JP2008117782A - 導電性ガラスおよびこれを用いた光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る導電性ガラスは、ガラス11表面に透明導電膜12が設けられ、この透明導電膜の上に不動態化金属の膜からなるグリッド13が設けられ、前記グリッドの表面に形成される酸化物被膜の厚さが10〜500nmであることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図1は、この先願発明に開示された導電性ガラスを示すものである。
図1において、符号11はガラス板を示す。このガラス板11は、厚さ1〜5mm程度のソーダガラス、耐熱ガラス、石英ガラスなどの板ガラスからなるものである。
このグリッド13は、その平面形状が、例えば図2に示すような格子状のものや、図3に示すような櫛歯状のものである。
このような導電性ガラスの全表面における透明導電膜12とグリッド13とを加味した全体の表面抵抗(シート抵抗と言う。)は、1〜0.01Ω/□となり、ITO、FTOなどの透明導電膜を設けた透明導電ガラスに比べて、約10〜100分の1となっている。このため、極めて導電性の高い導電性ガラスと言うことができる。
このように、この先願発明における導電性ガラスにあっては、導電性、透明性が高いものとなり、これを用いた色素増感太陽電池では光電変換効率が高いものとなる可能性がある。
この漏れ電流を防止するため、グリッド13と電解液との界面に酸化チタン、酸化スズなどの半導体あるいは絶縁体からなるバリアー層を新たに設け、このバリアー層によりかかるグリッド13から電解液に向かって流れる漏れ電流を阻止できるようになることが予想される。
しかし、このような薄膜形成法によって得られたバリアー層では、どうしてもわずかながらピンホールが生じる恐れがあり、1カ所でもピンホールが生じると、そこから漏れ電流が流れてしまう。
本発明に係る第二の発明は、不動態化金属が、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウム、チタンのいずれかまたはこれらの2種以上の合金であることを特徴とする請求項1記載の導電性ガラスである。
本発明に係る第六の発明は、色素増感太陽電池である請求項5に記載の光電変換素子である。
また、不動態化金属からグリッドを構成したので、このグリッドの表面に絶縁性の緻密な酸化物被膜が形成され、この酸化物被膜がバリアー層として機能し、このガラスを色素増感太陽電池に組み込んだ際に、グリッドから電解液に向けて流れる漏れ電流が阻止されることになる。よって、色素増感太陽電池としたときの光電変換効率が高いものとなる。
特に、グリッドの表面に形成される酸化物被膜の厚さを10〜500nmとしたことにより、漏れ電流防止効果が得られるとともに、酸化物被膜の形成に要する加熱処理時間を実用的な範囲とすることができる。
本発明の導電性ガラスの実施形態である第1の例は、例えば図1ないし図3に示した構造の導電性ガラスにおいて、そのグリッド13をなす金属膜が不動態化金属からなるものである。
このように形成される酸化物被膜の厚さは、ほぼ10〜500nmとなる。この厚さが10nm未満では漏れ電流防止効果が得られず、500nmを越えてもかかる効果が頭打ちになり、酸化物被膜の形成のための加熱処理時間が長くなって実用的ではない。
図4において、符号21は、図1ないし図3に示した導電性ガラスである。この導電性ガラス21の不動態化金属膜からなるグリッド13上には酸化物半導体多孔質膜22が設けられている。
この酸化物半導体多孔質膜22の形成は、上記金属酸化物の平均粒径5〜50nmの微粒子を分散したコロイド液や分散液等をグリッド13の表面に、スクリーンプリント、インクジェットプリント、ロールコート、ドクターコート、スプレーコートなどの塗布手段により塗布し、300〜800℃で焼結する方法などで行われる。
この電解液としては、レドックス対を含む非水系電解液であれば、特に限定されるものではない。溶媒としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトンなどが用いられる。
