JP5754071B2 - 酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 - Google Patents
酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5754071B2 JP5754071B2 JP2010002329A JP2010002329A JP5754071B2 JP 5754071 B2 JP5754071 B2 JP 5754071B2 JP 2010002329 A JP2010002329 A JP 2010002329A JP 2010002329 A JP2010002329 A JP 2010002329A JP 5754071 B2 JP5754071 B2 JP 5754071B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- oxide semiconductor
- electrode substrate
- porous
- metal
- 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
Images
Classifications
-
- 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
- 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
- Y02E10/549—Organic PV 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
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
なお、図11(a)においては、第1電極基材111が透明性を有し、酸化物半導体電極基板110側から太陽光を受光する、いわゆる‘順構造セル型’の色素増感型太陽電池を例に挙げて示しているが、色素増感型太陽電池としては、図11(b)に例示するように、第2電極基材121が透明性を有し、対極基板120側から太陽光を受光する、いわゆる逆構造セル型'の構成を有するものも知られている。なお、図11(b)においては、第2電極基材121が透明基材121bおよび透明基材121b上に形成された透明電極層121aを有するものであり、第1電極基材111は透明性を有しないものである。
また、上記金属層を上記多孔質層とともに焼成しないことから、金属層の材料として耐熱性の低い安価な金属材料を用いることができるので、酸化物半導体電極基板の製造コストを下げることが可能となる。
また、従来の多孔質層および透明基材の間にITO薄膜等を有する構成の酸化物半導体電極基板を製造する場合に比べて、工程が少なく、高価なITO薄膜等を形成する必要がないことことから、酸化物半導体電極基板の製造が容易であり、かつ、製造コストを下げることが可能となる。さらに、ITO薄膜等よりも抵抗の低い金属層を用いることができることから、発電効率の高い酸化物半導体電極基板を製造することが可能となる。
まず、本発明の酸化物半導体電極基板の製造方法について説明する。
本発明の酸化物半導体電極基板の製造方法は、耐熱基板上に、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用塗工液を塗布し、固化させて多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程と、上記多孔質層形成用層を焼成して多孔質体とし、多孔質層を形成することにより酸化物半導体電極基板用積層体を形成する焼成工程と、金属層を少なくとも有する第1電極基材、および上記酸化物半導体電極基板用積層体を、導電性接着剤層を介して上記多孔質層および上記金属層が対向するように配置することにより、耐熱基板付酸化物半導体電極基板を形成する接着工程と、上記耐熱基板付酸化物半導体電極基板から上記耐熱基板を剥離して、酸化物半導体電極基板を形成する剥離工程と、を有することを特徴とする製造方法である。
図1は本発明の酸化物半導体電極基板の製造方法の一例を示す工程図である。図1に示すように、本発明の酸化物半導体電極基板の製造方法は、耐熱基板6上に、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用塗工液を塗布し、固化させて多孔質層形成用層12’を形成する多孔質層形成用層形成工程(図1(a))と、多孔質層形成用層12’を焼成して多孔質体とし、多孔質層12を形成することにより酸化物半導体電極基板用積層体1”を形成する焼成工程(図1(b))と、酸化物半導体電極基板用積層体1”、および金属箔のみからなる第1電極基材11を、導電性接着剤層13を介して多孔質層12および第1電極基材11が対向するように配置することにより、耐熱基板付酸化物半導体電極基板1’を形成する接着工程(図1(c))と、耐熱基板付酸化物半導体電極基板1’から耐熱基板6を剥離して、酸化物半導体電極基板1を形成する剥離工程(図1(d))と、を有することを特徴とする製造方法である。
また、上記金属層を上記多孔質層とともに焼成しないことから、金属層の材料として耐熱性の低い安価な金属材料を用いることができるので、酸化物半導体電極基板の製造コストを下げることが可能となる。
また、従来の多孔質層および透明基材の間にITO薄膜等を有する構成の酸化物半導体電極基板を製造する場合に比べて、工程が少なく、高価なITO薄膜等を形成する必要がないことから、酸化物半導体電極基板の製造が容易であり、かつ、製造コストを下げることが可能となる。さらに、ITO薄膜よりも抵抗の低い金属層を用いることができることから、発電効率の高い酸化物半導体電極基板を製造することが可能となる。
本発明における多孔質層形成用層形成工程および焼成工程は、耐熱基板上に多孔質層を形成するための工程である。
そこで、まず上記の工程により形成される多孔質層について説明する。
上記多孔質層形成用層形成工程および焼成工程において形成される多孔質層は、本発明により製造された酸化物半導体電極基板が色素増感型太陽電池に用いられた際に、多孔質層の細孔の表面に坦持された色素増感剤に光が照射されることによって生じた電荷を、第1電極基材の金属層に伝導する光電変換層として機能するものである。
