JP2011210672A - 色素増感太陽電池に用いる負極の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極基板3の表面に半導体多孔質層1を形成する工程と、半導体多孔質層1に色素1aを吸着させる色素吸着処理工程とを含む色素増感太陽電池に用いる負極10の製造方法において、半導体多孔質層1が形成された電極基板3を、色素1aを含む色素溶液25中に、色素溶液25が流動される条件下に保持せしめることにより、色素吸着処理工程での色素1aの吸着処理を行うことを特徴とする。
【選択図】図3
Description
一方、対向電極(正極側)から光を照射するタイプの色素増感型太陽電池は、最近になって提案されたものであり、例えば特許文献1、特許文献2にも記載されているように、色素増感半導体多孔質層が金属基板上に形成されており、光が照射される側の正極として、透明基板上に透明導電膜を形成したものが知られている。
前記半導体多孔質層が形成された前記電極基板を、前記色素を含む色素溶液中に、該色素溶液が流動される条件下に保持せしめることにより、前記色素吸着処理工程での色素の吸着処理を行うことを特徴とする負極の製造方法が提供される。
(1)前記色素溶液の流動を、少なくとも該色素溶液中に浸漬されている前記電極基板を移動せしめて、該色素溶液を振とうさせることにより行うこと、
(2)前記電極基板の移動を、該基板の面方向に対して交差する方向に該電極基板を揺動させることにより行うこと、
(3)前記吸着処理を80℃以下の温度で行うこと、
が好適である。
例えば、後述する実施例の実験結果から理解されるように、静置された色素溶液内に電極基板を浸漬した場合には、安定な変換効率が得られるまでに4時間以上、場合によっては10時間以上もかかるが(例えば特許文献2の実施例では18時間かけている)、本発明では、僅か30分程度の処理時間で有効量の色素を半導体多孔質層に担持することができる。
従って、本発明では、著しく短時間で色素が担持された半導体多孔質層(色素増感半導体多孔質層)を製造することができ、生産性の点でも極めて優れている。
既に述べたように、色素増感型太陽電池は、図1に示されているように、色素1aが担持された半導体多孔質層1(即ち、色素増感半導体多孔質層)が電極基板3上に設けられている負極10と、対向電極20(正極)とを備えており、この負極10と対向電極20との間に電解質層30が設けられた構造を有しており、電解質層30の周囲は封止材33により封止された構造となっている。
本発明では、この負極10を、以下に述べるように、電極基板3の表面に半導体多孔質層1を形成し(半導体多孔質層形成工程)、次いで、この半導体多孔質層1に色素1aを吸着せしめること(色素吸着処理工程)により製造する。
電極板3上に形成される半導体多孔質層1は、色素増感型太陽電池において従来から使用されている酸化物半導体微粒子からなるものであり、具体的には、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステンなどの金属の酸化物、或いはこれら金属を含有する複合酸化物、例えばSrTiO3、CaTiO3などのペロブスカイト型酸化物などからなり、入手の容易さやコスト及び半導体特性の観点から、酸化チタン微粒子が最も好適である。
上記のようにして電極基板3の表面に半導体多孔質層1を形成した後、この半導体多孔質層1に色素1aを吸着せしめて担持する。
しかるに、かかる方法では、色素溶液25中の色素濃度が均一でなく、また色素溶液25が流動していないため、色素溶液25の一部の部分が半導体多孔質層1と接触するに過ぎないため、この処理に著しく長時間を要するばかりか、半導体多孔質層1の内部まで深く色素1aが浸透せず、その上部に集中的に色素1aが担持されてしまい、十分な量の色素1aを半導体多孔質層1に担持させることができず、また色素1aの吸着にバラツキをも生じてしまい、高い変換効率を得ることが困難となっているのである。
さらに、上記の揺動は、所謂振とう或いは振動であるが、その周期(1分間当りの振とう回数)や振幅(傾斜角θ)などは、色素溶液25の容量や電極基板3に形成されている半導体多孔質層1の面積や厚みなどによって適宜決定すればよく、処理時間は、また、一般に、5分乃至1時間程度と極めて短時間でよい。
上述した方法により製造された負極10は、対向基板20と組み合わせ、図1に示されている構造を有している色素増感型太陽電池として使用に供される。
また、対向基板20側から光を照射する場合には、負極10の電極基板3として、金属基板が使用され、この金属基板上に、適宜、耐腐食性導電層を介して色素1aで増感された半導体多孔質層1が形成された構造となっている。このときの対向電極20としては、透明電極基板が使用されることとなる。
半導体多孔質層1は、スクリーン印刷機(ニューロング精密株式会社製、型式:LS―34TV)を用いて酸化チタンペーストを約10mm×60mmの寸法でアルミ基板3上に印刷し、約130℃で乾燥させた。これを膜厚が約12μm程度になるまで数回繰り返した後、酸化チタン焼成用オーブン(ネムス株式会社製)を用いて約400℃で30分間保持して半導体多孔質層1をアルミ基板3上に焼成することで、負極10を得た。
図2に示すように、色素吸着時に振とうさせずに60分から240分まで60分間隔で静置して浸漬させた以外は、実施例1と同様にして色素増感太陽電池を得た。
1a:色素
3:電極基板
10:負極
20:対向電極
30:電解質層
33:封止材
Claims (4)
- 電極基板の表面に半導体多孔質層を形成する工程と、該半導体多孔質層に色素を吸着させる色素吸着処理工程とを含む色素増感太陽電池に用いる負極の製造方法において、
前記半導体多孔質層が形成された前記電極基板を、前記色素を含む色素溶液中に、該色素溶液が流動される条件下に保持せしめることにより、前記色素吸着処理工程での色素の吸着処理を行うことを特徴とする負極の製造方法。 - 前記色素溶液の流動を、少なくとも該色素溶液中に浸漬されている前記電極基板を移動せしめて、該色素溶液を振とうさせることにより行う請求項1に記載の製造方法。
- 前記電極基板の移動を、該基板の面方向に対して交差する方向に該電極基板を揺動させることにより行う請求項2に記載の製造方法。
- 前記吸着処理を80℃以下の温度で行う請求項1乃至3の何れかに記載の製造方法。
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