JP4966602B2 - 色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール - Google Patents
色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP4966602B2 JP4966602B2 JP2006206801A JP2006206801A JP4966602B2 JP 4966602 B2 JP4966602 B2 JP 4966602B2 JP 2006206801 A JP2006206801 A JP 2006206801A JP 2006206801 A JP2006206801 A JP 2006206801A JP 4966602 B2 JP4966602 B2 JP 4966602B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- dye
- incident light
- conversion element
- light side
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
そのため、低コストでの製造可能性がある太陽電池として色素増感太陽電池が注目されている。
図8において、2は色素が吸着された多孔質半導体からなる光電極、3は対極、4は電解質を示しており、801は入射光、802は色素のHOMOレベル、803は色素のLUMOレベル、804は多孔質半導体の伝導帯エネルギー準位、805は電界質4中に含まれる酸化還元対(R/R−)の酸化還元準位を、それぞれ示している。
以下、hν(hはプランク定数、νは光の振動数)なるエネルギーを持つ光が、光電極2に入射した場合を考える。
一方、電子を失った色素は、電解質4中に含まれる酸化還元対の還元状態R−から電子を受け取り、基底状態へと戻る。
さらに色素に電子を渡して酸化された酸化還元対の酸化状態Rが、対極3へと達した電子を受け取って還元状態R−へと戻ることで1サイクルの電子の流れが完成する。
そこで、入射光の有効利用(ここでは主に、従来の色素では吸収されなかった長波長側の光を発電に利用すること)のために、吸収ピーク波長をより長波長側とした色素の開発が行なわれている(例えば非特許文献1)。
例えば特許文献1には、タンデム型光電変換素子において長波長側吸収波長端が互いに異なる光電極を用いることが開示されている。ただし特許文献1においては長波長側吸収波長端を「吸収ピーク波長における吸光度の10%の吸光度を示す長波長側の波長」と定義しているが、この定義は一般的なものではない。一般的に長波長側吸収波長端とは「色素が吸収する最小エネルギーの光の波長」のことであり、この意味での吸収波長端は色素のバンドギャップエネルギーに相当する。
また、本発明においては色素が多孔質半導体に吸着された光電極の吸収スペクトルを測定し、ある波長範囲内において吸収値が最も高い値を示す波長を、該当する色素の吸収ピーク波長と定義する。
また、図8を用いて説明したように色素増感型光電変換素子では、励起した色素中の電子は半導体の伝導帯に注入される。
フラットバンド準位とは、電解液と接した際に半導体内部にわたって水平なバンド状態となる時の電極電位であり、電極界面のインピーダンス測定から比較的簡単に求めることができる。
なお、本発明におけるフラットバンド準位は、電解液に0.2MのLiClO4水溶液、対極に白金線、参照電極にAg/AgClを用いてインピーダンス測定を行い、Mott−schottkyの式によって求めた値である。
また、入射光の有効利用のためにタンデム型光電変換素子を用いることは好ましい手法であるものの、タンデム型光電変換素子の最も単純な構成(複数の光電変換セルを直列接続する構成)においては、各光電変換セルの出力電流が大きく異なる場合に、タンデム型光電変換素子全体の出力電流値(一般に短絡電流値Iscまたは短絡電流密度Jscで表される)が低下するという問題があった。
また本発明は異なる吸収ピーク波長を有する複数の色素を組み合わせることにより、入射光の有効利用を可能としたタンデム型光電変換素子において、従来の課題であった出力電流値の低下を抑制し、これによって実用的な光電変換効率を示す色素増感型光電変換素子を提供することを目的としている。
これに対し、入射光をより有効に利用するためには、図9に示すように吸収ピーク波長が異なること(本発明)が重要となる。なお、図9は吸収ピーク波長が異なっている2種の色素の吸収スペクトルSx,Syを示している。
各色素の吸収ピーク波長のうち、それぞれ最も長波長側にある吸収ピーク波長同士が異なっていることが好ましく、少なくとも1つの色素の吸収波長端が近赤外域にあることが特に好ましい。なお、本発明における「近赤外域」や「近赤外光」とは、700nmより長く、2500nm以下の波長域または波長光をいうものとする。また、本発明において吸収ピーク波長が異なるとは、それぞれの色素の吸収スペクトルにおいてピーク位置の差が10nm以上異なることとする。
本発明の特に好ましい実施の形態としては、上記タンデム型光電変換素子において、各光電変換セルの出力電流の差を減少するための電流値調整手段を設けることを挙げることができる。
なお、本発明におけるヘイズ率とは、可視光領域および/または近赤外領域にスペクトルを有する光線(例えば、標準光源D65や標準光源C)を測定サンプルに入射した際の拡散透過率を全光線透過率で割った値である。これは通常0〜1の間の値もしくは0〜100%の百分率で表示される。
