JP2010009786A - Dye sensitized solar cell, and dye sensitized solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module.
化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。現在、一部実用化され始めた太陽電池としては、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池及び非結晶系薄膜シリコン太陽電池がある。 Solar cells that can convert sunlight into electric power are attracting attention as an energy source to replace fossil fuels. Currently, solar cells that have been partially put into practical use include solar cells using crystalline silicon substrates and amorphous thin-film silicon solar cells.
新しいタイプの太陽電池としては、特許文献1に金属錯体の光誘起電子移動を応用した色素増感型太陽電池が示されている。これらの色素増感型太陽電池は、色素を吸着した多孔質半導体層からなる多孔質光電変換層、キャリア輸送層および、一対の電極から構成される。多孔質半導体層には、可視光領域に吸収スペクトルを有する増感色素としてビピリジンルテニウム錯体が吸着されている。 As a new type of solar cell, Patent Document 1 discloses a dye-sensitized solar cell to which photoinduced electron transfer of a metal complex is applied. These dye-sensitized solar cells are composed of a porous photoelectric conversion layer composed of a porous semiconductor layer adsorbing a dye, a carrier transport layer, and a pair of electrodes. A bipyridine ruthenium complex is adsorbed on the porous semiconductor layer as a sensitizing dye having an absorption spectrum in the visible light region.
これらの電池において、多孔質半導体層と色素で構成される多孔質光電変換層に光を照射すると、色素中の電子が励起され、該電子は外部回路を通って対極に移動する。対極に移動した電子は、キャリア輸送層である電解質中のイオンによって運ばれ、多孔質光電変換層にもどる。このような過程が繰返されて電気エネルギーが取り出される。 In these batteries, when light is irradiated to a porous photoelectric conversion layer composed of a porous semiconductor layer and a dye, electrons in the dye are excited, and the electrons move to the counter electrode through an external circuit. The electrons that have moved to the counter electrode are carried by the ions in the electrolyte that is the carrier transport layer, and return to the porous photoelectric conversion layer. Such a process is repeated to extract electric energy.
しかしながら、シリコン太陽電池に比べ、色素増感型太陽電池は低い光電変換効率に留まっているのが現状である。 However, the present situation is that the dye-sensitized solar cell has a lower photoelectric conversion efficiency than the silicon solar cell.
特許文献2には、支持体上に高屈折材料薄膜を設け、その上に多孔質半導体電極を形成し、その上に、光反射粒子層を堆積させたことにより、変換効率の向上させることができる技術が開示されている。
In
しかしながら、この技術では、支持体上に高屈折材料薄膜が形成されていることから、その膜には色素は吸着されず、その膜での光の吸収は見込めなくなる。したがって、入射された光は多孔質半導体電極でのみ吸収されることになり、変換効率を低下させる要因となっていた。 However, in this technique, since the high refractive material thin film is formed on the support, the dye is not adsorbed on the film, and light absorption in the film cannot be expected. Therefore, the incident light is absorbed only by the porous semiconductor electrode, which is a factor of reducing the conversion efficiency.
また、特許文献3には、高屈折材料のコア粒子に低屈折材料のシェルをコートした酸化物粒子を用いた色素増感型の太陽電池が開示されている。これは、高屈折材料での反射と、コートされた酸化物粒子間での反射により、効率が改善される技術である。しかしながら、この膜単層だけでは、十分な反射率が得られず、色素増感型太陽電池の単セルでは十分な性能を得ることができなかった。
本発明は、上記の問題を解決するため、高い性能を示す色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池モジュールを提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module that exhibit high performance.
本発明の色素増感型太陽電池は、支持体上に透明導電層を備えた導電性支持体、前記導電性支持体の前記透明導電層上に多孔質半導体層に色素を吸着させた多孔質光電変換層と、キャリア輸送層と、対極側支持体を含む色素増感型太陽電池において、前記多孔質半導体層が少なくとも3層からなり、光の入射方向に対し、最も近いところに形成されている多孔質半導体層と最も遠いところに形成されている多孔質半導体層の屈折率が、その間に形成されている多孔質半導体層の屈折率よりも高いことを特長とする。 The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a conductive support provided with a transparent conductive layer on a support, a porous material in which a dye is adsorbed on a porous semiconductor layer on the transparent conductive layer of the conductive support. In a dye-sensitized solar cell including a photoelectric conversion layer, a carrier transport layer, and a counter electrode side support, the porous semiconductor layer is composed of at least three layers, and is formed at a position closest to the incident direction of light. It is characterized in that the refractive index of the porous semiconductor layer formed farthest from the porous semiconductor layer is higher than the refractive index of the porous semiconductor layer formed therebetween.
前記多孔質半導体層が3層からなり、光の入射方向から順に第一の多孔質半導体層、第二の多孔質半導体層、第三の多孔質半導体層の順に形成され、かつ、第二の多孔質半導体層の屈折率よりも、第一および第三の多孔質半導体層の屈折率が大きいことが好ましい。 The porous semiconductor layer is composed of three layers, and is formed in the order of the first porous semiconductor layer, the second porous semiconductor layer, and the third porous semiconductor layer in order from the incident direction of light, and the second The refractive index of the first and third porous semiconductor layers is preferably larger than the refractive index of the porous semiconductor layer.
前記第一の多孔質半導体層および第三の多孔質半導体層の屈折率が、第二の多孔質半導体層の屈折率よりも0.1以上大きいことが好ましい。 It is preferable that the refractive index of said 1st porous semiconductor layer and the 3rd porous semiconductor layer is 0.1 or more larger than the refractive index of a 2nd porous semiconductor layer.
前記第一の多孔質半導体層が、ルチル型の酸化チタンであることが好ましい。
前記第二の多孔質半導体層が、アナターゼ型の酸化チタン、チタン酸ストロンチウムであることが好ましい。
The first porous semiconductor layer is preferably rutile titanium oxide.
The second porous semiconductor layer is preferably anatase-type titanium oxide or strontium titanate.
前記第三の多孔質半導体層が、ルチル型の酸化チタンであることが好ましい。
また本発明によれば、前記の色素増感型太陽電池を用いた色素増感型太陽電池モジュールが提供される。
The third porous semiconductor layer is preferably rutile titanium oxide.
Moreover, according to this invention, the dye-sensitized solar cell module using the said dye-sensitized solar cell is provided.
本発明を用いることにより、変換効率を向上させた色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池モジュールを提供できる。 By using the present invention, a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module with improved conversion efficiency can be provided.
本発明の好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施形態は一例であり、種々の形態での実施が本発明の範囲内で可能である。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment is an example and implementation with a various form is possible within the scope of the present invention.
<色素増感型太陽電池>
図1は、本発明の色素増感型太陽電池8(以下「太陽電池」ともいう)の断面図を示している。本発明の色素増感型太陽電池8は、支持体1上に透明導電層2を備えた導電性支持体3、前記導電性支持体3の前記透明導電層2上に多孔質半導体層11に色素を吸着させた多孔質光電変換層31と、キャリア輸送層4と、対極側支持体7を含む色素増感型太陽電池8において、前記多孔質半導体層11が、異なる屈折率の材料を含んでいる複数の多孔質半導体層からなることを特徴とする。また導電性支持体3と対極側支持体7との間にキャリア輸送層4が充填され、側面がスペーサ21および封止材22で封止された構造をとっている。
<Dye-sensitized solar cell>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell 8 (hereinafter also referred to as “solar cell”) of the present invention. The dye-sensitized solar cell 8 of the present invention includes a
<支持体>
本実施形態における支持体1は、一般的に色素増感型太陽電池の支持体として用いられている材料であれば、その材料は特に限定されない。例えば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板や、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)、テフロン(登録商標)などの材料から構成される可撓性フィルムからなる耐熱性樹脂板を用いることができる。なお、支持体1と対極側支持体7のいずれか一方は、光透過性を有することが好ましい。ただし、少なくとも後述の増感色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過するものであればよく、必ずしも全ての波長の光に対して透過性を有することは要求されない。
<Support>
If the support 1 in this embodiment is a material generally used as a support of a dye-sensitized solar cell, the material will not be specifically limited. For example, a heat-resistant film made of a flexible film made of a glass substrate such as soda glass, fused silica glass, or crystalline quartz glass, or a material such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), or Teflon (registered trademark). Can be used. In addition, it is preferable that any one of the support body 1 and the counter electrode
また、完成した太陽電池を他の構造体に取り付けるときに支持体1を利用することができる。すなわち、ガラス基板などの支持体1の周辺部を、金属加工部品とねじを用いて他の支持体1に容易に取り付けることができる。 Moreover, the support body 1 can be utilized when attaching the completed solar cell to another structure. That is, the peripheral part of the support body 1 such as a glass substrate can be easily attached to another support body 1 using metal processed parts and screws.
<透明導電層>
透明導電層2は、太陽電池の受光面となり、光透過性が必要となるため、光透過性の材料からなる。但し、少なくとも後述する増感色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよく、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はない。
<Transparent conductive layer>
The transparent
光透過性の材料は、一般に太陽電池に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料としては、インジウム錫複合酸化物(ITO)、フッ素をドープした酸化錫(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。 The light-transmitting material is not particularly limited as long as it is a material that can be generally used for solar cells and can exhibit the effects of the present invention. Examples of such materials include indium tin composite oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and zinc oxide (ZnO).
導電性支持体3は、光透過性の材料からなる支持体1上に、光透過性の材料からなる透明導電層2が積層されてなる。
The
透明導電層2の膜厚は0.02〜5μm程度が好ましく、膜のシート抵抗は低いほどよく、40Ω/sq以下が好ましい。
The film thickness of the transparent
また、透明導電層2には、低抵抗化のために金属リード線を設けてもよい。
金属リード線の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタンなどが挙げられる。但し、金属リード線を設けることにより、受光面からの入射光量の低下を招く場合には、金属リード線の太さを0.1〜4mm程度にするのが好ましい。
Moreover, you may provide a metal lead wire in the transparent
Examples of the metal lead wire material include platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, and titanium. However, when the metal lead wire is provided to reduce the amount of incident light from the light receiving surface, the thickness of the metal lead wire is preferably about 0.1 to 4 mm.
また、これらの透明導電膜には、レーザを用いることで、スクライブを入れることができる。 These transparent conductive films can be scribed by using a laser.
<多孔質半導体層>
本発明における多孔質半導体層11は、異なる屈折率材料を含んでいる多孔質半導体層からなることが好ましい。
<Porous semiconductor layer>
The
ここで、屈折率とは、ヘリウム(He)−ネオン(Ne)レーザ、キセノン(Xe)ランプ等を光源として用いて入射光と反射光との偏光の変化から得られる測定波長550nmでの屈折率を意味する。 Here, the refractive index means a refractive index at a measurement wavelength of 550 nm obtained from a change in polarization between incident light and reflected light using a helium (He) -neon (Ne) laser, a xenon (Xe) lamp or the like as a light source. Means.
また、この多孔質半導体層11は、少なくとも3層からなることが好ましい。そして、多孔質半導体層のうち、光の入射側から最も近い多孔質半導体層と、最も遠い多孔質半導体層の屈折率が、その間に挟まれている多孔質半導体層の屈折率よりも高いことが好ましい。
The
多孔質半導体層が3つの層からなる場合について図2を用いて説明する。本発明の色素増感型太陽電池8は、支持体1上に透明導電層2を備えた導電性支持体3、前記導電性支持体3の前記透明導電層2上に多孔質半導体層11a、11bおよび11cに色素を吸着させた多孔質光電変換層31と、キャリア輸送層4と、対極側支持体7を含む色素増感型太陽電池8において、前記多孔質半導体層が、光の入射側から順に、第一の多孔質半導体層11a、第二の多孔質半導体層11b、第三の多孔質半導体層11cで構成される。そして、第二の多孔質半導体層11bの屈折率よりも、第一の多孔質半導体層11aと第三の多孔質半導体層11cの屈折率が高いこと好ましい。
The case where the porous semiconductor layer is composed of three layers will be described with reference to FIG. The dye-sensitized solar cell 8 of the present invention includes a
この多孔質半導体層の構造にすると、光は第一の多孔質半導体層11aから入射し、第二の多孔質半導体層11b、第三の多孔質半導体層11cに逐次入射されていく。光は、屈折率の低い材料から高い材料を通過するとき、より大きな光の屈折率をもつ材料によって、光が曲げられ、光を高い屈折率材料で挟み込んでいることにより閉じ込めやすくなる。導電性支持体3から第一の多孔質半導体層11aへは、屈折率が低いものから高いものへの入射になり、光が曲げられ、色素増感型太陽電池の内部に光を取り込みやすくなる。
With this porous semiconductor layer structure, light is incident from the first
また、この構造により、従来、前記特許文献2に記載のように、支持体上に高屈折材料薄膜が設けられていたが、本発明のように、多孔質半導体層を複数とし、第一の多孔質半導体層11aを第二の多孔質半導体層11bよりも高い屈折率材料とすることで、この多孔質半導体層にも色素を吸着させることができ、変換効率の向上させることができる。
Further, according to this structure, conventionally, as described in
第一の多孔質半導体層11aを形成している材料としては、屈折率の比較的高い材料が好ましく、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズなどが挙げられ、これらの中でも、安定性、安全性の点から、酸化チタンが特に好ましく用いられる。また、酸化チタンにおいて、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の酸化チタン、あるいは水酸化チタン、含水酸化チタンが挙げられる。また、これら構成材料は単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。好ましくは、最も屈折率が高い、ルチル型の酸化チタンがよい。
As the material forming the first
第一の多孔質半導体層11aを形成する方法としては、特に限定は無く公知の方法が用いられるが、主な方法として以下を挙げることができる。
(1)導電性支持体上に半導体微粒子を含有する懸濁液を塗布し、乾燥及び/又は焼成する方法。
(2)所定の原料ガスを用いた化学蒸着法(CVD)法又は有機金属化学蒸着法(MOCVD)法等。
(3)固体原料を用いた物理的蒸着(PVD)法、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンメッキ法等。
(4)ゾル−ゲル法等。
The method for forming the first
(1) A method of applying a suspension containing semiconductor fine particles on a conductive support and drying and / or firing.
(2) A chemical vapor deposition (CVD) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using a predetermined source gas.
(3) Physical vapor deposition (PVD) method using a solid material, for example, vacuum vapor deposition method, sputtering method, ion plating method, ion plating method and the like.
(4) Sol-gel method and the like.
上記の第一の多孔質半導体層11aを形成する方法としては、(1)が簡便、かつ高性能であるため、好ましく用いられる。その形成方法を具体的に説明する。
The method for forming the first
材料となる半導体微粒子を分散剤、溶媒などに加え、分散させて懸濁液を調製し、その懸濁液を導電性支持体3上に塗布する。塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法、スプレー法、インクジェット法など公知の方法が挙げられる。
Semiconductor fine particles as a material are added to a dispersant, a solvent, and the like, and dispersed to prepare a suspension, and the suspension is applied onto the
その後、塗膜を乾燥及び/又は焼成することにより、第一の多孔質半導体層11aが得られる。いずれの方法においても、多孔質性を持った半導体層が得られるため、以下で述べるように、この層に、色素を吸着させることが出来る。
Then, the 1st
乾燥及び焼成においては、使用する基板、電極や半導体微粒子の種類により、温度、時間、雰囲気などの条件を適宜設定する必要がある。焼成は、例えば大気雰囲気下又は不活性ガス雰囲気下、50℃〜800℃程度の範囲内で、10秒〜12時間程度で行うことができる。この乾燥及び焼成は、単一の温度で1回又は温度を変化させて2回以上行うことができる。 In drying and firing, it is necessary to appropriately set conditions such as temperature, time, and atmosphere depending on the type of substrate, electrodes, and semiconductor fine particles to be used. Firing can be performed, for example, in an air atmosphere or an inert gas atmosphere within a range of about 50 ° C. to 800 ° C. for about 10 seconds to 12 hours. This drying and baking can be performed once at a single temperature or twice or more by changing the temperature.
太陽電池の光電変換効率を向上させるためには、後述する光増感色素を多孔質半導体層により多く吸着させて、光電変換層を形成することが必要である。このため、膜状の多孔質半導体層の比表面積は大きいものが好ましく、10m2/g〜200m2/g程度が好ましい。 In order to improve the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, it is necessary to form a photoelectric conversion layer by adsorbing more photosensitizing dyes described later to the porous semiconductor layer. Therefore, preferably has a specific surface area of the film-like porous semiconductor layer large, 10 m 2 / g to 200 m approximately 2 / g are preferred.
第二の多孔質半導体層11bを形成している材料としては、第一の多孔質半導体層11aに使用していない材料でかつ第一の多孔質半導体層11aの屈折率よりも低い材料であれば特に制約はなく、種々の材料を使用することが出来る。例えば、第一の多孔質半導体層11aとして、ルチル型の酸化チタンが用いられているときには、アナターゼ型の酸化チタン、酸化亜鉛や酸化スズ、チタン酸ストロンチウムなどが好ましく用いることができ、より好ましくは、アナターゼ型の酸化チタンがよい。
The material forming the second porous semiconductor layer 11b may be a material not used for the first
このとき、第一の多孔質半導体層11aおよび第三の多孔質半導体層11cの屈折率が、第二の多孔質半導体層11bの屈折率よりも、0.1以上大きいことが好ましい。0.1以上の屈折率差により、十分に光を曲げることができ、変換効率を向上させることができる。
At this time, it is preferable that the refractive index of the 1st
第三の多孔質半導体層11cを形成している材料としては、第一の多孔質半導体層11aと同等もしくは、第二の多孔質半導体層11bよりも屈折率が高い材料であれば特に制約はなく、種々の材料を用いることが出来る。好ましくは、テルル化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅、硫化水銀、白金、ゲルマニウム、セレン化砒素、炭化ケイ素、酸化チタン、酸化第二鉄、酸化銅、などがあり、安定性、安全性の点から、酸化チタン、酸化第二鉄、酸化銅であることが好ましい。より好ましくは、酸化チタンがよい。
The material forming the third
例えば、第一の多孔質半導体層11aに、ルチル型の酸化チタン、第二の多孔質半導体層11bに、アナターゼ型の酸化チタンが用いられているときには、第三の多孔質半導体層11cとして、ルチル型の酸化チタンが好ましく用いることが出来る。この組み合わせの場合、屈折率は、それぞれ2.71、2.52、2.71であるため、第二の多孔質半導体層11bの屈折率よりも、第一の多孔質半導体層11aおよび第三の多孔質半導体層11cの屈折率は、0.1以上となり、光を曲げることができ、変換効率を向上させることができる。
For example, when rutile type titanium oxide is used for the first
第三の多孔質半導体層11cにおいて、第一の多孔質半導体層11aおよび第二の多孔質半導体層11bのヘイズ率よりも、第三の多孔質半導体層11cのヘイズ率が大きいことが好ましい。ここで、ヘイズ率とは、可視光領域および/または近赤外領域にスペクトルを有する光線(例えば、標準光源D65や標準光源C)を測定サンプルに入射した際の拡散透過率を、全光線透過率で割った値であり、0〜1の間の値もしくは0〜100%の百分率で表示される。
In the third
3層以上の複数の層からなる多孔質半導体層の場合、光の入射側から最も近い多孔質半導体層を、上記第一の多孔質半導体層に当てはめればよく、光の入射側から最も遠い多孔質半導体層を、上記第三の多孔質半導体層に当てはめればよく、その間に形成されている多孔質半導体層としては、上記第二の多孔質半導体層に当てはめればよい。 In the case of a porous semiconductor layer composed of a plurality of layers of three or more layers, the porous semiconductor layer closest from the light incident side may be applied to the first porous semiconductor layer, and is the farthest from the light incident side. What is necessary is just to apply a porous semiconductor layer to said 3rd porous semiconductor layer, and what is necessary is just to apply to said 2nd porous semiconductor layer as a porous semiconductor layer formed in the meantime.
多孔質半導体層それぞれの膜厚としては、特に制約は無く、色素の吸着により、最も電流が得られる膜厚で各多孔質半導体層を制御すればよい。具体的には、多孔質半導体層全体の膜厚で0.1μm〜50μm程度が好ましく、特に好ましいのは1μm〜35μmである。 The film thickness of each porous semiconductor layer is not particularly limited, and each porous semiconductor layer may be controlled with a film thickness at which the most current can be obtained by dye adsorption. Specifically, the thickness of the entire porous semiconductor layer is preferably about 0.1 μm to 50 μm, and particularly preferably 1 μm to 35 μm.
<光増感色素>
多孔質半導体層11に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の可視光領域及び/又は赤外光領域に吸収をもつものが挙げられる。さらに、多孔質半導体層11に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボキシル基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等のインターロック基を有するもの(特に炭素原子1〜3を有する低級のもの)が好ましい。これらの中でも、カルボン酸基及びカルボン酸無水基がより好ましい。なお、インターロック基は、励起状態の色素と多孔質光電変換層の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供するものである。
<Photosensitizing dye>
Examples of the dye that is adsorbed on the
これらインターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウム金属錯体色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。 Examples of the dyes containing these interlock groups include ruthenium metal complex dyes, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.
多孔質半導体層11に色素を吸着させる方法としては、例えば導電性支持体3上に形成された多孔質半導体層11を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。その際、単に室温下で吸着を行ってもよいし、吸着速度を向上させるために還流法による加熱を行ってもよい。
Examples of the method for adsorbing the dye on the
色素を溶解させる溶媒としては、色素を溶解するものであればよく、具体的には、エタノール、メタノール等のアルコール類、アセトン、ジエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物類、クロロホルム、塩化メチル等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサン、ペンタン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸メチル等のエステル類、水等が挙げられる。これらの溶媒は単独あるいは2種類以上を混合して用いることができる。 The solvent for dissolving the dye may be any solvent that dissolves the dye. Specifically, alcohols such as ethanol and methanol, ketones such as acetone and diethyl ketone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, acetonitrile , Nitrile compounds such as benzonitrile, halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform and methyl chloride, aliphatic hydrocarbons such as hexane and pentane, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene, esters such as ethyl acetate and methyl acetate And water. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.
溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましく、例えば、1〜5×10-4モル/リットル以上であればよい。上限としては、使用する色素及び溶媒の種類により変わるが、飽和溶液以下が好ましい。 The concentration of the dye in the solution can be appropriately adjusted depending on the type of the dye and the solvent used, but is preferably as high as possible in order to improve the adsorption function, for example, 1 to 5 × 10 −4 mol. / Liter or more. As an upper limit, although it changes with kinds of the pigment | dye and solvent to be used, a saturated solution or less is preferable.
多孔質半導体層11を色素溶液へ浸漬する吸着方法では、多孔質半導体層11を収容することができる適当な容器に色素溶液を充填し、その溶液に多孔質半導体層11の全体を漬けるか、または多孔質半導体層11の所望の部分のみを漬けて、所定の時間保持することが適当である。この際の条件は、使用する色素、溶媒の種類、溶液の濃度等に応じて適宜調製することができる。例えば、雰囲気および溶液の温度は室温、圧力は大気圧下であることが適当であるが、これらは適宜変動させてもよい。浸漬時間は、例えば5分〜100時間程度が挙げられる。浸漬は、1回でもよいし、複数回行なってもよい。
In the adsorption method in which the
このような多孔質半導体層11に吸着された色素は、光エネルギーを吸収して励起電子を生成し、この電子を多孔質半導体層11に送る光増感剤として機能する。すなわち、多孔質半導体層11に色素を吸着することで多孔質光電変換層31を形成できる。
The dye adsorbed on the
<キャリア輸送層>
キャリア輸送層4は、多孔質光電変換層31と接して形成され、色素の酸化体を迅速に還元するために、電子を色素に輸送する機能を担う。
<Carrier transport layer>
The carrier transport layer 4 is formed in contact with the porous
キャリア輸送層4は、電子、ホール、又はイオンを輸送できる材料を用いることができる。例えば、ポリビニルカルバゾール、トリフェニルアミンなどのホール輸送材料、ポリチオフェン、ポリピロールなどの導電性ポリマー、電解質溶液(電解液)、溶融塩、固体電解質、ゲル電解質などのイオン導電体、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などの無機p型半導体などが挙げられる。 The carrier transport layer 4 can be made of a material that can transport electrons, holes, or ions. For example, hole transport materials such as polyvinyl carbazole and triphenylamine, conductive polymers such as polythiophene and polypyrrole, electrolyte solutions (electrolytic solutions), molten salts, solid electrolytes, gel electrolytes and other ionic conductors, copper iodide, thiocyanic acid Examples include inorganic p-type semiconductors such as copper.
イオン導電体は、酸化還元性のものがよく、一般に電池や太陽電池等において使用することができる電解質であればとくに限定されない。具体的には、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムアイオダイド、ピリジニウムアイオダイド、イミダゾリウムアイオダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、ヨウ素との混合物、金属臭化物(LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2など)、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物と、臭素との混合物、金属錯体(コバルト錯体、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウムイオンなど)、イオウ化合物(ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなど)、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどが挙げられる。 The ion conductor is preferably redox, and is not particularly limited as long as it is an electrolyte that can be generally used in batteries, solar cells, and the like. Specifically, LiI, NaI, KI, CsI, and an iodide such as iodine salt of CaI metal iodide, such as 2, and tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, imidazolium iodide and quaternary ammonium compounds, Mixtures with iodine, bromides such as bromides of metal bromides (such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 ) and quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide, pyridinium bromide, and mixtures of bromine, metal complexes ( Cobalt complexes, ferrocyanate-ferricyanate, ferrocene-ferricinium ions, etc.), sulfur compounds (polysulfide sodium, alkylthiol-alkyl disulfides, etc.), viologen dyes, hydroquinone-quinones, etc. .
これらの中でも、ジメチルプロピルイミダリウムアイオダイド、LiI、ピリジニウムアイオダイド、イミダゾリウムアイオダイドとヨウ素との混合物が開放電圧の改善の点で好ましい。 Among these, dimethylpropylimidazolium iodide, LiI, pyridinium iodide, and a mixture of imidazolium iodide and iodine are preferable from the viewpoint of improving open circuit voltage.
