JP2018037654A - 光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
Description
R=v/m (1)
(上記式(1)中、vは下記式(2)で表される前記封止部の酸素透過速度(cm3(STP)/day)を表し、mは前記電解質の量(mL)を表す)
v=d×C×a/w (2)
(上記式(2)中、dは前記封止部の酸素透過係数(cm3(STP)・mm/(m2・day・atm))を表し、aは前記封止部における酸素の透過面積(m2)を表し、Cは前記セル空間の内部における酸素分圧と前記セル空間の外部における酸素分圧との差の絶対値(atm)を表し、wは前記封止部の幅(mm)を表す)
R=v/m (1)
(上記式(1)中、vは下記式(2)で表される封止部30の酸素透過速度(cm3(STP)/day)を表し、mは電解質の量(mL)を表す)
v=d×C×a/w (2)
(上記式(2)中、dは封止部30の酸素透過係数(cm3(STP)・mm/(m2・day・atm))を表し、aは封止部30における酸素の透過面積(m2)を表し、Cはセル空間の内部における酸素分圧とセル空間の外部における酸素分圧との差の絶対値(atm)を表し、wは封止部30の幅(mm)を表す)
電極基板10は、透明基板11と、透明基板11の上に設けられる透明導電層12とを備えている(図1参照)。
対向基板20は、本実施形態では、導電性基板21と、導電性の触媒層22とを備える(図1参照)。
酸化物半導体層13は酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)又はこれらの2種以上で構成される。
封止部30を構成する材料は、特に限定されるものではないが、封止部30を構成する材料としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、無水マレイン酸変性ポリオレフィン、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体などが挙げられる。中でも、無水マレイン酸変性ポリオレフィンが好ましい。この場合、電極基板10及び対向基板20に対して、より高い接着強度が得られる。
電解質40は、上述したように、ハロゲン化物イオン及びポリハロゲン化物イオンからなる酸化還元対を含み、電解質40中のポリハロゲン化物イオンの濃度は0.05M以下である。電解質40中のポリハロゲン化物イオンの濃度が0.05Mを超えると、Rの値にかかわらず、光電変換素子100の出力が低下しにくくなる。但し、電解質40中のポリハロゲン化物イオンの濃度は0.002M以上であることが好ましい。この場合、電解質40中のポリハロゲン化物イオンの濃度が0.002M未満である場合に比べて、照度が高い環境下でより高い発電性能が得られる。
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体、ポルフィリン、エオシン、ローダニン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)が用いられる。ここで、色素として光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子となり、光電変換セル50は色素増感光電変換セルとなる。
まず、4.1cm×9.1cm×厚さ20μmのフィルムに四角形状の開口を形成し、封止部を形成するための環状の封止部形成体を得た。このとき、封止部形成体の構成材料としては、無水マレイン酸変性ポリエチレン(無水マレイン酸変性PE)1(商品名:バイネル4164、デュポン社製、密度:0.92g/cm3、酸素透過係数d:195cm3(STP)・mm/(m2・day・atm))を用いた。
R=v/m (1)
(上記式(1)中、vは下記式(2)で表される封止部の酸素透過速度(cm3(STP)/day)を表し、mは電解質の量(mL)を表す)
v=d×C×a/w (2)
(上記式(2)中、dは封止部の酸素透過係数(cm3(STP)・mm/(m2・day・atm))を表し、aは封止部における酸素の透過面積(m2)を表し、Cはセル空間の内部における酸素分圧とセル空間の外部における酸素分圧との差の絶対値(atm)を表し、wは封止部の幅(mm)を表す)
封止部の構成材料、酸素透過係数d、外周の周長、高さ、透過面積a、幅w、電解質の量m及びI3 −濃度を表1〜3に示す通りとしたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
上記のようにして得られた実施例1〜19、比較例1〜16及び参考例1〜4の光電変換素子について、作製直後に200ルクスの白色光を照射した状態でIV曲線を測定し、このIV曲線から算出される最大出力動作電力Pm0(μW)を「出力1」として算出した。なお、IV曲線の測定に用いた光源、照度計および電源は以下の通りとした。
光源:白色LED(製品名「LEL−SL5N−F」、東芝ライテック社製)
照度計:製品名「デジタル照度計51013」、横河メータ&インスツルメンツ社製
電源:電圧/電流 発生器(製品名「R6246I」、ADVANTEST製)
出力維持率=出力2/出力1
なお、耐久性の合格基準は以下の通りとした。
(合格基準)出力維持率が0.85以上であること
13…酸化物半導体層
20…対向基板
30…封止部
40…電解質
50,250…光電変換セル
100,200…光電変換素子
220…絶縁性基板(対向基板)
Claims (2)
- 少なくとも1つの光電変換セルを備え、
前記光電変換セルが、
電極基板と、
前記電極基板に対向する対向基板と、
前記電極基板又は前記対向基板に設けられる酸化物半導体層と、
前記電極基板及び前記対向基板を接合する環状の封止部と、
前記電極基板、前記対向基板及び前記封止部によって形成されるセル空間に充填される電解質とを備え、
前記電解質がハロゲン化物イオン及びポリハロゲン化物イオンからなる酸化還元対を含み、
前記電解質中の前記ポリハロゲン化物イオンの濃度が0.05M以下であり、
下記式(1)で表されるRが0.00040〜0.00200cm3(STP)/(day・mL)である、光電変換素子。
R=v/m (1)
(上記式(1)中、vは下記式(2)で表される前記封止部の酸素透過速度(cm3(STP)/day)を表し、mは前記電解質の量(mL)を表す)
v=d×C×a/w (2)
(上記式(2)中、dは前記封止部の酸素透過係数(cm3(STP)・mm/(m2・day・atm))を表し、aは前記封止部における酸素の透過面積a(m2)を表し、Cは前記セル空間の内部における酸素分圧と前記セル空間の外部における酸素分圧との差の絶対値(atm)を表し、wは前記封止部の幅(mm)を表す) - 前記式(2)中の酸素透過係数dが46〜195cm3(STP)・mm/(m2・day・atm)である、請求項1に記載の光電変換素子。
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