JP5531300B2 - 色素増感太陽電池 - Google Patents
色素増感太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5531300B2 JP5531300B2 JP2011503673A JP2011503673A JP5531300B2 JP 5531300 B2 JP5531300 B2 JP 5531300B2 JP 2011503673 A JP2011503673 A JP 2011503673A JP 2011503673 A JP2011503673 A JP 2011503673A JP 5531300 B2 JP5531300 B2 JP 5531300B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- layer
- oxide semiconductor
- semiconductor layer
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 85
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 48
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 18
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 14
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 11
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 92
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 48
- 239000010408 film Substances 0.000 description 33
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 iodide ions Chemical class 0.000 description 2
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- UUIMDJFBHNDZOW-UHFFFAOYSA-N 2-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=CC=N1 UUIMDJFBHNDZOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000886 photobiology Effects 0.000 description 1
- 239000001007 phthalocyanine dye Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M thionine Chemical compound [Cl-].C1=CC(N)=CC2=[S+]C3=CC(N)=CC=C3N=C21 ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
- H01G9/2072—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells comprising two or more photoelectrodes sensible to different parts of the solar spectrum, e.g. tandem cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
- H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/652—Cyanine dyes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、色素を担持する多孔質酸化物半導体層が入射する光の進行方向に対して直列に２段設けられる、いわゆるタンデム型の色素増感太陽電池に関する。
色素増感太陽電池は、湿式太陽電池あるいはグレッツェル電池等と呼ばれ、シリコン半導体を用いることなくヨウ素溶液に代表される電気化学的なセル構造を持つ点に特徴がある。具体的には、透明な導電性ガラス板（透明導電膜を積層した透明基板：アノード基板）に二酸化チタン粉末等を焼付け、これに色素を吸着させて形成したチタニア層等の多孔質半導体層（多孔質酸化物半導体層）と導電性ガラス板（導電性基板：カソード基板）からなる対極の間に電解液としてヨウ素溶液等を配置した、簡易な構造を有する。透明な導電性ガラス板の側から色素増感太陽電池セル内に導入される太陽光が色素に吸収されることで電子が発生する。
色素増感太陽電池は、材料が安価であり、作製に大掛かりな設備を必要としないことから、低コストの太陽電池として注目されている。
色素増感太陽電池は、材料が安価であり、作製に大掛かりな設備を必要としないことから、低コストの太陽電池として注目されている。
色素増感太陽電池は、現在１１％程度の太陽光の変換効率が報告されているが、効率のさらなる向上が求められており、種々の観点から検討がなされている。
そのうちのひとつとして、光の吸収効率の改善が種々検討されている。
すなわち、色素増感太陽電池に用いられている色素について従来から種々検討が行われているが、400nmから近赤外以上の波長までの幅広い波長領域の光を高効率で吸収できる色素は今のところ得られていない。このため、色素を吸着させた多孔質半導体層で吸収されなかった光はそのまま吸収ロスとなる。なお、光の吸収効率を上げる目的で色素を吸着させた多孔質半導体層の厚みを大きくすることも考えられるが、この場合、実際には、種々の理由で吸収効率の向上にはつながらず、逆に吸収効率が低下するおそれもある。
そのうちのひとつとして、光の吸収効率の改善が種々検討されている。
すなわち、色素増感太陽電池に用いられている色素について従来から種々検討が行われているが、400nmから近赤外以上の波長までの幅広い波長領域の光を高効率で吸収できる色素は今のところ得られていない。このため、色素を吸着させた多孔質半導体層で吸収されなかった光はそのまま吸収ロスとなる。なお、光の吸収効率を上げる目的で色素を吸着させた多孔質半導体層の厚みを大きくすることも考えられるが、この場合、実際には、種々の理由で吸収効率の向上にはつながらず、逆に吸収効率が低下するおそれもある。
光吸収効率の向上を図るために、色素を担持する多孔質酸化物半導体層を入射する光の進行方向に対して直列に２段設ける、いわゆるタンデム型の色素増感太陽電池が検討されている。
例えば、異なる種類の色素を吸着した２層の多孔質半導体層を重ねるとともに、２層の多孔質半導体層の間にＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ膜）を含む電極を配し、このようにして構成される２つのセルから並列的に電気を取り出す技術が検討されている（非特許文献１参照）。
例えば、異なる種類の色素を吸着した２層の多孔質半導体層を重ねるとともに、２層の多孔質半導体層の間にＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ膜）を含む電極を配し、このようにして構成される２つのセルから並列的に電気を取り出す技術が検討されている（非特許文献１参照）。
また、第一増感色素を有する第一アノードと第一増感色素とは異なる第二増感色素を有する第二アノードが離隔して配置され、両アノード間に典型的には網目電極からなるカソードが設けられ、これら各電極間に電解質を充填した色素増感太陽電池が検討されている（特許文献１参照）。
この電池のカソードの両側に形成される２つの電池セルを並列に接続することで、第一アノード側から入射される入射光を効率よく利用することができるとされている。
この電池のカソードの両側に形成される２つの電池セルを並列に接続することで、第一アノード側から入射される入射光を効率よく利用することができるとされている。
また、それぞれ増感色素が吸着した多孔質酸化チタン膜を載置したアノードおよび対極であるカソードが離隔して配置され、アノードおよびカソードの両極間に透明対極が設けられ、これら各電極間に電解質を充填した色素増感太陽電池が検討されている（特許文献１参照）。この場合、透明対極の中間層として形成される絶縁層のアノード側の面がカソード電極として機能し、透明対極の絶縁層のカソード側の面がアノード電極として機能することで、透明対極の両側に形成される２つの電池セルを並列に接続した、上記特許文献１に類似する構成となっている（非特許文献２参照）。なお、この非特許文献２には図面より判読されるこれ以上の開示がないため、透明電極の材料や構造等は明らかではない。