また本発明によれば、各光電変換セル間の電流値の差を小さくすることにより、出力電流値の低下を抑制したタンデム型光電変換素子を得ることができる。
このような光電極は一般に、異なる色素が吸着された複数の光電極である(図1参照)が、これに限るものではなく、複数の色素を混合して吸着した一層の光電極(図2参照)、または領域別に複数の色素を吸着した多層の光電極(図3参照)であっても良い。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
ただし、本実施形態ならび以下の実施例においては最も単純な接続方法として、入射光側光電変換セルを構成する対極と非入射光側光電変換セルを構成する光電極とを直列接続する方法を採用している。
以下、本発明における色素増感型光電変換素子の構成要素について説明する。
色素増感型光電変換素子には、可視光領域および/または近赤外光領域に吸収をもつ種々の色素を用いることができる。
本発明に用いる色素は吸収ピーク波長が異なる複数の色素であり、好ましくは、それらの中に吸収ピーク波長の差が90nm以上である色素の組み合わせを含んでいる。
またそれぞれの吸収ピーク波長のうち、最も長波長側にある吸収ピーク波長同士が異なっていることが好ましく、最も長波長側にある吸収ピーク波長同士の差が90nm以上である組み合わせを含むことが特に好ましい。より長波長(例えば近赤外域)に吸収波長端を持つ色素を選択することにより、入射光の利用効率がより高い色素増感型光電変換素子とすることができるからである。
HOMO−LUMOエネルギーギャップが異なっているとは、吸収波長端が異なっていることである。このとき、各々の色素における吸収ピーク波長の大小関係と、吸収波長端の大小関係は異なっていてもよい。
本発明における多孔質半導体の材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化スズ、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等の公知の半導体を1種類または2種類以上組み合わせて用いることができる。
多孔質半導体を支持体上に形成する方法としては、種々の公知の方法を使用することができる。具体的にはスクリーン印刷法、インクジェット法などによって支持体上に半導体粒子を含有するペースト(以下、懸濁液と表記する場合がある)を塗布し、焼成する方法を好ましく挙げることができる。
この場合の半導体粒子としては、適当な平均粒径、例えば1nm〜500nm程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒子を好ましく用いることができる。
ここで言う「異種の半導体」には、異なる化合物(例えば酸化チタンと酸化スズ)である場合と、同じ化合物で結晶系が異なる場合(例えば酸化チタンにおけるルチル型とアナターゼ型)とを含んでいる。なお、少なくとも一方の多孔質半導体がコア−シェル構造(例えば酸化亜鉛粒子を酸化チタンの薄膜でコートした構造)からなる場合には、各々の表面(色素と直接接触している面)が異種であれば、一方のコアを構成する半導体が、他方の多孔質半導体と同一材料からなっていても構わない。
また、多孔質半導体のフラットバンド準位は吸着した色素のLUMOレベルよりも正であればよく、色素のLUMOレベルと多孔質半導体のフラットバンド準位との差の値が0.1eV以上0.6eV以下であることが好ましく、0.2eV以上0.4eV以下であれば、さらに好ましい。
また本実施形態における好ましい構成として、第1多孔質半導体および/または第1光電極のヘイズ率よりも、第2多孔質半導体および/または第2光電極のヘイズ率が大きいことを挙げることができる。
一般に、ある試料のヘイズ率を得るためには、その試料に光を入射したときの全光線透過率および拡散透過率を測定すればよい。これら透過率は、光源と光量測定部を有する装置(例えば、測定試料に密着した積分球と、積分球の測定試料と反対側にライトトラップ(暗箱)もしくは標準板を備えた装置)があれば簡単に測定することができる。すなわち、標準板をセットした状態において、試料が無い場合の入射光線の光量T1、試料が有る場合の全光線透過光の光量T2を測定し、ライトトラップをセットした状態において、試料が無い場合の装置からの拡散光の光量T3、試料が有る場合の拡散透過光の光量T4を測定し、全光線透過率Tt=T2/T1、拡散透過率Td=[T4−T3(T2/T1)]/T1を計算することで、ヘイズ率H=Td/Ttが得られる。
光電極2の作製方法、すなわち多孔質半導体への色素吸着法としては、例えば多孔質半導体を形成した支持体を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に浸漬する方法が挙げられる。
本発明における支持体(第1支持体110,第2支持体120など。光電変換セルの積層数が増加すれば、それにつれて増加する)は、多孔質半導体を形成するときに必要なプロセス温度に対する耐熱性(例えば120℃以上、一般には180℃以上)を有した透明材料からなる基板またはフィルムである。
なお、本明細書で述べる「透明」とは、少なくとも可視光領域(波長が400nm以上700nm以下の光)における透過率の平均が10%以上であることをいい、一般的には50%以上、好ましくは70%以上であることをいう。
