JP2010225295A - Manufacturing method of dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属酸化物をスパッタ蒸着させて電極を形成させた基板を用いた色素増感型太陽電池の製造方法と、製造された色素増感型太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell using a substrate on which an electrode is formed by sputtering vapor deposition of a metal oxide, and the produced dye-sensitized solar cell.
近年、色素増感型太陽電池について種々の発明が開示されている。色素増感型太陽電池に用いられる基板は、ガラス製や合成樹脂製の基板にインジウム錫複合酸化物(ITO)などの金属酸化物をスパッタ蒸着させて作用極や対極などの電極を設ける方法が一般的に用いられている。しかし、板状の基板にスパッタ蒸着を施すと、蒸着工程の温度上昇により熱膨張した基板の表面に金属酸化物が付与され、これが冷却する過程で金属酸化物よりも熱膨張係数が小さい基板がより収縮するため、蒸着によって形成された電極側が凸状に反る反りが生じる場合がある。
基板の反りは、作用極電極と対極電極との距離の大きさの変動となり、発電効率の低下に繋がる。
In recent years, various inventions have been disclosed for dye-sensitized solar cells. A substrate used in a dye-sensitized solar cell is a method in which a metal oxide such as indium tin composite oxide (ITO) is sputter-deposited on a glass or synthetic resin substrate to provide an electrode such as a working electrode or a counter electrode. Commonly used. However, when sputter deposition is performed on a plate-shaped substrate, a metal oxide is imparted to the surface of the substrate that has been thermally expanded due to a temperature increase in the deposition process, and a substrate having a smaller thermal expansion coefficient than that of the metal oxide in the process of cooling. In order to shrink more, the electrode side formed by vapor deposition may warp in a convex shape.
The warpage of the substrate causes a change in the distance between the working electrode and the counter electrode, leading to a decrease in power generation efficiency.
基板の反りを抑制する発明として特許文献1には、ガラス基板、透明導電層、色素を吸着させた多孔質半導体層、電荷輸送層、対極で構成された色素増感太陽電池において、サイズは一辺100mm以上であり、該ガラス基板の反りは、測定距離100mm換算で0.001mm以上0.2mm以下であることを特徴とする色素増感太陽電池が開示されている。 Patent Document 1 discloses an invention that suppresses warping of a substrate. In a dye-sensitized solar cell including a glass substrate, a transparent conductive layer, a porous semiconductor layer that adsorbs a dye, a charge transport layer, and a counter electrode, the size is one side. There is disclosed a dye-sensitized solar cell that is 100 mm or more and that the warp of the glass substrate is 0.001 mm or more and 0.2 mm or less in terms of a measurement distance of 100 mm.
しかしながら特許文献1に開示される色素増感太陽電池は、多孔質半導体層を形成するための焼成温度を低くするなどして、基板の反りを抑制させているが、ガラス製の基板に関する技術であり、合成樹脂製の基板については適用が困難なものと予想される。 However, although the dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1 suppresses the warpage of the substrate by lowering the firing temperature for forming the porous semiconductor layer or the like, it is a technique related to a glass substrate. Yes, it is expected to be difficult to apply to synthetic resin substrates.
そこで本発明は、合成樹脂製の基板においても、基板の反りによる発電効率低下が抑制される色素増感太陽電池とその製造方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides a dye-sensitized solar cell and a method for manufacturing the same, in which a decrease in power generation efficiency due to warpage of the substrate is suppressed even in a synthetic resin substrate.
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法は、透明電極を形成させた透明基板と、対極電極を形成させた対極基板と、透明電極上に形成させ多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成させた半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対極電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対極基板とを固着させる封止材を設けた色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記対極基板を板体から形成し、
前記対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設け、
かつ金属酸化物をスパッタ蒸着する際の熱膨張後の収縮によって透明基板側に凸状に反る対極基板の反りに対応して、
前記対極基板の反りに追随して、該対応基板に沿って透明基板が変形するように前記透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the method for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention includes a transparent substrate on which a transparent electrode is formed, a counter electrode substrate on which a counter electrode is formed, and a porous semiconductor material formed on the transparent electrode. A semiconductor particle layer formed by supporting a dye; an electrolyte layer made of a liquid or quasi-liquid electrolyte between the semiconductor particle layer and the counter electrode; and the transparent substrate and the counter electrode substrate by sealing the electrolyte layer A method for producing a dye-sensitized solar cell provided with a sealing material for fixing
Forming the counter electrode substrate from a plate;
A spacer portion is provided between the counter electrode substrate and the transparent substrate,
And corresponding to the warpage of the counter electrode substrate that warps convexly to the transparent substrate side by shrinkage after thermal expansion when sputter deposition of metal oxide,
Following the warping of the counter electrode substrate, the transparent substrate is formed from a flexible film body so that the transparent substrate is deformed along the corresponding substrate.
本発明に係る製造方法により製造された色素増感型太陽電池は、対極基板が板状に形成されるので、色素増感型太陽電池の形状が不安定なものとならず、対極基板によって保たれる。
また、透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成するので、対極基板の反りに追随してこれに沿うように透明基板が変形し、透明基板と対極基板とが接触するような問題が生じない。
また、対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設けるので、透明基板と対極基板が接触しないとともに、その隙間がより一定に保たれ、前記電解質層の厚みの変動が小さくなり、発電効率の低下が抑制される。
In the dye-sensitized solar cell manufactured by the manufacturing method according to the present invention, since the counter electrode substrate is formed in a plate shape, the shape of the dye-sensitized solar cell does not become unstable and is maintained by the counter electrode substrate. Be drunk.
In addition, since the transparent substrate is formed from a flexible film body, the transparent substrate deforms along the counter electrode substrate so as to follow the warp of the counter electrode substrate, causing a problem that the transparent substrate and the counter electrode substrate are in contact with each other. Absent.
Further, since the spacer portion is provided between the counter electrode substrate and the transparent substrate, the transparent substrate and the counter electrode substrate are not in contact with each other, the gap is kept more constant, the variation in the thickness of the electrolyte layer is reduced, and the power generation efficiency is reduced. Reduction is suppressed.
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図面において、1は透明基板であり、2は対向基板である。
本実施形態における色素増感型太陽電池は、互いに対向するように配置したフィルム体の透明基板1と板体の対極基板2との間に電解質を含む電解質層4を設け、電解質層4は周りの隙間に封止材5を充填することによって封止している。
Embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
In the drawings, 1 is a transparent substrate and 2 is a counter substrate.
In the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment, an
透明基板1の表面に透明電極11を積層させ、対極基板2の表面に対極電極21を積層させ、これら2つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置させている。すなわち封止材5によって封止させた電解質層4が透明基板1と対極基板2とに積層させた透明電極11と対極電極21に接触することで、透明電極11を負の電極とし、対極電極21を正の電極とした太陽電池セルを構成させている。また、このとき前記電解質層4内には電解質を充填させているとともに、透明電極11側に半導体粒子層3を形成させている。
また、封止材5によって封止した内側には、電解質層4を貫くようにスペーサー部6を設けており、スペーサー部6が半導体粒子層3と対極電極21とに接するように架け渡して形成している。
The
In addition, a
対極基板2の形成に用いる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合にはガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層4に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、120×150×2.5mmの板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を対極基板2として用いている。
The material used to form the
In the present embodiment, a cyclic polyolefin resin formed on a 120 × 150 × 2.5 mm plate is used as the
対極電極21の形成については、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化亜鉛等の金属酸化物をスパッタ蒸着法により対向基板2上に形成している。また、対極電極21の構成として前記金属酸化物のみ用いてもよいが、これらと、白金、カーボン、導電性ポリマーなどとの複合材料を用いてもよい。
本実施形態では、対極基板2上にITOをスパッタ蒸着させた後、この表面に白金を再度スパッタ蒸着させて、対極電極21を形成している。
Regarding the formation of the
In this embodiment, ITO is sputter-deposited on the
板体の対極基板2上にスパッタ蒸着を施すと、蒸着工程の温度上昇により対極基板2が熱膨張する。
この対極基板2の表面にスパッタ蒸着により金属酸化物が付与され対極電極21が形成され、この後対極基板2と対極電極21が冷却される。
この冷却の過程で、対極電極21を形成する金属酸化物よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されている対極基板2が、対極電極21より小さく縮むように収縮するので、対極電極21側が凸状に反る反りが生じるように対極基板2が形成される。
When sputter deposition is performed on the
A metal oxide is applied to the surface of the
In this cooling process, the
透明基板1を対極電極2と同様に板体の基板に形成して、スパッタ蒸着により透明電極11を形成すれば、透明電極11側が凸状に反る反りが生じるので、透明基板1と対極基板2とを互いに対向するように配置したときに、双方の基板間の隙間の大きさが、基板の中央付近で最も小さく、端縁にいたるほど隙間が大きくなるように形成される。このため、双方の基板の間に設けられる電解質層4の厚みが、基板の中央付近と端縁付近とで大きく異なるように変動するので、構成される色素増感型太陽電池の発電効率が低下する。
If the transparent substrate 1 is formed on a plate-like substrate in the same manner as the
本実施形態の透明基板1は可撓性を有するフィルム体の基板に形成しており、前記の対極基板2の反りに追随して変形可能に形成している。このため、前記のような電解質層4の厚みの変動が抑えられ、発電効率の低下がされる。
透明基板1の形成に用いる材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層4に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、120×150×0.1mmのフィルム体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を透明基板1として用いている。
透明基板1の厚みは、透明基板1が対極基板2の反りに追随できる可撓性を持つ程度に薄ければ良く、0.05〜0.5mmの厚みで好適に用いることができる。
The transparent substrate 1 of the present embodiment is formed on a flexible film body substrate, and is formed so as to be deformable following the warpage of the
As a material used for forming the transparent substrate 1, a synthetic resin such as a polycarbonate resin, an acrylic resin, a polyarylate resin, a polymethacrylate, or polyvinyl chloride can be used, and a highly durable polyethylene terephthalate resin for the
In the present embodiment, a cyclic polyolefin resin formed in a 120 × 150 × 0.1 mm film body is used as the transparent substrate 1.
The thickness of the transparent substrate 1 should just be thin to the extent that the transparent substrate 1 has the flexibility which can follow the curvature of the
透明電極11の形成については、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板1表面に形成することができる。
For the formation of the
封止材5およびスペーサー部6は、合成樹脂製の基材51の内部に微小球体52を含有させて構成させている。
微小球体52は、硬質材料を用いて粒径の揃った球状体に形成しており、本実施形態ではSiO2を直径が約15μmの球体に形成している。
微小球体52は封止材5の内部において、互いに重ならずに透明電極11と対極電極21との間に挟まるように配置されることで、透明電極11と対極電極21との隙間を、微小球体52の粒径の大きさに構成することができる。また微小球体52を硬質材料で形成することで、透明電極11と対極電極21との隙間が、微小球体52の粒径の大きさ以下にならないように保つことができる。
本実施形態では、微小球体52の材質としてSiO2を用いているが、これに限るものではなく、ガラス、セラミック、合成樹脂などを好適に用いることができ、透明電極11と対極電極21との隙間を保つものであればよい。
The sealing
The
The
In the present embodiment, SiO2 is used as the material of the
基材51の原料としては、電解質層4の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
The raw material of the
本実施形態では、封止材5とスペーサー部6とを、同じ基材51と微小球体52とで構成させているが、互いに異なる材質のものを用いてもよい。
また、図1において、スペーサー部6が1箇所形成されているように記載されているが、複数箇所設けても良く、その形状も点状や線状などに形成してもよい。
In the present embodiment, the sealing
In FIG. 1, the
電解質層4の形成については、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、p型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
For the formation of the
半導体粒子層3は、Fe2O3、Cu2O、In2O3、WO3、Fe2TiO3、PbO、V2O5、FeTiO3、Bi2O3、Nb2O3、SrTiO3、ZnO、BaTiO3、CaTiO3、KTaO3、SnO2、ZrO2などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン(TiO2)、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛(ZnO)が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層3に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタ ロシアニン誘導錯体などが挙げられる。
半導体粒子層3と電解質層4との厚みの合計は、微小球体52の粒径と同程度となるように形成されている。
The
The total thickness of the
本実施形態は、透明基板1をフィルム体に形成し対極基板2を板体に形成しているが、透明基板1を板体に形成し対極基板2をフィルム体に形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the transparent substrate 1 is formed in a film body and the
1 透明基板
11 透明電極
2 対極基板
21 対極電極
3 半導体粒子層3
4 電解質層4
5 封止材
51 基材
52 微小球体
6 スペーサー部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
4
5
Claims (2)
前記対極基板を板体から形成し、
前記対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設け、
かつ金属酸化物をスパッタ蒸着する際の熱膨張後の収縮によって透明基板側に凸状に反る対極基板の反りに対応して、
前記対極基板の反りに追随して、該対応基板に沿って透明基板が変形するように前記透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。 A transparent substrate on which a transparent electrode is formed; a counter electrode substrate on which a counter electrode is formed; a semiconductor particle layer formed on the transparent electrode by carrying a sensitizing dye on a porous semiconductor material; and the semiconductor particles A dye-sensitized solar cell provided with an electrolyte layer made of a liquid or quasi-liquid electrolyte between a layer and a counter electrode, and a sealing material for sealing the electrolyte layer and fixing the transparent substrate and the counter electrode substrate A manufacturing method of
Forming the counter electrode substrate from a plate;
A spacer portion is provided between the counter electrode substrate and the transparent substrate,
And corresponding to the warpage of the counter electrode substrate that warps convexly to the transparent substrate side by shrinkage after thermal expansion when sputter deposition of metal oxide,
Following the warpage of the counter electrode substrate, the transparent substrate is formed from a flexible film body so that the transparent substrate is deformed along the corresponding substrate. Method.
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