JP5128076B2 - 色素増感型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、Cu−In−Se系(CIS系とも呼ぶ)などの化合物系太陽電池が開発されており、極めて高い光電変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、コストや環境負荷などの問題があり、やはり大幅普及への障害となっている。
この色素増感型太陽電池600は、増感色素を担持させた多孔質半導体層603が一方の面に形成された第一基板601と、透明導電層604が形成された第二基板605と、これらの間に封入された例えばゲル状電解質からなる電解質層を主な構成要素としている。
第二基板605としては、電解質層606と接する側の面には導電性を持たせるために例えば炭素や白金などからなる導電層604が設けられ、第二基板および導電層604により対極609を構成している。
そして、この封止材607を介して2つの基板601、605を貼り合わせてセルを積み上げ、電解液の注入口610を介して、両極608、609間にヨウ素・ヨウ化物イオンなどの酸化・還元極を含む有機電解液を充填し、電荷移送用の電解質層606を形成したものが挙げられる。
O'Regan B, Gratzel M. A low cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature 1991;353:737-739
本発明の請求項2に記載の色素増感型太陽電池の製造方法は、窓極として機能する作用極と、少なくとも一部に、ヨウ素/ヨウ化物イオン、または、臭素/臭化物イオンからなる酸化還元対を含む電解質層を介して該作用極と対向して配される対極とを備えてなる色素増感型太陽電池の製造方法であって、前記対極を製造するに際し、基材の前記作用極と対向する側の面上に、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、コバルト、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、マンガン、鉄、チタンの1種類以上を含む金属炭化物(ただし、アルミニウムを含む金属炭化物を除く)からなる金属炭化物粒子を含有するペーストを塗布する工程と、前記基材を焼成することにより、前記電解質層に接触し、金属炭化物粒子からなる金属炭化物層を形成する工程と、を備え、前記基材として、前記金属炭化物層が含有する金属と同一の金属から構成されるものを用いることを特徴とする。
また、本発明では、基板と炭化物層との密着性を高めた対極を用いることで、長期に亘って優れた発電特性を有する光電変換素子及びその製造方法を提供することができる。
本発明の対極10は、少なくとも一部に電解質層を介し作用極と対向して配される対極であって、基材11と、該基材11の前記作用極と対向する側の面上に設けられ、金属炭化物粒子からなる金属炭化物層12と、を備えていることを特徴とする。
図2において、符号10は対極、11は基材、12は金属炭化物層、13は作用極、14は透明基板、15は透明導電膜、16は多孔質酸化物半導体層、17は電解質層、18は封止部材、20は色素増感型光電変換素子をそれぞれ示している。
この光電変換素子20は、対極10と、作用極13と、これらの間に封入された電解質からなる電解質層17と、から概略構成されている。
作用極13は、窓極として機能し、透明基材14と、該透明基材14の対極10と対向する側の面上に形成された透明導電膜15と、透明導電膜15上に形成され、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層16とから構成されている。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、BF4 −、PF6 −、F(HF)n −、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド[N(CF3SO2)2 −]、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
まず、上述したような金属炭化物粒子と粘度調整剤と界面活性剤とを所定の比率で混ぜ合わせてペーストを作製する。
焼成においては、例えば、電気炉を用いおよそ30分間、500℃の温度にて焼成する方法が挙げられる。
これにより、図3(a)に示すように、基材11上に、金属炭化物粒子からなる金属炭化物層12が形成されて対極10が作製される。
このようにして得られる対極は、基材と金属炭化物層との密着性が向上し、また、電解質による侵食が抑えられたものとなる。
透明導電膜15を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法、CVD(化学気相成長)法、スプレー熱分解法(SPD法)、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。
色素担持用の色素溶液は、例えばアセトニトリルとt−ブタノールを容積比で1:1とした溶媒に対して極微量のN719粉末を加えて調整したものを予め準備しておく。
上述した工程により、色素担持したTiO2 薄膜からなる多孔質酸化物半導体層1を透明基板上に設けてなる作用極10を得る。
TiC(粒径1〜2μm)に対して、ポリエチレングリコール(分子量2000)を1重量%を混合し、NMP(M−メチル−2−ピロリドン)を適量加え、金属炭化物ペーストを作製した。このペーストをFTOガラス電極基板に塗布し、500℃で30分間焼成した。この金属炭化物膜を有する基板を対極として用いた。
TiC(粒径1〜2μm)に対して、ポリエチレングリコール(分子量2000)を1重量%を混合し、NMP(M−メチル−2−ピロリドン)を適量加え、金属炭化物ペーストを作製した。このペーストをチタン基板に塗布し、500℃で30分間焼成した。この金属炭化物膜を有する基板を対極として用いたこと以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
メソカーボンマイクリビーズ(MCMB)(大阪ガス)に対して、PVdF(ポリフッ化ビニリデン)を10重量%混合し、NMPを適量加えカーボンペーストを作製した、このペーストをチタン基板に塗布し、120℃で30分焼成した。このカーボン膜を有する基板を対極として用いたこと以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
チタン基板上に、白金からなる導電膜を蒸着法により形成して対極を作製した。
このようにして得られた対極を用いたこと以外は、実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
Claims (2)
- 窓極として機能する作用極と、少なくとも一部に、ヨウ素/ヨウ化物イオン、または、臭素/臭化物イオンからなる酸化還元対を含む電解質層を介して該作用極と対向して配される対極とを備えてなる色素増感型太陽電池であって、
前記対極は、基材と、
該基材の前記作用極と対向する側の面上に設けられ、前記電解質層に接触し、金属炭化物粒子からなる金属炭化物層と、を備え、
前記金属炭化物層は、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、コバルト、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、マンガン、鉄、チタンの1種類以上を含む金属炭化物(ただし、アルミニウムを含む金属炭化物を除く)からなる金属炭化物粒子から構成され、
前記基材は、前記金属炭化物層が含有する金属と同一の金属から構成されることを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 窓極として機能する作用極と、少なくとも一部に、ヨウ素/ヨウ化物イオン、または、臭素/臭化物イオンからなる酸化還元対を含む電解質層を介して該作用極と対向して配される対極とを備えてなる色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記対極を製造するに際し、
基材の前記作用極と対向する側の面上に、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、コバルト、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、マンガン、鉄、チタンの1種類以上を含む金属炭化物(ただし、アルミニウムを含む金属炭化物を除く)からなる金属炭化物粒子を含有するペーストを塗布する工程と、
前記基材を焼成することにより、前記電解質層に接触し、金属炭化物粒子からなる金属炭化物層を形成する工程と、を備え、
前記基材として、前記金属炭化物層が含有する金属と同一の金属から構成されるものを用いることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
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