JP3959471B2 - 酸化物半導体電極、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図2は、本発明の実施の形態1に係る酸化物半導体電極の製造方法を示す説明図である。
混合溶液A
H2O 7.5ml
PEG20000 593.0mg
NH4HCO3(炭酸水素アンモニウム) 593.0mg
混合溶液B
H2O 7.5ml
CoCl2 356.8mg
を調製する。次にステップST3において混合溶液A、Bを混ぜて混合溶液C(液状前駆体)を調製し、次にステップST4において混合溶液Cを攪拌する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る酸化物半導体電極の製造方法を示す説明図である。
混合溶液A
H2O 7.5ml
PEG20000 593.0mg
NH4HCO3 593.0mg
混合溶液B
H2O 7.5ml
Ni(NO3)2 436mg
を調製する。なお、Ni(NO3)2に代えて、NiCl2を用いてもよい。次にステップST3において混合溶液A、Bを混ぜて混合溶液C(液状前駆体)を調製し、次にステップST4において混合溶液Cを攪拌する。
上記実施の形態1、2では、混合溶液C(液状前駆体)に対してNH4HCO3を添加した例であったが、NH4HCO3に代えて、非イオン界面活性剤を添加してもよい。製造法を図9に示す。この製造方法でも、混合溶液を調製した後、攪拌(ステップST11)、塗布(ステップST21)、乾燥(ステップST31)、焼成(ステップST41)を行う。ここで用いた非イオン界面活性剤は、エチレンオキサイドをEOとし、プロピレンオキサイドをPOとしたとき、EO20−PO70−EO20で示されるブロックコポリマーからなる非イオン界面活性剤(P123)である。
次に、実施の形態3において、混合溶液の攪拌の際、濃縮を行った場合における濃縮時間とp型無機酸化物半導体電極からなるp型色素増感太陽電池の特性との関係を検討した。その結果、濃縮時間を0時間、6時間、24時間、48時間と変化させた場合における、短絡電流(ISC)開放電圧(VOC)、曲線因子(FF)、変換効率(EFF)の計測結果を表1に示す。また、図11には、その際のバイアス電圧と電流密度との関係を示す。なお、図11には、濃縮時間を0時間、6時間、24時間、48時間と変化させた場合における光電流の電流密度を各々、曲線L1、L2、L3、L4で示し、暗電流を曲線L0で示してある。
次に、上記p型無機酸化物半導体電極からなるp型色素増感太陽電池を、下記に示すn型色素増感太陽電池と組み合わせ、pnタンデム型色素増感太陽電池を作製し、特性を確認した。
まず、テトライソプロポキシド:3gをアセチルアセトン:0.53g、2−プロパノール:4gの混合液に添加する。また、P123(3.165g)を2−プロパノール(14g)に添加し、溶解させる。以上の2種の混合液を混合し、攪拌する。次に、HClを0.02g滴下して、最後に超音波処理にて前駆体溶液とする。この前駆体をFTO電極表面にキャストし、スピンコートにて膜を作製する。最後に、450℃、30分間、電気炉にて焼成する。このとき、雰囲気は大気とする。
特性評価は、ソーラーシュミレーター(山下電装株式会社製、YSS−80)を用いて行った。また、電流電圧特性は、北斗電工社製のHSV−100で行った。その結果を図13に示す。短絡電流(ISC)開放電圧(VOC)、曲線因子(FF)、変換効率(EFF)の計測結果は、それぞれ、5.83mA/cm2、0.762V、0.53、2.36%となった。
まず、塩化ニッケル:1gを水:2gに添加し溶解させ、エタノール:4gを添加する。最後にP123:1gを添加し、攪拌する。この前駆体をFTO電極表面にキャストし、スピンコート、またはスクイジ法にて膜を作製する。最後に、500℃、30分間、電気炉にて焼成する。この操作を5回繰り返すことにより膜厚を厚くすることを試みた。この方法により作製されたNiO酸化物半導体電極の走査型電子顕微鏡写真(倍率100000倍と300000倍の写真を示す)を図14に示す。作製されたNiO酸化物半導体電極をメロシアニン誘導体(林原生物化学研究所:製品名NK―2684)の脱水エタノール溶液に、基板を一昼夜浸漬する。浸漬後、脱水エタノール溶液にて基板洗浄し、酸化物半導体電極表面に吸着した色素以外の余分な色素を取り除いた。電解液(ソラロニクス社製、製品名PN50)をITO基板上に作製したPt基板と上記NiO酸化物半導体電極で挟み込みp型色素増感太陽電池とした。
特性評価は、ソーラーシュミレーター(山下電装株式会社製、YSS−80)を用いて行った。また、電流電圧特性は、北斗電工社製のHSV−100で行った。その結果を図15に示す。短絡電流(ISC)開放電圧(VOC)、曲線因子(FF)、変換効率(EFF)の計測結果は、それぞれ、1.00mA/cm2、0.093V、0.30、0.027%となった。
上記、n型色素増感太陽電池、p型色素増感太陽電池を作製後、色素溶液から基板を取り出し、脱水エタノールなどで洗浄、窒素ガスで乾燥させる。電解液を二つの半導体電極で挟み込み、pnタンデム型色素増感太陽電池とする。
特性評価は、ソーラーシュミレーター(山下電装株式会社製、YSS−80)を用いて行った。また、電流電圧特性は、北斗電工社製のHSV−100で行った。その結果を図16に示す。短絡電流(ISC)開放電圧(VOC)、曲線因子(FF)、変換効率(EFF)の計測結果は、それぞれ、3.62mA/cm2、0.918V、0.19、0.66%となった。
なお、上記実施の形態1、2では、CoOおよびNiOの説明したが、その他のp型無機酸化物半導体、例えば、CuO、Cu2O、CuGaO2、ZnRh2O4、CuAlO2、SrCu2O2、NiO:Li、CuO:Li、Cu2O:Li、CuO:Li、ZnO:In:N、ZnO:Be:Nのいずれかを含むp型無機酸化物半導体によって酸化物半導体電極を構成する場合に本発明を適用してもよい。
11 透明電極
12 n型サイド
13 電界質
14 p型サイド
15 対極
141 酸化物半導体電極
142 色素
Claims (11)
- 粒子径が0.1nm〜1000nmであって、Cu、Al、Ag、Ni、Co、In、Fe、Zn、Rh、Ga、Sr、Li、Nのいずれかを含むp型無機酸化物半導体からなり、
前記p型無機酸化物半導体の一部がファイバー構造を有することを特徴とする酸化物半導体電極。 - 請求項1において、前記p型無機酸化物半導体の粒子径は、10nm〜100nmであることを特徴とする酸化物半導体電極。
- 請求項1において、前記p型無機酸化物半導体は、CuO、Cu2O、CuGaO2、ZnRh2O4、NiO、CoO、CuAlO2、SrCu2O2、NiO:Li、CuO:Li、Cu2O:Li、CuO:Li、ZnO:In:N、ZnO:Be:Nのいずれかを含んでいることを特徴とする酸化物半導体電極。
- 請求項1において、前記p型無機酸化物半導体の表面積は、0.5m 2 ・g -1 以上であることを特徴とする酸化物半導体電極。
- 請求項1において、前記p型無機酸化物半導体のバンドギャップは、1eV以上であることを特徴とする酸化物半導体電極。
- 請求項1において、前記p型無機酸化物半導体の仕事関数は、4.0eV以上であることを特徴とする酸化物半導体電極。
- 粒子径が0.1nm〜1000nmであって、Cu、Al、Ag、Ni、Co、In、Fe、Zn、Rh、Ga、Sr、Li、Nのいずれかを含むp型無機酸化物半導体からなる酸化物半導体電極の製造方法であって、
前記p型無機酸化物半導体を沈殿法により作製することを特徴とする酸化物半導体電極の製造方法。 - 請求項7において、前記p型無機酸化物半導体を沈殿法により作製する際、当該p型無機酸化物半導体の液状前駆体に炭酸水素アンモニウムを添加しておくことを特徴とする酸化物半導体電極の製造方法。
- 請求項7または8において、エチレンオキサイドをEOとし、プロピレンオキサイドをPOとしたとき、前記p型無機酸化物半導体をゾルゲル法により作製する際、当該p型無機酸化物半導体の液状前駆体に、EO 20 −PO 70 −EO 20 型の構造をもつブロックコポリマーからなる非イオン界面活性剤を添加しておくことを特徴とする酸化物半導体電極の製造方法。
- 請求項9に記載の方法で製造したp型無機酸化物半導体とpnタンデム型色素増感太陽電池を構成するn型無機酸化物半導体を製造するための酸化物半導体電極の製造方法において、
前記n型無機酸化物半導体をゾルゲル法で作成する際、当該n型無機酸化物半導体の液状前駆体に、EO 20 −PO 70 −EO 20 型の構造をもつブロックコポリマーからなる非イオン界面活性剤を添加しておくことを特徴とする酸化物半導体電極の製造方法。 - 請求項10に記載されるpnタンデム型色素増感太陽電池の開放電圧は0.5V以上、2.0V以下であることを特徴とする酸化物半導体電極の製造方法。
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