本実施形態における第1透明導電層111と第2透明導電層121は、光電極2で発生した電子を集め、外部回路に輸送する機能を有するものである。
透明導電層は導電性材料からなり、加えて電解質4中にヨウ素等の腐食力の強い成分を有する場合、少なくともその表面には耐食性の強い材料を用いることが好ましい。ここでいう耐食性とは、電解質による腐食に抗する材料特性を持つということである。
透明導電層の形成方法としては真空蒸着法、メッキ法、スパッタ法、PVD法、塗布法など、任意の公知方法を挙げることができる。
対極3は、光電極2と共に一対の電極を構成するものであり、外部回路から取り入れた電子を輸送する働きと、さらにこの電子を電解質4へと輸送する酸化還元反応を促進する働き(触媒機能)を持つ。触媒機能を持つ材料としては白金やカーボン(カーボンブラック、グラファイト粒子など)が好ましく用いられる。
対極3の形成には上記透明導電層の形成方法と同様の公知方法(真空蒸着法、メッキ法、スパッタ法、PVD法、塗布法など)が用いられる。
対極3を薄く形成するには、対極3の形成時(上記の公知方法)において条件を調整すればよい。
対極3に開口部を設ける方法としては、対極3をストライプ状、格子状など種々の形状に形成すればよい。この場合、開口部より入射光をセル内部へ取り込むことができるため、対極3そのものは不透明であってもよい。
電解質4は、光電極2(これを構成する多孔質半導体の空孔中を含む)と、対極3との間に配置され、酸化還元対とこれを保持可能な媒体からなる。媒体として液体(溶媒)を用いれば電解液となり、高分子ゲルを用いればゲル電解質となる。
なお、電解質4中の酸化還元対の濃度は、酸化還元対材料と媒体の種類により適宜選択されるが、媒体が液体(溶媒)または溶融塩の場合、一般的には0.01モル/リットル以上1.5モル/リットル以下の範囲が好ましい。
接続部150は、第2支持体120の入射光方向に形成した第1対極3−1と非入射光方向に形成した第2透明導電層121とを、金属ペーストや金属ワイヤーなどで外部接続する、第2支持体120の側面に形成した導電層で接続する、第2支持体120として導電性と透明性を合わせ持つ材料を使用する(例えば導電性高分子など。なお、この場合には第2透明導電層121は必ずしも必要ではない)等を挙げることができる。
封止部160は、一般的には光電変換素子の周縁部に形成され、一対の支持体間を接合することで素子内部を封止する領域および/または部材をいう。
封止部160の材料としては、一般にシリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂などの有機高分子が用いられる。これらは単独で、または2種類以上の材料を組み合わせて用いることができる。
また、封止部160としてペースト状樹脂を用いた場合にはディスペンサやスクリーン印刷などの方法によってパターン形成することができる。また、シート状樹脂を用いた場合は、そのシート状樹脂をカッターやレーザー等を用いて切断し、パターン化すればよい。
タンデム型光電変換素子において図1に示すような直列接続方法は、最も単純であるために好ましい接続方法といえる。
しかし、各光電変換セルの出力電流値が大きく異なる場合には、各セルの出力電流値中で最も低い出力電流値がボトルネックとなることで色素増感型光電変換素子全体の出力電流値を下げてしまうという問題があった。
具体的な電流値調整手段としては、光電極の光学的厚みを変えた光電変換セルを適宜配置する、電解質中の酸化還元対濃度を変えた光電変換セルを適宜配置する、光電変換セル中の透明導電層や光電極、対極を分割し、それら分割数を光電変換セル間で異ならせるなどの方法を挙げることができるが、好ましい電流値調整手段としては、異なるヘイズ率を持つ光電極を備えた光電変換セルを設け、これらを組み合わせる方法、または異なる透過率を持つ複数の光電変換セル(例えば、対極または支持体の透過率を変える事による)を設け、これらを組み合わせる方法を挙げることができる。
すなわち図4における第2光電極2―2は、その後方(非入射光側)に形成された、第2多孔質半導体2−2よりも大きな平均粒径を持つ半導体(例えばルチル型の酸化チタンなどからなる)微粒子により形成された多孔質層170と共に複層構造を採っている。
また、異なる透過率を持つ複数の光電変換セルの組み合わせとして、トップセルを構成する対極の透過率を、非入射光側にある光電変換セルを構成する対極の透過率よりも高くする例を好ましく挙げることができる。ここでトップセルを構成する対極の透過率は65%以上であることがより好ましい。
対極の開口率が65%未満の場合には、単位面積当たりの透過光強度の大幅な向上が得られないので好ましくない。また、対極の開口率が99%を超える場合には、電極としての機能が低下し、酸化還元反応に利用できる対極の触媒能が低下し、酸化還元反応がスムーズに行われず、高い光電変換効率が望めないので好ましくない。
また、開口部を制御することにより、各光電変換セルの出力電流を調整することができる。
対極がストライプ形状であれば、開口率に対する酸化還元対の移動距離が短くなり、光電変換効率が向上するので好ましい。
また、対極が格子形状であれば、一部に断線故障が発生しても電流を取り出すことができる、すなわち断線故障による影響を軽減できるので好ましい形状である。
ストライプの線幅が0.1μm未満の場合には、抵抗が高くなるので好ましくない。また、ストライプの線幅が50μmを超える場合には、開口率が低くなりすぎるため好ましくない。
一方、ストライプの間隔が狭い場合には、線幅を細くしなければ開口率が小さくなり、線幅を細くし過ぎると抵抗が大きくなるので、間隔は1μm以上が好ましい。また、ストライプの間隔が広い場合には、酸化還元対が移動し難くなり、抵抗が増大するので、例えば、酸化還元対であるヨウ素の移動距離の観点から、間隔は200μm以下が好ましい。
細線で囲まれる格子の形状は、平行四辺形、ひし形、長方形、正方形など、いかなる形状であってもよい。
格子の線幅および間隔は、ストライプと同様の理由により好ましく設定される。
また、交差角度、すなわち細線の接する二辺間の角は、酸化還元対の対極まで移動距離を短くし、開口率を大きくするために、上記の範囲に設定するのが好ましい。
中間層の構成例としては、単一の支持体の入射光側に対極(白金やカーボンからなる)を形成し、同じ支持体の非入射光側に透明導電層(フッ素ドープされた酸化スズなど)を形成した例を挙げることができる。
中間層に用いる支持体の厚さが5mm以上になると、光電変換素子の重量が増し可搬性に劣る他、支持体自身の光吸収などにより光電変換効率の向上率が減少するおそれがあり、中間層に用いる支持体の厚さが0.1μm以下となると、強度不足や支持体厚の不均一に起因した光電変換効率のばらつきが起こるおそれがあるからである。
本実施形態においては2個の光電変換セルから構成されたタンデム型光電変換素子の例を示したが、本発明の色素増感型光電変換素子は3個以上の光電変換セルからなるタンデム型光電変換素子であっても構わない。
3個の光電変換セルとして、例えば入射光側から酸化ジルコニウムや酸化タンタルなどを用いた第1光電変換セル、酸化チタンなどを用いた第2光電変換セル、酸化スズや酸化タングステンなどを用いた第3光電変換セルを組み合わせる例を挙げることができる。
また、本発明の色素増感型光電変換素子は複数のタンデム型光電変換素子を接続(一般的には直列接続であるが、並列接続が含まれていても構わない)した、色素増感型光電変換素子モジュールを包含する。
図5には3個のタンデム型光電変換素子を直列接続した色素増感型光電変換素子モジュール500を示す。図5中の501は外部回路(負荷)を示す。
1・支持体の準備
まず、図6に示すように、ガラスからなる透明基板の片面にフッ素をドープした酸化スズからなる透明導電層を形成した第1支持体110と第3支持体130、及び両面に透明導電層を形成した第2支持体120を準備した。
ここで、第1支持体110片面の透明導電層は第1透明導電層111である。また、第2支持体120の一方の透明導電層は第2透明導電層121であり、他方の透明導電層は白金薄膜(後述)と共に第1対極3−1となる。また、第3支持体130片面の透明導電層は後述する白金薄膜と共に第2対極3−2となる。
次に、第1支持体110の第1透明導電層111が形成された面と、第2支持体120の第2透明導電層121が形成された面に、それぞれ多孔質半導体を以下の方法で形成した。
チタンイソプロポキシド(キシダ化学株式会社製)125mL、pH調製剤である0.1M硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mLを混合し、80℃で8時間加熱することにより、チタンイソプロポキシドの加水分解反応を進行させ、ゾル液を調製した。次に、チタン製オートクレーブにて230℃で11時間、粒子成長させた。
次に、平均粒径が400nmの酸化チタン粒子(触媒化成株式会社製、HPW−400C)を準備した。この酸化チタン粒子を含むコロイド溶液をコロイド溶液II(以下で調整)とする。
なお、多孔質半導体αと多孔質半導体βを別途フッ素ドープ酸化スズ付きのガラス基板上に形成し、それらのヘイズ率を紫外−可視分光光度計(株式会社島津製作所製、UV−3150)を用いて測定した結果、それぞれ、3.1%、78.2%(測定波長は700nm)を得た。
化合物A及び化合物Bをそれぞれ無水エタノールに濃度4×10-4モル/リットルで溶解し、色素吸着用溶液Aと色素吸着用溶液Bをそれぞれ作製した。この色素吸着用溶液Aに多孔質半導体αを浸漬し、色素吸着用溶液Bに多孔質半導体βを浸漬し、室温下で20時間放置した後、引き上げてエタノールで洗浄し、乾燥させて第1光電極2−1と第2光電極2−2をそれぞれ作製した。
次に、図7に示すように、第1支持体110と第3支持体130とを、第2支持体120を介してエポキシ系樹脂(封止部160となる)を用いて貼り合わせた。第1支持体110と第3支持体130には、予め電解液注入用の注入孔を形成しておく(非図示)。
第2支持体120の両面を銀ペースト(藤倉化成株式会社製、商品名ドータイト)を塗布することにより電気的に接続し、色素増感型光電変換素子400を作製した。
作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、短絡電流密度(以下、Jsc)8.1mA/cm2、開放電圧(以下、Voc)1.32V、形状因子(以下、FF)0.75を示し、光電変換効率は、8.0%であった。
実施例1に用いた化合物Aの代わりに化合物Cを用いた以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.0mA/cm2、Voc=1.31V、FF=0.74を示し、光電変換効率は、7.8%であった。
酸化スズ(アルドリッチ社製、粒径18.3nm)を用い、実施例1に準じて酸化スズペーストIII(懸濁液III)を調整した。
