JP4606775B2 - 凹型酸化膜構造体 - Google Patents
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Description
請求項1にかかる発明は、基板上に、金属酸化物からなる多孔質膜が設けられ、この多孔質膜には多数の柱状凹部が形成されていることを特徴とする凹型酸化膜構造体である。
請求項2にかかる発明は、柱状凹部が円柱状であることを特徴とする請求項1記載の凹型酸化膜構造体である。
請求項4にかかる発明は、基板が透明導電膜が形成されたガラス板であり、多孔質膜が透明導電膜上に設けられていることを特徴とする請求項1記載の凹型酸化膜構造体である。
請求項5にかかる発明は、請求項4に記載の凹型酸化膜構造体の多孔質膜に光増感色素を担持し、これを作用極として使用したことを特徴とする色素増感太陽電池である。
また、凹型酸化膜構造体の製法にあっては、その酸化膜自体の構造を制御することができる。
さらに、本発明の色素増感太陽電池にあっては、酸化膜の実質的な表面積を増大することが可能であり、光電変換効率の高いものを得る可能性がある。
図1は、本発明の凹型酸化膜構造体の一例を模式的に示すものである。この例の凹型酸化膜構造体は、基板1と、この基板1の一方の表面上に設けられた金属酸化物からなる多孔質膜2と、この多孔質膜2に形成された多数の柱状凹部3、3・・・とから構成されている。
さらに、柱状凹部3の密度は、1μm2当たり15〜400個とされ、この密度は、膜構造体全体で一様であっても、一様でなくてもよい。
まず、アルミニウム、マグネシウム、チタン、タンタル、ニオブなどの陽極酸化処理が可能な金属、すなわち弁金属(バルブメタル)からなる厚さ0.2〜2mm程度の箔を用意し、これに対して陽極酸化処理を施す。
ここでの陽極酸化処理としては、特に限定されず、従来周知の陽極酸化処理方法が採用される。
以上の処理の際、上述の処理条件を適宜定めることにより、陽極酸化被膜の微細孔の孔径、深さ、存在密度を設定することができるため、本製法においては目的とする凹型酸化膜構造体の柱状凹部3の規則性を規定するために、処理条件の設定は重要な因子となる。本製法では、微細孔の孔径が10〜200nm、深さが10μm以下、存在密度が15〜400個/1μm2である微細孔が得られるように処理条件を設定する。
図2は、このようにして表面に陽極酸化被膜が形成された箔の状態を模式的に描いたもので、図中符号11は金属箔、12は陽極酸化被膜、13は微細孔、14はバリアー層を示す。なお、バリアー層14は、本発明に関係しないので、その説明は省略する。
これらのなかでも、未硬化の状態での粘度が低いものが充填しやすく好ましい。また、硬化に伴う体積収縮が少ないものがよい。
図3は、この状態を示すもので、微細孔13中および陽極酸化被膜12表面に硬化性樹脂液が硬化した樹脂硬化物15が形成されている。
この除去処理により、図4に示すような樹脂型16が得られる。この樹脂型16は、板状のベースプレート16aと、このベースプレート16aの下面から垂下する多数の柱状体16b、16b・・・とからなるもので、この柱状体16bは、陽極酸化被膜12の微細孔13の凹形の立体形状が転写され、これが反転した凸形の立体形状を有するもので、柱状体16bの存在密度も微細孔13の存在密度と合致している。
これ以外の基板として、ガラス、金属、セラミックスなどからなるものが適宜使用できる。
このゾルをなす金属酸化物微粒子としては、酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブなどの半導性を示す金属酸化物やこれ以外の酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化鉛などの粒径5〜30nmの微粒子が用いられる。
その後、この重ね合わせ物を加熱炉内で空気中、温度400〜500℃で、時間30〜60分加熱、焼成する。
この例では、先に説明した例における陽極酸化被膜12の微細孔13および陽極酸化被膜12の表面に硬化性樹脂液15を充填し、付着させ、これを硬化、固化させるところまでは同様である。
この除去処理により、図7に示すような構造物が得られる。この構造物は、透明導電膜21aとガラス板21bとからなる基板21に多孔質酸化膜28が設けられ、この多孔質酸化膜28上に樹脂型16が設けられたものである。この樹脂型16は、先の例のものと同様である。
この後、このものを加熱炉内で空気中、400〜500℃で、30〜60分間加熱、焼成する。
本発明の色素増感太陽電池は、上述の凹型酸化膜構造体のうち、その基板として透明導電膜を有するガラス板を用いた凹型酸化膜構造体をその作用極として用いたもので、その多孔質膜2が半導性の金属酸化物からなり、これに光増感色素を担持したものである。
作用極31は、厚さ0.5〜3mmの普通ガラス、耐熱ガラス、石英ガラスなどからなるガラス板34と、このガラス板34の一方の表面に形成されたFTO,ATOなどからなる厚さ50〜500nmの透明導電膜35と、この透明導電膜35上に設けられた厚さ0.1〜20μmの酸化物半導体多孔質膜36と、この酸化物半導体多孔質膜36に担持された光増感色素とから構成されている。
さらに、作用極31と対極32とは、その間に電解質層33を挟んだ状態でその周囲が樹脂などで封じられて、色素増感太陽電池となっている。
厚さ0.2mmの高純アルミニウム箔をリン酸浴中で陽極酸化処理した。浴組成は、リン酸10wt%とした。電解電圧は70Vで、浴温度7℃、電解時間60分とした。
このアルミニウム箔を5wt%リン酸水溶液中に常温で30分浸漬し、微細孔の孔径を拡大した後、清水で洗浄し、真空乾燥した。
得られた陽極酸化被膜の微細孔を走査型電子顕微鏡で観察したところ、孔径は180〜200nm、深さ0.5〜0.6μm、存在密度15〜400個/1μm2であった。
ついで、アクリルシロップを重合して硬化させた。
このゾル層が乾燥しないうちに、上記樹脂型を、その柱状体がゾル層に突き刺さるように押し当てた。
Claims (7)
- 基板上に、金属酸化物からなる多孔質膜が設けられ、この多孔質膜には、多数の柱状凹部が形成されていることを特徴とする凹型酸化膜構造体。
- 柱状凹部が円柱状であることを特徴とする請求項1記載の凹型酸化膜構造体。
- 柱状凹部の内径が10〜200nmで、深さが10μm以下であることを特徴とする請求項1記載の凹型酸化膜構造体。
- 基板が透明導電膜が形成されたガラス板であり、多孔質膜が透明導電膜上に設けられていることを特徴とする請求項1記載の凹型酸化膜構造体。
- 請求項4に記載の凹型酸化膜構造体の多孔質膜に光増感色素を担持し、これを作用極として使用したことを特徴とする色素増感太陽電池。
- 陽極酸化被膜の微細孔中に硬化性樹脂液を充填して硬化させ、ついで陽極酸化被膜を除去して樹脂型を作り、この樹脂型を、基板上に形成された金属酸化物微粒子からなるゾル層に押し付けて、樹脂型の形状をゾル層に転写したのち、これを加熱、焼成することを特徴とする凹型酸化膜構造体の製法。
- 基板が、透明導電膜が形成されたガラス板であり、ゾル層が透明導電膜上に形成されていることを特徴とする請求項6記載の凹型酸化膜構造体の製法。
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