JP5191631B2 - 対極の製造方法及び光電変換素子の製造方法 - 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。
色素増感型太陽電池の概略構成は、透明な導電性の基板の上に、二酸化チタンなどの酸化物半導体微粒子(ナノ粒子)からなり、光増感色素が担持された多孔質膜を有する作用極と、この作用極に対向して設けられた対極とを備え、これらの作用極と対極との間に、酸化還元対を含有する電解質が充填されたものである。
O'Regan B, Gratzel M. A low cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature 1991;353:737-739
図1において、符号10は透明導電性基板、11は透明基材、12は透明導電膜、13は多孔質酸化物半導体層、14は作用極、15は電解質層、16は導電性部材、18は対極、19は封止部材、20は積層体、30は色素増感型光電変換素子をそれぞれ示している。
なお、前記部位17としては、単層、複数からなる層、導電性部材16の内部に拡散または結合しているなど、さまざまな形態が考えられる。
透明導電性基板10は、透明基材11、および、その一方の面11aに形成された透明導電膜12から概略構成されている。
透明導電膜12を形成する導電性金属酸化物としては、例えば、スズ添加酸化インジウム(ITO)、フッ素添加酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO2 )などが用いられる。これらの中でも、成膜が容易かつ製造コストが安価であるという観点から、ITO、FTOが好ましい。
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。
常温溶融性塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム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。
イオン性液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
このような酸化物半導体粒子としては、TiO2、SnO2、WO3、ZnO、Nb2O5 、In2O3、ZrO2、Ta2O5、La2O3、SrTiO3、Y2O3、Ho2O3、Bi2O3、CeO2、Al2O3 からなる群から選択される1種または2種以上の混合物が好ましく、二酸化チタン微粒子(ナノ粒子)が特に好ましい。この二酸化チタンの平均粒径は2nm〜1000nm程度が好ましい。
この実施形態では、まず、透明基材11の一方の面11aの全域を覆うように透明導電膜12を形成し、透明導電性基板10を作製する。
透明導電膜12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。
塗布工程とは、例えばTiO2 粉末と界面活性剤を所定の比率で混ぜ合わせてなるTiO2 コロイドのペーストを、親水性化を図った透明導電膜12の表面に塗布するものである。その際、親水性化を図った透明導電膜12の表面に塗布するものである。その際、塗布法としては、加圧手段(例えば、ガラス棒)を用いて前記コロイドを透明導電膜12上に押し付けながら、塗布されたコロイドが均一な厚さを保つように、加圧手段を透明導電膜12の上空を移動させる方法が挙げられる。
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N3粉末を加えて調整したものを予め準備しておく。
シャーレ状の容器内に入れた色素溶媒に、多孔質酸化物半導体層13を浸した状態とし、暗所にて一昼夜(およそ20時間)浸漬する。その後、色素溶液から取り出した多孔質酸化物半導体層13は、アセトニトリルとt−ブタノールからなる混合溶液を用い洗浄する。
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13を透明基板上に設けてなる作用極14(窓極とも呼ぶ)を得る。
導電性部材16を炭化水素雰囲気中で熱処理を行うことにより、該導電性部材の一面上に、該導電性部材16の炭化物を容易に形成することができる。
炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、アセチレン等の気体、ベンゼン、ヘキサン等の液体が挙げられる。
この対極18には、その厚み方向に貫通する穴を少なくとも2ヶ所設ける。この穴は、後述する電解液を注入する際の注入口である。
透明電極基板として、FTO膜付きガラス基板を用い、この透明電極基板のFTO膜(導電層)側の表面に、平均粒径20nmの酸化チタンのスラリー状分散水溶液を塗布し、乾燥後、450℃にて1時間加熱処理することにより、厚さ7μmの酸化物半導体多孔質膜を形成した。さらにルテニウムビピリジン錯体(N3色素)のエタノール溶液中に1晩浸漬して色素を担持させ、作用極を得た。
得られた作用極と対極との間に電解液を介在させて積層し、色素増感型の光電変換素子を作製した。
対極としてカーボン板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。
対極として、ガラス基板上にFTO(フッ素ドープ酸化スズ)を成膜し、さらにその上に白金をスパッタリング法により成膜したもの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。
電解質として、実施例1で調製した電解液に酸化チタンナノ粒子を10wt%混合し、遠心分離することにより作成したナノコンポジットゲル電解質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。
対極としてカーボン板を用いたこと以外は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
対極として、ガラス基板上にFTO(フッ素ドープ酸化スズ)を成膜し、さらにその上に白金をスパッタリング法により成膜したものを用いたこと以外は、実施例2と同様にして光電変換素子を作製した。
Claims (2)
- 少なくとも一部に電解質層を介して、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有する作用極と対向して配される対極の製造方法であって、
導電性部材を炭化水素雰囲気下で処理することにより、該導電性部材の前記作用極と対向する側の面上に、該導電性部材の炭化物を形成する工程を少なくとも備えていることを特徴とする対極の製造方法。 - 増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有し、窓極として機能する作用極と、少なくとも一部に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光電変換素子の製造方法であって、
前記対極を作製するに際し、導電性部材を炭化水素雰囲気下で処理することにより、該導電性部材の前記作用極と対向する側の面上に、該導電性部材の炭化物を形成する工程を少なくとも備えていることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
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