JP4391447B2 - 電解液組成物及びそれを利用した太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の電解液組成物及びそれを利用した太陽電池に係り、より詳細には、電気化学的原理を利用した染料感応太陽電池に関する。

染料感応太陽電池は、可視光線を吸収して電子ホール対を生成できる感光性染料分子と、生成された電子を伝達する酸化チタンとから形成される酸化物半導体電極を利用した光電気化学的太陽電池である。

既存のシリコン太陽電池は、太陽エネルギーの吸収過程と、電子−正孔対の分離による起電力生産過程とが、シリコン半導体内で同時に行われるが、これに対し、染料感応太陽電池では、太陽エネルギーの吸収過程と電荷移動過程とが分離される。具体的には、染料感応太陽電池では、太陽エネルギーの吸収は染料が担当し、電荷の移動は半導体が担当する。

このような染料感応太陽電池は、既存のシリコン太陽電池に比べて製造コストが低く、環境にやさしく、フレキシブルに製作できるという利点があるが、エネルギー変換効率が低くて、実際適用するには制限がある。

太陽電池において、エネルギー変換効率、すなわち、光電変換効率は、太陽光の吸収により生成された電子の量に比例するが、この効率を増加させるためには、太陽光の吸収を増加させるか、または染料の吸着量を高めて電子の生成量を増やすこともあり、または、生成された励起電子が電子ホールの再結合により消滅されることを止めることもある。

単位面積当り染料の吸着量を増やすために、酸化物半導体の粒子をナノレベルで製造する方法などが開発されており、太陽光熱の吸収を高めるために、白金電極の反射率を高めるか、数マイクロサイズの半導体酸化物の光散乱子を混ぜて製造する方法などが開発されている。

特許文献１には、フッ化ポリビニリデン含有のゲル型高分子電解質を含む染料感応太陽電池を開示している。前記によれば、電解質溶媒の揮発性を減少させることによって、光電変換効率を増大させようとした。しかしながら、前記方法では、太陽電池の光電変換効率の向上に限界があるために、効率向上のための新たな技術開発が切実に要請されているのが実情である。電解質溶液の性質を変化させることによって、酸化還元される電子の量を増やそうとする研究はほとんどなかった。このような研究は、太陽電池の開放電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、Ｖ_ｏｃ）特性の改善において、非常に重要な技術的要求である。
韓国公開特許公報第２００３−６５９５７号明細書

前記問題点を解決するために、本発明の目的は、新規の化合物を添加することによって、染料感応太陽電池の効率増加の一要素である、開放電圧を向上させる電解液組成物を提供することであり、本発明の他の目的は、前記組成物を利用した太陽電池を提供することである。

前記目的を達成するために本発明は、太陽電池の電解液組成物において、非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ_２）を備えた電解液組成物を提供する。

前記化合物Ａの含有量は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として３０ないし１，０００重量部であることが望ましい。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族アミン、炭素数１ないし２０のアリールアミン、及び炭素数１ないし２０の複素環アミンから形成される群から選択され、望ましくは、炭素数１ないし２０の複素環アミンから形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、トリアゾール、チアゾール、チアジアゾール、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、２−アミノ−ピリミジン、及びそれらの誘導体から形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族硫黄化合物、炭素数１ないし２０のアリール硫黄化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環硫黄化合物から形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、硫化ジメチル、硫化メチルフェニル、チオフェン、及びそれらの誘導体から形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族リン化合物、炭素数１ないし２０のアリールリン化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環リン化合物から形成される群から選択される。

前記ヨウ素塩は、ヨウ素化リチウム、ヨウ素化ナトリウム、ヨウ素化カリウム、ヨウ素化マグネシウム、ヨウ素化銅、ヨウ素化ケイ素、ヨウ素化マンガン、ヨウ素化バリウム、ヨウ素化モリブデン、ヨウ素化カルシウム、ヨウ素化鉄、ヨウ素化セシウム、ヨウ素化亜鉛、ヨウ素化水銀、ヨウ素化アンモニウム、ヨウ素化メチル、ヨウ素化メチレン、ヨウ素化エチル、ヨウ素化エチレン、ヨウ素化イソプロピル、ヨウ素化イソブチル、ヨウ素化ベンジル、ヨウ素化ベンゾイル、ヨウ素化アリル及びヨウ素化イミダゾリウムから形成される群から選択される。

前記ヨウ素塩は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として、１５０ないし３，０００重量部である。

本発明の電解液組成物は、有機溶媒を追加で含み、前記有機溶媒は、アセトニトリル（ＡｃｅｔｏＮｉｔｒｉｌｅ：ＡＮ）、エチレングリコール、ブタノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ｎ−ブチルエーテル、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、イソブチルケトン、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ガンマ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン及び３−メトキシプロピオニトリル（３−ＭｅｔｈｏｘｙＰｒｏｐｉｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＭＰ）から形成された群から選択された一つ以上であり、前記有機溶媒の含有量が、全体電解液組成物の含有量を基準として１０ないし９０ｗｔ％である。

前記の他の目的を達成するために本発明は、互いに対向した第１電極及び第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に介在され、染料が吸着されている多孔質膜と、前記第１電極と第２電極との間に介在された非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ_２）を備えた電解液組成物と、を含むことを特徴とする太陽電池を提供する。

本発明によれば、電解質溶液に含まれた化合物Ａを多孔質膜に吸着させることによって、多孔質膜内の電子を増加させて電荷集積能力を向上させることができる。したがって、開放電圧を増加させて効率性の高い染料感応太陽電池を製造できる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、一般的な染料感応太陽電池の作動原理を示す図面である。太陽光熱が染料分子５に吸収されれば、染料分子５は、基底状態から励起状態に電子遷移して電子ホール対を作り、励起状態の電子は、多孔質膜３の粒子界面の伝導帯に注入され、注入された電子は、第１電極１の界面を通じて第１電極１に伝えられ、外部回路を通じて第２電極２に移動する。一方、電子遷移結果で酸化された染料は、電解質４内の酸化−還元カップルのヨウ素イオン（Ｉ⁻）により還元され、酸化された３価ヨウ素イオン（Ｉ_３ ⁻）は、電荷中性をなすために第２電極２の界面に到達した電子と、還元反応して作動する。このように染料感応太陽電池は、既存のｐ−ｎ接合型Ｓｉ太陽電池と違って、界面反応を通じて作動する電気化学的原理を持つ。

図２は、本発明の一実施形態による染料感応太陽電池の基本構造を図示している。２つの板状電極である第１電極１０と第２電極２０とが互いに対向したサンドイッチ構造であり、第１電極１０の一面には、ナノ粒子から形成された多孔質膜３０が塗布されており、多孔質膜３０のナノ粒子表面には、可視光の吸収で電子が励起される光感応染料５０が吸着されている。前記第１電極１０及び第２電極２０は、支持台６０により接合されて固定され、これらの間の空間は、酸化還元用電解質４０で満たされている。図２では、電解質４０が多孔質膜３０と第２電極２０との間に位置すると図示されているが、これは、製造過程を説明するためのものであり、必ずしもこれに限定されるものではなく、電解質４０は、第１電極１０と第２電極２０との間の空間に満たされ、多孔質膜３０の内部に均一に分散されている。

電解質４０は、Ｉ⁻／Ｉ_３ ⁻の酸化、還元により相対電極から電子を受けて染料に伝達する役割を行い、開放回路電圧は、多孔質膜のフェルミエネルギー準位と電解質の酸化、還元準位との差により決定される。

図３では、本発明による染料感応太陽電池の電解液の反応を図示している。通常の染料感応太陽電池では、下記の反応式１のようにＴｉＯ_２膜内の電子が反応に参加して、既存ＴｉＯ_２伝導帯（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｂａｎｄ：ＣＢ）内の電子が減って開放電圧（Ｖ_ｏｃ）が低い。電解液と染料との反応で、一般的なＩ_３ ⁻の還元反応は下記の通りである。

ここで、ｅ⁻ _ｃｂ（ＴｉＯ_２）：ＴｉＯ_２伝導帯（ＣＢ）内の電子
ｋ_ｅｔ［Ｉ_３ ⁻］：ＴｉＯ_２膜表面と電解液反応中のＩ_３ ⁻の還元速度、を示す。

本発明は、電気化学的原理を利用した染料感応太陽電池の電解液に係り、電解液に含まれた非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａは、電解液内のＩ_３ ⁻と反応してＩ⁻の濃度を増加させることによって、ＴｉＯ_２膜内の電子のＩ_３ ⁻との反応を減らし、ＴｉＯ_２膜内の電子を増加させる。すなわち、ＴｉＯ_２膜の伝導帯（ＣＢ）内の電子を増加させて、開放電圧（Ｖ_ｏｃ）を向上させることを特徴とする。本発明の非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａを添加する場合の反応を、下記反応式２に表す。

本発明の一実施形態によれば、本発明の化合物Ａの総含有量は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として３０ないし１，０００重量部が望ましく、３０重量部未満の場合には反応が円滑に進まず、１，０００重量部を超過する場合には、電圧値は増加するが、電流値が減少して効率が減少するので望ましくない。

本発明による非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａには、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）のうち選択された一つ以上の原子を含むヘテロ化合物が望ましい。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族アミン、炭素数１ないし２０のアリールアミン、及び炭素数１ないし２０の複素環アミンから形成される群から選択され、望ましくは、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、トリアゾール、チアゾール、チアジアゾール、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、２−アミノ−ピリミジン、及びその誘導体から形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族硫黄化合物、炭素数１ないし２０のアリール硫黄化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環硫黄化合物から形成される群から選択され、望ましくは、硫化ジメチル、硫化メチルフェニル、チオフェンから形成される群から選択される。

前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族リン化合物、炭素数１ないし２０のアリールリン化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環リン化合物から形成される群から選択される。

前記反応式２から分かるように、化合物ＡがＩ_３ ⁻の濃度を減少させると同時に、ＴｉＯ_２膜内にある電子とＩ_３ ⁻との反応が減少する。したがって、ＴｉＯ_２膜の伝導帯（ＣＢ）内の電子が増加し、開放電圧（Ｖ_ｏｃ）も増加する結果をもたらす。また、Ｉ_３ ⁻の還元反応が増加するので、下記式３で開放電圧（Ｖ_ｏｃ）は増加する。

ここで、ｋ：ボルツマン定数（ｔｈｅ Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）
Ｔ：絶対温度（ｔｈｅ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）
Ｉ_ｉｎｊ：電解液内での電子イオンが占めるフラックス（ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ ｆｌｕｘ）
ｎ_ｃｂ：ＴｉＯ_２表面にある電子の数であって、濃度を意味する。

ｋ_ｅｔ：Ｉ_３ ⁻還元についての速度定数を表す。

電解液でＩ⁻及びＩ_３ ⁻イオンは、ヨウ素塩から生成され、Ｉ⁻及びＩ_３ ⁻イオンは互いに共存しつつ可逆反応を起こす。このようなイオンを生成できる物質には、下記に制限されるものではないが、例えば、ヨウ素化リチウム、ヨウ素化ナトリウム、ヨウ素化カリウム、ヨウ素化マグネシウム、ヨウ素化銅、ヨウ素化ケイ素、ヨウ素化マンガン、ヨウ素化バリウム、ヨウ素化モリブデン、ヨウ素化カルシウム、ヨウ素化鉄、ヨウ素化セシウム、ヨウ素化亜鉛、ヨウ素化水銀、ヨウ素化アンモニウム、ヨウ素化メチル、ヨウ素化メチレン、ヨウ素化エチル、ヨウ素化エチレン、ヨウ素化イソプロピル、ヨウ素化イソブチル、ヨウ素化ベンジル、ヨウ素化ベンゾイル、ヨウ素化アリル及びヨウ素化イミダゾリウムから形成される群から選択される。

前記ヨウ素塩は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として１５０ないし３，０００重量部であることが望ましく、１５０重量部未満の場合には、反応が円滑に行われず、３，０００重量部を超過する場合には、電子流れを妨害して電流値が減少するために望ましくない。

図４の（ｂ）は、本発明の実施形態で行った２−アミノピリミジンを添加した時、開放電圧が増加することを表し、図５の（ｃ）は、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを添加した時、開放電圧が増加することを表している。

図６は、化合物Ａを添加した場合、伝導帯（ＣＢ）内の電子が増加して開放電圧（Ｖ_ｏｃ）も増加することを図示している。

本発明の電解液組成物は、有機溶媒をさらに含むことができ、前記有機溶媒は、これに制限されるものではないが、アセトニトリル（ＡＮ）、エチレングリコール、ブタノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロブタン、テトラヒドロフラン、ｎ−ブチルエーテル、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトンエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ガンマ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン及び３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰ）から形成された群から選択された一つ以上であり、有機溶媒の含有量は、組成物の総含有量を基準として１０ないし９０ｗｔ％であることが望ましい。また有機溶媒は、必ずしも必須的なものではなく、例えば、モールトンソルトン（Ｍｏｕｌｔｏｎ Ｓａｌｔｏｎ）（イミダゾリウム系ヨウ素）のような一部物質は、液状で存在するために、必ずしも溶媒を必要とするのではない。

また本発明は、互いに対向した第１電極及び第２電極、前記第１電極と第２電極との間に介在され、染料が吸着されている多孔質膜、及び前記第１電極と第２電極との間に介在された非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ_２）を含む電解液組成物を含む太陽電池を提供する。

前記第１電極１０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）のうちいずれか一つを含む透明なプラスチック基板、またはガラス基板１１上に、インジウムスズ酸化物、インジウム酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物、硫黄酸化物、フッ素酸化物、及びそれらの混合物のうち少なくとも一つを備えた伝導性フィルム１２がコーティングされたものを使用する。

前記多孔質膜３０は、ｎｍサイズの粒径を持つナノ粒子が均一に分布され、多孔性を維持しつつ表面に適当な粗度を持つように形成される。このような多孔質膜３０には、電子移動を容易にするためにＩＴＯのような導電性微粒子を添加することもあり、または光路を延長させて効率を向上させる目的で光散乱子を添加することもあり、または、導電性微粒子と光散乱子ともを添加することもある。

吸着可能な染料は、Ｒｕ複合体を含んで可視光を吸収できる物質から形成される。Ｒｕ（ルテニウム）は、白金族に属する元素であり、多くの有機金属複合化合物を作りうる元素であり、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、及びＩｒを含む金属の複合体などがＲｕの代わりに使用され、一般的に使われる染料の例には、Ｎ３ｄｙｅ［ｃｉｓ−ｂｉｓ（ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｏ）ｂｉｓ（２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ−４，４’−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌａｔｏ）−ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（ＩＩ）］、またはＮ７１９ｄｙｅ［ｃｉｓ−ｂｉｓ（ｉｓｏｔｈｉｏｃｙａｎａｔｏ）ｂｉｓ（２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ−４，４’−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌａｔｏ）−ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ（ＩＩ）−ｂｉｓｔｅｔｒａｂｕｔｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ］）などがある。

また、多様なカラーの有機色素は、低コストでありながらも、素材が豊富でかつ活用可能性の高い素材として効率を向上させるための検討が活発に進行中である。有機色素には、クマリン、ポルフィリンの一種であるフェオホルバイドａ（ｐｈｅｏｐｈｏｒｂｉｄｅ ａ）などを単独またはＲｕ複合体と混合使用して、長波長の可視光吸収を改善して効率を向上させる。

このような染料の吸着は、染料を溶解させたアルコール溶液に多孔質膜を浸漬させた後、１２時間程度経過すれば自然吸着となる。

前記第２電極２０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）のうちいずれか一つを含む透明なプラスチック基板またはガラス基板２１上に、第１伝導性フィルム２２がコーティングされており、第１伝導性フィルム２２上に、Ｐｔまたは貴金属物質を備えた第２伝導性フィルム２３がコーティングされたものを使用する。Ｐｔは、反射度が優秀なので選好される。

第１電極１０及び第２電極２０は、接着フィルムやその他の商品名“ｓｕｒｌｙｎ（サーリン）”（デュポン社）のような熱可塑性高分子フィルムなどの支持台６０を使用して互いに接合され、これによりその内部が密封される。次いで、第１電極１０及び第２電極２０を貫通する微細ホールを形成し、このホールを通じて両電極間の空間に電解質溶液を注入した後、再びホールの内部を接着剤で埋め込んで密封する。

前記支持台６０以外に、エポキシ樹脂または紫外線（ＵＶ）硬化剤などの接着剤を利用して、第１電極１０と第２電極２０とを直接接合、密封でき、この場合、熱処理またはＵＶ処理後に硬化させることもできる。

本発明による染料感応太陽電池は、先ず、透光性物質から形成された第１電極１０及び第２電極２０を準備した後、第１電極１０の一面上に多孔質膜３０を形成する。次いで、多孔質膜３０に染料５０を吸着させた後、第１電極１０の多孔質膜３０と対向するように第２電極２０を配置させ、多孔質膜３０と第２電極２０との間に、前記非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ_２）を含む電解液組成物４０を埋め込んで密封することで、染料感応太陽電池の製造を完了する。

以下、実施例及び比較例を通じて、本発明をさらに詳細に説明する。これら実施例及び比較例は、本発明を詳細に説明する一例であり、本発明がこれら実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
第１電極１０のＩＴＯから形成された伝導性フィルム１２上に、粒径５〜１５ｎｍ程度サイズのチタン酸化物粒子分散液を、ドクターブレード法を利用して１ｃｍ^２面積に塗布し、４５０℃で３０分間熱処理焼成工程を行って、１０μｍ厚さの多孔質膜３０を製作した。

次いで、８０℃で試片を維持した後、エタノールに溶解された０．３ｍＭＲｕ（４，４’−ｄｉｃａｒｂｏｘｙ−２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）_２（ＮＣＳ）_２染料色素液に浸漬して、染料吸着処理を１２時間以上行った。次いで、染料吸着された多孔質膜３０をエタノールを利用して洗浄し、常温乾燥した。

第２電極２０は、ＩＴＯから形成された第１伝導性フィルム２２上に、スパッタを利用してＰｔから形成された第２伝導性フィルム２３を蒸着し、電解液４０の注入のために０．７５ｍｍ直径のドリルを利用して微細孔を作った。

６０μｍ厚さの熱可塑性高分子フィルムから形成された支持台６０を、多孔質膜３０が形成された第１電極１０と第２電極２０との間に介して、１００℃で９秒圧着させることにより両電極を接合させた。

そして、第２電極２０に形成された微細孔を通じて酸化−還元電解質４０を注入させ、カバーガラス及び熱可塑性高分子フィルムを利用して微細孔を閉塞することにより、染料感応太陽電池を製造した。

この時に利用された酸化−還元電解質４０は、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムヨウ化物１５００ｇ、２−アミノピリミジン３７５ｇ、ＬｉＩ １０４ｇ、及びＩ_２ １００ｇをアセトニトリル溶媒に溶解させたものを利用した。

染料感応太陽電池の効率、開放電圧、短絡電流、密度などを測定するための光源としては、キセノンランプ（Ｏｒｉｅｌ、９１１９３）を使用し、前記キセノンランプの太陽条件は、標準太陽電池を使用して補正した。

評価は、１００ｍＷ／ｃｍ^２強度の光源及びＳｉ標準セルを利用して測定した、電流−電圧曲線からなされた。図４の（ｂ）は、実施例１により製造された太陽電池の電流−電圧曲線を表し、効率４．１１％、開放電圧０．６７７Ｖ、短絡電流１１．０７０ｍＡ／ｃｍ^２、密度５５％を表した。

＜実施例２＞
酸化−還元電解質４０の溶液として、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムヨウ化物１４８９ｇ、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン５３３ｇ、ＬｉＩ １１１ｇ、及びＩ_２ ８０ｇをアセトニトリル溶媒に溶解させて利用したことを除いては、実施例１と同じ方法で実施した。

図５の（ｃ）は、実施例２により製造された染料感応太陽電池の電流−電圧曲線を表し、効率３．５９％、開放電圧０．６９８Ｖ、短絡電流８．１１ｍＡ／ｃｍ^２、密度６３％を表した。

＜比較例１＞
酸化−還元電解質４０の溶液として、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムヨウ化物１５００ｇ、ＬｉＩ １００ｇ及びＩ_２ １００ｇをアセトニトリル溶媒に溶解させて利用したことを除いては、実施例１と同じ方法で実施した。

図４の（ａ）は、比較例１により製造された染料感応太陽電池の電流−電圧曲線を表し、効率３．６０％、開放電圧０．６１４Ｖ、短絡電流１２．５２ｍＡ／ｃｍ^２、密度４８％を表した。

＜比較例２＞
酸化−還元電解質４０の溶液として、１，２−ジメチル−３−ヘキシルイミダゾリウムヨウ化物１４８９ｇ、ＬｉＩ １１１ｇ、及びＩ_２ ８０ｇをアセトニトリル溶媒に溶解させて利用したことを除いては、実施例１と同じ方法で実施した。

図５の（ｄ）は、比較例２により製造された染料感応太陽電池の電流−電圧曲線を表し、効率３．１５％、開放電圧０．６２７Ｖ、短絡電流９．１９ｍＡ／ｃｍ^２、密度５５％を表した。

前記の表１に示すように、実施例１及び実施例２で、電解質溶液に非共有電子対を持つ元素を含有する物質である２−アミノ−ピリミジンまたは４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを添加することによって、通常の電解質溶液のみを使用する比較例１及び比較例２と比較して（具体的には、実施例１は比較例１と比較して、実施例２は比較例２と比較して）、開放電圧が高く、かつ密度及び効率が向上するということが分かった。特に前記太陽電池の開放電圧が、化合物Ａを添加していない通常の電解液組成物を基準として１０ないし４０％増加した。

本発明は、電気化学的原理を利用した染料感応太陽電池の関連技術分野に好適に用いられる。

一般的な染料感応太陽電池の作動原理を示す図面である。 本発明の望ましい実施形態によって製造された染料感応太陽電池を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態による化合物Ａの影響を示す図面であり、電池内での反応を示す図面である。 本発明の実施形態によって製造された染料感応太陽電池の電流−電圧特性結果を示す図面であり、（ａ）は、従来（比較例１）の染料感応太陽電池についての結果を示し、（ｂ）は、実施例１についての結果を示すグラフである。 本発明の実施形態によって製造された染料感応太陽電池の電流−電圧特性結果を示す図面であり、（ｄ）は、従来（比較例２）の染料感応太陽電池についての結果を示し、（ｃ）は、実施例２についての結果を示すグラフである。 本発明の化合物Ａを付加した時、電圧値が上昇する結果を示す概略図である。

符号の説明

１０ 第１電極、
１１、２１ 透明基板、
１２ 伝導性フィルム、
２０ 第２電極、
２２ 第１伝導性フィルム、
２３ 第２伝導性フィルム、
３０ 多孔質膜、
４０ 電解質、
５０ 光感応染料、
６０ 支持台。

Claims (9)

1. 太陽電池の電解液組成物において、非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ_２）を備えた電解液組成物であって、
   前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の複素環アミンのうち、ピリミジン、２−アミノ−ピリミジン及びそれらの誘導体から形成される群から選択されることを特徴とする電解液組成物。
2. 太陽電池の電解液組成物において、非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ _２ ）を備えた電解液組成物であって、
   前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族硫黄化合物、炭素数１ないし２０のアリール硫黄化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環硫黄化合物から形成される群から選択されることを特徴とする電解液組成物。
3. 前記化合物Ａは、硫化ジメチル、硫化メチルフェニル、チオフェン、及びそれらの誘導体から形成される群から選択されることを特徴とする請求項２に記載の電解液組成物。
4. 太陽電池の電解液組成物において、非共有電子対を持つ電子供与化合物Ａ、ヨウ素塩、及びヨウ素（Ｉ _２ ）を備えた電解液組成物であって、
   前記化合物Ａは、炭素数１ないし２０の脂肪族リン化合物、炭素数１ないし２０のアリールリン化合物、及び炭素数１ないし２０の複素環リン化合物から形成される群から選択されることを特徴とする電解液組成物。
5. 前記化合物Ａの含有量は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として３０ないし１，０００重量部であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電解液組成物。
6. 前記ヨウ素塩は、ヨウ素化リチウム、ヨウ素化ナトリウム、ヨウ素化カリウム、ヨウ素化マグネシウム、ヨウ素化銅、ヨウ素化ケイ素、ヨウ素化マンガン、ヨウ素化バリウム、ヨウ素化モリブデン、ヨウ素化カルシウム、ヨウ素化鉄、ヨウ素化セシウム、ヨウ素化亜鉛、ヨウ素化水銀、ヨウ素化アンモニウム、ヨウ素化メチル、ヨウ素化メチレン、ヨウ素化エチル、ヨウ素化エチレン、ヨウ素化イソプロピル、ヨウ素化イソブチル、ヨウ素化ベンジル、ヨウ素化ベンゾイル、ヨウ素化アリル及びヨウ素化イミダゾリウムから形成される群から選択されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電解液組成物。
7. 前記ヨウ素塩は、ヨウ素（Ｉ_２）１００重量部を基準として、１５０ないし３，０００重量部であることを特徴とする請求項６に記載の電解液組成物。
8. 有機溶媒を追加で含み、前記有機溶媒は、アセトニトリル（ＡＮ）、エチレングリコール、ブタノール、イソブチルアルコール、イソペンチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ｎ−ブチルエーテル、プロピルエーテル、イソプロピルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、イソブチルケトン、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ガンマ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン及び３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰ）から形成された群から選択された一つ以上であり、前記有機溶媒の含有量が、全体電解液組成物の含有量を基準として１０ないし９０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電解液組成物。
9. 互いに対向した第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と第２電極との間に介在され、染料が吸着されている多孔質膜と、
   前記第１電極と第２電極との間に介在された請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載の電解液組成物と、を含むことを特徴とする太陽電池。