JP2009026532A - 色素増感型太陽電池の電極材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.15%以下、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜3%、N:0.025%以下であり、必要に応じてさらにCu:1%以下を含有し、残部実質的にFeの組成を有するフェライト系鋼、あるいはC:0.15%以下、Si:4%以下、Mn:2.5%以下、Ni:3〜28%、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜7%、N:0.3%以下であり、必要に応じてさらにCu:3.5%以下を含有し、残部実質的にFeの組成を有するオーステナイト系鋼またはオーステナイト+フェライト2相鋼からなる基板の表面に、白金などの触媒層を形成した色素増感型太陽電池の電極材料。
【選択図】図2
Description
本発明はこのような現状に鑑み、色素増感型太陽電池のヨウ化物イオンを含む電解質溶液中で優れた耐食性を示す金属材料で構成され、良好な電気伝導が確保される安価な電極材料を提供しようというものである。
(1)ステンレス鋼板をベースにしているので、ITO、FTO、TO等の透明導電膜と比べ導電性が高い。
(2)電解質溶液に曝される側の表面に触媒層が設けられているので、電極面での反応が促進されるとともに、液との接触抵抗が軽減される。
(3)基板のステンレス鋼は、それ自体が色素増感型太陽電池に使用される電解液中で優れた耐食性を示すものであるため、触媒層の欠陥・表面疵の存在に対して強い。
(4)触媒層の欠陥・表面疵の存在に対して強いことから、触媒層の厚さ(白金等の触媒物質の使用量)を必要最小限にすることができ、コストが低減される。
(5)ステンレス鋼板がベースであるため、この電極材料自体で基板の機能を有し、かつ従来一般的なガラス基板よりも強度が高い。
したがって、本発明は色素増感型太陽電池の普及に寄与するものである。
「C:0.15%以下、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜3%、N:0.025%以下、残部実質的にFe」の組成が採用できる。
このうち、C、Si、Mn、Nはステンレス鋼の大量生産現場における溶製工程で混入が避けられない元素であり、上記の範囲で含有が許容される。ただし、製造性等の諸性質を考慮しすると、例えばC:0.01%以下、Si:0.5%以下あるいは0.3%以下、Mn:0.5%以下あるいは0.3%以下、N:0.020%以下にコントロールすることが有効である。
P:0.04%以下、S:0.03%以下好ましくは0.005%以下、Ni:0.6%以下好ましくは0.25質量%以下、Nb:1%以下好ましくは0.5%以下、Ti:1%以下好ましくは0.3%以下、Al:0.2%以下、O:0.01%以下好ましくは0.005%以下、B:0.01%以下、V:0.3%以下、Zr:0.3%以下、Ca、Mg、CoおよびREM(希土類元素):合計0.1%以下
(1)質量%で、C:0.15%以下、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、P:0.04%以下、S:0.03%以下、Ni:0.6%以下、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜3%、Nb:0〜1%、Ti:0〜1%、Al:0〜0.2%、N:0.025%以下、O:0.01%以下、B:0〜0.01%であり、残部がFeおよび不可避的不純物
(2)質量%で、C:0.15%以下、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、P:0.04%以下、S:0.03%以下、Ni:0.6%以下、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜3%、Cu:1%以下、Nb:0〜1%、Ti:0〜1%、Al:0〜0.2%、N:0.025%以下、O:0.01%以下、B:0〜0.01%であり、残部がFeおよび不可避的不純物
「C:0.15%以下、Si:4%以下、Mn:2.5%以下、Ni:3〜28%、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜7%、N:0.3%以下、残部実質的にFe」の組成が採用できる。
このうち、C、Si、Mn、Nはステンレス鋼の大量生産現場における溶製工程で混入が避けられない元素であり、上記の範囲で含有が許容される。ただし、製造性等の諸性質を考慮しすると、例えばC:0.08%以下あるいは0.03%以下、Si:1%以下あるいは0.6%以下、Mn:2%以下、N:0.03%以下あるいは0.01%以下にコントロールすることが有効である。
オーステナイト系の場合は、Niを7%以上、好ましくは10%以上含有させる。
P:0.045%以下、S:0.03%以下好ましくは0.005%以下、Nb:1%以下好ましくは0.5%以下、Ti:1%以下好ましくは0.3%以下、Al:0.1%以下好ましくは0.01%以下、O:0.01%以下好ましくは0.005%以下、B:0.01%以下、V:0.3%以下、Zr:0.3%以下、Ca、Mg、CoおよびREM(希土類元素):合計0.1%以下
(1)質量%で、C:0.15%以下、Si:4%以下、Mn:2.5%以下、P:0.045%以下、S:0.03%以下、Ni:3〜28%、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜7%、Nb:0〜1%、Ti:0〜1%、Al:0〜0.1%、N:0.3%以下、O:0.01%以下、B:0〜0.01%であり、残部がFeおよび不可避的不純物
(2)質量%で、C:0.15%以下、Si:4%以下、Mn:2.5%以下、P:0.045%以下、S:0.03%以下、Ni:3〜28%、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜7%、Cu:3.5%以下、Nb:0〜1%、Ti:0〜1%、Al:0〜0.1%、N:0.3%以下、O:0.01%以下、B:0〜0.01%であり、残部がFeおよび不可避的不純物
各鋼板の組織観察を行うことにより、フェライト系のものはマトリクスがフェライト相であり、オーステナイト系のものはマトリクスがオーステナイト相であることを確認している。
色素増感型太陽電池の電解質溶液を模擬した試験液として、アセトニトリル溶媒中にヨウ素I2:0.05mol/L、およびヨウ化リチウムLiI:0.5mol/Lを溶解させたものを用意した。
外観については、溶解した部分が認められず、かつ点錆も認められないものを「異常なし」と表示し、1000h浸漬試験後に「異常なし」と評価されたものを合格と判定した。
結果を表2に示す。
これらの表面(白金被覆試料は白金表面、ネサガラスは導電膜表面)について、低抵抗率計(三菱化学(株)製、ロレスターGP)を用いて4探針法により表面抵抗率を測定した。サンプル数n=3で行い、平均値を採用した。
結果を表3に示す。
2 透明基板
3 光電極
4 基板
5 対極
6 光電変換層
7 TiO2粒子
8 Ru色素
9 電解質溶液
10 負荷
20 入射光
21 ステンレス鋼板
22 触媒層
30 本発明の電極材料からなる対極
40 本発明の電極材料からなる光電極
Claims (5)
- 質量%で、C:0.15%以下、Si:1.2%以下、Mn:1.2%以下、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜3%、N:0.025%以下、残部実質的にFeの組成を有し、フェライト相組織を呈するステンレス鋼板を基板に持ち、その基板の片側の表面に触媒層が形成されている金属板からなる色素増感型太陽電池の電極材料。
- 前記ステンレス鋼板は、さらにCu:1%以下を含有するものである請求項1に記載の色素増感型太陽電池の電極材料。
- 質量%で、C:0.15%以下、Si:4%以下、Mn:2.5%以下、Ni:3〜28%、Cr:17〜32%、Mo:0.8〜7%、N:0.3%以下、残部実質的にFeの組成を有し、オーステナイト相組織またはオーステナイト+フェライト2相組織を呈するステンレス鋼板を基板に持ち、その基板の片側の表面に触媒層が形成されている金属板からなる色素増感型太陽電池の電極材料。
- 前記ステンレス鋼板は、さらにCu:3.5%以下を含有するものである請求項3に記載の色素増感型太陽電池の電極材料。
- 前記触媒層は白金を用いたものである請求項1〜4のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の電極材料。
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