なお、上記のようなタンデム型の色素増感太陽電池についてのものではないが、本発明者らは、多孔質半導体層部を２層に設けるとともにそれら２層の多孔質半導体層部の間に貫通孔を有する導電層部（集電極）を設け、導電層部を光入射側に設けられる透明基板の透明導電膜に電気的に接続した色素増感太陽電池を提案している（特許文献２参照）。
この色素増感太陽電池によれば、多孔質半導体層の厚みを厚くした場合においても高い変換効率を得ることができる。
この色素増感太陽電池によれば、多孔質半導体層の厚みを厚くした場合においても高い変換効率を得ることができる。
また、ｎｐタンデム型の色素増感太陽電池についてのものではあるが、アノード基板、色素増感ｎ型半導体層、電解質層、色素増感ｐ型半導体層およびカソード基板がこの順に配置されたものが検討されている（特許文献３参照）。
この色素増感太陽電池によれば、ｐサイドの電気抵抗を低減することにより、ｐサイドの変換効率を向上させて、電池全体としての変換効率を向上させることが可能であるとされている。
この色素増感太陽電池によれば、ｐサイドの電気抵抗を低減することにより、ｐサイドの変換効率を向上させて、電池全体としての変換効率を向上させることが可能であるとされている。
W. Kubo et al/Jounalof Photochemistry and Photobiology A Chemistry 164(2004)
日経エレクトロニクスの記事、平成２１年３月４日検索、インターネット、ＵＲＬ：http://techon.nikkeibp.co.jp:80/article/NEWS/20080306/148570/
しかしながら、上記した従来技術はいずれも、光吸収効率のさらなる向上を要するものであったり、電池構造上、高価な透明導電膜を多く用いることで電池の製造コストが高くなるものであったり、あるいは電池を大型化する際に不都合を生じるおそれがある等、さらなる改善の余地が大きいと思われる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、光吸収効率の向上を図るとともに安価に製造することができる新規な構造のタンデム型色素増感太陽電池を提供することを目的とする。
本発明に係る色素増感太陽電池は、光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、ヨウ素レドックス触媒層、多孔質支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする。
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、ヨウ素レドックス触媒層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部、多孔質支持体層、該第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする。
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、多孔質導電性金属支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする。
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部、多孔質導電性金属支持体層、該第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする。
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、好ましくは、前記アノード基板を構成する導体層が多孔質導電性金属層を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、好ましくは、前記第二の色素担持多孔質酸化物半導体層に担持される色素が、前記第一の色素担持多孔質酸化物半導体層に担持される色素の光吸収波長よりも長い光吸収波長を有することを特徴とする。
本発明に係る色素増感太陽電池は、光が入射される側から順に、アノード基板、該アノード基板に保持される第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、およびカソード基板を設けるとともに、ヨウ素レドックス触媒層、多孔質支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層および第二の電解液層をさらに設け、または、多孔質導電性金属支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層および第二の電解液層をさらに設けるため、光の吸収効率に優れ、また、高価な透明導電膜を必ずしも必要とせず、あるいは多量に用いる必要がないため、電池の製造コストを低減することができる。
本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池について、図１を参照して説明する。
本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池（以下、これを単に第一の太陽電池ということがある。）１０は、光が入射される側から順に、アノード基板１２、アノード基板１２に保持される第一の色素担持多孔質酸化物半導体層（以下、これを単に第一の半導体層ということがある。）１４、第一の電解液層１６ａ、多孔質支持体層１８、多孔質支持体層１８に保持される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層（以下、これを単に第二の半導体層ということがある。）２０、第二の電解液層１６ｂおよびカソード基板２２を設けたものである。
多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側、言い換えれば第一の電解液層１６ａに向けて露出する多孔質支持体層１８の表面にはヨウ素レドックス触媒層１９が担持される。このとき、図４に示すように、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の一部２０ａを多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側の表面にも設けてもよく、そのときは、多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて露出される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の表面にヨウ素レドックス触媒層１９が担持される。なお、図４中、参照符号２０ｂは、多孔質支持体層１８を挟んで第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部２０ａと反対側に配置される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の残部を示す。
アノード基板１２は、例えば、ガラスまたは樹脂フィルム等で形成される透明基板１２ａとその基板１２ａ上に設けられる光透過性を有する導体層１２ｂで構成することができる。また、カソード基板２２は、例えば、通常用いられる導電性金属層で構成することができる。なお、図１中、参照符号２４は、電解液層１６ａ、１６ｂ等を封入して固定するスペーサを示す。
導体により導体層１２ｂから導出される電子はカソード基板２２に導入され、例えば照明電源としての電池回路が構成される。
太陽電池１０は、構造的には、光の進行方向に第一の半導体層１４および第二の半導体層２０が積み重ねられたいわゆるタンデム構造（タンデム型）電池であり、電池作用面から見ると、２つの電池セルが直列に配列された直列型電池ということができる。
本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池（以下、これを単に第一の太陽電池ということがある。）１０は、光が入射される側から順に、アノード基板１２、アノード基板１２に保持される第一の色素担持多孔質酸化物半導体層（以下、これを単に第一の半導体層ということがある。）１４、第一の電解液層１６ａ、多孔質支持体層１８、多孔質支持体層１８に保持される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層（以下、これを単に第二の半導体層ということがある。）２０、第二の電解液層１６ｂおよびカソード基板２２を設けたものである。
