JP2008177147A - 色素増感型光電変換素子に用いられる増感色素と該増感色素が用いられた太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、この青色系増感色素の光電変換特性の向上が十分なされていないという問題は、電気製品用太陽電池の美観の向上目的のみならず色素増感型光電変換素子に用いられる青色系増感色素全てに共通する問題である。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべくなされたもので、増感色素にかかる請求項1記載の発明は、色素増感型光電変換素子に用いられ、下記一般式(1)で表される構造を有していることを特徴としている。
この色素増感型の光電変換素子10は、主に太陽Sからの光が電極基材2を透過して光電極層1に照射され、光電極層が励起されて電子の移動が起こることで起電力を発生させている。
このポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリエチレンナフタレート樹脂などを例示することができ、ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などを例示することができる。
なお、前記半導体層としては、コスト、作業性ならびに半導体層の透明性を高め、薄層化させることが容易である点においてZnO(酸化亜鉛)を用いることが好ましい。
すなわち、R11とR12とが、例えば、いずれも同じ構造のフェニル基または置換フェニル基である場合や、いずれも置換フェニル基であり且つ異なる置換基を有する置換フェニル基である場合や、一方がフェニル基または置換フェニル基で他方が炭素数5〜15のアルキル基である場合など種々の場合があげられる。
すなわち、R13、R14が、例えば、いずれも炭素数1〜12の同一構造を有するアルキル基、芳香族基、または、アルキル基置換芳香族基のいずれかである場合や、一方がアルキルで他方が芳香族基で両方の炭素数の合計が2〜25である場合や、R13、R14が互いに結合して炭素数2〜25の脂環族構造を形成している場合など種々の場合があげられる。
なお、置換フェニル基としては、これらのなかでも、ハロゲン基置換フェニル基、特にフッ素置換フェニル基、塩素置換フェニル基のいずれかが好適である。
すなわち、R31とR32とが、例えば、いずれも同じ構造のフェニル基または置換フェニル基またはアルキル基である場合や、いずれも置換フェニル基であり且つ異なる置換基を有する置換フェニル基である場合や、いずれもアルキル基であり且つ炭素数が異なる場合や、一方がフェニル基または置換フェニル基で他方が炭素数5〜15のアルキル基である場合など種々の場合があげられる。
特に、半導体層を酸化亜鉛多孔質体で形成させた場合には、式(1)乃至(3)で表される増感色素の中から所望の構造の増感色素を選択して、該増感色素をアルコールなどの溶媒に分散させた溶液として、この酸化亜鉛多孔質体に、デオキシコール酸共存下で含浸させることで光電変換効率をさらに高めることができる。
なお、本実施形態においては、増感色素を、上記材料が用いられた上記部材と組み合わせて光電変換素子に用いる場合を例に説明したが、本発明の増感色素は、上記材料が用いられた上記部材と組み合わせて光電変換素子に用いる場合にその用途を限定するものではない。
(実施例1〜7、比較例1〜9)
各実施例、比較例のスクアリリウム系色素として、以下のようなものを用意した。
(光電変換素子の作成)
(光電極層の作成)
電極基材として片面にFTO電極皮膜が形成されたFTOガラスを用いて、該FTOガラスの電極面に、電析により厚さ3μmの酸化亜鉛多孔質体膜を形成した。
この酸化亜鉛多孔質体膜が形成されたFTOガラスを各比較例の増感色素溶液に1時間浸漬し光電極層を作成した。
なお、このFTOガラスには旭硝子株式会社製「SnO2導電基板:A110U80」(厚さ:1.1mm、表面抵抗9Ω/□、透過率82%)を用いた。
またこのとき、増感色素溶液としては下記の3通りのものを用いた。
増感色素溶液1:増感色素100μM/エタノール10mL
増感色素溶液2:(増感色素100μM+DCA1mM)/エタノール10mL
増感色素溶液3:(増感色素100μM+DCA0.5mM)/エタノール10mL
