JP5410258B2 - Method for producing dye-sensitized solar cell with design properties - Google Patents
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Description
本発明は、受光面に意匠性を備えた色素増感太陽電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell having a design on a light receiving surface.
太陽電池に特定の文字、記号または図形のパターン等の意匠性を持たせるために、表面に印刷等で文字や絵柄を設けたり、集電用電極を特定の文字、記号、または図形のパターンに形成していたものがある(例えば、特許文献1参照)。 In order to make the solar cell have a design such as a pattern of specific characters, symbols or figures, the surface is provided with characters or designs by printing, etc., or the current collecting electrode is changed to a pattern of specific characters, symbols or figures. Some have been formed (for example, refer to Patent Document 1).
また、色素増感太陽電池の構成要素である多孔性半導体層をガラスフリットなどの材料で所定のパターンに仕切ることにより、受光面に任意の文字や記号あるいは図形や絵などを描くことができるカラー太陽電池がある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, by separating the porous semiconductor layer, which is a component of the dye-sensitized solar cell, into a predetermined pattern with a material such as glass frit, it is possible to draw any character, symbol, figure or picture on the light-receiving surface. There exists a solar cell (for example, refer patent document 2).
しかし、特許文献1の技術のように太陽電池表面を印刷パターンや集電用電極で過剰に覆ってしまうと、太陽電池内に暗電流が流れ、それによってセル特性が悪化することが知られている。また、集電用電極を各文字、記号等のパターンとして用いると、各文字や記号等のパターンがお互いに電気的に繋がっている必要があり、意匠性を設ける上で自由度が大きく失われるという問題点があった。
However, it is known that if the surface of the solar cell is excessively covered with a printed pattern or a current collecting electrode as in the technique of
また、特許文献2の技術においては所定のパターンに多孔性半導体層を除去する工程、多孔性半導体層を除去した部分に隔壁を形成する工程等複雑な工程を有するために工業的に安価に作製することはできなかった。
Further, in the technique of
本発明は上記の問題のない意匠性を備えた色素増感太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell provided with the design property which does not have said problem.
本発明は前記目的を達成するため、以下のような特徴を備える。 In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
本発明の意匠性を備えた色素増感太陽電池の製造方法は、
透明基板上に透明電極層を形成後、透明電極層上への多孔質酸化物半導体のパターン形成に続く多孔質酸化物半導体への色素担持による色素担持半導体のパターン形成を2回以上行うことによって、互いに異なる色彩を備える2種以上の色素担持半導体による特定の文字、記号または図形のパターンが形成されたアノード部材を形成する一方で、
裏面基板上に裏面電極層を形成してカソード部材を形成し、
アノード部材の色素担持半導体側とカソード部材の裏面電極層側を対向させ、色素担持半導体と裏面電極層との間に電解質溶液を充填させることを特徴とする。
The method for producing a dye-sensitized solar cell having the design properties of the present invention,
After forming the transparent electrode layer on the transparent substrate, performing pattern formation of the dye-carrying semiconductor by carrying the dye on the porous oxide semiconductor following the pattern formation of the porous oxide semiconductor on the transparent electrode layer more than once While forming an anode member in which a pattern of specific characters, symbols or figures is formed by two or more kinds of dye-carrying semiconductors having different colors,
Forming a back electrode layer on the back substrate to form a cathode member;
The dye-supporting semiconductor side of the anode member and the back electrode layer side of the cathode member are opposed to each other, and an electrolyte solution is filled between the dye-supporting semiconductor and the back electrode layer.
また、上記の発明において、多孔質酸化物半導体のパターン形成を、半導体微粒子または繊維の分散液またはコロイド溶液の塗布にて形成してもよい。 In the above invention, the pattern formation of the porous oxide semiconductor may be formed by applying a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles or fibers.
本発明の色素増感太陽電池の製造方法は、透明電極層上への多孔質酸化物半導体のパターン形成に続く多孔質酸化物半導体への色素担持による色素担持半導体のパターン形成を2回以上行うことによって、互いに異なる色彩を備える2種以上の色素担持半導体による特定の文字、記号または図形のパターンが形成されるものである。したがって、太陽電池の表面を意匠層で覆う必要がなく、集電用電極も自由に設けられる。また、半導体層の除去および除去した部分への隔壁の形成が不要で工業的に安価に作製できる。また、全面的に形成された多孔質酸化物半導体上に色素を担持させる場合とは異なり色素のにじみが生じにくく微細なパターニングが可能である。 In the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the pattern formation of the dye-carrying semiconductor is carried out twice or more by carrying the dye on the porous oxide semiconductor following the formation of the pattern of the porous oxide semiconductor on the transparent electrode layer. Thus, a specific character, symbol, or figure pattern is formed by two or more kinds of dye-carrying semiconductors having different colors. Therefore, it is not necessary to cover the surface of the solar cell with the design layer, and a collecting electrode is also provided freely. Further, it is not necessary to remove the semiconductor layer and to form a partition wall in the removed portion, and it can be manufactured industrially at a low cost. Further, unlike the case where the dye is supported on the porous oxide semiconductor formed on the entire surface, the dye is less likely to bleed and fine patterning is possible.
図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳しく説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
アノード部材の形成
まず、互いに異なる色彩を備える2種以上の色素担持半導体11、12による特定の文字、記号または図形のパターンが形成されたアノード部材21を形成する(図1(d)参照)。
Formation of Anode Member First, an
アノード部材21を形成するには透明基板7上に透明電極層6を形成後(図1(a)参照)、透明電極層6上への多孔質酸化物半導体5のパターン形成に続く多孔質酸化物半導体5への色素担持による色素担持半導体11、12のパターン形成を2回以上行う(図1(a)〜(d)参照)。
In order to form the
本発明の色素増感太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の基材(板)のうち、太陽光受光側は透明であって太陽光の受光を阻害せず、その表面に透明性導電膜および光電変換素子を形成することができる透明基板7としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、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、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ガラスなどを使用することができるがこれらに限定されるものではない。透明基板7は単独の基材として使用してもよいが、二種以上の基材を積層した複合基板として使用することもできる。
Of the solar cell substrate (plate) produced by the method for producing a dye-sensitized solar cell of the present invention, the sunlight receiving side is transparent and does not hinder the reception of sunlight, and the surface thereof is transparent and conductive. Examples of the
透明電極層6を形成する透明導電膜としては、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム等が好適に使用されるがこれらに限定されるものではない。また必要に応じてこれらの材料にドーピングを施すこともできる。この透明導電膜の作製方法としては、蒸着法、スパッタ法、減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法、常圧CVD法、ゾルゲル法、熱分解スプレー法、電析法などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
As the transparent conductive film for forming the
また、透明導電膜をエッチングすることによって、光閉じこめし易いような凹凸を形成することもできる。この場合、エッチャントの種類、濃度、またはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凹凸が容易に得られる。 Further, by etching the transparent conductive film, it is possible to form irregularities that facilitate light confinement. In this case, since the surface shape of the transparent conductive material can be easily controlled by appropriately changing the type, concentration, etching time, or the like of the etchant, desired irregularities can be easily obtained.
透明電極層6上に色素担持半導体11、12のパターン形成を2回以上行う方法は以下のとおりである。
A method of patterning the dye-carrying
まず、透明電極層6上に第一の多孔質酸化物半導体5のパターン形成を行い(図1(a)参照)、引き続き、第一の多孔質酸化物半導体5に色素を担持させることによって色素担持半導体11のパターン形成を行う(図1(b)参照)。
First, a pattern of the first
多孔質酸化物半導体5としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、硫化カドミウムなどが用いられ、またこれらを組み合わせて用いることもできる。
As the
多孔質酸化物半導体5を透明電極層6上にパターン形成する方法としては、半導体微粒子または繊維の分散液またはコロイド溶液を塗布し乾燥、焼成する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものでは無い。多孔質酸化物半導体5の膜厚は、1〜30μmの範囲が好ましく、3〜20μmの範囲がより好ましい。
Examples of the method for forming a pattern of the
多孔質酸化物半導体5は、膜内の粒子または繊維同士を電気的にコンタクトさせ、また好ましい結晶構造を持たせるために、膜作成後に焼成することが望ましい。焼成温度は50〜600℃が好ましく、後述する第二(およびそれ以降)の多孔質酸化物半導体5の場合は、50℃〜色素が分解しない温度の範囲が特に好ましい。
The
多孔質酸化物半導体5に担持させる色素としては、金属錯体色素または有機色素が使用可能であり、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が最も好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が挙げられ、有機色素としてはアクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられるがこれらに限定されるものではない。該色素は半導体表面に対する適当は結合基を有していることが好ましく、特に好ましい結合基としては、COOH基、シアノ基、PO3 H2 基、キレート化基が挙げられる。中でもCOOH基、PO3 H2 基が好ましい。
As the dye to be carried on the
多孔質酸化物半導体5に色素を担持させるには、色素の溶液を半導体微粒子層に塗布する方法等が挙げられるが、これに限定されるものでは無い。色素を溶解する溶媒として、例えば、アルコール類、ニトリル類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、アミド類、N-メチルピロリドン、1、3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素類やこれらの混合溶媒が挙げられる。
In order to support the dye on the
引き続き同様に、透明電極層6上に第二(およびそれ以降)の多孔質酸化物半導体5のパターン形成を行い(図1(c)参照)、第二(およびそれ以降)の多孔質酸化物半導体5に色素を担持させることによって色素担持半導体12のパターン形成を行う(図1(d)参照)。こうすることによって、互いに異なる色彩を備える2種以上の色素担持半導体11、12による特定の文字、記号または図形のパターンが形成されたアノード部材21を形成することができる。ここで互いに異なる色彩を備える2種以上の色素担持半導体11、12としては、互いに異なる色の色素が吸着したものでもよいし、また、同じ色の色素が吸着したものであっても吸着量が異なることによって互いに濃淡差があるものでもよい。
Subsequently, similarly, pattern formation of the second (and subsequent)
カソード部材の形成
アノード部材21を形成する一方で、別途、裏面基板1上に裏面電極層2を形成してカソード部材22を形成する(図2参照)。
Formation of Cathode Member While the
太陽光を受光しない裏面基板1としては、透明である必要はなく、特に限定されないが、例えば、透明基板7に加え、SUS薄板、Alフォイルなども使用することができる。裏面基板1は単独の基材として使用してもよいが、二種以上の基材を積層した複合基板として使用することもできる。
The
裏面電極層2を形成する導電膜としては、透明である必要はなく、特に限定されないが、例えば、透明電極層6を形成する透明導電膜に加え、炭素膜なども使用することができる。また裏面基板1が導電性を示すものであれば、裏面電極層2を必要としない。
The conductive film for forming the
また、透明導電膜をエッチングすることによって、光閉じこめし易いような凹凸を形成することもできる。この場合、エッチャントの種類、濃度、またはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凹凸が容易に得られる。 Further, by etching the transparent conductive film, it is possible to form irregularities that facilitate light confinement. In this case, since the surface shape of the transparent conductive material can be easily controlled by appropriately changing the type, concentration, etching time, or the like of the etchant, desired irregularities can be easily obtained.
また、裏面電極層2の表面には、後述する電解質への電子供給を促進させるために、白金膜3や炭素膜等を形成することもできる。
Also, a
意匠性を備えた色素増感太陽電池の形成
最後に、アノード部材21の色素担持半導体11、12側とカソード部材22の裏面電極層2側を対向させ、隔壁8で囲んだ状態で色素担持半導体11、12と裏面電極層2との間に電解質溶液4を充填させることにより、意匠性を備えた色素増感太陽電池9を製造できる(図3、図4参照)。
Formation of Dye-Sensitized Solar Cell with Design Properties Finally, the dye-carrying semiconductor in a state where the dye-carrying
色素増感太陽電池9の電解質溶液4は、一般に色素増感太陽電池において使用することのできるものであれば、特に限定されないが、酸化還元性のものが好ましく、例えばLiI、NaI、KI、CaI2 等の金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせおよびLiBr、NaBr、KBr、CaBr2 等の金属臭化物と臭素の組み合わせがある。その中でも特にLiIとヨウ素の組み合わせが最も好ましい。この電解質は溶媒に溶解した形態(例えば、酸化還元性電解液)で用いられる。
The
その他の部材の形成
また、本発明において太陽光をより有効利用するために、光の干渉を利用した反射防止層(図示せず)が上記基板の層上あるは層間のいずれかに設けることも可能である。この反射防止層は、光の干渉性を利用したもので、一般に目的の反射防止特性を得るために所定の光学膜厚nd(屈折率n×形状膜厚d)の層から構成されればよく、本発明において積層数は特に限定されるものではない。この反射防止膜として珪素酸化物や有機フッ素化合物等の低屈折率層を単層で設けることも可能であるが、通常は、コスト及び反射防止効果の面から1〜6層とすることが好ましい。
Formation of other members Further, in order to use sunlight more effectively in the present invention, an antireflection layer (not shown) using light interference may be provided either on the substrate layer or between the layers. Is possible. This antireflection layer utilizes the coherence of light, and generally, it is sufficient if it is composed of a layer having a predetermined optical film thickness nd (refractive index n × shape film thickness d) in order to obtain the desired antireflection characteristic. In the present invention, the number of stacked layers is not particularly limited. Although it is possible to provide a single layer of a low refractive index layer such as silicon oxide or an organic fluorine compound as the antireflection film, it is usually preferable to use 1 to 6 layers in terms of cost and antireflection effect. .
また、反射防止膜は真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマCVD法等の真空成膜プロセス、グラビアコートやスクリーンコート等のウェットコートと、熱乾燥法、熱硬化法、紫外線照射硬化法、電子線照射硬化法等を組み合わせた成膜プロセスによることができ、各々の薄膜の特性に最適な方法が適宜選択される。この他のいかなる成膜方法であっても構わない。 In addition, the antireflection film is a vacuum deposition method such as a vacuum deposition method, a reactive deposition method, an ion beam assisted deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a plasma CVD method, a wet coating such as a gravure coating or a screen coating, A film forming process combining a heat drying method, a heat curing method, an ultraviolet ray irradiation curing method, an electron beam irradiation curing method, and the like can be performed, and an optimum method is appropriately selected for the characteristics of each thin film. Any other film forming method may be used.
また、太陽電池の耐候性を上げるために、上記基板の層上あるは層間のいずれかにガスバリアー層を設けることも可能である。例えば、ケイ素酸化物(SiOx )、ケイ素窒化物(SiNx )、酸化アルミニウム(Alx Oy )のいずれかの単独、もしくは二種以上の混合系の蒸着層、または無機−有機のハイブリッドコート層のうちのいずれか一種、または二種以上を組み合わせた複合層を好適に使用することもできる。 In order to increase the weather resistance of the solar cell, a gas barrier layer can be provided either on the substrate layer or between the layers. For example, any one of silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), aluminum oxide (Alx Oy), or a mixture of two or more kinds of vapor-deposited layers, or an inorganic-organic hybrid coat layer Any one type or a composite layer combining two or more types can also be suitably used.
上記、ケイ素酸化物(SiOx )、ケイ素窒化物(SiNx )、酸化アルミニウム(Alx Oy )などのバリア層は蒸着法、スパッタ法、CVD法、ディッピング法、ゾルゲル法などにより基材上に容易に形成することができる。このようなバリア層の厚さは5〜500nmの範囲が好ましく、30〜150nmの範囲が特に好ましい。 The above barrier layers such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), and aluminum oxide (Alx Oy) can be easily formed on the substrate by vapor deposition, sputtering, CVD, dipping, sol-gel, etc. can do. The thickness of such a barrier layer is preferably in the range of 5 to 500 nm, particularly preferably in the range of 30 to 150 nm.
1 裏面基板
2 裏面電極層
3 白金膜
4 電解質溶液
5 多孔質酸化物半導体
6 透明電極層
7 透明基板
8 隔壁
9 色素増感太陽電池
11 色素担持半導体
12 色素担持半導体
21 アノード部材
22 カソード部材
DESCRIPTION OF
Claims (2)
裏面基板上に裏面電極層を形成してカソード部材を形成し、
アノード部材の色素担持半導体側とカソード部材の裏面電極層側を対向させ、色素担持半導体と裏面電極層との間に電解質溶液を充填させることを特徴とする意匠性を備えた色素増感太陽電池の製造方法。 After forming the transparent electrode layer on the transparent substrate, performing pattern formation of the dye-carrying semiconductor by carrying the dye on the porous oxide semiconductor following the pattern formation of the porous oxide semiconductor on the transparent electrode layer more than once While forming an anode member in which a pattern of specific characters, symbols or figures is formed by two or more kinds of dye-carrying semiconductors having different colors,
Forming a back electrode layer on the back substrate to form a cathode member;
A dye-sensitized solar cell having design characteristics, wherein the dye-carrying semiconductor side of the anode member and the back electrode layer side of the cathode member are opposed to each other, and an electrolyte solution is filled between the dye-carrying semiconductor and the back electrode layer Manufacturing method.
The method for producing a dye-sensitized solar cell having the design property according to claim 1, wherein the pattern formation of the porous oxide semiconductor is formed by coating a dispersion or colloidal solution of semiconductor fine particles or fibers.
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