JP2014056779A - Photocatalyst film formation method of 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おける光触媒膜の形成方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a photocatalytic film in a dye-sensitized solar cell.
一般に、色素増感型太陽電池は、その素子として、ガラス板などの透明基板上に透明導電膜が形成されてなる透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置されるヨウ素系の電解質と、上記両電極間で且つ上記透明電極の表面に配置される光触媒膜とから構成されている。また、上記光触媒膜としては、酸化チタン(TiO2)などの酸化物半導体膜を形成した後、これにルテニウムなどの光増感色素を吸着させたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In general, a dye-sensitized solar cell includes, as its elements, a transparent electrode in which a transparent conductive film is formed on a transparent substrate such as a glass plate, a counter electrode, and an iodine-based electrolyte disposed between these electrodes. And a photocatalyst film disposed between the electrodes and on the surface of the transparent electrode. As the photocatalyst film, a film obtained by forming an oxide semiconductor film such as titanium oxide (TiO 2 ) and adsorbing a photosensitizing dye such as ruthenium to the oxide semiconductor film is known (for example, Patent Document 1). reference).
このような色素増感太陽電池は、光触媒膜が光増感色素により着色されているので、その色彩および模様を組み合わせることにより、デザイン性を高められるという長所がある。 Such a dye-sensitized solar cell has an advantage that the design can be improved by combining the color and the pattern because the photocatalyst film is colored with the photosensitizing dye.
そして、デザイン性を高めた色素増感太陽電池およびその製造方法の例としては、次の3つが挙げられる。第一に、凹凸が形成された反射手段を対向電極側に設けることにより、この反射手段からの反射光で明度や彩度を変化させた色素増感太陽電池である(例えば、特許文献2参照)。第二に、酸化物半導体膜の厚さや、その酸化チタン微粒子の粒径などを異なるようにして、色彩の濃淡を出すようにした色素増感太陽電池である(例えば、特許文献3参照)。第三に、複数の空間に区分けされた仕切り器具を酸化物半導体膜に設置し、区分けされた空間にそれぞれ異なる色素溶液を注入することにより、酸化物半導体膜の色を塗り分ける方法である(例えば、特許文献4参照)。 And the following three are mentioned as an example of the dye-sensitized solar cell which improved the designability, and its manufacturing method. The first is a dye-sensitized solar cell in which lightness and saturation are changed by reflected light from the reflection means by providing a reflection means having irregularities on the counter electrode side (see, for example, Patent Document 2). ). The second is a dye-sensitized solar cell in which the thickness of the oxide semiconductor film, the particle diameter of the titanium oxide fine particles, and the like are made different so as to produce shades of color (for example, see Patent Document 3). Third, a partition device divided into a plurality of spaces is installed in the oxide semiconductor film, and a different dye solution is injected into each of the divided spaces to separately paint the colors of the oxide semiconductor film ( For example, see Patent Document 4).
しかしながら、上記特許文献2に記載の色素増感太陽電池によると、反射光で明度や彩度が変化するものの、酸化物半導体膜の色を塗り分けることはできない。また、上記特許文献3に記載の色素増感太陽電池によると、色彩の濃淡は出せるものの、この色彩は一色のみに限定される。さらに、上記特許文献4に記載の方法によると、色を塗り分けることはできるが、酸化物半導体膜を傷つけるおそれがあるとともに、上記仕切り器具を別途製造する必要がある。
However, according to the dye-sensitized solar cell described in
また、上記特許文献1〜4に記載の色素増感太陽電池では、色を塗り分けるために色素接触防止用のマスクを用いたとしても、このマスクは色素増感太陽電池を構成せず取り外されるものであるから、マスクと酸化物半導体膜との僅かな隙間に色素が浸入することになる。このため、上記マスクを除去した後に、浸入した色素を除去するクリーニング工程が必要となり、光触媒膜の形成に時間を要するという問題があった。
Further, in the dye-sensitized solar cells described in
そこで、本発明では、酸化物半導体膜が複数の色に塗り分けられた光触媒膜を短時間で形成することができる色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a photocatalyst film in a dye-sensitized solar cell, in which a photocatalyst film in which an oxide semiconductor film is coated in a plurality of colors can be formed in a short time.
上記課題を解決するため、請求項1に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質と、両電極間で且つ透明電極側に配置されるとともに酸化物半導体膜に色素を吸着させてなる光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、
上記透明電極側に配置された酸化物半導体膜における所望の範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜を形成し、
その後、上記酸化物半導体膜に色素溶液を接触させることで、上記色素阻害膜が形成された範囲に色素が吸着することを阻害するとともに、上記酸化物半導体膜における上記色素阻害膜が形成された範囲以外に色素を吸着させるものである。
In order to solve the above problems, a method for forming a photocatalyst film in a dye-sensitized solar cell of the present invention according to
In a desired range in the oxide semiconductor film disposed on the transparent electrode side, a dye-inhibiting film constituting a dye-sensitized solar cell is formed,
Thereafter, the dye solution is brought into contact with the oxide semiconductor film to inhibit the dye from adsorbing in the range where the dye inhibition film is formed, and the dye inhibition film in the oxide semiconductor film is formed. A dye is adsorbed outside the range.
また、請求項2に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項1に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、酸化物半導体膜に色素溶液を接触させる前に、
透明電極における酸化物半導体膜が配置されていない範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜を形成するものである。
A method for forming a photocatalyst film in a dye-sensitized solar cell of the present invention according to
A dye-inhibiting film constituting the dye-sensitized solar cell is formed in a range where the oxide semiconductor film in the transparent electrode is not disposed.
さらに、請求項3に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項1または2に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法における色素阻害膜が、色素溶液および電解質に溶出しないものである。
Furthermore, the method for forming a photocatalyst film in the dye-sensitized solar cell of the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、色素阻害膜を形成する方法として、
所望の範囲がくり抜かれたマスクを酸化物半導体膜に配置し、
その後、色素阻害膜の前駆体または溶液を、スプレー法、スピンコート法、スキージ法、またはスクリーン印刷法により上記酸化物半導体膜に塗布し、
塗布された上記前駆体または溶液を乾燥させるものである。
Moreover, the formation method of the photocatalyst film | membrane in the dye-sensitized solar cell of this invention which concerns on
A mask in which a desired range is hollowed is placed on the oxide semiconductor film,
Thereafter, a dye-inhibiting film precursor or solution is applied to the oxide semiconductor film by a spray method, a spin coating method, a squeegee method, or a screen printing method,
The applied precursor or solution is dried.
また、請求項5に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項4に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法におけるマスクが、所定の部分と他の部分とで、色素阻害膜の前駆体または溶液を通過させる通過率が異なるものである。
Further, in the method for forming a photocatalyst film in the dye-sensitized solar cell of the present invention according to
また、請求項6に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、形成された色素阻害膜が、所定の部分と他の部分とで、色素が吸着することを阻害する阻害率が異なるものである。
Moreover, the formation method of the photocatalyst film | membrane in the dye-sensitized solar cell of this invention which concerns on
また、請求項7に係る本発明の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法における色素阻害膜が、金属膜であり、
色素阻害膜を形成する方法として、スパッタリングが用いられたものである。
Moreover, the formation method of the photocatalyst film in the dye-sensitized solar cell of this invention which concerns on Claim 7 is the dye inhibition in the formation method of the photocatalyst film in the dye-sensitized solar cell as described in any one of
Sputtering is used as a method for forming the dye-inhibiting film.
上記色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法によると、酸化物半導体膜が複数の色に塗り分けられた光触媒膜を短時間で形成することができる。 According to the method for forming a photocatalyst film in the dye-sensitized solar cell, it is possible to form a photocatalyst film in which an oxide semiconductor film is coated in a plurality of colors in a short time.
以下、本発明の実施の形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法について説明する。
まず、実施の形態に係る色素増感太陽電池の概略構成を図1に基づき説明する。
Hereinafter, a method for forming a photocatalyst film in a dye-sensitized solar cell according to an embodiment of the present invention will be described.
First, a schematic configuration of the dye-sensitized solar cell according to the embodiment will be described with reference to FIG.
