JP3505414B2 - 光化学電池およびその製造法 - Google Patents
光化学電池およびその製造法Info
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- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色素増感型の光化
学電池、およびその製造法に関するものである。
学電池、およびその製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体層表面に色素を担持させ
て構成した電極を用いた光化学電池には、たとえば特開
平1-220380号、もしくは特表平5-504023号各明細書に記
述されている。
て構成した電極を用いた光化学電池には、たとえば特開
平1-220380号、もしくは特表平5-504023号各明細書に記
述されている。
【０００３】このような光化学電池には、微粒子状の金
属酸化物を焼結することにより得られる微細構造を持つ
透明半導体電極が用いられるのが一般的である。光化学
電池は、通常、これらの透明半導体膜を色素を含有した
液体に浸漬し、透明半導体膜表面に色素を実質的に単分
子吸着させて色素層を形成させ、液状もしくは固体状の
電荷輸送層を介して色素層を対向電極で挟み込むことに
より製造される。
属酸化物を焼結することにより得られる微細構造を持つ
透明半導体電極が用いられるのが一般的である。光化学
電池は、通常、これらの透明半導体膜を色素を含有した
液体に浸漬し、透明半導体膜表面に色素を実質的に単分
子吸着させて色素層を形成させ、液状もしくは固体状の
電荷輸送層を介して色素層を対向電極で挟み込むことに
より製造される。
【０００４】得られた光化学電池は以下の過程を経て動
作する。すなわち、透明電極側より入射した光が透明電
極および透明半導体膜を通して透明半導体膜表面に担持
された色素に到達し、この色素を励起する。励起した色
素はすみやかに透明半導体膜へ電子を渡す。透明半導体
膜へ渡った電子は透明電極へ到達する。一方、正に帯電
した色素は電荷輸送層より電子を受け取り中和する。こ
のように前記した光化学電池は、透明電極と対電極をそ
れぞれ負極および正極とする色素増感型の光化学電池と
して動作する。
作する。すなわち、透明電極側より入射した光が透明電
極および透明半導体膜を通して透明半導体膜表面に担持
された色素に到達し、この色素を励起する。励起した色
素はすみやかに透明半導体膜へ電子を渡す。透明半導体
膜へ渡った電子は透明電極へ到達する。一方、正に帯電
した色素は電荷輸送層より電子を受け取り中和する。こ
のように前記した光化学電池は、透明電極と対電極をそ
れぞれ負極および正極とする色素増感型の光化学電池と
して動作する。
【０００５】この光化学電池では、色素が単分子吸着し
た色素層による光吸収量を十分に大きくするために、半
導体層の表面積をできるだけ大きくする必要がある。そ
のため、ｎｍサイズの半導体微粒子を焼結させ、表面を
凹凸にして表面積を大きくしている。しかしながら、前
記したような単一の種類の色素が単分子吸着した色素層
では、色素の絶対量を増大させることが困難なために十
分な光吸収量を達成するためには改良の余地があった。
また、そのような単一の種類の色素を用いた色素層で
は、広いスペクトル範囲を有する太陽光に対して、限ら
れた範囲の波長の光だけしか光吸収できず、より広い波
長領域で光吸収が可能となるように改良の余地があっ
た。
た色素層による光吸収量を十分に大きくするために、半
導体層の表面積をできるだけ大きくする必要がある。そ
のため、ｎｍサイズの半導体微粒子を焼結させ、表面を
凹凸にして表面積を大きくしている。しかしながら、前
記したような単一の種類の色素が単分子吸着した色素層
では、色素の絶対量を増大させることが困難なために十
分な光吸収量を達成するためには改良の余地があった。
また、そのような単一の種類の色素を用いた色素層で
は、広いスペクトル範囲を有する太陽光に対して、限ら
れた範囲の波長の光だけしか光吸収できず、より広い波
長領域で光吸収が可能となるように改良の余地があっ
た。
【０００６】また、表面に凹凸のある色素層と電荷輸送
層との接合を確実に取るために、一般に電荷輸送層に液
体、例えばヨウ素、が用いられる。用いられる液体が、
環境に対して有害なものである場合、液体を使用する光
化学電池では液漏れを防ぐシールドを厳重に行うべきで
ある。しかし、長い年月の間シールドを維持することは
困難であり、環境に液がもれることへの影響も心配され
る。このような問題点に対して液状の電荷輸送層の代わ
りに低分子溶媒を用いないイオン伝導性の固体電解質や
電子伝導性の有機固体物質などを用いる全固体光化学電
池も提案されている。しかしながら、これら固体光化学
電池では液漏の恐れはないが、新たに電気抵抗の増加に
よるエネルギー変換効率の低下、凹凸のある微細半導体
電極と固体伝導材料との接合が不完全になるための変換
効率の低下などが問題となっている。
層との接合を確実に取るために、一般に電荷輸送層に液
体、例えばヨウ素、が用いられる。用いられる液体が、
環境に対して有害なものである場合、液体を使用する光
化学電池では液漏れを防ぐシールドを厳重に行うべきで
ある。しかし、長い年月の間シールドを維持することは
困難であり、環境に液がもれることへの影響も心配され
る。このような問題点に対して液状の電荷輸送層の代わ
りに低分子溶媒を用いないイオン伝導性の固体電解質や
電子伝導性の有機固体物質などを用いる全固体光化学電
池も提案されている。しかしながら、これら固体光化学
電池では液漏の恐れはないが、新たに電気抵抗の増加に
よるエネルギー変換効率の低下、凹凸のある微細半導体
電極と固体伝導材料との接合が不完全になるための変換
効率の低下などが問題となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の色
素増感型の光化学電池は、色素層による光吸収の量の点
や、光吸収することのできる波長域の広さの点で改良の
余地があった。また、従来の光化学電池では、液状の電
荷輸送層を有するものでは液漏れの点で、固体の電荷輸
送層を有するものでは電気抵抗の増加によるエネルギー
変換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良による
変換効率の低下の点で、改良の余地があった。
素増感型の光化学電池は、色素層による光吸収の量の点
や、光吸収することのできる波長域の広さの点で改良の
余地があった。また、従来の光化学電池では、液状の電
荷輸送層を有するものでは液漏れの点で、固体の電荷輸
送層を有するものでは電気抵抗の増加によるエネルギー
変換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良による
変換効率の低下の点で、改良の余地があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】［発明の概要］
＜要旨＞
本発明の光化学電池は、
（１）導電体層とその上に積層された半導体層からなる
半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素の酸化還元電位が互いに異なり、半導体層側から電
荷輸送層側に向けて酸化還元電位が小さくなるように配
列されているものであること、を特徴とするものであ
る。また、本発明のもうひとつの光化学電池は、 （１）導電体層とその上に積層された半導体層からなる
半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素が隣接する色素層を形成する色素と逆の極性に帯
電、もしくは帯電しやすい官能基を有するものであるこ
と、を特徴とするものである。
半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素の酸化還元電位が互いに異なり、半導体層側から電
荷輸送層側に向けて酸化還元電位が小さくなるように配
列されているものであること、を特徴とするものであ
る。また、本発明のもうひとつの光化学電池は、 （１）導電体層とその上に積層された半導体層からなる
半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素が隣接する色素層を形成する色素と逆の極性に帯
電、もしくは帯電しやすい官能基を有するものであるこ
と、を特徴とするものである。
【０００９】また、本発明の光化学電池の製造法は、
（１）導電体層とその上に積層された半導体層からなる
半導体電極、（２）色素層、（３）電荷輸送層、および
（４）対向電極が順次積層された構造を有し、少なくと
も一方の電極が透明である光電池の製造法であって、前
記半導体層電極の半導体層表面に、所定の極性に帯電し
た第１の色素を含む溶液を接触させ、前記第１の色素を
吸着させる工程と、前記第１の色素とは逆極性に帯電し
た第２の色素を含む溶液を第１の色素と接触させ、前記
第１の色素に第２の色素を吸着させる工程とを有するこ
と、を特徴とするものである。
（１）導電体層とその上に積層された半導体層からなる
半導体電極、（２）色素層、（３）電荷輸送層、および
（４）対向電極が順次積層された構造を有し、少なくと
も一方の電極が透明である光電池の製造法であって、前
記半導体層電極の半導体層表面に、所定の極性に帯電し
た第１の色素を含む溶液を接触させ、前記第１の色素を
吸着させる工程と、前記第１の色素とは逆極性に帯電し
た第２の色素を含む溶液を第１の色素と接触させ、前記
第１の色素に第２の色素を吸着させる工程とを有するこ
と、を特徴とするものである。
【００１０】＜効果＞本発明によれば、従来の色素増感
型の光化学電池に対して、色素層による光吸収の量がよ
り多く、より広い波長域で光を吸収することができる光
化学電池、あるいは液漏れの問題がなく、固体の電荷輸
送層を用いることによる電気抵抗の増加によるエネルギ
ー変換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良によ
る変換効率の低下がない光化学電池が提供される。
型の光化学電池に対して、色素層による光吸収の量がよ
り多く、より広い波長域で光を吸収することができる光
化学電池、あるいは液漏れの問題がなく、固体の電荷輸
送層を用いることによる電気抵抗の増加によるエネルギ
ー変換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良によ
る変換効率の低下がない光化学電池が提供される。
【００１１】［発明の具体的説明］
＜光化学電池の構造＞以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。図１に、本発明にかかる光化
学電池の一例の断面形状を表すモデル図を示す。半導体
電極は、図１に示すように電極１および半導体２から構
成される。半導体電極には、例えば図１に示すように、
第１の色素層３および第２の色素層４が吸着しており、
この上に電荷輸送層５、対向電極６が形成されている。
本発明の光化学電池は、２つの電極のうち少なくとも一
方が透明であるものであるが、図１に例示した光化学電
池では、電極１および半導体２に透明なものを用いてお
り、色素層３および色素層４が入射した光７を吸収した
後、半導体２および電荷輸送層５へ電子およびホールを
渡すことにより光電変換が起こる。
施形態について説明する。図１に、本発明にかかる光化
学電池の一例の断面形状を表すモデル図を示す。半導体
電極は、図１に示すように電極１および半導体２から構
成される。半導体電極には、例えば図１に示すように、
第１の色素層３および第２の色素層４が吸着しており、
この上に電荷輸送層５、対向電極６が形成されている。
本発明の光化学電池は、２つの電極のうち少なくとも一
方が透明であるものであるが、図１に例示した光化学電
池では、電極１および半導体２に透明なものを用いてお
り、色素層３および色素層４が入射した光７を吸収した
後、半導体２および電荷輸送層５へ電子およびホールを
渡すことにより光電変換が起こる。
【００１２】なお、図１には、本発明の光化学電池の断
面形状のモデル図を示したものであり、そこに描かれた
以外の構造、例えば各層間に設けられた中間層、を有す
ることもできる。
面形状のモデル図を示したものであり、そこに描かれた
以外の構造、例えば各層間に設けられた中間層、を有す
ることもできる。
【００１３】＜半導体電極＞半導体電極は、電極および
その表面に積層された半導体層からなる。電極には、導
電性の材料であれば任意のものを用いることができる。
このような材料としては、金属、例えば白金、金、銀、
およびその他、が用いられるが、半導体電極を透明半導
体電極とする場合には、可視光領域の吸収が少なく導電
性の、フッ素やインジウムなどをドープされた酸化ス
ズ、酸化亜鉛、およびその他の透明導電体が好ましい。
これらの導電材料は適当な高分子バインダーや無機バイ
ンダーで製膜されたものであってもよい。
その表面に積層された半導体層からなる。電極には、導
電性の材料であれば任意のものを用いることができる。
このような材料としては、金属、例えば白金、金、銀、
およびその他、が用いられるが、半導体電極を透明半導
体電極とする場合には、可視光領域の吸収が少なく導電
性の、フッ素やインジウムなどをドープされた酸化ス
ズ、酸化亜鉛、およびその他の透明導電体が好ましい。
これらの導電材料は適当な高分子バインダーや無機バイ
ンダーで製膜されたものであってもよい。
【００１４】半導体電極は、前記の電極の表面に半導体
層が積層されている。この半導体層を形成する半導体に
は、色素層の色素が光吸収することにより励起された電
子を受け取るものであれば任意のものを用いることがで
きる。
層が積層されている。この半導体層を形成する半導体に
は、色素層の色素が光吸収することにより励起された電
子を受け取るものであれば任意のものを用いることがで
きる。
【００１５】半導体電極を透明半導体電極とする場合に
は、可視光領域の吸収が少ない半導体を用いることが一
般的である。このような半導体としては、金属酸化物、
好ましくは遷移金属の酸化物が挙げられ、具体的にはチ
タン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、亜
鉛、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングス
テンの酸化物、ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ
3、ＭｇＴｉＯ3、ＳｒＮｂ2Ｏ6のようなペロブスカイ
ト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物が
挙げられる。そのほかの半導体も有用であり、例えばＧ
ａＮ、ＩｎＰ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳ、ＩｎＧａＰ、および
その他が好ましい。
は、可視光領域の吸収が少ない半導体を用いることが一
般的である。このような半導体としては、金属酸化物、
好ましくは遷移金属の酸化物が挙げられ、具体的にはチ
タン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、亜
鉛、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングス
テンの酸化物、ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ
3、ＭｇＴｉＯ3、ＳｒＮｂ2Ｏ6のようなペロブスカイ
ト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物が
挙げられる。そのほかの半導体も有用であり、例えばＧ
ａＮ、ＩｎＰ、ＺｅＳｅ、ＺｎＳ、ＩｎＧａＰ、および
その他が好ましい。
【００１６】半導体層の表面は、その上に形成される色
素層の面積を大きくして光吸収量を多くするために、平
滑でないことが好ましい。通常、半導体は微粒子として
電極上に積層されるが、例えば図１に描かれているよう
に不均一な厚さをもつように形成される。その形状は特
に限定されないが、半導体表面は樹脂状構造のように自
己相似性を持ったフラクタル形状とすることもできる。
素層の面積を大きくして光吸収量を多くするために、平
滑でないことが好ましい。通常、半導体は微粒子として
電極上に積層されるが、例えば図１に描かれているよう
に不均一な厚さをもつように形成される。その形状は特
に限定されないが、半導体表面は樹脂状構造のように自
己相似性を持ったフラクタル形状とすることもできる。
【００１７】また、その表面の粗さは、本発明の効果を
損なわない範囲で変更することができるが、特に半導体
層のラフネスファクターが20未満であることが好まし
い。半導体層表面の粗さをこのようにすることで、半導
体表面の上に実質的に均一に形成される色素層と、電荷
輸送層との接合を十分に保つことができる。特にこの効
果は電荷輸送層に固体材料を用いた場合に顕著であり、
電荷輸送に対する障害が低減されて、光エネルギー変換
効率を高くすることができる。
損なわない範囲で変更することができるが、特に半導体
層のラフネスファクターが20未満であることが好まし
い。半導体層表面の粗さをこのようにすることで、半導
体表面の上に実質的に均一に形成される色素層と、電荷
輸送層との接合を十分に保つことができる。特にこの効
果は電荷輸送層に固体材料を用いた場合に顕著であり、
電荷輸送に対する障害が低減されて、光エネルギー変換
効率を高くすることができる。
【００１８】＜積層色素層＞本発明の光化学電池は、少
なくとも２つの、それぞれ異なった色素からなる色素層
が積層された積層色素層を具備してなる。このような構
造を有することにより、色素層が単一であるものと比較
して光吸収量を大幅に増やすことができる。また少なく
とも二つの色素層を用いることにより吸収スペクトルの
範囲を広くするすることができる。
なくとも２つの、それぞれ異なった色素からなる色素層
が積層された積層色素層を具備してなる。このような構
造を有することにより、色素層が単一であるものと比較
して光吸収量を大幅に増やすことができる。また少なく
とも二つの色素層を用いることにより吸収スペクトルの
範囲を広くするすることができる。
【００１９】積層色素層を構成する色素層の数は用いる
色素の種類、半導体層のラフネスファクターにより一概
に言えないが、一般に２層〜４層が好ましい。５層以上
では電荷輸送層との電荷の授受が十分に行われない恐れ
があるので注意が必要である。
色素の種類、半導体層のラフネスファクターにより一概
に言えないが、一般に２層〜４層が好ましい。５層以上
では電荷輸送層との電荷の授受が十分に行われない恐れ
があるので注意が必要である。
【００２０】これらの積層色素層を形成する色素層は、
それぞれ隣接していることもできるが、各色素層の間に
本発明の効果を損なわない範囲で任意の中間層を有する
こともできる。例えば、２つの色素層の剥離を抑制する
接着層としての中間層を設けることもできる。
それぞれ隣接していることもできるが、各色素層の間に
本発明の効果を損なわない範囲で任意の中間層を有する
こともできる。例えば、２つの色素層の剥離を抑制する
接着層としての中間層を設けることもできる。
【００２１】本発明に用いることのできる色素は、光化
学電池に起電力を発生させることのできる光を吸収する
ものであれば、任意のものを選択することができる。こ
のような色素として、可視−近赤外光吸収色素、紫外光
吸収色素、遠赤外光吸収色素、およびその他が挙げられ
る。より具体的には（１）可視−近赤外光吸収色素とし
て、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、
オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯
体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリシル錯
体、またはフタロシアニンやポルフィリン、ジチオラー
ト錯体、アセチルアセトナート錯体などのいわゆる金属
キレート錯体、およびシアニン色素、メロシアニン色
素、ローダミン色素などの有機色素、およびその他
（２）紫外光吸収色素として、オキサジアゾール誘導
体、ベンゾチアゾール誘導体、クマリン誘導体、スチル
ベン誘導体、およびその他、ならびに（３）遠赤外光吸
収色素として、芳香環を有する有機化合物、が好まし
い。これらの色素は、吸光係数が大きくかつ繰り返しの
酸化還元に対して安定であることが好ましい。また色素
分子は低分子化合物であってもよいし、また繰り返し単
位を有するポリマーであってもよい。
学電池に起電力を発生させることのできる光を吸収する
ものであれば、任意のものを選択することができる。こ
のような色素として、可視−近赤外光吸収色素、紫外光
吸収色素、遠赤外光吸収色素、およびその他が挙げられ
る。より具体的には（１）可視−近赤外光吸収色素とし
て、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、
オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯
体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリシル錯
体、またはフタロシアニンやポルフィリン、ジチオラー
ト錯体、アセチルアセトナート錯体などのいわゆる金属
キレート錯体、およびシアニン色素、メロシアニン色
素、ローダミン色素などの有機色素、およびその他
（２）紫外光吸収色素として、オキサジアゾール誘導
体、ベンゾチアゾール誘導体、クマリン誘導体、スチル
ベン誘導体、およびその他、ならびに（３）遠赤外光吸
収色素として、芳香環を有する有機化合物、が好まし
い。これらの色素は、吸光係数が大きくかつ繰り返しの
酸化還元に対して安定であることが好ましい。また色素
分子は低分子化合物であってもよいし、また繰り返し単
位を有するポリマーであってもよい。
【００２２】また、本発明の光化学電池において、積層
色素層が、帯電しているか、もしくは帯電しやすい官能
基を有する吸着色素層と、その色素層と逆の極性に帯電
しているか、もしくは帯電しやすい官能基を有する吸着
色素層とが交互に積層された構造を有することが好まし
い。
色素層が、帯電しているか、もしくは帯電しやすい官能
基を有する吸着色素層と、その色素層と逆の極性に帯電
しているか、もしくは帯電しやすい官能基を有する吸着
色素層とが交互に積層された構造を有することが好まし
い。
【００２３】色素として、帯電した色素、もしくは帯電
しやすい官能基を有するものを用いることによりに同種
の色素間に反発が生じて、単分子吸着層を作成しやす
い。色素層が単一の色素が多分子吸着したものであると
変換効率の低下の原因となることがあるので、このよう
な単分子吸着層とすることが好ましい。
しやすい官能基を有するものを用いることによりに同種
の色素間に反発が生じて、単分子吸着層を作成しやす
い。色素層が単一の色素が多分子吸着したものであると
変換効率の低下の原因となることがあるので、このよう
な単分子吸着層とすることが好ましい。
【００２４】一方、このように形成された色素層に、逆
の極性に帯電、もしくは帯電しやすい官能基を有する別
の色素を用いると、異なる色素間には静電引力が生じて
積層構造を容易に形成され、また剥離などの問題を防止
することができる。また、形成された色素層に逆の極性
に帯電、もしくは帯電しやすい官能基を有するポリマー
を用い、さらにポリマーと逆の極性（すなわち、はじめ
の色素層を形成する色素と同じ極性）に帯電、もしくは
帯電しやすい官能基を有する別の色素を用いると、それ
ぞれの層内では反発による単分子層が形成され、隣接す
る層間には吸引力が働き、堅牢な層構造を形成すること
ができる。
の極性に帯電、もしくは帯電しやすい官能基を有する別
の色素を用いると、異なる色素間には静電引力が生じて
積層構造を容易に形成され、また剥離などの問題を防止
することができる。また、形成された色素層に逆の極性
に帯電、もしくは帯電しやすい官能基を有するポリマー
を用い、さらにポリマーと逆の極性（すなわち、はじめ
の色素層を形成する色素と同じ極性）に帯電、もしくは
帯電しやすい官能基を有する別の色素を用いると、それ
ぞれの層内では反発による単分子層が形成され、隣接す
る層間には吸引力が働き、堅牢な層構造を形成すること
ができる。
【００２５】ここで、負に帯電しやすい官能基として
は、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、
アミド基、およびその他のプロトンを解離しやすい官能
基が挙げられる。一方、正に帯電しやすい官能基として
はアミノ基、カルボニル基、ホスフィン基、およびその
他が挙げられる。このような官能基は色素またはポリマ
ー分子中に複数個ある方が好ましい。
は、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、
アミド基、およびその他のプロトンを解離しやすい官能
基が挙げられる。一方、正に帯電しやすい官能基として
はアミノ基、カルボニル基、ホスフィン基、およびその
他が挙げられる。このような官能基は色素またはポリマ
ー分子中に複数個ある方が好ましい。
【００２６】本発明の光化学電池において、積層色素層
を構成するそれぞれの色素層が吸収スペクトルが異なる
色素からなることが好ましい。より具体的には、本発明
の光化学電池は、前記積層色素層が、吸収スペクトルの
長波長側吸収端の差が100〜400nmである色素の組み合わ
せを含んでなることが好ましい。長波長側吸収端の差が
100nm以下ではスペクトルの重なり部分が大きすぎ、逆
に400nm以上ではスペクトルに隙間ができるため、光吸
収の効率が下がりやすい。ここで、色素の吸収スペクト
ルにおける長波長側吸収端とは、吸収スペクトルのピー
クの吸光度に対して、吸光度が0.5％以下になる波長の
うち、長波長側のものをさす。吸収スペクトルが異なる
ことにより広い範囲の波長の光を効率よく吸収すること
ができる。
を構成するそれぞれの色素層が吸収スペクトルが異なる
色素からなることが好ましい。より具体的には、本発明
の光化学電池は、前記積層色素層が、吸収スペクトルの
長波長側吸収端の差が100〜400nmである色素の組み合わ
せを含んでなることが好ましい。長波長側吸収端の差が
100nm以下ではスペクトルの重なり部分が大きすぎ、逆
に400nm以上ではスペクトルに隙間ができるため、光吸
収の効率が下がりやすい。ここで、色素の吸収スペクト
ルにおける長波長側吸収端とは、吸収スペクトルのピー
クの吸光度に対して、吸光度が0.5％以下になる波長の
うち、長波長側のものをさす。吸収スペクトルが異なる
ことにより広い範囲の波長の光を効率よく吸収すること
ができる。
【００２７】本発明の光化学電池において、色素間でエ
ネルギー移動が起こる色素の組み合わせを用いること
で、色素層間でエネルギー移動が起こり、電荷分離が起
こす色素層に光エネルギーを集中させることができるた
め、エネルギー変換効率を改善することができる。例え
ば紫外光や赤外光を吸収する色素からエネルギー移動を
受けることにより可視光のみを吸収した場合にくらべ、
光電池としての出力が大きくなる。エネルギー移動が効
率的に起こるためには、一方の色素の蛍光スペクトル
が、もう一方の色素の吸収スペクトルと重なる部分があ
ることが必要である。
ネルギー移動が起こる色素の組み合わせを用いること
で、色素層間でエネルギー移動が起こり、電荷分離が起
こす色素層に光エネルギーを集中させることができるた
め、エネルギー変換効率を改善することができる。例え
ば紫外光や赤外光を吸収する色素からエネルギー移動を
受けることにより可視光のみを吸収した場合にくらべ、
光電池としての出力が大きくなる。エネルギー移動が効
率的に起こるためには、一方の色素の蛍光スペクトル
が、もう一方の色素の吸収スペクトルと重なる部分があ
ることが必要である。
【００２８】本発明の光化学電池において、積層色素層
を構成する少なくとも２つの色素は、その酸化還元電位
が互いに異なることが好ましい。酸化還元電位を図２で
示すように調整することにより、電荷移動が矢印の向き
に速やかに起こるようになり、光エネルギー変換効率を
高くすることができる。より具体的には、酸化還元電位
の差が0.1〜0.6Vであることが好ましく、0.2〜0.4Vであ
ることがより好ましい。
を構成する少なくとも２つの色素は、その酸化還元電位
が互いに異なることが好ましい。酸化還元電位を図２で
示すように調整することにより、電荷移動が矢印の向き
に速やかに起こるようになり、光エネルギー変換効率を
高くすることができる。より具体的には、酸化還元電位
の差が0.1〜0.6Vであることが好ましく、0.2〜0.4Vであ
ることがより好ましい。
【００２９】特に全固体光化学電池では固体電荷輸送層
と色素間は距離が離れやすく、電荷移動速度が遅くなる
が、２つの色素の酸化還元電位を調整することで、半導
体に注入された電荷と色素に生じる電荷の再結合速度を
遅くすることが可能となるため変換効率を高くすること
ができる。
と色素間は距離が離れやすく、電荷移動速度が遅くなる
が、２つの色素の酸化還元電位を調整することで、半導
体に注入された電荷と色素に生じる電荷の再結合速度を
遅くすることが可能となるため変換効率を高くすること
ができる。
【００３０】本発明の光化学電池はさらに、前記電荷輸
送層が動作温度で固体であることを特徴とする。固体で
あれば射止が簡単にできるし、電池の破損による環境に
対する影響を小さくすることができる。本発明の光化学
電池においては、少なくとも２つの色素を用いることに
より変換効率を改善していること、必要に応じて半導体
層表面のラフネスファクターを調整していることによ
り、従来の光化学電池において問題となった接合不良が
改善される。
送層が動作温度で固体であることを特徴とする。固体で
あれば射止が簡単にできるし、電池の破損による環境に
対する影響を小さくすることができる。本発明の光化学
電池においては、少なくとも２つの色素を用いることに
より変換効率を改善していること、必要に応じて半導体
層表面のラフネスファクターを調整していることによ
り、従来の光化学電池において問題となった接合不良が
改善される。
【００３１】＜電荷輸送層＞電荷輸送層に含有させる電
解質としては、一般に光化学電池の電荷輸送層に用いら
れる材料を任意に用いることができるが、例えばヨウ素
を包含するヨウ化物、臭化物、キノン錯体、ＴＣＮＱ錯
体、ジシアノキノンジイミン錯体、およびその他が好ま
しい。
解質としては、一般に光化学電池の電荷輸送層に用いら
れる材料を任意に用いることができるが、例えばヨウ素
を包含するヨウ化物、臭化物、キノン錯体、ＴＣＮＱ錯
体、ジシアノキノンジイミン錯体、およびその他が好ま
しい。
【００３２】また、本発明の光化学電池においては、固
体電荷輸送層をもちいることができる。このような電荷
輸送層は、液状の電荷輸送層を用いた場合に起こり得る
液漏れの可能性がないため好ましいものである。
体電荷輸送層をもちいることができる。このような電荷
輸送層は、液状の電荷輸送層を用いた場合に起こり得る
液漏れの可能性がないため好ましいものである。
【００３３】固体電荷輸送層としては、例えば、ガラス
転移温度が25℃より高い非晶質を作成する有機分子であ
り、例えばドナー性骨格もしくはアクセプター骨格を２
〜４個有する低分子化合物、例えば分子量が300〜1000
のもの、であり、フレキシブルな置換基はなく、球状で
剛直な単体化合物であることが好ましい。ここでドナー
性骨格としては飽和カロメリ電極子に対する酸化電位が
0〜+0.8Vであるものが好ましく、+0.2〜+0.7Vであるも
のがより好ましい。アクセプター骨格としては還元電位
が-0.2〜+0.6Vであるものが好ましく、0〜+0.4Vである
ものがより好ましい。
転移温度が25℃より高い非晶質を作成する有機分子であ
り、例えばドナー性骨格もしくはアクセプター骨格を２
〜４個有する低分子化合物、例えば分子量が300〜1000
のもの、であり、フレキシブルな置換基はなく、球状で
剛直な単体化合物であることが好ましい。ここでドナー
性骨格としては飽和カロメリ電極子に対する酸化電位が
0〜+0.8Vであるものが好ましく、+0.2〜+0.7Vであるも
のがより好ましい。アクセプター骨格としては還元電位
が-0.2〜+0.6Vであるものが好ましく、0〜+0.4Vである
ものがより好ましい。
【００３４】固体電荷輸送層に用いることのできる材料
の具体例としては、ドナー骨格としてトリフェニルアミ
ン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミンなどの芳香
族アミン化合物、ナフタレン、アントラセン、ビレンな
どの縮合多環炭化水素、アゾベンゼンなどのアゾ化合
物、スチルベンなどの芳香環をエチレン結合やアセチレ
ン結合で連結した構造を有する化合物、アミノ基で置換
されたヘテロ芳香環化合物、ポルフィリン類、フクロシ
アン類などがあげられ、アクセプター骨格としてはキノ
ン類、テトラシアノキノジメタン類、ジシアノキノンジ
イミン類、テトラシアノエチレン、ビオローゲン類、ジ
チオール金属錯体などが挙げられる。また、その他固体
電荷輸送層に用いることのできる材料として、ＣｕＩ、
ＡｇＩ、ＴｉＩ、およびその他の金属ヨウ化物がある。
これらの材料は、必要に応じて任意に組み合わせて用い
ることができる。
の具体例としては、ドナー骨格としてトリフェニルアミ
ン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミンなどの芳香
族アミン化合物、ナフタレン、アントラセン、ビレンな
どの縮合多環炭化水素、アゾベンゼンなどのアゾ化合
物、スチルベンなどの芳香環をエチレン結合やアセチレ
ン結合で連結した構造を有する化合物、アミノ基で置換
されたヘテロ芳香環化合物、ポルフィリン類、フクロシ
アン類などがあげられ、アクセプター骨格としてはキノ
ン類、テトラシアノキノジメタン類、ジシアノキノンジ
イミン類、テトラシアノエチレン、ビオローゲン類、ジ
チオール金属錯体などが挙げられる。また、その他固体
電荷輸送層に用いることのできる材料として、ＣｕＩ、
ＡｇＩ、ＴｉＩ、およびその他の金属ヨウ化物がある。
これらの材料は、必要に応じて任意に組み合わせて用い
ることができる。
【００３５】＜対向電極＞対向電極としては、任意の導
電性材料を用いることができ、白金や金、銀などの金
属、もしくは透明導電体など、前記の半導体電極に用い
ることのできる材料と同じものが挙げられる。。
電性材料を用いることができ、白金や金、銀などの金
属、もしくは透明導電体など、前記の半導体電極に用い
ることのできる材料と同じものが挙げられる。。
【００３６】＜光化学電池の製造法＞本発明の光化学電
池の製造法は、前記した光化学電池の製造法において、
半導体層電極の半導体層表面を、帯電しているか、もし
くは帯電しやすい官能基を有する色素またはポリマーを
含んでなる溶液と、前記溶液に含まれる色素またはポリ
マーと逆の極性に帯電しているか、もしくは帯電しやす
い官能基を有する色素またはポリマーの溶液に交互に接
触させることにより、色素層として少なくとも２つの、
それぞれ異なった色素からなる色素層が積層された積層
色素層を形成させること、を特徴とするものである。
池の製造法は、前記した光化学電池の製造法において、
半導体層電極の半導体層表面を、帯電しているか、もし
くは帯電しやすい官能基を有する色素またはポリマーを
含んでなる溶液と、前記溶液に含まれる色素またはポリ
マーと逆の極性に帯電しているか、もしくは帯電しやす
い官能基を有する色素またはポリマーの溶液に交互に接
触させることにより、色素層として少なくとも２つの、
それぞれ異なった色素からなる色素層が積層された積層
色素層を形成させること、を特徴とするものである。
【００３７】ここで、すでに形成されている色素層、ま
たはポリマー層に対して、逆の極性に帯電、もしくは帯
電しやすい官能基を有する色素またはポリマーを接触さ
せることで、静電引力および静電斥力により、容易に単
分子層を形成させることができる。
たはポリマー層に対して、逆の極性に帯電、もしくは帯
電しやすい官能基を有する色素またはポリマーを接触さ
せることで、静電引力および静電斥力により、容易に単
分子層を形成させることができる。
【００３８】ここで、色素またはポリマーが、多層に吸
着してむらができる場合には、色素またはポリマーが溶
解するような適当な溶媒で洗浄して余分な色素分子を除
去する方が好ましい。
着してむらができる場合には、色素またはポリマーが溶
解するような適当な溶媒で洗浄して余分な色素分子を除
去する方が好ましい。
【００３９】積層色素層以外は、従来の光化学電池の製
造において一般的に用いられる方法を任意に組み合わせ
て用いることができる。
造において一般的に用いられる方法を任意に組み合わせ
て用いることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下の例は本発明を具体的に説明
するためのものであって、本発明を限定するものではな
い。
するためのものであって、本発明を限定するものではな
い。
【００４１】［実施例１］直径10nmの酸化チタン微粒子
を1重量％の濃度で水中に分散させた分散液をフッ素ド
ープした酸化スズなどの透明電極１上に塗布し、400℃
で5時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得
た。ラフネスファクターは1000であった。この透明半導
体層２を下記の式（１）で示される色素を含んだアセト
ニトリル溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で
洗った後、下記の式（２）で示される色素を含んだ溶媒
中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った。
を1重量％の濃度で水中に分散させた分散液をフッ素ド
ープした酸化スズなどの透明電極１上に塗布し、400℃
で5時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得
た。ラフネスファクターは1000であった。この透明半導
体層２を下記の式（１）で示される色素を含んだアセト
ニトリル溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で
洗った後、下記の式（２）で示される色素を含んだ溶媒
中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った。
【化１】
【００４２】このように積層色素層が形成された電極を
白金対向電極が形成されたガラス基板を７μｍのスペー
サーを介してシール剤で封着した。真空下、ヨウ素とテ
トラエチルアンモニム沃化物を溶解したプロピレンカー
ボネート溶液（電荷輸送層）を注入して光化学電池を作
成した。第１の色素の酸化電位は飽和カロメリ電極に対
し0.8V、吸収端波長は800nm、第２の色素の酸化電位は
0.6V、吸収端波長は1020nmであった。
白金対向電極が形成されたガラス基板を７μｍのスペー
サーを介してシール剤で封着した。真空下、ヨウ素とテ
トラエチルアンモニム沃化物を溶解したプロピレンカー
ボネート溶液（電荷輸送層）を注入して光化学電池を作
成した。第１の色素の酸化電位は飽和カロメリ電極に対
し0.8V、吸収端波長は800nm、第２の色素の酸化電位は
0.6V、吸収端波長は1020nmであった。
【００４３】このようにして得られた光化学電池をワコ
ム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照
射を行い、その光電変換効率をケースレー社のソースメ
ジャーユニット２３６により計測した。その結果、この
光化学電池のエネルギー変換効率は20%であった。
ム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照
射を行い、その光電変換効率をケースレー社のソースメ
ジャーユニット２３６により計測した。その結果、この
光化学電池のエネルギー変換効率は20%であった。
【００４４】［比較例１］化学式（１）および（２）で
示される二種類色素を用いる代わりに化学式（１）で示
される色素のみを用いることを除いては実施例１と同様
にして光化学電池を作成した。このようにして得られた
光化学電池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、750m
W/cm2の光量で光照射を行い、その光電変換効率をケー
スレー社のソースメジャーユニット２３６により計測し
た。その結果、この光化学電池のエネルギー変換効率は
10%であった。
示される二種類色素を用いる代わりに化学式（１）で示
される色素のみを用いることを除いては実施例１と同様
にして光化学電池を作成した。このようにして得られた
光化学電池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、750m
W/cm2の光量で光照射を行い、その光電変換効率をケー
スレー社のソースメジャーユニット２３６により計測し
た。その結果、この光化学電池のエネルギー変換効率は
10%であった。
【００４５】［実施例２］実施例１と同様にして、電極
上に半導体層と積層色素層を形成させた。さらに積層色
素層の上に、ガラス転移温度78℃である下記の式（３）
で示されるドナー性分子のクロロホルム溶液を塗布し、
乾燥させ電荷輸送層を作成した。
上に半導体層と積層色素層を形成させた。さらに積層色
素層の上に、ガラス転移温度78℃である下記の式（３）
で示されるドナー性分子のクロロホルム溶液を塗布し、
乾燥させ電荷輸送層を作成した。
【化２】
【００４６】形成された電荷輸送層の上に金電極を蒸着
し、光化学電池を得た。電荷輸送層の酸化電位は飽和カ
ロメリ電極に対し0.1Vであった。このようにして得られ
た光化学電池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、75
0mW/cm2の光量で光照射を行い、その光電変換効率をケ
ースレー社のソースメジャーユニット２３６により計測
した。その結果、この光化学電池のエネルギー変換効率
は13%であった。
し、光化学電池を得た。電荷輸送層の酸化電位は飽和カ
ロメリ電極に対し0.1Vであった。このようにして得られ
た光化学電池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、75
0mW/cm2の光量で光照射を行い、その光電変換効率をケ
ースレー社のソースメジャーユニット２３６により計測
した。その結果、この光化学電池のエネルギー変換効率
は13%であった。
【００４７】［比較例２］式（１）および（２）で示さ
れる二種類色素を用いる代わりに式（１）で示される色
素のみを用いることを除いては実施例２と同様にして光
化学電池を作成した。このようにして得られた光化学電
池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の
光量で光照射を行い、その光電変換効率をケースレー社
のソースメジャーユニット２３６により計測した。その
結果、この光化学電池のエネルギー変換効率は5%であっ
た。
れる二種類色素を用いる代わりに式（１）で示される色
素のみを用いることを除いては実施例２と同様にして光
化学電池を作成した。このようにして得られた光化学電
池を、ワコム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の
光量で光照射を行い、その光電変換効率をケースレー社
のソースメジャーユニット２３６により計測した。その
結果、この光化学電池のエネルギー変換効率は5%であっ
た。
【００４８】［実施例３］化学式（２）で示される色素
を用いる代わりに、下記の式（４）で示される色素を用
いることを除いては実施例１と同様にして光化学電池を
作成した。化学式（４）で示される色素の酸化電位は0.
7V、吸収端波長は550nmであった。
を用いる代わりに、下記の式（４）で示される色素を用
いることを除いては実施例１と同様にして光化学電池を
作成した。化学式（４）で示される色素の酸化電位は0.
7V、吸収端波長は550nmであった。
【化３】
【００４９】式（４）の色素は可視光蛍光が見られる
が、光化学電池内では蛍光が観測されず、励起エネルギ
ーが式（１）で示される色素に移動していることが示さ
れた。このようにして得られた光化学電池を、ワコム社
製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を
行い、その光電変換効率をケースレー社のソースメジャ
ーユニット２３６により計測した。その結果、この光化
学電池のエネルギー変換効率は22%であった。
が、光化学電池内では蛍光が観測されず、励起エネルギ
ーが式（１）で示される色素に移動していることが示さ
れた。このようにして得られた光化学電池を、ワコム社
製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を
行い、その光電変換効率をケースレー社のソースメジャ
ーユニット２３６により計測した。その結果、この光化
学電池のエネルギー変換効率は22%であった。
【００５０】［実施例４］直径10nmの酸化チタン微粒子
を重量比にして１％水中に分散させた分散媒をフッ素ド
ープした酸化スズなどの透明電極１上に塗布し、400℃
で５時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得
た。ラフネスファクターは1000であった。この透明半導
体層２を式（１）で示される色素を含んだアセトニトリ
ル溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った
後、式（２）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸
漬後、余分な色素を該溶媒で洗った。さらに下記の式
（５）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、
余分な色素を該溶媒で洗った。
を重量比にして１％水中に分散させた分散媒をフッ素ド
ープした酸化スズなどの透明電極１上に塗布し、400℃
で５時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得
た。ラフネスファクターは1000であった。この透明半導
体層２を式（１）で示される色素を含んだアセトニトリ
ル溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った
後、式（２）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸
漬後、余分な色素を該溶媒で洗った。さらに下記の式
（５）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、
余分な色素を該溶媒で洗った。
【化４】
【００５１】このように積層色素層が形成された電極を
白金対向電極が形成されたガラス基板を７μｍのスペー
サーを介してシール剤で封着した。真空下、ヨウ素とテ
トラエチルアンモニム沃化物を溶解したプロピレンカー
ボネート溶液（電荷輸送層）を注入して光化学電池を作
成した。式（５）で示される色素の酸化電位は飽和カロ
メリ電極に対し0.3V、吸収端波長は1000nmであった。こ
のようにして得られた光化学電池を、ワコム社製疑似太
陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を行い、そ
の光電変換効率をケースレー社のソースメジャーユニッ
ト２３６により計測した。その結果、この光化学電池の
エネルギー変換効率は24%であった。
白金対向電極が形成されたガラス基板を７μｍのスペー
サーを介してシール剤で封着した。真空下、ヨウ素とテ
トラエチルアンモニム沃化物を溶解したプロピレンカー
ボネート溶液（電荷輸送層）を注入して光化学電池を作
成した。式（５）で示される色素の酸化電位は飽和カロ
メリ電極に対し0.3V、吸収端波長は1000nmであった。こ
のようにして得られた光化学電池を、ワコム社製疑似太
陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を行い、そ
の光電変換効率をケースレー社のソースメジャーユニッ
ト２３６により計測した。その結果、この光化学電池の
エネルギー変換効率は24%であった。
【００５２】［実施例５］直径10nm酸化チタン微粒子を
1重量％の濃度で水中に分散させた分散液をフッ素ドー
プした酸化スなどの透明電極１上に塗布し、350℃で５
時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得た。
ラフネスファクターは19であった。この透明半導体層２
を式（１）で示される色素を含んだアセトニトリル溶媒
中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った後、式
（４）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、
余分な色素を該溶媒で洗った。さらに下記の式（６）で
示される、酸化電位が0.2Vで長波長側吸収端が460nmの
色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶
媒で洗った。
1重量％の濃度で水中に分散させた分散液をフッ素ドー
プした酸化スなどの透明電極１上に塗布し、350℃で５
時間焼成することによりｎ型の透明半導体層２を得た。
ラフネスファクターは19であった。この透明半導体層２
を式（１）で示される色素を含んだアセトニトリル溶媒
中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶媒で洗った後、式
（４）で示される色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、
余分な色素を該溶媒で洗った。さらに下記の式（６）で
示される、酸化電位が0.2Vで長波長側吸収端が460nmの
色素を含んだ溶媒中に１時間浸漬後、余分な色素を該溶
媒で洗った。
【化５】
このように積層色素層が形成された電極の積層色素層の
上に式（３）で示されるドナー性分子のクロロホルム溶
液を塗布し、乾燥させて電荷輸送層を作成した。その上
にさらに金電極を蒸着し、光化学電池を得た。
上に式（３）で示されるドナー性分子のクロロホルム溶
液を塗布し、乾燥させて電荷輸送層を作成した。その上
にさらに金電極を蒸着し、光化学電池を得た。
【００５３】このようにして得られた光化学電池を、ワ
コム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光
照射を行い、その光電変換効率をケースレー社のソース
メジャーユニット２３６により計測した。その結果、こ
の光化学電池のエネルギー変換効率は15%であった。
コム社製疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光
照射を行い、その光電変換効率をケースレー社のソース
メジャーユニット２３６により計測した。その結果、こ
の光化学電池のエネルギー変換効率は15%であった。
【００５４】［実施例６］実施例５において、式（４）
の代わりに下記の式（７）で示されるポリマーを用いる
ことを除いては実施例５と同様にして光化学電池を得
た。このようにして得られた光化学電池を、ワコム社製
疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を行
い、その光電変換効率をケースレー社のソースメジャー
ユニット２３６により計測した。その結果、この光化学
電池のエネルギー変換効率は13%であった。
の代わりに下記の式（７）で示されるポリマーを用いる
ことを除いては実施例５と同様にして光化学電池を得
た。このようにして得られた光化学電池を、ワコム社製
疑似太陽光源を用いて、750mW/cm2の光量で光照射を行
い、その光電変換効率をケースレー社のソースメジャー
ユニット２３６により計測した。その結果、この光化学
電池のエネルギー変換効率は13%であった。
【化６】
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、従来の色素増感型の光
化学電池に対して、色素層による光吸収の量がより多
く、より広い波長域で光を吸収することができる光化学
電池、あるいは液漏れの問題がなく、固体の電荷輸送層
を用いることによる電気抵抗の増加によるエネルギー変
換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良による変
換効率の低下がない光化学電池が提供されることは、
［発明の概要］の項に前記したとおりである。
化学電池に対して、色素層による光吸収の量がより多
く、より広い波長域で光を吸収することができる光化学
電池、あるいは液漏れの問題がなく、固体の電荷輸送層
を用いることによる電気抵抗の増加によるエネルギー変
換効率の低下や電荷輸送層と色素層の接合不良による変
換効率の低下がない光化学電池が提供されることは、
［発明の概要］の項に前記したとおりである。
【図１】本発明の光化学電池の一例の断面形状を表すモ
デル図。
デル図。
【図２】本発明の光化学電池のエネルギー準位の一例を
表すモデル図。
表すモデル図。
１ 透明電極
２ 透明半導体層
３ 第１の色素層
４ 第２の色素層
５ 電荷輸送層
６ 対向電極
７ 入射光
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 堀 口 昭 宏
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式
会社東芝 研究開発センター内
(56)参考文献 中村賢市郎，混合増感剤によるアジド
ポリマーの増感，日本写真学会誌，日
本，社団法人日本写真学会，1987年 ２
月28日，第50巻、第１号，第27−30頁
Ｈａｒｒｙ Ｅ． Ｒｏｂｅｒｔｓ,
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ Ｆａｃｔ
ｏｒｓ Ｒｅｌａｔｉｎｇ ｔｏ Ｐｈ
ｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｅｎｓｉｔｉ
ｖｉｔｙ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｍ
ａｇｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｏｃｉ
ｅｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ
ｉｃ Ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ ａｎｄ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，1985年 ９月，Ｖ
ｏｌ．29， Ｎｏ．５，Ｐ．175−181
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 14/00
H01L 31/04
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】（１）導電体層とその上に積層された半導
体層からなる半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素の酸化還元電位が互いに異なり、半導体層側から電
荷輸送層側に向けて酸化還元電位が小さくなるように配
列されているものであることを特徴とする光化学電池。 - 【請求項２】（１）導電体層とその上に積層された半導
体層からなる半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極 が順次積層された構造を有し、少なくとも一方の電極が
透明である光電池であって、前記色素層が少なくとも２
つの、それぞれ異なった色素からなる色素層が積層され
た積層色素層であり、かつそれぞれの色素層を形成する
色素が隣接する色素層を形成する色素と逆の極性に帯
電、もしくは帯電しやすい官能基を有するものであるこ
とを特徴とする光化学電池。 - 【請求項３】前記積層色素層が、吸収スペクトルの長波
長側吸収端の差が100〜400nmである色素の組み合わせを
含んでなる請求項１または２に記載の光化学電池。 - 【請求項４】（１）導電体層とその上に積層された半導
体層からなる半導体電極、 （２）色素層、 （３）電荷輸送層、および （４）対向電極が順次積層された構造を有し、少なくと
も一方の電極が透明である光電池の製造法であって、前
記半導体層電極の半導体層表面に、所定の極性に帯電し
た第１の色素を含む溶液を接触させ、前記第１の色素を
吸着させる工程と、前記第１の色素とは逆極性に帯電し
た第２の色素を含む溶液を第１の色素と接触させ、前記
第１の色素に第２の色素を吸着させる工程とを有するこ
とを特徴とする、光化学電池の製造法。
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| JP36744698A Expired - Fee Related JP3505414B2 (ja) | 1998-12-24 | 1998-12-24 | 光化学電池およびその製造法 |
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- 1998-12-24 JP JP36744698A patent/JP3505414B2/ja not_active Expired - Fee Related
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