(DCA:デオキシコール酸)
アセトニトリルとエチレンカーボネートとを体積比でアセトニトリル:エチレンカーボネート=1:4の割合で混合した溶液に、ヨウ化テトラプロピルアンモニウムとヨウ素とをヨウ化テトラプロピルアンモニウム0.5mol/L、ヨウ素0.05mol/Lとなるように混合し電解質液とした。
この電解質液を上記電極基材と同じFTOガラスを用いた対向基板と先述の光電極層との間に配し電解質層を形成させた。
各比較例の増感色素を用いた光電変換素子(受光面積4mm×5mm)に分光計器株式会社製「CEP−2000」を用いて100mW/cm2の照射強度で光を当てて、光電変換素子の短絡電流I0(mA/cm2)と開放電圧E0(V)とを測定した。
ついで、光電変換素子の電極間に接続する抵抗値を変化させて最大電力Wmaxを観測し、フィルファクタと光電変換効率とを計算により求めた。
比較例の各増感色素を増感色素溶液1〜3として用いた場合のフィルファクタ(ff)、光電変換効率(η)を表1に示す。
なお、同じ比較例3の増感色素を用いた場合でも増感色素溶液1の状態、すなわち、DCAを共存させない状態では、光電変換効率がη=0.89までしか示さなかった。
(光電変換素子の作成)
(光電極層の作成)
電極基材として環状ポリオレフィン系樹脂板(厚さ2mm)の片面にITOを蒸着して電極皮膜を形成し、該ITO蒸着板の電極面に、電析により厚さ3μmの酸化亜鉛多孔質体膜を形成した。
この酸化亜鉛多孔質体膜が形成されたITO蒸着板を実施例1乃至7、比較例3の増感色素溶液に1時間浸漬し光電極層を作成した。
なお、このITO蒸着板の表面抵抗は9Ω/□であり、透過率は84%であった。
またこのとき、増感色素溶液としては下記の2通りのものを用いた。
増感色素溶液4:増感色素100μM/エタノール10mL
増感色素溶液5:(増感色素100μM+DCA0.5mM)/エタノール10mL
(DCA:デオキシコール酸)
アセトニトリルとエチレンカーボネートとを体積比でアセトニトリル:エチレンカーボネート=1:4の割合で混合した溶液に、ヨウ化テトラプロピルアンモニウムとヨウ素とをヨウ化テトラプロピルアンモニウム0.5mol/L、ヨウ素0.05mol/Lとなるように混合し電解質液とした。
この電解質液を上記電極基材と同じITO蒸着板を用いた対向基板と先述の光電極層との間に配し電解質層を形成させた。
各比較例の増感色素を用いた光電変換素子(受光面積4mm×5mm)に分光計器株式会社製「CEP−2000」を用いて100mW/cm2の照射強度で光を当てて、光電変換素子の短絡電流I0(mA/cm2)と開放電圧E0(V)とを測定した。
ついで、光電変換素子の電極間に接続する抵抗値を変化させて最大電力Wmaxを観測し、フィルファクタと光電変換効率とを計算により求めた。
各実施例、および、比較例3の各増感色素を増感色素溶液4、5として用いた場合のフィルファクタ(ff)、光電変換効率(η)を表2に示す。
一方で、各実施例の増感色素は、この比較例3の増感色素に比べても、さらに優れた光電変換効率を示している。
また、FTOガラスを用いた上記の評価1においては、比較例3の増感色素は、DCAを用いない場合には、η=0.89となる光電変換効率しか示さなかったが、表2に示されているように各実施例の増感色素は、1.0以上の光電変換効率を示しており、本発明の増感色素が光電変換特性の優れたものであることがわかる。
Claims (6)
- 色素増感型光電変換素子に用いられ、下記一般式(3)で表される構造を有していることを特徴とする増感色素。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の増感色素が用いられてなる光電極層を備えていることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
- 前記光電極層が、請求項1乃至3のいずれかに記載の増感色素を含有する溶液がデオキシコール酸共存下で酸化亜鉛多孔質体に含浸されて形成されている請求項4に記載の色素増感型光電変換素子。
- 請求項4または5に記載の色素増感型光電変換素子が用いられてなることを特徴とする色素増感型太陽電池。
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