上記多孔質層が上記介在層を有する場合は、焼成工程において密着性良く耐熱基板上に多孔質層を形成することができるからである。また、上記介在層を有することにより、上記多孔質層および耐熱基板との剥離性を優れたものとすることが可能となることから、後述する接着工程で酸化物半導体層上に第1電極基材を設けた後、後述する剥離工程で、耐熱基板付酸化物半導体電極基板から耐熱基板を良好に剥離することが可能となる。したがって、歩留まり良く酸化物半導体電極基板を製造することができるからである。
本工程は、耐熱基板上に、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用塗工液を塗布し、固化させて多孔質層形成用層を形成する工程である。
上記酸化物半導体層形成用層形成工程は、耐熱基板上に、金属酸化物半導体微粒子を含有する酸化物半導体層形成用塗工液を塗布し、固化させて酸化物半導体層形成用層を形成する工程である。
上記酸化物半導体層形成用塗工液に用いられる他の成分としては、例えば有機物を挙げることができる。
上記多孔質層形成用層形成工程は、必要に応じて上記酸化物半導体層形成用層形成工程の前に介在層形成用層を形成する介在層形成用層形成工程を有していてもよい。以下、介在層形成用層形成工程について説明する。
上述したように、本工程および後述する焼成工程により形成される多孔質層としては、介在層および酸化物半導体層の積層体からなるものであることが好ましいことから、本工程においては、上記介在層形成用層形成工程と、上記酸化物半導体層形成用層形成工程とを行うことにより、上記介在層形成用層および上記酸化物半導体層形成用層の積層体からなる多孔質層形成用層を形成することが好ましい。
次に、本発明における焼成工程について説明する。
本工程は、上記多孔質層形成用層を焼成して多孔質体とし、多孔質層を形成することにより酸化物半導体電極基板用積層体を形成する工程である。
なお、酸化物半導体層及び/又は介在層に有機物を含む場合には、有機物の熱分解開始温度以上で焼成することが好ましい。有機物の熱分解開始温度以上で焼成することで、連通孔を有する多孔性の酸化物半導体層及び/又は介在層を容易に形成することができる。なお、熱分解開始温度は、島津製作所の自動TG/DTA同時測定装置DTG-60Aを用いて熱分解温度を測定することにより求めることができる。
本工程は、金属層を少なくとも有する第1電極基材、および上記酸化物半導体電極基板用積層体を、導電性接着剤からなる導電性接着剤層を介して上記多孔質層および上記金属層が対向するように配置することにより、耐熱基板付酸化物半導体電極基板を形成する工程である。
以下、本発明に用いられる導電性接着剤層および第1電極基材について説明する。
本工程に用いられる導電性接着剤層は、導電性接着剤からなり、上記酸化物半導体電極基板用積層体の多孔質層および第1電極基材の金属層を接着するために用いられるものである。
また、上記接着性樹脂としては、上記多孔質層および後述する第1電極基材の金属層を接着することができるものであれば特に限定されるものではないが、所定の温度で融解する樹脂であることが好ましい。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が50℃〜200℃の範囲内であることが好ましく、特に60℃〜180℃の範囲内であることが好ましく、さらに65℃〜150℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本発明の酸化物半導体電極基板を用いて作製した色素増感型太陽電池を、屋外で使用した場合に、上記金属層および多孔質層との間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、上記金属層に用いられている金属材料によっては、熱によるダメージを受ける場合があるからである。
本工程に用いられる第1電極基材は、金属層を少なくとも有するものである。
本発明に用いられる第1電極基材の第1態様は、金属層のみを有するものである。
なお、上記フレキシブル性の有無は、JISZ2248の金属材料曲げ試験方法をおこなって、5×103Nの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。
本発明に用いられる第1電極基材の第2態様は、基材と基材上に配置された金属層とを有するものである。以下、金属層および基材についてそれぞれ説明する。
上記金属層としては、後述する基材上に配置することにより、第1電極基材として用いることが可能であれば特に限定されるものではない。上記金属層としては、例えば、金属薄膜や金属板を挙げることができるが、本態様においては、金属薄膜であることがより好ましい。本態様の第1電極基材においては、基材上に配置された金属層をエッチングして、パターン状に形成する等の加工が可能であることから、上記金属層として金属薄膜を用いることにより、エッチングによる金属層のパターニングを容易に行うことが可能となる。また、フレキシブル性を有する基材上に金属薄膜を配置することにより、本態様の第1電極基材をフレキシブル性を有するものとすることができることから、加工性に優れた第1電極基材とすることが可能となる。なお、フレキシブル性の有無の判断については、「(a)第1態様」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
このような金属板については、「(a)第1態様」の項で説明した金属基板と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記金属板を後述する基材上に配置する方法としては、例えば上記金属基板を接着剤等を用いて基材上に配置する方法等を挙げることができる。なお、上記接着剤等については、一般的な電極部材に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
次に、本態様に用いられる基材について説明する。本態様に用いられる基材としては、金属薄膜および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有しているのであれば特に限定されるものではない。また、上記基材は透明性を有するものであってもよいし、透明性を有しないものであってもよい。
本工程においては、上記金属層が金属箔であり、上記第1電極基材が上記金属箔からなることがより好ましい。第1電極基材を準備するのが容易であり、また上記金属箔はフレキシブル性を有することから、加工性に優れた酸化物半導体電極基板を製造することが可能となる。
本工程に用いられる第1電極基材および酸化物半導体電極基板用積層体の配置方法としては、上記第1電極基材および酸化物半導体電極基板用積層体を、上記導電性接着剤層を介して、上記金属層および多孔質層が対向するように配置することができる方法であれば特に限定されるものではない。例えば、上記酸化物半導体電極基板の多孔質層上に導電性接着剤を塗布して導電性接着剤層を形成し、上記導電性接着剤層上に第1電極基材を配置する方法、上記第1電極基材の金属層上に導電性接着剤層を形成し、上記導電性接着剤層上に多孔質層を配置する方法、上記導電性接着剤を用いてフィルム状の導電性接着剤層を別途形成し、上記フィルム状の導電性接着剤層を介して酸化物半導体電極基板の多孔質層および第1電極基材の金属層を接着させる方法等を挙げることができる。
また、上記導電性接着剤層が両面テープである場合は、上記多孔質層および上記第1電極基材の金属層を両面テープを介して圧着させることによって、接着させる。
図2は本発明の酸化物半導体電極基板の製造方法の他の一例を示す工程図である。なお、図2においては、多孔質形成用層形成工程、および焼成工程については図1(a)、および図1(b)を用いて説明した工程と同様であるため省略している。
図2に示すように、本工程では、まず酸化物半導体層12b上に、導電性接着剤をパターン状に塗布して、導電性接着剤層13をパターン状に形成し(図2(a))、次いで、導電性接着剤層13上に金属箔のみからなる第1電極基材11を配置して、耐熱基板付酸化物半導体電極基板1’を形成する(図2(b))。これにより、多孔質層12は、導電性接着剤層13が形成されている領域には接着し、導電性接着剤層13が形成されていない領域には接着していない状態となる。また、導電性接着剤層13および多孔質層12の密着性は、多孔質層12および耐熱基板6の密着性よりも高いものである。
よって、剥離工程で、このような耐熱基板付酸化物半導体電極基板1’から耐熱基板6を剥離することにより、多孔質層12は、導電性接着剤層13が形成されている領域には配置されるが、導電性接着剤層13が形成されていない領域には配置されず、耐熱基板6上に残存することから、多孔質層12を第1電極基材11上に容易にパターニングすることが可能となる(図2(c))。なお、図2において説明していない符号については、図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明に用いられる剥離工程について説明する。
本工程は上記耐熱基板付酸化物半導体電極基板から上記耐熱基板を剥離して、酸化物半導体電極基板を形成する工程である。
本発明においては、上述した多孔質層形成用層形成工程、焼成工程、接着工程および剥離工程を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な工程を適宜選択して追加することができる。このような工程としては、上記金属酸化物半導体微粒子に色素増感剤を坦持させることによって、上記多孔質層の細孔の表面に色素増感剤を坦持させる色素増感剤坦持工程を挙げることができる。
次に、本発明の酸化物半導体電極基板用積層体について説明する。
本発明の酸化物半導体電極基板用積層体は、耐熱基板と、上記耐熱基板上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層と、上記多孔質層上に形成された導電性接着剤層とを有することを特徴とするものである。
図3は、本発明の酸化物半導体電極基板用積層体の一例を示す概略断面図である。本発明の酸化物半導体電極基板用積層体1”は、耐熱基板6と、耐熱基板6上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層12と、多孔質層12上に形成された導電性接着剤層13とを有することを特徴とするものである。なお、図3においては、多孔質層12が、耐熱基板6上に形成された介在層12aおよび介在層12a上に形成された酸化物半導体層12bの積層体からなる層である例について示している。
なお、本発明においては、上記多孔質層は、その細孔の表面に色素増感剤を坦持するものであってもよいし、色素増感剤を坦持していないものであってもよい。上記色素増感剤については、「A.酸化物半導体電極基板の製造方法」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明の耐熱基板付酸化物半導体電極基板について説明する。
本発明の耐熱基板付酸化物半導体電極基板は、金属層を少なくとも有する第1電極基材と、上記金属層上に形成された導電性接着剤層と、上記導電性接着剤層上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層と、上記多孔質層上に配置された耐熱基板と、を有することを特徴とするものである。
図4は、本発明の耐熱基板付酸化物半導体電極基板の一例を示す概略断面図である。本発明の耐熱基板付酸化物半導体電極基板1’は、金属箔のみからなる第1電極基材11と、第1電極基材11上に形成された導電性接着剤層13と、導電性接着剤層13上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層12と、多孔質12層上に配置された耐熱基板6と、を有することを特徴とするものである。
図4においては、多孔質層12が、介在層12aおよび酸化物半導体層12bを有する層である例について示している。
なお、本発明においては、上記多孔質層は、その細孔の表面に色素増感剤を坦持するものであってもよいし、色素増感剤を坦持していないものであってもよい。上記色素増感剤については、「A.酸化物半導体電極基板の製造方法」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明の酸化物半導体電極基板について説明する。
本発明の酸化物半導体電極基板は、金属層を少なくとも有する第1電極基材と、上記金属層上に形成された導電性接着剤層と、上記導電性接着剤層上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層と、を有することを特徴とするものである。
