JP2016134468A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
色素を含む電子輸送層を光透過導電性基板上に備えた光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
前記光電極と前記対極との間に介在する介在層と、を備え、
前記電子輸送層には、ポルフィリン構造を2つ有するダブルポルフィリン色素と、スクアリリウム構造を有するスクアリリウム色素とが含まれるものである。
TCOガラス基板上に、電子輸送層(n型半導体層)として多孔質TiO2膜をスクリーン印刷法で塗布し、150℃で乾燥したのち、電気炉内で450℃に加熱して、多孔質TiO2膜基板を作製した。次に、後述する色素吸着工程により、この多孔質TiO2膜に色素を吸着させた。次に、アセトニトリルにCuIを飽和させ、1−メチル3−エチルイミダゾリウムチオシアネート(EMISCN)を添加してCuI溶液を調製した。40℃〜120℃のホットプレート上に、上記得られたTiO2/色素基板をTiO2膜が上になるように静置した。調製したCuI溶液をTiO2/色素基板上に500μL滴下し、TiO2膜内の有機色素にCuIを更に吸着させた複合体を形成させた。CuI溶液に含まれる溶媒を蒸発させることによりTiO2膜内にCuIを充填させ、更に、TiO2膜上にCuI層(正孔輸送層)を形成した。そして、このCuI層の上に、対極としてのPt薄膜を配置し、色素増感型太陽電池を作製した。
ダブルポルフィリン色素(色素1、式(9))のみを用いて色素吸着工程を行ったものを比較例1とした。色素吸着工程では、クロロホルムとメタノールとを混合した溶媒にダブルポルフィリン色素(色素1)0.2mMとデオキシコール酸2mMとを溶解させた溶液を調製し、この溶液に多孔質TiO2膜基板を1時間浸漬させて多孔質TiO2膜基板に色素1を吸着させた。
スクアリリウム色素(色素2、式(11))のみを用いて色素吸着工程を行ったものを比較例2とした。色素吸着工程では、アセトニトリルとtert−ブチルアルコールとを混合した溶媒にスクアリリウム色素(色素2)0.3mMを溶解させた溶液を調製し、この溶液に多孔質TiO2膜基板を1時間浸漬させて多孔質TiO2膜基板に色素2を吸着させた。
ダブルポルフィリン色素(色素1、式(9))およびスクアリリウム色素(色素2、式(11))の2つの色素を用いて色素吸着工程を行ったものを実施例1とした。色素吸着工程では、クロロホルムとメタノールとを混合した溶媒にダブルポルフィリン色素(色素1)0.2mMとデオキシコール酸2mMとを溶解させた溶液を調製し、この溶液に多孔質TiO2膜基板を1時間浸漬させて多孔質TiO2膜基板に色素1を吸着させた。つづいて、アセトニトリルとtert−ブチルアルコールとを混合した溶媒にスクアリリウム色素(色素2)0.3mMを溶解させた溶液を調製し、この溶液に先の色素吸着多孔質TiO2膜基板を15時間浸漬させて色素吸着多孔質TiO2膜基板に色素2を吸着させた。
作製した色素増感型太陽電池は、内部量子効率(Incident Photon to Current Efficiency:IPCE)値により評価した。IPCE測定は、モノクロメーターを用いて単色化した光を、作製した実施例1の光電極に照射し、入射光子数に対して得られた電子数を測定することにより行った。
図4は、実施例1、比較例1、2のIPCE測定結果である。また、表1に実施例1、比較例1、2の短絡電流密度Jscをまとめて示した。図4に示すように、ダブルポルフィリン色素1は、波長400nm〜600nmにSoret帯、650nm〜800nmにQ帯を有するが、量子効率の低下するディップが波長500nm〜750nmの範囲に存在する。また、スクアリリウム色素2は、600nm〜700nmに吸収帯を有するが、550nm以下や700nmを超える範囲では量子効率が低下する。これに対して、実施例1では、これらの色素を組み合わせることによって、より広い波長領域の太陽光を利用することができる。その結果、短絡電流密度Jscが増加するものと推察された。
Claims (6)
- 色素を含む電子輸送層を光透過導電性基板上に備えた光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
前記光電極と前記対極との間に介在する介在層と、を備え、
前記電子輸送層には、ポルフィリン構造を2つ有するダブルポルフィリン色素と、スクアリリウム構造を有するスクアリリウム色素とが含まれる、
色素増感型太陽電池。 - 前記ダブルポルフィリン色素は、電子供与性官能基と第1置換基と第2置換基とがそれぞれ別に結合した第1ポルフィリン構造と、前記第1ポルフィリン構造と結合する結合基と第3置換基と第4置換基とアンカー基とがそれぞれ別に結合した第2ポルフィリン構造とを有している、請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記光電極は、ダブルポルフィリン色素のモル数Aに対するスクアリリウム色素のモル数Bの比B/Aが0.1以上10以下の範囲で前記色素を含む、請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記介在層は、CuI、CuSCN、Cu2O、CuO及びCuAlO2のうち1以上を含む正孔輸送層である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記光電極は、前記電子輸送層上に前記ダブルポルフィリン色素を形成したのち、前記スクアリリウム色素が形成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池を複数備えている、色素増感型太陽電池モジュール。
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