JP4595076B2 - 色素増感型太陽電池の再生方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色素増感型太陽電池の再生方法に関するものであり、とくに、色素増感型太陽電池の寿命を長くして色素増感型太陽電池の発電コストを引き下げることができる色素増感型太陽電池の再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｇｒａｅｔｚｅｌ型太陽電池などの色素増感型太陽電池は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極と対向電極とを、本体内に電解質を介して対向配置させてなるものであり、液体または擬液体状で電解質を含む電解液が本体内に封止された構造となっている。このような色素増感型太陽電池は、シリコン、ＧａＡｓ等を用いた従来の太陽電池と比べて、発電コストが安くなると試算されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、以下に述べる理由により、色素増感型太陽電池の発電コストを安くすることは困難となっている。
色素増感型太陽電池は、本体内に封止されている電解液を完全に封止することが非常に難しい。このため、使用時間の経過に伴って蒸発や液漏れ等により電解液が減少してしまう。そして、電解液の減少により電解液がなくなった気泡部分では、急激な色素の分解が生じて、太陽電池としての性能が劣化してしまう。また、電解液や色素の自然劣化によりガスが発生し、本体内の圧力が増加して、本体の破損や液漏れを引き起こす場合があった。これらのことにより、色素増感型太陽電池の長期使用は困難となっている。したがって、色素増感型太陽電池の寿命は短く、色素増感型太陽電池の発電コストを引き上げる原因となっていた。
【０００４】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、色素増感型太陽電池の寿命を長くして色素増感型太陽電池の発電コストを引き下げることができる色素増感型太陽電池の再生方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極を有する色素増感型太陽電池において、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液で前記酸化物半導体電極を洗浄する洗浄工程を行った後に、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程を行うことを特徴とする。
このような色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく色素増感型太陽電池を再生することができる。そして、色素増感型太陽電池を再生することにより、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【０００６】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記色素増感型太陽電池は、液体成分の出し入れ口を有する本体内に、前記酸化物半導体電極が備えられたものであり、前記洗浄工程を、前記出し入れ口を介して前記洗浄液を出し入れすることにより行い、前記色素吸着工程を、前記出し入れ口を介して色素を含んだ溶媒を出し入れすることにより行うことを特徴とする再生方法であってもよい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法によれば、前記洗浄液や色素を含んだ溶媒を前記出し入れ口を介して出し入れすることにより、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行って、色素を交換することができるので、色素増感型太陽電池そのものを分解、交換することなく、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。したがって、容易に色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストをより一層大幅に引き下げることができる。
【０００７】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記酸性の水溶液が、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸の水溶液から選ばれる少なくとも１つのうち少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記塩基性の水溶液が、アンモニア、ピリジン、周期表１Ａ族、２Ａ族の金属の水酸化物の水溶液から選ばれる少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される電解質および色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記有機溶媒が、ニトリル、アルコール、カーボネート、ハロゲン化炭化水素類から選ばれる少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される電解質および色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
「第１の実施形態」
第１の実施形態においては、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の一例として、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄することにより、酸化物半導体電極から交換前の色素を除去した後、色素の再吸着を行う再生方法について説明する。
第１の実施形態における色素増感型太陽電池の再生方法では、図１に示すように、まず、色素増感型太陽電池を分解［Ｓ１］して、本体内から電解液を取り出し［Ｓ２］、酸化物半導体電極を溶媒で洗浄して電解質を除去する第１洗浄工程を行う［Ｓ３］。ここで使用される溶媒としては、電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、エタノール、メタノール、水等が好ましく用いられる。
【００１３】
次に、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄して、酸化物半導体電極から剥離した色素や酸化物半導体電極に吸着している色素を除去する第２洗浄工程（本発明の特許請求の範囲における「洗浄工程」）を行う［Ｓ４］。このとき、上述した有機溶媒による洗浄［Ｓ３］後の酸化物半導体電極に、電解質が残っている場合には、この電解質も色素と一緒に除去される。ここで使用される洗浄液としては、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液が使用される。
【００１４】
洗浄液に使用される有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、ニトリル、アルコール、カーボネート、ハロゲン化炭化水素類であることが好ましい。これらの有機溶媒は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。ニトリルとしては、例えば、アセトニトリル等が用いられ、アルコールとしては、例えば、エタノール、メタノール等が好ましく用いられ、カーボネートとしては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル等が用いられ、ハロゲン化炭化水素類としては、例えば、塩化メチル、クロロフォルム等が用いられる。
【００１５】
また、洗浄液に使用される酸性の水溶液としては、特に限定されるものではないが、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸の水溶液であることが好ましい。また、これら酸性の水溶液は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。
【００１６】
さらに、洗浄液に使用される塩基性の水溶液としては、アンモニア、ピリジン、周期表１Ａ族、２Ａ族の金属の水酸化物の水溶液であることが好ましい。これらの塩基性の水溶液は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。また、加水分解酵素を用いてもよい。ここでの周期表１Ａ族の金属のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋが好ましく、周期表２Ａ族の金属のうち、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒが好ましい。
【００１７】
洗浄液を用いた洗浄は、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる１つからなる洗浄液を別々に用いて何度も洗浄したり、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる２あるいは３つを混合した洗浄液を用いて何度も洗浄する方法などにより行われる。また、ここでの洗浄液による洗浄では、洗浄効果を高めるために、酸化物半導体電極を損傷しない範囲で、溶媒の沸点程度に加熱して行っても良い。また、電位をかけることにより色素の脱離を促進しても良い。
【００１８】
続いて、酸化物半導体電極を溶媒で洗浄して付着している第２洗浄工程の洗浄液を除去する第３洗浄工程［Ｓ５］を行う。ここで使用される溶媒は、第２洗浄工程の洗浄液成分を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、アルコール、ニトリルなどが好適に用いられる。
その後、酸化物半導体電極に吸着している水分を除去する乾燥工程［Ｓ６］を行う。酸化物半導体電極の乾燥には、ホットガン、ホットプレート、電気炉などにより酸化物半導体電極を５０℃〜６００℃に加熱する方法が望ましい。
ただし、第３洗浄工程［Ｓ５］において、洗浄液に水を使用しない場合には、乾燥工程［Ｓ６］を省略してもよい。
【００１９】
続いて、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ７］を行う。再吸着の方法としては、洗浄により除去した色素を吸着させた際に用いた方法と同様の方法などにより行うことができ、例えば、溶媒中に溶解した色素を、酸化物半導体電極に接触させる方法などにより行うことができる。また、再吸着させる色素は、洗浄により除去した色素と同じ種類のものでもよいし、異なる種類のものでもかまわない。
その後、色素増感型太陽電池を組み立て［Ｓ８］て、本体内に新しい電解液を注入する［Ｓ９］ことにより、色素増感型太陽電池が再生される。
【００２０】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄する第２洗浄工程［Ｓ４］と前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ７］とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく、色素増感型太陽電池を再生することができる。そして、色素増感型太陽電池を再生することにより、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【００２１】
また、第２洗浄工程［Ｓ４］で用いる洗浄液として、有機溶媒を用いることにより、酸化物半導体電極から剥離した色素を除去することができる。
また、色素は、エステル結合やイオン結合などにより酸化物半導体表面と結合していることが多い。このため、洗浄液として、酸性の水溶液または塩基性の水溶液を用いたり、酸性の水溶液または塩基性の水溶液と上述した有機溶媒とを混合したものを用いることにより、酸化物半導体電極に吸着している色素をも除去することができ、酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。
さらに、上記の洗浄液は、酸化物半導体電極に悪影響を与えることがない。
【００２２】
「第２の実施形態」
本発明の第２の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、図２に示すように、第１の実施形態における第２洗浄工程［Ｓ４］の代わりに、酸化物半導体電極に紫外線を照射する工程［Ｓ１０］を有するところである。
酸化物半導体電極表面に紫外線を照射する工程［Ｓ１０］において、色素は、前記酸化物半導体電極を構成する酸化物半導体が光触媒と同様に働くことによって得られる酸化力により分解される。このとき、分解を促進するために、電位をかけたり、過酸化水素など酸化剤を添加したりしてもよい。
とくに、この色素増感型太陽電池の再生方法は、酸化物半導体がＴｉＯ2やＴａ2Ｏ5などの光触媒と同様に働き、紫外線の照射により強力な酸化力が得られる材質からなるものである場合には非常に有効である。
【００２３】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、酸化物半導体電極に紫外線を照射するため、酸化物半導体が光触媒と同様に働いて色素を分解することができる。そして、分解後に第３洗浄工程を行うことにより、交換前の色素をより一層効果的に除去することができ、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される色素の割合が増加し、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００２４】
「第３の実施形態」
本発明の第３の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、図３に示すように、第１の実施形態における第２洗浄工程［Ｓ４］の代わりに、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を有するところである。
酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］において、色素や前記酸化物半導体電極表面に残留している電解質は、蒸発・昇華あるいは分解される。この加熱は、気相条件下で行われる。また、加熱を酸素存在下で行うことにより色素を酸化分解させたり、加熱を行う際に水素を用いることにより還元的に色素を分解させたりしてもよい。
【００２５】
加熱温度は、１００℃〜６００℃程度とするのが好ましい。加熱温度が１００℃未満である場合、加熱することによって得られる色素や電解質を蒸発・昇華あるいは分解させる効果が十分に得られないおそれがあるので好ましくない。一方、６００℃を超える加熱温度とした場合、酸化物半導体電極の性能が劣化するおそれがあるので好ましくない。
【００２６】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、前記酸化物半導体電極を１００℃〜６００℃の温度で加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行うので、交換前の色素や酸化物半導体電極に残留している交換前の電解質を蒸発・昇華あるいは分解させて除去することができる。さらに、加熱工程を行った後に第３洗浄工程［Ｓ５］を行うので、加熱工程後の酸化物半導体電極に、交換前の色素や電解質の残さなどが残っていたとしても、第３洗浄工程を行うことにより除去することができる。このように、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。したがって、交換される色素および電解質の割合が増加し、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００２７】
上記の第３の実施形態においては、図３に示すように、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行った後に、第３洗浄工程［Ｓ５］を行う色素増感型太陽電池の再生方法としたが、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行う場合、第３洗浄工程［Ｓ５］および乾燥工程［Ｓ６］を行わなくてもよい。
この場合、上記の第３の実施形態に示した色素増感型太陽電池の再生方法と比較して、工程を簡略化することができ、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
【００２８】
「第４の実施形態」
本発明の第４の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、色素増感型太陽電池が、図４に示すように、液体成分の出し入れ口を有する本体内に、前記酸化物半導体電極が備えられたものであり、色素増感型太陽電池を再生するためのすべての工程を、前記出し入れ口を介して液体成分を出し入れすることにより行うところである。
【００２９】
図４は、色素増感型太陽電池の一例を示した図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図４において、符号１は、本体を示している。前記本体１内には、導電性ガラス基板２の上に酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極３と、酸化物半導体電極３と対向配置された対向電極４と、液体または擬液体状で電解質を含む電解液５とが備えられている。また、本体１の４隅のうち３カ所には、液体成分の出し入れが可能な出し入れ口８が設けられている。また、図４において、符号６および符号７は、電解液を貯留するための電解液貯留部を示している。