また、従来から用いられている添加剤として、t−ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香化合物を添加してもよい。 Moreover, you may add nitrogen-containing aromatic compounds, such as t-butyl pyridine (TBP), as an additive conventionally used.
電解質溶液(電解液)を構成する溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのエーテル類、メタノール、エタノールなどのアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質、水などが挙げられる。 Solvents constituting the electrolyte solution (electrolytic solution) include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane and diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, Propylene glycol dialkyl ether, polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether and other ethers, methanol, ethanol and other alcohols , Ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene group Examples include polyhydric alcohols such as coal, polypropylene glycol and glycerin, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, and benzonitrile, aprotic polar substances such as dimethyl sulfoxide and sulfolane, and water. .
電解液中の電解質濃度は、伝導度を高くするために0.1モル/リットル〜5モル/リットル程度が好ましい。 The electrolyte concentration in the electrolytic solution is preferably about 0.1 mol / liter to 5 mol / liter in order to increase the conductivity.
固体電解質としては、電解質とイオン伝導性高分子化合物の混合物を用いることができる。イオン伝導性高分子化合物としては、例えば、ポリエーテル類、ポリエステル類、ポリアミン類、ポリスルフィド類、ポリフッ化ビニリデン類などの極性高分子化合物が挙げられる。 As the solid electrolyte, a mixture of an electrolyte and an ion conductive polymer compound can be used. Examples of the ion conductive polymer compound include polar polymer compounds such as polyethers, polyesters, polyamines, polysulfides, and polyvinylidene fluoride.
ゲル電解質としては、電解質とゲル化剤を用いて作製したものを用いることができる。ゲル化剤としては、高分子ゲル化剤が良好に用いられる。例えば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられる。 As a gel electrolyte, what was produced using electrolyte and a gelatinizer can be used. As the gelling agent, a polymer gelling agent is preferably used. Examples thereof include polymer gelling agents such as crosslinked polyacrylic resin derivatives, crosslinked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, and polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain.
溶融塩ゲル電解質としては、常温型溶融塩にゲル電解質材料を添加したものを用いることができる。常温型溶融塩としては、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類が良好に用いられる。 As the molten salt gel electrolyte, a room temperature molten salt to which a gel electrolyte material is added can be used. As room temperature type molten salts, nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salt compounds such as pyridinium salts and imidazolium salts are preferably used.
固体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質を用いたキャリア輸送層を形成する際には、多孔質半導体層11中に十分に高分子電解質が注入されていなければ光電変換効率が悪くなるため、液体状態にあるモノマー溶液を多孔質半導体層中に含浸させ、その後に重合させるのが好ましい。重合方法としては、光重合や熱重合などが挙げられる。
When forming a carrier transport layer using a solid electrolyte, a gel electrolyte, or a molten salt gel electrolyte, the photoelectric conversion efficiency deteriorates unless the polymer electrolyte is sufficiently injected into the
<対極側支持体>
対極側支持体7は、多孔質光電変換層31が形成されている導電性支持体3とともに一対の電極を構成し得るものであり、基板5に導電層6を形成したものが広く用いられている。この導電層6は透明でもよいし、不透明であってもよい。基板5は、支持体1と同様な材料が好ましい。導電層6は、例えば、金、白金、銀、銅、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン等の金属;ITO、SnO2、ZnO等の透明導電材料からなる膜が挙げられる。これらの導電層6は、CVD法、無電解メッキ法、電着法、印刷法、接着剤や両面テープで金属や合金の薄板を貼り付けるなど、一般的に電極を形成する方法であれば、いかなる公知の方法を用いて形成され、その膜厚は0.1〜5μm程度が適当である。なお、導電層6の表面にキャリア輸送層4との電荷移動を促進するため、白金などの触媒層を形成することが好ましい。この場合の白金膜の膜厚は、1〜1000nm程度である。また、この触媒層が導電層6を兼ねていてもよい。触媒層を形成する場合、触媒層を構成する材料は、一般に太陽電池に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料としては、例えば、白金、カーボンが好ましい。カーボンの形態としては、カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン等が好ましい。
<Counter electrode support>
The
<スペーサー>
多孔質光電変換層31と導電性支持体3との接触を防止するために、必要に応じてスペーサ21を用いてもよい。これらスペーサ21としては一般にポリエチレン等の高分子フイルムが用いられている。このフイルムの膜厚は10〜50μm程度が適当である。
<Spacer>
In order to prevent contact between the porous
<封止材>
封止材22は、キャリア輸送層4の揮発や電池内への水などの浸入を防止するために設けるのが好ましい。また、封止材22は、(1)支持体に作用する落下物や応力(衝撃)を吸収する、(2)長期にわたる使用時において支持体に作用するたわみなどを吸収する機能も有する。
<Encapsulant>
The sealing
封止材22を構成する材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ガラスフリットなどが好ましく、これらは2種類以上を2層以上にして用いることもできる。また、ホットメルト樹脂を使用することもできる。キャリア輸送層の溶剤としてニトリル系溶剤、カーボネート系溶剤を使用する場合には、シリコーン樹脂やホットメルト樹脂(例えば、アイオノマー樹脂)、ポリイソブチレン系樹脂、ガラスフリットが特に好ましい。
The material constituting the sealing
封止材22のパターンは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスフリットを使用する場合には、ディスペンサーにより形成できる。ホットメルト樹脂を使用する場合には、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより、形成できる。
The pattern of the sealing
以上の構成により、本発明の色素増感型太陽電池8を提供することができる。
<太陽電池モジュール>
図3は、本発明の太陽電池モジュール121の断面図である。本発明の太陽電池モジュール121は、支持体110の上に透明導電層112を備えた導電性支持体119、前記導電性支持体119の前記透明導電層112上に多孔質半導体層114aに色素を吸着させた多孔質光電変換層114bと、キャリア輸送層117と、支持体111上に導電層116と触媒層115が前記の順に堆積した対極側支持体120と、前記支持体110上に前記触媒層115との間に形成されたセル間絶縁層113と、隣接する前記セル間絶縁層113の相互間に形成された導電性接続層118からなる。
With the above configuration, the dye-sensitized solar cell 8 of the present invention can be provided.
<Solar cell module>
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
本発明の色素増感型太陽電池を複数個接続することにより、太陽電池モジュール121(以下「モジュール」ともいう)を提供することが出来る。モジュール121を作製する際には、予めスクライブを施した導電性支持体119上に多孔質半導体層114aを形成し、色素を吸着し、多孔質光電変換層114bを形成し、対極側支持体120を貼り合わせ、色素増感型太陽電池を接続するための導電性接続層118を用い、隣接するセル同士を接続させることが好ましい。
A solar cell module 121 (hereinafter also referred to as “module”) can be provided by connecting a plurality of the dye-sensitized solar cells of the present invention. When the
図3に示すような色素増感型太陽電池モジュールを作製するとき、所望の多孔質半導体層114a上に、触媒層、および導電膜を形成してもよい。また、対極としてPt以外の金属を用いる場合、その表面に触媒層115を形成することが好ましく、Pt又は炭素で薄層を形成することが好ましい。対極の形成方法にも限定はなく、CVD法、無電解メッキ法、電着法、印刷法、接着剤や両面テープで金属や合金の薄板を貼り付けるなど、一般的に電極を形成する方法であれば、いかなる公知の方法を用いてもよい。対極は、触媒層と導電層で構成してもよい。
When producing a dye-sensitized solar cell module as shown in FIG. 3, a catalyst layer and a conductive film may be formed on a desired
<導電性接続層>
前記色素増感型太陽電池モジュール121における色素増感型太陽電池間には厚さ方向に導電性接続層118を設け、透明導電層112と、隣の対極側支持体120とを電気的に接続させるのが好ましい。導電性接続層118は導電性材料からなる。好ましくは、金、銀、白金、クロム、ニッケル、チタンのいずれか又はこれらの2種以上の合金、又は透明導電材料を用いることができ、透明導電膜112、又は対極側支持体120と、同一の材料からなっていてもよい。また、厚さは、導電性支持体119と対極側支持体120との間の厚みがあればよい。
<Conductive connection layer>
A
<セル間絶縁層>
導電性接続層118と多孔質光電変換層114bを電気的に絶縁をとるために、導電性接続層118の両側にセル間絶縁層113を設けるのが好ましい。このセル間絶縁層113の材料は特に制約はないが、好ましくは、ガラスフリット、紫外線硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などがよい。ガラスフリットを用いるときには、スクリーン印刷などの種々の印刷方法を行うことが好ましい。また樹脂は、シリンジによる塗布や、ディスペンサーを用いて塗布を行うことが好ましい。
<Insulation layer between cells>
In order to electrically insulate the
封止材(図示せず)は、色素増感型太陽電池の構成と同等でよい。
以上の構成により、本発明の色素増感型太陽電池を直列接続させた色素増感型太陽電池モジュール121を提供することができる。
The sealing material (not shown) may be the same as that of the dye-sensitized solar cell.
With the above configuration, the dye-sensitized
本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が限定されるものではない。 Examples The present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
図2に基づいて、説明を行う。
<Example 1>
An explanation will be given based on FIG.
(多孔質半導体層の作製)
酸化チタン粒子(テイカ株式会社製、製品名:AMT−600、粒径約30nm)を800℃で2時間焼成を行い、ルチル型酸化チタン粒子(酸化チタンA)を作製した。
(Preparation of porous semiconductor layer)
Titanium oxide particles (manufactured by Teika Co., Ltd., product name: AMT-600, particle size of about 30 nm) were baked at 800 ° C. for 2 hours to produce rutile titanium oxide particles (titanium oxide A).
ルチル型酸化チタン粒子懸濁液は、テルピネオール中に酸化チタンAを添加し、ジルコニアビーズ(直径2mm)を溶液40mlに対して100g投入し、ペイントシェーカーでの分散時間を2時間、24時間とした。これらの分散を経た溶液をろ過してジルコニアビーズを取り除き、ろ過液をエバポレーターにて、酸化チタンが15wt%の濃度になるまで濃縮した後、この溶液の2倍のエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行った。この工程により作製した酸化チタン粒子をエタノールで洗浄した後、エチルセルロースとテルピネオールを無水エタノール中に溶解させた溶液を加え、攪拌することにより、酸化チタン粒子を溶液中に分散した。これを40mbarの真空下、50℃にてエタノールを蒸発させて懸濁液を作製した。最終的な組成として、酸化チタン濃度10wt%、エチルセルロース10wt%、テルピネオール64wt%となるように濃度調整を行ない、懸濁液A(分散時間:24時間)、懸濁液B(分散時間:2時間)を作製した。
In the rutile-type titanium oxide particle suspension, titanium oxide A was added to terpineol, 100 g of zirconia beads (
酸化スズ付きガラス板(導電性支持体3)(日本板硝子株式会社製、商品名:SnO2膜付きガラス、SnO2膜厚:500nm)に、懸濁液Aをスクリーン印刷を用い塗布し、多孔質半導体層11aを形成し、80℃で20分間、予備乾燥した後、電気炉(デンケン株式会社製、商品名:KDF−P70)を用いて500℃で1時間焼成し、第一の多孔質半導体層11aを作製した。このときの第一の多孔質半導体層11aの膜厚は5umであった。屈折率は、エリプソメータ(Moritex社製、ME−ELP−SD)で測定したところ、2.71であった。
Tin-coated glass plate oxide (electroconductive support 3) (Nippon Sheet Glass Co., Ltd., trade name: SnO 2 film-coated glass, SnO 2 film thickness: 500 nm) to the suspension A was applied by screen printing, porous After the
つづいて、酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を用いて、スクリーン印刷により、多孔質半導体層11bの幅を、5mmとし、長さを50mmとした多孔質半導体層11bを形成し、80℃で20分間、予備乾燥した後、電気炉を用いて500℃で1時間焼成し、第二の多孔質半導体層11bを作製した。このときの第二の多孔質半導体層11bの膜厚は5umであった。屈折率は、2.52であった。 Subsequently, the porous semiconductor layer 11b has a width of 5 mm and a length of 50 mm by screen printing using a titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide DS / P). The layer 11b was formed, preliminarily dried at 80 ° C. for 20 minutes, and then baked at 500 ° C. for 1 hour using an electric furnace to produce the second porous semiconductor layer 11b. At this time, the film thickness of the second porous semiconductor layer 11b was 5 μm. The refractive index was 2.52.
