JP5296758B2 - フレキシブル染料感応太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、作用電極及び対電極の製造過程において酸化物半導体層を蒸着するとき、フレキシブル高分子基板を損傷させない低温蒸着法を用いるフレキシブル染料感応太陽電池（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ；ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＤＳＳＣ）の製造方法及びそれを用いて製造したフレキシブル染料感応太陽電池に関する。
近年、深刻な環境汚染と化石エネルギー枯渇の問題から次世代清浄エネルギーの開発がますます重要になっている。そのなかでも太陽電池は、直接太陽エネルギーを電気エネルギーに転換する装置であって、公害が少なく、資源が無限であり、半永久的な寿命を有することから、未来のエネルギー問題を解決できるエネルギー源として期待されている。
このような太陽電池を物質別に区分すれば、無機物太陽電池（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、染料感応太陽電池（ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）、及び有機物太陽電池（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）に大別される。
無機物太陽電池には単結晶シリコンが主に使用され、このような単結晶シリコン系太陽電池は薄膜型太陽電池として製造可能であるという長所があるが、高コストを要し、安定性が低いという問題点を持っている。
染料感応太陽電池は、従来のｐ‐ｎ接合によるシリコン太陽電池とは違って、可視光線を吸収して電子‐正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎ‐ｈｏｌｅ ｐａｉｒ）を生成できる感光性染料分子と、生成された電子を伝達する遷移金属酸化物とを主な構成材料とする光電気化学的太陽電池である。染料感応太陽電池は、従来のシリコン基板の太陽電池と比べ、光と熱に長時間露出されても耐えられ、安価かつ容易にエネルギーを生産することができる。
周知の染料感応太陽電池としては、瑞西のグレッツェル（Ｇｒａｔｚｅｌ）等によって発表されたものが代表的である（米国特許登録第４，９２７，７２１号及び第５，３５０，６４４号）。グレッツェル等によって提案された染料感応太陽電池は、染料分子でコーティングされたナノ粒子二酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる半導体電極と、白金または炭素でコーティングされた対電極と、これら電極の間に充填された電解質溶液とで構成されている。該光電気化学的太陽電池は、従来のシリコン太陽電池に比べて電力当りの製造コストが低いことから注目されてきた。このようなグレッツェルが開発した安価な染料感応太陽電池の技術は、高いシリコン太陽電池の代案として有望であるという事実を提示した。
近年、携帯電話、ウェアラブル・コンピューター（ｗｅａｒａｂｌｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）など次世代ＰＣ産業に必要な電源の自己充電や、服、帽子、自動車ガラス、建物などに取り付けて活用できるという点でフレキシブル半導体電極を使用するフレキシブル染料感応型太陽電池がさらに関心の焦点になっている。
しかし、このようなフレキシブル半導体電極の製作に必要なフレキシブル基板は、高温で変形し易いため、二酸化チタン層などのような酸化物半導体層を形成する場合、高温で蒸着することができず１５０℃以下の低温で半導体電極を製作しなければならないという制限がある。
このようなフレキシブル半導体電極を製造する従来技術として、低温焼成ペーストをフレキシブル基板に印刷して１００℃未満で乾燥するかまたは不透明な金属薄膜（ｍｅｔａｌ ｆｏｉｌ）上に半導体層を形成する方法が知られているが、このような方法では太陽電池の光電効率又は膜の安定性が低下する問題などが生じ、低温で安定的にフレキシブル半導体電極を製造するための新たな方法が求められている。
このような問題点を解決しようと、本発明者等はフレキシブル高分子基板を使用して作用電極及び対電極を製造する方法を鋭意研究した結果、フレキシブル高分子基板を使用して作用電極及び対電極を製造するとき、酸化物半導体層を低温蒸着法を用いてフレキシブル高分子基板上に蒸着することで、温度耐性の低いフレキシブル高分子基板を損傷させることなく製造できるフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法及びそれを用いて製造したフレキシブル染料感応太陽電池の開発に至った。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、温度耐性の低いフレキシブル高分子基板を使用して作用電極及び対電極を製造するとき、酸化物半導体層を低温で蒸着できるだけでなく、簡単な工程で製造することができるフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法及びそれを用いて製造したフレキシブル染料感応太陽電池を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板をチャンバーに配置する段階（ステップ１）、透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対して１５０℃以下の低温でガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層を蒸着する段階（ステップ２）、前記酸化物半導体層に染料を吸着させて作用電極を製造する段階（ステップ３）、透明伝導性酸化物層が形成された透明基板の上部に触媒層を形成して対電極を製造する段階（ステップ４）、及び前記ステップ３で製造した作用電極とステップ４で製造した対電極とを対向させて接合した後、電解液を注入する段階（ステップ５）を含むフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法を提供する。
また、本発明は、フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層、前記透明伝導性酸化物層上に低温蒸着された酸化物半導体層及び前記酸化物半導体層に吸着された染料を含む作用電極と、フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層及び前記透明伝導性酸化物層に低温蒸着された触媒層を含む対電極と、前記作用電極と対電極との間に介在される電解質と、を含むフレキシブル染料感応太陽電池を提供する。
本発明の一実施形態において、前記作用電極は常温及び真空状態のチャンバー内の基板支持部に透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板を配置した後、１５０℃以下の低温でガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層を形成し、それに染料を吸着させて製造し得る。
本発明の一実施形態において、前記酸化物半導体粉末は二酸化チタン粉末（ＴｉＯ２）、酸化スズ粉末（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）及び酸化ニオブ粉末（Ｎｂ２Ｏ５）からなる群より選択された１種または２種以上を混合して使用するか、もしくは二酸化チタン粉末（ＴｉＯ２）、酸化スズ粉末（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）及び酸化ニオブ粉末（Ｎｂ２Ｏ５）からなる群より選択された１種と炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、炭素ナノ繊維（ＣＮＦ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）からなる群より選択された１種とを混合して使用し得る。
本発明の一実施形態において、フレキシブル高分子基板は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）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリイミド（ＰＩ）などからなる群より選択された高分子を使用して製造し得る。
本発明の一実施形態において、前記透明伝導性酸化物層はフッ素がドープされたティンオキサイド（ＦＴＯ）、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ）、インジウムジンクティンオキサイド（ＩＺＴＯ）、アルミニウムジンクオキサイド（ＡＺＯ）、インジウムティンオキサイド‐銀‐インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ‐Ａｇ‐ＩＴＯ）、インジウムジンクオキサイド‐銀‐インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ‐Ａｇ‐ＩＺＯ）、インジウムジンクティンオキサイド‐銀‐インジウムジンクティンオキサイド（ＩＺＴＯ‐Ａｇ‐ＩＺＴＯ）、アルミニウムジンクオキサイド‐銀‐アルミニウムジンクオキサイド（ＡＺＯ‐Ａｇ‐ＡＺＯ）などからなる群より選択された高分子を使用して製造し得る。
本発明によれば、フレキシブル高分子基板を使用して作用電極及び対電極を製造するとき、酸化物半導体層を低温蒸着できる方法を用いてフレキシブル高分子基板に蒸着させることで、比較的簡単な工程で製造できるフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法及びそれを用いて製造したフレキシブル染料感応太陽電池を提供することができる。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明は、透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板をチャンバーに配置する段階（ステップ１）、透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対してガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層を蒸着する段階（ステップ２）、前記酸化物半導体層に染料を吸着させて作用電極を製造する段階（ステップ３）、透明伝導性酸化物層が形成された透明基板の上部に触媒層を形成して対電極を製造する段階（ステップ４）、及び前記ステップ３で製造した作用電極とステップ４で製造した対電極とを対向させた後、電解液を注入する段階（ステップ５）を含むフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法を提供する。
本発明は、透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板をチャンバーに配置する段階（ステップ１）、透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対してガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層を蒸着する段階（ステップ２）、前記酸化物半導体層に染料を吸着させて作用電極を製造する段階（ステップ３）、透明伝導性酸化物層が形成された透明基板の上部に触媒層を形成して対電極を製造する段階（ステップ４）、及び前記ステップ３で製造した作用電極とステップ４で製造した対電極とを対向させた後、電解液を注入する段階（ステップ５）を含むフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法を提供する。
本発明によるフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法を図１及び図２に基づいて段階別に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によって製造した作用電極１０の側面図である。
まず、透明伝導性酸化物層２が蒸着されたフレキシブル高分子基板１をチャンバー内の基板支持部に配置する（ステップ１）。
まず、透明伝導性酸化物層２が蒸着されたフレキシブル高分子基板１をチャンバー内の基板支持部に配置する（ステップ１）。
ステップ１においては、酸化物半導体層４の塗布が行なわれるチャンバーを常温の真空または大気圧条件で維持することが望ましく、真空状態に維持することがより望ましい。このようにチャンバーを真空状態に維持することで、酸化物半導体層４を形成する二酸化チタン粉末がガスによって移動するときに加えられる流体抵抗を減少させ、粉末の速度を減少させる要因がなくなり、酸化物半導体層４を形成する工程が円滑に行われ得る。
次いで、前記透明伝導性酸化物層２が蒸着されたフレキシブル高分子基板１に対し、ガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層４を蒸着する（ステップ２）。
本発明ではフレキシブル高分子基板１の素材として、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）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリイミド（ＰＩ）などを使用し得るが、これに制限されることはない。
前記フレキシブル高分子基板１の上部には、透明伝導性酸化物層２が形成される。透明伝導性酸化物層２の素材としては、フッ素がドープされたティンオキサイド（ＦＴＯ）、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ）、インジウムジンクティンオキサイド（ＩＺＴＯ）、アルミニウムジンクオキサイド（ＡＺＯ）、インジウムティンオキサイド‐銀‐インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ‐Ａｇ‐ＩＴＯ）、インジウムジンクオキサイド‐銀‐インジウムジンクオキサイド（ＩＺＯ‐Ａｇ‐ＩＺＯ）、インジウムジンクティンオキサイド‐銀‐インジウムジンクティンオキサイド（ＩＺＴＯ‐Ａｇ‐ＩＺＴＯ）、アルミニウムジンクオキサイド‐銀‐アルミニウムジンクオキサイド（ＡＺＯ‐Ａｇ‐ＡＺＯ）などを使用し得る。
ステップ２において、透明伝導性酸化物層２が蒸着されたフレキシブル高分子基板１上に酸化物半導体層４を形成する場合、大きさ１ｎｍ〜１０μｍの小さい酸化物半導体粉末を使用し、相対的に高い噴射速度である１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射することで、酸化物半導体粉末が基板に衝突するとき基板に与える影響を最小化することができる。また、前記酸化物半導体粉末が基板と衝突して壊れた後、再結合することで、塗布され得る。上記のような酸化物半導体粉末の噴射速度を得るためには、通常１〜１０ｂａｒの圧力を有する圧縮空気を使用し、真空は１０Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲であることが望ましい。
前記酸化物半導体粉末としては、二酸化チタン粉末（ＴｉＯ２）、酸化スズ粉末（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）及び酸化ニオブ粉末（Ｎｂ２Ｏ５）からなる群より選択された１種または２種以上を混合して使用し得る。
本発明の一実施形態において、フレキシブル染料感応太陽電池の光電変換効率、透過図、抵抗などを増大させるため、前記酸化物半導体粉末として二酸化チタン粉末（ＴｉＯ２）、酸化スズ粉末（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛粉末（ＺｎＯ）及び酸化ニオブ粉末（Ｎｂ２Ｏ５）からなる群より選択された１種と炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、炭素ナノ繊維（ＣＮＦ）、グラフェンからなる群より選択された１種とを混合して使用し得る。
本発明の一実施形態において、透明伝導性酸化物層２が蒸着されたフレキシブル高分子基板１上に酸化物半導体層４を形成した後、圧力機などで加圧するか、真空低温焼結炉、オーブンなどを用いてフレキシブル高分子基板のガラス遷移温度以下で低温焼結するか、またはレーザーを用いて蒸着された透明伝導性酸化物層を局所焼結する過程をさらに経ることができる。
次いで、ステップ２のように酸化物半導体層４を形成した後、染料を吸着させて作用電極１０を製造する（ステップ３）。
本発明の一実施形態においては、酸化物半導体層４が形成されたフレキシブル高分子基板１を染料溶液に浸漬させることで、フレキシブル高分子基板１上に蒸着された酸化物半導体層４に染料を吸着させることができる。
前記染料溶液としては、染料とアルコール溶液とを混合したものを使用し得る。前記染料としては、ルテニウム（Ｒｕ）複合体を初め、可視光線を吸収できる物質を使用し得る。勿論、その他にも可視光線内の長波長の吸収を改善して効率を向上させる染料及び電子放出が容易な新たなタイプの染料を使用し得る。
次いで、透明伝導性酸化物層が形成されたフレキシブル高分子基板の上部に触媒層を形成して対電極２０を製造する（ステップ４）。
ステップ２で説明したように、フレキシブル高分子基板の上部に透明伝導性酸化物層を形成した後、それに触媒層を蒸着させて対電極２０を製造し得る。
前記触媒層は、炭素、金、白金などで構成されるが、白金（Ｐｔ）などのような貴金属物質であることが望ましい。白金（Ｐｔ）は反射度が良いため、透過した可視光線が太陽電池の内部に反射されて光吸収効率の面で有利である。また、白金（Ｐｔ）の外にも抵抗値の低い他の貴金属物質も使用し得ることは勿論である。
最後に、ステップ３で製造した作用電極とステップ４で製造した対電極とを対向させた後、電解液を注入する（ステップ５）。
図２は、本発明の一実施形態によって製造したフレキシブル染料感応太陽電池４０の側面図である。
図２を参照すれば、ステップ３で製造した作用電極１０とステップ４で製造した対電極２０とを相互接合させ、内部に電解液を充填してフレキシブル染料感応太陽電池４０を製造し得る（ステップ５）。
図２を参照すれば、ステップ３で製造した作用電極１０とステップ４で製造した対電極２０とを相互接合させ、内部に電解液を充填してフレキシブル染料感応太陽電池４０を製造し得る（ステップ５）。
本発明のフレキシブル染料感応太陽電池４０では電解液として、本発明が属する技術分野で周知の液状の電解液または固体高分子電解液を使用し得る。
上述した本発明のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法によれば、温度耐性の低いフレキシブル高分子基板を損傷させることなく、酸化物半導体層を低温で蒸着させることで、簡単な方法でフレキシブル染料感応太陽電池を製造することができる。
また、本発明のフレキシブル染料感応太陽電池及びその製造方法において、作用電極及び対電極のうち１つの電極はフレキシブル高分子基板の外にガラス基板または金属基板を使用して製造することができる。
また、本発明は、フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層、前記透明伝導性酸化物層上に蒸着されたナノ酸化物層及び前記ナノ酸化物層に吸着された染料を含む作用電極と、フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層及び前記透明伝導性酸化物層に低温蒸着された金属層を含む対電極と、前記作用電極と対電極との間に介在される電解質と、を含むフレキシブル染料感応太陽電池を提供する。
前記フレキシブル染料感応太陽電池は、上述した本発明による染料感応太陽電池の製造方法によって製造することができる。
また、本発明は、前記フレキシブル染料感応太陽電池を含んで構成するフレキシブル染料感応太陽電池基板のフレキシブルディスプレイを提供する。
図３は、フレキシブル染料感応太陽電池基板のフレキシブルディスプレイの構成を示した概略図である。図３に示したように、本発明はフレキシブルディスプレイとフレキシブル回路とに本発明のフレキシブル染料感応太陽電池を結合したＤＳＳＣ基板のフレキシブルディスプレイを提供する。
以下、本発明の理解を助けるために望ましい実施例を提示するが、下記実施例は本発明を例示するだけであって、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは当業者にとって自明なことである。また、このような変形及び修正が特許請求の範囲に属することは言うまでもない。
＜実施例１＞
（１）作用電極の製造
インジウムティンオキサイド透明伝導性酸化物層が形成されたＰＥＴ基板を用意し、真空状態のチャンバーの基板支持部に配置した。前記ＰＥＴ基板上に大きさ１０ｎｍの二酸化チタン粉末を３００から５００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射して厚さ５μｍのナノ酸化物層を形成した。次いで、エタノールを溶媒にして５ｍＭになるように製造したＲｕ系（ソラロニクス（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ）社製、Ｒｅｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓ ＴＢＡ）染料溶液を用意した。該染料溶液に前記ナノ酸化物層が形成された基板を２４時間浸漬した後、乾燥させて染料が吸着された作用電極を製造した。
（１）作用電極の製造
インジウムティンオキサイド透明伝導性酸化物層が形成されたＰＥＴ基板を用意し、真空状態のチャンバーの基板支持部に配置した。前記ＰＥＴ基板上に大きさ１０ｎｍの二酸化チタン粉末を３００から５００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射して厚さ５μｍのナノ酸化物層を形成した。次いで、エタノールを溶媒にして５ｍＭになるように製造したＲｕ系（ソラロニクス（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ）社製、Ｒｅｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓ ＴＢＡ）染料溶液を用意した。該染料溶液に前記ナノ酸化物層が形成された基板を２４時間浸漬した後、乾燥させて染料が吸着された作用電極を製造した。
（２）対電極の製造
フッ素がドープされたティンオキサイド透明伝導性酸化物層が形成されたＰＥＴ基板を用意した。白金ターゲットが含まれた蒸着機を用いて、１０−１ｔｏｒｒ以下の真空下で１５ｍＡの電流を２００秒間流すことで前記基板の縁層内に白金層を形成して対電極を製造した。
フッ素がドープされたティンオキサイド透明伝導性酸化物層が形成されたＰＥＴ基板を用意した。白金ターゲットが含まれた蒸着機を用いて、１０−１ｔｏｒｒ以下の真空下で１５ｍＡの電流を２００秒間流すことで前記基板の縁層内に白金層を形成して対電極を製造した。
（３）フレキシブル染料感応太陽電池の製造
製造した作用電極のナノ酸化物層と対電極の白金層とを相互対向させた後、厚さ約７０μｍの両面接着テープ（３Ｍ社製）をナノ酸化物層の外側に接合した。その後、ホットプレスを用いて５０℃、５ＭＰａの条件で１０秒間維持して両電極を結合した。このとき、対電極は電解液を注入するために予め穿孔した。その後、電解質溶液（ソラロニクス社製、Ｉｏｄｏｌｙｔｅ ＡＮ−５０）を予め設けられた孔を通じて２つの電極間の空間に約０．１ｃｃ注入し、穿孔部位はエポキシレジンで封止することで、フレキシブル染料感応太陽電池を製造した。
製造した作用電極のナノ酸化物層と対電極の白金層とを相互対向させた後、厚さ約７０μｍの両面接着テープ（３Ｍ社製）をナノ酸化物層の外側に接合した。その後、ホットプレスを用いて５０℃、５ＭＰａの条件で１０秒間維持して両電極を結合した。このとき、対電極は電解液を注入するために予め穿孔した。その後、電解質溶液（ソラロニクス社製、Ｉｏｄｏｌｙｔｅ ＡＮ−５０）を予め設けられた孔を通じて２つの電極間の空間に約０．１ｃｃ注入し、穿孔部位はエポキシレジンで封止することで、フレキシブル染料感応太陽電池を製造した。
＜実施例２＞
作用電極を製造するとき、大きさ１０ｎｍの二酸化チタン粉末と多重壁炭素ナノチューブ（ハンファナノテク（ｈａｎｗｈａ ｎａｎｏｔｅｃｈ）社製、ＣＭ−９５）とを３００から５００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射して厚さ５μｍのナノ酸化物層を形成したことを除き、実施例１と同様にしてフレキシブル染料感応太陽電池を製造した。
作用電極を製造するとき、大きさ１０ｎｍの二酸化チタン粉末と多重壁炭素ナノチューブ（ハンファナノテク（ｈａｎｗｈａ ｎａｎｏｔｅｃｈ）社製、ＣＭ−９５）とを３００から５００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射して厚さ５μｍのナノ酸化物層を形成したことを除き、実施例１と同様にしてフレキシブル染料感応太陽電池を製造した。
＜実験例１＞電流密度（Ｊｓｃ）及び電圧（Ｖｏｃ）の測定
実施例１及び実施例２で製造した染料感応太陽電池の電流密度（Ｊｓｃ）、電圧（Ｖｏｃ）及び充填係数（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ；ｆｆ）を測定し、測定値を下記表１に示した。
実施例１及び実施例２で製造した染料感応太陽電池の電流密度（Ｊｓｃ）、電圧（Ｖｏｃ）及び充填係数（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ；ｆｆ）を測定し、測定値を下記表１に示した。
１ フレキシブル高分子基板
２ 透明伝導性酸化物層
３ 縁層
４ ナノ酸化物層
１０ 作用電極
２０ 対電極
４０ フレキシブル染料感応太陽電池
２ 透明伝導性酸化物層
３ 縁層
４ ナノ酸化物層
１０ 作用電極
２０ 対電極
４０ フレキシブル染料感応太陽電池
Claims (14)
- フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層、前記透明伝導性酸化物層上に蒸着された酸化物半導体層及び前記酸化物半導体層に吸着された染料を含む作用電極と、
フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層及び前記透明伝導性酸化物層に蒸着された触媒層を含む対電極と、
前記作用電極と対電極との間に介在される電解質と、を含み、
前記透明伝導性酸化物層上に蒸着された酸化物半導体層は、前記透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対して１５０℃以下の低温でガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して形成されることを特徴とするフレキシブル染料感応太陽電池。 - 前記酸化物半導体粉末としては、二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種または２種以上を混合した粉末を使用するか、もしくは二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種と炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、グラフェンからなる群より選択された１種とを混合した粉末を使用することを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル染料感応太陽電池。
- 前記フレキシブル高分子基板が、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、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリイミドからなる群より選択された高分子を使用して製造された基板であることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル染料感応太陽電池。
- 前記透明伝導性酸化物層が、フッ素がドープされたティンオキサイド、インジウムティンオキサイド、インジウムジンクオキサイド、インジウムジンクティンオキサイド、アルミニウムジンクオキサイド、インジウムティンオキサイド‐銀‐インジウムティンオキサイド、インジウムジンクオキサイド‐銀‐インジウムジンクオキサイド、インジウムジンクティンオキサイド‐銀‐インジウムジンクティンオキサイド及びアルミニウムジンクオキサイド‐銀‐アルミニウムジンクオキサイドからなる群より選択された透明伝導性酸化物で形成されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル染料感応太陽電池。
- 前記触媒層が、炭素、金及び白金からなる群より選択された物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル染料感応太陽電池。
- 前記対電極及び作用電極のうち１つは、金属基板を使用して製造されることを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル染料感応太陽電池。
- 透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板をチャンバーに配置する段階（ステップ１）と、
透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対し、ガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１５０℃以下の低温で１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して酸化物半導体層を蒸着する段階（ステップ２）と、
前記酸化物半導体層に染料を吸着させて作用電極を製造する段階（ステップ３）と、
透明伝導性酸化物層が形成された透明基板の上部に触媒層を形成して対電極を製造する段階（ステップ４）と、
前記ステップ３で製造した作用電極とステップ４で製造した対電極とを対向させた後、電解液を注入する段階（ステップ５）と、を含むフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。 - 前記酸化物半導体粉末としては、二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種または２種以上を混合した粉末を使用するか、もしくは二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種と炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、グラフェンからなる群より選択された１種とを混合した粉末を使用することを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記ステップ２において、前記酸化物半導体粉末を噴射して酸化物半導体層を形成した後、圧力機などで加圧するか、真空低温焼結炉、オーブンなどを用いてフレキシブル高分子基板のガラス遷移温度以下で低温焼結するか、またはレーザーを用いて蒸着された透明伝導性酸化物層を局所焼結する過程をさらに経ることを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記フレキシブル高分子基板が、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、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアリレート及びポリイミドからなる群より選択された高分子を使用して製造された基板であることを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記透明伝導性酸化物層が、フッ素がドープされたティンオキサイド、インジウムティンオキサイド、インジウムジンクオキサイド、インジウムジンクティンオキサイド、アルミニウムジンクオキサイド、インジウムティンオキサイド‐銀‐インジウムティンオキサイド、インジウムジンクオキサイド‐銀‐インジウムジンクオキサイド、インジウムジンクティンオキサイド‐銀‐インジウムジンクティンオキサイド及びアルミニウムジンクオキサイド‐銀‐アルミニウムジンクオキサイドからなる群より選択された透明伝導性酸化物で形成されることを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。
- 前記触媒層が、炭素、金及び白金からなる群より選択された物質で形成されることを特徴とする請求項７に記載のフレキシブル染料感応太陽電池の製造方法。
- フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層、前記透明伝導性酸化物層上に蒸着された酸化物半導体層及び前記酸化物半導体層に吸着された染料を含む作用電極と、フレキシブル高分子基板上に蒸着された透明伝導性酸化物層及び前記透明伝導性酸化物層に蒸着された触媒層を含む対電極と、前記作用電極と対電極との間に介在される電解質と、を含み、
前記透明伝導性酸化物層上に蒸着された酸化物半導体層は、前記透明伝導性酸化物層が蒸着されたフレキシブル高分子基板に対して１５０℃以下の低温でガスによって運ばれた大きさ１ｎｍ〜１０μｍの酸化物半導体粉末を１００〜１２００ｍ／ｓｅｃの速度で噴射ノズルで噴射して形成されることを特徴とするフレキシブル染料感応太陽電池基板のディスプレイ。 - 前記酸化物半導体粉末として、二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種または２種以上を混合した粉末を使用するか、もしくは二酸化チタン粉末、酸化スズ粉末、酸化亜鉛粉末及び酸化ニオブ粉末からなる群より選択された１種と炭素ナノチューブ、炭素ナノ繊維、グラフェンからなる群より選択された１種とを混合した粉末を使用することを特徴とする請求項１３に記載のフレキシブル染料感応太陽電池基板のディスプレイ。
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