JP2010218770A - 色素増感型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池性能が高い色素増感型太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】受光面の側から、透明基板１１と、透明導電膜１２と、色素を含有するｎ型半導体電極１４と、ｐ型半導体層１５，１６とを層状に備えると共に、さらにｐ型半導体層１５，１６に対し、ｐ型半導体層１５，１６に向く側の表面に多数の突起部１７ａを形成した対極１７を積層した。
【選択図】図１
【解決手段】受光面の側から、透明基板１１と、透明導電膜１２と、色素を含有するｎ型半導体電極１４と、ｐ型半導体層１５，１６とを層状に備えると共に、さらにｐ型半導体層１５，１６に対し、ｐ型半導体層１５，１６に向く側の表面に多数の突起部１７ａを形成した対極１７を積層した。
【選択図】図１
Description
本発明は、色素増感型太陽電池、及びその製造方法に関する。
従来、色素増感型太陽電池の一種として、電解液を使用しない完全固体型の色素増感型太陽電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。完全固体型の色素増感型太陽電池は、例えば、透明基板の上に、透明導電膜、バリア層、色素を含有するｎ型半導体電極、ｐ型半導体層、対極をこの順で積層してある。この色素増感型太陽電池に対し、透明基板の側から光が照射されると、ｎ型半導体電極に含有された色素が光を吸収して電子と正孔とが発生する。正孔は色素からｐ型半導体層を経由して対極に移動し、電子は色素からｎ型半導体電極に移動する。このため、両極間を導線で接続することにより電流が流れ、電池の発電作用が得られる。
このような色素増感型太陽電池におけるｎ型半導体電極は、多孔質で構成してある。ｎ型半導体電極を多孔質化することによって、内部で光を散乱させて受光効率を向上させると共に、表面積を大きくしてより多くの色素を含有させて、電池性能を向上させている。
しかし、前記従来の色素増感型太陽電池では、ｎ型半導体電極の厚みやｐ型半導体層の厚みが変わると、多孔質で構成されたｎ型半導体電極の内部の色素から発生した正孔の対極までのｐ型半導体層を移動する距離が変化する。このため、色素増感型太陽電池としての内部抵抗が高くなる場合があり、電池性能が不十分となる虞があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電池性能が高い色素増感型太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る色素増感型太陽電池の第１特徴構成は、受光面の側から、透明基板と、透明導電膜と、色素を含有するｎ型半導体電極と、ｐ型半導体層とを層状に備えると共に、さらに当該ｐ型半導体層に対し、当該ｐ型半導体層に向く側の表面に多数の突起部を形成した対極を積層した点にある。
本構成によれば、対極に多数の突起部を形成することにより、対極の表面積が大きくなると共にｎ型半導体電極と対極との距離が短くなる。このため、色素から発生した正孔の対極への移動距離が短くなって、対極に正孔をより早く取り出すことができるようになり、電池性能を向上させることができる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の第２特徴構成は、前記多数の突起部が、前記対極の表面から成長させた金属酸化物のナノワイヤである点にある。
本構成によれば、対極の表面に微細な突起部を形成させることができるため、対極の表面積がより大きくなり、正孔の移動距離をより短くすることができる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の第３特徴構成は、前記多数の突起部を前記ｐ型半導体層でコーティングした点にある。
本構成のように、突起部をｐ型半導体層でコーティングすることにより、突起部とｐ型半導体層との密着度が高まる。このため、ｐ型半導体層から対極への正孔の移動がよりスムーズになり、電池性能をより向上させることができる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の第４特徴構成は、前記ｎ型半導体電極が多孔質に構成してあり、前記多数の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端が、前記ｎ型半導体電極の孔部に挿入された点にある。
本構成のように、対極の突起部の先端をｎ型半導体の孔部に挿入することで、ｎ型半導体電極とｐ型半導体層との距離がより短くなり、電池性能をより向上させることができる。
また、環境温度等の変化によりｎ型半導体電極またはｐ型半導体層が形状変化してクラックが発生する場合においては、ｎ型半導体電極の孔部に挿入された突起部が、クラックを止めることができる。このため、ｎ型半導体電極またはｐ型半導体層が剥離することを防止することができ、電池としての耐久性を向上させることができる。
また、環境温度等の変化によりｎ型半導体電極またはｐ型半導体層が形状変化してクラックが発生する場合においては、ｎ型半導体電極の孔部に挿入された突起部が、クラックを止めることができる。このため、ｎ型半導体電極またはｐ型半導体層が剥離することを防止することができ、電池としての耐久性を向上させることができる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法の第１特徴手段は、透明基板の一方の側に、透明導電膜と、色素を含有するｎ型半導体電極と、ｐ型半導体層とをこの順で積層させた後、当該ｐ型半導体層に対し、当該ｐ型半導体層に向く側の表面を酸化処理して当該表面から多数の突起部を成長させた対極を積層した点にある。
本手段によれば、突起部は、対極の表面を酸化処理して成長させることができるため、容易に製造することができる。
また、本手段によって製造した色素増感型太陽電池は、対極に形成した多数の突起部により、対極の表面積を大きくすると共にｎ型半導体電極と対極との距離を短くすることができる。このため、色素から発生した正孔の対極への移動距離を短くして、対極に正孔をより早く取り出すことができるようになり、電池性能が高くなる。
また、本手段によって製造した色素増感型太陽電池は、対極に形成した多数の突起部により、対極の表面積を大きくすると共にｎ型半導体電極と対極との距離を短くすることができる。このため、色素から発生した正孔の対極への移動距離を短くして、対極に正孔をより早く取り出すことができるようになり、電池性能が高くなる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法の第２特徴手段は、前記対極を、前記多数の突起部を前記ｐ型半導体層でコーティングした後、積層する点にある。
本手段によれば、対極は突起部にｐ型半導体層をコーティングした後、積層するため、対極とｐ型半導体層との密着度を高めることができる。したがって、本手段により製造した色素増感型太陽電池は、ｐ型半導体層から対極への正孔の移動がよりスムーズになり、電池性能が高まる。
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法の第３特徴手段は、透明基板の一方の側に、透明導電膜と、色素を含有すると共に多孔質に構成したｎ型半導体電極とをこの順で積層させた後、当該ｎ型半導体電極に対し、当該ｎ型半導体層に向く側の表面を酸化処理して当該表面から多数の突起部を成長させると共に、当該多数の突起部をｐ型半導体層でコーティングした対極を積層し、前記多数の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端を、前記ｎ型半導体電極の孔部に挿入させた点にある。
本手段によれば、ｎ型半導体電極にｐ型半導体層を積層させることなく、対極を積層することができるため、より簡便に作製することができる。
また、本手段により製造した色素増感型太陽電池は、対極の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端がｎ型半導体の孔部に挿入されているため、ｎ型半導体電極とｐ型半導体層との距離がより短くなり、電池性能が高まる。さらに、環境温度等の変化によりｎ型半導体電極が形状変化してクラックが発生する場合には、ｎ型半導体電極の孔部に挿入された突起部がクラックを止めることができるため、ｎ型半導体電極が剥離することを防止することができ、電池としての耐久性が高くなる。
また、本手段により製造した色素増感型太陽電池は、対極の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端がｎ型半導体の孔部に挿入されているため、ｎ型半導体電極とｐ型半導体層との距離がより短くなり、電池性能が高まる。さらに、環境温度等の変化によりｎ型半導体電極が形状変化してクラックが発生する場合には、ｎ型半導体電極の孔部に挿入された突起部がクラックを止めることができるため、ｎ型半導体電極が剥離することを防止することができ、電池としての耐久性が高くなる。
以下、本発明に係る色素増感型太陽電池の一実施形態について、図面を参照して説明する。但し、本発明はこれに限られるものではない。
