JP5192888B2 - 色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト、色素増感型太陽電池用透明性絶縁膜、色素増感型太陽電池、及び色素増感型太陽電池の製造方法 - Google Patents
色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト、色素増感型太陽電池用透明性絶縁膜、色素増感型太陽電池、及び色素増感型太陽電池の製造方法 Download PDFInfo
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Description
表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体と、溶剤除去可能な無機粒子とを具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペーストに関する。
表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体からなり、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈することを特徴とする、色素増感型太陽電池用透明性絶縁膜に関する。
透明基板と、
前記透明基板上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に形成された、表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体からなり、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈する透明性絶縁膜と、
前記透明性絶縁膜上に形成され、色素が吸着されてなる多孔性半導体層と、
前記多孔性半導体層上に形成された導電層と、
を具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池に関する。
透明基板上に透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層上に表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体と、溶剤除去可能な無機粒子とを有するペーストを塗布するとともに焼成して、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を溶剤中に浸漬させて前記無機粒子を溶解除去し、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈する透明性絶縁膜を形成する工程と、
前記透明性絶縁膜上に、色素が吸着されてなる多孔性半導体層を形成する工程と、
前記多孔性半導体層上に導電層を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池の製造方法に関する。
本発明のペーストを構成するシリカ重合体は、その表面官能基がアルキル基で置換されていることが必要である。アルキル基は、n個の炭素原子に2n+1個の水素原子が結合した基の総称であって、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基などの炭素数1〜Xの低級アルキル基を用いる。これらの低級アルキル基は、トリアルキルシリコンアルコキシドまたはトリアルキルシリコンクロライド等の化合物のアルキル部位を利用し、シリカ重合体の表面官能基と前記トリアルキルシリコン化合物を加水分解によって反応させた場合において、前記シリカ重合体に対して高い結合安定性を呈し、高温においてもその結合が切れることがない。
次に、本発明の透明性絶縁膜、色素増感型太陽電池、及び色素増感型太陽電池の製造方法について説明する。
触媒層13は、Pt、Au、Ru、Os、Ti、Ni、Cr、Cu、Ag、Pd、In、Zn、Mo、Al、Ir、CoおよびCからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素(これらの単体、合金あるいは化合物)とすることができる。
ガラスに、メチル基修飾シリカ重合体20重量%、酸化亜鉛粒子20重量%、ターピネオール55重量%およびエチルセルロース50重量%のインクをスクリーン印刷によって成膜し、150℃で乾燥した後に、500℃で焼成し複合膜を得た。この複合膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化亜鉛粒子を溶解させてメチル基修飾シリカ膜を多孔質化した。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させ、UV-VISで着色性を評価した。その結果、メチル基修飾シリカ膜にはほとんど着色が見られず、色素が吸着しないことが分かった。
ガラスに、20nmの酸化マグネシウム粒子と30nmの酸化ジルコニウム粒子とを10:100の割合で混合し、総固形分18%のペーストを塗布し、150℃の乾燥後、500℃で焼成し複合膜を得た。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させた。色素を吸着させた複合膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化マグネシウム粒子を溶解させて酸化ジルコニウム膜を多孔質化した。UV-VISで着色度合いを調べた結果、酸化ジルコニウムに色素が吸着しており、色素は除去できていないことが判明した。
ガラスに、20nmの酸化マグネシウム粒子と30nmの酸化ジルコニウム粒子とを100:100の割合で混合し、総固形分18%のペーストを塗布し、150℃の乾燥後、500℃で焼成し複合膜を得た。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させた。色素を吸着させた複合膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化マグネシウム粒子を溶解させて酸化ジルコニウム膜を多孔質化した。結果、膜全体が剥がれてしまった。
ガラスに、マグネシウムアセチルアセトン錯体と30nmの酸化ジルコニウム粒子とを酸化物換算で10:100の割合で混合し、総固形分18%のペーストを塗布し、150℃の乾燥後、500℃で焼成し複合膜を得た。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させた。色素を吸着させた複合膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化マグネシウム膜を溶解させて酸化ジルコニウム膜を多孔質化した。UV-VISで着色度合いを調べた結果、酸化ジルコニウムに色素が吸着しており、色素は除去できていないことが判明した。
ガラスに、メチル基修飾シリカ重合体20重量%、酸化亜鉛粒子20重量%、ターピネオール55重量%およびエチルセルロース50重量%のインクをスクリーン印刷によって成膜し、150℃で乾燥した後に、酸化チタンナノ粒子のペーストを塗布印刷後焼成し積層膜を得た。この積層膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化亜鉛粒子を溶解させてメチル基修飾シリカ膜を多孔質化した。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させた。酸化チタン部分に色素が吸着していることが確認された。また、実施例1同様にメチル基修飾シリカ膜には色素が吸着しておらず、透明な膜であることが確認された。
ガラスに、20nmの酸化マグネシウム粒子と30nmの酸化ジルコニウム粒子を10:100の割合で混合し、総固形分18%のペーストを塗布し、150℃の乾燥後、500℃で焼成した。その後、酸化チタンナノ粒子のペーストを塗布印刷後焼成し積層膜を得た。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させた。その後、積層膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化マグネシウム粒子を溶解させて色素除去を試みた。結果、酸化チタン部分に色素が吸着していることが確認されたが、比較例1同様に酸化ジルコニウム層にも色素が吸着していることが確認された。
透明導電性ガラスに塩化白金酸IPA溶液を塗布後450℃で焼成し透明触媒膜を形成した後に、メチル基修飾シリカ重合体20重量%、酸化亜鉛粒子20重量%、ターピネオール55重量%およびエチルセルロース50重量%のインクをスクリーン印刷によって成膜し、150℃で乾燥した後に、光電変換膜(半導体多孔質膜と吸着色素)となる酸化チタンナノ粒子のペーストおよび導電膜を同様に塗布印刷後焼成し積層膜を得た。この積層膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化亜鉛粒子を溶解することで、メチル基修飾シリカ膜を多孔質化した。得られた複合膜にRu金属錯体色素(N719)を浸漬させ酸化チタン多孔質膜を光電変換膜とした。熱可塑樹脂で封じた後、電解質溶液を注入し注入口を封じ光電変換素子を作製した。その結果、高いJsc値と比較的高いFF値を示し、良好な光電変換特性を示すことが判明した。
透明導電性ガラスに塩化白金酸IPA溶液を塗布後450℃で焼成し透明触媒膜を形成した後に、20nmの酸化マグネシウム粒子と30nmの酸化ジルコニウム粒子とを10:100の割合で混合し、総固形分18%のペーストを塗布し、500℃で焼成後、酸化チタンナノ粒子のペーストおよび導電膜を同様に塗布印刷後それぞれ焼成し積層膜を得た。Ru金属錯体色素(N719)を浸漬させ酸化チタン多孔質膜を光電変換膜とした。この積層膜を0.1mol/Lの塩酸に浸漬させ、酸化マグネシウム粒子を溶解することで、酸化ジルコニウム層の色素除去を試みた。得られた処理膜を熱可塑樹脂で封じた後、電解質溶液を注入し注入口を封じ光電変換素子を作製した。その結果、電流が著しく低下した。また、FF値及び光電変換効率も極めて低いことが判明した。
実施例1のメチル基修飾シリカ重合体をエチル基修飾シリカ重合体にし、焼成温度を400℃にした以外は総て同じように検討した結果、高いJsc値と比較的高いFF値を示し、良好な光電変換特性を得られることが判明した。
実施例1のメチル基修飾シリカ重合体をプロピル基修飾シリカ重合体にし、焼成温度を300℃にした以外は総て同じように検討した結果、比較的高いJsc値と比較的高いFF値を示し、比較的良好な光電変換特性を得られることが判明した。
11 透明基板
12 透明導電層
13 触媒層
14 透明性絶縁膜
15 光電極層
16 導電層
17 封止層
Claims (8)
- 表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体と、溶剤除去可能な無機粒子とを具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト。
- 前記アルキル基が炭素数1〜Xの低級アルキル基であることを特徴とする、請求項1に記載の色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト。
- 前記シリカ重合体の前記表面官能基における前記アルキル基の割合が40%〜90%の範囲であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト。
- 前記ペースト中の前記シリカ重合体の含有割合が、SiO2重量として前記無機粒子に対して0.1重量%〜100重量%であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の色素増感型太陽電池の透明性絶縁膜用ペースト。
- 表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体からなり、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈することを特徴とする、色素増感型太陽電池用透明性絶縁膜。
- 透明基板と、
前記透明基板上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成された触媒層と、
前記触媒層上に形成された、表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体からなり、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈する透明性絶縁膜と、
前記透明性絶縁膜上に形成され、色素が吸着されてなる多孔性半導体層と、
前記多孔性半導体層上に形成された導電層と、
を具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池。 - 透明基板上に透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層上に触媒層を形成する工程と、
前記触媒層上に表面官能基の少なくとも一部がアルキル基で置換されてなるシリカ重合体と、溶剤除去可能な無機粒子とを有するペーストを塗布するとともに焼成して、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を溶剤中に浸漬させて前記無機粒子を溶解除去し、前記シリカ重合体が3次元的に結合して多孔性を呈する透明性絶縁膜を形成する工程と、
前記透明性絶縁膜上に、色素が吸着されてなる多孔性半導体層を形成する工程と、
前記多孔性半導体層上に導電層を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、色素増感型太陽電池の製造方法。 - 前記溶剤は無機酸であることを特徴とする、請求項7に記載の色素増感型太陽電池の製造方法。
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