多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側、言い換えれば第一の電解液層１６ａに向けて露出する多孔質支持体層１８の表面にはヨウ素レドックス触媒層１９が担持される。このとき、図４に示すように、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の一部２０ａを多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側の表面にも設けてもよく、そのときは、多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて露出される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の表面にヨウ素レドックス触媒層１９が担持される。なお、図４中、参照符号２０ｂは、多孔質支持体層１８を挟んで第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部２０ａと反対側に配置される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の残部を示す。
アノード基板１２は、例えば、ガラスまたは樹脂フィルム等で形成される透明基板１２ａとその基板１２ａ上に設けられる光透過性を有する導体層１２ｂで構成することができる。また、カソード基板２２は、例えば、通常用いられる導電性金属層で構成することができる。なお、図１中、参照符号２４は、電解液層１６ａ、１６ｂ等を封入して固定するスペーサを示す。
導体により導体層１２ｂから導出される電子はカソード基板２２に導入され、例えば照明電源としての電池回路が構成される。
太陽電池１０は、構造的には、光の進行方向に第一の半導体層１４および第二の半導体層２０が積み重ねられたいわゆるタンデム構造（タンデム型）電池であり、電池作用面から見ると、２つの電池セルが直列に配列された直列型電池ということができる。
アノード基板１２の導体層１２ｂは、特に限定するものではなく、ＩＴＯ（スズをドープしたインジウム膜）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ膜）、あるいはまたＳｎＯ２膜等を用いることができる。また、導体層１２ｂは、これらＦＴＯ等とともに多孔質導電性金属層を含むものであってもよい。このような多孔質導電性金属層として、金属メッシュ、予め無数の孔を形成した金属層または溶射や薄膜形成法等により形成した多孔質金属層等を用いることができる。
これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。ただし、第二の実施の形態例では第一の例に係る太陽電池１０の多孔質支持体層１８に代えて多孔質導電性金属支持体層１８ａが設けられるため、導体層１２ｂは省略してもよい。その場合は、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４は、多孔質導電性金属支持体層１８ａと接している必要がある。
これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。ただし、第二の実施の形態例では第一の例に係る太陽電池１０の多孔質支持体層１８に代えて多孔質導電性金属支持体層１８ａが設けられるため、導体層１２ｂは省略してもよい。その場合は、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４は、多孔質導電性金属支持体層１８ａと接している必要がある。
カソード基板２２は、例えば、導電性金属層の内側面に触媒膜を設ける等の適宜の構造とすることができる。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０において担持される色素（以下、これらをそれぞれ第一および第二の色素ということがある。）は、多孔質半導体層を形成する半導体材料に吸着させる色素であり、400nm〜1000nmの波長に吸収を持つものである。このような色素として、例えば、COOH基を有する、ルテニウム色素、フタロシアニン色素などの金属錯体、シアニン色素などの有機色素を挙げることができる。
第一および第二の色素は同一種類の色素を用いることができる。ただし、第一の色素として、セル内を進行する過程で消失しやすい短波長の光を吸収する、例えば図３に示すＤｙｅ２の化学構造を有する色素を用い、第二の色素として第一の色素よりも長波長の光を吸収する、例えば図３に示すＤｙｅ１の化学構造を有する色素を用いると、より好ましい。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
第一および第二の色素は同一種類の色素を用いることができる。ただし、第一の色素として、セル内を進行する過程で消失しやすい短波長の光を吸収する、例えば図３に示すＤｙｅ２の化学構造を有する色素を用い、第二の色素として第一の色素よりも長波長の光を吸収する、例えば図３に示すＤｙｅ１の化学構造を有する色素を用いると、より好ましい。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０において色素を担持する多孔質酸化物半導体層は、半導体材料として、例えば、チタン、スズ、ジルコニウム、亜鉛、インジウム、タングステン、鉄、ニッケルあるいは銀等の金属の酸化物を用いることができる。
多孔質酸化物半導体層は、半導体材料が３００℃以上の温度で焼成されたものであり、より好ましくは４５０℃以上の温度で焼成されたものである。一方、焼成温度の上限は特にないが、多孔質半導体層１４の材料の融点よりは十分に低い温度とし、より好ましくは５５０℃以下の温度とする。また、多孔質半導体層１４の材料としてチタン酸化物（チタニア）を用いる場合、ルチル結晶に移行しない程度の温度で、チタン酸化物の導電性が高いアナターゼ結晶の状態で焼成することが好ましい。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層は、同一の半導体材料、例えばチタン酸化物で形成してもよい。しかし、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４の多孔質酸化物半導体層をチタン酸化物で形成し、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層をスズ酸化物で形成すると、スズ酸化物の伝導帯のエネルギー準位がチタン酸化物の伝導帯のエネルギー準位よりも低く長波長の光を吸収する色素のＬＵＭＯと合っているため、より好ましい。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層は、それぞれその厚みを特に限定するものではないが、好ましくは、１４μｍ以上の厚みとする。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
多孔質酸化物半導体層は、半導体材料が３００℃以上の温度で焼成されたものであり、より好ましくは４５０℃以上の温度で焼成されたものである。一方、焼成温度の上限は特にないが、多孔質半導体層１４の材料の融点よりは十分に低い温度とし、より好ましくは５５０℃以下の温度とする。また、多孔質半導体層１４の材料としてチタン酸化物（チタニア）を用いる場合、ルチル結晶に移行しない程度の温度で、チタン酸化物の導電性が高いアナターゼ結晶の状態で焼成することが好ましい。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層は、同一の半導体材料、例えばチタン酸化物で形成してもよい。しかし、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４の多孔質酸化物半導体層をチタン酸化物で形成し、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層をスズ酸化物で形成すると、スズ酸化物の伝導帯のエネルギー準位がチタン酸化物の伝導帯のエネルギー準位よりも低く長波長の光を吸収する色素のＬＵＭＯと合っているため、より好ましい。
第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４および第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の多孔質酸化物半導体層は、それぞれその厚みを特に限定するものではないが、好ましくは、１４μｍ以上の厚みとする。
なお、これらの点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
電解液層１６ａ、１６ｂは、ヨウ素、リチウムイオン、イオン液体、t-ブチルピリジン等を含むものであり、例えばヨウ素の場合、ヨウ化物イオンおよびヨウ素の組み合わせからなる酸化還元体を用いることができる。酸化還元体は、これを溶解可能な適宜の溶媒を含む。なお、この点は、後述する第二の実施の形態例についても同様である。
