JP2008287893A - 色素増感太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】色素増感太陽電池は、負極40と、この負極40に対向して配置された正極50とを有し、これらの負極40及び正極50が封止材60により接着されている。負極40と正極50との間には、電解質溶液65が充填され、この電解質溶液65が封止材60により封止されている。負極40は、ガラス基板41の表面が透明導電膜42により被覆された基板を有している。透明導電膜42上には、多孔質酸化チタン膜43が形成され、この表面に、増感色素44が吸着(担持)されている。正極50は、透明なガラス基板51を有し、この表面が透明導電膜52により被覆されている。透明導電膜52の表面には、多孔質酸化チタン層53が形成されている。多孔質酸化チタン層53を含む透明導電膜52の全面には、電解質溶液65の反応を促す薄い触媒電極54が形成されている。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施例1を示す色素増感太陽電池の模式的な断面図である。
この色素増感太陽電池は、負極40と、この負極40に対向して配置された正極50とを有し、これらの負極40及び正極50が封止材60により接着されている。負極40と正極50との間には、電解質(例えば、ヨウ素(I)、ヨウ化リチウム、アセトニトリル、TBP(4-tert-butylpyridine)等を混合した電解質溶液)65が充填され、この電解質溶液65が封止材60により封止されている。
図2(A)〜(D)は、図1の色素増感太陽電池の製造方法を示す製造工程の概略の断面図である。
負極40の製造方法は、例えば、従来の製造方法と同一である。即ち、酸化スズ系の透明電極膜42が形成されたガラス基板41に、スクリーン印刷法等にて、約50μmの酸化チタンペースト43aを塗布する。塗布後、温度500℃にて大気雰囲気中、90分間のアニール処理を行い、図1に示すような多孔質酸化チタン膜43を形成させる。この時の多孔質酸化チタン膜厚は約10μmである。
前記負極40と共に正極50を、例えば、次のようにして製造する。
FIO、ITO等の透明導電膜52を形成したガラス基板51に、スクリーン印刷法もしくはスプレー法等にて、約1μm以下の酸化チタンペースト53a等を塗布する。これは、例えば、Solaronix社製の各種酸化チタンペーストを単層、もしくは積層して形成してもよい。酸化チタンペースト53a等の塗布後に、温度500℃にて大気雰囲気中、90分間のアニール処理を行い、図1に示すような多孔質酸化チタン層53を形成させる。この時の多孔質酸化チタン膜厚は、約0.5μm以下である。これにより、表面の粗さ(ラフネス)が数100以上の多孔質酸化チタン層53が形成される。
図2(A)の負極40を裏返し、これと正極50とを位置合わせして熱可塑性フィルム接着剤であるハイミランフィルム(例えば、三菱デュポン製の厚さ60μmのハイミランフィルム)からなる封止材60にて熱圧着して封止する。次に、封止材60、負極40あるいは正極50の一部に開けた図示しない注入孔から、ヨウ素、ヨウ化リチウム、アセトニトリル、TBPを混合等した電解溶液65を、負極50と正極60との複合体の間隙に注入する。その後、前記注入孔をエポキシ系樹脂材等にて封止等すれば、図1の色素増感太陽電池の製造が終了する。
本実施例1によれば、正極50側に多孔質酸化チタン層53を設け、この表面にPtの触媒電極54を形成したので、正極50と電解溶液65との界面抵抗を大幅に改善することができる。
図4(A)、(B)は、本発明の実施例2における図1の色素増感太陽電池の製造方法を示す概略の製造工程の断面図であり、実施例1を示す図2(C)、(D)中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例2によれば、実施例1のような大気もしくは酸素(O2)雰囲気中での焼成処理に比較して、N2中で焼成を行うと、一部が窒化チタン(TiN)化した酸化チタン層が形成される。これは純粋な酸化チタン層に比較して抵抗値が小さい。この結果、正極50と電解溶液65との界面抵抗は、実施例1と同じ程度(レベル)で、内部抵抗値R1が実施例1と比較して小さくすることが可能となり、色素増感太陽電池の光電変換効率を更に向上できる。
図5(A)、(B)は、本発明の実施例3における図1の色素増感太陽電池の製造方法を示す概略の製造工程の断面図であり、実施例1を示す図2(C)、(D)や、実施例2を示す図4(A)、(B)中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例3によれば、多孔質酸化チタン層53に、酸化チタンより抵抗値の小さい金属製等の微粒子55を混在させたので、正極50側の内部抵抗値R1をより低減することが可能である。即ち、金属系の微粒子55等を混入させているため、内部抵抗値R1の大幅削減が可能であり、色素増感太陽電池の光電変換効率を更に向上できる。特に、タングステン微粒子について、これまでの報告では、ヨウ素系電解溶液65への耐性が高いため、正極50の一部として使用することが可能である。
本発明は、上記実施例1〜3に限定されず、色素増感太陽電池の形状、構造、構成材料、製造方法等は、図示以外の種々の利用形態や変形が可能である。
41,51 ガラス基板
42,52 透明導電膜
43 多孔質酸化チタン膜
43a,53a 酸化チタンペースト
50 正極
53 多孔質酸化チタン層
54 触媒電極
55 微粒子
60 封止材
65 電解質溶液
Claims (10)
- 透明導電性の第1の基材と、
前記第1の基材上に形成され、増感色素を有する半導体電極と、
前記第1の基材に対向して配設された第2の基材と、
前記半導体電極と前記第2の基材との間に封止された電解質とを有し、
前記電解質側における前記第2の基材上に、多孔質酸化物半導体層が形成されていることを特徴とする色素増感太陽電池。 - 前記多孔質酸化物半導体層の表面には、前記電解質の反応を促す触媒電極が形成されていることを特徴とする請求項1記載の色素増感太陽電池。
- 前記多孔質酸化物半導体層は、多孔質酸化チタン層であることを特徴とする請求項1又は2記載の色素増感太陽電池。
- 前記多孔質酸化物半導体層は、耐電解質性及び導電性を有し、酸化チタンより抵抗値の小さい微粒子が混在された多孔質酸化チタン層であることを特徴とする請求項1又は2記載の色素増感太陽電池。
- 前記電解質は、ヨウ素系電解質溶液であり、
前記多孔質酸化チタン層の表面には、前記ヨウ素系電解質溶液の還元反応を促す前記触媒電極が形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。 - 前記多孔質酸化物半導体層の厚さは、約0.5μm〜1μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。
- 前記触媒電極は、白金であることを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。
- 請求項3〜7のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池の製造方法であって、
前記第1の基板上に、前記増感色素を有する前記半導体電極を焼成によって形成すると共に、
前記第2の基材上に、前記多孔質酸化チタン層を形成した後に、前記多孔質酸化チタン層の表面に前記触媒電極を形成した後に、
前記触媒電極を前記第1の基材上に対向して配置し、前記半導体電極と前記触媒電極との間に介在させる前記電解質を封止材によって封止することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。 - 前記多孔質酸化チタン層は、前記第1の基材上に酸化チタンペーストを塗布した後に、大気雰囲気中で焼成して、窒化チタンに多孔質が形成されて生成されていることを特徴とする請求項8記載の色素増感太陽電池の製造方法。
- 前記多孔質酸化チタン層は、前記第1の基材上に酸化チタンペーストを塗布した後に、窒素雰囲気中で焼成して、窒化チタン又は窒素が添加された多孔質膜が形成されて生成されていることを特徴とする請求項8記載の色素増感太陽電池の製造方法。
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