JP4982067B2 - 色素増感太陽電池用光電極の製造方法 - Google Patents
色素増感太陽電池用光電極の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4982067B2 JP4982067B2 JP2005295570A JP2005295570A JP4982067B2 JP 4982067 B2 JP4982067 B2 JP 4982067B2 JP 2005295570 A JP2005295570 A JP 2005295570A JP 2005295570 A JP2005295570 A JP 2005295570A JP 4982067 B2 JP4982067 B2 JP 4982067B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- solar cell
- sensitized solar
- oxide semiconductor
- metal oxide
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
このような色素増感太陽電池の基本原理は、特許文献1に開示されているように、以下の通りである。まず、色素増感太陽電池に光が照射されると、金属酸化物半導体多孔質層表面に吸着された増感色素が光を吸収し、色素分子内の電子が励起され、電子が半導体へ渡される。これにより、光電極側で電子が発生し、この電子が電気回路を通じて、正電極に移動する。そして、正電極に移動した電子は、電解質層を通じて光電極に戻る。このような過程が繰り返されることで、電気エネルギーが生じ、高い光電変換効率が実現されている。
しかしながら、基板として樹脂フィルムを用いた色素増感太陽電池を製造する場合は、基板の耐熱性が低いことにより、光電極を形成する際に、焼成温度を高くできず、金属酸化物半導体微粒子同士の結合を強くできないという問題があった。
また、焼成温度が低い場合には、製膜後も金属酸化物半導体多孔膜中に有機成分が残存するため、色素の担持性や電子伝導性を阻害して色素増感太陽電池の光電変換特性低下の原因となっていた。
上記樹脂フィルム基板の厚みの好ましい下限は100μm、好ましい上限は3mmである。厚みを上記範囲内とすることで、適当な剛性と柔軟性をもたせることが可能となる。
金属酸化物半導体多孔質層のバインダー樹脂に由来する有機物残量を上記範囲内とすることで、本発明の色素増感太陽電池用光電極は、基板と金属酸化物半導体多孔質層との密着性と、得られる色素増感太陽電池の良好な光電変換特性とを両立したものとなる。
なお、上記バインダー樹脂に由来する有機物残量は、金属酸化物半導体多孔質層から採取した試料について、熱重量分析(TGA)を行うことにより測定することができる。具体的には、金属酸化物半導体多孔質層から採取した試料を熱分解温度まで加熱して、300℃以上の温度での重量変化を測定し、初期重量からの変化率を求めることにより算出することができる。なお、図2に、TGAにより有機物残量の測定を行った際のチャートを示す。
ガラス基板等を用いる場合は、450℃以上の温度まで加熱することにより、有機物を完全に分解して、金属酸化物半導体微粒子同士のネッキングにより強固な結合が形成することが可能となるのに対して、本発明のように樹脂フィルム基板を用いる場合には、基板の耐熱性が低いことから、150℃を超える温度で焼成することが困難である。従って、本発明では焼成後の金属酸化物半導体多孔質層中に有機物が残存し、金属酸化物半導体微粒子同士の結合を阻害するため、高温焼成の場合と比べて光電変換特性が低下するおそれがある。
しかしながら、本発明の色素増感太陽電池用光電極では、後工程において、金属酸化物半導体多孔質層中のバインダー樹脂を脱脂する工程を行うことから、低温で焼成した場合であっても、得られる色素増感太陽電池の光電変換特性が低下することがない。
しかしながら、紫外線照射後は、紫外線照射を行った表面部に近い部分の残留有機物が除去されており、金属酸化物半導体微粒子3からなる金属酸化物半導体多孔質層全体の有機物残量も大幅に低下している。これにより、後の工程において色素担持性が向上させるだけでなく、得られる色素増感太陽電池の光電変換効率が大幅に向上する。
また、紫外線の照射エネルギーの好ましい下限は1J/cm2、好ましい上限は20J/cm2である。1J/cm2未満であると、有機物を充分に除去することができないことがあり、20J/cm2を超えると、樹脂フィルム基板を劣化させることがある。
更に、紫外線照射条件は、紫外光照射強度:5〜10mW/cm2、照射時間:300〜1000秒とすることが好ましく、上記紫外線の光源としては、その波長の発光効率の高い低圧水銀ランプを用いることができる。
具体的には、ルテニウム金属錯体系色素や各種の有機色素を使用することができ、例えば、エオシンY、フルオレセイン、エリスロシンB、フロキシンB、ローズベンガル、フルオレクソン、マーキュロクロム、ジブロモフルオレセイン、ピロガロールレッド等のキサンテン系色素;クマリン343等のクマリン系色素;ブロモフェノールブルー、ブロモチモールブルー、フェノールフタレイン等のトリフェニルメタン系色素;シアニン系色素、メロシアニン系色素、インジゴ系色素、オキソノール系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、スクアリリウム系色素、ペリレンテトラカルボン酸誘導体;Ru、Os等のポリピリジン錯体;アントシアニン、クチナシ色素、ウコン色素、ベニバナ色素、カロテノイド色素、コチニール色素、パプリカ色素等の天然色素等が挙げられる。
上記色素を含有する溶液に用いる溶媒としては、色素を溶解することができ、基板フィルムを劣化させないものであれば特に限定されず、例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトニトリル等が挙げられる。
上記有機溶媒としては、例えば、ニトリル系のアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルや炭化水素系のプロピレンカルボナート、ジエチルカルボナート、γ―ブチロラクタンやポリエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。
これらの中では、嵩高く、金属酸化物半導体多孔質層に吸着させた色素が脱離しにくいことから、酸化還元電解質を有機溶媒に溶解した溶液が好ましい。
なお、上記正電極の基板及び導電層には、本発明の色素増感太陽電池用光電極に使用する樹脂フィルム基板や透明導電層と異なり、必ずしも透明性は必要とされない。
(チタニア多孔膜の形成)
PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板にマスキングを施し、酸化チタンナノ粒子を水系溶媒に分散した塗料(昭和電工社製、SP210)をスピンコータ(回転数:1000rpm)で塗布し、120℃で60分間乾燥焼成させた後、マスキングを剥離し、10×20mmの矩形パターンからなるチタニア多孔膜を製膜した。
その後、基板上のチタニア多孔膜に、低圧水銀ランプを用いて紫外線を10分間照射した。なお、紫外光強度は7mW/cm2、照射エネルギーは4.2J/cm2であった。
(1)有機物残存量の測定
紫外線照射後のチタニア多孔膜について、有機物残存量の測定及び透明電極基板との密着性の評価を行った。
有機物残存量の測定は、チタニア多孔膜から削り落としたチタニアからなる試料について、熱重量変化(TGA)測定を行い、300℃以上での重量減少から求めた。その結果、有機物残存量は0.9%であった。
チタニア多孔膜に碁盤目状のマス目を入れ、テープ剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合を計測する碁盤目試験により、チタニア多孔膜の密着強度を評価した。その結果、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は99%であり、充分な密着強度を有することがわかった。
上述の方法により作製したチタニア多孔膜を形成した基板を、ルテニウム色素N719を3×10−4mol/L、溶媒としてアセトニトリルとt−ブタノールの容積比1:1を含有する色素溶液に一晩浸漬することにより、チタニア多孔膜の表面に増感色素を担持させ、光電極基板を作製した。
実施例1と同様にして、PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板に10×20mmの矩形パターンでチタニア多孔膜を製膜した。次いで、実施例1と同様の条件で紫外線照射を40分間行った。
その後、実施例1と同様の方法でチタニア膜中の有機物残存量を測定したところ、0.5%であった。また、チタニア多孔膜と透明基板との密着強度を確認したところ、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は92%であり、密着強度は、やや低下したが使用可能なレベルであった。次いで、実施例1と同様の方法を行うことにより、色素増感太陽電池セルを得た。
紫外線照射処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板に10×20mmの矩形パターンでチタニア多孔膜を製膜した。
その後、実施例1と同様の方法でチタニア膜中の有機物残存量を測定したところ、1.7%であった。また、チタニア多孔膜と透明基板との密着強度を確認したところ、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は100%であった。次いで、実施例1と同様の方法を行うことにより、色素増感太陽電池セルを得た。
実施例1と同様にして、PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板に10×20mmの矩形パターンでチタニア多孔膜を製膜し、紫外線照射処理は、実施例1と同条件で紫外線照射を2分間行った。
その後、実施例1と同様の方法でチタニア膜中の有機物残存量を測定したところ、1.5%であった。また、チタニア多孔膜と透明基板との密着強度を確認したところ、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は100%であった。次いで、実施例1と同様の方法を行うことにより、色素増感太陽電池セルを得た。
実施例1と同様にして、PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板に10×20mmの矩形パターンでチタニア多孔膜を製膜し、紫外線照射処理は、実施例1と同条件で紫外線照射を80分間行った。
その後、実施例1と同様の方法でチタニア膜中の有機物残存量を測定したところ、0.4%であった。また、チタニア多孔膜と透明基板との密着強度を確認したところ、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は78%であり、大きく低下していた。
次いで、実施例1と同様の方法を行うことにより、色素増感太陽電池セルを得た。
実施例1と同様にして、PETフィルムにITO膜を製膜した透明電極基板に10×20mmの矩形パターンでチタニア多孔膜を製膜した。その後、この基板を沸騰水に浸漬し、膜を10分間煮沸処理した。なお、煮沸処理後のチタニア多孔膜には、その一部に剥離が見られた。
その後、実施例1と同様の方法でチタニア膜中の有機物残存量を測定したところ、0.2%であった。また、チタニア多孔膜と透明基板との密着強度を確認したところ、剥離試験後に残ったチタニア多孔膜のマスの割合は65%であり大きく低下した。
次いで、実施例1と同様の方法を行うことにより、色素増感太陽電池セルを得た。
(3)光電変換特性
実施例1、2及び比較例1〜4で得られた色素増感太陽電池セルについて、光源強度が1SUN(100mW/cm2)であるソーラーシミュレータを用い、光電変換効率を測定した。結果を表1に示した。
2 透明電極
3 金属酸化物半導体微粒子
4 残留有機物
Claims (2)
- 透明導電層が形成された樹脂フィルム基板の前記透明導電層上に金属酸化物半導体微粒子とバインダー樹脂とを含有する分散液を塗布、焼成した後、前記バインダー樹脂を脱脂して金属酸化物半導体多孔質層を形成し、更に、前記金属酸化物半導体多孔質層に色素を担持させる色素増感太陽電池用光電極の製造方法であって、
前記焼成を150℃以下で行い、
前記バインダー樹脂の脱脂を紫外線照射により行い、
紫外線照射の照射時間を300〜2400秒とする
ことを特徴とする色素増感太陽電池用光電極の製造方法。 - 紫外線の照射エネルギーは、1〜20J/cm 2 であることを特徴とする請求項1記載の色素増感太陽電池用光電極の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005295570A JP4982067B2 (ja) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | 色素増感太陽電池用光電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005295570A JP4982067B2 (ja) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | 色素増感太陽電池用光電極の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007103310A JP2007103310A (ja) | 2007-04-19 |
JP4982067B2 true JP4982067B2 (ja) | 2012-07-25 |
Family
ID=38030041
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005295570A Expired - Fee Related JP4982067B2 (ja) | 2005-10-07 | 2005-10-07 | 色素増感太陽電池用光電極の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4982067B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110011456A1 (en) * | 2008-03-19 | 2011-01-20 | Liyuan Han | Photosensitizer and solar cell using the same |
KR101414450B1 (ko) * | 2008-08-08 | 2014-07-04 | 주식회사 동진쎄미켐 | 염료감응 태양전지의 제조방법 |
JP2010073495A (ja) * | 2008-09-18 | 2010-04-02 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 色素増感太陽電池 |
JP5046195B2 (ja) | 2009-05-27 | 2012-10-10 | Tdk株式会社 | 色素増感型太陽電池用金属酸化物電極及び色素増感型太陽電池、並びに金属酸化物電極の製造方法 |
CN102394178B (zh) * | 2011-11-08 | 2012-12-05 | 南京大学 | 利用紫外辐照光电极提高染料敏化太阳电池转换效率方法 |
KR101219330B1 (ko) | 2011-11-30 | 2013-01-22 | 현대자동차주식회사 | 박판 유리 기판을 이용한 염료감응 태양전지 모듈 및 그 제조방법 |
US20150284290A1 (en) * | 2012-11-27 | 2015-10-08 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Method for producing porous titanium oxide laminate |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002117912A (ja) * | 2000-10-11 | 2002-04-19 | Seiko Epson Corp | 半導体電極、半導体電極の製造方法および太陽電池 |
JP2004234988A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Sony Corp | 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに半導体層およびその製造方法 |
-
2005
- 2005-10-07 JP JP2005295570A patent/JP4982067B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007103310A (ja) | 2007-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5192154B2 (ja) | 色素増感太陽電池の製造方法 | |
Kim et al. | Curcumin dye extracted from Curcuma longa L. used as sensitizers for efficient dye-sensitized solar cells | |
Hossain et al. | Efficiency enhancement of natural dye sensitized solar cell by optimizing electrode fabrication parameters | |
JP4982067B2 (ja) | 色素増感太陽電池用光電極の製造方法 | |
JP5191647B2 (ja) | 酸化チタン膜、酸化チタン膜電極膜構造および色素増感太陽電池 | |
JP2005222942A (ja) | 光吸収波長帯が拡張された染料感応太陽電池及びその製造方法 | |
JP2008130553A (ja) | 染料感応太陽電池及び染料感応太陽電池の製造方法 | |
JP2008186752A (ja) | 光電変換素子及び太陽電池 | |
JP4312991B2 (ja) | 色素増感型太陽電池の製造方法 | |
JP2010118158A (ja) | 光電変換素子用ペースト組成物、光電変換素子用多孔質膜の製造方法及び光電変換素子 | |
WO2004068627A1 (ja) | 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに半導体層およびその製造方法 | |
CN104185886B (zh) | 色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法 | |
JP5189870B2 (ja) | 電解液及び色素増感型太陽電池 | |
KR20110005596A (ko) | 염료 감응 태양 전지용 염료 및 이를 이용하여 제조된 염료 감응 태양 전지 | |
JP5181550B2 (ja) | 光電変換素子 | |
Pydzińska-Białek et al. | Impact of improvements in mesoporous titania layers on ultrafast electron transfer dynamics in perovskite and dye-sensitized solar cells | |
JP5636736B2 (ja) | 光電変換装置及びその製造方法 | |
JP4149714B2 (ja) | 色素増感型太陽電池およびその製造方法 | |
JP2010277762A (ja) | 色素増感型太陽電池用金属酸化物電極及び色素増感型太陽電池、並びに金属酸化物電極の製造方法 | |
JP5075354B2 (ja) | 色素増感太陽電池用光電極及び色素増感太陽電池 | |
JP2004047264A (ja) | 色素増感型太陽電池およびその製造方法 | |
JP5337423B2 (ja) | 色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池の製造方法 | |
JP2007179822A (ja) | 電極及びこれを対極に用いる色素増感型太陽電池 | |
JP2007299671A (ja) | 色素増感太陽電池 | |
JP2006339074A (ja) | 色素増感太陽電池の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080910 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120131 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120329 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20120329 |
|
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: 20120417 |
|
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: 20120423 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4982067 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: 20150427 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |