JP5396757B2 - 電子還元層形成用コーティング組成物及び電子還元層を形成する方法 - Google Patents
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Description
正極基板1は、透明ガラスや透明樹脂フィルムなどの透明基板3上に透明導電膜5(例えばITO膜)が形成され、さらにその上に、電子還元性導電層7として形成されている。一方、負極基板10は、金属基板11を有しており、この金属基板11の上に色素増感半導体多孔質層13が逆電子防止層15を介して形成されている。このような正極基板1と負極基板10とが、電解質層20を間に挟んで対峙した構造を有しており、正極基板1と負極基板10との周縁部分は、電解質層20が漏洩しないように、封止材30で封止されている。即ち、色素増感半導体多孔質層13と電解質層20とを間に挟んで負極基板10と正極基板1とが対峙している領域が発電領域Xとなっており、封止材30で封止されている領域が封止領域Yとなっている。
本発明によれば、また、上記のコーティング組成物を、透明基板と該透明基板上に形成された透明導電膜とからなる正極基板の該透明導電膜上に塗布し、50乃至600℃の温度で熱処理することにより、厚みが0.01乃至1000nmの白金層からなる電子還元層を形成する方法が提供される。
(1)前記有機溶媒が、エチルセルロースとテルピネオールとを、エチルセルロース/テルピネオール=0.1/99.9〜20/80の重量比で含有していること、
(2)前記白金化合物を、白金換算で0.01乃至10%の濃度で含有していること、
が好適である。
また、本発明のコーティング組成物を、正極基板の透明導電膜上に塗布し、所定の温度で熱処理を行って厚みが0.01乃至1000nmの電子還元層を形成した場合、かかる正極基板を用いて組み立てられた色素増感太陽電池は、蒸着により電子還元層が形成されている場合に比して、高い変換効率を得ることができる。
本発明のコーティング組成物は、白金化合物の有機溶媒溶液からなるものであるが、25℃での粘度が10cP以上にあり、例えば、非特許文献1に開示されている白金化合物のエタノール溶液に比して著しく高い粘性を有しており、このため、スクリーン印刷により、だれ等を生じることなく、均一な厚みのコーティング層を形成することができ、大面積の正極基板表面にも、均一な厚みの電子還元層を連続的に効率よく形成することができる。但し、この粘度が高すぎると、コーティングが困難となるおそれがあるため、この粘度は、50乃至2000cP(25℃)の範囲にあるのがよい。
上述した本発明のコーティング組成物は、電極として使用される正極基板の表面、例えば、図1に示す構造の太陽電池における正極基板1の透明導電膜5上に塗布し、形成された塗膜を熱処理(焼成)を行って、電子還元層7を形成することができる。即ち、この熱処理によって、有機溶媒等が揮散、熱分解等により除去され、且つ白金化合物が熱分解して白金層、即ち、電子還元層7が得られる。
本発明のコーティング組成物が最も好適に適用される図1に示す構造の色素増感太陽電池では、本発明に従って形成された電子還元層7を有する正極基板(透明電極基板)1を、電解質層20を間に挟んで負電極基板10と対峙させ、その周囲を封止剤30で封止することにより、色素増感太陽電池としての使用に供される。
(実験例1)
球状の粒径30nmと不定形状の粒径15nmの市販TiO2粒子2種類を主剤とし、溶媒として、テルピネオールを、ペースト中60重量%の量、バインダー剤として、エチルセルロースを、粘度が5〜15cPの低粘度系と、30〜50cPの高粘度系と、低粘度系/高粘度系=60/40の重量比とから構成されるTiO2ペーストを調整して、酸化物半導体層形成用ペーストとした。
さらに、純度99.5%のエタノールに分散させたルテニウム錯体色素からなる色素溶液中に、上記の酸化物半導体層を24時間漬浸させ、次いで乾燥することにより、負極構造体を得た。尚、用いたルテニウム錯体色素は、下記式で表される。
[Ru(dcbpy)2(NCS)2]・2H2O
作製した白金層用ペーストを市販のFTO/GLASSのFTO上に塗装し、450℃で30分間焼成して、白金層を形成した対向電極(正極)構造体を得た。得られた白金層の厚みを測定した結果、約100nmであった。
得られた電池の変換効率を測定したところ、測定面積1cm2で、以下の通りであり、高い変換効率が得られた。
変換効率:5.04%
FF:0.63
JSC:11.6
VOC:0.69
酸化物半導体層を形成するためのペースト調整、アルミニウム板上への形成は、実験例1と同様に実施した。
一方、対向電極(正極)構造体は、以下に示す方法で作製した。
H2PtCl6・6H2Oを主剤とし、溶媒として、テルピネオールのみ、白金濃度が0.2%となるように白金層用ペーストを調整した。B型粘度計を用いて粘度を測定した結果、5cPであった。
作製した白金層用ペーストを市販のFTO/GLASSのFTO上に塗装し、450℃で30分間焼成して対向電極(正極)構造体とした。得られた白金層の厚みを測定した結果、約20〜500nmと不均一な膜厚であり、部分的に剥離箇所があった。
その後、実験例1と同様に色素増感型太陽電池を作製し、変換効率を測定したところ、測定面積1cm2で、以下の通りであり、低い変換効率の領域で、バラツキが大きい結果となった。
変換効率:2.93〜3.58%
FF:0.50〜0.56
JSC:9.00〜9.4
VOC:0.65〜0.68
酸化物半導体層を形成するためのペースト調整、アルミニウム板上への形成は、実験例1と同様に実施した。
一方、対向電極(正極)構造体は、以下に示す方法で作製した。
市販のFTO/GLASSのFTO上に蒸着によって白金層を形成して対向電極(正極)構造体とした。白金層の厚みを測定した結果、約0.5nmであった。
その後、実験例1と同様に色素増感型太陽電池を作製し、変換効率を測定したところ、測定面積1cm2で、以下の通りであり、低い変換効率となった。
変換効率:4.16%
FF:0.60
JSC:10.2
VOC:0.68
3:透明基板
5:透明導電層
7:電子還元層
10:負極基板
11:金属基板
13:色素増感半導体多孔質層
20:電解質層
Claims (4)
- スクリーン印刷によって正極基板の表面に電子還元層を形成するために使用されるコーティング組成物であって、白金化合物の有機溶媒溶液からなり、
25℃で、少なくとも10mPa・s以上の粘度を有しており、
前記有機溶媒が、少なくともエチルセルロースとテルピネオールとの2種を含有しており、
前記白金化合物が、ヘキサクロロ白金(IV)酸六水和物である
ことを特徴とするコーティング組成物。 - 前記有機溶媒が、エチルセルロースとテルピネオールとを、エチルセルロース/テルピネオール=0.1/99.9〜20/80の重量比で含有している請求項1に記載のコーティング組成物。
- 前記白金化合物を、白金換算で0.01〜10%の濃度で含有している請求項1または2に記載のコーティング組成物。
- 請求項1に記載のコーティング組成物を、透明基板と該透明基板上に形成された透明導電膜とからなる正極基板の該透明導電膜上に塗布し、50〜600℃の温度で熱処理することにより、厚みが0.01〜1000nmの白金層からなる電子還元層を形成する方法。
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