JP2011204464A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感太陽電池に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell.
近年、環境に調和し、安価でクリーンな自然エネルギーを用いた、太陽光発電が注目されている。現在、太陽電池としてはシリコン結晶を用いたものが実用化されているが、製造にかかるエネルギーコストが高い。この様な状況で、シリコン結晶を用いた太陽電池に比べて、大面積の素子を安価に製造できるという特長があり、またフレキシブルなセルが実現可能である、例えば特許文献1に開示されている様な色素増感型太陽電池の実用化が期待されている。この様な色素増感型太陽電池の発電原理を簡単に説明すると以下の通りである。当該色素増感型太陽電池の光の入射側に配設された色素分子は、入射してきた光を吸収し、励起される。励起した色素分子の電子は、例えば半導体である酸化チタンに注入される。一方で色素分子は、失われた分の電子を電解質から供給される。従って、酸化チタンと電解質との間に電位差が生じる。この電位差を電池として利用する。 In recent years, solar power generation using natural energy that is in harmony with the environment and is inexpensive and clean has attracted attention. At present, solar cells using silicon crystals have been put into practical use, but the energy cost for production is high. In such a situation, compared with a solar cell using a silicon crystal, there is a feature that a large-area element can be manufactured at a low cost, and a flexible cell can be realized. The practical application of such dye-sensitized solar cells is expected. The power generation principle of such a dye-sensitized solar cell will be briefly described as follows. The dye molecules disposed on the light incident side of the dye-sensitized solar cell absorb the incident light and are excited. The excited dye molecule electrons are injected into, for example, titanium oxide, which is a semiconductor. On the other hand, the dye molecules are supplied with the lost amount of electrons from the electrolyte. Accordingly, a potential difference is generated between the titanium oxide and the electrolyte. This potential difference is used as a battery.
例えばシリコン結晶を用いた太陽電池と比較したときに、例えば特許文献1に開示されている様な色素増感型太陽電池の、発電効率は低いという課題がある。
For example, when compared with a solar cell using silicon crystals, there is a problem that the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell as disclosed in
本発明は、光利用率が高く、発電効率が高い色素増感太陽電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell with high light utilization rate and high power generation efficiency.
前記目的を果たすため、本発明の色素増感太陽電池の一態様は、第1の基板と、前記第1の基板と対向して配置された第2の基板と、前記第1の基板の前記第2の基板と対向する面に形成された第1の電極と、前記第1の電極上に配された電子捕集剤と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配された電子供給剤と、前記電子捕集剤上に配された、励起状態では前記電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態では前記電子供給剤のエネルギー準位より低いエネルギー準位を有する色素と、前記第2の基板の前記第1の基板と対向する面に配された触媒層と、を具備する色素増感太陽電池において、前記触媒層の前記第1の基板と対向する面は、拡散反射面である、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, one aspect of the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a first substrate, a second substrate disposed to face the first substrate, and the first substrate. A first electrode formed on a surface facing the second substrate; an electron scavenger disposed on the first electrode; and the first electrode and the second substrate. The electron supply agent disposed on the electron scavenger and an energy level higher than the energy level of the electron scavenger in the excited state and lower than the energy level of the electron supplier in the ground state. In the dye-sensitized solar cell comprising: a dye having a dye; and a catalyst layer disposed on a surface of the second substrate facing the first substrate, a surface of the catalyst layer facing the first substrate Is a diffuse reflection surface.
本発明に依れば、光利用率が高く、発電効率が高い色素増感太陽電池を提供できる。 According to the present invention, a dye-sensitized solar cell having a high light utilization rate and a high power generation efficiency can be provided.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る色素増感太陽電池において、その構成の概要を図1に示す様に、例えばガラスやフィルム等から成る透明基板10上には、酸化インジウム錫(ITO)やフッ素ドープ酸化スズ(FTO)等から成る電極としての透明導電膜20が形成されている。透明導電膜20はパターニングされていても良く、また、透明導電膜20の上層または下層に銀等の集電パターンを設けても良い。透明導電膜20上には、電子捕集−色素層30が形成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, an outline of the configuration is formed on, for example, indium tin oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide ( A transparent
電子捕集−色素層30は、例えばアナターゼ型の酸化チタンの粒子等より成る電子捕集剤と、ルテニウム色素(N719色素等)等より成る色素とを有する。電子捕集剤の直径は、例えば20nm程度である。電子捕集剤は、酸化チタンに限らず、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化インジウム及びその複合体等を用いることができる。本実施形態では、特に色素増感太陽電池の材料として優れる酸化チタン(TiO2)を用いることとして説明する。また、色素は、N719色素に限らず、例えば、ルテニウム系色素として、N3色素、BlackDyeや、純粋有機色素として、D149、キサンテン、PVK、メロシアニン、オキサジン等を用いることができる。色素は、光を吸収し、電子を放出する役割を担う。 The electron collection-dye layer 30 includes, for example, an electron collection agent made of anatase-type titanium oxide particles and the like, and a dye made of ruthenium dye (N719 dye or the like). The diameter of the electron scavenger is, for example, about 20 nm. The electron scavenger is not limited to titanium oxide, and for example, zinc oxide, tin oxide, tungsten oxide, niobium oxide, indium oxide, and a composite thereof can be used. In the present embodiment, it will be described that titanium oxide (TiO 2 ), which is particularly excellent as a material for a dye-sensitized solar cell, is used. The dye is not limited to the N719 dye, and for example, N3 dye, BlackDye as the ruthenium-based dye, and D149, xanthene, PVK, merocyanine, oxazine, and the like as the pure organic dye can be used. The dye plays a role of absorbing light and emitting electrons.
一方、透明基板10と対向する例えばガラスやフィルム等から成る対向基板40上には、電極としての導電膜50が形成されている。更に、導電膜50の上には、白金から成る触媒層60が形成されている。尚、導電膜50を形成せずとも、対向基板40上に形成した白金から成る触媒層60が、導電膜50の機能を担うこともできる。
On the other hand, a
ここで本実施形態では、本色素増感太陽電池に透明基板10側から入射し、電子捕集−色素層30を透過した光を、拡散反射させることで再利用して発電効率を高めるため、触媒層60の表面は、拡散反射面となっている。このため、対向基板40には微細な凹凸が形成されている。この凹凸は、例えば溶液によるエッチング等化学的手法によりに形成しても良いし、例えばサンドブラスト等物理的手法により形成しても良い。微細な凹凸が形成された対向基板40上に、導電膜50、及び白金から成る触媒層60を形成することで拡散反射面が形成される。
Here, in the present embodiment, in order to increase the power generation efficiency by reusing the light incident on the dye-sensitized solar cell from the
尚、対向基板40を削って凹凸を形成しなくとも、平らなガラス表面に有機散乱膜等を成膜することで凹凸を形成しても同様に拡散反射面を形成することができる。
Even if the
透明基板10と対向基板40は、透明基板10の電子捕集−色素層30が形成されている面と、対向基板40の触媒層60が形成されている面とがそれぞれ対向し、対向する面の間に例えば10〜50μm程度の間隙を有する様に、対向する面の周縁部でシール材70によって貼り合わされている。前記間隙には、電解質である電子供給剤80が封入されている。
In the
電子供給剤80の溶媒としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸エチレン等を用いることができる。電子供給剤80の溶質としては、例えば1,2−ジメチル−3−n−プロピルイミダゾリウムアイオダイド(DMPImI)、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ素(I2)、4−tert−ブチルピリジン(TBP)等を用いることができる。
As a solvent for the
