JP5882507B1 - 光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
Description
第1電極基板10は、上述したように、透明導電性基板15で構成され、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。
第2電極基板20は、上述したように、基板と第2電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21のうち第1電極基板10側に設けられて電解質50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。
酸化物半導体層30は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される。
封止部40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50は、例えばヨウ化物イオン(ヨウ素イオン)/ポリヨウ化物イオンなどの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。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。酸化還元対としては、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)のほか、臭化物イオン(臭素イオン)/ポリ臭化物イオン、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質50は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、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アイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
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、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などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)が用いられる。ここで、色素として光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子で構成されることになり、光電変換セル50は色素増感光電変換セルで構成されることになる。
00nmであり、より好ましくは1000〜1200nmである。
であり、好ましくは100ns以下である。但し、レーザ光のパルス幅は、5ns以上であることが好ましい。
が生産効率の点から好ましい。
まずガラスからなる厚さ1mmの透明基板の上に、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成してなる透明導電性基板を第1電極基板として準備した。
(1)レーザ光源
Yb:ファイバーレーザー(発振波長:1090nm、製品名:MD−F3000、(株)
キーエンス製)
(2)レーザ光のパルス幅
50ns
(3)レーザ光の単位走査距離当たりの照射エネルギー
0.06J/mm
こうして第2電極基板としての対極を得た。
第1連結部をレーザ加工により、非接合部と反対側の隅の部分の形状が長さL1=1.0mmの直線状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が、曲率半径R2=0.5mmの円弧状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が、曲率半径R2=0.5mmの円弧状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が長さL2=0.71mmの直線状となるように形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が長さL2=0.71mmの直線状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
酸化物半導体層を、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷した後、500℃で1時間焼成することにより、第2連結部のうち内側部分と反対側の隅の部分の形状が、表1に示す曲率半径R1を有する円弧状となるように形成したこと以外は実施例3と同様にして光電変換素子を得た。なお、スクリーン印刷は、2cm×4cmの長方形の隅の部分(第2連結部の隅の部分に対応する部分)の形状が、表1に示す曲率半径R1を有する円弧状となったスクリーンを有する印刷版を使用して行った。
第1連結部をレーザ加工により、非接合部と反対側の隅の部分の形状が、表1に示す長さL1を有する直線状となるように形成したこと以外は実施例3と同様にして光電変換素子を得た。
第2電極基板形成体に対してレーザ加工を行わず、第2電極基板形成体をそのまま第2電極基板として用い、第1連結部のうち非接合部と反対側の隅の部分の形状を点としたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を得た。
実施例1〜12および比較例1で得られた光電変換素子について光電変換効率η0を測定した。次に、光電変換素子について、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験では、光電変換素子の周囲の温度を−40℃から90℃に上昇させた後、90℃で10分間保持し、その後、90℃から−40℃の温度に下降させ、−40℃で10分間保持するというサイクルを1サイクルとし、これを200サイクル行った。このとき、昇温速度及び降温速度はいずれも10℃/分とした。そして、熱サイクル試験後、再度光電変換素子について光電変換効率η1を測定した。そして、下記式に基づき光電変換効率の低下率を算出した。
光電変換効率の低下率=100×(η0−η1)/η0
結果を表1に示す。なお、表1において、光電変換効率の低下率が5%以下である場合には、「◎」、5〜10%以下である場合には耐久性を十分に向上させたとして「○」と表示し、光電変換効率の低下率が10%を超える場合には耐久性を十分に向上させていないとして、「×」と表示した。
20…第2電極基板(基板)
20a…接合部
20b…非接合部
23a…第1線状部
23b…第1連結部
24…第1交差部
25…角部
26…第1連結部のうち非接合部と反対側の隅の部分
30…酸化物半導体層
31…内側部分
32…外側部分
32a…第2線状部
32b…第2連結部
33…第2交差部
34…角部
40…封止部
50…電解質
60…光電変換セル
100…光電変換素子
Claims (5)
- 少なくとも1つの光電変換セルを備え、
前記光電変換セルが、
一対の基板と、
前記一対の基板のうちの一方の基板に設けられる酸化物半導体層と、
前記一対の基板の間に設けられる電解質と、
前記一対の基板同士を接合する環状の封止部とを備え、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板が、前記封止部と接合される環状の接合部と、前記接合部の内側にあり、前記封止部と接合されていない非接合部とを有し、
前記接合部が、
互いに離間する複数本の第1線状部と、
前記複数本の第1線状部のうち2本の第1線状部同士を連結させる第1連結部とを有し、
前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部が、前記2本の第1線状部を延長して交差させてなる第1交差部のうち前記非接合部と反対側の角部を前記基板の厚さ方向に沿って全て切り欠くことにより形成されている、光電変換素子。 - 前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側の隅の部分の形状が円弧状であり、その隅の部分の曲率半径が0.05〜6mmである、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側の隅の部分の形状が直線状であり、その隅の部分の長さが0.05〜4.0mmである、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記酸化物半導体層が、内側部分と、前記内側部分を包囲する環状の外側部分とを有し、
前記外側部分が、
互いに離間する複数本の第2線状部と、
前記複数本の第2線状部のうち2本の第2線状部同士を連結させる第2連結部とを有し、
前記酸化物半導体層をその厚さ方向に見た場合に、前記第2連結部が、前記2本の第2線状部を延長して交差させてなる第2交差部のうち前記内側部分と反対側の角部を切り欠くことにより形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換素子。 - 前記封止部及び前記基板をその厚さ方向に見た場合に、前記基板の前記第1連結部のうち前記非接合部と反対側に前記封止部が突出している、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子。
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