レドックス対としては、例えばヨウ素/ヨウ素イオン、臭素/臭素イオンなどの組み合わせを選ぶことができ、これを塩として添加する場合の対イオンとしては、上記レドックス対にリチウムイオン、テトラアルキルイオン、イミダゾリウムイオンなどを用いることができる。また、必要に応じてヨウ素などを添加してもよい。
また、電解質層24に代えて、p型半導体からなるホール輸送層を用いてもよい。このp型半導体には、例えばヨウ化銅、チオシアン銅などの1価銅化合物やポリピロールなどの導電性高分子を用いることができ、なかでもヨウ化銅が好ましい。このp型半導体からなる固体のホール輸送層やゲル化した電解質を用いたものでは、電解液の漏液の恐れがない。
この例1は、上述の実施形態に対応するものである。
厚さ2mmのガラス板上に厚さ0.5μmのFTOからなる透明導電膜が設けられた透明導電ガラスを準備した。
1. アルミニウム 蒸着法
2. チタン スパッタ法
3. クロム メッキ法
4. コバルト メッキ法
5. ニッケル メッキ法
6. 金 メッキ法
7. 白金 メッキ法
8. 銀 メッキ法
9. 白金 メッキ法 酸化チタンからなるバリアー層形成
10.金 メッキ法 酸化チタンからなるバリアー層形成
11.銀 メッキ法 酸化チタンからなるバリアー層形成
12.金 メッキ法 FTOからなるバリアー層形成
13.銀 メッキ法 FTOからなるバリアー層形成
このようにして得られた導電性ガラスのシート抵抗は、0.1〜0.8Ω/□、波長550nmでの光線透過率は75〜80%であった。
得られた太陽電池の平面寸法は、10mm×10mmとした。
結果を表1に示す。
この例2は、上述の実施形態に対応するもので、グリッドをなす不動態化金属の表面の酸化物被膜の厚さや形成条件などを検討したものある。
まず、2種のサンプルセルを作製した。
厚さ2.0mmのガラス板の表面に厚さ500nmのFTOからなる透明導電膜を形成した作用極側の基板を用意し、厚さ0.05mmの白金箔を貼付した厚さ2.0mmのガラス板を対極側の基板とし、これら2枚の基板を封止し、基板間の間隙にヨウ素/ヨウ化物の電解液を充填してサンプルセルAとした。
作用極側の基板として、厚さ2.0mmのガラス板の表面に厚さ500nmのFTOからなる透明導電膜を形成し、この透明導電膜上に、各種不動態化金属(ニッケル、クロム、アルミニウム、コバルト、チタン)からなる厚さ1μmのグリッドとなる膜をメッキ法で形成し、作用極側の基板とした。この基板を温度120〜450℃、時間5〜120分の条件で大気中で加熱処理した。この作用極側の基板を用いた以外は、サンプルセルAと同様にしてサンプルセルBを作製した。
サンプルセルAでの漏れ電流値を基準値とし、この基準値に対してサンプルセルBでの漏れ電流値が大きいものを×とし、ほぼ同じ程度のものを△とし、基準値よりも小さいものを○とし、基準値の10分の1以下のものを◎として評価した。
この評価と、不動態化金属の種類と、熱処理条件との関係を表2ないし表6に示した。
なお、実際の色素増感太陽電池に適用するには、△と評価された以上のものが必要である。
Claims (6)
- ガラス表面に透明導電膜が設けられ、この透明導電膜の上に不動態化金属の膜からなるグリッドが設けられ、前記グリッドの表面に形成される酸化物被膜の厚さが10〜500nmであることを特徴とする導電性ガラス。
- 不動態化金属が、ニッケル、クロム、コバルト、アルミニウム、チタンのいずれか、またはこれらの2種以上の合金であることを特徴とする請求項1に記載の導電性ガラス。
- グリッドの表面のみが不動態化金属からなることを特徴とする請求項1または2に記載の導電性ガラス。
- ガラス表面に透明導電膜を形成し、この透明導電膜上に不動態化金属の膜からなるグリッドを形成して導電性ガラスを得る際に、このグリッドを酸素雰囲気下、120〜550℃で加熱処理することを特徴とする導電性ガラスの製法。
- 請求項1ないし3のいずれかに記載の導電性ガラスを用いてなる光電変換素子。
- 色素増感太陽電池である請求項5に記載の光電変換素子。
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