実施例1において多孔質半導体βを形成する際に用いた懸濁液Iの代わりに、懸濁液IIIを用いた以外は多孔質半導体βと同様にして多孔質半導体γを形成した。多孔質半導体γのヘイズ率は前述と同様に測定した結果、75.4%であった。
多孔質半導体γを多孔質半導体βの代わりに用い、化合物Bの代わりに化合物Dを用いた以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.7mA/cm2、Voc=1.20V、FF=0.74を示し、光電変換効率は、7.7%であった。
実施例3における多孔質半導体αの膜厚を7μmとし、化合物Aの代わりに化合物Eを用い、電解質をいずれも電解液Xにより形成した以外は、実施例3に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=6.8mA/cm2、Voc=1.35V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、6.9%であった。
実施例1における多孔質半導体αの膜厚を7μmとし、化合物Aの代わりに化合物Fを用い、電解質をいずれも電解液Xにより形成した以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=6.5mA/cm2、Voc=1.25V、FF=0.74を示し、光電変換効率は、6.0%であった。
実施例3における化合物Dの代わりに化合物Gを用いた以外は、実施例3に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.1mA/cm2、Voc=1.18V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、7.2%であった。
実施例1における多孔質半導体βを、多孔質半導体αと同じ構成の多孔質半導体とした以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=6.2mA/cm2、Voc=1.34V、FF=0.76を示し、光電変換効率は、6.3%であった。
実施例3における酸化スズの代わりに、酸化タングステン(アルドリッチ製、30〜50nm)を用いた以外は実施例3に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=7.2mA/cm2、Voc=1.28V、FF=0.73を示し、光電変換効率は、6.7%であった。
実施例1における化合物Bの代わりに化合物Fを用いた以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、変換効率を測定した。その色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.5mA/cm2、Voc=1.08V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、6.9%であった。
実施例4における化合物Dの代わりに化合物Iを用いたこと以外は、実施例4に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.2mA/cm2、Voc=1.31V、FF=0.74を示し、光電変換効率は、7.9%であった。
実施例3で調整した酸化スズ(アルドリッチ社製、粒径18.3nm)を含む酸化スズペーストIII(懸濁液III)に、酸化マグネシウム粉末(キシダ化学株式会社製)を酸化スズに対して10wt%混入し、塩酸でpHを1程度に調整し、10分間攪拌した後、超音波分散を10分間行なうことにより、酸化マグネシウムを酸化スズペースト中に分散させた懸濁液IVを得た。多孔質半導体βを形成する際に用いた懸濁液Iの代わりに、懸濁液IVを用いた以外は多孔質半導体βと同様にして多孔質半導体δを形成した。多孔質半導体δのヘイズ率は前述と同様に測定した結果、78.1%であった。
形成した多孔質半導体δを多孔質半導体γの代わりに用いた以外は、実施例10に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=7.8mA/cm2、Voc=1.37V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、8.0%であった。
実施例1における多孔質半導体αを、多孔質半導体βと同じ構成の多孔質半導体とした以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=5.1mA/cm2、Voc=1.30V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、5.0%であった。
実施例1における第1対極3−1上の白金膜厚を変更し、第1対極の透過率を50%とする以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=5.9mA/cm2、Voc=1.31V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、5.8%であった。
実施例1の第1対極3−1において、白金をストライプ状に形成した(対極形状は、線間隔76μm、開口率:75%であった。)以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=7.9mA/cm2、Voc=1.32V、FF=0.76を示し、光電変換効率は、7.9%であった。
実施例1における多孔質半導体αに、化合物A及び化合物Bを同時に吸着させた光電極を形成した第1支持体110と、第2対極3−2を形成した第3支持体130をエポキシ樹脂により封止し、実施例1において用いた電解液Xを注入して光電変換素子を作製した。
具体的には、まず、化合物A及び化合物Bをそれぞれ濃度4×10-4モル/リットルとなるように無水エタノールに溶解させ、色素吸着用溶液A&Bを作製した。この色素吸着用溶液A&Bに多孔質半導体αを浸漬し、室温下で20時間放置した後、引き上げてエタノールで洗浄し、乾燥させて光電極を作製した。それ以外の方法は実施例1に記載の方法と同様である。
作製した光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この光電変換素子は、Jsc=12.1mA/cm2、Voc=0.62V、FF=0.72を示し、光電変換効率は、5.4%であった。
実施例1における第1支持体110(多孔質半導体αに化合物Aを吸着させた)と第3支持体130(第2対極3−2を形成した)とをエポキシ樹脂により封止し、電解液Xを注入して色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=8.1mA/cm2、Voc=0.54V、FF=0.72を示し、光電変換効率は、3.2%であった。
実施例1に用いた化合物Aと化合物Bの代わりに化合物Eを用いた以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=3.4mA/cm2、Voc=1.42V、FF=0.75を示し、光電変換効率は、3.6%であった。
実施例1に用いた化合物Aと化合物Bの代わりに化合物Eと化合物Hをそれぞれ用いた以外は、実施例1に準じて色素増感型光電変換素子を作製した。作製した色素増感型光電変換素子に、1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、光電変換効率を測定した。この色素増感型光電変換素子は、Jsc=3.8mA/cm2、Voc=1.32V、FF=0.74を示し、光電変換効率は、3.7%であった。
上記の実施例と比較例の結果一覧を以下の表1に示す。
1・単一の光電変換セルを用いた場合(実施例14と比較例1との比較)においては、色素(化合物A、化合物B)を単独で用いるよりも異なる吸収波長ピークを有する色素(化合物A、化合物B)を混合し(あるいは多層として)用いた方が高い光電変換効率を得ることができる。
2・複数の光電変換セルを用いた場合、異なる吸収ピーク波長を持つ色素を用いる必要がある(実施例1〜13と比較例2,3との比較)。それらの中でも吸収ピーク波長の差が90nm以上であることが好ましい(実施例1、5と実施例9との比較)。なお、本実施例および比較例における吸収ピーク波長のデータは、各吸収スペクトル中で最も長波長側にある吸収ピーク波長であるが、これに限るものではない。
4.複数の光電変換セルを用いた場合、光の利用効率の観点から、トップセルを構成する対極の透過率が他の光電変換セルを構成する対極の透過率よりも高いことが好ましいことが分かる(実施例1と13の比較)。
2 光電極
3 対極
4 電解質
Claims (12)
- 入射光により励起電子を生成する、異なる吸収ピーク波長を有する複数の色素が吸着された光電極を具備し、
前記異なる吸収ピーク波長を有する複数の色素が吸着された光電極の組み合わせを有する複数の光電変換セルが前記入射光に対して交差する方向に積層され、
前記複数の光電変換セルの少なくとも1つに、各光電変換セルの出力電流の差を減少させるための電流値調整手段が設けられ、
前記電流値調整手段は、異なるヘイズ率を持つ光電極を含む複数の光電変換セルが設けられてなることを特徴とする色素増感型光電変換素子。 - 前記電流値調整手段が、前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する光電極のヘイズ率よりも大きなヘイズ率を持つ光電極を含む光電変換セルを設けたことである請求項1に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する光電極のヘイズ率よりも大きなヘイズ率を持つ光電極が、異なる粒径の半導体微粒子により構成された複層構造からなる請求項2に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する光電極のヘイズ率が10%以下である請求項1〜3のいずれか1つに記載の色素増感型光電変換素子。
- 入射光により励起電子を生成する、異なる吸収ピーク波長を有する複数の色素が吸着された光電極を具備し、
前記異なる吸収ピーク波長を有する複数の色素が吸着された光電極の組み合わせを有する複数の光電変換セルが前記入射光に対して交差する方向に積層され、
前記光電変換セルが、透明導電層が形成された入射光側支持体と、対極が形成された非入射光側支持体とを含み、
前記複数の光電変換セルの少なくとも1つに、各光電変換セルの出力電流の差を減少させるための電流値調整手段が設けられ、
前記電流値調整手段は、異なる透過率を持つ対極を含む複数の光電変換セルが設けられてなることを特徴とする色素増感型光電変換素子。 - 前記電流値調整手段が、前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する対極の透過率が、非入射光側にある光電変換セルを構成する対極の透過率よりも高いことである請求項5に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する対極の透過率が65%以上である請求項6に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記最も入射光側にある光電変換セルを構成する対極と、前記最も入射光側にある光電変換セルの非入射光側に位置する光電変換セルの透明導電層とを兼ねた中間層を設けた請求項5〜7のいずれか1つに記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記中間層が、入射光側に対極が形成され、かつ非入射光側に透明導電層が形成された支持体であり、前記中間層を構成する支持体の透過率が、前記最も入射光側にある光電変換セルの入射光側に位置する支持体の透過率よりも高いことを特徴とする請求項8に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記中間層を構成する支持体の厚さが、前記最も入射光側にある光電変換セルの入射光側に位置する支持体の厚さよりも薄い請求項9に記載の色素増感型光電変換素子。
- 前記中間層を構成する支持体上の透明導電層の透過率が、前記最も入射光側にある光電変換セルの入射光側に位置する支持体上に形成される透明導電層の透過率よりも高い請求項9または10に記載の色素増感型光電変換素子。
- 請求項1〜11のいずれか1つに記載の色素増感型光電変換素子が直列接続された色素増感型光電変換素子モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006206801A JP4966602B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006206801A JP4966602B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008034258A JP2008034258A (ja) | 2008-02-14 |
JP4966602B2 true JP4966602B2 (ja) | 2012-07-04 |
Family
ID=39123455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006206801A Expired - Fee Related JP4966602B2 (ja) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | 色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4966602B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5250835B2 (ja) * | 2008-04-11 | 2013-07-31 | コニカミノルタ株式会社 | 色素増感型太陽電池 |
JP5402190B2 (ja) * | 2009-04-14 | 2014-01-29 | 株式会社豊田中央研究所 | 太陽電池モジュール |
KR101154597B1 (ko) | 2010-09-01 | 2012-06-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양광 발전장치 |
JP5533722B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2014-06-25 | 住友大阪セメント株式会社 | タンデム型色素増感太陽電池及びその製造方法 |
CN104769045B (zh) | 2012-12-28 | 2018-04-03 | 株式会社艾迪科 | 担载体和光电转换元件 |
KR101431817B1 (ko) * | 2013-07-31 | 2014-08-20 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 이중 소자 융합형 텐덤 태양 전지 및 그 제조 방법 |
JP2015060820A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 積水化学工業株式会社 | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
JP2016058445A (ja) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | シャープ株式会社 | 太陽光発電パネル |
JP6821956B2 (ja) * | 2016-06-06 | 2021-01-27 | 日本精工株式会社 | 光電変換素子 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4285673B2 (ja) * | 2000-01-31 | 2009-06-24 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換型カラー光センサーおよびイメージセンサー |
JP2001319698A (ja) * | 2000-05-11 | 2001-11-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子および光電池 |