本実施形態に係る色素増感型太陽電池１は、図１に示すように、透明基板１１に、透明導電膜１２と、バリア層１３と、色素を含有する多孔質のｎ型半導体電極１４と、固体電解質としてのｐ型半導体層１５と、対極１７とを順に備える。対極１７のｐ型半導体層１５に向く側の表面には、ｐ型半導体膜１６がコーティングされた多数の突起部１７ａが形成してあり、突起部１７ａの先端はｎ型半導体電極１４の孔部に挿入されている。本実施形態においては、ｐ型半導体層１５とｐ型半導体膜１６とが本発明における「ｐ型半導体層」を構成している。この色素増感型太陽電池１に対して、透明基板１１の側から光が照射されると、ｎ型半導体電極１４に含有された色素が光を吸収して電子と正孔とが発生する。正孔は色素からｐ型半導体層１５またはｐ型半導体膜１６を経由して対極１７に移動し、電子は色素からｎ型半導体電極１４に移動する。このため、両極間を導線で接続することにより電流が流れ、電池の発電作用が得られる。したがって、本実施形態に係る色素増感型太陽電池１において、透明基板１１の側が本発明における「受光面の側」となる。
本実施形態に係る色素増感型太陽電池１では、対極１７に多数の突起部１７ａを形成することにより、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間の正孔の移動距離が短くなり、発生した正孔を対極１７により早く取り出すことが可能になるため、電池性能を向上させることができる。この場合において、突起部１７ａをｐ型半導体膜１６でコーティングしてあると、突起部１７ａとｐ型半導体膜１６との密着度が高まり、正孔の対極１７への移動がよりスムーズになる。また、対極１７を突起部１７ａの先端がｎ型半導体１４の孔部に挿入されるように配置すると、正孔の移動距離をより短くできると共に、環境温度等の変化によりｎ型半導体電極１４及びｐ型半導体層１５が形状変化してクラックが発生する場合においては、ｎ型半導体電極１４の孔部に挿入された突起部１７ａがクラックを止めることができ、ｎ型半導体電極１４またはｐ型半導体層１５が剥離することを防止して電池の耐久性を向上させることができる。尚、突起部１７ａは、その少なくとも一部の突起部の先端をｎ型半導体電極１４の孔部に挿入してあれば、同様の効果が得られる。
透明基板１１は、光透過性を有するものであれば特に限定されない。例えば、透明ガラス基板、すりガラス状の半透明ガラス基板、透明樹脂基板等を適用することができる。
透明導電膜１２は、例えば、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等を用いることができる。
バリア層１３は、必ずしも設ける必要は無いが、ｐ型半導体層１５がｎ型半導体電極１４の内部を通して透明導電膜１２に直接接触して発生する短絡を防止するために用いる。バリア層１３としては、酸化チタン薄膜等が例示される。
ｎ型半導体電極１４は、例えば、チタン、亜鉛、スズ、インジウム、ジルコニウム、タングステン、ニオブ、タンタル等の金属酸化物で構成することができる。これらの金属酸化物を微結晶または多結晶状態にして薄膜化することにより、良好な多孔質のｎ型半導体電極１４を形成することができる。ｎ型半導体電極１４に含有させる色素は、受光に伴い電子を放出するものであり、例えば、可視光領域または赤外領域に吸収を有する金属錯体や有機色素等を用いることができる。金属錯体としては、銅フタロシアニンやチタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン、銅ナフタロシアニン等の金属ナフタロシアニン、金属ポルフィリン、クロロフィル、ルテニウム錯体（ルテニウムビピリジン、ルテニウムターピリジン、ルテニウムテトラピリジン等）等が例示される。有機色素としては、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、インドリン系色素等が例示される。色素は、色素を含有する溶液にｎ型半導体電極１４を浸漬させる等、ｎ型半導体電極１４に化学吸着や物理吸着等によって付着させることでｎ型半導体電極１４に含有させることができる。
ｐ型半導体層１５は、ｐ型半導体として機能するものを主体として構成すれば、特に限定されない。ｐ型半導体としては、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、硫化銅（Ｃｕ2Ｓ）、酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）、チオシアン酸銅（ＣｕＳＣＮ）等が例示される。
