JP5095148B2 - Working electrode substrate and photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
本発明は、色素増感太陽電池などの光電変換素子に用いられる電極基板に係り、詳しくは、基板強度を維持しつつ軽量化を図り、さらに良好な発電特性を有する大面積素子を構築する作用極用基板及び光電変換素子に関する。 The present invention relates to an electrode substrate used for a photoelectric conversion element such as a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to reduce the weight while maintaining the substrate strength, and to construct a large-area element having better power generation characteristics. The present invention relates to an electrode substrate and a photoelectric conversion element.
色素増感太陽電池は、安価で高い光電変換効率が得られる光電変換素子として着目され、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されている(たとえば、特許文献1、2および非特許文献1参照)。
Dye-sensitized solar cells are attracting attention as photoelectric conversion elements that can be obtained at low cost and have high photoelectric conversion efficiency, and have been proposed by a group of Gretzel et al. In Switzerland (for example, see
この色素増感太陽電池の一般的な構造としては、図5に示すように、通常、作用極用基材102と透明導電層104とからなる透明な導電性電極基板の上に、二酸化チタンなどの酸化物半導体微粒子からなる多孔質酸化物半導体層(以下、「多孔質膜」とも呼ぶ)105を形成することにより作用極108とし、一方、白金等の導電層107を塗布した対極用基材103を対極109として備え、前記作用極108の多孔質膜105に光増感色素を担持して、これらの作用極108と対極109との間及び多孔質膜105内の少なくとも一部に、酸化還元対を含有する電解質106が充填させたものである。この種の色素増感型太陽電池101は、太陽光(図5にhνと表記)などの入射光を吸収した光増感色素により酸化物半導体微粒子が増感され、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子として機能する。
As a general structure of this dye-sensitized solar cell, as shown in FIG. 5, titanium dioxide or the like is usually formed on a transparent conductive electrode substrate composed of a working
ところで、ここで用いる透明な導電性電極基板としては、ガラスからなる作用極用基材102の表面に、ITOやFTOなどの透明導電層104を予め蒸着、CVD、スパッタなどの手法により被覆したものが一般的である。
しかしながら、作用極用基材102としてガラスを用いて実用サイズの大面積モジュールを構築する場合、割れてしまうという危険性や、基板重量が重いなどといった不都合が生じる。また、軽量化のためにガラスの厚さを薄くすることは可能であるが、基板強度の点では著しく不利であり、必ずしも好適な対策とは言えない。
一方で、作用極用基材102をプラスチックからなるものに変更することも考えられるが、その場合、基板強度や軽量化といった問題に対しては良好な効果が期待できるものの、耐熱温度がガラスに比べて著しく下がるため耐熱性の点で問題となり、半導体多孔質膜の焼成工程などが大きな制約を受けるため、良好な素子出力を得ることが難しいものとなってしまう。
However, when a large-sized module having a practical size is constructed using glass as the working
On the other hand, it is conceivable to change the working
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、基板強度と良好な発電特性を維持し、かつ、軽量化が図れる作用極用基板を提供することを目的とする。
また、本発明は、大面積化と軽量化とを両立できる光電変換素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a working electrode substrate that can maintain substrate strength and good power generation characteristics and can be reduced in weight.
Moreover, an object of this invention is to provide the photoelectric conversion element which can make large area and weight reduction compatible.
本発明の請求項1に係る作用極用基板は、透明基材上に透明導電層を介し、増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する作用極用基板であって、前記透明基材は、前記多孔質酸化物半導体層側に位置する第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれており、前記第一基材はガラス板、前記第一基材よりも比重が小さい基材はプラスチック材であり、前記第一基材よりも比重が小さい基材の総厚は、前記第一基材の厚さの5〜20倍であることを特徴とする。
本発明の請求項2に係る作用極用基板は、請求項1において、前記第一基材よりも比重が小さい基材の比重は、前記第一基材の比重の1/2以下であることを特徴とする。
本発明の請求項3に係る作用極用基板は、請求項1又は2において、前記第一基材は、前記第二基材の上に複数、二次元的に並べて配置されていることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る作用極用基板は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記第二基材の投影面積は、前記第一基材の投影面積より大きいことを特徴とする。
本発明の請求項5に係る作用極用基板は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記第一基材は、透明接着層を介して前記第二基材に重ねて配されていることを特徴とする。
本発明の請求項6に係る作用極用基板は、請求項5において、前記第二基材は、紫外領域の光に対して透過性を有することを特徴とする。
本発明の請求項7に係る光電変換素子は、前記請求項1乃至6のいずれか1項に記載の作用極用基板と、該作用極用基板に有する多孔質酸化物半導体層に対向して配置された対極基板と、前記作用極基板と前記対極基板との間の少なくとも一部に挟み込まれた電解質層と、から構成されることを特徴とする。
The working electrode substrate according to claim 1 of the present invention is a working electrode substrate having a porous oxide semiconductor layer on the surface of which a sensitizing dye is supported via a transparent conductive layer on a transparent substrate, The transparent substrate has a first substrate located on the porous oxide semiconductor layer side and at least one or more second substrates arranged to overlap the first substrate, and the second group The material includes a substrate having a specific gravity smaller than that of the first substrate , the first substrate is a glass plate, and a substrate having a specific gravity smaller than the first substrate is a plastic material, the total thickness of the smaller specific gravity substrate than the first substrate is characterized 5-20 Baidea Rukoto thickness of the first substrate.
The working electrode substrate according to
A working electrode substrate according to a third aspect of the present invention is the working electrode substrate according to the first or second aspect , wherein a plurality of the first base materials are arranged two-dimensionally on the second base material. to.
The working electrode substrate according to
The working electrode substrate according to
The working electrode substrate according to
A photoelectric conversion element according to
本発明に係る作用極用基板は、透明導電層を介し増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する透明基材が、前記多孔質酸化物半導体層側に位置する第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれる構成となっている。ゆえに、比重が小さい基材が含まれることによって全体的な軽量化が図れると共に、重ねて配される第一基材と第二基材の素材を適宜選択することにより、基板強度と良好な発電特性の維持を図ることができる。 In the working electrode substrate according to the present invention, a transparent base material having a porous oxide semiconductor layer having a sensitizing dye supported on the surface via a transparent conductive layer is located on the porous oxide semiconductor layer side. A base material and at least one second base material disposed on the first base material, wherein the second base material includes a base material having a specific gravity smaller than that of the first base material. It has a configuration. Therefore, it is possible to reduce the overall weight by including a base material having a small specific gravity, and by appropriately selecting the materials of the first base material and the second base material that are arranged in a superimposed manner, the substrate strength and good power generation are achieved. The characteristics can be maintained.