つづいて、懸濁液Aをスクリーン印刷を用い塗布し、多孔質半導体層11cを形成し、80℃で20分間、予備乾燥した後、電気炉を用いて500℃で1時間焼成し、第三の多孔質半導体層11cを作製した。このときの第三の多孔質半導体層11cの膜厚は5umであった。屈折率は、2.71であった。
Subsequently, the suspension A was applied by screen printing to form a
(多孔質光電変換層の作製)
次に、下記式(1)で表される増感色素N719(Solaronix社製、商品名:Ru535bisTBA、ルテニウム色素)を、3×10-4モル/リットルの濃度となるようエタノールに溶解し、色素溶液を得た。続いて、先程導電性支持体3上に作製した多孔質半導体層11a,11b,11cを、色素溶液に12時間浸漬し、増感色素を多孔質半導体層11a,11b,11cに吸着させた。その後、多孔質半導体層11a,11b,11cをエタノールで洗浄・乾燥して、多孔質光電変換層31を得た。
(Preparation of porous photoelectric conversion layer)
Next, a sensitizing dye N719 (manufactured by Solaronix, trade name: Ru535bisTBA, ruthenium dye) represented by the following formula (1) is dissolved in ethanol so as to have a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter, and the dye A solution was obtained. Subsequently, the
式(1)
(化学式中、TBAはテトラブチルアンモニウムである。)
(対極側支持体の作製)
続いて、酸化スズ付きガラス板(対極側支持体7:基板5と導電膜6から形成されている)(日本板硝子株式会社製、商品名:SnO2膜付きガラス、SnO2膜厚:500nm)に、白金をスパッタにより形成させ、対極を作製できた。その後、対極側支持体7に電解液注入口(図示せず)を空けた。
Formula (1)
(In the chemical formula, TBA is tetrabutylammonium.)
(Production of counter electrode support)
Subsequently, a tin oxide coated glass plates (counter side support 7: are formed from the substrate 5 and the conductive film 6) (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd., trade name: SnO 2 film-coated glass, SnO 2 film thickness: 500 nm) In addition, platinum was formed by sputtering, and a counter electrode could be produced. Thereafter, an electrolyte inlet (not shown) was opened in the
(封止材の作製)
この対極側支持体7と、多孔質光電変換層31を形成した導電性支持体3を厚さ50μmのハイミラン(デュポン社製)を介して重ねあわせ、隙間に電解液を注入し、それらの側面を樹脂でシールし封止材を作製した。電解液は、アセトニトリル(アルドリッチ製)にLiI(0.1M、アルドリッチ製)、I2(0.05M、アルドリッチ製)、t-ブチルピリジン(0.5M、アルドリッチ製)、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム(0.6M、四国化成製)を溶解したものを用いた。
(Preparation of sealing material)
The counter electrode
(測定方法)
得られた太陽電池8に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)および光電変換効率(Eff(%)、「変換効率」ともいう)を測定した。そのセル特性を、表1にまとめる。
(Measuring method)
The obtained solar cell 8 is irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator), and short circuit current (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency ( Eff (%), also referred to as “conversion efficiency”). The cell characteristics are summarized in Table 1.
<実施例2>
実施例1において、第二の多孔質半導体層1bにチタン酸ストロンチウムを使用した以外は、実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。
<Example 2>
In Example 1, a dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that strontium titanate was used for the second porous semiconductor layer 1b.
チタン酸ストロンチウムの多孔質層の形成は、チタン酸ストロンチウム(和光純薬製)の粒子を用い、実施例1の懸濁液Aを作製する方法と同様にして作製した。なお、この層の屈折率は、2.37であった。そのセル特性を、表1にまとめる。 The porous layer of strontium titanate was formed in the same manner as the method for preparing the suspension A in Example 1 using particles of strontium titanate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries). The refractive index of this layer was 2.37. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<実施例3>
実施例1において、第三の多孔質半導体層1cに懸濁液Bを用いた以外は、実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。なお、屈折率は、2.71であった。懸濁液A(分散時間:24時間)を用いた第一の多孔質半導体層1aのヘイズ率は、3%であり、懸濁液B(分散時間:2時間)を用いた第三の多孔質半導体層1cのヘイズ率は、75%であった。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Example 3>
In Example 1, a dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the suspension B was used for the third porous semiconductor layer 1c. The refractive index was 2.71. The first porous semiconductor layer 1a using the suspension A (dispersion time: 24 hours) has a haze ratio of 3%, and the third porosity using the suspension B (dispersion time: 2 hours). The haze ratio of the quality semiconductor layer 1c was 75%. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<実施例4>
酸化第二鉄粒子(屈折率:3.01)懸濁液は、テルピネオール中に微粒酸化鉄(JFEケミカル製)を添加し、ジルコニアビーズ(直径2mm)を溶液40mlに対して100g投入し、ペイントシェーカーでの分散時間を8時間とした。これらの分散を経た溶液をろ過してジルコニアビーズを取り除き、ろ過液をエバポレーターにて、酸化第二鉄が15wt%の濃度になるまで濃縮した後、この溶液の2倍のエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行った。この工程により作製した酸化第二鉄粒子をエタノールで洗浄した後、エチルセルロースとテルピネオールを無水エタノール中に溶解させた溶液を加え、攪拌することにより、酸化第二鉄粒子を溶液中に分散した。これを40mbarの真空下、50℃にてエタノールを蒸発させて懸濁液を作製した。最終的な組成として、酸化第二鉄濃度10wt%、エチルセルロース10wt%、テルピネオール64wt%となるように濃度調整を行ない、懸濁液Cを作製した。
<Example 4>
For the suspension of ferric oxide particles (refractive index: 3.01), fine iron oxide (manufactured by JFE Chemical) is added to terpineol, and 100 g of zirconia beads (
実施例1において、第三の多孔質半導体層1cに懸濁液Cを用いた以外は、実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。 In Example 1, a dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the suspension C was used for the third porous semiconductor layer 1c. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<実施例5>
実施例4において、酸化第二鉄を、酸化銅(酸化第一銅)(古河ケミカルズ製)(屈折率:2.71)とした以外は、実施例4と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Example 5>
In Example 4, a dye-sensitized solar cell was obtained in the same manner as in Example 4 except that the ferric oxide was changed to copper oxide (cuprous oxide) (manufactured by Furukawa Chemicals) (refractive index: 2.71). Was made. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<実施例6>
図3に基づいて、説明する。
<Example 6>
This will be described with reference to FIG.