この色素増感太陽電池は、図1に示すように、負極としての透明電極1と、正極としての対向電極2と、これら両電極1,2間に配置される電解質層3と、両電極1,2間で且つ透明電極1側に配置される光触媒膜(光触媒層または発電層ともいう)4と、両電極1,2間でこれらの外縁部を封止する封止部6とが具備されている。また、上記光触媒膜4は、酸化物半導体膜41に光増感色素(図示省略)を吸着させてなるものである。さらに、上記色素阻害膜5は、光触媒膜4を形成する過程で色素増感太陽電池に残存しており(つまり色素増感太陽電池を構成する)、酸化物半導体膜41に光増感色素が吸着されるのを阻害するために形成されたものである。このため、酸化物半導体膜41において、色素阻害膜5が形成されていない範囲は光増感色素が吸着されて光触媒膜4となり、色素阻害膜5が形成されている範囲は光増感色素が吸着されず(または極僅かの光増感色素が吸着されて)酸化物半導体膜41のままとなる。すなわち、上記酸化物半導体膜41は、複数の色に塗り分けられている。したがって、上記色素増感太陽電池は、対向電極2側からだと、光触媒膜4(光増感色素の色)および色素阻害膜5(透明または有色)による色彩および模様が見える。また、上記色素増感太陽電池は、透明電極1側からだと、光触媒膜4(光増感色素の色)および酸化物半導体膜41(通常は白色)の色彩および模様が見える。
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell includes a
上記透明電極1は、透明基板11およびこの透明基板11の表面に形成(配置)された透明導電膜12から構成されている。また対向電極2は、透明基板21およびこの透明基板21の表面に形成(配置)された透明導電膜22から構成されている。
The
上記各透明基板11,21としては、特に限定されるものではないが、合成樹脂板、ガラス板などが適宜使用されるものの、軽量化、低価格化および安全性(破損しにくい)の点で、熱可塑性樹脂からなるフィルムが好ましい。上記熱可塑性樹脂の例には、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)などのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリオレフィンなどの樹脂が挙げられる。
The
また、透明導電膜12,22としては、特に限定されるものではないが、スズ添加酸化インジウム(ITO)、フッ素添加酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO2)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)などの導電性金属酸化物を含む薄膜が使用される。なお、対向電極2の透明導電膜22は、触媒性を有する材料を形成したものである。
Further, the transparent conductive films 12 and 22 are not particularly limited, but include tin-added indium oxide (ITO), fluorine-added tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), and indium zinc oxide (IZO). A thin film containing a conductive metal oxide such as zinc oxide (ZnO) is used. The transparent conductive film 22 of the
ところで、上記対向電極2は、上述のように、透明基板21および触媒性を有する材料を形成した透明導電膜22から構成されるものに限定されず、触媒性を有するものであればよい。この対向電極2としては、アルミニウム、銅、スズなどの金属シートやメッシュ状電極上に、触媒性を有する白金やカーボンなどの材料を形成したものであってもよい。この触媒性を有する材料を形成する方法の例には、スパッタリングや、上記対向電極2を白金ナノコロイド溶液に浸漬することなどが挙げられる。また、上記対向電極2は、透明基板21における電解質層3側の面に導電性接着剤層を形成し、別途生成された垂直配向型のカーボンナノチューブ群を、上記導電性接着剤層に転写させたものであってもよい。
By the way, the
上記電解質層3としては、例えば、ヨウ素系電解液が使用される。これは、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解されたものである。なお、電解質層3は、電解液に限られるものではなく、固体電解質であってもよい。
For example, an iodine electrolyte solution is used as the
上記固体電解質としては、例えば、DMPImI(ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物)が例示され、この他、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドなど4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物とI2とを組み合わせたもの、LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物とBr2とを組み合わせたものなどを適宜使用することができる。 As the solid electrolyte, for example, is illustrated DMPImI (dimethylpropyl imidazolium iodide), but this addition, LiI, NaI, KI, CsI, metal iodide such as CaI 2, tetraalkylammonium iodide and quaternary ammonium compounds Bromide such as a combination of iodide such as iodine salt and I 2 , metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr and CaBr 2 , and bromide salt of quaternary ammonium compound such as tetraalkylammonium bromide and Br 2 And the like can be used as appropriate.
そして、上記光触媒膜4は、光増感色素が吸着された酸化物半導体膜41により形成されている。上記酸化物半導体としては、酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5)などの金属酸化物の微粒子(光触媒微粒子)が使用される。これら微粒子の粒径は、特に限定されるものではないが、5〜100μm程度であることが好ましい。また、光増感色素としては、ビピリジン構造若しくはターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、またはエオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素などが使用される。特に、汎用性の観点からはルテニウム錯体を使用することが好ましく、有機溶媒に対する溶解性の観点からは有機色素を使用することが好ましい。また、光増感色素を溶解させる溶媒としては、エタノールなどのアルコール、アセトニトリルなどが使用される。なお、上記酸化物半導体として酸化チタン(TiO2)が使用された場合、酸化チタンの結合を強化することを目的として、チタン(IV)イソプロポキシド(TTIP)をプロパノールに溶解して得られた溶液(光触媒前駆体溶液である)を、上記色素溶液に混合してもよい。
The
以下、本発明の要旨である上記光触媒膜4の形成(製造)方法について説明する。
まず、所望の範囲(色素増感太陽電池および光触媒膜4の着色させたくない範囲)をくり抜いたマスクMを予め準備しておく。図2には、例として、非常口灯にデザインした色素増感太陽電池を製造するためのマスクMを示す。このマスクMを用いて製造される色素増感太陽電池は、図4に示すように、非常口灯において、避難する人影およびその囲いの部分(図4に示す符号4)の酸化物半導体膜41に光増感色素が吸着し、上記人影と囲いとの間の部分(図4に示す符号5,41)の酸化物半導体膜41に光増感色素が吸着しないようにされたものである。すなわち、このマスクMは、図2に示すように、非常口灯のデザインにおいて、上記人影と囲いとの間の範囲がくり抜かれている。なお、図示しないが、このマスクMを用いて色素阻害膜5を形成する前に、酸化物半導体膜41に集電極を形成しておくことが好ましい。
Hereinafter, a method for forming (manufacturing) the
First, a mask M in which a desired range (a range in which the dye-sensitized solar cell and the
次に、このマスクMを、透明電極1に形成された酸化物半導体膜41上に配置する。このとき、マスクMの外周縁と酸化物半導体膜41の外周縁とを一致させる。これにより、マスクMで覆われないのは、マスクMの外周縁より外側の範囲(つまり透明電極1において酸化物半導体膜41が形成されていない範囲)と、マスクMにおいてくり抜かれた上記所望の範囲とである。その後、図3(a)に示すように、マスクMの上から色素阻害膜溶液をスプレーS(本体S1およびノズルS2からなる)で噴霧するスプレー法により、マスクMで覆われていない範囲に色素阻害膜5溶液を塗布する。この塗布方法には、上記スプレー法に限定されず、静電スプレー法、スピンコート法、スキージ法、スクリーン印刷法などを用いてもよい。
Next, this mask M is disposed on the
ここで、色素阻害膜溶液の塗布回数、塗布圧および塗布速度などを調整することにより、色素阻害膜5を、所定の部分と他の部分とで、厚さが異なるようにしてもよい。また、色素阻害膜5を、所定の部分と他の部分とで、粒径および高分子の種類が異なるようにしてもよい。これらを簡単に行う方法は、材料(溶質)の異なる色素阻害膜溶液を、複数回スプレーSで噴霧することである。こうして、所定の部分と他の部分とで、色素阻害膜5の厚さ、粒径および高分子の種類が異なると、酸化物半導体膜41に光増感色素が吸着することの色素阻害膜5の阻害率(以下では色素阻害率という)が異なるので、着色に濃淡をつけることができる。
Here, the thickness of the dye-inhibiting
上記色素阻害膜溶液は、色素阻害膜5の材料を溶媒に溶かしたものである。この色素阻害膜5の材料としては、色素溶液の溶媒および電解質に耐性があるもの、つまり、色素溶液および電解質に溶出しないものが使用される。これは、色素溶液および電解質に溶出しない高分子(例えばポリビニルアルコール)、金属若しくは有機(例えばITO)の材料、樹脂、またはガラスコーティング剤などである。このガラスコーティング剤には、クォーツ系、シラン系、ケイ素系または樹脂系のものなどが使用される。また、色素阻害膜5の材料が金属の場合は、前駆体として金属有機化合物または金属無機化合物などが使用される。金属有機化合物には、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレートなどが挙げられる。金属無機化合物には、硝酸塩、オキシ塩化合物、塩化物などが挙げられる。このような前駆体を均質溶液調整用の溶媒に溶解させた溶液が使用されることもある。なお、色素阻害膜5は、色素増感太陽電池を構成する(色素増感太陽電池に残存する)ので、色素阻害膜5が導電性を有していれば、酸化物半導体膜41の平行方向の導電性を向上させる。この場合、色素阻害膜5である金属膜と対向電極2との短絡を防止するために、スペーサを両電極1,2間に配置する必要がある。
The dye inhibiting film solution is obtained by dissolving the material of the
そして、図3(b)に示すように、酸化物半導体膜41からマスクMを除去した後、酸化物半導体膜41上および透明電極1上の色素阻害膜溶液を乾燥させる。すると、酸化物半導体膜41上および透明電極1上におけるマスクMで覆われていなかった範囲に、色素阻害膜5が形成される。なお、色素阻害膜5の材料が金属であれば、上記の塗布および乾燥ではなく、スパッタリングが用いられてもよい。
Then, as shown in FIG. 3B, after removing the mask M from the
その後、透明電極1を略水平の姿勢まま色素溶液に浸漬して、酸化物半導体膜41に光増感色素を接触させる。この色素溶液は、光増感色素をアルコールやアセトニトリルなどの溶媒に溶かしたものである。色素溶液の温度は常温〜80℃とし、浸漬する時間は10〜120分程度とする。すると、図3(c)に示すように、酸化物半導体膜41において、色素阻害膜5が形成されなかった範囲に、色素が吸着される。また、色素阻害膜5が形成された範囲にも、その膜厚によっては、極僅かに色素が吸着される。ここで、色素溶液に浸漬する透明電極1の姿勢は、略水平に限られず、略垂直または傾斜させてもよい。勿論、酸化物半導体膜41に光増感色素を接触させて吸着させるのであれば、透明電極1に色素溶液を浸漬する方法に限定されず、酸化物半導体膜41に色素溶液を滴下する方法であってもよい。こうして、所望の範囲が着色されず、それ以外が着色された光触媒膜4が形成される。
Thereafter, the
次に、この光触媒膜4が形成された透明電極1を使用して製造される色素増感太陽電池の製造方法について説明する。
電解質として電解液を使用する場合は、予め、光触媒膜4が形成された透明電極1または対向電極2に、電解液を注入するための孔を形成しておく。そして、両電極1,2間に光触媒膜4が配置されるようにして、透明電極1と対向電極2とを対向させて位置合わせする。次に、両電極1,2間の周囲を熱融着フィルムまたは封止剤で封止し、上記孔から両電極1,2間に電解液を注入することにより、電解質層3を配置する。
Next, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell manufactured using the
When an electrolytic solution is used as the electrolyte, a hole for injecting the electrolytic solution is previously formed in the
一方で、電解質として粘性の高い電解質を使用する場合は、両電極1,2間に光触媒膜4が配置されるようにして、透明電極1と対向電極2とを対向させて位置合わせするとともに、両電極1,2間(正確には光触媒膜4と対向電極2との間)に固体電解質を配置する。次に、両電極1,2の周囲を封止剤で封止して加熱接着する。この加熱接着には、金型により両電極1,2を加圧するとともに封止剤を加熱して硬化させる方法、封止剤にエネルギービームを照射して封止剤を硬化させる方法、塗布した紫外線硬化樹脂を紫外線照射により硬化させる方法などがある。なお、エネルギービームには、プラズマ、波長が600nm以上の可視光、赤外線、マイクロ波などがある。ところで、色素増感太陽電池が100mm角程度以上のように大面積である場合には、両電極1,2の短絡を防止するために、電解液にスペーサを配置することもある。
On the other hand, when a highly viscous electrolyte is used as the electrolyte, the
このように、上記光触媒膜4の形成方法によると、酸化物半導体膜41の所望の範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜5を形成したことにより、この色素阻害膜5を使用した範囲に色素溶液が浸入せず、酸化物半導体膜41上に浸入した色素溶液を除去するためのクリーニングが不要になるので、光触媒膜4の形成時間を短縮することができる。
As described above, according to the method for forming the
また、透明電極1における酸化物半導体膜41が配置されていない範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜5を形成したことにより、この色素阻害膜5を使用した範囲にも色素溶液が浸入せず、透明電極1上に浸入した色素溶液を除去するためのクリーニングも不要になるので、光触媒膜4の形成時間を一層短縮することができる。
In addition, since the
さらに、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜5が色素溶液に溶出しないので、色素阻害膜5の形状が維持されて、酸化物半導体膜41をきれいに塗り分けることができる。また、色素阻害膜5が電解質に溶出しないので、製造される色素増感太陽電池の電池性能の低下を防ぐことができる。
Furthermore, since the
また、色素阻害膜5が金属膜の場合、酸化物半導体膜41の平行方向の導電性が向上するので、製造される色素増感太陽電池の電池性能を向上させることができる。
Moreover, when the pigment | dye inhibition film |
以下、上記実施の形態をより具体的に示した実施例に係る色素増感太陽電池における光触媒膜4の形成方法ついて説明する。
透明電極1に形成する酸化物半導体膜41を、酸化チタン膜とした。この酸化チタン膜を形成するのに、粒径20nmの酸化チタン微粒子(光触媒微粒子)と、t−ブタノールと、水とを混合および攪拌することにより酸化チタンペーストを生成し、この酸化チタンペーストを透明電極1に塗布および焼成した。なお、この酸化チタン膜の厚さは4〜10μmとした。そして、図示しないが、酸化チタン膜に厚さが10μm程度の集電極を形成した。
Hereinafter, a method of forming the
The
次に、図2に示すマスクMを、透明電極1に形成された酸化チタン膜上に配置した。このとき、マスクMの外周縁と酸化チタン膜の外周縁とを一致させた。その後、図3(a)に示すように、マスクMの上からスプレー法により、マスクMで覆われていない範囲に色素阻害膜溶液を塗布した。この色素阻害膜溶液として、ポリビニルアルコールを水に溶かしたものを使用した。
Next, the mask M shown in FIG. 2 was placed on the titanium oxide film formed on the
そして、図3(b)に示すように、酸化チタン膜からマスクMを除去した後、酸化チタン膜上および透明電極1上の色素阻害膜溶液を150℃程度で乾燥させた。すると、酸化チタン膜上および透明電極1上におけるマスクMで覆われていなかった範囲に、色素阻害膜5が形成された。なお、この色素阻害膜5の厚さは10μm(数μ〜数十μmであればよい)とした。
Then, as shown in FIG. 3B, after removing the mask M from the titanium oxide film, the dye-inhibiting film solution on the titanium oxide film and on the
その後、透明電極1を略水平の姿勢のまま色素溶液に浸漬して、酸化チタン膜に光増感色素を接触させた。この色素溶液は、スクアリリウム系色素SQ2と、有機色素とをエタノール(アルコールの一例である)に溶かし、色素濃度を0.1mmol/L(0.04〜0.5mmol/Lであればよい)としたものである。なお、この色素溶液において、上記スクアリリウム系色素SQ2と有機色素との重量混合比を1:9にしたが、これに限定されるものではない。色素溶液の温度は常温〜80℃の任意とし、浸漬する時間は10〜120分の任意とした。こうして、所望の範囲が着色されず、それ以外が着色された光触媒膜4が形成された。
Thereafter, the
次に、この光触媒膜4が形成された透明電極1を使用して、100mm角の色素増感太陽電池を製造した。この色素増感太陽電池にAM1.5,100mW/cm2の標準光源を照射して電力変換効率を計測した。その結果、電流密度が3.43mA/cm2、開放電圧が0.70V、フィルファクタが0.51、変換効率が1.22%であった。
Next, a 100 mm square dye-sensitized solar cell was manufactured using the
このように、本実施例に係る光触媒膜4の形成方法によると、上記実施の形態に係る光触媒膜4の形成方法と同様の効果が得られた。
また、本実施例に係る色素増感太陽電池は、素子にもかかわらず、電池性能の低下を防止することができた。
Thus, according to the method for forming the
In addition, the dye-sensitized solar cell according to this example was able to prevent the battery performance from being deteriorated regardless of the element.
ところで、上記実施の形態および実施例では、色素増感太陽電池の素子について説明したが、色素増感太陽電池のモジュールであってもよい。具体的には、各素子が並列または直列に接続されて、モジュールが製造される。並列に接続される場合は、隣り合う素子において、透明導電膜12、電解質層3、光触媒膜4および透明導電膜22がシール材によって仕切られるとともに、透明導電膜12と透明導電膜22が導体によって接続される。また、直列に接続される場合は、隣り合う素子において、電解質層3および光触媒膜4のみがシール材によって仕切られるとともに、透明基板11、透明導電膜12、透明導電膜22および透明基板21を共通する。
By the way, in the said embodiment and Example, although the element of the dye-sensitized solar cell was demonstrated, the module of a dye-sensitized solar cell may be sufficient. Specifically, each element is connected in parallel or in series to manufacture a module. When connected in parallel, in the adjacent elements, the transparent conductive film 12, the
また、上記実施の形態および実施例では、マスクMの材質などについて詳しく説明しなかったが、例えば、部分的にメッシュ状にされたマスクMを用いてもよい。具体的には、マスクMにおける所定の部分のみをメッシュ状にして、その部分で色素阻害膜溶液を僅かに通過させるようにしてもよい。これにより、上記所定の部分に極僅かな厚さの色素阻害膜5が形成される。この僅かな厚さの色素阻害膜5は、色素阻害率が低く、酸化物半導体膜41に僅かな光増感色素を吸着させる。このため、上記僅かな厚さの色素阻害膜5が形成された部分では、酸化物半導体膜41が淡く着色される。したがって、上記マスクMを使用することにより、所定の部分と他の部分とで、形成される色素阻害膜5の色素阻害率が異なるので、着色に濃淡をつけることができる。
In the above-described embodiment and examples, the material of the mask M has not been described in detail. For example, a partially meshed mask M may be used. Specifically, only a predetermined part of the mask M may be meshed so that the dye-inhibiting membrane solution is slightly passed through the part. As a result, the
さらに、上記実施の形態および実施例では、非常口灯にデザインしたマスクMを用いたが、このデザインは一例に過ぎず、勿論、他のデザインであってもよい。 Furthermore, in the said embodiment and Example, although the mask M designed as an emergency exit lamp was used, this design is only an example and, of course, another design may be sufficient.
M マスク
1 透明電極
2 対向電極
4 光触媒膜
5 色素阻害膜
11 透明基板
12 透明導電膜
41 酸化物半導体膜
Claims (7)
上記透明電極側に配置された酸化物半導体膜における所望の範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜を形成し、
その後、上記酸化物半導体膜に色素溶液を接触させることで、上記色素阻害膜が形成された範囲に色素が吸着することを阻害するとともに、上記酸化物半導体膜における上記色素阻害膜が形成された範囲以外に色素を吸着させることを特徴とする色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。 A dye comprising: a transparent electrode; a counter electrode; an electrolyte disposed between the two electrodes; and a photocatalyst film disposed between the electrodes and on the transparent electrode side and having the oxide semiconductor film adsorbed with the dye. A method of forming a photocatalytic film in a sensitized solar cell,
In a desired range in the oxide semiconductor film disposed on the transparent electrode side, a dye-inhibiting film constituting a dye-sensitized solar cell is formed,
Thereafter, the dye solution is brought into contact with the oxide semiconductor film to inhibit the dye from adsorbing in the range where the dye inhibition film is formed, and the dye inhibition film in the oxide semiconductor film is formed. A method for forming a photocatalyst film in a dye-sensitized solar cell, wherein a dye is adsorbed outside the range.
透明電極における酸化物半導体膜が配置されていない範囲に、色素増感太陽電池を構成する色素阻害膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。 Before bringing the dye solution into contact with the oxide semiconductor film,
The formation of a photocatalytic film in a dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein a dye-inhibiting film constituting the dye-sensitized solar cell is formed in a range where the oxide semiconductor film in the transparent electrode is not disposed. Method.
所望の範囲がくり抜かれたマスクを酸化物半導体膜に配置し、
その後、色素阻害膜の前駆体または溶液を、スプレー法、スピンコート法、スキージ法、またはスクリーン印刷法により上記酸化物半導体膜に塗布し、
塗布された上記前駆体または溶液を乾燥させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。 As a method of forming a dye-inhibiting film,
A mask in which a desired range is hollowed is placed on the oxide semiconductor film,
Thereafter, a dye-inhibiting film precursor or solution is applied to the oxide semiconductor film by a spray method, a spin coating method, a squeegee method, or a screen printing method,
The method for forming a photocatalytic film in a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the applied precursor or solution is dried.
色素阻害膜を形成する方法として、スパッタリングが用いられたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
The dye inhibiting film is a metal film,
The method for forming a photocatalytic film in a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein sputtering is used as a method of forming the dye-inhibiting film.
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