WO2002052654A1 (fr) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | Kabushiki Kaisha Hayashibara Seibutsu Kagaku Kenkyujo | Cellule solaire |
JP4278079B2 (ja) * | 2001-03-29 | 2009-06-10 | 富士フイルム株式会社 | 高感度受光素子及び光センサー |
JP4499392B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2010-07-07 | ソニー株式会社 | 光電変換素子及び撮像素子 |
-
2006
- 2006-07-28 JP JP2006206801A patent/JP4966602B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008034258A (ja) | 2008-02-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4966602B2 (ja) | 色素増感型光電変換素子および色素増感型光電変換素子モジュール | |
JP4523549B2 (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
JP5377327B2 (ja) | 光増感太陽電池モジュールおよびその製造方法 | |
Chen et al. | Dextran based highly conductive hydrogel polysulfide electrolyte for efficient quasi-solid-state quantum dot-sensitized solar cells | |
JP5422645B2 (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
JP3717506B2 (ja) | 色素増感型太陽電池モジュール | |
JP4863662B2 (ja) | 色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法 | |
EP2432069B1 (en) | Porous electrode, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module | |
JP4063802B2 (ja) | 光電極 | |
JP5171810B2 (ja) | 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法 | |
JP4448478B2 (ja) | 色素増感型太陽電池モジュール | |
JP4627427B2 (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
JP5657780B2 (ja) | 光電変換素子および光電変換モジュール | |
JP2009043482A (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
JP4601582B2 (ja) | 光電極、およびそれを用いた色素増感太陽電池、色素増感太陽電池モジュール | |
WO2013094446A1 (ja) | 光電変換素子 | |
JP6173560B2 (ja) | 光電変換モジュールおよびそれを用いた電子機器 | |
JP2014026903A (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 | |
JP2013251229A (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 | |
JP5480234B2 (ja) | 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 | |
JP6062376B2 (ja) | 光電変換素子 | |
WO2015049983A1 (ja) | 光電変換装置および光電変換装置の製造方法 | |
WO2013094447A1 (ja) | 光電変換素子 | |
WO2013094448A1 (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 | |
JP2014229434A (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080806 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111220 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120306 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120402 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4966602 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |