JP2012059686A - 電解液及び光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヨウ素、ヨウ化リチウム及びヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを含有する電解液。各成分の添加量は、ヨウ素1モルに対して、ヨウ化リチウムが1〜5モル、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムが5〜15モルであることが好ましい。
【選択図】なし
Description
<電解質>
本発明の電解液は、電解質として、ヨウ素、ヨウ化リチウム及びヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを含有する。
ヨウ素とヨウ化リチウムは、本発明の電解液中で酸化還元対であるI−/I3 −を形成する。ヨウ化リチウムの添加により生成するリチウムイオンは、例えば、色素増感太陽電池のチタニア負極等に用いられる多孔質チタニアに吸着する。その結果、チタニア伝導帯を下げて色素からチタニアへの電子注入速度を向上させる効果がある。また、チタニアに注入された電子の輸送を促進する効果もある。これにより、短絡電流密度を向上させ、結果的に光電変換効率を向上させることができる。
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを添加することで、本発明の電解液中の導電性を向上させ、色素増感太陽電池セルを作製した際には該セルの抵抗成分を低くし、フィルファクターを高くし、光電変換効率を向上させることができる。さらに、前述したように、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムをヨウ化リチウムと組合せて使用することで、特に、ヨウ化リチウムの添加による短絡電流密度の向上効果以上の効果が得られ、光電変換効率を大幅に向上させることができる。
本発明の電解液には、上記した成分以外にも、塩基性物質、例えば、4−ターシャルブチルピリジン、N−メチルベンズイミダゾール等を含有させることもできる。これらの塩基性物質を含有させれば、光電変換素子を作製した際に、チタニア電極のチタニア表面に吸着し、チタニア電極からの逆電子移動を防ぐことができ、開放電圧をより向上させるとともに、光電変換効率をより向上させることができる。
本発明の電解液には、溶媒を使用してもよい。この際に使用される溶媒としては、特に制限はなく、ニトリル化合物(アセトニトリル、バレロニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、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、ビスシアノエチルエーテル等)、ラクトン化合物(γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、β−ブチロラクトン、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等)、カーボネート化合物(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、エーテル類(ジオキサン、ジエチルエーテル、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等)、アルコール類(メタノール、エタノール、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、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、グリセリン等)、スルホン類(エチルイソプロピルスルホン、エチルイソブチルスルホン、イソプロピルイソブチルスルホン等)のいずれも使用でき、これらの溶媒は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。これらの溶媒のなかでも、ヨウ素イオンの拡散速度を速くできるという点から、ニトリル化合物、特にアセトニトリル、バレロニトリル、3−メトキシプロピオニトリルが好ましい。
本発明の光電変換素子は、チタニア電極の多孔質チタニア膜の上に対向電極(対極)を形成し、これら電極間を本発明の電解液で満たすことにより得られる。
チタンイソプロポキシド0.05molに酢酸0.05molを加えて15分撹拌した。蒸留水73mlを加えて1時間撹拌した。さらに濃硝酸1mlを加えて80℃で75分間加熱及び撹拌を行った。これに蒸留水を加えて全量を93mlとしてチタニアゾル水溶液を得た。このチタニアゾル水溶液40mlを内容積125mlの圧力反応容器に入れて250℃で12時間加熱した。得られた白色沈殿物(チタニア)をエタノールで溶媒置換した後、100mlエタノール分散液とした。これにα−テルピネオール7gとエチルセルロースの10重量%エタノール溶液8.65gを加えて撹拌した。十分に撹拌した後、エバポレータを用いてエタノールを留去してチタニアを含む膜形成用組成物10gを得た。
フッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜付きガラス(日本板硝子(株)製;4mm厚)にポリエステル製スクリーン印刷版(225メッシュ)を用いて、上記で作製したチタニアを含む膜形成用組成物を、5ミリ角の大きさに膜厚14μmになるまで繰り返しスクリーン印刷を行った。さらに電気炉に入れて500℃にて1時間焼成を行った。
スイス・ソラロニクス社製のN−719色素をターシャルブチルアルコールとアセトニトリルの容量比1:1の混合溶媒に0.5mmol/Lの濃度で溶解したものに上記500℃で焼成したチタニア負極を25℃で20時間浸漬して色素を固定した。
色素を固定した上記チタニア負極に、カプトンテープ(35μm厚さ)をスペーサーとして用いて、白金をスパッタしたフッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜付きガラス(ピルキントン社製;2.2mm厚)をエポキシ接着剤にて貼り合わせた。その後、後述する実施例1〜3及び比較例1〜4の電解液を注入して封止を行い、光電変換素子を作製した。
作製した小型セルに(株)三永電機製作所製のソーラーシミュレータでAM1.5(JISC8912Aランク)の条件下の100mW/cm2の強度の光を照射して上記光電変換素子の光電変換特性を評価した。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.05M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム:0.55M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.1M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム:0.5M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.2M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム:0.4M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.6M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウム:0.6M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.1M
ヨウ化1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム:0.5M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
アセトニトリルを溶媒として使用し、電解液の組成を以下のようにして、小型セルの評価を行った。
ヨウ素:0.05M
ヨウ化リチウム:0.1M
ヨウ化1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム:0.5M
4−ターシャルブチルピリジン:0.5M
結果を表1に示す。
Claims (8)
- ヨウ素、ヨウ化リチウム及びヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを含有する電解液。
- ヨウ素1モルに対して、ヨウ化リチウムを1〜5モル、ヨウ化1−エチル−3−メチルイミダゾリウムを5〜15モル含有する、請求項1に記載の電解液。
- さらに、4−ターシャルブチルピリジン及びN−メチルベンズイミダゾールよりなる群から選ばれる少なくとも1種の塩基性物質を含有する、請求項1又は2に記載の電解液。
- ヨウ素1モルに対して、前記塩基性物質を5〜15モル含有する、請求項3に記載の電解液。
- 存在するカウンターアニオンがヨウ素イオンのみである、請求項1〜4のいずれかに記載の電解液。
- さらに、ニトリル化合物、ラクトン化合物、カーボネート化合物、エーテル類、アルコール類及びスルホン類よりなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含有する、請求項1〜5のいずれかに記載の電解液。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の電解液を用いて得られる光電変換素子。
- 請求項7に記載の光電変換素子を用いて得られる色素増感太陽電池。
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Cited By (2)
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JP2013239312A (ja) * | 2012-05-14 | 2013-11-28 | Toyota Central R&D Labs Inc | 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール |
JP2014044805A (ja) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Osaka Gas Co Ltd | 電解液及び光電変換素子 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011093253A1 (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | 日本カーリット株式会社 | 色素増感太陽電池用電解液およびこれを利用した色素増感太陽電池 |
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2010
- 2010-12-10 JP JP2010275804A patent/JP5709502B2/ja active Active
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WO2011093253A1 (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | 日本カーリット株式会社 | 色素増感太陽電池用電解液およびこれを利用した色素増感太陽電池 |
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JP2014044805A (ja) * | 2012-08-24 | 2014-03-13 | Osaka Gas Co Ltd | 電解液及び光電変換素子 |
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