃った結晶性（例えばアナターゼ型）のＴｉＯ２ 膜であり、スパッタリングやゾルーゲル法により形成した酸化チタン膜よりも電気抵抗値が低く、電気的ピンホールの発生を防止することができる。その結果、本実施の形態の色素増感型太陽電池１によれば、多孔性半導体電極膜８から透明電極膜６への電荷の移動が円滑化し、色素増感型太陽電池１としての発電特性を損なうことなく、電気的ピンホールに起因する透明電極膜６と電解質４との短絡を防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。
なお、本実施の形態の色素増感型太陽電池１では、基板部材５および対向基板部材１０をプラスチック材料により形成しているが、ガラスにより形成してもよい。
また、本実施の形態の色素増感型太陽電池１では、基板部材５側から太陽光を入射させるため、基板部材５を光透過性に優れた透明のプラスチック材料により形成しているので、対向基板部材１０を必ずしも光透過性に優れたプラスチック材料により形成する必要はない。しかし、対向基板部材１０側から太陽光を入射させる場合には、対向基板部材１０を光透過性に優れたプラスチック材料により形成するとともに、対向電極１１を透明にする必要がある。このように対向基板部材１０側から太陽光を入射させる場合には、基板部材５および透明電極膜６に光透過性の悪い材料を使用してもよい。
また、本実施の形態の色素増感型太陽電池１の光電極基板２の製造方法では、チタンからなる金属膜を使用しているが、タンタルからなる金属膜を使用しても同様の効果を得ることができる。これらの二つの金属は、多孔性半導体電極膜との接触がショットキー接触になるだけでなく、耐食性が高く、電解質中のヨウ素イオンなどによって腐食することもない。
さらに、本実施の形態の色素増感型太陽電池１の光電極基板２の製造方法では、陽極酸化法によって金属膜７’の一部を酸化物にして複合膜７を形成しているが、陽極酸化法の代わりに熱酸化法を使用してもよい。この場合、熱酸化の際の加熱温度を４００〜５００℃にすれば、多孔性半導体電極膜８を金属膜７’上に焼成して形成する工程と金属膜７’の一部を酸化物にして複合膜７を形成する工程とを一つの工程で同時に行うことができる。
以下、本発明による色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法の実施例について詳細に説明する。
まず、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる基板部材５の表面にＩＴＯからなる透明電極膜（ＩＴＯ膜）６が形成されたＩＴＯ付き基板部材（一辺の長さが５ｃｍの矩形の平面形状を有し、厚さが１２５μｍ、電気抵抗値が１０Ω／□の板状部材）を用意した（図２Ａ参照）。このＩＴＯ付き基板部材を、ターゲット材としてのチタンとともに真空装置内に入れ、この真空装置内にアルゴンガスを５０ｓｃｃｍで導入し、高周波放電（１３．５６ＭＨｚ、４００Ｗ）によりターゲット材の表面に生成したプラズマを使用してスパッタリング処理を６０秒間施し、ＩＴＯ膜６上に膜厚１０ｎｍの金属膜（チタン膜）７’を形成した（図２Ｂ参照）。
次に、このチタン膜７’上に、低温成膜用チタニア塗布ペーストを厚さ５０μｍになるように塗布した後、１５０℃で５分間加熱してチタン膜７’上に膜厚５μｍの多孔性半導体電極膜８を形成した（図２Ｃ参照）。
次に、電解液（純水１Ｌに対してリン酸二水素アンモニウム０．１ｇを加えた液体）を入れた陽極酸化槽の陰極に白金を設置し、陽極酸化槽の陽極にチタン膜７’および多孔性半導体電極膜８が形成されたＩＴＯ膜付き基板部材を設置し、陽極のチタン膜７’と白金を電気的に接続し、陰極と陽極の間に電位差を生じさせた。この陰極と陽極間の電位差は、１分間で０〜５Ｖまで徐々に電圧を上げ、５Ｖに到達したらその電圧を維持するようにした。この陽極酸化処理では、陽極酸化によってチタン膜７’から形成される酸化チタンからなる酸化物部分７ｂの厚さの増加とともに電流値が低下するが、この電流値の低下が停止するまで陽極酸化処理を続けた。このような陽極酸化処理を施すことにより、多孔性半導体電極膜８で覆われていない部分に結晶の成長方向が一方向に揃った結晶系（例えばアナターゼ型）の酸化物部分７ｂを形成した（図２Ｄ参照）。
次に、多孔性半導体電極膜８にルテニウム錯体色素を吸着させた。このようにして、ＩＴＯ膜６上に金属部分７ａとその金属の酸化物部分７ｂとからなる複合膜７が形成され、この複合膜７上に増感色素が吸着・担持された多孔性半導体電極膜８が積層して形成された光電極基板２を作製した。
このようにして作製した光電極基板２を使用した色素増感型太陽電池１に、ソーラーシミュレータを用いて光照射エネルギー１０ｍＷ／ｃｍ２の疑似太陽光を照射し、電池特性試験を行った。また、比較例１として、複合膜７を形成しない以外は同一の構成を有するように図４に示す従来の色素増感型太陽電池１０１を作製し、比較例２として、陽極酸化処理を行わないで複合膜７の代わりにチタン膜７’を形成した以外は実施例と同一の構成を有するように（図示しない）色素増感型太陽電池を作製し、同様の電池特性試験を行った。その結果を図３および表１に示す。なお、図３は、本実施例の色素増感型太陽電池１と比較例１の色素増感型太陽電池１０１および比較例２の色素増感型太陽電池の電流−電圧特性についての実験結果を比較して示している。また、表１において、Ｉｓｃは色素増感型太陽電池の出力端子を短絡させたときに両端子間に流れる電流（短絡電流）、Ｖｏｃは色素増感型太陽電池の出力端子を開放したときの両端子間の電圧（開放電圧）、ｆ．ｆ．は最大出力Ｐｍａｘ（＝Ｉｍａｘ・Ｖｍａｘ）を開放電圧Ｖｏｃと電流密度Ｊｓｃ（１ｃｍ２当たりの短絡電流Ｉｓｃ）の積で除した値（曲線因子（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）ｆ．ｆ．＝Ｐｍａｘ／Ｖｏｃ・Ｊｓｃ）、ηは最大出力Ｐｍａｘを（１ｃｍ２当たりの）照射光量（Ｗ）で除した値に１００を乗じてパーセントで表示した値（変換効率）を示している。
図３および表１に示すように、比較例２の色素増感型太陽電池では、比較例１の色素増感型太陽電池１０１と比べて、短絡電流がほぼ同じであるものの、曲線因子が約１．２倍と向上しているため、結果として変換効率が約１．５倍になっている。このような比較例２の色素増感型太陽電池１と比較例１の色素増感型太陽電池１０１との性能の差は、比較例２の光電極基板のチタン膜に起因する整流特性によるものと考えられる。すなわち、多孔性半導体電極膜８である酸化チタン膜と透明導電膜６であるＩＴＯ膜との間にチタン膜（複合膜７の金属部分７ａ）が存在することにより、酸化チタン膜とチタン膜との接触がショットキー接触になって整流特性を示すためであると考えられる。これに対して、比較例１の光電極基板１０２では、ＩＴＯ膜１０６から半導体層への逆電子移動を防止することができないため、逆方向にも電流が流れるためであると考えられる。
また、図３および表１に示すように、実施例の色素増感型太陽電池１では、短絡電流が、比較例１の色素増感型太陽電池１０１および比較例２の色素増感型太陽電池と比べて約１．４倍に向上し、曲線因子が、比較例２の色素増感型太陽電池とほぼ同じであるが、比較例１の色素増感型太陽電池１０１と比べて約１．２倍と向上しているため、結果として変換効率が、比較例１の色素増感型太陽電池１０１と比べて約１．８倍、比較例２の色素増感型太陽電池と比べて約１．２倍になっている。このような実施例の色素増感型太陽電池１の性能の向上は、比較例２のチタン膜と同様に複合膜７の金属部分７ａに起因する整流特性が得られることに加えて、複合膜７の光透過性によるものと考えられる。
本発明による光電極基板を備えた色素増感型太陽電池を複数直列に接続し、あるいは、このように複数直列に接続した太陽電池列を並列に接続して、色素増感型太陽電池組立体を構成すれば、所望の電気エネルギーを得ることができる。
１…色素増感型太陽電池、２…光電極基板、３…対向電極基板、４…電解質、５…基板部材、６…透明電極膜（ＩＴＯ膜）、７…複合膜、８…多孔性半導体電極膜、７ａ…金属部分、７ｂ…酸化物部分、８ａ…増感色素、１０…対向基板部材、１１…対向電極
Claims (14)
- 基板部材と、この基板部材上に形成された透明電極膜と、この透明電極膜上に形成され、金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜と、この複合膜上に形成された多孔性半導体電極膜と、この多孔性半導体電極膜に吸着または担持された増感色素とを備えたことを特徴とする、色素増感型太陽電池の光電極基板。
- 前記多孔性半導体電極膜が、前記複合膜の金属部分に接触し且つ酸化物部分に接触していないことを特徴とする、請求項１に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板。
- 前記金属がチタンであることを特徴とする、請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板。
- 前記金属がタンタルであることを特徴とする、請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板。
- 前記複合膜の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の光電極基板。
- 請求項１乃至５のいずれかに記載の光電極基板と、この光電極基板の多孔性半導体電極膜に対向して配置された対向電極を備えた対向電極基板と、この対向電極基板と前記光電極基板の間に封入された電解質とからなり、前記複合膜の酸化物部分が前記電解質に接触していることを特徴とする、色素増感型太陽電池。
- 基板部材上に透明電極膜を形成する工程と、この透明電極膜上に金属膜を形成する工程と、この金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程と、前記金属膜の一部を酸化して金属部分とその金属の酸化物部分とからなる複合膜を形成する工程と、前記多孔性半導体電極膜に増感色素を吸着または担持させる工程とを備えたことを特徴とする、色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記酸化が陽極酸化であることを特徴とする、請求項７に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記複合膜を形成する工程が、前記金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程の後に行われることを特徴とする、請求項８に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記酸化が熱酸化であり、前記多孔性半導体電極膜が焼成法によって形成されることを特徴とする、請求項７に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記複合膜を形成する工程が、前記金属膜上に多孔性半導体電極膜を形成する工程と同時に行われることを特徴とする、請求項１０に記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記金属がチタンであることを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記金属がタンタルであることを特徴とする、請求項７乃至１１のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
- 前記金属膜の厚さが１〜１００ｎｍであることを特徴とする、請求項７乃至１３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の光電極基板の製造方法。
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