JP3462115B2 - 色素増感型太陽電池用非水電解液およびそれを用いた太陽電池 - Google Patents
色素増感型太陽電池用非水電解液およびそれを用いた太陽電池Info
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- JP3462115B2 JP3462115B2 JP08557099A JP8557099A JP3462115B2 JP 3462115 B2 JP3462115 B2 JP 3462115B2 JP 08557099 A JP08557099 A JP 08557099A JP 8557099 A JP8557099 A JP 8557099A JP 3462115 B2 JP3462115 B2 JP 3462115B2
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- solar cell
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な色素増感型
太陽電池用非水電解液およびそれを用いた、主に住宅用
発電システムに用いられる色素増感型太陽電池に関する
ものである。
太陽電池用非水電解液およびそれを用いた、主に住宅用
発電システムに用いられる色素増感型太陽電池に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】人類のエネルギー需要は人口の増加等に
より今後も大幅に増加することが予想される。一方、石
油等の埋蔵量にも限界があり、新しいエネルギーの確保
が急務である。最も期待されているのが太陽エネルギー
であり、それを利用した太陽電池への期待は大きくなっ
ている。現在、実用化されている太陽電池のほとんどは
結晶型のシリコン太陽電池である。しかし、結晶の製造
から始まる現行の結晶型シリコン太陽電池はそれ自体の
生産に多大なエネルギーを消費する。そこで、アモルフ
ァス型シリコン太陽電池が省資源、省エネルギー型太陽
電池として期待されている。ところが、このアモルファ
ス型シリコン太陽電池は結晶型シリコン太陽電池と比
べ、光電変換効率が非常に低く充分に満足できるもので
はない。一方、有機材料を利用したいわゆる色素増感型
太陽電池が、低製造コストかつ理論的に高光電変換効率
を有することから実用化に向けて研究が活発になされて
いる。M.Gratzelらはルテニウム系色素を多孔質酸化チ
タンに吸着させた電極および非水電解液を用い、シリコ
ン太陽電池に匹敵する性能の色素増感型太陽電池の可能
性を報告している〔Ｎａｔｕｒｅ、３５３、７３７（１
９９１）、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１１５、６
３８２（１９９３）〕。
より今後も大幅に増加することが予想される。一方、石
油等の埋蔵量にも限界があり、新しいエネルギーの確保
が急務である。最も期待されているのが太陽エネルギー
であり、それを利用した太陽電池への期待は大きくなっ
ている。現在、実用化されている太陽電池のほとんどは
結晶型のシリコン太陽電池である。しかし、結晶の製造
から始まる現行の結晶型シリコン太陽電池はそれ自体の
生産に多大なエネルギーを消費する。そこで、アモルフ
ァス型シリコン太陽電池が省資源、省エネルギー型太陽
電池として期待されている。ところが、このアモルファ
ス型シリコン太陽電池は結晶型シリコン太陽電池と比
べ、光電変換効率が非常に低く充分に満足できるもので
はない。一方、有機材料を利用したいわゆる色素増感型
太陽電池が、低製造コストかつ理論的に高光電変換効率
を有することから実用化に向けて研究が活発になされて
いる。M.Gratzelらはルテニウム系色素を多孔質酸化チ
タンに吸着させた電極および非水電解液を用い、シリコ
ン太陽電池に匹敵する性能の色素増感型太陽電池の可能
性を報告している〔Ｎａｔｕｒｅ、３５３、７３７（１
９９１）、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１１５、６
３８２（１９９３）〕。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際にシリコ
ン型太陽電池に取って代わり、実用化されるためには、
さらなる電解液の低抵抗化、さらなる高光電変換効率お
よびさらに高い短絡電流、開放電圧が必要となる。本発
明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、開放電
圧、短絡電流が大きく、光電変換効率が高く、太陽光に
対して長期間安定で安全性の高い色素増感型太陽電池用
非水電解液および色素増感型太陽電池を提供することを
目的とする。
ン型太陽電池に取って代わり、実用化されるためには、
さらなる電解液の低抵抗化、さらなる高光電変換効率お
よびさらに高い短絡電流、開放電圧が必要となる。本発
明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、開放電
圧、短絡電流が大きく、光電変換効率が高く、太陽光に
対して長期間安定で安全性の高い色素増感型太陽電池用
非水電解液および色素増感型太陽電池を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討を行った結果、本発明に至っ
た。すなわち、本発明は、下記一般式（２）で示される
２−イミダゾリン環を有する環状アミジン化合物（ａ
２）の４級塩（Ａ）を含有する色素増感型太陽電池用非
水電解液；およびカソード電極、アノード電極および該
色素増感型太陽電池用非水電解液からなる色素増感型太
陽電池である。
を達成するために鋭意検討を行った結果、本発明に至っ
た。すなわち、本発明は、下記一般式（２）で示される
２−イミダゾリン環を有する環状アミジン化合物（ａ
２）の４級塩（Ａ）を含有する色素増感型太陽電池用非
水電解液；およびカソード電極、アノード電極および該
色素増感型太陽電池用非水電解液からなる色素増感型太
陽電池である。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、この発明を詳細に記載す
る。本発明の色素増感型太陽電池用電解液は、下記一般
式（２）で示される２−イミダゾリン環を有する環状ア
ミジン化合物（ａ２）の４級塩（Ａ）を有することで、
優れたイオン伝導性を示し、高い光電変換効率を与え
る。
る。本発明の色素増感型太陽電池用電解液は、下記一般
式（２）で示される２−イミダゾリン環を有する環状ア
ミジン化合物（ａ２）の４級塩（Ａ）を有することで、
優れたイオン伝導性を示し、高い光電変換効率を与え
る。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【化４】
【００１１】式中、Ｒ5は、水酸基で置換されていても
よい炭素数１〜２０の炭化水素基または水素原子を示
す。たとえば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基；アルケ
ニル基；フェニル基等のアリール基；ベンジル基等のア
リールアルキル基等の炭化水素基；これらの末端または
側鎖が水酸基で置換された炭化水素基である。Ｒ6は水
酸基で置換されていてもよい炭素数１〜１０の炭化水素
基を示す。たとえば、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル
基；アルケニル基；フェニル基等のアリール基；ベンジ
ル基等のアリールアルキル基等の炭化水素基；これらの
末端または側鎖が水酸基で置換された炭化水素基であ
る。Ｑは、炭素数１〜５の炭化水素基、アミノ基、ニト
ロ基、シアノ基、カルボキシル基もしくはアルデヒド基
で置換されていてもよい、炭素数２〜１０のアルキレ
ン、アリーレンもしくはアルケニレン基をしめす。たと
えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシ
レン基、オクチレン基等のアルキレン基；アルケニレン
基；フェニレン基等のアリーレン基；ベンジル基等のア
リールアルキレン基等の炭化水素基；およびこれらの末
端または側鎖が炭素数１〜５の炭化水素基、アミノ基、
ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基もしくはアルデヒ
ド基で置換された炭化水素基である。この中で、Ｑとし
て好ましいものはエチレン、ｎ−またはｉｓｏ−プロピ
レン、フェニレンおよびビニレン基である。
よい炭素数１〜２０の炭化水素基または水素原子を示
す。たとえば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチ
ル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル基；アルケ
ニル基；フェニル基等のアリール基；ベンジル基等のア
リールアルキル基等の炭化水素基；これらの末端または
側鎖が水酸基で置換された炭化水素基である。Ｒ6は水
酸基で置換されていてもよい炭素数１〜１０の炭化水素
基を示す。たとえば、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等のアルキル
基；アルケニル基；フェニル基等のアリール基；ベンジ
ル基等のアリールアルキル基等の炭化水素基；これらの
末端または側鎖が水酸基で置換された炭化水素基であ
る。Ｑは、炭素数１〜５の炭化水素基、アミノ基、ニト
ロ基、シアノ基、カルボキシル基もしくはアルデヒド基
で置換されていてもよい、炭素数２〜１０のアルキレ
ン、アリーレンもしくはアルケニレン基をしめす。たと
えば、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ヘキシ
レン基、オクチレン基等のアルキレン基；アルケニレン
基；フェニレン基等のアリーレン基；ベンジル基等のア
リールアルキレン基等の炭化水素基；およびこれらの末
端または側鎖が炭素数１〜５の炭化水素基、アミノ基、
ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基もしくはアルデヒ
ド基で置換された炭化水素基である。この中で、Ｑとし
て好ましいものはエチレン、ｎ−またはｉｓｏ−プロピ
レン、フェニレンおよびビニレン基である。
【００１２】前記一般式（２）で示される２−イミダゾ
リン環を有する環状アミジン化合物（ａ２）として
は、、たとえば、１−メチルイミダゾリン、１，２−ジ
メチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾ
リン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１
−メチル−２−フェニルイミダゾリン、１−メチル−２
−ベンジルイミダゾリン、１−メチル−２−オキシエチ
ルイミダゾリン、１−メチル−２−ヘプチルイミダゾリ
ン、１−メチル−２−ウンデシルイミダゾリン、１−メ
チル−２−ヘプタデシルイミダゾリン、１−（β−オキ
シエチル）−２−メチルイミダゾリン、１−メチル−２
−エトキシメチルイミダゾリン、１−エトキシメチル−
２−メチルイミダゾリン等があげられる。
リン環を有する環状アミジン化合物（ａ２）として
は、、たとえば、１−メチルイミダゾリン、１，２−ジ
メチルイミダゾリン、１，２，４−トリメチルイミダゾ
リン、１，４−ジメチル−２−エチルイミダゾリン、１
−メチル−２−フェニルイミダゾリン、１−メチル−２
−ベンジルイミダゾリン、１−メチル−２−オキシエチ
ルイミダゾリン、１−メチル−２−ヘプチルイミダゾリ
ン、１−メチル−２−ウンデシルイミダゾリン、１−メ
チル−２−ヘプタデシルイミダゾリン、１−（β−オキ
シエチル）−２−メチルイミダゾリン、１−メチル−２
−エトキシメチルイミダゾリン、１−エトキシメチル−
２−メチルイミダゾリン等があげられる。
【００１３】以上化合物（ａ２）として例示したものの
うち好ましいものは、１，２−ジメチルイミダゾリン、
１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，４−ジメチ
ル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−ヘプチ
ルイミダゾリンである。
うち好ましいものは、１，２−ジメチルイミダゾリン、
１，２，４−トリメチルイミダゾリン、１，４−ジメチ
ル−２−エチルイミダゾリン、１−メチル−２−ヘプチ
ルイミダゾリンである。
【００１４】該４級塩（Ａ）は、通常前記（ａ）として
例示した化合物を４級化したカチオンと酸アニオンとか
ら構成される。（ａ）の４級化の方法を例示すると、
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，６９，２２６９（１９
４７）に記載のように４級化剤、ハロゲン化アルキルを
用い４級化できる。また、（ａ）の他の４級化剤として
は、ジアルキル硫酸、スルホン酸エステル（Ｕ．Ｓ．
Ｓ．Ｒ．ＳＵ１７６２９０）、炭酸ジメチル（ＵＳＰ２
６３５１００）、燐酸エステル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ．ｐｒａｋｔ．Ｃｈｅｍｉｅ．Ｂａｎｄ３１７，Ｈｅ
ｆｔ５，１９７５，７３）、エポキシ基含有化合物（Ｕ
ＳＰ２１２７４７６）なとも例示できる。
例示した化合物を４級化したカチオンと酸アニオンとか
ら構成される。（ａ）の４級化の方法を例示すると、
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，６９，２２６９（１９
４７）に記載のように４級化剤、ハロゲン化アルキルを
用い４級化できる。また、（ａ）の他の４級化剤として
は、ジアルキル硫酸、スルホン酸エステル（Ｕ．Ｓ．
Ｓ．Ｒ．ＳＵ１７６２９０）、炭酸ジメチル（ＵＳＰ２
６３５１００）、燐酸エステル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ．ｐｒａｋｔ．Ｃｈｅｍｉｅ．Ｂａｎｄ３１７，Ｈｅ
ｆｔ５，１９７５，７３）、エポキシ基含有化合物（Ｕ
ＳＰ２１２７４７６）なとも例示できる。
【００１５】本発明の色素増感型太陽電池用電解液は、
安定なイオンの酸化還元対で、電荷を十分な速度で電極
間を輸送できる物質が望まれることから、Ｉ-／Ｉ3 -や
Ｂｒ-／Ｂｒ3 -対が好ましい。よって、４級塩（Ａ）中
のアニオン成分はヨウ素アニオンまたは臭素アニオンが
好ましい。これらの中でも、特に開放電圧の高いヨウ素
アニオンが好ましい。
安定なイオンの酸化還元対で、電荷を十分な速度で電極
間を輸送できる物質が望まれることから、Ｉ-／Ｉ3 -や
Ｂｒ-／Ｂｒ3 -対が好ましい。よって、４級塩（Ａ）中
のアニオン成分はヨウ素アニオンまたは臭素アニオンが
好ましい。これらの中でも、特に開放電圧の高いヨウ素
アニオンが好ましい。
【００１６】これらの酸化還元対は、たとえばＩ-／Ｉ3
-を作るときには、前記４級塩（Ａ）のヨウ化物とヨウ
素を混合することで得られる。
-を作るときには、前記４級塩（Ａ）のヨウ化物とヨウ
素を混合することで得られる。
【００１７】本発明の色素増感型太陽電池用非水電解液
は、該４級塩（Ａ）の非水溶液からなり、非水溶剤とし
ては、通常用いられる有機溶剤を用いることができる。
たとえば、環状または鎖状炭酸エステル類、鎖状カルボ
ン酸エステル類、環状または鎖状エーテル類、アルコー
ル類、ラクトン類、ニトリル類、アミド類、リン酸エス
テル類、オキサゾリジノン類およびこれらの混合物を用
いることができる。
は、該４級塩（Ａ）の非水溶液からなり、非水溶剤とし
ては、通常用いられる有機溶剤を用いることができる。
たとえば、環状または鎖状炭酸エステル類、鎖状カルボ
ン酸エステル類、環状または鎖状エーテル類、アルコー
ル類、ラクトン類、ニトリル類、アミド類、リン酸エス
テル類、オキサゾリジノン類およびこれらの混合物を用
いることができる。
【００１８】環状炭酸エステル類としては、たとえばプ
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネートおよびブ
チレンカーボネート等のアルキレンカーボネートがあげ
られ、鎖状炭酸エステル類としては、たとえばジメチル
カーボネート、メチルエチルカーボネートおよびジエチ
ルカーボネート等のジアルキルカーボネートがあげられ
る。鎖状カルボン酸エステル類としては、たとえば酢酸
メチルおよびプロピオン酸メチル等があげられ、また、
環状もしくは鎖状エーテル類としては、たとえばテトラ
ヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、１，２−ジメト
キシエタン等があげられる。アルコール類としては、メ
チルアルコール、エチルアルコール等の１価アルコー
ル；エチレングリコール、プロピレングリコール等の２
価アルコール；およびグリセリン等の３価アルコールが
あげられる。ラクトン類としては、たとえばγ−ブチロ
ラクトン等があげられ、ニトリル類としては、たとえば
アセトニトリル等があげられ、アミド類としては、たと
えばジメチルフォルムアミド等があげられる。リン酸エ
ステル類としては、たとえばリン酸トリメチル、リン酸
トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメ
チル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸
トリ（トリフルオロメチル）、リン酸トリ（トリクロロ
メチル）、リン酸トリ（トリフルオロエチル）、リン酸
トリ（トリパーフルオロエチル）、２−エトキシ−１，
３，２−ジオキサホスホラン−２−オン、２−トリフル
オロエトキシ−１，３，２−ジオキサホスホラン−２−
オン、２−メトキシエトキシ−１，３，２−ジオキサホ
スホラン−２−オン等があげられる。オキサゾリジノン
類としては、Ｎ−メチル−２−オキサゾリジノン等があ
げられる。その他、ＷＯ９５／１５５７２号に記載され
ているもの等があげられる。これらのうち、環状および
鎖状炭酸エステル、環状および鎖状エーテル、ラクトン
およびこれらの混合物を用いた場合、高いイオン伝導性
および高光電変換効率特性等の太陽電池性能を示すため
好ましい。
ロピレンカーボネート、エチレンカーボネートおよびブ
チレンカーボネート等のアルキレンカーボネートがあげ
られ、鎖状炭酸エステル類としては、たとえばジメチル
カーボネート、メチルエチルカーボネートおよびジエチ
ルカーボネート等のジアルキルカーボネートがあげられ
る。鎖状カルボン酸エステル類としては、たとえば酢酸
メチルおよびプロピオン酸メチル等があげられ、また、
環状もしくは鎖状エーテル類としては、たとえばテトラ
ヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、１，２−ジメト
キシエタン等があげられる。アルコール類としては、メ
チルアルコール、エチルアルコール等の１価アルコー
ル；エチレングリコール、プロピレングリコール等の２
価アルコール；およびグリセリン等の３価アルコールが
あげられる。ラクトン類としては、たとえばγ−ブチロ
ラクトン等があげられ、ニトリル類としては、たとえば
アセトニトリル等があげられ、アミド類としては、たと
えばジメチルフォルムアミド等があげられる。リン酸エ
ステル類としては、たとえばリン酸トリメチル、リン酸
トリエチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメ
チル、リン酸トリプロピル、リン酸トリブチル、リン酸
トリ（トリフルオロメチル）、リン酸トリ（トリクロロ
メチル）、リン酸トリ（トリフルオロエチル）、リン酸
トリ（トリパーフルオロエチル）、２−エトキシ−１，
３，２−ジオキサホスホラン−２−オン、２−トリフル
オロエトキシ−１，３，２−ジオキサホスホラン−２−
オン、２−メトキシエトキシ−１，３，２−ジオキサホ
スホラン−２−オン等があげられる。オキサゾリジノン
類としては、Ｎ−メチル−２−オキサゾリジノン等があ
げられる。その他、ＷＯ９５／１５５７２号に記載され
ているもの等があげられる。これらのうち、環状および
鎖状炭酸エステル、環状および鎖状エーテル、ラクトン
およびこれらの混合物を用いた場合、高いイオン伝導性
および高光電変換効率特性等の太陽電池性能を示すため
好ましい。
【００１９】本発明の色素増感型太陽電池用電解液にお
ける４級塩（Ａ）の含有量は、高イオン伝導性を示す範
囲であれば特に問題なく、通常は０．０１〜５．０モル
／Ｌであり、０．１〜２．０モル／Ｌがより好ましい。
ける４級塩（Ａ）の含有量は、高イオン伝導性を示す範
囲であれば特に問題なく、通常は０．０１〜５．０モル
／Ｌであり、０．１〜２．０モル／Ｌがより好ましい。
【００２０】また、本発明の色素増感型太陽電池用電解
液におけるヨウ素の含有量は、イオン伝導性および光電
変換効率の観点から、通常０．００５〜０．５モル／Ｌ
であり、好ましくは０．０１〜０．１モル／Ｌである。
液におけるヨウ素の含有量は、イオン伝導性および光電
変換効率の観点から、通常０．００５〜０．５モル／Ｌ
であり、好ましくは０．０１〜０．１モル／Ｌである。
【００２１】本発明の色素増感型太陽電池用電解液は、
主に住宅用発電システムに用いられる色素増感型太陽電
池に使用することができる。
主に住宅用発電システムに用いられる色素増感型太陽電
池に使用することができる。
【００２２】本発明の色素増感型太陽電池は、カソード
電極、アノード電極とともに、前記組成の色素増感型太
陽電池用電解液を使用するものである。カソード電極
は、導電性を有するものであれば特に問題はなく、任意
の導電性材料を用いることができるが、Ｉ3 -等の還元反
応を十分な速さで行わせる触媒能を持ったものが好まし
く、たとえば、導電性ガラス等の導電性材料に白金メッ
キや白金蒸着を施したものが好ましい。
電極、アノード電極とともに、前記組成の色素増感型太
陽電池用電解液を使用するものである。カソード電極
は、導電性を有するものであれば特に問題はなく、任意
の導電性材料を用いることができるが、Ｉ3 -等の還元反
応を十分な速さで行わせる触媒能を持ったものが好まし
く、たとえば、導電性ガラス等の導電性材料に白金メッ
キや白金蒸着を施したものが好ましい。
【００２３】アノード電極は、酸化物半導体の微少な結
晶の表面に色素を吸着させた酸化物半導体層を有してい
る導電性ガラスからなり、酸化物半導体としては、従来
公知のものが使用できる。即ち、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｔａ等の遷移金属の酸化物の他、
ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3等のペロブスカイト系酸化物
等があげられる。また、この酸化物半導体はできるだけ
微粒子であることが好ましく、その平均粒径は５０００
ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下である。また、その
比表面積は５００ｃｍ2／ｃｍ以上、好ましくは１００
０ｃｍ2／ｃｍ以上である。酸化物半導体を電極として
用いるには、導電性ガラス等の導電性基板上に固定して
用いる。基板上の酸化物半導体の厚さは１０００ｎｍ以
上が好ましい。
晶の表面に色素を吸着させた酸化物半導体層を有してい
る導電性ガラスからなり、酸化物半導体としては、従来
公知のものが使用できる。即ち、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｔａ等の遷移金属の酸化物の他、
ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3等のペロブスカイト系酸化物
等があげられる。また、この酸化物半導体はできるだけ
微粒子であることが好ましく、その平均粒径は５０００
ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下である。また、その
比表面積は５００ｃｍ2／ｃｍ以上、好ましくは１００
０ｃｍ2／ｃｍ以上である。酸化物半導体を電極として
用いるには、導電性ガラス等の導電性基板上に固定して
用いる。基板上の酸化物半導体の厚さは１０００ｎｍ以
上が好ましい。
【００２４】酸化物半導体の微少な結晶の表面に吸着さ
せる色素としては、従来公知のものが使用でき、太陽光
を高波長範囲にわたって吸収できる能力を持つものであ
れば特に問題ない。このようなものとして、たとえばル
テニウム錯体、クロロフィル、ローダミン、エオシン、
フロキシン、フルオレセイン、エリスロシン、ウラニ
ン、ローズベンガル等があげられる。
せる色素としては、従来公知のものが使用でき、太陽光
を高波長範囲にわたって吸収できる能力を持つものであ
れば特に問題ない。このようなものとして、たとえばル
テニウム錯体、クロロフィル、ローダミン、エオシン、
フロキシン、フルオレセイン、エリスロシン、ウラニ
ン、ローズベンガル等があげられる。
【００２５】本発明の色素増感型太陽電池は、電解液と
して以上説明した色素増感型太陽電池用非水電解液を含
み、以上説明したカソード電極、アノード電極を組み合
わせて用いることにより、高光電変換効率を有し、太陽
光に対して長期間安定で、安全性の高い色素増感型太陽
電池とすることができる。
して以上説明した色素増感型太陽電池用非水電解液を含
み、以上説明したカソード電極、アノード電極を組み合
わせて用いることにより、高光電変換効率を有し、太陽
光に対して長期間安定で、安全性の高い色素増感型太陽
電池とすることができる。
【００２６】
【実施例】次に、実施例をあげて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ ＜アノード電極の作成＞アノード電極は定法により作成
した。即ち、硫酸チタニルを加水分解して得た酸化チタ
ンゾルをアンモニアで中和した後、濾過、洗浄、焼成
（４５０℃）し所望の酸化チタン粉末を得た（粒径１５
ｎｍ）。さらにこの酸化チタンを水に懸濁させ、フッ素
をドープした酸化錫をコーティングした導電性ガラスに
塗布し、４５０℃で焼成して酸化チタン多孔質膜を得た
（膜厚１０μｍ、比表面積１０００ｃｍ2／ｃｍ2）。さ
らに、この酸化チタン多孔質膜を０．５ＮのＨＦ水溶液
に２０分間浸漬してエッチング処理、洗浄して表面が改
質した酸化チタン多孔質膜を得た。この表面を改質した
酸化チタン多孔質膜をシス−（ＳＣＮ−）２−ビス
（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレー
ト）ルテニウム（II）で表される色素を溶解したエタノ
ール溶液に浸し、２０分間環流、その後乾燥し、色素吸
着量が酸化チタン多孔質膜１ｃｍ2あたり８５μｇの所
望のアノード電極を得た。
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 実施例１ ＜アノード電極の作成＞アノード電極は定法により作成
した。即ち、硫酸チタニルを加水分解して得た酸化チタ
ンゾルをアンモニアで中和した後、濾過、洗浄、焼成
（４５０℃）し所望の酸化チタン粉末を得た（粒径１５
ｎｍ）。さらにこの酸化チタンを水に懸濁させ、フッ素
をドープした酸化錫をコーティングした導電性ガラスに
塗布し、４５０℃で焼成して酸化チタン多孔質膜を得た
（膜厚１０μｍ、比表面積１０００ｃｍ2／ｃｍ2）。さ
らに、この酸化チタン多孔質膜を０．５ＮのＨＦ水溶液
に２０分間浸漬してエッチング処理、洗浄して表面が改
質した酸化チタン多孔質膜を得た。この表面を改質した
酸化チタン多孔質膜をシス−（ＳＣＮ−）２−ビス
（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレー
ト）ルテニウム（II）で表される色素を溶解したエタノ
ール溶液に浸し、２０分間環流、その後乾燥し、色素吸
着量が酸化チタン多孔質膜１ｃｍ2あたり８５μｇの所
望のアノード電極を得た。
【００２７】＜色素増感型太陽電池の作成＞図１に示す
ような色素増感型太陽電池を作成した。図１において、
１はカソード電極、２は電解液、３は色素、４は酸化物
半導体多孔質膜、５はフッ素をドープした酸化錫、６は
導電性ガラス、７は封止剤、８はリード線、９はカソー
ド電極（３＋４＋５＋６）である。図１に示す色素増感
型太陽電池を以下の手順で作成した。前記アノード電極
９と、白金を担持した導電性ガラスカソード電極１の間
に、γ−ブチロラクトン中に１，２，４−トリメチルイ
ミダゾリンメチル４級塩のヨウ化物を０．５モル／Ｌ、
ヨウ素を０．０５モル／Ｌ溶解した電解液２を注入し
た。さらに、この側面を封止剤７で封入した後リード線
８を取り付け、実施例１の色素増感型太陽電池を作成し
た。
ような色素増感型太陽電池を作成した。図１において、
１はカソード電極、２は電解液、３は色素、４は酸化物
半導体多孔質膜、５はフッ素をドープした酸化錫、６は
導電性ガラス、７は封止剤、８はリード線、９はカソー
ド電極（３＋４＋５＋６）である。図１に示す色素増感
型太陽電池を以下の手順で作成した。前記アノード電極
９と、白金を担持した導電性ガラスカソード電極１の間
に、γ−ブチロラクトン中に１，２，４−トリメチルイ
ミダゾリンメチル４級塩のヨウ化物を０．５モル／Ｌ、
ヨウ素を０．０５モル／Ｌ溶解した電解液２を注入し
た。さらに、この側面を封止剤７で封入した後リード線
８を取り付け、実施例１の色素増感型太陽電池を作成し
た。
【００２８】以上のようにして作成した色素増感型太陽
電池に対し、以下のようにソーラーシュミレーターで照
射強度１０００Ｗ／ｍ2の光を照射して、短絡電流、開
放電圧、形状因子（ｆｆ）および光電変換効率を測定し
た。測定は、無抵抗電流計を備えたポテンシオスタット
を用い、照射２時間後と１０００時間後に測定を行っ
た。
電池に対し、以下のようにソーラーシュミレーターで照
射強度１０００Ｗ／ｍ2の光を照射して、短絡電流、開
放電圧、形状因子（ｆｆ）および光電変換効率を測定し
た。測定は、無抵抗電流計を備えたポテンシオスタット
を用い、照射２時間後と１０００時間後に測定を行っ
た。
【００２９】
【００３０】比較例１
実施例１において、１，２，４−トリメチルイミダゾリ
ンメチル４級塩のヨウ化物のかわりに、テトラプロピル
アンモニウムヨウ化物を用いる以外は実施例１と同様に
して比較例１の色素増感型太陽電池を作成し、同様の測
定を行った。これらの結果を表１に示す。
ンメチル４級塩のヨウ化物のかわりに、テトラプロピル
アンモニウムヨウ化物を用いる以外は実施例１と同様に
して比較例１の色素増感型太陽電池を作成し、同様の測
定を行った。これらの結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１からも明らかなように、本発明の実施
例１の色素増感型太陽電池は比較例１の色素増感型太陽
電池と比べて優れた短絡電流、開放電圧、形状因子およ
び光電変換効率を示した。また、本発明の実施例１の色
素増感型太陽電池はいずれも長時間にわたって安定であ
り、信頼性の高いものである。
例１の色素増感型太陽電池は比較例１の色素増感型太陽
電池と比べて優れた短絡電流、開放電圧、形状因子およ
び光電変換効率を示した。また、本発明の実施例１の色
素増感型太陽電池はいずれも長時間にわたって安定であ
り、信頼性の高いものである。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
記一般式（２）で示される２−イミダゾリン環を有する
環状アミジン化合物（ａ２）の４級塩（Ａ）を含有する
非水電解液を用いた色素増感型太陽電池は、優れた電流
−電圧特性を示し、光電変換効率が高く、太陽光に対し
て長期間安定で安全性の高い色素増感型太陽電池を提供
することができ、その工業価値の大なるものである。
記一般式（２）で示される２−イミダゾリン環を有する
環状アミジン化合物（ａ２）の４級塩（Ａ）を含有する
非水電解液を用いた色素増感型太陽電池は、優れた電流
−電圧特性を示し、光電変換効率が高く、太陽光に対し
て長期間安定で安全性の高い色素増感型太陽電池を提供
することができ、その工業価値の大なるものである。
【図１】本発明の実施例で作成した色素増感型太陽電池
の断面図である。
の断面図である。
１カソード電極
２電解液
３色素
４酸化物半導体多孔質膜
５フッ素をドープした酸化錫
６導電性ガラス
７アノード電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−90991（ＪＰ，Ａ)
特開2000−58891（ＪＰ，Ａ)
特開2000−58140（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 14/00
H01L 31/04
Claims (6)
- 【請求項１】 下記一般式（２）で示される２−イミダ
ゾリン環を有する環状アミジン化合物（ａ２）の４級塩
（Ａ）を含有する色素増感型太陽電池用非水電解液。 【化１】 （式中Ｒ5は、水酸基で置換されていてもよい炭素数１
〜２０の炭化水素基または水素原子；Ｒ6は、水酸基で
置換されていてもよい炭素数１〜１０の炭化水素基；Ｑ
は、炭素数１〜５の炭化水素基、アミノ基、ニトロ基、
シアノ基、カルボキシル基もしくはアルデヒド基で置換
されていてもよい、炭素数２〜１０のアルキレン、アリ
ーレンもしくはアルケニレン基を表す。） - 【請求項２】 該４級塩（Ａ）の対イオンが、ヨウ素イ
オンである請求項１記載の色素増感型太陽電池用非水電
解液。 - 【請求項３】 さらに、ヨウ素と非水溶剤を含有する請
求項１または２記載の色素増感型太陽電池用非水電解
液。 - 【請求項４】 カソード電極、アノード電極および請求
項１〜３のいずれか記載の色素増感型太陽電池用非水電
解液からなる色素増感型太陽電池。 - 【請求項５】 カソード電極が、導電性ガラスからなる
請求項４記載の色素増感型太陽電池。 - 【請求項６】 アノード電極が、酸化物半導体の微少な
結晶の表面に色素を吸着させた酸化物半導体層を有して
いる導電性ガラスからなる請求項４または５記載の色素
増感型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08557099A JP3462115B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 色素増感型太陽電池用非水電解液およびそれを用いた太陽電池 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277182A JP2000277182A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3462115B2 true JP3462115B2 (ja) | 2003-11-05 |
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ID=13862483
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08557099A Expired - Fee Related JP3462115B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 色素増感型太陽電池用非水電解液およびそれを用いた太陽電池 |
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| JP (1) | JP3462115B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| WO2014129575A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-08-28 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池 |
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| US20050100786A1 (en) * | 2003-09-19 | 2005-05-12 | Ryu Duk H. | Nonaqueous lithium secondary battery with cyclability and/or high temperature safety improved |
| JP2005310481A (ja) * | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Bridgestone Corp | 色素増感型太陽電池用電解液、色素増感型太陽電池用酸化物半導体電極及び色素増感型太陽電池 |
| EP2405530A4 (en) | 2009-03-06 | 2013-03-06 | Nec Corp | PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, OPTICAL SENSOR AND SOLAR BATTERY |
| JP5590025B2 (ja) * | 2009-03-06 | 2014-09-17 | 日本電気株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法、光センサならびに太陽電池 |
| JP2010244857A (ja) | 2009-04-06 | 2010-10-28 | Three M Innovative Properties Co | 色素増感太陽電池用電解液及び色素増感太陽電池 |
| JP5679541B2 (ja) | 2010-01-26 | 2015-03-04 | 株式会社デルタツーリング | 生体信号検出装置 |
| JP5204317B2 (ja) | 2010-01-28 | 2013-06-05 | 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 |
| JP7336726B2 (ja) | 2018-12-28 | 2023-09-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 電池材料、電池及び電池材料の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-29 JP JP08557099A patent/JP3462115B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| EP2845882A2 (en) | 2008-10-29 | 2015-03-11 | Fujifilm Corporation | Dye, Photoelectric Conversion Element and Photoelectrochemical Cell |
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| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| WO2014129575A1 (ja) | 2013-02-22 | 2014-08-28 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池 |
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