【００３０】
このような色素増感型太陽電池を再生するには、図５に示すように、まず、出し入れ口８を介して、本体１内から電解液５を取り出し［Ｓ１２］、前記出し入れ口８を介して液体成分を出し入れすることにより、酸化物半導体電極３を溶媒で洗浄して電解質を除去する第１洗浄工程［Ｓ１３］、酸化物半導体電極３を洗浄液で洗浄して、酸化物半導体電極３から剥離した色素や酸化物半導体電極３に吸着している色素を除去する第２洗浄工程［Ｓ１４］、酸化物半導体電極３から第２洗浄工程［Ｓ１４］で用いた洗浄液成分を除去する第３洗浄工程［Ｓ１５］、前記酸化物半導体電極３に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ１７］を行う。その後、出し入れ口８を介して、本体１内に新しい電解液を注入する［Ｓ１９］ことによって色素増感型太陽電池が再生される。
この色素増感型太陽電池の再生方法において、出し入れ口８を介する液体成分を出し入れは、３カ所に設けられているいずれの出し入れ口８を使用してもよい。また、液体成分を出し入れする際に使用する出し入れ口８の数は、必要に応じて１カ所または複数カ所とすることができ、特に限定されない。
【００３１】
このような色素増感型太陽電池の再生方法によれば、前記洗浄液や色素を含んだ溶媒を出し入れ口８を介して出し入れすることにより、第２洗浄工程［Ｓ１４］と色素吸着工程［Ｓ１７］とを行って、色素を交換することができる。このため、色素増感型太陽電池を分解することなく、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。さらに、色素増感型太陽電池が設置されている場所などの条件などによっては、設置したままの状態で色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
また、第４の実施形態においては、第２洗浄工程［Ｓ１４］の代わりに、酸化物半導体電極に紫外線を照射する工程を有する再生方法とし、酸化物半導体電極を構成する酸化物半導体が、光触媒と同様に働くことによって得られる酸化力により、色素を分解してもよい。このような再生方法とする場合、照射される紫外線としては太陽光線を利用してもよい。
【００３２】
なお、上記の第１の実施形態〜第４の実施形態においては、図１〜図３および図５に示すように、第１洗浄工程［Ｓ３］［Ｓ１３］を行う色素増感型太陽電池の再生方法としたが、第１洗浄工程［Ｓ３］［Ｓ１３］を行わなくてもよい。
この場合、上記の第１の実施形態〜第４の実施形態に示した色素増感型太陽電池の再生方法と比較して、工程を簡略化することができ、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
「予備試験」
色素増感型太陽電池は、紫外光を照射すると短時間に劣化することが知られている。発明者らは、色素増感型太陽電池の再生試験を行うに際し、劣化した色素増感型太陽電池を得るための予備試験として、未使用の色素増感型太陽電池にＵＶカットフィルター無しで疑似太陽光の連続照射を行い、光電変換効率が０％となる照射時間を求めた。
【００３４】
予備試験には、以下に示す色素増感型太陽電池を試験体として使用した。
（第１太陽電池）
酸化物半導体材料には酸化チタン、増感色素にはルテニウム金属錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５ｂｉｓ−ＴＢＡ、Ｃ５８Ｈ８６Ｏ８Ｓ２Ｒｕ）を使用した酸化物半導体電極を備えた色素増感型太陽電池。
（第２太陽電池）
酸化物半導体電極には酸化チタン、増感色素にはメロシアニン系有機色素（Ｃ４０Ｈ５２Ｓ３Ｏ３Ｎ２）を使用した酸化物半導体電極を備えた色素増感型太陽電池。
【００３５】
そして、第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率を、ソーラーシュミレーター（ＷＡＣＯＭ社）により１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光をＵＶカットフィルター無しで照射下、太陽電池測定装置（東陽テクニカ）により測定して、光電変換効率が０％となる照射時間を求めた。
その結果、色素増感型太陽電池の光電変換効率は、３６時間程度でほぼ０％となった。未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、これらに疑似太陽光を３６時間照射後の光電変換効率と、疑似太陽光照射前と後での光電変換効率の変化の割合とを表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１に示した予備試験の結果により、以下の試験例において、劣化した色素増感型太陽電池の作成は、未使用の色素増感型太陽電池に、予備試験と同様にして疑似太陽光を３６時間連続照射することにより行った。
なお、以下の試験例において、試験例１〜試験例１１は、本発明の実施例である。
【００３８】
「試験例１」
液体成分の出し入れ口が設けられた本体を有する第１太陽電池を試験体として使用した。そして、第１太陽電池を、疑似太陽光を３６時間連続照射することにより劣化させ、以下の方法により再生した。
【００３９】
すなわち、図５に示すように、第１太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た。次に、アセトニトリルを出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第１洗浄工程［Ｓ１３］を行った。次に、エタノールを出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第２洗浄工程［Ｓ１４］を行った。その後、洗浄により除去した色素と同じ０．５ｍ ｍｏｌ／ｌの色素エタノール溶液を出し入れ口を介して注入し、色素溶液に酸化物半導体電極を浸漬して前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させ、色素を再吸着させた後に出し入れ口を介して色素溶液を排出する色素吸着工程［Ｓ１７］を行った。その後、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００４０】
「試験例２」
液体成分の出し入れ口が設けられた本体を有する第２太陽電池を試験体として使用した。そして、第２太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、試験例１と同様にして再生した。
【００４１】
このようにして再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率とを、予備試験と同様に、ソーラーシュミレーター（ＷＡＣＯＭ社）により１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射下、太陽電池測定装置（東陽テクニカ）により測定した。
その結果を表２に記す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
表２に示すように、試験例１において再生した第１太陽電池は、未使用の第１太陽電池の約８０％まで光電変換効率が回復した。また、試験例２において再生した第２太陽電池も、未使用の第２太陽電池の約８０％まで光電変換効率が回復した。
【００４４】
「試験例３」
試験例１と同様の第１太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例１と同様にして、第１太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た後、第１洗浄工程［Ｓ１３］を行った。次に、１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液を出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第２洗浄工程［Ｓ１４］を行った。続いて、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、乾燥させることにより第１太陽電池中の水分を除去した。水分の除去は、６０℃・１時間の乾燥により行った。ついで、試験例１と同様にして、色素吸着工程［Ｓ１７］を行い、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第１太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第１太陽電池と未使用の第１太陽電池の光電変換効率を、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表３に記す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