多孔質支持体層１８は、光を十分に透過できるとともに電解液が通過できる多孔性を有し、かつ薄膜であっても第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０を確実に支持できるものであれば特に限定するものではなく、適宜の無機材料で形成してもよいし、また、適宜の金属材料で形成してもよい。
多孔質支持体層１８または第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０に担持されるヨウ素レドックス触媒層１９は、白金、導電性高分子等の材料で形成することができる。ヨウ素レドックス触媒層１９は、例えばスパッタ法等の適宜の成膜法により形成することができる。
この場合、多孔質支持体層１８に相当する部材が電解質の流通を阻害する非孔質部材、例えば透明導電膜や金属膜であると、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４を含んで構成されるセル（セル１とする）と第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０を含んで構成されるセル（セル２とする。）に流れる電流量が同じでない場合、例えばセル２に電流が流れにくいとき、それが律速となり、性能が低下する。極端なケースとして、セル２に長波長吸収色素を用いるとき、長波長に乏しい光がセル2に入射してもセル２に電気は流れない。
これに対して、本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池１０によれば、セル１およびセル２間の電解液の流通が確保されるため、色素１と色素２の吸収量のバランスを考慮する必要がない。たとえセル２に全く電流が流れないときでも、電池１０は機能することになる。
多孔質支持体層１８または第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０に担持されるヨウ素レドックス触媒層１９は、白金、導電性高分子等の材料で形成することができる。ヨウ素レドックス触媒層１９は、例えばスパッタ法等の適宜の成膜法により形成することができる。
この場合、多孔質支持体層１８に相当する部材が電解質の流通を阻害する非孔質部材、例えば透明導電膜や金属膜であると、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層１４を含んで構成されるセル（セル１とする）と第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０を含んで構成されるセル（セル２とする。）に流れる電流量が同じでない場合、例えばセル２に電流が流れにくいとき、それが律速となり、性能が低下する。極端なケースとして、セル２に長波長吸収色素を用いるとき、長波長に乏しい光がセル2に入射してもセル２に電気は流れない。
これに対して、本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池１０によれば、セル１およびセル２間の電解液の流通が確保されるため、色素１と色素２の吸収量のバランスを考慮する必要がない。たとえセル２に全く電流が流れないときでも、電池１０は機能することになる。
以上説明した本実施の形態の第一の例に係る色素増感太陽電池１０によれば、高い発電効率で高電圧を得ることができる。また、ＦＴＯ膜等の透明導電膜に比べて電極を安価に形成することができるため、電池を安価に製造することができる。また、電池を大型化する際にＦＴＯ膜等に比べて電極によって生じる電力のロスが小さい。
つぎに、本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池について、図２を参照して説明する。なお、上記第一の太陽電池１０と重複する部分については説明を省略する。
本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池（以下、これを単に第二の太陽電池ということがある。）１０ａは、各部材の積み重ね構造等は、第一の太陽電池１０とほぼ同じである。
第二の例に係る太陽電池１０ａは、電池構造上は、図２に示すように、第一の例に係る太陽電池１０の多孔質支持体層１８に代えて多孔質導電性金属支持体層１８ａが設けられる点およびヨウ素レドックス触媒層１９が設けられていない点が第一の太陽電池１０と異なる。このとき、図５に示すように、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の一部２０ａを多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側の表面にも設けてもよい。なお、図５中、参照符号２０ｂは、多孔質支持体層１８を挟んで第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部２０ａと反対側に配置される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の残部を示す。
また、電池回路構成は、アノード基板１２から電子を導出する導体と並列に多孔質導電性金属支持体層１８ａから電子を導出する導体が設けられて、２つの電池セルを並列に配置した形となっている。
本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池（以下、これを単に第二の太陽電池ということがある。）１０ａは、各部材の積み重ね構造等は、第一の太陽電池１０とほぼ同じである。
第二の例に係る太陽電池１０ａは、電池構造上は、図２に示すように、第一の例に係る太陽電池１０の多孔質支持体層１８に代えて多孔質導電性金属支持体層１８ａが設けられる点およびヨウ素レドックス触媒層１９が設けられていない点が第一の太陽電池１０と異なる。このとき、図５に示すように、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の一部２０ａを多孔質支持体層１８の第一の電解液層１６ａに向けて配置される側の表面にも設けてもよい。なお、図５中、参照符号２０ｂは、多孔質支持体層１８を挟んで第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部２０ａと反対側に配置される第二の色素担持多孔質酸化物半導体層２０の残部を示す。
また、電池回路構成は、アノード基板１２から電子を導出する導体と並列に多孔質導電性金属支持体層１８ａから電子を導出する導体が設けられて、２つの電池セルを並列に配置した形となっている。
多孔質導電性金属支持体層１８ａは、金属メッシュ、予め無数の孔を形成した金属層または溶射や薄膜形成法等により形成した多孔質金属層等を用いることができる。これにより、多孔質導電性金属支持体層１８ａを安価に形成することができる。
以上説明した本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池１０ａによれば、高い発電効率で高電流を得ることができる。また、ＦＴＯ膜等の透明導電膜に比べて電極を安価に形成することができるため、電池を安価に製造することができる。また、電池を大型化する際にＦＴＯ膜等に比べて電極によって生じる電力のロスが小さい。
実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
透明ガラス基板上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、その上にチタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥して厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このポーラスチタニア層に上述の第一の色素（Ｄｙｅ２）を吸着させることにより第一の電極部を作製した。一方、直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタンをスパッタで製膜し、その後酸素を導入しながらさらにチタンをアークプラズマ製膜することにより、表面を保護したステンレスメッシュ構造を作製した。メッシュ構造にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。メッシュ構造のポーラスチタニア層が設けられていない側の表面に白金をスパッタした後、このチタニア層に上述の第二の色素（Ｄｙｅ２）を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE（Polytetrafluoroethylene）膜（厚み50μｍ、８０％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。これらを順次積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第一の電極部と対極を電気的に接続したときのセル（複合セル 本実施の形態の第一の例に係る電池）の性能はVocが0.81V, Jsc が5.2mA/cm2, FFが0.67, 効率が2.8%であった。また、この太陽電池とは別途作製した第一の電極部と対極で構成されるセル（単セル１）の性能はVoc
が0.4V, Jsc が5.4mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.5%であり、一方、この太陽電池とは別途作製した第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）の性能はVoc
が0.42V, Jsc が4.9 mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.44 %であった。従来の電池にほぼ相当する単セル１のみの場合に比べて、複合セルは単セル１および単セル２の合計値にほぼ匹敵するVoc値の上昇がみられた。IPCE値は500nmの吸収波長をもつ第一の色素を有する単セル１に相当するピークと700nmの吸収波長をもつ第二の色素を有する単セル２に相当するピークが見られた。
透明ガラス基板上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、その上にチタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥して厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このポーラスチタニア層に上述の第一の色素（Ｄｙｅ２）を吸着させることにより第一の電極部を作製した。一方、直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタンをスパッタで製膜し、その後酸素を導入しながらさらにチタンをアークプラズマ製膜することにより、表面を保護したステンレスメッシュ構造を作製した。メッシュ構造にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。メッシュ構造のポーラスチタニア層が設けられていない側の表面に白金をスパッタした後、このチタニア層に上述の第二の色素（Ｄｙｅ２）を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE（Polytetrafluoroethylene）膜（厚み50μｍ、８０％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。これらを順次積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第一の電極部と対極を電気的に接続したときのセル（複合セル 本実施の形態の第一の例に係る電池）の性能はVocが0.81V, Jsc が5.2mA/cm2, FFが0.67, 効率が2.8%であった。また、この太陽電池とは別途作製した第一の電極部と対極で構成されるセル（単セル１）の性能はVoc
が0.4V, Jsc が5.4mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.5%であり、一方、この太陽電池とは別途作製した第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）の性能はVoc
が0.42V, Jsc が4.9 mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.44 %であった。従来の電池にほぼ相当する単セル１のみの場合に比べて、複合セルは単セル１および単セル２の合計値にほぼ匹敵するVoc値の上昇がみられた。IPCE値は500nmの吸収波長をもつ第一の色素を有する単セル１に相当するピークと700nmの吸収波長をもつ第二の色素を有する単セル２に相当するピークが見られた。
（実施例２）
透明ガラス基板上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより第一の電極部を作製した。一方、直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタンをスパッタで製膜し、その後酸素を導入しながらさらにチタンをアークプラズマ製膜することにより、表面を保護したステンレスメッシュ構造を作製した。メッシュ構造の上にチタニアペーストをコートし、４５０℃で３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に第二の色素を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE膜（厚み50μｍ、８０％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。これらを順次積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、太陽電池の性能は第一の電極部および第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセル（複合セル 本実施の形態の第二の例に係る電池）の性能はVocが0.4V, Jsc が12.1mA/cm2, FFが0.60, 効率が2.9%であった。また、この太陽電池とは別途作製した第一の電極部と対極で構成されるセル（単セル１）の太陽電池性能はVoc
が0.4V, Jsc が5.4mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.5%であり、一方、この太陽電池とは別途作製した第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）の性能はVoc
が0.42V, Jsc が4.9 mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.44 %であった。従来の電池にほぼ相当する単セル１のみの場合に比べて、複合セルは単セル１および単セル２の合計値にほぼ匹敵するJsc値の上昇がみられた。IPCE値は500nm の吸収波長をもつ第一の色素を有する単セル１に相当するピークと700nmの吸収波長をもつ第二の色素を有する単セル２に相当するピークが見られた。
透明ガラス基板上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより第一の電極部を作製した。一方、直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタンをスパッタで製膜し、その後酸素を導入しながらさらにチタンをアークプラズマ製膜することにより、表面を保護したステンレスメッシュ構造を作製した。メッシュ構造の上にチタニアペーストをコートし、４５０℃で３０分乾燥し厚み２μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に第二の色素を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE膜（厚み50μｍ、８０％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。これらを順次積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、太陽電池の性能は第一の電極部および第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセル（複合セル 本実施の形態の第二の例に係る電池）の性能はVocが0.4V, Jsc が12.1mA/cm2, FFが0.60, 効率が2.9%であった。また、この太陽電池とは別途作製した第一の電極部と対極で構成されるセル（単セル１）の太陽電池性能はVoc
が0.4V, Jsc が5.4mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.5%であり、一方、この太陽電池とは別途作製した第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）の性能はVoc
が0.42V, Jsc が4.9 mA/cm2, FFが0.70, 効率が1.44 %であった。従来の電池にほぼ相当する単セル１のみの場合に比べて、複合セルは単セル１および単セル２の合計値にほぼ匹敵するJsc値の上昇がみられた。IPCE値は500nm の吸収波長をもつ第一の色素を有する単セル１に相当するピークと700nmの吸収波長をもつ第二の色素を有する単セル２に相当するピークが見られた。
（参考例１）
