JP2012186127A

JP2012186127A - 色素増感太陽電池及びその製造方法

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Publication number: JP2012186127A
Application number: JP2011061573A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kitamura; 浩北村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】色素増感太陽電池の構成材料の一以上を高分子吸収体によりゴム状ゲル材にして活性炭や多孔質炭素板等とともに用いること等で、さらなる変換効率の向上や長寿命を図った色素増感太陽電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】酸化チタン等、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又はそれらに高分子吸収体を混合等し水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒等と温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工をして弾力性や粘着性（粘弾性）を持つゴム状ゲル材に形成して、それらを多孔質炭素等とともに単層等で発電する構成となるよう重ね合わせ等してプラスチック等の筐体等に収め、必要に応じてそれをさらに複層等となるよう重ね合わせ等した色素増感太陽電池とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、酸化チタン等、色素、電解液を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又はそれらに高分子吸収体を混合等して水蒸気等の水分や有機溶媒等と温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに加圧凝縮加工等をして、弾力性や粘着性（粘弾性）を持つゴム状ゲル材に形成した後、それらの一以上を多孔質炭素等とともに単層等で発電する構成となるよう重ね又は組み合わせてプラスチック等の筐体又は容器に収め、必要に応じてさらにそれが複層等となるよう重ね合わせ等したことを特徴とする色素増感太陽電池及びその製造方法に関する。

酸化チタンや色素等をゴム状ゲルやゴム状ゲル材に形成して用いる発明については、本発明者が先に特許出願した色素増感太陽電池およびその製造方法（特願２００８−１８６５１１（「文献１」）と特願２０１０−８３６４４（「文献２」））がある。

高分子吸収体は、高吸水性ポリマー、有機溶媒又は有機溶媒用ポリマー、多孔質ポリマー、発煙させたシリカ、溶解モノマーの架橋、サクラン等の天然ポリマー等及び同等程度又は同様のものとして物理架橋ゲルとするものやＰＥＯ系、ＰＡＮ系ＰＶＤＦ系のものや化学結合ゲルとするもの等をいう。

本発明では電解液と電解質の区別はしない。、また、ゴム状ゲル化に要するものとは、水や有機溶媒や油の成分や性質等に手を加え又は調整し又は他成分や要素と組み合わせたり反応させたもの、ゴム状ゲルを形成できる性能を持つもの、高分子吸収体を有効とするものをいい又は含む。

文献１は、酸化チタン、色素、電解液等を高吸水性ポリマー等の高分子吸収体によりゲル化した後、粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させたゴム状ゲルとし、さらに加圧凝縮加工等を加えてゴム状ゲル材に形成して用いるものである。また、電解液と電解質の区別は本発明と同じくしていない。

その性質は、従来の色素増感太陽電池における電解液がすべて液体や液相ゲルであるのに対し、固体相としての性質を持つ。またその構成は当該ゴム状ゲル材を組み合わせる等（積層含む）して配置するものである。

文献２は、特に炭素を用いた電極等や固体電解液等との構成に係るものである。色素増感太陽電池は化学電池でもあるため、炭素電極等で性能が大きく影響されるからである。

特願２００８ー１８６５１１特願２０１０ー８３６４４

色素増感太陽電池の構成材料の一以上を高分子吸収体でゴム状ゲル材として活性炭や多孔質炭素板等とともに用いること等で、さらなる変換効率の向上や長寿命を図った色素増感太陽電池およびその製造方法を提供する。

問題を解決するための手段

酸化チタン、有機半導体、化合物半導体、シリコン、導電性金属、色素を吸着した多孔質物を酸化チタンで被覆したもの、色素を吸着した酸化チタン、導電性ポリマー材及びそれらを複数組み合わせたもの（以下「酸化チタン等」）、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとする。

又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲルとする。

次に、それらゴム状ゲルを粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工をして弾力性や粘着性（粘弾性）等を持つゴム状ゲル材に形成する。以下ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を「ゴム状ゲル材」とする。

その後、上記ゴム状ゲル材の一以上を、活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体（以下「多孔質炭素等」）とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合わせる。

それらを、プラスチック又はガラス又は金属等の筐体又は容器に収め、必要に応じてその筐体等をさらに単層又は複層となるよう重ね合わせ又は組み合わせるが、このとき筐体等や関連部品の一部を省いて良い。結果、高性能で実用可能な色素増感太陽電池となる。

発明の効果

本発明の効果は、第一に基本ユニットとなる単層又は複層又は両面層において、酸化チタン等、色素及び電解液の一以上をゴム状ゲル材として多孔質炭素等とともに用いたこと等で、より高い変換効率を可能としたことである。

第二に、上記単層等を必要に応じてさらに重ね合わせ又は組み合わせた多重ユニットとしたことで実用可能な発電性能又は変換効率を得られたこと。第三に、上記単層等や多重ユニットに構成することで具体的に実用化を可能としたことである。

本発明について、図１から図４の実施例に基づいて説明する。ただし本発明はこれらに限るものではなく、作図も主要な構成物のみとする。

図１は、本発明の実施例（１）の基本ユニットとなる両面層６の構成斜視図であり、多孔質炭素等５の両面に電解液４を重ねた後にゴム状ゲル材の色素３を重ね、次にそれらすべてをゴム状ゲル材の酸化チタン２の膜で包み込み筐体又は容器１に納める。

図２は、図１におけるＡＡ断面図で、基本ユニットとなる両面層６の断面図である。当該図により多孔質炭素等５の両面に電解液４を重ねた中心部を、ゴム状ゲル材とした色素３及び酸化チタン２が包み込むことでより安全性を確保する。

図３は、本発明の実施例（２）の基本ユニットとなる単層７の断面図で、酸化チタンペーストを焼結した多孔質酸化チタン９にゴム状ゲル材の色素３を重ねるとき、、当該色素３の接触部分をゲルやゲルに近い状態まで水分を多くして当該多孔質部分に入り込ませる。

これは、上記多孔質を活用して接着面積を確保するもので、当該多孔質内に入り込んだゲルやゲルに近い状態のゴム状ゲル材の色素３は、徐々に他の部分が水分量を平衡にしようと均一化を図るために乾燥し十分なゴム状ゲル材の色素３となる。

図４は、本発明の実施例（３）を示す断面図で、図１の基本ユニットとなる両面層６の筐体又は容器１をＬ型筐体又は容器１−１に変更して、さらに数段重ね合わせた多重ユニット１０としたものであり、これにより実用可能な性能又は変換効率が得られる。

本発明の実施例（１）を示す両面層の構成斜視図。本発明の実施例（１）におけるＡＡ断面図。本発明の実施例（２）を示す単層の断面図。本発明の実施例（３）を示す多重ユニットの断面図

１筐体又は容器
１−１Ｌ型筐体又は容器
１−２上板
２ゴム状ゲル材の酸化チタン
３ゴム状ゲル材の色素
４電解液
５多孔質炭素等
６両面層
７単層
８透明電極
９多孔質酸化チタン
１０多重ユニット

Claims

酸化チタン、有機半導体、化合物半導体、シリコン、導電性金属、色素を吸着した多孔質物を酸化チタンで被覆したもの、色素を吸着した酸化チタン、導電性ポリマー材及びそれらを複数組み合わせたもの（以下「特許請求の範囲」において「酸化チタン等」）、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工をして均一で弾力性と粘着性（粘弾性）を持つゴム状ゲル材に形成した後、それらゴム状ゲル材の一以上を活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合せてプラスチック又はガラス又は金属又はセラミッックの筐体又は容器に収め、必要に応じてその筐体又は容器をさらに単層又は複層となるよう重ね合わせ又は組み合わせたことを特徴とする色素増感太陽電池。
前記酸化チタン等、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し又はゴム状ゲル又はゴム状ゲル材としたこと、又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲル又はゴム状ゲル材としたこと。
前記酸化チタン等、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し又はゴム状ゲル又はゴム状ゲル材としたこと、又は酸化チタン、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲル又はゴム状ゲル材としたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
前記高分子吸収体でゲル化し又はそれを混合し又は加えてゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を形成し又は固体相としたこと、又は当該ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材に弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたこと。
前記高分子吸収体でゲル化し又はそれを混合し又は加えてゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を形成し又は固体相としたこと、又は当該ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材に弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記色素のゴム状ゲル又はゴム状ゲル材形成時又は形成後に、異なる特性又は性能の色素を多種用いたこと又は単層又は複層として重ね合わせ又は組み合わせて用いたこと。
前記色素のゴム状ゲル又はゴム状ゲル材形成時又は形成後に、異なる特性又は性能の色素を多種用いたこと又は単層又は複層として重ね合わせ又は組み合わせて用いたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記高分子吸収体を溶質又は溶媒の１０％以上用いたこと、又はそれによりゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を形成し又は準固体相又は固体相としたこと又はゴム状ゲル又はゴム状ゲル材に弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたこと。
前記高分子吸収体を溶質又は溶媒の１０％以上用いたこと、又はそれによりゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を形成し又は準固体相や固体相としたこと又はゴム状ゲル又はゴム状ゲル材に弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材の内部の水分量を９９．８％程度以下にしたこと、又はそれによりゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を準固体相や固体相としたこと又は弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたこと、又はそれらを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材の内部の水分量を９９．８％程度以下にしたこと、又はそれによりゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を準固体相や固体相としたこと又は弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を持たせたこと、又はそれらを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池の製造方法。
前記ゲル又は高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えたものの内部の水分量を９９．８％程度以下とし、高分子吸収体を溶質又は溶媒の千倍程度以下としてゴム状ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を形成したこと又は準固体相や固体相としたこと又は弾力性や粘着性（粘弾性）又は導電性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を強く持たせたこと、又はそれらを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池又はその製造方法。
前記酸化チタン等、色素、電解液の一以上をその千倍程度以下の高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工によってゴム状ゲル材に形成して、きめ細やかで弾力や粘着性（粘弾性）又は導電性又は準固体相や固体相の特性又は水分の不透過性や難透過性又は電子やイオンの透過性を向上させた高性能なゴム状ゲル又はゴム状ゲル材としたこと、又はそれらを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池又はその製造方法。
前記酸化チタン等、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工をして弾力性や粘着性（粘弾性）を持つゴム状ゲル材に形成したこと、又はそれらを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池又はその製造方法。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を、活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合せたこと又は用いたこと、又はそのように重ね合わせ又は組み合わせたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記筐体又は容器を、単層又は複層又は両面層となるよう重ね合わせ又は組み合わせるとき、それらを構成する部材又は基板又は電極又は集電体又は導線の一部を省いて重ね合わせ又は組み合わせたこと、又はそれをを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を、活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合わせてプラスチック又はガラス又は金属又はセラミックの筐体又は容器に収めたこと。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材を、活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合わせてプラスチック又はガラス又は金属又はセラミックの筐体又は容器に収めたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体を用いたこと、又はそれを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材とした色素の一部をゲル又はゲルに近い状態とし、酸化チタンペーストを焼結してなる多孔質酸化チタン膜に接するよう重ね合わせ又は組み合わせて、当該多孔質内にゲル又はゲルに近い状態の色素を入り込ませ又は固定させたこと。
前記ゴム状ゲル又はゴム状ゲル材とした色素の一部をゲル又はゲルに近い状態とし、酸化チタンペーストを焼結してなる多孔質酸化チタン膜に接するよう重ね合わせ又は組み合わせて、当該多孔質内にゲル又はゲルに近い状態の色素を入り込ませ又は固定させたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池又はその製造方法。
酸化チタン等、色素、電解液の一以上を高分子吸収体でゲル化し粘着性（粘弾性）を損なわない範囲で乾燥させてゴム状ゲルとし、又は酸化チタン等、色素、電解液の一以上に高分子吸収体を混合し又は加えて水蒸気又は霧状又は粒子状又は液状の水分や有機溶媒やゴム状ゲル化に要するものと温度を適度に与えてゴム状ゲルとしてから粒子状にし又は細分化し又はそのままの状態でさらに薄膜化や均一化を含む加圧凝縮加工をして弾力性や粘着性（粘弾性）を持つゴム状ゲル材に形成した後、それらを活性炭又は粒子状炭素又は多孔質炭素又はそれらを複数用いた電極又は電極材又は集電材又は集電体とともに単層又は複層又は両面層で発電する構成となるよう重ね合わせ又は組み合せてプラスチック又はガラス又は金属又はセラミッックの筐体又は容器に収め、必要に応じてその筐体又は容器をさらに単層又は複層となるよう重ね合わせ又は組み合わせたことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
前記酸化チタン約１００ｇに対して１０Ｌ以下の水、色素約０．３ｇに対して１０Ｌ以下の水を加えた水溶液に対しそれぞれに１ｋｇ程度以下の高分子吸収体を加えてゲル化し、次にゲル内部の水分量を５０〜９９．８％程度に乾燥して形成したゴム状ゲルを厚さ約０．０１〜１０ｍｍで１ｍｍ角以上のシート状のゴム状ゲル材に形成して、厚さ約０．０１〜３ｍｍの炭素板の片面又は両面に発電する構成となるよう重ね又は組み合わせるが、このとき液体又はゲル又は冷却又は固体の電解液とともに活性炭及び炭素板又は多孔質炭素板を用い、その後それらを厚さ約０．０１〜１０ｍｍで１ｍｍ角以上のプラスチック又はガラス又はセラミックの筐体又は容器に収め、必要によりさらにその筐体又は容器を単層以上に重ね又は組み合わせたこと。
前記酸化チタン約１００ｇに対して１０Ｌ以下の水、色素約０．３ｇに対して１０Ｌ以下の水を加えた水溶液に対しそれぞれに１ｋｇ程度以下の高分子吸収体を加えてゲル化し、次にゲル内部の水分量を５０〜９９．８％程度に乾燥して形成したゴム状ゲルを厚さ約０．０１〜１０ｍｍで１ｍｍ角以上のシート状のゴム状ゲル材に形成して、厚さ約０．０１〜３ｍｍの炭素板の片面又は両面に発電する構成となるよう重ね又は組み合わせるが、このとき液体又はゲル又は冷却又は固体の電解液とともに活性炭及び炭素板又は多孔質炭素板を用い、その後それらを厚さ約０．０１〜１０ｍｍで１ｍｍ角以上のプラスチック又はガラス又はセラミックの筐体又は容器に収め、必要によりさらにその筐体又は容器を単層以上に重ね又は組み合わせたことを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池又はその製造方法。