(セル間絶縁層の形成)
酸化スズ付きガラス板(日本板硝子社製、商品名:SnO2膜付きガラス、SnO2膜厚:500nm、ガラス基板形状:縦7cm、横7cm、厚さ1.1mm)を、レーザスクライブ装置を用いて、後に形成する多孔質半導体層114aのパターンに応じて、酸化スズを除去した。
(Formation of inter-cell insulation layer)
Tin-coated glass plate oxide (Nippon Sheet Glass Co., Ltd., trade name: SnO 2 film-coated glass, SnO 2 film thickness: 500 nm, a glass substrate shape:
続いて、ガラスフリット(旭硝子社製、商品名AP5346)を用い、図3の113のセル間絶縁層の位置に、塗布し、80℃で20分間、予備乾燥した後、電気炉(デンケン株式会社製、商品名:KDF−P70)を用いて550℃で1時間焼成し、セル間絶縁層113を形成した。
Subsequently, using a glass frit (product name: AP5346, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), it was applied to the position of the inter-cell insulating
(多孔質半導体層の作製)
次に、図3に示すように、透明導電層112上に、第一の多孔質半導体層として、懸濁液Aを、第二の多孔質半導体層として酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を、第三の多孔質半導体層として、懸濁液Aを用い、スクリーン印刷により、多孔質半導体層114aの幅を、5mmとし、長さを50mmとした多孔質半導体層114aを形成し、80℃で20分間、予備乾燥した後、電気炉(デンケン株式会社製、商品名:KDF−P70)を用いて500℃で1時間焼成したことで、所望の多孔質半導体層114aを得た。このとき、多孔質半導体層114a間の1mmのピッチ間に、セル間絶縁層113が2本形成されていることになる。多孔質半導体層114aは9つ形成されていた。
(Preparation of porous semiconductor layer)
Next, as shown in FIG. 3, on the transparent
(導電性接続層の形成)
このセル間絶縁層113の2本の隙間に、市販の導電性ペースト(藤倉化成社製、商品名「ドータイト」)を注入し、乾燥させることにより、導電性接続層118を形成させた。
(Formation of conductive connection layer)
A commercially available conductive paste (trade name “Dotite”, manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was poured into the two gaps of the inter-cell insulating
(多孔質光電変換層の形成)
次に、上記式(1)で表される増感色素N719(Solaronix社製、商品名:Ru535bisTBA、ルテニウム色素)を、3×10-4モル/リットルの濃度となるようエタノールに溶解し、色素溶液を得た。続いて、先程支持体上に作製した多孔質半導体層114aを、色素溶液に12時間浸漬し、増感色素を多孔質半導体層酸化チタン膜に吸着させた。その後、多孔質半導体層をエタノールで洗浄・乾燥して、多孔質光電変換層114bを得た。
(Formation of porous photoelectric conversion layer)
Next, a sensitizing dye N719 represented by the above formula (1) (manufactured by Solaronix, trade name: Ru535bisTBA, ruthenium dye) is dissolved in ethanol so as to have a concentration of 3 × 10 −4 mol / liter, and the dye A solution was obtained. Subsequently, the
(対極の作製)
続いて、対極を作製する。先程と同様に、酸化スズ付きガラス板を、レーザスクライブ装置を用いて、酸化スズを除去し、先に作製した多孔質半導体層のパターンとあうようにした。酸化スズを除去したところには白金が形成されないように、白金をスパッタによりパターニングして形成させた。これにより、対極が作製できた。その後、電解液注入口(図示せず)を空けた。
(Production of counter electrode)
Subsequently, a counter electrode is produced. Similarly to the previous step, the tin oxide-attached glass plate was removed with a laser scribing device so as to match the pattern of the porous semiconductor layer prepared earlier. Platinum was formed by patterning by sputtering so that platinum was not formed where the tin oxide was removed. Thereby, the counter electrode was produced. Thereafter, an electrolyte inlet (not shown) was opened.
(太陽電池モジュールの作製)
上述の工程で作製された、多孔質半導体層114aと対極をセル間絶縁層113上にUV硬化樹脂(スリーボンド社製:製品名31x−088)塗布し、図3のようになるように貼り合わせ、すばやくUV光をあてた。その後、前記電解液をキャピラリー効果により注入し、キャリア輸送層117とし、さらに、周囲を先程のUV硬化樹脂を塗布し、UV光をあて、封止を行い、太陽電池モジュール121を作製した。
(Production of solar cell module)
The
(測定方法)
得られた太陽電池モジュール121に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、短絡電流(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(FF)および光電変換効率(Eff(%)、「変換効率」ともいう)を測定した。そのセル特性を、表1にまとめる。
(Measuring method)
The obtained
<比較例1>
実施例1において、第一〜第三の多孔質半導体層をすべて酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を用いて、作製した以外は実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Comparative Example 1>
In Example 1, except that the first to third porous semiconductor layers were all prepared using titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide DS / P), as in Example 1, A dye-sensitized solar cell was produced. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<比較例2>
実施例1において、第一の多孔質半導体層を酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を用いて作製した以外は実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Comparative example 2>
In Example 1, a dye-sensitized solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the first porous semiconductor layer was prepared using a titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide DS / P). A battery was produced. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<比較例3>
実施例1において、第三の多孔質半導体層を酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を用いて作製した以外は実施例1と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Comparative Example 3>
In Example 1, a dye-sensitized solar layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the third porous semiconductor layer was prepared using a titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide DS / P). A battery was produced. The cell characteristics are summarized in Table 1.
<比較例4>
実施例4において、第一〜第三の多孔質半導体層をすべて酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide DS/P)を用いて、作製した以外は実施例4と同様に、色素増感型太陽電池を作製した。そのセル特性を、表1にまとめる。
<Comparative example 4>
In Example 4, except that the first to third porous semiconductor layers were all produced using a titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide DS / P), the same as in Example 4, A dye-sensitized solar cell was produced. The cell characteristics are summarized in Table 1.
以上の結果から、第一および第三の多孔質半導体層の屈折率が、第二の多孔質半導体層の屈折率よりも高いとき、変換効率が改善されることがわかる。また、本発明により、特性も向上させた色素増感型太陽電池モジュールを提供することができることが確認できた。 From the above results, it can be seen that the conversion efficiency is improved when the refractive indexes of the first and third porous semiconductor layers are higher than the refractive index of the second porous semiconductor layer. It was also confirmed that the present invention can provide a dye-sensitized solar cell module with improved characteristics.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,110,111 支持体、2,112 透明導電層、3,119 導電性支持体、4,117 キャリア輸送層、5 基板、6,116 導電層、7,120 対極側支持体、8 色素増感型太陽電池、11,114a 多孔質半導体層、21 スペーサー、22 封止材、31,114b 多孔質光電変換層、113 セル間絶縁層、115 触媒層、118 導電性接続層、121 太陽電池モジュール。 1,110,111 Support, 2,112 Transparent conductive layer, 3,119 Conductive support, 4,117 Carrier transport layer, 5 Substrate, 6,116 Conductive layer, 7,120 Counter electrode support, 8 Dye enhancement Sensitive solar cell, 11, 114a porous semiconductor layer, 21 spacer, 22 sealing material, 31, 114b porous photoelectric conversion layer, 113 inter-cell insulation layer, 115 catalyst layer, 118 conductive connection layer, 121 solar cell module .
Claims (7)
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