JP5984425B2 - 簡便に製造可能な光電変換装置 - Google Patents
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Description
項1.光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置であって、
セレンを含むメッキ膜からなる光吸収層を備える、光電変換装置。
項2.前記セレンを含むメッキ膜が、テルル層とセレン層との複層、又はテルルとセレンとの混合層からなる、項1に記載の光電変換装置。
項3.前記光吸収層が、透光性の多孔質電子輸送材料からなる電子輸送層上に形成される、項1又は2に記載の光電変換装置。
項4.前記透光性の多孔質電子輸送材料が、TiO2、WO3、ZnO、Nb2O5及びSrTiO3よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項3に記載の光電変換装置。
項5.前記電子輸送層が、第一電極層である透光性導電層上に形成される、項3又は4に記載の光電変換装置。
項6.前記光吸収層が、第一電極層である透光性導電層上に形成される、項1又は2の光電変換装置。
項7.前記透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びニオブドープチタン酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、項5又は6に記載の光電変換装置。
項8.前記透光性導電層が、透光性基板上に形成される、項5〜7のいずれかに記載の光電変換装置。
項9.前記光吸収層の上に、さらに、正孔輸送層を備える、項1〜8のいずれかに記載の光電変換装置。
項10.前記正孔輸送層が、セレン、沃化物、コバルト錯体、鉄錯体、CuSCN、MoO3、NiO、及び有機ホール輸送材よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、項9に記載の光電変換装置。
項11.前記光吸収層又は正孔輸送層の上に、さらに第二電極層を備える、項1〜10のいずれかに記載の光電変換装置。
項12.前記第二電極層は、カーボン、金、タングステン、モリブデン及びチタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、項11に記載の光電変換装置。
本発明の光電変換装置は、セレンを含むメッキ膜からなる光吸収層を備える。これにより、簡便に高い光電変換効率を有する光電変換装置を実現することができる。
本発明では、上記のとおり、光吸収層は、セレンを含むメッキ膜からなる。このセレンを含むメッキ層は、セレンを含む層であれば特に制限されないが、単層でも複層でもよい。複層の場合は、各層全てがセレンを含む層であってもよいし、少なくとも1層がセレンを含む層であってもよい。
本発明では、上記光吸収層は、電子輸送層の上に形成されることが好ましい。
本発明では、上記光吸収層は、透光性導電層の上に形成されることが好ましい。また、電子輸送層を形成する場合には、電子輸送層は、透光性導電層の上に形成されることが好ましい。
本発明では、前記透光性導電層は、透光性基板の上に形成されることが好ましい。
本発明の光電変換装置においては、光吸収層として使用するセレンが正孔輸送層としても機能するため、セレンを含むメッキ膜を光吸収層兼正孔輸送層として使用することもできる。また、光吸収層の上に、さらに正孔輸送層を備えることもできる。
本発明では、光吸収層又は正孔輸送層の上(具体的には、正孔輸送層を形成する場合はその上、正孔輸送層を形成しない場合は光吸収層の上)に、第二電極層を備えることが好ましい。
本発明の光電変換装置を、発電手段として用い、発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した構成とすることで、様々な用途に適用可能である。具体的には、本発明の光電変換装置、本発明の光電変換装置から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ装置、電気モーター、照明装置等の負荷等を有する構成の光電変換装置とすることができる。その用途としては、例えば、建築物の屋根、壁面等に設置される太陽電池等として使用することができる。
予め、亜セレン酸64mg(10mM)と塩化ナトリウム876mg(0.3M)とを蒸留水50mLに溶解させ、さらに20 wt% HCl水溶液を50μL加えたセレン溶液を用意した。F-dope SnO2 (FTO)ガラス基板を、セレン溶液に浸漬し、-0.7 V (vs.Ag/AgCl)の電圧を10分間印加して、セレンを電着させた。その後、裏面電極として金を蒸着させ、最後に大気中、ホットプレート上で200℃、数分加熱し、< glass / FTO / Se / Au >構造の太陽電池を得た。
予め、酸化テルル8mg(1mM)を蒸留水50mLに溶解させ、0.1M NaOH水溶液を1mL加え、さらに20wt% HCl水溶液を50μL加えたテルル溶液を用意した。F-dope SnO2 (FTO)ガラス基板を、テルル溶液に浸漬し、-0.7 V (vs.Ag/AgCl)の電圧を30秒間印加して、テルルを電着させた。次に、亜セレン酸64mg(10mM)と塩化ナトリウム876mg(0.3M)とを蒸留水50mLに溶解させ、さらに20wt% HCl水溶液を50μL加えた溶液を用意し、その溶液にテルルを電着させた基板を浸漬し、-0.7 V (vs.Ag/AgCl)の電圧を10分間印加して、セレンを電着させた。その後、裏面電極として金を蒸着させ、最後に大気中、ホットプレート上で200℃、数分加熱し、< glass / FTO / Te / Se / Au >構造の太陽電池を得た。
< glass / F-doped SnO2 / TiO2 / Se /Au >構造の太陽電池を作製した。作製方法としては、F-doped SnO2ガラス基板にTiO2膜を大気中、ホットプレート上でスプレー熱分解法(SPD法)により製膜し100nmの膜を得た。Seは実施例1〜2と同様に電界析出法によりチタニア電極上に製膜した。Se電着溶液は実施例1〜2と同様の溶液を用い、パルス電流 (-0.7V_0V (vs. Ag/AgCl), 1s_1s, 10分間)を印加してSe電着を行った。Au背面電極を蒸着法により製膜した後、大気圧中で200℃、3分間加熱して目的の太陽電池を得た。
3次元Se太陽電池のセル構造として、スーパーストレート構造< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / Se /Au >構造の太陽電池を作製した。作製方法としては、F-doped SnO2ガラス基板にTiO2膜を大気中、ホットプレート上でスプレー熱分解法(SPD法)により実施例3と同様に製膜し100nmの膜を得た。さらに、この膜上に、スクリーン印刷法によりpourous TiO2を約1μm製膜し、3次元チタニア電極を得た。Se電着溶液は、亜セレン酸の使用量を128mg(20mM)、塩化ナトリウムの使用量を1314mg(45mM)、HCl水溶液の使用量を100μLとすること以外は実施例1〜3と同様とし、パルス電流 (-0.7V_0V (vs. Ag/AgCl), 1s_1s, 20分間)を印加してSe電着を行った。Au背面電極を蒸着法により製膜した後、大気圧中で200℃、3分間加熱して目的の太陽電池を得た。
実施例2〜4の太陽電池について、AM1.5のソーラーシミュレータの光(100mW/cm2)を照射し、光電特性の測定を行った。結果を表1及び図1に示す。
Claims (9)
- 光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置であって、
セレンからなるメッキ膜、或いはセレンからなるメッキ膜とテルルからなるメッキ膜との複層からなる光吸収層を備え、且つ
前記光吸収層が、透光性の多孔質電子輸送材料からなる電子輸送層上に形成される、光電変換装置。 - 前記透光性の多孔質電子輸送材料が、TiO2、WO3、ZnO、Nb2O5及びSrTiO3よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載の光電変換装置。
- 前記電子輸送層が、第一電極層である透光性導電層上に形成される、請求項1又は2に記載の光電変換装置。
- 前記透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びニオブドープチタン酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、請求項3に記載の光電変換装置。
- 前記透光性導電層が、透光性基板上に形成される、請求項3又は4に記載の光電変換装置。
- 前記光吸収層の上に、さらに、正孔輸送層を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記正孔輸送層が、セレン、沃化物、コバルト錯体、鉄錯体、CuSCN、MoO3、NiO、及び有機ホール輸送材よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、請求項6に記載の光電変換装置。
- 前記光吸収層又は正孔輸送層の上に、さらに第二電極層を備える、請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記第二電極層は、カーボン、金、タングステン、モリブデン及びチタンよりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、請求項8に記載の光電変換装置。
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