JP4496013B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Description
本発明は光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池の構造に関する。
1991年にグレッツェルらが発表した色素増感太陽電池は、シリコン半導体のp-n接合による太陽電池とは異なるメカニズムによって作動し、変換効率が高くしかも製造コストが安いという利点があり、この太陽電池は、内部に電解液を封入してあることから、色素増感型太陽電池とも呼ばれる。
図４に、従来の色素増感型太陽電池の例を示す。この色素増感型太陽電池２１は、透明基板２２の上面部に透明導電性膜２３を積層した第１導電性基板部２４を備え、この第１導電性基板部２４の上面部に半導体に増感色素を担持させて形成した色素増感半導体電極２５を形成し、この色素増感半導体電極２５の上方には、基板２６の下面部に導電性膜２７を積層した第２導電性基板部２８を対向して備え、前記色素増感半導体電極２５と前記導電性膜２７の対向面の間に形成された間隙部３０に電解液３１を含ませるとともに、前記間隙部３０の周縁部に樹脂性のシール材３２を塗って封止して形成されている（たとえば、非特許文献１参照）。この色素増感型太陽電池２１において、前記色素増感半導体電極２５は、多孔質な酸化チタン皮膜にルテニウム錯体など太陽光を効率的に吸収することのできる増感色素がコーティングされたものを用い、前記色素増感半導体電極２５に光を当てると、光によって励起された電子が酸化チタンに注入されて電気を流すことができる。そして、このタイプの色素増感型太陽電池は、電子の授受のために電解液が必要であり、一般的にはヨウ素電解液が用いられている。
吉田司、他 ２００２年１２月５日「"レインボーセル"って何？」、［online］、岐阜大学 フィルム型色素太陽電池"レインボーセル"プロジェクト、［平成１６年５月２５日検索］、インターネット、＜URL:http://apchem.gifu-u.ac.jp/~pcl/special/frame1.htm＞
しかしながら、上述の従来の色素増感型太陽電池２１は、電解液３１を封止するために間隙部３０の周縁部にシール材３２として厚い樹脂を塗布して硬化させ、土手を形成しているのみである。そのため、間隙部３０の高さ方向大きさを均一に製造することは難しく、間隙部３０の高さ方向大きさが個々の色素増感型太陽電池２１毎に違ったり、また、１つの色素増感型太陽電池２１においても場所によって間隙部３０の高さ方向大きさが異なることが多い。そのため、個々の色素増感型太陽電池２１ごとに電解液３１の量が異なって性能の再現性が不十分となったり、また、電解液３１を十分に封止できず、色素増感型太陽電池２１を傾けると電解液３１が外部に流動するような事態が生じ易く、安定性が不十分になるという問題がある。
また、色素増感半導体電極２５を形成する多孔質な酸化チタン皮膜は塗布方法や粒径や厚さによって表面に形成される凹凸の形状や大きさが異なり、この色素増感半導体電極２５の凸部が対向面側の導電性基板部２４（または２８）や他方の色素増感半導体電極２５と接触すると、電解液３１を介さないことになり、電子の授受ができなくなったり、発電効率が落ちたり、性能が安定しなくなるという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、２枚の基板部などの対抗面に形成される間隙部の形状、容積や電解液の量を制御でき、また、太陽電池内の電解液の流動を防止または抑制することによって、再現性に優れ、安定した性能を持つ色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池の構造に関するものであり、具体的には、本発明の上記目的は、透明基板の上面部に透明導電性膜を設けた第１導電性基板部と、この第１導電性基板部の上方に配設する、基板の下面部に導電膜を設けた第２導電性基板部と、前記第１導電性基板部の上面部または前記第２導電性基板部の下面部に設けた色素増感半導体電極と、前記色素増感半導体電極とこの色素増感半導体電極に対向する基板部との対向面間に形成された間隙部に封入した電解液とを備えた色素増感型太陽電池において、前記間隙部に前記各対向面において挟持されるギャップ保持材を設けた色素増感型太陽電池によって達成される。
そして、第１導電性基板部側と第２導電性基板部側の対向面間に形成される間隙部にギャップ保持材を設け、このギャップ保持材が間隙部を挟持することにより、間隙部の高さ方向大きさや、間隙部の容積が安定化かつ均一化し、色素増感型太陽電池の起電力や発電効率を高い品質で安定化させて量産することができる。
また、本発明の上記目的は、前記ギャップ保持材の形状は略球状、略円柱状、略角柱状、略角錐状のいずれかである色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材は前記電解液の流動を防止または抑制する形状である色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材の形状はハニカム構造または網目状の略板状である色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材が導電性である色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材は絶縁性である色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材は前記第１導電性基板部側および前記第２導電性基板部側の少なくとも一方の表面に導電性被膜を設けた色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材が前記電解液に対しぬれ性を有する色素増感型太陽電池や、前記ギャップ保持材の高さ方向大きさが、前記間隙部における前記第１導電性基板部側および前記第２導電性基板部側の前記対向面にそれぞれ形成された凹凸の高さ方向大きさよりも大きい色素増感型太陽電池によって一層効果的に達成される。
そして、ギャップ保持材の形状を簡単な形状とすることにより、同一のギャップ保持材を容易に量産でき、また、ギャップ保持材の形状を電解液の流動を防止または抑制する形状とすることにより起電力や発電効率が安定化し、さらに、そのようなギャップ保持材の形状をハニカム構造または網目状の略板状とすることにより同一形状のギャップ保持材を容易に製造することが可能となり、かつギャップ保持材の対向面との接触面積を増大させることができる。また、ギャップ保持材は導電性、非導電性いずれの材質によっても形成できることにより、ギャップ保持材のバリエーションが豊富になり、用途や機能に応じてさまざまなギャップ保持材を用いることが可能となり、さらに、ギャップ保持材の少なくとも一方の表面に導電性皮膜を設けることにより、非導電性の材質でギャップ保持材を形成しても導電性の材料で形成した場合と同様の高い性能を持たせることが可能となり、また、ギャップ保持材が電解液に対しぬれ性を有する性質とすることにより、電解液とギャップ保持材との間に気泡が生じることがなくなって起電力や発電効率の低下を防止でき、また、ギャップ保持材の高さ方向大きさが対向面の凹凸の高さ方向大きさよりも大きいので、対向面同士が接触し電解液を介さないで電子の授受をする事態が生ずることがない。
本発明にかかる色素増感型太陽電池は、ギャップ保持材により電解液の量が安定し、かつ電解液を介さずに電子の授受をする事態が生ずることがないので、発電効率が向上し、個々の色素増感型太陽電池間での個体差が生じにくくなって性能の再現性が良好になる。また、ギャップ保持材をハニカム構造や網目構造にして電解液の流動を防止または抑制することにより、個々の色素増感型太陽電池同士の個体差が一層生じにくくなり、性能の再現性が一層良好になる。
以下、本発明にかかる色素増感型太陽電池を実施するための一の形態を図面を用いて説明する。
図１に示すのは、本発明にかかる色素増感型太陽電池の概略断面図である。この色素増感型太陽電池１において、第１導電性基板部２を形成する透明基板３は透明体によって板状に形成されており、太陽光などの光を透過する。ここで、前記透明基板３を形成する透明体としてはたとえば透明ガラスが考えられるが、これに限定されるものではなく、透明プラスチックのような樹脂などでもよい。
そして、前記透明基板３の上面部には透明導電性膜４が設けられ、前記透明基板３の上面部を覆っている。この透明導電性膜４は、ＩＴＯ（錫含有酸化インジュウム）、酸化錫、酸化亜鉛などの材質によって薄膜状に形成されるが、これらの材質に限定されるものではなく、透過率を低下させない程度の膜厚の白金やメタル、又は炭素膜などの材質により形成することもできる。
また、前記透明導電性膜４の上面部には、色素増感半導体電極５が設けられている。この色素増感半導体電極５は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム等などの材質により形成されるが、これらに限定されるものではなく、他のさまざまな半導体によっても形成することができる。
一方、前記色素増感型太陽電池１において、第２導電性基板部６を形成する基板７は、各種の材料により板状に形成されている。そして、前記基板７は通常は不透明な材質によって形成するが、前記透明基板３と同様に透明で光を透過する材質によって形成してもよい。
また、前記基板７の下面部には導電性膜８が設けられ、前記基板７の下面部を覆っている。この導電性膜８は、チタン、タンタル、ニオブまたはジルコニウムなど各種の導電性材料によって薄膜状に形成されるが、これらに限定されるものではなく、たとえば白金やメタル、又は炭素膜などの材質により形成してもよく、さらに、前記透明導電性膜４と同様にＩＴＯ（錫含有酸化インジュウム）、酸化錫、酸化亜鉛などの透明な材質によって形成してもよい。
そして、前記色素増感半導体電極５の上面部の大半部分と前記導電性膜８の下面部の大半部分とは対向して対向面をそれぞれ形成し、これらの各対向面の間には間隙部１０が形成される。なお、この対向面はいずれか一方または双方を前記色素増感半導体電極５の上面部や前記導電性膜８の下面部の全面にわたって形成してもよい。
また、前記間隙部１０には電解液１１が充填されている。前記電解液１１は、従来の色素増感型太陽電池２１においても電解液３１として一般に用いられているヨウ素溶液を用いるが、これに限定されず、電解液としての機能を果たし、間隙部１０において充填できるものであれば、いかなる液体を用いてもよい。また、前記間隙部１０よりも外部にも電解液１１の充填部を設けてもよい。ただしこの場合、前記電解液１１の充填部分は前記電解液１１が流動しない材料および形状にて形成することが望ましい。
そして、前記間隙部１０の周縁部はシール材（図示せず）によって囲繞され前記電解液１１が前記間隙部１０に封入された状態となっている。このシール材（図示せず）は、前記電解液１１を前記間隙部１０に封止でき容易に加熱融解する材料を前記間隙部１０の周縁部に塗布して形成するが、これに限定されず、前記電解液１１を前記間隙部１０に封止できる材料や部材であればいかなるものでもよい。
さらに、前記間隙部１０においては、ギャップ保持材１２が前記色素増感半導体電極５の上面部と前記導電性膜８の下面部との間に挟持されて設けられている。前記ギャップ保持材１２を形成する材質は、たとえばステンレスやアルミニウムやニッケル等の金属性の導電性材料のものが挙げられ、あるいは、たとえばガラス、アルミナ等のセラミックス、ナイロンやポリイミド等の高分子からなる絶縁材料の片側の表面に白金やカーボンやアルミニウムやニッケル等の金属を蒸着やメッキ法で被覆して導電性皮膜を形成したものも挙げられる。さらに、前記ギャップ保持材１２は、使用する電解液に対し、溶解せず、また、ぬれ性を有する材質であればよい。
このようにギャップ保持材１２は導電性、非導電性いずれの材質によっても形成できることにより、ギャップ保持材１２のバリエーションが豊富になり、用途や機能に応じてさまざまなギャップ保持材１２を用いることが可能となる。ただし、前記色素増感型太陽電池１の起電力や発電効率など性能面においては、導電性の材料により前記ギャップ保持材１２を形成した方が良好なものとなる。さらに、ギャップ保持材１２が電解液１１に対しぬれ性を有するので、電解液１１とギャップ保持材１２との間に気泡が生じることがなくなって色素増感型太陽電池１の起電力や発電効率が低下する事態を防止できる。
そして、前記ギャップ保持材１２の形状は、たとえば図３（ａ）に示すような略球状や、 図３（ｂ）に示すような略角柱状や、または略円柱状（図示せず）や略角錐状（図示せず）など、製造が容易で、複数個を前記間隙部１０に配設して前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持できる形状に形成する。この場合、それぞれの前記ギャップ保持材１２の材質は、導電性の材料であるならばアルミニウムなど、また、非導電性の材料ならばガラスや樹脂など、同一形状を複数作製しやすいものを用いる。具体的には、たとえば非導電性の材料によって図３（ｂ）に示すような角柱状の前記ギャップ保持材１２を作製する場合には、通常市販されている板ガラス（たとえば日本電気硝子社製の板厚0．7mmのOA１０等の無アルカリガラスや、青板など）をガラス切で適当な大きさに切断して作製したり、また、非導電性の材料によって円柱状のギャップ保持材（図示せず）を作製する場合には、同様に通常市販されているガラスファイバーを高さ方向大きさが0．7mm程度の適当な大きさに切断して作製することが考えられる。そして、前記ギャップ保持材１２は、前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持するのに十分な間隔を置いて前記間隙部１０に配設する。具体的には、図３（ａ）（ｂ）に示すように、前記ギャップ保持材１２同士の間隔をそれぞれのギャップ保持材１２の直径や一辺の長さに略等しく均等な間隔（たとえば図３（ａ）に示すギャップ保持材１２の直径が０．７mmであれば０．７程度の間隔、また、図３（ｂ）に示すギャップ保持材１２の一辺の長さが０．７mmであれば０．７程度の間隔）とすることが望ましいが、前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持できる間隔であるならばこれよりも広くても狭くてもよいし、不均等な配列であってもよい。また、前記ギャップ保持材１２が図３（ｂ）に示すような略角柱状や略円柱状（図示せず）である場合には、端面が前記対向面の方向を向いた形状で揃っていることが望ましいが、前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持できるならば前記ギャップ保持材１２のうち一部または全部は前記端面が前記対向面の方向を向いていなくてもよい。
また、それぞれの前記ギャップ保持材１２の形状は前述の形状のうち一のものに統一されていてもよいし、複数の形状が混合していてもよく、さらに、複数個を配設して前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持できる形状であるならば前述の形状以外の形状であってもよい。
そして、このようにギャップ保持材１２の形状を簡単な形状とすることにより、同一のギャップ保持材１２を容易に量産することが可能になる。
また、前記ギャップ保持材１２の形状は、図３（ｃ）に示すように、略板状であってハニカム構造や網目状など多数の孔部を有する形状であってもよい。そして、前記ギャップ保持材１２をハニカム構造や網目状の略板状とすることによって、前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持しつつ前記間隙部１０に封止した前記電解液１１の流動を防止または抑制することができる。この場合も、前記ギャップ保持材１２の材質は導電性であっても非導電性であってもよく、導電性の材料であるならばアルミニウムなど、また、非導電性の材料ならばナイロンなどを用いる。具体的には、たとえば導電性の材料においては市販のステンレスメッシュの400番とか200番などを用い、非導電性の材料においてはナイロン生地を用いることが考えられる。そして、後者の非導電性材料によって作製したギャップ保持材１２は、一方の表面に導電性材料を蒸着するなどの方法によって導電性被膜を設けることも考えられる。さらに、前記ギャップ保持材１２は、前記間隙部１０の高さ方向大きさを一定に維持しつつ前記電解液１１の流動を防止または抑制できる形状であれば、ハニカム構造や網目状以外の、多数の孔部を有する略板状であってもよい。
そして、ギャップ保持材１２の形状をハニカム構造または網目状の略板状とすることにより、同一形状のギャップ保持材１２を容易に製造することが可能となり、かつギャップ保持材１２の対向面との接触面積を増大させることができる。また、このようなギャップ保持材１２の形状は電解液１１の流動を防止または抑制する形状であり、これにより色素増感型太陽電池１の起電力や発電効率が安定化する。
また、前記ギャップ保持材１２の高さ方向大きさは、前記間隙部１０において前記対向面を形成する色素増感半導体電極５の上面部および前記導電性膜８の下面部にそれぞれ形成された凹凸の高さ方向大きさよりも大きければよく、一般的には数μｍから１ｍｍ程度に形成し、また、より好ましくは数十μｍから数百μｍ程度に形成する。
このように、ギャップ保持材１２の高さ方向大きさが対向面の凹凸の高さ方向大きさよりも大きくすることにより、対向面同士が接触して電解液１１を介さないで電子の授受をする事態が生ずることがなくなる。
そして、色素増感半導体電極５と導電性膜８の各対向面の間に形成される間隙部１０にギャップ保持材１２を設け、このギャップ保持材１２が間隙部１０に挟持されることにより、間隙部１０の高さ方向大きさや、間隙部１０の容積が安定化かつ均一化し、色素増感型太陽電池１の起電力や発電効率を高い品質で安定化させ量産することが可能となる。
次に、本発明の実施形態の色素増感型太陽電池の製造方法を図２を用いて説明する。
まず、基板７として、板状のチタン、タンタル、ニオブまたはジルコニウム、カーボン等を用意する。もしくは、ガラス基板またはプラスチック基板あるいはセラミックス基板を基板７としてもよい。そして、この基板７の表面部にITO,SnO2,Pt,カーボン等の導電性膜８を真空蒸着法により薄膜状に形成して第２導電性基板部６を設ける（工程１）。
次に、透明基板３として透明なガラス基板又はプラスチック基板を用意し、この透明基板３の表面部にＩＴＯ（錫含有酸化インジュウム）、酸化錫、酸化亜鉛等を付着させ、もしくは光の透過率を低下させない程度の膜厚の白金等のメタル又は炭素膜等を付着させて透明導電性膜４を形成し、第１導電性基板部２を設ける（工程２）。なお、このときの前記透明導電性膜４の表面部に形成された凹凸を、αステップ等によって測定する（工程３）。
次に、前記第１導電性基板部２の透明導電性膜４および前記第２導電性基板部６の導電性膜８のうち少なくとも一方の表面部（本形態においては第１導電性基板部２において）に酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム等の金属酸化物微粒子と少量の有機高分子を含有するコロイド溶液を印刷法等で塗布し、自然乾燥させ（工程４）、その後、500℃の高温化で加熱処理して有機高分子を揮発させて表面に微細な細孔を形成し、多孔質の金属酸化膜を設ける（工程５）。なお、ここで前記金属酸化膜の表面の凹凸を工程３と同様に測定する（工程６）。そして、このように形成した前記金属酸化膜を増感色素の溶液に浸漬して表面に増感色素を吸着させ、色素増感半導体電極５を形成する（工程７）。
次に、前記色素増感半導体電極５の表面部、または他方の基板部（本形態においては第２導電性基板部６）の表面に設けられた導電性膜（本形態においては導電性膜８）の表面部のいずれか一方の上部に、ステンレス製の網目状あるいはハニカム構造のギャップ保持材１２を設ける（工程８）。なお、本形態においては前記色素増感半導体電極５の表面部に設けるものとする。前記ギャップ保持材１２は、前記工程３および前記工程６において測定した凹凸の総和よりも高さ方向大きさの大きい（本形態においては厚い）ものを用いる。
次に、前記ギャップ保持材１２を設けた前記色素増感半導体電極５の表面部には電解液１１を滴下させ（工程９）、前記色素増感半導体電極５の表面部と前記第２導電性基板部６の前記導電性膜８の表面部とを対向させて重ね合わせる（工程１０）。この状態で、前記色素増感半導体電極５と前記導電性膜８とは前記ギャップ保持材１２を挟持して対向し、各対向面の間には間隙部１０が形成される。
次に、前記間隙部１０の周縁部にはシールディスペンサーなどのシール材（図示せず）を加熱融解して塗布し、前記間隙部１０に電解液１１を封止する（工程１１）。以上の工程によって、色素増感型太陽電池１が完成する。
［実施例１］
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第１実施例として、色素増感型太陽電池１を以下の様な手順で作製した。まず、大きさが２×３ｃｍ、厚さ２．８ｍｍのガラス基板を２枚用意し、一方のガラス基板を基板７としこの基板７の表面部にカーボン膜をイオンビームアシスト蒸着法で100nmを形成して導電性膜８を設けた第２導電性基板部６を形成し、他方のガラス基板を透明基板３としこの透明基板３の表面部にITO膜をスパッタ法で200nm形成して透明導電性膜４を設けた第１導電性基板部２を形成した。前記導電性膜８および前記透明導電性膜４の表面部には凹凸はほとんどなく、高さ方向大きさは１μｍ以下であった。
次に、第１導電性基板部２における透明導電性膜４の表面部にテープ等でマスキングし塗布した後、粒径約20nmの光触媒用酸化チタンを水とポリエチレングリコール、硝酸を加えよく混ぜペースト状にし、印刷した。
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第１実施例として、色素増感型太陽電池１を以下の様な手順で作製した。まず、大きさが２×３ｃｍ、厚さ２．８ｍｍのガラス基板を２枚用意し、一方のガラス基板を基板７としこの基板７の表面部にカーボン膜をイオンビームアシスト蒸着法で100nmを形成して導電性膜８を設けた第２導電性基板部６を形成し、他方のガラス基板を透明基板３としこの透明基板３の表面部にITO膜をスパッタ法で200nm形成して透明導電性膜４を設けた第１導電性基板部２を形成した。前記導電性膜８および前記透明導電性膜４の表面部には凹凸はほとんどなく、高さ方向大きさは１μｍ以下であった。
次に、第１導電性基板部２における透明導電性膜４の表面部にテープ等でマスキングし塗布した後、粒径約20nmの光触媒用酸化チタンを水とポリエチレングリコール、硝酸を加えよく混ぜペースト状にし、印刷した。
次に、大気中５００℃で３０分間加熱処理し、冷却し、金属酸化膜としてのチタニア膜を形成した平均厚さのチタニア膜とした。
このチタニア膜は、高さ方向大きさ（厚さ）の平均は10μm程度であるが、場所によってはこの高さ方向の凹凸の大きさが３0μｍ程度のところもあった。これにより、ギャップ保持材１２は３０μｍ以上の高さ方向大きさ（厚さ）を有するものを選択した。
さらに、前記金属酸化膜をルテニウム錯体のエタノール溶液に浸漬した。その結果、前記金属参加膜の皮膜を構成する酸化チタン微粒子上に、増感色素であるルテニウム錯体を吸着しかつコ−ティングした色素増感半導体電極５を形成した。
次に、前記第２導電性基板部６において、前記導電性膜８の表面部に、ギャップ保持材１２として、図３（ａ）に示すΦ50μｍの球状のステンレス製スペーサを洗浄し水分を過熱除去した後に設置し、さらに前記導電性膜８の表面部に電解液１１としてのヨウ素電解液を滴下した。
さらに、前記色素増感半導体電極５の表面部にも前記電解液１１としてのヨウ素電解液をしみ込ませた。このヨウ素電解液としては、テトラプロピルアンモニウムヨージドとヨウ素を炭酸エチレンとアセトニトリルの混合溶液に溶解したものを用いた。
次に、前記導電性膜８の表面部に球状のスペーサを設置し、前記第２導電性基板部６の前記導電性膜８の表面部と、前記第１導電性基板部２の前記色素増感半導体電極５の表面部とを、前記ギャップ保持材１２を挟持して対向させ、各対向面の間に間隙部１０を形成して重ね合わせた。
さらに、前記間隙部１０の周縁部にシール材（図示せず）をシールディスペンサーにて塗布し前記電解液１１を前記間隙部１０に封止し、色素増感型太陽電池１を１セル作製した。
この色素増感型太陽電池１のセルに５００Ｗのキセノンランプを照射して起電力を測定したところ、１ｃｍ2あたりの短絡電流は約６ｍＡ、開放電圧は０.５７Ｖであった。
［実施例２］
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第２実施例として、前記ギャップ保持材１２として図３（ｃ）に示すようなステンレス製の400メッシュの網目状の厚さ６０μｍ程度のものを用いて電解液１１の流動を防止または抑制した。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を1セル作製した。
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第２実施例として、前記ギャップ保持材１２として図３（ｃ）に示すようなステンレス製の400メッシュの網目状の厚さ６０μｍ程度のものを用いて電解液１１の流動を防止または抑制した。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を1セル作製した。
この色素増感型太陽電池１のセルに５００Ｗのキセノンランプを照射して起電力を測定したところ、１ｃｍ2あたりの短絡電流は約８ｍＡ、開放電圧は０.５９Ｖであった。
［実施例３］
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第３実施例として、前記ギャップ保持材１２として図３（ｃ）に示すような厚さ100μｍのステンレス製の100μｍピッチのハニカム構造のものを用いた。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を１セル作製した。
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第３実施例として、前記ギャップ保持材１２として図３（ｃ）に示すような厚さ100μｍのステンレス製の100μｍピッチのハニカム構造のものを用いた。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を１セル作製した。
この色素増感型太陽電池１のセルに５００Ｗのキセノンランプを照射して起電力を測定したところ、１ｃｍ2あたりの短絡電流は約８ｍＡ、開放電圧は０.５９Ｖであった。
［実施例４］
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第４実施例として、前記ギャップ保持材１２として厚さ100μm程度のナイロン製の繊維からなるメッシュを用いたものを用いた。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を１セル作製した。
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第４実施例として、前記ギャップ保持材１２として厚さ100μm程度のナイロン製の繊維からなるメッシュを用いたものを用いた。そして、それ以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池１を１セル作製した。
この色素増感型太陽電池１のセルに５００Ｗのキセノンランプを照射して起電力を測定したところ、１ｃｍ2あたりの短絡電流は約６〜７ｍＡ、開放電圧は０.５８〜０.５９Ｖであった。
［実施例５］
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第５実施例として、前記ギャップ保持材１２として、実施例４と同じく厚さ100μｍ程度のナイロン製の繊維からなるメッシュの片側に、イオンビームアシスト蒸着法によって10nm程度のＰｔを被膜したものを用いた。そして、それ以外は実施例４と同様にして色素増感型太陽電池１を１０セル作製した。
本発明にかかる色素増感型太陽電池の第５実施例として、前記ギャップ保持材１２として、実施例４と同じく厚さ100μｍ程度のナイロン製の繊維からなるメッシュの片側に、イオンビームアシスト蒸着法によって10nm程度のＰｔを被膜したものを用いた。そして、それ以外は実施例４と同様にして色素増感型太陽電池１を１０セル作製した。
これらの色素増感型太陽電池１のセルに５００Ｗのキセノンランプを照射してそれぞれの起電力を測定したところ、１０セルとも１ｃｍ2あたりの短絡電流は約８ｍＡ、開放電圧は０.５９Ｖであった。
［比較例１］
比較例として、前記ギャップ保持材１２を用いない以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池を作製した。なお本比較例にかかる色素増感型太陽電池も１０セル作製した。
比較例として、前記ギャップ保持材１２を用いない以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池を作製した。なお本比較例にかかる色素増感型太陽電池も１０セル作製した。
そして、この比較例１にて作製した色素増感型太陽電池に５００Ｗのキセノンランプを照射してそれぞれの起電力を測定したところ、それぞれのセルの１ｃｍ2あたりの短絡電流は約４〜７ｍＡ、開放電圧は０.５７〜０.５９Ｖであった。
以上により、本発明にかかる色素増感型太陽電池１は性能に優れ、かつ、個体差が生じにくくなって良好な性能の再現性が得られることが確認できた。また、実施例１ないし実施例５の結果より、ギャップ保持材１２を導電性材料および非導電性材料のいずれにより作製しても、色素増感型太陽電池１は電池の機能を奏することが確認できた。さらに、実施例４および実施例５の結果より、ギャップ保持材１２を非導電性の材料にて作製した場合、少なくとも一方の表面に導電性皮膜を設けると、設けない場合に比べ、色素増感型太陽電池１はより高い機能を奏することが確認できた。
１ 色素増感型太陽電池
２ 第１導電性基板部
３ 透明基板
４ 透明導電性膜
５ 色素増感半導体電極
６ 第２導電性基板部
７ 基板
８ 導電性膜
１０ 間隙部
１１ 電解液
１２ ギャップ保持材
２１ 色素増感型太陽電池
２２ 透明基板
２３ 透明導電性膜
２４ 第１導電性基板部
２５ 色素増感半導体電極
２６ 基板
２７ 導電性膜
２８ 第２導電性基板部
３０ 間隙部
３１ 電解液
２ 第１導電性基板部
３ 透明基板
４ 透明導電性膜
５ 色素増感半導体電極
６ 第２導電性基板部
７ 基板
８ 導電性膜
１０ 間隙部
１１ 電解液
１２ ギャップ保持材
２１ 色素増感型太陽電池
２２ 透明基板
２３ 透明導電性膜
２４ 第１導電性基板部
２５ 色素増感半導体電極
２６ 基板
２７ 導電性膜
２８ 第２導電性基板部
３０ 間隙部
３１ 電解液
Claims (12)
- 透明基板の上面部に透明導電性膜を設けた第１導電性基板部と、
この第１導電性基板部の上方に配設する、基板の下面部に導電膜を設けた第２導電性基板部と、
前記第１導電性基板部の上面部または前記第２導電性基板部の下面部に設けた色素増感半導体電極と、
前記色素増感半導体電極とこの色素増感半導体電極に対向する基板部との対向面間に形成された間隙部に封入した電解液と
を備えた色素増感型太陽電池において、
前記間隙部に前記各対向面において挟持される導電性のギャップ保持材を設けた
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 前記ギャップ保持材の形状は略球状、略円柱状、略角柱状、略角錐状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材は前記電解液の流動を防止または抑制する形状であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材の形状はハニカム構造または網目状の略板状であることを特徴とする請求項３に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材が前記電解液に対しぬれ性を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材の高さ方向大きさが、前記間隙部における前記第１導電性基板部側および前記第２導電性基板部側の前記対向面にそれぞれ形成された凹凸の高さ方向大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
- 透明基板の上面部に透明導電性膜を設けた第１導電性基板部と、
この第１導電性基板部の上方に配設する、基板の下面部に導電膜を設けた第２導電性基板部と、
前記第１導電性基板部の上面部または前記第２導電性基板部の下面部に設けた色素増感半導体電極と、
前記色素増感半導体電極とこの色素増感半導体電極に対向する基板部との対向面間に形成された間隙部に封入した電解液と
を備えた色素増感型太陽電池において、
前記間隙部に前記各対向面において挟持される絶縁性のギャップ保持材を設け、前記ギャップ保持材は前記第１導電性基板部側および前記第２導電性基板部側の少なくとも一方の表面に導電性被膜を設けた
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 前記ギャップ保持材の形状は略球状、略円柱状、略角柱状、略角錐状のいずれかであることを特徴とする請求項７に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材は前記電解液の流動を防止または抑制する形状であることを特徴とする請求項８に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材の形状はハニカム構造または網目状の略板状であることを特徴とする請求項９に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材が前記電解液に対しぬれ性を有することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ギャップ保持材の高さ方向大きさが、前記間隙部における前記第１導電性基板部側および前記第２導電性基板部側の前記対向面にそれぞれ形成された凹凸の高さ方向大きさよりも大きいことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
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