表３に示すように、試験例３において再生した第１太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、未使用の第１太陽電池とほぼ同等であった。
このことにより、第２洗浄工程において、塩基性の水溶液である１０％水酸化ナトリウム水溶液と有機溶媒であるエタノールとを混合したものを洗浄液として用い、その後に純水洗浄および水分除去を行うことにより、試験例１の再生方法と比較して、再生後の第１太陽電池の性能を向上させることができることが明らかとなった。
【００４７】
「試験例４」
試験例２と同様の第２太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例１と同様にして、第２太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た後、酸化物半導体電極に疑似太陽光を３６時間照射して色素を分解した。次に、試験例１と同様にして、第２洗浄工程［Ｓ１４］および色素吸着工程［Ｓ１７］を行い、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第２太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第２太陽電池と未使用の第２太陽電池の光電変換効率を、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表４に記す。
【００４８】
【表４】
【００４９】
表４に示すように、試験例４において再生した第２太陽電池の光電変換効率は、未使用の第１太陽電池の約７０％であった。このことにより、試験例４での再生方法が、有機色素を用いた色素増感型太陽電池である第２太陽電池の再生方法として有効であることが確認できた。
【００５０】
「試験例５」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第２太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出した。次に、酸化物半導体電極を大気中で電気炉で５００℃・１時間加熱する加熱工程を行った。次に、酸化物半導体電極を、洗浄により除去した色素と同じ０．５ｍｍｏｌ／ｌの色素エタノール溶液に浸漬する事により色素を再吸着させる色素吸着工程を行った。その後、色素増感型太陽電池を組み立てて、本体内に新しい電解液を注入することにより、第２太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第２太陽電池と未使用の第２太陽電池の光電変換効率を、実施例１と同様の方法により測定した。
その結果を表５に記す。
【００５１】
【表５】
【００５２】
表５に示すように、試験例５において再生した第２太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、未使用の第２太陽電池とほぼ同等であった。
【００５３】
「試験例６」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第１太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出して、酸化物半導体電極表面の電解質を純水で洗い落とした後、酸化物半導体電極に吸着した色素を１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液で洗浄する第２洗浄工程を行った。ついで、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、電気炉で５００℃・１時間加熱することにより水分を除去した。
その後、試験例５と同様にして、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５４】
「試験例７」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例６と同様にして第２洗浄工程までの工程を行った後、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、電気炉で６０℃・１時間加熱することにより水分を除去した。
その後、試験例６と同様にして、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５５】
「試験例８」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第１太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出して、酸化物半導体電極表面の電解質を純水で洗い落とした。ついで、酸化物半導体電極を、１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液で洗浄したのち、四塩化チタン０．１ｍ ｍｏｌ／ｌ水溶液に常温で１２時間浸漬する第２洗浄工程を行った。
その後、試験例６と同様にして、純水洗浄および水分除去、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５６】
「試験例９」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例６と同様にして再生した。
【００５７】
「試験例１０」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例７と同様にして再生した。
【００５８】
「試験例１１」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例８と同様にして再生した。
【００５９】
試験例６〜試験例１１において再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率とを、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表６に記す。
【００６０】
【表６】
【００６１】
表６に示すように、試験例６〜試験例１１において再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、いずれも未使用の第１太陽電池および第２太陽電池とほぼ同等であった。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法は、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液で前記酸化物半導体電極を洗浄する洗浄工程を行った後に、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程を行う方法であるので、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく、色素増感型太陽電池を再生することができる。一方、色素増感太陽電池の電解液や色素のコストは、色素増感太陽電池を製造するコストの内の３〜６％程度にすぎない。このため、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法によれば、低いコストで、色素増感型太陽電池を再生することができ、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができる。したがって、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図４】色素増感型太陽電池の一例を示した図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 本体
２ 導電性ガラス基板
３ 酸化物半導体電極
４ 対向電極
５ 電解液
６、７ 電解液貯留部
【発明の属する技術分野】
本発明は、色素増感型太陽電池の再生方法に関するものであり、とくに、色素増感型太陽電池の寿命を長くして色素増感型太陽電池の発電コストを引き下げることができる色素増感型太陽電池の再生方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｇｒａｅｔｚｅｌ型太陽電池などの色素増感型太陽電池は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極と対向電極とを、本体内に電解質を介して対向配置させてなるものであり、液体または擬液体状で電解質を含む電解液が本体内に封止された構造となっている。このような色素増感型太陽電池は、シリコン、ＧａＡｓ等を用いた従来の太陽電池と比べて、発電コストが安くなると試算されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、以下に述べる理由により、色素増感型太陽電池の発電コストを安くすることは困難となっている。
色素増感型太陽電池は、本体内に封止されている電解液を完全に封止することが非常に難しい。このため、使用時間の経過に伴って蒸発や液漏れ等により電解液が減少してしまう。そして、電解液の減少により電解液がなくなった気泡部分では、急激な色素の分解が生じて、太陽電池としての性能が劣化してしまう。また、電解液や色素の自然劣化によりガスが発生し、本体内の圧力が増加して、本体の破損や液漏れを引き起こす場合があった。これらのことにより、色素増感型太陽電池の長期使用は困難となっている。したがって、色素増感型太陽電池の寿命は短く、色素増感型太陽電池の発電コストを引き上げる原因となっていた。
【０００４】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、色素増感型太陽電池の寿命を長くして色素増感型太陽電池の発電コストを引き下げることができる色素増感型太陽電池の再生方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極を有する色素増感型太陽電池において、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液で前記酸化物半導体電極を洗浄する洗浄工程を行った後に、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程を行うことを特徴とする。
このような色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく色素増感型太陽電池を再生することができる。そして、色素増感型太陽電池を再生することにより、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【０００６】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記色素増感型太陽電池は、液体成分の出し入れ口を有する本体内に、前記酸化物半導体電極が備えられたものであり、前記洗浄工程を、前記出し入れ口を介して前記洗浄液を出し入れすることにより行い、前記色素吸着工程を、前記出し入れ口を介して色素を含んだ溶媒を出し入れすることにより行うことを特徴とする再生方法であってもよい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法によれば、前記洗浄液や色素を含んだ溶媒を前記出し入れ口を介して出し入れすることにより、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行って、色素を交換することができるので、色素増感型太陽電池そのものを分解、交換することなく、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。したがって、容易に色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストをより一層大幅に引き下げることができる。
【０００７】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記酸性の水溶液が、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸の水溶液から選ばれる少なくとも１つのうち少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【０００８】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記塩基性の水溶液が、アンモニア、ピリジン、周期表１Ａ族、２Ａ族の金属の水酸化物の水溶液から選ばれる少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される電解質および色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法においては、前記有機溶媒が、ニトリル、アルコール、カーボネート、ハロゲン化炭化水素類から選ばれる少なくとも１つであることが望ましい。
このような色素増感型太陽電池の再生方法とすることで、酸化物半導体電極に悪影響を与えることなく、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される電解質および色素の割合が増加して、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
「第１の実施形態」
第１の実施形態においては、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の一例として、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄することにより、酸化物半導体電極から交換前の色素を除去した後、色素の再吸着を行う再生方法について説明する。
第１の実施形態における色素増感型太陽電池の再生方法では、図１に示すように、まず、色素増感型太陽電池を分解［Ｓ１］して、本体内から電解液を取り出し［Ｓ２］、酸化物半導体電極を溶媒で洗浄して電解質を除去する第１洗浄工程を行う［Ｓ３］。ここで使用される溶媒としては、電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、エタノール、メタノール、水等が好ましく用いられる。
【００１３】
次に、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄して、酸化物半導体電極から剥離した色素や酸化物半導体電極に吸着している色素を除去する第２洗浄工程（本発明の特許請求の範囲における「洗浄工程」）を行う［Ｓ４］。このとき、上述した有機溶媒による洗浄［Ｓ３］後の酸化物半導体電極に、電解質が残っている場合には、この電解質も色素と一緒に除去される。ここで使用される洗浄液としては、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液が使用される。
【００１４】
洗浄液に使用される有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、ニトリル、アルコール、カーボネート、ハロゲン化炭化水素類であることが好ましい。これらの有機溶媒は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。ニトリルとしては、例えば、アセトニトリル等が用いられ、アルコールとしては、例えば、エタノール、メタノール等が好ましく用いられ、カーボネートとしては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル等が用いられ、ハロゲン化炭化水素類としては、例えば、塩化メチル、クロロフォルム等が用いられる。
【００１５】
また、洗浄液に使用される酸性の水溶液としては、特に限定されるものではないが、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸の水溶液であることが好ましい。また、これら酸性の水溶液は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。
【００１６】
さらに、洗浄液に使用される塩基性の水溶液としては、アンモニア、ピリジン、周期表１Ａ族、２Ａ族の金属の水酸化物の水溶液であることが好ましい。これらの塩基性の水溶液は、単独で用いても複数混合して用いてもよい。また、加水分解酵素を用いてもよい。ここでの周期表１Ａ族の金属のうち、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋが好ましく、周期表２Ａ族の金属のうち、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒが好ましい。
【００１７】
洗浄液を用いた洗浄は、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる１つからなる洗浄液を別々に用いて何度も洗浄したり、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる２あるいは３つを混合した洗浄液を用いて何度も洗浄する方法などにより行われる。また、ここでの洗浄液による洗浄では、洗浄効果を高めるために、酸化物半導体電極を損傷しない範囲で、溶媒の沸点程度に加熱して行っても良い。また、電位をかけることにより色素の脱離を促進しても良い。
【００１８】
続いて、酸化物半導体電極を溶媒で洗浄して付着している第２洗浄工程の洗浄液を除去する第３洗浄工程［Ｓ５］を行う。ここで使用される溶媒は、第２洗浄工程の洗浄液成分を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、水、アルコール、ニトリルなどが好適に用いられる。
その後、酸化物半導体電極に吸着している水分を除去する乾燥工程［Ｓ６］を行う。酸化物半導体電極の乾燥には、ホットガン、ホットプレート、電気炉などにより酸化物半導体電極を５０℃〜６００℃に加熱する方法が望ましい。
ただし、第３洗浄工程［Ｓ５］において、洗浄液に水を使用しない場合には、乾燥工程［Ｓ６］を省略してもよい。
【００１９】
続いて、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ７］を行う。再吸着の方法としては、洗浄により除去した色素を吸着させた際に用いた方法と同様の方法などにより行うことができ、例えば、溶媒中に溶解した色素を、酸化物半導体電極に接触させる方法などにより行うことができる。また、再吸着させる色素は、洗浄により除去した色素と同じ種類のものでもよいし、異なる種類のものでもかまわない。
その後、色素増感型太陽電池を組み立て［Ｓ８］て、本体内に新しい電解液を注入する［Ｓ９］ことにより、色素増感型太陽電池が再生される。
【００２０】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、酸化物半導体電極を洗浄液で洗浄する第２洗浄工程［Ｓ４］と前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ７］とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく、色素増感型太陽電池を再生することができる。そして、色素増感型太陽電池を再生することにより、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができ、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【００２１】
また、第２洗浄工程［Ｓ４］で用いる洗浄液として、有機溶媒を用いることにより、酸化物半導体電極から剥離した色素を除去することができる。
また、色素は、エステル結合やイオン結合などにより酸化物半導体表面と結合していることが多い。このため、洗浄液として、酸性の水溶液または塩基性の水溶液を用いたり、酸性の水溶液または塩基性の水溶液と上述した有機溶媒とを混合したものを用いることにより、酸化物半導体電極に吸着している色素をも除去することができ、酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。
さらに、上記の洗浄液は、酸化物半導体電極に悪影響を与えることがない。
【００２２】
「第２の実施形態」
本発明の第２の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、図２に示すように、第１の実施形態における第２洗浄工程［Ｓ４］の代わりに、酸化物半導体電極に紫外線を照射する工程［Ｓ１０］を有するところである。
酸化物半導体電極表面に紫外線を照射する工程［Ｓ１０］において、色素は、前記酸化物半導体電極を構成する酸化物半導体が光触媒と同様に働くことによって得られる酸化力により分解される。このとき、分解を促進するために、電位をかけたり、過酸化水素など酸化剤を添加したりしてもよい。
とくに、この色素増感型太陽電池の再生方法は、酸化物半導体がＴｉＯ2やＴａ2Ｏ5などの光触媒と同様に働き、紫外線の照射により強力な酸化力が得られる材質からなるものである場合には非常に有効である。
【００２３】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、酸化物半導体電極に紫外線を照射するため、酸化物半導体が光触媒と同様に働いて色素を分解することができる。そして、分解後に第３洗浄工程を行うことにより、交換前の色素をより一層効果的に除去することができ、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。このため、交換される色素の割合が増加し、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００２４】
「第３の実施形態」
本発明の第３の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、図３に示すように、第１の実施形態における第２洗浄工程［Ｓ４］の代わりに、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を有するところである。
酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］において、色素や前記酸化物半導体電極表面に残留している電解質は、蒸発・昇華あるいは分解される。この加熱は、気相条件下で行われる。また、加熱を酸素存在下で行うことにより色素を酸化分解させたり、加熱を行う際に水素を用いることにより還元的に色素を分解させたりしてもよい。
【００２５】
加熱温度は、１００℃〜６００℃程度とするのが好ましい。加熱温度が１００℃未満である場合、加熱することによって得られる色素や電解質を蒸発・昇華あるいは分解させる効果が十分に得られないおそれがあるので好ましくない。一方、６００℃を超える加熱温度とした場合、酸化物半導体電極の性能が劣化するおそれがあるので好ましくない。
【００２６】
このような色素増感型太陽電池の再生方法では、前記酸化物半導体電極を１００℃〜６００℃の温度で加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行うので、交換前の色素や酸化物半導体電極に残留している交換前の電解質を蒸発・昇華あるいは分解させて除去することができる。さらに、加熱工程を行った後に第３洗浄工程［Ｓ５］を行うので、加熱工程後の酸化物半導体電極に、交換前の色素や電解質の残さなどが残っていたとしても、第３洗浄工程を行うことにより除去することができる。このように、前記酸化物半導体電極をより一層効果的に洗浄することができる。したがって、交換される色素および電解質の割合が増加し、再生することによる効果がより一層高まり、優れた性能を有する再生後の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００２７】
上記の第３の実施形態においては、図３に示すように、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行った後に、第３洗浄工程［Ｓ５］を行う色素増感型太陽電池の再生方法としたが、酸化物半導体電極を加熱する加熱工程［Ｓ１１］を行う場合、第３洗浄工程［Ｓ５］および乾燥工程［Ｓ６］を行わなくてもよい。
この場合、上記の第３の実施形態に示した色素増感型太陽電池の再生方法と比較して、工程を簡略化することができ、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
【００２８】
「第４の実施形態」
本発明の第４の実施形態が上述した第１の実施形態と異なるところは、色素増感型太陽電池が、図４に示すように、液体成分の出し入れ口を有する本体内に、前記酸化物半導体電極が備えられたものであり、色素増感型太陽電池を再生するためのすべての工程を、前記出し入れ口を介して液体成分を出し入れすることにより行うところである。
【００２９】
図４は、色素増感型太陽電池の一例を示した図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図４において、符号１は、本体を示している。前記本体１内には、導電性ガラス基板２の上に酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極３と、酸化物半導体電極３と対向配置された対向電極４と、液体または擬液体状で電解質を含む電解液５とが備えられている。また、本体１の４隅のうち３カ所には、液体成分の出し入れが可能な出し入れ口８が設けられている。また、図４において、符号６および符号７は、電解液を貯留するための電解液貯留部を示している。
【００３０】
このような色素増感型太陽電池を再生するには、図５に示すように、まず、出し入れ口８を介して、本体１内から電解液５を取り出し［Ｓ１２］、前記出し入れ口８を介して液体成分を出し入れすることにより、酸化物半導体電極３を溶媒で洗浄して電解質を除去する第１洗浄工程［Ｓ１３］、酸化物半導体電極３を洗浄液で洗浄して、酸化物半導体電極３から剥離した色素や酸化物半導体電極３に吸着している色素を除去する第２洗浄工程［Ｓ１４］、酸化物半導体電極３から第２洗浄工程［Ｓ１４］で用いた洗浄液成分を除去する第３洗浄工程［Ｓ１５］、前記酸化物半導体電極３に色素を再吸着させる色素吸着工程［Ｓ１７］を行う。その後、出し入れ口８を介して、本体１内に新しい電解液を注入する［Ｓ１９］ことによって色素増感型太陽電池が再生される。
この色素増感型太陽電池の再生方法において、出し入れ口８を介する液体成分を出し入れは、３カ所に設けられているいずれの出し入れ口８を使用してもよい。また、液体成分を出し入れする際に使用する出し入れ口８の数は、必要に応じて１カ所または複数カ所とすることができ、特に限定されない。
【００３１】
このような色素増感型太陽電池の再生方法によれば、前記洗浄液や色素を含んだ溶媒を出し入れ口８を介して出し入れすることにより、第２洗浄工程［Ｓ１４］と色素吸着工程［Ｓ１７］とを行って、色素を交換することができる。このため、色素増感型太陽電池を分解することなく、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。さらに、色素増感型太陽電池が設置されている場所などの条件などによっては、設置したままの状態で色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
また、第４の実施形態においては、第２洗浄工程［Ｓ１４］の代わりに、酸化物半導体電極に紫外線を照射する工程を有する再生方法とし、酸化物半導体電極を構成する酸化物半導体が、光触媒と同様に働くことによって得られる酸化力により、色素を分解してもよい。このような再生方法とする場合、照射される紫外線としては太陽光線を利用してもよい。
【００３２】
なお、上記の第１の実施形態〜第４の実施形態においては、図１〜図３および図５に示すように、第１洗浄工程［Ｓ３］［Ｓ１３］を行う色素増感型太陽電池の再生方法としたが、第１洗浄工程［Ｓ３］［Ｓ１３］を行わなくてもよい。
この場合、上記の第１の実施形態〜第４の実施形態に示した色素増感型太陽電池の再生方法と比較して、工程を簡略化することができ、容易に色素増感型太陽電池の再生を行うことができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
「予備試験」
色素増感型太陽電池は、紫外光を照射すると短時間に劣化することが知られている。発明者らは、色素増感型太陽電池の再生試験を行うに際し、劣化した色素増感型太陽電池を得るための予備試験として、未使用の色素増感型太陽電池にＵＶカットフィルター無しで疑似太陽光の連続照射を行い、光電変換効率が０％となる照射時間を求めた。
【００３４】
予備試験には、以下に示す色素増感型太陽電池を試験体として使用した。
（第１太陽電池）
酸化物半導体材料には酸化チタン、増感色素にはルテニウム金属錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５ｂｉｓ−ＴＢＡ、Ｃ５８Ｈ８６Ｏ８Ｓ２Ｒｕ）を使用した酸化物半導体電極を備えた色素増感型太陽電池。
（第２太陽電池）
酸化物半導体電極には酸化チタン、増感色素にはメロシアニン系有機色素（Ｃ４０Ｈ５２Ｓ３Ｏ３Ｎ２）を使用した酸化物半導体電極を備えた色素増感型太陽電池。
【００３５】
そして、第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率を、ソーラーシュミレーター（ＷＡＣＯＭ社）により１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光をＵＶカットフィルター無しで照射下、太陽電池測定装置（東陽テクニカ）により測定して、光電変換効率が０％となる照射時間を求めた。
その結果、色素増感型太陽電池の光電変換効率は、３６時間程度でほぼ０％となった。未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、これらに疑似太陽光を３６時間照射後の光電変換効率と、疑似太陽光照射前と後での光電変換効率の変化の割合とを表１に示す。
【００３６】
【表１】
表１に示した予備試験の結果により、以下の試験例において、劣化した色素増感型太陽電池の作成は、未使用の色素増感型太陽電池に、予備試験と同様にして疑似太陽光を３６時間連続照射することにより行った。
なお、以下の試験例において、試験例１〜試験例１１は、本発明の実施例である。
【００３８】
「試験例１」
液体成分の出し入れ口が設けられた本体を有する第１太陽電池を試験体として使用した。そして、第１太陽電池を、疑似太陽光を３６時間連続照射することにより劣化させ、以下の方法により再生した。
【００３９】
すなわち、図５に示すように、第１太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た。次に、アセトニトリルを出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第１洗浄工程［Ｓ１３］を行った。次に、エタノールを出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第２洗浄工程［Ｓ１４］を行った。その後、洗浄により除去した色素と同じ０．５ｍ ｍｏｌ／ｌの色素エタノール溶液を出し入れ口を介して注入し、色素溶液に酸化物半導体電極を浸漬して前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させ、色素を再吸着させた後に出し入れ口を介して色素溶液を排出する色素吸着工程［Ｓ１７］を行った。その後、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００４０】
「試験例２」
液体成分の出し入れ口が設けられた本体を有する第２太陽電池を試験体として使用した。そして、第２太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、試験例１と同様にして再生した。
【００４１】
このようにして再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率とを、予備試験と同様に、ソーラーシュミレーター（ＷＡＣＯＭ社）により１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射下、太陽電池測定装置（東陽テクニカ）により測定した。
その結果を表２に記す。
【００４２】
【表２】
表２に示すように、試験例１において再生した第１太陽電池は、未使用の第１太陽電池の約８０％まで光電変換効率が回復した。また、試験例２において再生した第２太陽電池も、未使用の第２太陽電池の約８０％まで光電変換効率が回復した。
【００４４】
「試験例３」
試験例１と同様の第１太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例１と同様にして、第１太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た後、第１洗浄工程［Ｓ１３］を行った。次に、１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液を出し入れ口を介して注入して洗浄し、洗浄後に出し入れ口を介して取り出すことにより第２洗浄工程［Ｓ１４］を行った。続いて、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、乾燥させることにより第１太陽電池中の水分を除去した。水分の除去は、６０℃・１時間の乾燥により行った。ついで、試験例１と同様にして、色素吸着工程［Ｓ１７］を行い、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第１太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第１太陽電池と未使用の第１太陽電池の光電変換効率を、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表３に記す。
【００４５】
【表３】
表３に示すように、試験例３において再生した第１太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、未使用の第１太陽電池とほぼ同等であった。
このことにより、第２洗浄工程において、塩基性の水溶液である１０％水酸化ナトリウム水溶液と有機溶媒であるエタノールとを混合したものを洗浄液として用い、その後に純水洗浄および水分除去を行うことにより、試験例１の再生方法と比較して、再生後の第１太陽電池の性能を向上させることができることが明らかとなった。
【００４７】
「試験例４」
試験例２と同様の第２太陽電池を、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例１と同様にして、第２太陽電池の本体内から電解液を出し入れ口を介して取り出し［Ｓ１２］た後、酸化物半導体電極に疑似太陽光を３６時間照射して色素を分解した。次に、試験例１と同様にして、第２洗浄工程［Ｓ１４］および色素吸着工程［Ｓ１７］を行い、本体内に新しい電解質溶液を注入する［Ｓ１９］ことにより、第２太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第２太陽電池と未使用の第２太陽電池の光電変換効率を、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表４に記す。
【００４８】
【表４】
表４に示すように、試験例４において再生した第２太陽電池の光電変換効率は、未使用の第１太陽電池の約７０％であった。このことにより、試験例４での再生方法が、有機色素を用いた色素増感型太陽電池である第２太陽電池の再生方法として有効であることが確認できた。
【００５０】
「試験例５」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第２太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出した。次に、酸化物半導体電極を大気中で電気炉で５００℃・１時間加熱する加熱工程を行った。次に、酸化物半導体電極を、洗浄により除去した色素と同じ０．５ｍｍｏｌ／ｌの色素エタノール溶液に浸漬する事により色素を再吸着させる色素吸着工程を行った。その後、色素増感型太陽電池を組み立てて、本体内に新しい電解液を注入することにより、第２太陽電池の再生を行った。
このようにして再生した第２太陽電池と未使用の第２太陽電池の光電変換効率を、実施例１と同様の方法により測定した。
その結果を表５に記す。
【００５１】
【表５】
表５に示すように、試験例５において再生した第２太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、未使用の第２太陽電池とほぼ同等であった。
【００５３】
「試験例６」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第１太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出して、酸化物半導体電極表面の電解質を純水で洗い落とした後、酸化物半導体電極に吸着した色素を１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液で洗浄する第２洗浄工程を行った。ついで、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、電気炉で５００℃・１時間加熱することにより水分を除去した。
その後、試験例５と同様にして、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５４】
「試験例７」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、試験例６と同様にして第２洗浄工程までの工程を行った後、酸化物半導体電極を純水で洗浄し、電気炉で６０℃・１時間加熱することにより水分を除去した。
その後、試験例６と同様にして、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５５】
「試験例８」
第１太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、以下の方法により再生した。
すなわち、第１太陽電池の本体を分解して、本体内から電解液を取り出して、酸化物半導体電極表面の電解質を純水で洗い落とした。ついで、酸化物半導体電極を、１０％水酸化ナトリウム水・エタノール混合洗浄液で洗浄したのち、四塩化チタン０．１ｍ ｍｏｌ／ｌ水溶液に常温で１２時間浸漬する第２洗浄工程を行った。
その後、試験例６と同様にして、純水洗浄および水分除去、色素吸着工程、色素増感型太陽電池の組み立て、新しい電解液の注入を行うことにより、第１太陽電池の再生を行った。
【００５６】
「試験例９」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例６と同様にして再生した。
【００５７】
「試験例１０」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例７と同様にして再生した。
【００５８】
「試験例１１」
第２太陽電池を試験体として使用して、試験例１と同様にして劣化させ、試験例８と同様にして再生した。
【００５９】
試験例６〜試験例１１において再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率と、未使用の第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率とを、試験例１と同様の方法により測定した。
その結果を表６に記す。
【００６０】
【表６】
表６に示すように、試験例６〜試験例１１において再生した第１太陽電池および第２太陽電池の光電変換効率は、９０％以上となり、いずれも未使用の第１太陽電池および第２太陽電池とほぼ同等であった。
【００６２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法は、酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液で前記酸化物半導体電極を洗浄する洗浄工程を行った後に、前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程を行う方法であるので、前記洗浄工程と前記色素吸着工程とを行うことにより色素を交換することができ、酸化物半導体電極そのものを交換することなく、色素増感型太陽電池を再生することができる。一方、色素増感太陽電池の電解液や色素のコストは、色素増感太陽電池を製造するコストの内の３〜６％程度にすぎない。このため、本発明の色素増感型太陽電池の再生方法によれば、低いコストで、色素増感型太陽電池を再生することができ、色素増感型太陽電池の寿命を伸ばすことができる。したがって、発電コストを大幅に引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図４】色素増感型太陽電池の一例を示した図であり、（Ａ）は、斜視図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の色素増感型太陽電池の再生方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 本体
２ 導電性ガラス基板
３ 酸化物半導体電極
４ 対向電極
５ 電解液
６、７ 電解液貯留部
Claims (5)
- 酸化物半導体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極を有する色素増感型太陽電池において、
酸性の水溶液、塩基性の水溶液、有機溶媒から選ばれる少なくとも１つを用いた洗浄液で前記酸化物半導体電極を洗浄する洗浄工程を行った後に、
前記酸化物半導体電極に色素を再吸着させる色素吸着工程を行うことを特徴とする色素増感型太陽電池の再生方法。 - 前記色素増感型太陽電池は、液体成分の出し入れ口を有する本体内に、前記酸化物半導体電極が備えられたものであり、
前記洗浄工程を、前記出し入れ口を介して前記洗浄液を出し入れすることにより行い、
前記色素吸着工程を、前記出し入れ口を介して色素を含んだ溶媒を出し入れすることにより行う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の再生方法。 - 前記酸性の水溶液が、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸、有機酸の水溶液から選ばれる少なくとも１つのうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の色素増感型太陽電池の再生方法。
- 前記塩基性の水溶液が、アンモニア、ピリジン、周期表１Ａ族、２Ａ族の金属の水酸化物の水溶液から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の再生方法。
- 前記有機溶媒が、ニトリル、アルコール、カーボネート、ハロゲン化炭化水素類から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の再生方法。
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