また、本発明に係る作用極用基板を用いた光電変換素子は、透明導電層を介し増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する透明基材が、前記多孔質酸化物半導体層側に位置する第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれる構成となっている作用極用基板と、該作用極用基板に有する多孔質酸化物半導体層に対向して配置された対極基板と、前記作用極基板と前記対極基板との間の少なくとも一部に挟み込まれた電解質層と、から構成されている。ゆえに、大面積化と軽量化とを両立できる光電変換素子を得ることができる。 In addition, the photoelectric conversion element using the working electrode substrate according to the present invention is such that the transparent base material having a porous oxide semiconductor layer having a sensitizing dye supported on the surface via a transparent conductive layer is the porous oxide. The first base material located on the semiconductor layer side and at least one or more second base material arranged to overlap the first base material, the second base material is more than the first base material A working electrode substrate including a base material having a small specific gravity, a counter electrode substrate disposed opposite to a porous oxide semiconductor layer included in the working electrode substrate, the working electrode substrate, and the counter electrode And an electrolyte layer sandwiched between at least part of the substrate. Therefore, it is possible to obtain a photoelectric conversion element that can achieve both an increase in area and a reduction in weight.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の作用極用基板を用いた光電変換素子の構造を示す概略断面図である。
図1に示すように、本発明の光電変換素子1は、作用極用基材2と透明導電層4と多孔質酸化物半導体層5とからなる電極基板を光が入射する側の作用極(窓極)用基板8とし、一方、対極用基材3と導電層7とからなる電極基板を対極基板9として、多孔質酸化物半導体層5内を含む作用極用基板8と対極基板9との間の少なくとも一部に電解質層6を充填した構成とするものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a photoelectric conversion element using the working electrode substrate of the present invention.
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 1 of the present invention has a working electrode (on the side where light is incident) on an electrode substrate composed of a working
作用極用基材2は、発電層に用いる透明導電層4及び多孔質酸化物半導体層5が具備される透明基材であり、少なくとも、表面に導電材料からなる透明導電層4を形成することにより電気を通す導電性を有する第一基材21と、該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材22を有する、2種以上の層から構成される。また、前記第二基材22には、前記第一基材21よりも比重の小さい基材が含まれている。これにより、軽量化を図ることができる。なお、ここでの表面とは、基材面のうち透明導電層4等を形成し、対極として作用する導電層7と対向して配置される面をいう。
The working
第一基材21は、透明導電層4を形成した基板上に色素増感太陽電池の多孔質酸化物半導体層5など、成膜時に焼成工程を含む構造体を形成する場合には、それに耐える耐熱性が要求されるものである。この第一基材21としては、たとえばソーダライムガラス、白板ガラス、ホウ珪酸ガラス、石英ガラス、高歪点ガラス、結晶化ガラスなどのガラス板が挙げられる。これにより、半導体多孔質膜の焼成工程において制約を受けることが無く、良好な素子を得ることができる。
また、第一基材21は、作用極用基材2の軽量化に貢献できるよう薄板であることが望ましい。したがって、第一基材21よりも比重の小さい基材が含まれている第二基材22と貼り合わさって積層体を構成し、軽量化を図りつつ、基板強度と良好な発電特性の維持を図ることができる。
さらに、この第一基材21は、たとえば図2に示すように、透明導電層4と多孔質酸化物半導体層5とからなる発電層を形成したセルユニットCを、第二基材22上に複数(図示例では4つ)、二次元的に並べて配置する構成としても良い。これにより、任意の素子出力に設定される大面積化と軽量化とが両立した光電変換素子を得ることができる。
The
Moreover, it is desirable that the
Further, as shown in FIG. 2, for example, the
第二基材22は、厚さが薄い第一基材21の強度を補い、かつ、第一基材21よりも低比重の材料が望ましい。この第二基材22としては、たとえばアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート(PC)、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、などのプラスチック材を用いることができる。
また、第二基材の投影面積は、前記第一基材の投影面積と同等またはこれより大きい構成とするのが望ましい。これにより、第二基材22上に第一基材21を複数並べて配置することができると共に、集電配線を施すなど余剰面積を自由に利用できるものとなる。
The
The projected area of the second substrate is preferably equal to or larger than the projected area of the first substrate. As a result, a plurality of the
作用極用基材2は、光透過性の高い透明な部材であれば、第一基材21や第二基材22以外にも、接着(粘着)層やUVカット層、反射防止膜などを1以上含んで構成されていても構わない。したがって、第二基材22は、1種類で構成されるものに限定されること無く、第一基材21に比べて軽量化できる少なくとも1以上の素材を含む積層構造体とすることもできる。
この際、第一基材21や第二基材22を含む各層は、接着剤や粘着剤を介して接着(粘着)、圧着、融着など任意の手法により、重ねて貼り合わされる。したがって、透明接着層を介して第一基材21と第二基材22と貼り合わせるものとすると、光透過性を損ねずに積層物を強固に作製することができる。
また、図1に示すように、第二基材22に含まれる、第一基材21よりも比重の小さい基材の総厚L2は、第一基材の厚さL1よりも厚く構成されると望ましい。これにより、一層軽量化が図れるものとなる。
As long as the working
At this time, the layers including the
Moreover, as shown in FIG. 1, the total thickness L2 of the base material contained in the
さらに、第二基材22は、紫外領域の光に対して透過性をもつ材料が望ましい。本発明において、「紫外領域の光に対して透過性をもつ」とは、波長365nmにおける光透過率が波長550nmにおける透過率の少なくとも70%以上備えたものと定義する。
第二基材22が紫外領域の光に対しても十分な透過性を示す場合、第一基材21と第二基材22とを貼り合わせる際に、紫外線硬化型の透明接着剤を適用することができる。
紫外領域の光に対して透過性をもつ材料からなる第二基材22としては、各種のガラス基板の他に、光学部品用途に調製された高透過性のアクリル板やシクロオレフィンポリマー、PET[poly(ethylene terephthalate)]、PEN[poly(ethylene naphthalate)]、等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
Furthermore, the
When the
As the
なお、第一基材21と第二基材22とを貼り合わせる際には、紫外線硬化型の透明接着剤に代えて、次に例示する接着剤や粘着剤を採用することもできる。
前者の具体例としては、二液混合系や可視光硬化系、熱硬化系、等の任意の接着剤が挙げられる。このような接着剤の材質としては、アクリル系やエポキシ系など特に限定されるものではないが、無色透明の光透過性に優れたものが望ましい。基材の光透過性を高く保つためには、例えば紫外領域まで含む広波長域の光に対しても十分な透過性を示すような二液混合系の接着剤を適用することにより、ガラス単一基板を用いる場合と遜色ないレベルの透過性が確保できる。
後者の具体例としては、シートの両面に粘着剤を配してなる、いわゆる両面粘着シートが挙げられる。この場合にも、基材の光透過性を高く保つ目的から、シートや粘着剤としては、無色透明の光透過性に優れたものが望ましい。
In addition, when bonding the
Specific examples of the former include arbitrary adhesives such as a two-component mixed system, a visible light curing system, and a thermosetting system. The material of such an adhesive is not particularly limited, such as acrylic or epoxy, but is preferably colorless and transparent and excellent in light transmittance. In order to keep the light transmittance of the base material high, for example, by applying a two-component mixed adhesive that exhibits sufficient transmittance even for light in a wide wavelength range including the ultraviolet region, a glass single unit is used. The same level of transparency as when using one substrate can be secured.
A specific example of the latter is a so-called double-sided pressure-sensitive adhesive sheet in which a pressure-sensitive adhesive is disposed on both sides of the sheet. Also in this case, for the purpose of keeping the light transmittance of the base material high, it is desirable that the sheet or the pressure-sensitive adhesive is colorless and transparent and has excellent light transmittance.
透明導電層4は、第一基材21上に形成された導電材料からなる光透過率の高い導電性の被膜である。透明導電層4としては、たとえば、スズ添加酸化インジウム(ITO)やフッ素添加酸化スズ(FTO)、スズ添加酸化アンチモン(ATO)などの透明な導電材料や各種金属材料を単独で、もしくはフッ素添加酸化スズ/スズ添加酸化インジウム(FTO/ITO)複合膜などのように複数種類を複合化して用いることもできるが、特に限定されるものではなく、光透過率や導電性の点で使用目的に適合するものを選べば良い。また、導電補助(集電)効果を与えるために、光透過性を著しく損ねない範囲で、銀、白金、銅、ニッケル、金、アルミニウム、カーボン、導電性高分子などから選ばれる材料にて形成された金属配線等を追加しても良い。そして、作用極用基材2上に透明導電層4を介して多孔質酸化物半導体層5を形成することで作用極(窓極)用基板8とする。
The transparent
多孔質酸化物半導体層5の素材、形成方法などについて特に限定されるものは無いが、たとえば、二酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化マンガン(MnO2)、 酸化マグネシウム(MgO)などを単独、または2種以上を複合させた、平均粒径が1nm〜1000nmの酸化物半導体粒子を主成分とする多孔質の薄膜であり、市販の微粒子やゾル−ゲル法により得られたコロイド溶液などから得ることができる。
多孔膜化の手法としては、たとえばコロイド溶液や分散液(必要に応じて添加剤を含む)を、スクリーンプリント、インクジェットプリント、ロールコート、ドクターブレード、スピンコート、スプレー塗布など、種々の塗布法を用いて塗布する他、微粒子の泳動電着などを適用するものでも構わない。そして、この多孔質酸化物半導体層5には、増感色素が担持される。
There are no particular limitations on the material and formation method of the porous
As a method for forming a porous film, for example, colloidal solutions and dispersions (including additives as necessary), various coating methods such as screen printing, inkjet printing, roll coating, doctor blade, spin coating, spray coating, etc. In addition to coating by using, electrophoretic electrodeposition of fine particles may be applied. The porous
増感色素は、たとえば、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの誘導体といった有機色素なども使用することができ、用途、使用する半導体多孔質膜によって適当なものを、特に限定されることなく選ぶことができる。 As the sensitizing dye, for example, a ruthenium complex containing a bipyridine structure, a terpyridine structure or the like as a ligand, a metal-containing complex such as porphyrin or phthalocyanine, and an organic dye such as a derivative such as eosin, rhodamine, merocyanine, or coumarin are used. A suitable one can be selected without particular limitation depending on the intended use and the semiconductor porous membrane to be used.
一方、対極用基材3は、対極に用いる導電層7が具備されるものであり、金属、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。これらの基材上に、各種炭素系材料や導電性高分子、白金などを、湿式、乾式(スパッタ法や蒸着法など)手法により形成したり、塩化白金酸塩の熱処理により白金膜を形成したりすることにより対極として用いることができる。特に、基材がガラスやプラスチックなど絶縁性の材料である場合には、基材表面に透明導電層など、基材に導電性を付与する層を別途形成してあっても構わない。
On the other hand, the
導電層7は、たとえば、白金や化学的に安定なカーボン、導電性高分子などを用いることができる。導電層7の形成方法に関しては、たとえば、白金からなる場合、スパッタ法や蒸着法といった真空成膜法、基板表面に塩化白金酸溶液などの含白金溶液を塗布後に熱処理を加える湿式成膜法などを用いておこなうことができる。
For the
この電解質層6としては、たとえば、酸化還元対を含む有機溶媒や、イオン液体(室温溶融塩)などを用いることができる。
酸化還元対も特に限定されるものでは無いが、たとえばヨウ素/ヨウ化物イオン、臭素/臭化物イオンなどを添加して得られる酸化還元対を選ぶことができ、前者であればヨウ化物塩(リチウム塩、四級化イミダゾリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩などを単独、あるいは複合して用いることができる)とヨウ素を単独、あるいは複合して添加することにより与えることができる。
また、有機溶媒として特に限定されるものは無いが、アセトニトリルやメトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどが例示される。
さらに、イオン液体としては、たとえば、イミダゾリウム系イオンや、ピリジニウム系イオンなどのカチオンと、ヨウ化物イオンや、ビストリフルオロメタンスルホニルイミドイオン、ジシアノアミドイオン、チオシアン酸イオンなどのアニオンと、からなる室温溶融塩などを選ぶことができる。
As the
The redox couple is not particularly limited. For example, a redox couple obtained by adding iodine / iodide ions, bromine / bromide ions, or the like can be selected. Quaternized imidazolium salts, tetrabutylammonium salts and the like can be used alone or in combination) and iodine can be added alone or in combination.
In addition, although there is no particular limitation on the organic solvent, examples thereof include acetonitrile, methoxyacetonitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and γ-butyrolactone.
Further, as the ionic liquid, for example, a room temperature comprising a cation such as an imidazolium ion or a pyridinium ion and an anion such as an iodide ion, a bistrifluoromethanesulfonylimide ion, a dicyanoamide ion, or a thiocyanate ion. Molten salt can be selected.
また、このような電解質層6は、高分子ゲル化剤、低分子ゲル化剤、各種ナノ粒子、カーボンナノチューブなどの適当なゲル化剤、充填剤を導入することにより流動性を抑えて疑固体化したもの、いわゆるゲル電解質を用いても構わない。
電解質層6には、更に必要に応じてリチウム塩や4−tert−ブチルピリジンなど種々の添加物を加えても構わない。
In addition, such an
Various additives such as lithium salt and 4-tert-butylpyridine may be further added to the
増感色素の担持、電解質層6の注入、対極基板9の積層などの工程は、第一基材21と第二基材22の貼り合わせの前後いずれでも任意のタイミングで設けることができる。第二基材22との貼り合わせ前に当該工程を組み込む場合、ハンドリング中、第一基材21の強度を補うために支持基板を仮貼りして用いるとより好ましい。
貼り合わせは、たとえば二液混合系、UV硬化系、可視光硬化系、熱硬化系など任意の接着剤や粘着剤を用いることができる。また、材質もアクリル系、エポキシ系など、特に限定されるものではないが、無色透明の光透過性に優れたものがより望ましい。また、両面粘着シートなどを用いて貼り合せても構わない。
Steps such as loading of the sensitizing dye, injection of the
For the bonding, for example, an arbitrary adhesive or pressure-sensitive adhesive such as a two-component mixed system, a UV curing system, a visible light curing system, or a thermosetting system can be used. The material is not particularly limited, such as acrylic or epoxy, but is more preferably colorless and transparent and excellent in light transmittance. Moreover, you may bond together using a double-sided adhesive sheet.