この様に、例えば透明基板10は、第1の基板として機能し、例えば対向基板40は、第2の基板として機能し、例えば透明導電膜20は、第1の基板の第2の基板と対向する面に形成された第1の電極として機能し、例えば電子捕集−色素層30中の電子捕集剤は、電極上に配された電子捕集剤として機能し、例えば電子供給剤80は、第1の基板と第2の基板との間に配された電子供給剤として機能し、例えば電子捕集−色素層30中の色素は、電子捕集剤上に配された、励起状態では電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態では電子供給剤のエネルギー準位より低いエネルギー準位を有する色素として機能し、例えば触媒層60は、第2の基板の第1の基板と対向する面に配された触媒層として機能し、例えば導電膜50は、第2の電極として機能する。
In this way, for example, the
次に、本実施形態に係る色素増感太陽電池の発電原理を図2を参照して説明する。まず、本色素増感太陽電池に光が入射すると、その光は電子捕集−色素層30中の色素に吸収される。色素に吸収された光は、色素を励起する(図2中の破線矢印)。また、色素に吸収されず、電子捕集−色素層30を透過した光は、その一部は電子供給剤80に吸収されるが、他の光の一部は、触媒層60に到達する。触媒層60に到達した光は、触媒層60で拡散反射し、反射光の一部は電子捕集−色素層30の色素に吸収される。この様に触媒層60で反射されて色素に吸収された光も、色素を励起する。
Next, the power generation principle of the dye-sensitized solar cell according to this embodiment will be described with reference to FIG. First, when light enters the dye-sensitized solar cell, the light is absorbed by the dye in the electron collection-dye layer 30. The light absorbed by the dye excites the dye (broken arrow in FIG. 2). Further, a part of the light that has not been absorbed by the dye and has passed through the electron collection-dye layer 30 is absorbed by the
ここで励起された電子捕集−色素層30中の色素の電子は、例えばワイドギャップ半導体である酸化チタン等で構成される電子捕集−色素層30中の電子捕集剤に受け渡される。即ち、色素は酸化する。電子捕集剤が受け取った電子は、透明導電膜20に移動する。一方、電子を失った色素は、触媒層60を有する導電膜50と接している電子供給剤80の例えばI−から、電子を供給される。即ち、色素は電子供給剤80により還元される。3I−は電子を色素に供給するとI3 −となる。従って、電子供給剤80の例えばI3 −は、導電膜50から電子を受け取ろうとする。このとき、透明導電膜20と導電膜50との間には、電位差が発生する。透明導電膜20と導電膜50との間に外部回路が接続されていれば、透明導電膜20に移動した電子は、外部回路を介して導電膜50に移動する。そして、この電子は電子供給剤80の例えばI3 −に移動し、I3 −は3I−となる。電子を失った色素は、電子供給剤80の例えばI−から電子を供給される。この様に、透明導電膜20と導電膜50に、外部回路を接続することによって、外部回路は光を吸収した本実施形態に係る色素増感太陽電池から、電流を取り出すことができる。即ち、本色素増感太陽電池は電池として機能する。
The electrons of the dye in the electron collecting-dye layer 30 excited here are transferred to the electron collecting agent in the electron collecting-dye layer 30 composed of, for example, titanium oxide which is a wide gap semiconductor. That is, the dye is oxidized. The electrons received by the electron scavenger move to the transparent
本色素増感太陽電池の発電原理は前記の通りなので、励起状態の色素のエネルギー準位は、電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態の色素のエネルギー準位は、電子供給剤80のエネルギー準位より低いという関係を要する。
Since the power generation principle of the dye-sensitized solar cell is as described above, the energy level of the excited state dye is higher than the energy level of the electron scavenger, and the energy level of the ground state dye is the
[実施例]
次に前記実施形態に係る色素増感太陽電池の実施例について説明する。ここでは、対向基板40に微細な凹凸を形成し、触媒層60の表面を拡散反射面とした本実施例の色素増感太陽電池と、対向基板40を平面とし、触媒層60の表面を鏡面とした比較例の色素増感太陽電池との性能を比較した。比較に用いた指標は、入射光のエネルギーに対する発生した電力のエネルギーの比である変換効率ηである。
[Example]
Next, examples of the dye-sensitized solar cell according to the embodiment will be described. Here, the fine substrate is formed on the
対向基板40には化学研磨によって凹凸を形成した。凹凸を形成した対向基板40の表面形状を図3に示す。図3(a)は平面図を、図3(b)は斜視図を、それぞれ示す。この凹凸面の、中心線平均粗さRaは0.137μm、十点平均高さRzは0.692μmであった。ここで、中心線平均粗さRaは、注目する長さを抜き取り、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって囲まれた部分の面積を、前記注目する長さで割った値を表す。また、十点平均高さRzは、断面曲線の基準長さにおいて、高い方から5つの山頂の高さの平均値と、低い方から5つの谷底の深さの平均値との差の値を表す。なおRaは0.14μm±0.1μm、Rzは0.7μm±0.3μmが望ましい。
Unevenness was formed on the
対向基板40の凹凸を有する面上には、図4に示す様に、ITOから成る導電膜50を形成し、その上にはチタンを成膜して白金下地層55を形成した。そして、白金下地層55上に白金を成膜し、触媒層60を形成した。触媒層60を成す白金膜は、対向基板40に形成した凹凸により拡散反射面となっている。ここで、白金下地層55は触媒層60である白金の表面積を増加させる効果がある。
As shown in FIG. 4, a
一方、ガラスより成る透明基板10上には、ITOより成る透明導電膜20を形成した。透明導電膜20上には、その形状が30mm角で膜厚が約2μmになる様に粒径20nmのアナターゼ型酸化チタンペーストを、スクリーン印刷し、熱処理を行い、電子捕集剤を形成した。電子捕集剤には、色素を構成するD149色素を吸着させた。この様にして電子捕集−色素層30を形成した。
On the other hand, a transparent
次に、触媒層60を形成した対向基板40と、電子捕集−色素層30を形成した透明基板10とを、10μmの間隙を設けるように貼り合わせシーリングした。その後、電子供給剤80を構成するヨウ素電解液を真空注入して封止し、色素増感太陽電池を作製した。
Next, the
比較例の色素増感太陽電池においては、対向基板40に凹凸を形成しなかった。その他の構成は、本実施例の場合と同様とした。
In the dye-sensitized solar cell of the comparative example, no unevenness was formed on the
前記本実施例に係る色素増感太陽電池と、比較例に係る色素増感太陽電池との変換効率ηの値を、JIS規格のJIS C 8914「結晶系太陽電池モジュール出力測定方法」に従って計測した。簡単に説明すると、計測では波長400〜1100nm、照度1000W/m2の光を照射し、電流I−電圧V曲線を取得した。そして、取得したI−V曲線から、変換効率ηの値を求めた。変換効率ηの値は、大きい程、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が良く、性能が高いことを示す。 The value of the conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cell according to this example and the dye-sensitized solar cell according to the comparative example was measured in accordance with JIS C 8914 “Crystalline solar cell module output measurement method” of JIS standard. . Briefly, in the measurement, light having a wavelength of 400 to 1100 nm and an illuminance of 1000 W / m 2 was irradiated to obtain a current I-voltage V curve. And the value of conversion efficiency (eta) was calculated | required from the acquired IV curve. The larger the value of the conversion efficiency η, the higher the efficiency of converting light energy into electric energy and the higher the performance.
取得したI−V曲線を図5に示す。この図において、実線は本実施例に係る色素増感太陽電池のI−V曲線を、破線は比較例に係る色素増感太陽電池のI−V曲線を示す。この図に示す通り、本実施例に係る色素増感太陽電池のI−V曲線は、比較例に係るそれよりも、グラフにおいて右上方向にある。これは、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率が良いことを示している。本実施例に係る色素増感太陽電池の変換効率ηは0.117%であり、比較例に係るそれは0.096%であった。即ち、本実施例に係る変換効率ηは、比較例のそれの1.23倍であった。 The acquired IV curve is shown in FIG. In this figure, the solid line indicates the IV curve of the dye-sensitized solar cell according to this example, and the broken line indicates the IV curve of the dye-sensitized solar cell according to the comparative example. As shown in this figure, the IV curve of the dye-sensitized solar cell according to the present example is in the upper right direction in the graph than that according to the comparative example. This indicates that the conversion efficiency from light energy to electrical energy is good. The conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cell according to this example was 0.117%, and that according to the comparative example was 0.096%. That is, the conversion efficiency η according to this example was 1.23 times that of the comparative example.
比較例に比べて本実施例の変換効率ηが高い理由として以下が考えられる。透明基板10側から入射し、電子捕集−色素層30中の色素に吸収されずに触媒層60に到達した光は、触媒層60表面で反射され、再び電子捕集−色素層30に入射する。この際、比較例の場合には、触媒層60表面が鏡面であるため、反射光は直進し、電子捕集−色素層30内を通る光路は短い。このため、一部の光は色素に吸収されるが、その他の多くの光は吸収されずに透過してしまう。これに比べて、本実施例の場合には、触媒層60表面の拡散反射面であるため、拡散反射され電子捕集−色素層30内を通る光路が長くなる。このため、比較例の場合より色素に吸収され光の割合が増加すると考えられる。このため、変換効率ηが高くなったと考えられる。
The reason why the conversion efficiency η of this embodiment is higher than that of the comparative example can be considered as follows. Light that enters from the
以上の通り、本実施形態に係る色素増感太陽電池では、触媒層60表面が拡散反射面となっているため、反射光のうち色素に吸収される割合が、触媒層60表面が鏡面の場合よりも高くなる。このため、変換効率ηが高くなる。即ち、本実施形態に依れば色素増感太陽電池の性能が向上する。
As described above, in the dye-sensitized solar cell according to this embodiment, since the surface of the
[変形例]
色素増感太陽電池の性能を上昇させるためには、電子捕集−色素層30の構成を工夫することも有意義である。即ち、図6に示す様に、電子捕集剤32を構成するアナターゼ型の酸化チタンに、粒径が異なる2種類の酸化チタンを用いればいい。例えば、大きな粒径を有する電子捕集剤32を電子伝達用電子捕集粒子34と呼び、小さな粒径を有する電子捕集剤32を色素吸着用電子捕集粒子36と呼ぶ事にする。
[Modification]
In order to improve the performance of the dye-sensitized solar cell, it is also meaningful to devise the configuration of the electron collection-dye layer 30. That is, as shown in FIG. 6, two types of titanium oxides having different particle diameters may be used for the anatase type titanium oxide constituting the
図6に示す様に、電子伝達用電子捕集粒子34は、互いに接しており、その一部は透明導電膜20に接している。また、色素吸着用電子捕集粒子36は、電子伝達用電子捕集粒子34と接している。そして色素38は、電子伝達用電子捕集粒子34及び色素吸着用電子捕集粒子36に吸着されている。この様な構成により、電子伝達用電子捕集粒子34は、主に色素38から放出された電子を透明導電膜20に伝達する役割を担っている。また、色素吸着用電子捕集粒子36は、より多くの色素38を吸着するために、電子捕集剤32としての表面積を大きくする役割を担っている。
As shown in FIG. 6, the
ここで、色素吸着用電子捕集粒子36の直径は、例えば5nm以上25nm以下であり、電子伝達用電子捕集粒子34の直径は、例えば100nm以上400nm以下である。色素吸着用電子捕集粒子36と電子伝達用電子捕集粒子34の割合は、重量割合で色素吸着用電子捕集粒子36が例えば20〜25%等であり、電子伝達用電子捕集粒子34が例えば75〜80%等である。電子伝達用電子捕集粒子34、色素吸着用電子捕集粒子36及び色素38から成る電子捕集−色素層30の厚さは、例えばおよそ10μm等である。
Here, the diameter of the dye-adsorbing
電子捕集−色素層30の作製は、例えば以下の様に行う。電子伝達用電子捕集粒子34及び色素吸着用電子捕集粒子36としてのアナターゼ型の2種類の粒径を持つ酸化チタン粒子を混合し、ペースト状にした後に、透明基板10に、そのペーストを印刷又は塗布し、その後焼成して酸化チタン膜形成を行う。前記酸化チタン膜の形成後、当該酸化チタン膜を、有機溶剤に溶かした色素38の液中に浸し、酸化チタンに色素38を吸着させる。
The electron collection-dye layer 30 is produced as follows, for example. After mixing titanium oxide particles having two kinds of particle sizes of anatase type as the
次に本変形例の色素増感太陽電池の実施例について説明する。ここでは、電子伝達用電子捕集粒子34及び色素吸着用電子捕集粒子36として、直径が異なる2種類の電子捕集剤32としての酸化チタンを用いた本実施例の色素増感太陽電池と、直径が1種類の電子捕集剤32としての酸化チタンを用いた比較例の色素増感太陽電池との性能を比較した。比較したのは、見かけの最大電力に対する実際の電力の比であるフィルファクター(FF)の値である。
Next, examples of the dye-sensitized solar cell of this modification will be described. Here, the dye-sensitized solar cell of this example using titanium oxide as two types of electron-trapping
本実施例では、電子伝達用電子捕集粒子34としての酸化チタンの直径を100nmとし、色素吸着用電子捕集粒子36としての酸化チタンの直径を10nmとした。そして、電子伝達用電子捕集粒子34及び色素吸着用電子捕集粒子36の混合比を重量割合で、電子伝達用電子捕集粒子34を75%、色素吸着用電子捕集粒子36を25%とした。電子伝達用電子捕集粒子34、色素吸着用電子捕集粒子36及び色素38を含む電子捕集−色素層30の厚さの平均は、5μmとした。一方、参照用の従来例としての色素増感太陽電池においては、電子捕集剤32を構成する酸化チタンの直径を全て10nmとし、その他の条件は前記本実施例の場合と同様とした。なお、電子捕集剤32を構成する酸化チタンの直径を単純に大きくしただけの場合は、ラフネスファクター(RF=実際の表面積/投影面積)が単純に小さくなってしまい、ラフネスファクターが小さくなった分だけ電子捕集−色素層30の厚さの平均を厚くすると、可視光の吸収が多くなってしまい実用的ではないことが知られている。
In this example, the diameter of titanium oxide as the
前記本実施例に係る色素増感太陽電池と、従来例に係る色素増感太陽電池とのFF値を、JIS規格のJIS C 8914「結晶系太陽電池モジュール出力測定方法」に従って取得したI−V曲線から求めた。この値は、大きいほど、当該太陽電池の内部損失が小さく、性能が高いことを示す。 The FF values of the dye-sensitized solar cell according to the present example and the dye-sensitized solar cell according to the conventional example were obtained according to JIS standard JIS C 8914 “Crystalline solar cell module output measurement method” IV Obtained from the curve. The larger this value, the smaller the internal loss of the solar cell and the higher the performance.
本実施例と従来例それぞれについて3回計測した結果、FF値は、本実施例に係る色素増感太陽電池では、44.4±1.3(平均±標準偏差)、従来例に係る色素増感太陽電池では、25.6±0.3(平均±標準偏差)となった。即ち本実施例のFF値は、従来例に比較して74%の上昇となった。 As a result of measuring three times for each of the present example and the conventional example, the FF value is 44.4 ± 1.3 (average ± standard deviation) in the dye-sensitized solar cell according to the present example, and the dye increase according to the conventional example. In the solar cell, it was 25.6 ± 0.3 (average ± standard deviation). That is, the FF value of this example increased by 74% compared to the conventional example.
この様な違いが現れた理由として以下が考えられる。図7(a)に従来例の電子捕集−色素層30の模式図を示す通り、従来例では、図7(a)中白抜き矢尻Aで指し示す様に、色素38から放出された電子e−は、電子捕集剤32を構成する直径が小さい粒子を多く伝って、透明導電膜20に伝達される。従って電子e−は、電子捕集剤32内の粒子の接合部分を多く超える必要がある。このため、電子捕集剤32中に形成される電気接続路の抵抗が高くなって、電子が伝達されにくい。更に、図7(a)中白抜き矢尻Bで指し示す様に、色素38同士が会合し、それが電子捕集剤32を構成する粒子間に浸入し、電子捕集剤32を構成する粒子同士が接触しない部分ができることがある。そして、この様に電子捕集剤32を構成する粒子同士が接触しない部分では、電子e−が伝達されないことになる。
Possible reasons for this difference are as follows. As shown in the schematic diagram of the electron collecting-dye layer 30 of the conventional example in FIG. 7A, in the conventional example, as indicated by the white arrowhead A in FIG. − Is transmitted to the transparent
これに対して、図7(b)に本実施例の電子捕集−色素層30の模式図を示す通り、本実施例では、色素38から放出された電子e−は、少数の直径が大きな電子伝達用電子捕集粒子34を伝って、透明導電膜20に伝達される。従って、電子e−が超える必要のある電子伝達用電子捕集粒子34の接合部分は少ない。また、電子伝達用電子捕集粒子34の直径は大きく、1個あたりの表面積が大きいため、電子伝達用電子捕集粒子34間の接合は良好に成されている。このため、電子捕集剤32中に形成される電気接続路の抵抗が図7(b)の場合よりも低くなって、電子が伝達されやすい。また、色素吸着用電子捕集粒子36が多く存在するので、表面積は大きく、ラフネスファクターは、1000以上と、色素増感太陽電池において必要であるといわれている値以上と成っている。このため、十分な数の色素38が電子捕集剤32に吸着されている。
On the other hand, as shown in the schematic diagram of the electron collection-dye layer 30 of this example in FIG. 7B, in this example, the electrons e − emitted from the
以上のことから、本実施例では、十分な数の色素38が放出した電子e−が、滑らかに透明導電膜20に伝達される。その結果、本実施例では、従来例に比較し、FF値が上昇したと考えられる。
From the above, in this embodiment, electrons e − emitted from a sufficient number of
以上の通り、本変形例に係る色素増感太陽電池では、電子捕集剤32として粒径が異なる電子伝達用電子捕集粒子34及び色素吸着用電子捕集粒子36を用いている。このことに依り、色素38から透明導電膜20への電子伝達に係る障害が小さくなり、電子伝達が滑らかに行われ、且つ十分な表面積を有するため、十分な数の色素38を電子捕集剤32に吸着させることができる。その結果、FF値を高くすることができる。即ち、当該色素増感太陽電池の内部損失を小さくし、性能を高くすることができる。
As described above, in the dye-sensitized solar cell according to this modification, the
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the column of problems to be solved by the invention can be solved and the effect of the invention can be obtained. The configuration in which this component is deleted can also be extracted as an invention.
10…透明基板、20…透明導電膜、30…電子捕集−色素層、32…電子捕集剤、34…電子伝達用電子捕集粒子、36…色素吸着用電子捕集粒子、38…色素、40…対向基板、50…導電膜、55…白金下地層、60…触媒層、70…シール材、80…電子供給剤。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1の基板と対向して配置された第2の基板と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対向する面に形成された第1の電極と、
前記第1の電極上に配された電子捕集剤と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配された電子供給剤と、
前記電子捕集剤上に配された、励起状態では前記電子捕集剤のエネルギー準位より高く、基底状態では前記電子供給剤のエネルギー準位より低いエネルギー準位を有する色素と、
前記第2の基板の前記第1の基板と対向する面に配された触媒層と、
を具備する色素増感太陽電池において、
前記触媒層の前記第1の基板と対向する面は、拡散反射面である、
ことを特徴とする色素増感太陽電池。 A first substrate;
A second substrate disposed opposite the first substrate;
A first electrode formed on a surface of the first substrate facing the second substrate;
An electron scavenger disposed on the first electrode;
An electron supply agent disposed between the first substrate and the second substrate;
A dye disposed on the electron scavenger, having an energy level higher than the energy level of the electron scavenger in the excited state and lower than the energy level of the electron supplier in the ground state;
A catalyst layer disposed on a surface of the second substrate facing the first substrate;
In a dye-sensitized solar cell comprising:
The surface of the catalyst layer facing the first substrate is a diffuse reflection surface.
The dye-sensitized solar cell characterized by the above-mentioned.
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