対極１７は、例えば、金、銀、銅等の金属の単体や合金、これらの金属とカーボンやグラファイト等との混合物、導電性のカーボンやグラファイト等の導電性材料、これらの導電性材料を含む混合物等を用いることができる。突起部１７ａとしては、例えば、対極１７を構成する金属の酸化物のナノワイヤ、カーボンナノロッド、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）等を適用することができる。突起部１７ａの長さは２〜１００μｍが望ましく、５〜５０μｍがより望ましい。突起部１７ａのアスペクト比（長さ／幅または径）は２〜１０００が望ましく、１０〜３００がより望ましい。
ｐ型半導体膜１６は、ｐ型半導体層１５と同様に、ｐ型半導体として機能するものが適用できる。ｐ型半導体膜１６を構成するｐ型半導体材料としては、ｐ型半導体層１５を構成する材料と同一でも異なっていてもよい。
このような色素増感型太陽電池１は、例えば、次のような方法により作製することができる。
まず、透明基板１１の上に透明導電膜１２を形成する。透明導電膜１２は、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等により作製することができる。透明導電膜１２の上には、バリア層１３を形成する。バリア層１３は、例えば、Ｔｉ(ＯＣＨ2ＣＨ3)4、Ｔｉ(ＯＣＨ(ＣＨ3)2)4等のＴｉＯ2前駆体の溶液を透明導電膜１２の上にスピンコート等で塗布した後、ゾル−ゲル合成、真空加熱、アニーリング等を行うことにより、作製することができる。
まず、透明基板１１の上に透明導電膜１２を形成する。透明導電膜１２は、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等により作製することができる。透明導電膜１２の上には、バリア層１３を形成する。バリア層１３は、例えば、Ｔｉ(ＯＣＨ2ＣＨ3)4、Ｔｉ(ＯＣＨ(ＣＨ3)2)4等のＴｉＯ2前駆体の溶液を透明導電膜１２の上にスピンコート等で塗布した後、ゾル−ゲル合成、真空加熱、アニーリング等を行うことにより、作製することができる。
次に、バリア層１３の上にｎ型半導体電極１４、ｐ型半導体層１５を順に形成する。ｎ型半導体電極１４は、例えば、ｎ型半導体の粒子を溶媒に分散させた溶液を粘度調整剤等によりペースト状にした組成物を、バリア層１３の上にスクリーン印刷等で所定のパターンを形成するように塗布し、乾燥、加熱等を行うことにより作製することができる。ｎ型半導体電極１４を形成した後は、その積層体を、例えば、硝酸亜鉛（ＺｎＮＯ3）等の溶液への浸漬、加熱等により、ｎ型半導体電極１４に対して表面処理を行うことができる。この表面処理を行うことで、ｎ型半導体電極１４を構成するｎ型半導体の粒子同士を酸化亜鉛を介して結合させることができる。このため、ｎ型半導体電極１４の強度や耐久性を向上させると共に、粒子間の導電性が高まりｎ型半導体電極１４の導電性を向上させることができる。そして、表面処理した後の積層体を、色素を含有する溶液に浸漬させると、色素がｎ型半導体電極１４の内部に吸着するため、ｎ型半導体電極１４に色素を含有させることができる。ｐ型半導体層１５は、例えば、ｐ型半導体の溶液を、色素を含有させたｎ型半導体電極１４に滴下等で塗布し、乾燥等を行うことにより作製することができる。
ｐ型半導体層１５の上には、対極１７を積層する。対極１７は、例えば、大気中での加熱等により酸化処理を行うことで、表面に金属酸化物のナノワイヤ等の多数の突起部１７ａを形成させることができる。そして、突起部１７ａを形成した後の対極１７に対し、ｐ型半導体を蒸着等させることにより、突起部１７ａにｐ型半導体膜１６をコーティングすることができる。
以下に、本発明に係る色素増感型太陽電池として、図１に示す色素増感型太陽電池１を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
まず、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの透明基板１１としての透明ガラス板に、透明導電膜１２としてのＳｎＯ2：Ｆ（フッ素ドープ酸化スズ）をＣＶＤにより形成した透明導電（Transparent Conductive Oxide：ＴＣＯ）ガラス基板を用意した。
次に、Ｔｉ(ＯＣＨ(ＣＨ3)2)4と水とを容積比４：１で混合した溶液５ｍｌを、塩酸塩でｐＨ１に調整されたエチルアルコール溶液４０ｍｌと混合し、ＴｉＯ2前駆体の溶液を調製した。そして、この溶液を、ＴＣＯガラス基板上に１０００ｒｐｍでスピンコートし、ゾル−ゲル合成を行った後、真空下で７８℃、４５分間加熱し、４５０℃、３０分間のアニーリングを行い、酸化チタン薄膜からなるバリア層１３を形成した。
次に、Ｔｉ(ＯＣＨ(ＣＨ3)2)4と水とを容積比４：１で混合した溶液５ｍｌを、塩酸塩でｐＨ１に調整されたエチルアルコール溶液４０ｍｌと混合し、ＴｉＯ2前駆体の溶液を調製した。そして、この溶液を、ＴＣＯガラス基板上に１０００ｒｐｍでスピンコートし、ゾル−ゲル合成を行った後、真空下で７８℃、４５分間加熱し、４５０℃、３０分間のアニーリングを行い、酸化チタン薄膜からなるバリア層１３を形成した。
一方、平均粒子径１８ｎｍ（粒子径：１０ｎｍ〜３０ｎｍ）のアナターゼ型の酸化チタン粒子を、エタノール及びメタノールの混合溶媒（エタノール：メタノール＝１０：１（体積比））に均一に分散させて酸化チタンのスラリーを調製した。この時、酸化チタン粒子は、混合溶媒１００重量％に対し、１０重量％の割合でホモジナイザーを用いて均質に分散させた。
次に、エタノールに、粘度調整剤としてのエチルセルロースを濃度が１０重量％となるように溶解させた溶液と、アルコール系有機溶媒（ターピネオール）とを上記で調製した酸化チタンのスラリーに添加し、再度、ホモジナイザーで均質に分散させた。この後、ターピネオール以外のアルコールをエバポレータで除去し、ミキサーで混合して、ペースト状の酸化チタン粒子含有組成物を調製した。尚、調製した酸化チタン粒子含有組成物の組成は、酸化チタン粒子含有組成物を１００重量％として、酸化チタン粒子が２０重量％、粘度調整剤が５重量％であった。
次に、エタノールに、粘度調整剤としてのエチルセルロースを濃度が１０重量％となるように溶解させた溶液と、アルコール系有機溶媒（ターピネオール）とを上記で調製した酸化チタンのスラリーに添加し、再度、ホモジナイザーで均質に分散させた。この後、ターピネオール以外のアルコールをエバポレータで除去し、ミキサーで混合して、ペースト状の酸化チタン粒子含有組成物を調製した。尚、調製した酸化チタン粒子含有組成物の組成は、酸化チタン粒子含有組成物を１００重量％として、酸化チタン粒子が２０重量％、粘度調整剤が５重量％であった。
このようにして調製した酸化チタン粒子含有組成物を、上記で形成したバリア層１３の上に、スクリーン印刷で所定のパターンを形成するように塗布し、１５０℃で乾燥した後、電気炉内で４５０℃に加熱して、ＴＣＯガラス基板上にｎ型半導体電極１４が積層された積層体を得た。次いで、この積層体を硝酸亜鉛（ＺｎＮＯ3）の溶液に一晩浸漬した後、４５０℃、４５分間加熱して表面処理を行った。この後、色素としてルテニウム錯体（赤色色素：Ｎ７１９）を用い、そのエタノール溶液（増感色素の濃度：３×１０-4ｍｏｌ／Ｌ）に、表面処理した積層体を浸漬し、２５℃で４０時間放置して、ｎ型半導体電極１４の内部に色素を吸着させた。
続いて、アセトニトリルにＣｕＩを添加して飽和溶液を作製し、その上澄み液を６ｍｌ取り出したものに、１５ｍｇの１−メチル−3−エチルイミダゾリウムチオシアネートを添加してｐ型半導体の溶液を調整した。そして、８０℃に加熱したホットプレート上に、上記のｎ型半導体電極１４に色素を含有させた後の積層体を配置し、ｎ型半導体電極１４にｐ型半導体の溶液をピペットで滴下塗布して浸透させ、そのまま１分間放置して乾燥させて、ｐ型半導体層１５を作製した。
次に、厚み１ｍｍの銅板を１Ｍ濃度の塩酸にて洗浄し、さらに無水エタノールで洗浄した後、大気中で５００℃、４時間加熱し、最大径１００ｎｍで高さ１０μｍのＣｕＯナノワイヤ（突起部１７ａ）が成長した銅板を作製した。この銅板を密閉容器内にヨウ素結晶と封入し、６０℃の恒温槽で１時間加熱して、表面に薄いＣｕＩ層（ｐ型半導体膜１６）をコーティングされた対極１７を作製した。そして、この対極１７を、上記で作製した積層体に、ｐ型半導体層１５の側からに押し付けて積層した。
また、比較例として、上記と同様のＴＣＯガラス基板の表面に、塩化白金酸を１０重量％含むイソプロパノール溶液を滴下、乾燥し、４００℃で加熱して、ＴＣＯガラス基板上にＰｔ粒子が分散された対極を作製し、上記の対極１７に代えて、ｐ型半導体層１５に積層した。
このように作製した色素増感型太陽電池について性能評価を行った。その結果、表１に示すように、実施例では、比較例に比べて変換効率が向上した。また、電流密度が大きくなっているにも関わらず、形状因子（フィルファクター：最大出力／（短絡電流×開放電圧））が向上することが分かった。これは、対極１７にｐ型半導体膜１６でコーティングされた突起部１７ａを設けることにより、発生した正孔の対極１７への輸送がスムーズに行われたためと考えられる。
また、同様の色素増感型太陽電池を用い、熱耐久性試験を行った。熱耐久性試験は作製直後の電池の初期の変換効率と、８５℃の恒温槽内に作製直後の電池を開放状態で保管し、２４時間保持した後、室温まで冷却して電池の変換効率を測定し、再度恒温槽中に２４時間保持するというサイクルを計１０回繰り返した。その結果、表２に示すように、実施例では、比較例に比べて耐久試験後の劣化が少なく、高い性能維持率を示した。これは、ｎ型半導体電極１４に突起部１７ａを挿入することで、形状変化によって発生するクラックを防止してｎ型半導体電極１４が剥離することを防ぐことができるためと考えられる。
〔別実施形態〕
上記の実施形態においては、対極１７の突起部１７ａの先端部をｎ型半導体電極１４の孔部に挿入させた例を説明したが、例えば、図２に示すように、突起部１７ａがｎ型半導体電極１４の孔部に挿入されないように構成することもできる。この場合においても、上記の実施形態と同様に、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間の正孔の移動距離が短くなり、発生した正孔を対極１７により早く取り出すことが可能になるため、電池としての出力を向上させることができる。
上記の実施形態においては、対極１７の突起部１７ａの先端部をｎ型半導体電極１４の孔部に挿入させた例を説明したが、例えば、図２に示すように、突起部１７ａがｎ型半導体電極１４の孔部に挿入されないように構成することもできる。この場合においても、上記の実施形態と同様に、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間の正孔の移動距離が短くなり、発生した正孔を対極１７により早く取り出すことが可能になるため、電池としての出力を向上させることができる。
上記の実施形態においては、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間に、ｐ型半導体層１５を設けた例を説明したが、例えば、図３に示すように、ｐ型半導体層１５を省略することもできる。この構成においても、上記の実施形態と同様に、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間の正孔の移動距離が短くなり、電池としての出力を向上させることができる。尚、この場合には、ｐ型半導体膜１６のみが本発明における「ｐ型半導体層」となる。
上記の実施形態においては、突起部１７ａの表面をｐ型半導体膜１６でコーティングした例を説明したが、例えば、図４に示すように、ｐ型半導体膜１６を省略することもできる。この構成においても、上記の実施形態と同様に、ｎ型半導体電極１４と対極１７との間の正孔の移動距離が短くなり、電池としての出力を向上させることができる。尚、この場合には、ｐ型半導体層１５のみが本発明における「ｐ型半導体層」となる。
本発明は、色素増感型太陽電池に適用可能である。
１ 色素増感型太陽電池
１１ 透明基板
１２ 透明導電膜
１４ ｎ型半導体電極
１５ ｐ型半導体層
１６ ｐ型半導体膜
１７ 対極
１７ａ 突起部
１１ 透明基板
１２ 透明導電膜
１４ ｎ型半導体電極
１５ ｐ型半導体層
１６ ｐ型半導体膜
１７ 対極
１７ａ 突起部
Claims (7)
- 受光面の側から、透明基板と、透明導電膜と、色素を含有するｎ型半導体電極と、ｐ型半導体層とを層状に備えると共に、
さらに当該ｐ型半導体層に対し、当該ｐ型半導体層に向く側の表面に多数の突起部を形成した対極を積層してある色素増感型太陽電池。 - 前記多数の突起部が、前記対極の表面から成長させた金属酸化物のナノワイヤである請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記多数の突起部を前記ｐ型半導体層でコーティングしてある請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ｎ型半導体電極が多孔質に構成してあり、前記多数の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端が、前記ｎ型半導体電極の孔部に挿入されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
- 透明基板の一方の側に、透明導電膜と、色素を含有するｎ型半導体電極と、ｐ型半導体層とをこの順で積層させた後、当該ｐ型半導体層に対し、当該ｐ型半導体層に向く側の表面を酸化処理して当該表面から多数の突起部を成長させた対極を積層する色素増感型太陽電池の製造方法。
- 前記対極は、前記多数の突起部を前記ｐ型半導体層でコーティングした後、積層する請求項５に記載の色素増感型太陽電池の製造方法。
- 透明基板の一方の側に、透明導電膜と、色素を含有すると共に多孔質に構成したｎ型半導体電極とをこの順で積層させた後、当該ｎ型半導体電極に対し、当該ｎ型半導体層に向く側の表面を酸化処理して当該表面から多数の突起部を成長させると共に、当該多数の突起部をｐ型半導体層でコーティングした対極を積層し、前記多数の突起部のうち少なくとも一部の突起部の先端を、前記ｎ型半導体電極の孔部に挿入させる色素増感型太陽電池の製造方法。
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