次に、本発明に係る光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
まず、作用極用基材2を構成するため、第一基材21としてガラス板(以下、符号21で示す。)を、第二基材22としてプラスチック板(以下、符号22で示す。)を、それぞれ用意する。
作用極用基板8は、光電変換素子として色素増感太陽電池に適用する場合、特に、多孔質半導体電極として用いる場合、ガラス板21の上に透明導電層4、集電グリッド、腐食防止層(絶縁層)、多孔質酸化物半導体層5などを必要に応じて形成し、焼成工程を経た後に、プラスチック板22を含む各層と貼り合わせることで作製することができる。したがって、作用極用基板8は、UVカット層や反射防止膜などを1以上含んで構成されていても構わない。
Next, an example of a method for producing a photoelectric conversion element according to the present invention will be described.
First, in order to constitute the working
When the working
透明導電層4の形成方法としては、透明導電層4の材料に応じて公知の方法を用いて行えば良く、たとえば、スパッタ法やCVD法(気相成長法)、SPD法(スプレー熱分解堆積法)、蒸着法などにより、FTO、FTO/ITOなどの酸化物半導体からなる薄膜を形成する。これにより、導電性基板が構成される。そして、この透明導電層4は、厚過ぎると光透過性が劣り、一方、薄過ぎると導電性が劣ってしまうこととなるため、光透過性と導電性の両方を考慮して、0.1μm〜2μm程度の膜厚に形成する。
As a method for forming the transparent
引き続き、透明導電層4上に多孔質酸化物半導体層5を形成することで作用極用基板(窓側電極)8を構成する。多孔質酸化物半導体層5を形成する方法としては、たとえば、二酸化チタン(TiO2 )の粉末を分散媒と混ぜてペーストを調整し、これをスクリーンプリント法やインクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法などにより、導電性基板上に塗布し、これを焼成する。この多孔質酸化物半導体層5は、通常、1μm〜50μm程度の薄膜に形成する。これにより、導電性を有する基板(電極用基板)が構成され、この電極用基板を通して太陽光(図1にhνと表記)が光電変換素子1内部に入射する。
そして、多孔質酸化物半導体層5が形成された基板を色素液に浸漬することにより、多孔質酸化物半導体層5に色素を担持させる。
Subsequently, the working electrode substrate (window-side electrode) 8 is formed by forming the porous
Then, the substrate on which the porous
一方、対極用基材3として、例えば、透明導電ガラス板を用意し、この上に白金からなる導電層7を設けることにより対極基板9を構成する。導電層7の形成方法としては、例えばスパッタ法等を用いることができる。
On the other hand, for example, a transparent conductive glass plate is prepared as the
そして、作用極用基板8の多孔質酸化物半導体層5と対極基板9の導電層7とを対向配置し、多孔質酸化物半導体層5の内部を含む両基板間の少なくとも一部に電解質層6として電解液を充填し、封止を施すことにより、本発明に係る作用極用基板8を用いた光電変換素子(色素増感太陽電池)1とすることができる。
Then, the porous
このように本実施形態によれば、ガラス単独を作用極用基板とするものと比較して、強度維持と良好な発電特性を維持し、かつ、軽量化を図ることができる。したがって、光電変換素子を構築する場合でも、大面積化と軽量化とを両立し、優れた素子出力も得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to maintain strength and maintain good power generation characteristics and to reduce the weight as compared with the case where glass alone is used as the working electrode substrate. Therefore, even when a photoelectric conversion element is constructed, both an increase in area and a reduction in weight can be achieved, and an excellent element output can be obtained.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
まず、作用極用基材が、第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれていることにより、強度維持を図りつつ軽量化を図ることができ、さらに、良好な発電特性を有する大面積光電変換素子が構築できることを確認するため、表1に示す第一基材、表2に示す第二基材、及び、表3に示す貼り合せ用接着剤を、それぞれ用意した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to a following example.
First, the working electrode base material has a first base material and at least one or more second base materials arranged on the first base material, and the second base material includes the first base material. By including a base material having a specific gravity smaller than that of the material, it is possible to reduce the weight while maintaining strength, and to confirm that a large-area photoelectric conversion element having good power generation characteristics can be constructed, A first base material shown in Table 1, a second base material shown in Table 2, and a bonding adhesive shown in Table 3 were prepared.
表1に示すように、第一基材としては、耐熱性を有し、半導体多孔質膜の焼成工程などにおいて制約を受けることの無いガラス板であって、軽量化しつつ強度維持が図れることを確認するために、厚さの異なる2種類を準備した。 As shown in Table 1, the first substrate is a glass plate that has heat resistance and is not subject to restrictions in the firing process of the semiconductor porous membrane, and can maintain strength while reducing weight. In order to confirm, two types with different thicknesses were prepared.
表2に示すように、第二基材としては、第一基材に比べて比重が半分程度に小さい、アクリル板、ポリカーボネート(PC)板、シクロオレフィンポリマー、PENシートといった4種類のプラスチック素材を準備し、アクリル板においては、大面積光電変換素子を構築できることを確認するために、寸法の異なる2種類を準備した。 As shown in Table 2, as the second base material, four kinds of plastic materials such as an acrylic plate, a polycarbonate (PC) plate, a cycloolefin polymer, and a PEN sheet having a specific gravity about half that of the first base material are used. Prepared and prepared two types of acrylic plates with different dimensions in order to confirm that a large area photoelectric conversion element can be constructed.
次に、第一基材上に、光電変換素子(色素増感太陽電池)用の光電極層を形成した。
まず、SPD法又はCVD法により第一基材の一面上にFTO膜を形成した。
次いで、FTO膜が形成された第一基材の上に、スクリーン印刷にて、回路幅を300μm、膜厚を10μmとした帯状の銀回路を並列に4本形成した。また、周辺部にも銀層を形成した。印刷用銀ペーストとして、焼結後の体積抵抗率が3×10−6Ω・cmのものを用いた。
引き続き、幅800μmとして銀回路が完全に覆われるよう回路形成部分と重ねてスクリーン印刷により低融点ガラスペーストを印刷し、これを熱風循環オーブンを用いて焼成することにより遮蔽層を形成した。
さらに、第一基材上に、TiO2 ナノ粒子を含むペーストをスクリーン印刷にて塗布し、乾燥後、500℃の温度で60分間焼成して、多孔質酸化物半導体膜を形成した。
その後、第一基材をルテニウムビピリジン錯体(N719色素)のアセトニトリル/t−ブタノール溶液中に24時間以上浸漬して色素を担持させて光電極とした。なお、色素の担持は、第一基材と第二基材との貼り合わせ前、又は貼り合わせ後に行った。
Next, a photoelectrode layer for a photoelectric conversion element (dye-sensitized solar cell) was formed on the first substrate.
First, an FTO film was formed on one surface of the first substrate by the SPD method or the CVD method.
Next, four strip-shaped silver circuits having a circuit width of 300 μm and a film thickness of 10 μm were formed in parallel on the first base material on which the FTO film was formed by screen printing. Moreover, the silver layer was formed also in the peripheral part. A silver paste having a volume resistivity after sintering of 3 × 10 −6 Ω · cm was used as a printing silver paste.
Subsequently, a low melting point glass paste was printed by screen printing on the circuit forming portion so as to completely cover the silver circuit with a width of 800 μm, and this was fired using a hot air circulation oven to form a shielding layer.
Furthermore, a paste containing TiO 2 nanoparticles was applied onto the first substrate by screen printing, dried, and then fired at a temperature of 500 ° C. for 60 minutes to form a porous oxide semiconductor film.
Thereafter, the first substrate was immersed in an acetonitrile / t-butanol solution of ruthenium bipyridine complex (N719 dye) for at least 24 hours to carry the dye to obtain a photoelectrode. The dye was supported before or after the first base material and the second base material were bonded together.
そして、集電配線、多孔質酸化物半導体膜を形成した後、光電極層が形成された第一基材と第二基材とを、透明接着剤を用いて貼り合わせた。各材料の組み合わせは、表4に示すとおりである。また、表4に示す第一基材、第二基材、及び貼り合せ用接着剤の種類は、上述した表1、表2、及び表3にそれぞれ示した番号で記す。
なお、実施例6では、第一基材と第二基材とを直接ではなく、両基材間にUVカットフィルムを介した状態で貼り合せた。また、実施例10では、第二基材の上に、第一基材を6枚タイル状に並べた状態で貼り合せた。
And after forming current collection wiring and a porous oxide semiconductor film, the 1st base material and the 2nd base material in which the photoelectrode layer was formed were bonded together using the transparent adhesive. The combinations of the materials are as shown in Table 4. Moreover, the kind of the 1st base material shown in Table 4, the 2nd base material, and the adhesive agent for bonding is described by the number shown in Table 1, Table 2, and Table 3 mentioned above, respectively.
In Example 6, the first base material and the second base material were bonded together with a UV cut film interposed between both base materials instead of directly. Moreover, in Example 10, it bonded together on the 2nd base material in the state which arranged the 1st base material in tile shape.
そして、作製した貼り合せ基板を、厚さ2.8mm、比重2.7を有する高歪点ガラス基板(セントラル硝子社製)と比較すると、何れも第二基材の比重が1/2以下であることから、大幅に基板比重を低減でき、軽量化を図ることができた。
また、実施例9で用いた第一基材は、第一基材だけであると端近くを手で持った場合、自重による撓みが大きく割れてしまったが、第二基材と貼り合わせることで、その後は同様の持ち方をしても割れが発生するような撓みは生じず、強度維持を図ることができた。
And when the produced bonded substrate is compared with a high strain point glass substrate (manufactured by Central Glass Co., Ltd.) having a thickness of 2.8 mm and a specific gravity of 2.7, the specific gravity of the second base material is 1/2 or less. For this reason, the specific gravity of the substrate can be greatly reduced and the weight can be reduced.
In addition, when the first base material used in Example 9 is only the first base material and the vicinity of the end is held by hand, the bending due to its own weight has greatly cracked, but it is bonded to the second base material. After that, even if it was held in the same manner, it did not cause bending that would cause cracking, and the strength could be maintained.
したがって、第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれる構成となっている作用極用基材により、基板の強度維持を図りつつ軽量化を図ることができることが確認できた。しかも、第二基材における比重が小さい基材の総厚が、第一基材の厚さよりも厚い場合であっても、強度維持を図りつつ軽量化を図ることができた。 Therefore, it has a first base material and at least one or more second base materials arranged on the first base material, and the second base material has a specific gravity smaller than that of the first base material. It was confirmed that the working electrode base material including the material can reduce the weight while maintaining the strength of the substrate. Moreover, even when the total thickness of the base material having a small specific gravity in the second base material is thicker than the thickness of the first base material, the weight can be reduced while maintaining the strength.
次に、第一基材と第二基材との貼り合せによる光透過率の変化について確認した。光透過率の確認は、導電層を形成する前の第一基材と、第二基材とを貼り合わせ、550nmの波長における可視光透過率が、第2の基板単体におけるものよりも10%以上低下した場合を×、低下が10%未満にとどまった場合を○として評価した。その結果を表5に示す。 Next, a change in light transmittance due to bonding of the first base material and the second base material was confirmed. The light transmittance is confirmed by bonding the first base material before forming the conductive layer and the second base material, and the visible light transmittance at a wavelength of 550 nm is 10% that of the second substrate alone. The case where it decreased more than was evaluated as x, and the case where the decrease remained below 10% was evaluated as ◯. The results are shown in Table 5.
表5から明らかなように、何れも良好な透過率を維持できることを確認した。したがって、良好な発電特性が維持されることが期待できる。 As is apparent from Table 5, it was confirmed that good transmittance can be maintained in any case. Therefore, it can be expected that good power generation characteristics are maintained.
次に、実施例1〜10の基板を用いて光電変換素子(色素増感太陽電池)を作製し、その光電変換特性の測定を行なった。この際、電解液には、ヨウ化1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ素とを10:1のモル比で混合し、さらに0.1Mのヨウ化リチウム(LiI)と0.5Mの4−tert−ブチルピリジンを加えた液体電解質を用いた。また、上記液体電解質に5wt%のシリカ粉を加え、遠心分離によって余剰液体成分を除去して得た擬個体電解質も用いた。また、対極として、白金層をスパッタ形成したチタンシートを用いた。
そして、光電極上に電解質を展開し、その上から対極シートを重ね合わせ、周辺部にはみ出した電解質を拭き取った後、UV硬化樹脂を用いて封止し、光電極・対極双方にリード線を配した上で、セルケースに収納して試験用素子とした。
さらに、実施例10では、第1に基板を基に作成した素子6セルを全て直列で配線して特性を評価した。この際、電解質には擬固体電解質を用いた。
Next, photoelectric conversion elements (dye-sensitized solar cells) were prepared using the substrates of Examples 1 to 10, and the photoelectric conversion characteristics were measured. In this case, 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide and iodine were mixed at a molar ratio of 10: 1 in the electrolytic solution, and further 0.1M lithium iodide (LiI) and 0.5M 4 A liquid electrolyte to which -tert-butylpyridine was added was used. A pseudo solid electrolyte obtained by adding 5 wt% silica powder to the liquid electrolyte and removing excess liquid components by centrifugation was also used. Moreover, the titanium sheet which sputter-formed the platinum layer was used as a counter electrode.
Then, the electrolyte is spread on the photoelectrode, the counter electrode sheet is overlaid on the photoelectrode, the electrolyte that protrudes to the periphery is wiped off, sealed with UV curable resin, and lead wires are arranged on both the photoelectrode and the counter electrode. Then, it was housed in a cell case to obtain a test element.
Furthermore, in Example 10, the
また、比較例として、片面にスズ添加酸化インジウム(ITO)層を設けたポリエチレンテレフタレート(PET)基板を用いて同サイズの素子を作製した。この場合、焼結タイプの銀配線を適用できないので、樹脂バインダ型の銀ペーストを用い、また、遮蔽層にもアクリル系樹脂ペーストを用いた。また、酸化チタン多孔質膜は、ナノ粒子を含むペースト塗布後、120℃で乾燥して得た。なお、その他の構成材料は、上記と同様とした。さらに、前述の高歪点ガラス基板を用いて同様の光電極(窓側電極)を作製し、これを太陽電池に適用した時の結果を比較例2とした。 Moreover, the element of the same size was produced as a comparative example using the polyethylene terephthalate (PET) board | substrate which provided the tin addition indium oxide (ITO) layer on the single side | surface. In this case, since a sintered type silver wiring cannot be applied, a resin binder type silver paste was used, and an acrylic resin paste was also used for the shielding layer. The titanium oxide porous membrane was obtained by applying a paste containing nanoparticles and then drying at 120 ° C. The other constituent materials were the same as described above. Furthermore, the same photoelectrode (window side electrode) was produced using the above-mentioned high strain point glass substrate, and the result when this was applied to a solar cell was defined as Comparative Example 2.
そして、発電特性は、AM1.5、100mW/cm2 とした擬似太陽光を照射することにより評価した。その測定結果を表6に示す。 The power generation characteristics were evaluated by irradiating simulated sunlight with AM 1.5 and 100 mW / cm 2 . The measurement results are shown in Table 6.
表6より、以下の点が明らかとなった。
(1)本発明に係る電極を用いた光電変換素子(実施例17〜25)は、従来のガラス基板を用いた場合(比較例2)と同等レベルの良好な特性を確保できる。
(2)一方、比較例1では、TiO2 層の焼成が不十分であるため、出力が低かった。
また、単セルの場合(実施例17〜25)における開放電圧がおよそ0.6〜0.7V程度であるのに対して、複数セルを並べて直列接続した場合(実施例26)における開放電圧は4V以上であったことから、本発明によれば高電圧タイプの素子も容易に作製できることが確認された。
さらには、素子セルを並列に接続すれば電流量を増やすことも可能であり、第二基材上に複数、第一基材を二次元的に並べて配置すること、すなわち、第2基材上に配する第1基材の数と接続法を調整することにより、任意の素子出力に設定できることが分かった。
From Table 6, the following points became clear.
(1) The photoelectric conversion elements using the electrodes according to the present invention (Examples 17 to 25) can ensure good characteristics at the same level as when a conventional glass substrate is used (Comparative Example 2).
(2) On the other hand, in Comparative Example 1, the output was low because the firing of the TiO 2 layer was insufficient.
The open circuit voltage in the case of a single cell (Examples 17 to 25) is about 0.6 to 0.7 V, whereas the open circuit voltage in the case of connecting a plurality of cells in series (Example 26) is Since it was 4 V or more, it was confirmed that according to the present invention, a high-voltage type device could be easily manufactured.
Furthermore, it is possible to increase the amount of current if the element cells are connected in parallel. A plurality of first substrates are arranged two-dimensionally on the second substrate, that is, on the second substrate. It was found that an arbitrary element output can be set by adjusting the number of first base materials arranged on the substrate and the connection method.
したがって、本発明の作用極用(電極)基板を用いれば、ガラス単独を基材とするものと比較した場合に、基板強度と良好な発電特性を維持しつつ、軽量化を図ることが可能である。また、第二基材の投影面積を、第一基材の投影面積より大きい構成とすることによって、実質的に一枚の基材上に複数の光電極層を形成することが可能となるので、容易に直列又は並列の任意のモジュールを作製できるとともに、大面積化と軽量化の両立も図ることができる光電変換素子を構築できることが確認された。 Therefore, when the working electrode (electrode) substrate of the present invention is used, it is possible to reduce the weight while maintaining the strength of the substrate and good power generation characteristics when compared with those using glass alone as a base material. is there. In addition, since the projected area of the second substrate is larger than the projected area of the first substrate, a plurality of photoelectrode layers can be formed substantially on a single substrate. Thus, it was confirmed that an arbitrary module in series or parallel can be easily produced and a photoelectric conversion element capable of achieving both a large area and a light weight can be constructed.
以下では、紫外領域の光に対して透過性を有する第二基材を用いてなる光電変換素子が光電変換効率の増大を図れることを確認するため、表7に示す第一基材、表8に示す第二基材、及び、表9に示す貼り合せ用接着剤を、それぞれ用意した。 Below, in order to confirm that the photoelectric conversion element using the 2nd base material which has the transmittance | permeability with respect to the light of an ultraviolet region can aim at the increase in photoelectric conversion efficiency, the 1st base material shown in Table 7, Table 8 The second base material shown in FIG. 5 and the bonding adhesive shown in Table 9 were prepared.
表7に示すように、第一基材としては、先の実施例1〜10によって、耐熱性を有し、半導体多孔質膜の焼成工程などにおいて制約を受けることの無いガラス板であって、軽量化しつつ強度維持が図れることが確認された、1種類を用いた。 As shown in Table 7, the first substrate is a glass plate that has heat resistance according to the previous Examples 1 to 10 and is not restricted in the firing process of the semiconductor porous film, One type was used, which was confirmed to maintain strength while reducing weight.
表8に示すように、第二基材としては、第一基材に比べて比重が半分程度に小さい、アクリル板、シクロオレフィンポリマー、汎用アクリル板といった3種類のプラスチック素材を準備した。 As shown in Table 8, as the second substrate, three types of plastic materials such as an acrylic plate, a cycloolefin polymer, and a general-purpose acrylic plate having a specific gravity about half that of the first substrate were prepared.
次に、第一基材上に、光電変換素子(色素増感太陽電池)用の光電極層を形成した。
まず、SPD法により第一基材の一面上にFTO膜を形成した。
次いで、FTO膜が形成された第一基材の上に、スクリーン印刷にて、回路幅を300μm、膜厚を10μmとした帯状の銀回路を並列に4本形成した。また、周辺部にも銀層を形成した。印刷用銀ペーストとして、焼結後の体積抵抗率が3×10−6Ω・cmのものを用いた。
引き続き、幅800μmとして銀回路が完全に覆われるよう回路形成部分と重ねてスクリーン印刷により低融点ガラスペーストを印刷し、これを熱風循環オーブンを用いて焼成することにより遮蔽層を形成した。
さらに、第一基材上に、TiO2 ナノ粒子を含むペーストをスクリーン印刷にて塗布し、乾燥後、500℃の温度で60分間焼成して、多孔質酸化物半導体膜を形成した。
その後、第一基材をN719色素のアセトニトリル/t−ブタノール溶液中に24時間以上浸漬して色素を担持させて光電極とした。
Next, a photoelectrode layer for a photoelectric conversion element (dye-sensitized solar cell) was formed on the first substrate.
First, an FTO film was formed on one surface of the first substrate by the SPD method.
Next, four strip-shaped silver circuits having a circuit width of 300 μm and a film thickness of 10 μm were formed in parallel on the first base material on which the FTO film was formed by screen printing. Moreover, the silver layer was formed also in the peripheral part. A silver paste having a volume resistivity after sintering of 3 × 10 −6 Ω · cm was used as a printing silver paste.
Subsequently, a low melting point glass paste was printed by screen printing on the circuit forming portion so as to completely cover the silver circuit with a width of 800 μm, and this was fired using a hot air circulation oven to form a shielding layer.
Furthermore, a paste containing TiO 2 nanoparticles was applied onto the first substrate by screen printing, dried, and then fired at a temperature of 500 ° C. for 60 minutes to form a porous oxide semiconductor film.
Thereafter, the first substrate was immersed in an acetonitrile / t-butanol solution of N719 dye for 24 hours or more to carry the dye, thereby obtaining a photoelectrode.
そして、集電配線、多孔質酸化物半導体膜を形成した後、光電極層が形成された第一基材と第二基材とを、透明接着剤を用いて貼り合わせた。各材料の組み合わせは、表10に示すとおりである。また、表10に示す第一基材、第二基材、及び貼り合せ用接着剤の種類は、上述した表7、表8、及び表9にそれぞれ示した番号で記す。 And after forming current collection wiring and a porous oxide semiconductor film, the 1st base material and the 2nd base material in which the photoelectrode layer was formed were bonded together using the transparent adhesive. The combination of each material is as shown in Table 10. Moreover, the kind of the 1st base material shown in Table 10, the 2nd base material, and the adhesive agent for bonding is described by the number shown in Table 7, Table 8, and Table 9 mentioned above, respectively.
表10に示した各実施例および各比較例の組み合わせで貼り合わせた基板(光電極層は未形成)について、波長200nm〜900nmの範囲における光透過率を観測した。その結果を図3に示す。なお、図3には、実施例31、33、34、36、比較例31、32の結果と共に、比較用のガラス板(1mm厚のソーダガラス板)の結果も併せて示した。
短波長領域(ここでは400nmより小さな波長域を指す)において、図3に示した各実施例の貼り合わせ後の基板は、比較用のガラス板と遜色ない、あるいは、より優れた透過特性を有することが分かった。これに対して、図3に示した各比較例では、400nm付近から低波長側において急激に透過率が低下する傾向が確認された。
また、実施例32、35の場合は、UV硬化型接着剤を用いて容易に基材の張り合わせが可能であったが、比較例33の場合には、第二基材が照射光を吸収してしまうため、接着剤の硬化が非常に遅く、照射量の増加に伴って基材の黄変と反りが発生した(ガラス面側は発電層が形成されているため、紫外線入射面として利用できない。)。
The light transmittance in the wavelength range of 200 nm to 900 nm was observed for the substrates (photoelectrode layers were not formed) bonded together in combinations of the examples and comparative examples shown in Table 10. The result is shown in FIG. In addition, in FIG. 3, the result of the glass plate for a comparison (1 mm thickness soda glass plate) was shown collectively with the result of Example 31, 33, 34, 36 and Comparative Examples 31 and 32.
In the short wavelength region (here, the wavelength region is smaller than 400 nm), the substrates after bonding in the respective examples shown in FIG. 3 are not inferior to the glass plate for comparison or have better transmission characteristics. I understood that. On the other hand, in each comparative example shown in FIG. 3, it was confirmed that the transmittance sharply decreased from the vicinity of 400 nm on the low wavelength side.
In the case of Examples 32 and 35, it was possible to easily bond the substrates using a UV curable adhesive, but in the case of Comparative Example 33, the second substrate absorbed the irradiation light. Therefore, the curing of the adhesive was very slow, and yellowing and warping of the base material occurred as the irradiation amount increased. (Because a power generation layer is formed on the glass surface side, it cannot be used as an ultraviolet incident surface. .)
次に、上述した実施例31、32、34、35および比較例31、32の基板を用いて光電変換素子(色素増感太陽電池)を作製し、その光電変換特性の測定を行なった。ここで、作製した光電変換素子は順に、実施例41、42、44、45および比較例41、42と呼称する。上記の光電変換素子を作製する際、電解液には、ヨウ化1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムとヨウ素とを10:1のモル比で混合し、さらに0.1Mのヨウ化リチウム(LiI)と0.5Mの4−tert−ブチルピリジンを加えた液体電解質を用いた。また、上記液体電解質に5wt%のシリカ粉を加え、遠心分離によって余剰液体成分を除去して得た擬個体電解質も用いた。また、対極として、白金層をスパッタ形成したチタンシートを用いた。
そして、光電極上に電解質を展開し、その上から対極シートを重ね合わせ、周辺部にはみ出した電解質を拭き取った後、UV硬化樹脂を用いて封止し、光電極・対極双方にリード線を配した上で、セルケースに収納して試験用素子とした。
Next, photoelectric conversion elements (dye-sensitized solar cells) were prepared using the substrates of Examples 31, 32, 34, and 35 and Comparative Examples 31 and 32 described above, and the photoelectric conversion characteristics thereof were measured. Here, the produced photoelectric conversion elements are referred to as Examples 41, 42, 44, and 45 and Comparative Examples 41 and 42 in this order. When producing the above photoelectric conversion element, the electrolyte is mixed with 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide and iodine at a molar ratio of 10: 1, and further 0.1 M lithium iodide (LiI). ) And 0.5M 4-tert-butylpyridine were used. A pseudo solid electrolyte obtained by adding 5 wt% silica powder to the liquid electrolyte and removing excess liquid components by centrifugation was also used. Moreover, the titanium sheet which sputter-formed the platinum layer was used as a counter electrode.
Then, the electrolyte is spread on the photoelectrode, the counter electrode sheet is overlaid on the photoelectrode, the electrolyte that protrudes to the periphery is wiped off, sealed with UV curable resin, and lead wires are arranged on both the photoelectrode and the counter electrode. Then, it was housed in a cell case to obtain a test element.
また、比較のために、片面にフッ素添加酸化スズ(FTO)膜を設けたガラス板(1mm厚)を用いて同サイズの素子を作製した。その際、基板以外の作製条件は、上述した実施例31、32、34、35および比較例31、32と同様とした。 For comparison, an element of the same size was fabricated using a glass plate (1 mm thick) provided with a fluorine-added tin oxide (FTO) film on one side. At that time, the manufacturing conditions other than the substrate were the same as those in Examples 31, 32, 34, and 35 and Comparative Examples 31 and 32 described above.
そして、発電特性は、AM1.5、100mW/cm2 とした擬似太陽光を照射することにより評価した。
図4は、各基板を用いて作製した光電変換素子の外部量子効率(IPCE:Incident Photon-to-Current conversion Efficiency)の測定結果を示すグラフである。ここでの評価には、表10の基板を組み合わせて、8mm角の発電面積を有する簡易セルを作製して用いた。
図4より、実施例(41、42、44、45)では何れも、ガラス板を用いた場合と同様の光電変換特性が得られたのに対して、比較例41の場合には低波長側の光を有効に利用できないことが分かった。なお、ここでは図示しないが、比較例42の結果も比較例41と同様であることが確認された。
The power generation characteristics were evaluated by irradiating simulated sunlight with AM 1.5 and 100 mW / cm 2 .
FIG. 4 is a graph showing the measurement results of the external quantum efficiency (IPCE: Incident Photon-to-Current conversion Efficiency) of a photoelectric conversion element manufactured using each substrate. For the evaluation here, a simple cell having a power generation area of 8 mm square was fabricated and used by combining the substrates shown in Table 10.
As shown in FIG. 4, in Examples (41, 42, 44, 45), photoelectric conversion characteristics similar to those obtained when using a glass plate were obtained, whereas in Comparative Example 41, the lower wavelength side was obtained. It was found that the light of the can not be used effectively. Although not shown here, it was confirmed that the result of Comparative Example 42 was the same as that of Comparative Example 41.
表11は、表10の各基板を用いて作製した光電変換素子の短絡電流値であり、ガラス板を用いた光電変換素子(比較例43:液体電解質系)において観測された短絡電流値を1として規格化した数値である。 Table 11 shows the short circuit current value of the photoelectric conversion element manufactured using each substrate of Table 10, and shows the short circuit current value observed in the photoelectric conversion element using the glass plate (Comparative Example 43: liquid electrolyte system) as 1 As a standardized numerical value.
表11より、以下の点が明らかとなった。
(1)各実施例において観測された短絡電流は、少なくとも0.96であり、ほぼ1.0に近いか、あるいは1.0を越える数値であった。この結果から、本発明に係る光電変換素子はガラス板を適用した場合と同等レベルであることが確認された。
(2)これに対して、比較例41、42の短絡電流は、0.72〜0.91の範囲に留まることから、ガラス板を適用した場合に比べて短絡電流の低減が生じ、芳しくないことが明らかとなった。
上記(1)と(2)の相異は、短波長側の入射光を有効に利用できるか否かを反映したものと、本発明者らは判断した。
From Table 11, the following points became clear.
(1) The short-circuit current observed in each example was at least 0.96, which was a value close to or exceeding 1.0. From this result, it was confirmed that the photoelectric conversion element according to the present invention is at the same level as when a glass plate is applied.
(2) On the other hand, since the short circuit current of Comparative Examples 41 and 42 remains in the range of 0.72 to 0.91, the short circuit current is reduced as compared with the case where the glass plate is applied, which is not good. It became clear.
The present inventors have determined that the difference between the above (1) and (2) reflects whether or not incident light on the short wavelength side can be used effectively.
したがって、本発明の作用極(窓極)用基板を用いれば、ガラス単独を基材とするものと比較した場合に、基板強度と良好な発電特性を維持しつつ、軽量化を図れると共に、短波長側の入射光をも有効に利用できる、光電変換素子の提供が可能となる。 Therefore, when the working electrode (window electrode) substrate of the present invention is used, the weight can be reduced while maintaining the substrate strength and good power generation characteristics, compared with those using glass alone as a base material. It is possible to provide a photoelectric conversion element that can effectively use incident light on the wavelength side.
1 光電変換素子(色素増感太陽電池)、2 作用極用基材、3 対極用基材、4 透明導電層、5 多孔質酸化物半導体層、6 電解質層、7 導電層、8 作用極(窓極)用基板、9 対極基板、21 第一基材、22 第二基材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photoelectric conversion element (dye-sensitized solar cell), 2 base material for working electrodes, 3 base materials for counter electrodes, 4 transparent conductive layer, 5 porous oxide semiconductor layer, 6 electrolyte layer, 7 conductive layer, 8 working electrode ( Window electrode) substrate, 9 counter electrode substrate, 21 first base material, 22 second base material.
Claims (7)
前記透明基材は、前記多孔質酸化物半導体層側に位置する第一基材と該第一基材に重ねて配される少なくとも1以上の第二基材とを有し、前記第二基材には、前記第一基材よりも比重が小さい基材が含まれており、
前記第一基材はガラス板、前記第一基材よりも比重が小さい基材はプラスチック材であり、
前記第一基材よりも比重が小さい基材の総厚は、前記第一基材の厚さの5〜20倍であることを特徴とする作用極用基板。 A substrate for a working electrode having a porous oxide semiconductor layer having a sensitizing dye supported on the surface via a transparent conductive layer on a transparent substrate,
The transparent substrate has a first substrate located on the porous oxide semiconductor layer side and at least one or more second substrates arranged to overlap the first substrate, and the second group The material includes a substrate having a specific gravity smaller than that of the first substrate ,
The first substrate is a glass plate, the substrate having a specific gravity smaller than that of the first substrate is a plastic material,
The total thickness of the first substrate specific gravity than a small substrate, a working electrode substrate according to claim 5-20 Baidea Rukoto thickness of the first substrate.
該作用極用基板に有する多孔質酸化物半導体層に対向して配置された対極基板と、
前記作用極用基板と前記対極基板との間の少なくとも一部に挟み込まれた電解質層と、から構成されることを特徴とする光電変換素子。 The working electrode substrate according to any one of claims 1 to 6,
A counter electrode substrate disposed opposite to the porous oxide semiconductor layer of the working electrode substrate;
A photoelectric conversion element comprising: an electrolyte layer sandwiched between at least a part between the working electrode substrate and the counter electrode substrate.
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