直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製した。ポーラスチタニア層の厚さが所定の厚さに達するまで、このチタニアペーストのコート及び乾燥を繰り返し、最終的に厚さ１０μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に図６に示すＤｙｅ３の化学構造を有する色素（三菱製紙Ｄ−１４９）を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE膜（厚み３５μｍ、７１％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。上記のように作製されたポーラスチタニア層のチタニア層側と対極の白金側を、上記ＰＴＦＥ膜を間に挟んで対向させて積層し、更にこのポーラスチタニア層のチタニア層の反対側にPETフィルム（厚み１３０μｍ）を積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセルの性能はVocが0.63V, Jsc が6.24mA/cm2, FFが0.55, 効率が2.16%であった。
この太陽電池は、本実施の形態の第二の例に係る電池における第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）に相当する。従って、上記太陽電池において、PETフィルムの代わりに、透明導電膜上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製し、このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより作製した電極部を積層することで、本実施の形態の第二の例に係る電池（複合セル）を作製することができる。
直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製した。ポーラスチタニア層の厚さが所定の厚さに達するまで、このチタニアペーストのコート及び乾燥を繰り返し、最終的に厚さ１０μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に図６に示すＤｙｅ３の化学構造を有する色素（三菱製紙Ｄ−１４９）を吸着させることにより第二の電極部を作製した。電解液は、ポーラスなPTFE膜（厚み３５μｍ、７１％空孔率）に電解液をしみこませたゲル電解液を用いた。対極は、チタンに白金をスパッタすることにより作成した。上記のように作製されたポーラスチタニア層のチタニア層側と対極の白金側を、上記ＰＴＦＥ膜を間に挟んで対向させて積層し、更にこのポーラスチタニア層のチタニア層の反対側にPETフィルム（厚み１３０μｍ）を積層し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセルの性能はVocが0.63V, Jsc が6.24mA/cm2, FFが0.55, 効率が2.16%であった。
この太陽電池は、本実施の形態の第二の例に係る電池における第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）に相当する。従って、上記太陽電池において、PETフィルムの代わりに、透明導電膜上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製し、このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより作製した電極部を積層することで、本実施の形態の第二の例に係る電池（複合セル）を作製することができる。
（参考例２）
直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製した。ポーラスチタニア層の厚さが所定の厚さに達するまで、このチタニアペーストのコート及び乾燥を繰り返し、最終的に厚さ１０μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に図４に示すＤｙｅ３の化学構造を有する色素を吸着させることにより第二の電極部を作製した。対極は、チタンに白金をスパッタし、更に白金上にチタニアペースト（触媒化成ＰＳＴ−４００Ｃ）を塗布して厚さ１０μｍのポーラスな絶縁膜を形成することにより作成した。上記のように作製されたポーラスチタニア層のチタニア層側と対極の絶縁膜側を対向させて積層し、更にこのポーラスチタニア層のチタニア層の反対側にPETフィルム（厚み１３０μｍ）を積層した。更に電解液をセル内部に注入し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセルの性能はVocが0.63V, Jsc が7.09mA/cm2, FFが0.64, 効率が2.90%であった。
この太陽電池は、本実施の形態の第二の例に係る電池における第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）に相当する。従って、上記太陽電池において、PETフィルムの代わりに、透明導電膜上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製し、このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより作製した電極部を積層することで、本実施の形態の第二の例に係る電池（複合セル）を作製することができる。
直径20μｍの網目を有するメッシュステンレス基板（厚さ２５μｍ）上にチタニアペーストをコートし、４５０度３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製した。ポーラスチタニア層の厚さが所定の厚さに達するまで、このチタニアペーストのコート及び乾燥を繰り返し、最終的に厚さ１０μｍのポーラスチタニア層を作製した。このチタニア層に図４に示すＤｙｅ３の化学構造を有する色素を吸着させることにより第二の電極部を作製した。対極は、チタンに白金をスパッタし、更に白金上にチタニアペースト（触媒化成ＰＳＴ−４００Ｃ）を塗布して厚さ１０μｍのポーラスな絶縁膜を形成することにより作成した。上記のように作製されたポーラスチタニア層のチタニア層側と対極の絶縁膜側を対向させて積層し、更にこのポーラスチタニア層のチタニア層の反対側にPETフィルム（厚み１３０μｍ）を積層した。更に電解液をセル内部に注入し、太陽電池を作製した。
得られた太陽電池は、第二の電極部と対極を電気的に接続したときのセルの性能はVocが0.63V, Jsc が7.09mA/cm2, FFが0.64, 効率が2.90%であった。
この太陽電池は、本実施の形態の第二の例に係る電池における第二の電極部と対極で構成されるセル（単セル２）に相当する。従って、上記太陽電池において、PETフィルムの代わりに、透明導電膜上にFTO膜（表面抵抗 10Ω/□）を形成し、チタニアペーストを塗布し、４５０℃で３０分乾燥しポーラスチタニア層を作製し、このチタニア層に第一の色素を吸着させることにより作製した電極部を積層することで、本実施の形態の第二の例に係る電池（複合セル）を作製することができる。
１０、１０ａ 色素増感太陽電池
１２ アノード基板
１２ａ 透明基板
１２ｂ 導体層
１４ 第一の色素担持多孔質酸化物半導体層
１６ａ 第一の電解液層
１６ｂ 第二の電解液層
１８ 多孔質支持体層
１８ａ 多孔質導電性金属支持体層
１９ ヨウ素レドックス触媒層
２０ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層
２０ａ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部
２０ｂ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部
２２ カソード基板
２４ スペーサ
１２ アノード基板
１２ａ 透明基板
１２ｂ 導体層
１４ 第一の色素担持多孔質酸化物半導体層
１６ａ 第一の電解液層
１６ｂ 第二の電解液層
１８ 多孔質支持体層
１８ａ 多孔質導電性金属支持体層
１９ ヨウ素レドックス触媒層
２０ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層
２０ａ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部
２０ｂ 第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部
２２ カソード基板
２４ スペーサ
Claims (6)
- 光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、ヨウ素レドックス触媒層、多孔質支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
- 光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、ヨウ素レドックス触媒層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部、多孔質支持体層、該第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
- 光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、多孔質導電性金属支持体層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
- 光が入射される側から順に、アノード基板、第一の色素担持多孔質酸化物半導体層、第一の電解液層、第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の一部、多孔質導電性金属支持体層、該第二の色素担持多孔質酸化物半導体層の残部、第二の電解液層およびカソード基板を設けてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
- 前記アノード基板を構成する導体層が多孔質導電性金属層を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
- 前記第二の色素担持多孔質酸化物半導体層に担持される色素が、前記第一の色素担持多孔質酸化物半導体層に担持される色素の光吸収波長よりも長い光吸収波長を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011503673A JP5531300B2 (ja) | 2009-03-11 | 2010-03-04 | 色素増感太陽電池 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009057673 | 2009-03-11 | ||
| JP2009057673 | 2009-03-11 | ||
| JP2011503673A JP5531300B2 (ja) | 2009-03-11 | 2010-03-04 | 色素増感太陽電池 |
| PCT/JP2010/001505 WO2010103759A1 (ja) | 2009-03-11 | 2010-03-04 | 色素増感太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2010103759A1 JPWO2010103759A1 (ja) | 2012-09-13 |
| JP5531300B2 true JP5531300B2 (ja) | 2014-06-25 |
Family
ID=42728055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011503673A Expired - Fee Related JP5531300B2 (ja) | 2009-03-11 | 2010-03-04 | 色素増感太陽電池 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8530738B2 (ja) |
| EP (1) | EP2408057A4 (ja) |
| JP (1) | JP5531300B2 (ja) |
| KR (1) | KR20110124239A (ja) |
| CN (1) | CN102369630B (ja) |
| WO (1) | WO2010103759A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8637680B2 (en) | 2009-03-12 | 2014-01-28 | Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd. | Dye-sensitized solar cell, photoelectric conversion element, and dye for use in the solar cell and the element |
| JP2012042283A (ja) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Sony Corp | 検査方法及び検査装置 |
| JP5585779B2 (ja) * | 2010-09-01 | 2014-09-10 | 新日鉄住金化学株式会社 | 色素増感太陽電池 |
| JP2012094321A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Nippon Steel Chem Co Ltd | 色素増感太陽電池のアノード極の製造方法 |
| JP2012113942A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Ricoh Co Ltd | 多層型光電変換素子およびその製造方法 |
| TWI542023B (zh) * | 2011-03-11 | 2016-07-11 | Internat Frontier Tech Lab Inc | Silicon dioxide solar cells |
| US10121601B2 (en) | 2012-05-22 | 2018-11-06 | International Frontier Technology Laboratory, Inc. | Photoelectrode material and photocell material |
| CN104488051B (zh) * | 2012-05-25 | 2017-05-24 | 韩国生产技术研究院 | 具有涂覆有石墨烯的碳纳米网的染料敏化太阳能电池及其制造方法 |
| KR101431817B1 (ko) * | 2013-07-31 | 2014-08-20 | 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 | 이중 소자 융합형 텐덤 태양 전지 및 그 제조 방법 |
| JP6269923B2 (ja) * | 2013-09-24 | 2018-01-31 | 学校法人同志社 | 色素増感型光電変換素子の光入射側電極の製造法 |
| CN104299790B (zh) * | 2014-08-15 | 2017-09-29 | 江苏欧力特能源科技有限公司 | 一种复合型叠层式染料敏化太阳能电池组件 |
| RU2626752C1 (ru) * | 2016-04-26 | 2017-07-31 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" | Тандемный металлооксидный солнечный элемент |
| US10490682B2 (en) | 2018-03-14 | 2019-11-26 | National Mechanical Group Corp. | Frame-less encapsulated photo-voltaic solar panel supporting solar cell modules encapsulated within multiple layers of optically-transparent epoxy-resin materials |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4477729B2 (ja) * | 2000-01-19 | 2010-06-09 | シャープ株式会社 | 光電変換素子及びそれを用いた太陽電池 |
| KR100689229B1 (ko) * | 2002-10-03 | 2007-03-02 | 가부시키가이샤후지쿠라 | 전극 기판, 광전변환 소자, 도전성 글래스 기판 및 그 제조방법, 및 색소증감 태양전지 |
| US20040211458A1 (en) * | 2003-04-28 | 2004-10-28 | General Electric Company | Tandem photovoltaic cell stacks |
| JP3997305B2 (ja) | 2004-11-18 | 2007-10-24 | 国立大学法人信州大学 | ｎｐタンデム型色素増感太陽電池 |
| JP2007073505A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-03-22 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 光電変換素子 |
| US8754323B2 (en) * | 2006-06-29 | 2014-06-17 | National University Corporation Kyushu Institute Of Technology | Dye-sensitized solar cell and process for producing the same |
| US20090242027A1 (en) * | 2006-07-05 | 2009-10-01 | Teruhisa Inoue | Dye-Sensitized Solar Cell |
| JP5048281B2 (ja) | 2006-07-10 | 2012-10-17 | 国立大学法人九州工業大学 | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
| JP2008053042A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Univ Nagoya | 色素増感太陽電池 |
| KR100947371B1 (ko) * | 2008-02-26 | 2010-03-15 | 한국과학기술연구원 | 다파장 흡수 나노 구조 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP5585779B2 (ja) * | 2010-09-01 | 2014-09-10 | 新日鉄住金化学株式会社 | 色素増感太陽電池 |
-
2010
- 2010-03-04 JP JP2011503673A patent/JP5531300B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-04 US US13/254,920 patent/US8530738B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-04 KR KR1020117019074A patent/KR20110124239A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-03-04 CN CN201080008809.9A patent/CN102369630B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-03-04 WO PCT/JP2010/001505 patent/WO2010103759A1/ja active Application Filing
- 2010-03-04 EP EP10750517A patent/EP2408057A4/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8530738B2 (en) | 2013-09-10 |
| JPWO2010103759A1 (ja) | 2012-09-13 |
| WO2010103759A1 (ja) | 2010-09-16 |
| EP2408057A1 (en) | 2012-01-18 |
| US20110315203A1 (en) | 2011-12-29 |
| CN102369630A (zh) | 2012-03-07 |
| EP2408057A4 (en) | 2013-02-20 |
| KR20110124239A (ko) | 2011-11-16 |
| CN102369630B (zh) | 2014-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5531300B2 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
| JP4900443B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
| JP2006236960A (ja) | 色素増感太陽電池及びその製造方法 | |
| JP5585779B2 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
| US20100313938A1 (en) | Counter electrode and photoelectric conversion element including the counter electrode | |
| JP4963165B2 (ja) | 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール | |
| Punnoose et al. | Highly catalytic nickel sulfide counter electrode for dye-sensitized solar cells | |
| JP4966525B2 (ja) | 色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法 | |
| KR101627161B1 (ko) | 고분자 지지층을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 이의 제조 방법 | |
| TWI394309B (zh) | 染料敏化太陽能電池 | |
| JP5134867B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| KR20090052696A (ko) | ｐ－ｎ 접합 다이오드를 포함하는 기판을 구비한 염료감응태양전지 | |
| WO2007138348A2 (en) | Photovoltaic cell with mesh electrode | |
| JP5364999B2 (ja) | 酸化物半導体電極用積層体、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池モジュール | |
| JP2003059546A (ja) | 色素増感太陽電池の製造方法、及びそれを用いた太陽電池 | |
| RU2552597C1 (ru) | Гибкий солнечный элемент | |
| JP2013122874A (ja) | 光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器ならびに光電変換素子用対極ならびに建築物 | |
| JP2013122875A (ja) | 光電変換素子およびその製造方法ならびに光電変換素子用対極ならびに電子機器ならびに建築物 | |
| Nursam et al. | Low-cost monolithic dye-sensitized solar cells fabricated on single conductive substrate | |
| JP2009135395A (ja) | 光電変換装置及び光発電装置並びに光電変換モジュール | |
| JP4932196B2 (ja) | 電極及び光電変換素子 | |
| WO2014132725A1 (ja) | 色素増感太陽電池 | |
| Ko et al. | Investigation of properties for dye-sensitized solar cells in series-parallel connection modules | |
| KR101382361B1 (ko) | 복합 분리막을 포함하는 염료감응 태양전지 및 그의 제조방법 | |
| Nugraha et al. | Effect of Geometrical Structure to the Performance of Monolithic Dye–Sensitized Solar Cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130221 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130226 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130221 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140319 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140328 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5531300 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |