JP5214680B2 - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図7は、従来の色素増感型太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。
まず、透明基板101、その一方の面に順に形成された透明導電膜102および多孔質酸化物半導体層103からなる作用極104を形成し、多孔質酸化物半導体層103に増感色素を担持させる。
次いで、予め対極108に設けられた貫通孔109から作用極104と対極108との間に、加圧しながら有機電解液115を充填して、この有機電解液115からなる電解質層を形成し、色素増感型太陽電池を得る。
図8に示すように、貫通孔109から作用極104と対極108との間に、加圧しながら有機電解液115を充填すると、作用極104と対極108に対して、図中に示した矢印の方向に圧力が加わって、色素増感型太陽電池が膨らんでしまい、作用極104と対極108との距離が一定に保たれないという問題がある。作用極と対極との距離(以下、「二極間距離」と言うこともある。)が一定に保たれないと、色素増感型太陽電池の光電子変換効率が劣化する。
また、色素増感型太陽電池の寸法が大きくなると、従来のように、作用極および対極をなす基板としてガラス基板を用いた場合でも、僅かながらも同様の問題が生じることがある。
本発明の光電変換素子において、前記電解液はゲル化されていることが好ましい。
本発明の光電変換素子の製造方法において、前記電解液をゲル化することが好ましい。
なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明に係る第一の実施形態として、色素増感型太陽電池の製造方法を示す概略断面図である。図2は、本発明に係る第一の実施形態として、色素増感型太陽電池を示す概略断面図である。
図1および図2中、符号11は透明基板、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は基板、16は導電膜、17は対極、18は接着剤、19は積層体、20は貫通孔、21は電解液、22は封止部材、23は電解質層をそれぞれ示している。
この工程において、余分な電解液21の一部は貫通孔20から吸い出されるが、多孔質半導体層13の空隙部分が電解液21で完全に満たされた状態を保ちながら、電解液21は吸い出される。また、作用極14と対極17が接触するまで減圧することが好ましい。
透明導電膜12として金属薄膜や炭素薄膜を形成する場合、透明基板11の透明性を著しく損なわない構造とする。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、インジウム−スズ酸化物(Indium−Tin Oxide、ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素ドープの酸化スズなどが用いられる。
多孔質酸化物半導体層13を形成する方法としては、例えば、上記半導体のナノ粒子を含むペーストを透明導電膜12上に塗布した後、焼成することにより形成する方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。
板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなどからなる基板が挙げられる。
図3は、本発明に係る第二の実施形態として、色素増感型太陽電池の製造方法を示す概略斜視図である。
この実施形態では、上記第一の実施形態とは、積層体19において、作用極14と対極17との距離を一定に保つ方法が異なっている。図3において、図1および図2に示した第一の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
図4は、本発明に係る第三の実施形態として、色素増感型太陽電池の製造方法を示す概略斜視図である。図5は、本発明に係る第三の実施形態を示す概略図であり、(a)は斜視図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
透明導電膜42としては、上記透明導電膜12と同様のものが設けられる。
多孔質酸化物半導体層43としては、上記多孔質酸化物半導体層13を形成する半導体と同様のものが用いられる。
電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解されてなるものや、イオン性液体、イオンゲルなどが用いられる。
導電膜46としては、上記導電膜16と同様のものが用いられる。
上記第二の実施例で示した光電変換素子の製造方法を用いて、色素増感型太陽電池を作製した。
透明基板としては、PETフィルムの一方の面に透明導電膜が設けられた、10cm×10cmの導電性PETフィルム(商品名;OTEC、王子トービ社製、導電性10Ω/□)を用いた。
この導電性PETフィルムをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、厚み25nmの酸化チタンからなる薄膜を成膜して、可撓性の導電性基板を作製した。
次いで、ドクターブレード法により、この酸化チタン膜を覆うように、酸化チタンナノ粒子のペーストを、その厚みが10μmとなるように塗布した後、150℃で3時間焼成して、多孔質酸化物半導体層を形成した。
次いで、多孔質酸化物半導体層にN3色素を担持させて、作用極を得た。
また、作用極の作製に用いたものと同様の導電性PETフィルムを用い、この導電性PETフィルムをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、白金からなる薄膜を成膜して、対極を得た。
次いで、この対極に、貫通孔を2箇所形成した。
次いで、接着剤として、作用極または対極の周縁部に幅2mm、厚み50μmの熱可塑性樹脂からなるシート(商品名;ハイミラン、三井デュポンポリケミカル社製)を配し、作用極と対極を、これらの間に所定の大きさの空間ができるように、この熱可塑性樹脂からなるシートを介して重ねた。
次いで、熱可塑性樹脂からなるシートを加熱、溶融して、作用極と対極を接着し、積層体を形成した。
次いで、この積層体を、作用極および対極の外側の面から、一対のシリコンゴム板からなる加圧部材を、15kg/100cm2の圧力で挟み込み、この状態のまま、対極に設けた貫通孔から作用極と対極との間に、電解液を充填し、電解液の大部分を多孔質酸化物半導体層の空隙部分に含浸させた。
電解液の充填が終了した後、加圧部材によって積層体に圧力を加えたまま、貫通孔を封止部材で封止した。
次いで、加圧部材によって、作用極と対極に加えた圧力を徐々に開放し、最後に加圧部材を取り外して、色素増感型太陽電池を得た。
上記第二の実施例で示した光電変換素子の製造方法を用いて、色素増感型太陽電池を作製した。
透明基板としては、ガラス基板の一方の面に透明導電膜が設けられた、10cm×10cmの導電性ガラス(導電性10Ω/□)を用いた。
この導電性ガラスをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、厚み25nmの酸化チタンからなる薄膜を成膜して、導電性基板を作製した。
次いで、ドクターブレード法により、この酸化チタン膜を覆うように、酸化チタンナノ粒子のペーストを、その厚みが10μmとなるように塗布した後、150℃で3時間焼成して、多孔質酸化物半導体層を形成した。
次いで、多孔質酸化物半導体層にN3色素を担持させて、作用極を得た。
また、作用極の作製に用いたものと同様の導電性ガラスを用い、この導電性ガラスをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、白金からなる薄膜を成膜して、対極を得た。
次いで、この対極に、貫通孔を2箇所形成した。
次いで、接着剤として、作用極または対極の周縁部に幅2mm、厚み50μmの熱可塑性樹脂からなるシート(商品名;ハイミラン、三井デュポンポリケミカル社製)を配し、作用極と対極を、これらの間に所定の大きさの空間ができるように、この熱可塑性樹脂からなるシートを介して重ねた。
次いで、熱可塑性樹脂からなるシートを加熱、溶融して、作用極と対極を接着し、積層体を形成した。
次いで、この積層体を、作用極および対極の外側の面から、一対のシリコンゴム板からなる加圧部材を、15kg/100cm2の圧力で挟み込み、この状態のまま、対極に設けた貫通孔から作用極と対極との間に、電解液を充填し、電解液の大部分を多孔質酸化物半導体層の空隙部分に含浸させた。
電解液の充填が終了した後、加圧部材によって積層体に圧力を加えたまま、貫通孔を封止部材で封止した。
次いで、加圧部材によって、作用極と対極に加えた圧力を徐々に開放し、最後に加圧部材を取り外して、色素増感型太陽電池を得た。
上記第三の実施例で示した光電変換素子の製造方法を用いて、色素増感型太陽電池を作製した。
透明基板としては、PETフィルムの一方の面に透明導電膜が設けられた、10cm×10cmの導電性PETフィルム(商品名;OTEC、王子トービ社製、導電性10Ω/□)を用いた。
この導電性PETフィルムをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、厚み25nmの酸化チタンからなる薄膜を成膜して、可撓性の導電性基板を作製した。
次いで、ドクターブレード法により、この酸化チタン膜を覆うように、酸化チタンナノ粒子のペーストを、その厚みが10μmとなるように塗布した後、150℃で3時間焼成して、多孔質酸化物半導体層を形成した。
次いで、多孔質酸化物半導体層にN3色素を担持させて、作用極を得た。
また、作用極の作製に用いたものと同様の導電性PETフィルムを用い、この導電性PETフィルムをなす透明導電膜の上に、スパッタリング法により、白金からなる薄膜を成膜して、対極を得た。
次いで、作用極をなす多孔質酸化物半導体層に、電解液を滴下して含浸させた後、多孔質酸化物半導体層と一体をなす電解質層を形成した。
次いで、作用極と対極を重ねて、電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体を形成した。
次いで、PETフィルムを袋状に成形した、11cm×12cmの袋体内に、その開口部から積層体を収容する。
次いで、真空ポンプを用いて、袋体内部から空気を吸い出すことによって、袋体を収縮させると共に、袋体を積層体における外側の面の全域に均一に密着させた。
次いで、この状態のまま、袋体の開口部を融着して、袋体を密封し、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1と同様にして、作用極と対極を作製した。
次いで、対極に、貫通孔を2箇所形成した。
次いで、接着剤として、作用極または対極の周縁部に幅2mm、厚み50μmの熱可塑性樹脂からなるシート(商品名;ハイミラン、三井デュポンポリケミカル社製)を配し、作用極と対極を、これらの間に所定の大きさの空間ができるように、この熱可塑性樹脂からなるシートを介して重ねた。
次いで、熱可塑性樹脂からなるシートを加熱、溶融して、作用極と対極を接着し、積層体を形成した。
次いで、対極に設けた貫通孔から作用極と対極との間に電解液を充填し、電解液の大部分を多孔質酸化物半導体層の空隙部分に含浸させた。
電解液の充填が終了した後、貫通孔を封止部材で封止し、色素増感型太陽電池を得た。
Claims (4)
- 作用極と、対極と、これらの間に形成された電解質層とからなる積層体を備えた光電変換素子であって、
前記積層体が袋体に収容され、該袋体が前記積層体の外側の面に密着した状態で密封され、前記電解質層を構成する電解液は、封入後に維持される圧力が大気圧よりも低い圧力で封入されていることを特徴とする光電変換素子。 - 前記電解液はゲル化されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
- 作用極と、対極と、これらの間に形成される電解質層を備えた光電変換素子の製造方法であって、
前記作用極と前記対極を積層して、前記作用極と前記対極との間に前記電解質層を形成する電解液を充填して積層体を形成した後、該積層体を真空包装により密封することにより、前記電解液を、封入後に維持される圧力が大気圧よりも低い圧力となるように封入することを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 前記電解液をゲル化することを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子の製造方法。
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