図6は、本発明の酸化物半導体電極基板の一例を示す概略断面図である。本発明の酸化物半導体電極基板1は、金属箔のみからなる第1電極基材11と、第1電極基材11上に形成された導電性接着剤層13と、導電性接着剤層13上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層12と、を有することを特徴とするものである。図6においては、多孔質層12が介在層12aおよび酸化物半導体層12bの積層体からなる場合について示している。
次に本発明の色素増感型太陽電池について説明する。
本発明の色素増感型太陽電池は、金属層を少なくとも有する第1電極基材、上記金属層上に形成された導電性接着剤層、および上記導電性接着剤層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、透明性を有し、かつ電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されていることを特徴とするものである。
図8は、本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図8に示すように、本発明の色素増感型太陽電池10は、金属箔のみからなる第1電極基材11、第1電極基材11上に形成された導電性接着剤層13、および導電性接着剤層13上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明基材21bおよび透明基材21b上に形成された透明電極層21aを有する第2電極基材21、および透明電極層21a上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されていることを特徴とするものである。また、通常、色素増感型太陽電池10の端部は、シール剤4等によって封止がされているものである。また図8においては、多孔質層12は、介在層12aおよび酸化物半導体層12bの積層体からなる層である例について示している。
以下、本発明の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。
本発明に用いられる酸化物半導体電極基板については、「D.酸化物半導体電極基板」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は、省略する。
本発明の対極基板は、透明性を有し、かつ電極としての機能を備えた第2電極基材、および第2電極基材上に形成された触媒層を有するものである。以下、上記対極基板に用いられる第2電極基材および触媒層についてそれぞれ説明する。
本発明に用いられる第2電極基材は透明性を有する基材である。本発明に用いられる第2電極基材の透明性としては、本発明の色素増感型太陽電池が上記対極基板側から太陽光を受光することにより機能を発揮することができるように、太陽光を透過することができるものであれば特に限定されるものではないが、本発明においては、波長400nm〜800nmの光の透過率が70%以上であることが好ましく、なかでも80%以上であることがより好ましい。第2電極基材の透明性が上記範囲よりも低いと、本発明の色素増感型太陽電池の発電効率が損なわれてしまう可能性があるからである。
以下、透明基材、および第2電極層についてそれぞれ説明する。
本発明に用いられる透明基材としては、後述する第2電極層を形成し、対極基板として用いることができる程度の自己支持性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明基材としては、例えば無機透明基材や樹脂製基材を用いることができる。このうち、樹脂製基材は、軽量であり、加工性に優れ、製造コストの低減ができるため好ましい。
次に、本発明に用いられる第2電極層について説明する。本発明に用いられる第2電極層は、上記基材上に形成されたものである。
以下、それぞれについて説明する。
本発明に用いられる透明電極層を構成する材料としては、透明性を有し、所望の導電性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、導電性高分子や金属酸化物等を用いることができる。
上記金属酸化物としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられる金属酸化物は太陽光に対して透過性を有するものであることが好ましい。このような太陽光に対する透過性を有する金属酸化物としては、例えば、SnO2、ITO、ZnO、酸化インジウムに酸化亜鉛を添加した化合物(IZO)を挙げることができる。本発明においては、これらのいずれの金属酸化物であっても好適に用いることができるが、なかでもフッ素ドープしたSnO2(以下、FTOと称する。)、ITOを用いることが好ましい。FTOおよびITOは、導電性および太陽光の透過性の両方に優れているからである。
一方、上記導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリエチレンスルフォン酸(PSS)、ポリアニリン(PA)、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等を挙げることができる。また、これらを2種以上混合して用いることもできる。
なお、上記厚みは、透明電極層が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
次にメッシュ電極層について説明する。本発明に用いられるメッシュ電極層は、導電性材料を用いてメッシュ状に形成された電極層である。また、上記メッシュ電極層は、透明基材上に形成され、透明性を有する基材として用いられるものである。
本発明に用いられる第2電極層としては、上述した透明電極層およびメッシュ電極層を有する電極層を用いることができる。上記の構成とすることにより、上記透明電極層の導電性が不足する場合に、メッシュ電極層により補充することができるため、本発明の色素増感型太陽電池をより発電効率に優れたものにできるという利点がある。
なお、透明電極層およびメッシュ電極層については、上述したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
本発明に用いられる触媒層は、上述した第2電極基材上に形成されるものである。
次に、本発明に用いられる電解質層について説明する。本発明における電解質層は、酸化還元対を含むものである。
さらに、上記臭素および臭化物の組合せとしては、例えば、LiBr、NaBr、KBr、CaBr2等の金属臭化物と、Br2との組合せを挙げることができる。
また、電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。
さらに、電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばCuI、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
本発明の色素増感型太陽電池は、上述した酸化物半導体電極基板、対極基板、および電解質層を有するものであれば、特に限定されるものではなく、他にも必要な部材を適宜追加することができる。このような部材としては、例えば、色素増感型太陽電池の端部を封止するシール剤を挙げることができる。上記シール剤としては、一般的な色素増感型太陽電池に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法としては、例えば、上述した「A.酸化物半導体電極基板の製造方法」を用いて製造された酸化物半導体電極基板と、上記対極基板とを多孔質層および触媒層が対向するように配置してシール剤で封止し、次いで液体状またはゲル状の電解質を酸化物半導体電極基板および対極基板の間に注入することによって電解質層を形成することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
また例えば、上記酸化物半導体電極基板の多孔質層上に固体状の電解質層材料を塗布して乾燥させることにより固体電解質層を形成し、ついで、上記酸化物半導体電極基板および対極基板を上記固体電解質層および触媒層が対向するように接触させて配置することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
次に、本発明の色素増感型太陽電池モジュールについて説明する。
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、上述した「E.色素増感型太陽電池」の項で説明した色素増感型太陽電池を複数個配列したことを特徴とするものである。
図9は、本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図9に示すように、本発明の色素増感型太陽電池モジュール30は、金属箔のみからなる第1電極基材11、第1電極基材11上に形成された導電性接着剤層13、および導電性接着剤層13上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明基材21bおよび透明基材21b上に形成された透明電極層21aを有する第2電極基材21、および透明電極層21a上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、上記多孔質層12および上記触媒層22が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板1および上記対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されている色素増感型太陽電池10が並列に複数連結されているものである。
また、通常、各色素増感型太陽電池10の間には、隔壁5が形成され、色素増感型太陽電池モジュール30の端部は、シール剤4等によって封止がされているものである。また図9においては、多孔質層12が、介在層12aおよび酸化物半導体層12bを有する層である例について示している。
(酸化物半導体電極基板用積層体の作製)
一次粒径20nmの酸化チタン微粒子(日本アエロジル社製 P25)1質量%、主成分がポリメチルメタクリレートであるアクリル樹脂(分子量25000、ガラス転移温度105℃)(三菱レーヨン社製 BR87)1質量%を、溶媒にメチルケトンとトルエンを用いて混合し、分散することにより、介在層形成用塗工液を調製した。次いで、この介在層形成用塗工液を耐熱基板として用意したステンレス基板上にワイヤーバーで塗工し、100℃で乾燥して固化させ、介在層形成用層を作製した。
次に、導電性接着剤として、カーボンブラックを含有させた導電性接着シート(共同技研工業社製 P40015)を用いた。この導電性接着シートを多孔質層上に貼ることにより導電性接着剤層を形成した。
上記吸着用色素溶液中に、上記多孔層が形成された基板を浸漬して、攪拌下にて40℃、3時間の条件にて多孔質層に色素増感剤を吸着させた。これにより、酸化物半導体電極基板を得た。
カチオン性ヒドロキシセルロース(ダイセル化学社製 ジェルナーQH200)0.14gをエタノール2.72gに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを0.043g入れて、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EmIm―B(CN)4) 0.18g、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド(PMIm−I)0.5g,I2 0.025gを加えて、攪拌して溶解させた。これらにより、塗工可能な電解質溶液を調製した。
第1電極基材としてアルミ箔を用いたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を形成した。
下記に示す導電性接着剤を用い、かつ、下記の転写法を用いたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を形成した。
導電性接着剤として、ヒートシール剤(住友精化製 ザイクセン−A、融点80〜95℃)と、導電性高分子であるPEDOT−PSS(エイチ・シー・スタルク社製 バイトロンP)を固形分比で1:4の割合で調整したものを用いた。この導電性接着剤をドクターブレードでステンレス基板上の酸化物半導体層に塗工し、100℃で乾燥させて、酸化物半導体層上に導電性接着剤層を形成した。塗工量は2g/m2とした。
第1電極基材として銅箔を用いて、その銅箔と酸化物半導体層上の導電性接着剤層とを貼り合わせて、ヒートローラーを用いてロール温度110℃で加熱した後、ステンレス基板を剥離することにより、多孔質層を導電性接着剤層を介して第1電極基材上に転写させた。
下記の導電性接着剤を用いたこと以外は、実施例3と同様にして色素増感型太陽電池を形成した。
導電性接着剤として、ヒートシール剤(住友精化製 ザイクセン−A、融点80℃〜95℃)と、水に分散させたカーボンナノチューブ(ナノブリッジテクノロジー社製)とを固形分比1:4で混合して調整したものを用いた。
下記の導電性接着剤を用いたこと以外は、実施例3と同様にして色素増感型太陽電池を形成した。
導電性接着剤として、ヒートシール剤(DIC社製 タイフォースNT―810−45、融点40℃〜50℃)と、ポリ(メタ)アクリル酸とエステル共重合体に分散させた銀微粒子(藤倉化成社製 ドータイトD−550)とを固形分比1:4で混合して調整したものを用いた。
下記に示す導電性接着剤を用いて、かつ、下記の転写法を用いたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池を形成した。
導電性接着剤として、ヒートシール剤(住友精化製 ザイクセン−A、融点80℃〜95℃)と、導電性高分子であるPEDOT−PSS(エイチ・シー・スタルク社製 バイトロンP)を固形分比で1:4の割合で調整したものを用いた。この導電性接着剤をドクターブレードで第1電極基材として用いられる銅箔に塗工し、100℃で乾燥させて、銅箔上に導電性接着剤層を形成した。塗工量は2g/m2とした。
ステンレス基板上の酸化物半導体層と銅箔上の導電性接着剤層とを貼り合わせて、ヒートローラーを用いてロール温度110℃で加熱した後、ステンレス基板を剥離することにより、多孔質層を導電性接着剤層を介して第1電極基材上に転写させた。
以下のように酸化物半導体電極基板を作製したこと以外については、実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1と同様にした酸化物半導体層形成用塗工液を調製した。これを第1電極基材である銅箔上にドクターブレードで塗布後、100℃で乾燥させて、酸化物半導体層形成用層を形成した。その後、電気マッフル炉(デンケン社製P90)を用い、500℃、30分間、大気圧雰囲気下にて焼成を行い、多孔質体として形成された酸化物半導体層を有する多孔質層を得た。また、上記多孔質層に、実施例1と同様の方法で、色素増感剤を坦持させることにより、酸化物半導体電極基板を得た。
酸化物半導体層形成用層を120℃、30分間、大気圧雰囲気下にて焼成を行ったこと以外は、比較例1と同様にして、色素増感型太陽電池を得た。
実施例1〜6、および比較例1〜2の色素増感型太陽電池を用いて、AM1.5、疑似太陽光(入射光強度 100mW/cm2)を光源としてソースメジャーユニット(ケースレー2400型)にて電圧印加により電流電圧特性を測定した。実施例1〜6で作製した色素増感型太陽電池はいずれも変換効率が2%以上であり、良好に発電した。一方、比較例1は銅が酸化されてしまったため、発電しなかった。比較例2は変換効率が1%にも満たなかった。
1’ … 耐熱基板付酸化物半導体電極基板
1” … 酸化物半導体電極基板用積層体
11 … 第1電極基材
11a … 金属薄膜
11b … 基材
12 … 多孔質層
12a … 介在層
12b … 酸化物半導体層
12’ … 多孔質層形成用層
12’a … 介在層形成用層
12’b … 酸化物半導体層形成用層
13 … 導伝性接着剤層
2 … 対極基板
21 … 第2電極基材
22 … 触媒層
3 … 電解質層
4 … シール剤
5 … 隔壁
6 … 耐熱基板
10 … 色素増感型太陽電池
30 … 色素増感型太陽電池モジュール
Claims (9)
- 耐熱基板上に、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層形成用塗工液を塗布し、固化させて多孔質層形成用層を形成する多孔質層形成用層形成工程と、
前記多孔質層形成用層を焼成して多孔質体とし、多孔質層を形成することにより酸化物半導体電極基板用積層体を形成する焼成工程と、
金属層のみからなる第1電極基材、および前記酸化物半導体電極基板用積層体を、導電性接着剤層を介して前記多孔質層および前記金属層が対向するように配置すること
により、耐熱基板付酸化物半導体電極基板を形成する接着工程と、
前記耐熱基板付酸化物半導体電極基板から前記耐熱基板を剥離して、酸化物半導体電極基板を形成する剥離工程と、を有する酸化物半導体電極基板の製造方法であって、
前記多孔質層形成用層形成工程では、前記耐熱基板上に前記金属酸化物半導体微粒子を含有する介在層形成用塗工液を塗布し、固化させて介在層形成用層を形成する介在層形成用層形成工程と、前記介在層形成用層上に、前記金属酸化物半導体微粒子を含有し、かつ、前記介在層形成用塗工液よりも前記金属酸化物半導体微粒子の固形分中の濃度が高い酸化物半導体層形成用塗工液を塗布し、固化させて酸化物半導体層形成用層を形成する酸化物半導体層形成用層形成工程とを行うことにより、前記介在層形成用層および前記酸化物半導体層形成用層の積層体からなる多孔質層形成用層を形成し、前記焼成工程では、前記多孔質層形成用層を焼成することにより介在層および酸化物半導体層を有する多孔質層を形成することを特徴とする酸化物半導体電極基板の製造方法。 - 前記接着工程では、前記多孔質層および前記金属層の間に、前記導電性接着剤層をパターン状に形成し、
前記剥離工程では、前記耐熱基板付酸化物半導体電極基板から前記耐熱基板を剥離することにより、前記金属層上に形成された前記導電性接着剤層上に前記多孔質層をパターン状に形成することを特徴とする請求項1に記載の酸化物半導体電極基板の製造方法。 - 前記金属層が金属箔であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の酸化物半導体電極基板の製造方法。
- 金属層のみからなる第1電極基材と、
前記金属層上に形成された導電性接着剤層と、
前記導電性接着剤層上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層と、
前記多孔質層上に配置された耐熱基板と、
を有し、
前記多孔質層は、前記導電性接着剤層上に形成された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に形成された介在層とを有し、
前記酸化物半導体層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体であり、前記介在層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体として形成され、かつ、前記酸化物半導体層よりも空孔率が高くなるように形成されたものであることを特徴とする耐熱基板付酸化物半導体電極基板。 - 金属層のみからなる第1電極基材と、
前記金属層上に形成された導電性接着剤層と、
前記導電性接着剤層上に形成された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層と、
を有し、
前記多孔質層は、前記導電性接着剤層上に形成された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に形成された介在層とを有し、
前記酸化物半導体層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体であり、前記介在層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体として形成され、かつ、前記酸化物半導体層よりも空孔率が高くなるように形成されたものであるすることを特徴とする酸化物半導体電極基板。 - 前記第1電極基材上に、前記導電性接着剤層および前記多孔質層がパターン状に形成されているものであることを特徴とする請求項5に記載の酸化物半導体電極基板。
- 前記金属層が金属箔であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の酸化物半導体電極基板。
- 金属層のみからなる第1電極基材、前記金属層上に形成された導電性接着剤層、および前記導電性接着剤層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、
透明性を有し、かつ電極としての機能を備えた第2電極基材、および前記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、
前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置されており、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、
前記多孔質層は、前記導電性接着剤層上に形成された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に形成された介在層とを有し、
前記酸化物半導体層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体であり、前記介在層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体として形成され、かつ、前記酸化物半導体層よりも空孔率が高くなるように形成されたものであることを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 金属層のみからなる第1電極基材と、前記金属層上に形成された導電性接着剤層、および前記導電性接着剤層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、透明性を有し、かつ電極としての機能を備えた第2電極基材、および前記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置されており、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池を複数個配列した色素増感型太陽電池モジュールであって、
前記多孔質層は、前記導電性接着剤層上に形成された酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に形成された介在層とを有し、
前記酸化物半導体層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体であり、前記介在層は、金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質体として形成され、かつ、前記酸化物半導体層よりも空孔率が高くなるように形成されたものであることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010002329A JP5754071B2 (ja) | 2010-01-07 | 2010-01-07 | 酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010002329A JP5754071B2 (ja) | 2010-01-07 | 2010-01-07 | 酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011142024A JP2011142024A (ja) | 2011-07-21 |
JP5754071B2 true JP5754071B2 (ja) | 2015-07-22 |
Family
ID=44457738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010002329A Expired - Fee Related JP5754071B2 (ja) | 2010-01-07 | 2010-01-07 | 酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5754071B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5498337B2 (ja) * | 2010-09-28 | 2014-05-21 | 新日鉄住金化学株式会社 | 色素増感太陽電池の立体電極の製造方法 |
US9484123B2 (en) | 2011-09-16 | 2016-11-01 | Prc-Desoto International, Inc. | Conductive sealant compositions |
WO2015111877A1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-07-30 | 주식회사 동진쎄미켐 | 전극의 제조방법 및 박리형 전자재료용 전극 페이스트 조성물 |
WO2016152705A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | 積水化学工業株式会社 | 太陽電池 |
CN109638108B (zh) * | 2018-12-05 | 2020-04-14 | 上海空间电源研究所 | 平流层飞行器针对翘曲柔性太阳电池片的组件封装方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4852838B2 (ja) * | 2003-11-10 | 2012-01-11 | 大日本印刷株式会社 | 色素増感型太陽電池用基材の製造方法および色素増感型太陽電池の製造方法 |
JP4915076B2 (ja) * | 2005-03-30 | 2012-04-11 | 大日本印刷株式会社 | 酸化物半導体電極の製造方法 |
JP4942349B2 (ja) * | 2006-01-25 | 2012-05-30 | シャープ株式会社 | 色素増感太陽電池、その製造方法、および製造装置 |
-
2010
- 2010-01-07 JP JP2010002329A patent/JP5754071B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011142024A (ja) | 2011-07-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2008130553A (ja) | 染料感応太陽電池及び染料感応太陽電池の製造方法 | |
JP5754071B2 (ja) | 酸化物半導体電極基板の製造方法および色素増感型太陽電池 | |
JP5380851B2 (ja) | 色素増感型太陽電池の製造方法および色素増感型太陽電池モジュールの製造方法 | |
JP2005142088A (ja) | 色素増感型太陽電池用電極基板及び色素増感型太陽電池 | |
JP2009217970A (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 | |
JP2004241378A (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
JP5699374B2 (ja) | 有機系太陽電池素子モジュールの製造方法 | |
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 | |
JP5991092B2 (ja) | 有機系太陽電池素子モジュールの製造方法 | |
JP4868058B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
JP5564924B2 (ja) | 色素増感型太陽電池の製造方法 | |
JP5407681B2 (ja) | 色素増感型太陽電池用対極基板、色素増感型太陽電池素子、および色素増感型太陽電池モジュール | |
JP5114837B2 (ja) | 酸化物半導体電極、およびこれを用いた色素増感型太陽電池セル | |
JP2008041258A (ja) | 作用極用基板及び光電変換素子 | |
JP5200398B2 (ja) | 酸化物半導体電極用積層体、耐熱基板付酸化物半導体電極、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池セル、および色素増感型太陽電池モジュール | |
JP5251149B2 (ja) | 酸化物半導体電極用積層体、酸化物半導体電極、および色素増感型太陽電池モジュール | |
JP5217337B2 (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、酸化物半導体電極用積層体の製造方法、および、酸化物半導体電極の製造方法 | |
JP3683899B1 (ja) | 色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法 | |
JP5083442B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
US20120255593A1 (en) | Dye-sensitized solar cell module | |
JP5811622B2 (ja) | 意匠性を有する有機太陽電池素子、および製造方法 | |
JP5458620B2 (ja) | 色素増感型太陽電池用対極基板、色素増感型太陽電池素子、および色素増感型太陽電池モジュール | |
JP5445121B2 (ja) | 色素増感型太陽電池、電解質層形成用液、及び太陽電池モジュール | |
JP4888607B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 | |
JP5828816B2 (ja) | 色素増感型太陽電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140225 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140930 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141201 |
|
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: 20150428 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150511 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5754071 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |