JP5791770B1 - 色素増感太陽電池素子用電解質、及び、これを用いた色素増感太陽電池素子 - Google Patents
色素増感太陽電池素子用電解質、及び、これを用いた色素増感太陽電池素子 Download PDFInfo
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Abstract
Description
作用極10は、上述したように、透明導電性基板15と、透明導電性基板15上に設けられる少なくとも1つの酸化物半導体層13とを有している。透明導電性基板15は、透明基板11と、透明基板11の上に設けられる透明導電膜12とで構成されている。
対極20は、上述したように、導電性基板21と、導電性基板21のうち作用極10側に設けられて電解質40の還元に寄与する導電性の触媒層22とを備えるものである。
封止部30としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。
電解質40は、上述したように、ハロゲンと、ハロゲン化物塩と、塩基性物質とを含んでいる。そして、電解質40においては、ハロゲンとハロゲン化物塩とによって酸化還元対が形成されている。また上記ハロゲン及び上記ハロゲン化物塩は同一のハロゲン原子を有している。そして、塩基性物質が、ベンゾイミダゾール化合物で構成される第1イミダゾール化合物と、上記式(1)で表される第2イミダゾール化合物とを含み、第2イミダゾール化合物の体積モル濃度C2が、第1イミダゾール化合物の体積モル濃度C1よりも低くなっている、すなわちC2/C1の値が1未満となっている。
電解質40において、ハロゲン及びハロゲン化物塩が有するハロゲン原子としては、例えば臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
電解質40に含まれるハロゲン化物塩としては、例えば、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラヘキシルアンモニウムブロマイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムブロマイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムブロマイド、ジメチルイミダゾリウムブロマイド、エチルメチルイミダゾリウムブロマイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムブロマイド、ブチルメチルイミダゾリウムブロマイド、メチルプロピルイミダゾリウムブロマイドなどの臭化物塩、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、テトラメチルアンモニウムヨーダイド、テトラエチルアンモニウムヨーダイド、テトラブチルアンモニウムヨーダイド、テトラヘキシルアンモニウムヨーダイド、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムヨーダイド、エチルメチルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨーダイド、ブチルメチルイミダゾリウムヨーダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムヨーダイドなどのヨウ化物塩が挙げられる。
塩基性物質に含まれる第1イミダゾール化合物はベンゾイミダゾール化合物で構成される。ベンゾイミダゾール化合物は、無置換のベンゾイミダゾール化合物でも置換基を有する置換されたベンゾイミダゾール化合物でもよい。上記置換基としては、炭化水素基、エーテル基、チオール基、ニトリル基などが挙げられる。
電解質40は、さらに有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。これらは1種類を単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
さらに電解質40としては、上記電解質に二酸化ケイ素(SiO2)、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。中でも、ターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、色素増感太陽電池素子100の光電変換特性をより向上させることができる。
まず、例えば上述した有機溶媒に、ハロゲンと、ハロゲン化物塩とを溶解させて、ハロゲンとハロゲン化物塩とによって形成された酸化還元対を含む溶液を調製する。こうして、ハロゲンとハロゲン化物塩とによって形成された酸化還元対を含む電解液が得られる。
次に、上記のようにして製造された電解液と上述した塩基性物質とを混合する。ここで、塩基性物質は、C2/C1の値が1未満となるように混合する。
<色素増感太陽電池素子用電解質の調製>
ヨウ素0.002g、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨーダイド(DMPImI)3.1g及び3−メトキシプロピオニトリル20mLの混合物に、下記表1に示す第1イミダゾール化合物及び第2イミダゾール化合物を溶解させ、電解液を調製した。ここで、表1に記載の「NBB」、「MI」及び「IPI」は以下の通りである。
NBB:1−ブチルベンゾイミダゾール
MI:1−メチルイミダゾール
IPI:イソプロピルイミダゾール
このとき、第1イミダゾール化合物及び第2イミダゾール化合物については、電解質中の体積モル濃度C1、C2、電解質中の体積モル濃度比(C2/C1)が、表1に示す値となるように添加した。こうして色素増感太陽電池素子用電解質を調製した。
はじめに、ガラス基板上にFTO膜が形成されたFTO/ガラス基板を準備した。そして、このFTO/ガラス基板を洗浄し、この基板にUV−O3処理を行い、その基板上にスクリーン印刷により、酸化チタンを含有する酸化チタンナノ粒子ペーストを塗布し、50×50mmの膜を作製し、150℃で10分間乾燥させた。こうして、未焼成基板を得た。その後、この未焼成基板をオーブンに入れて酸化チタンナノ粒子ペーストを500℃で1時間焼成し、FTO膜上に、厚さ14μmの多孔質酸化チタン層を形成し、作用極を得た。
(光電変換特性)
上記のようにして得られた上記実施例1〜12及び比較例1〜4の色素増感太陽電池素子について、光電変換効率η(%)を測定した。そして、比較例1を基準比較例として、下記式に基づいてηの増加率を算出した。結果を表1に示す。
ηの増加率(%)=100×(実施例又は比較例のη−比較例1のη)/比較例1のη
このとき、ηの測定は、Xeランプソーラーシミュレータ(山下電装社製YSS−150)とIVテスタ(英光精機社製MP−160)を使用して行った。
12…透明導電膜
13…酸化物半導体層
15…透明導電性基板(第1電極)
20…対極(第2電極)
40…電解質
50…色素増感太陽電池
100…色素増感太陽電池素子
Claims (4)
- ハロゲンと、
ハロゲン化物塩と、
塩基性物質とを含み、
前記ハロゲンと前記ハロゲン化物塩とによって酸化還元対が形成され、
前記ハロゲン及び前記ハロゲン化物塩が同一のハロゲン原子を有し、
前記塩基性物質が、ベンゾイミダゾール化合物で構成される第1イミダゾール化合物と、下記式(1)で表される第2イミダゾール化合物とを含み、
前記第2イミダゾール化合物の体積モル濃度C2が、前記第1イミダゾール化合物の体積モル濃度C1 の0.04〜0.6倍である色素増感太陽電池素子用電解質。
- 前記式(1)において、前記炭化水素基が脂肪族炭化水素基である請求項1に記載の色素増感太陽電池素子用電解質。
- 前記ハロゲン原子がヨウ素である請求項1又は2に記載の色素増感太陽電池素子用電解質。
- 少なくとも1つの色素増感太陽電池を備え、
前記色素増感太陽電池が、
透明基板及び前記透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極又は前記第2電極に設けられる酸化物半導体層と、
前記第1電極及び前記第2電極の間に設けられる電解質と、
前記酸化物半導体層に吸着される光増感色素とを備え、
前記電解質が、請求項1〜3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池素子用電解質からなる色素増感太陽電池素子。
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