JP6042634B2 - 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 - Google Patents
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Description
色素を含む半導体層を透明導電性基板上に備えた光電極と、前記光電極に向かい合うように配置された対極と、前記光電極と前記対極との間に介在する電解液を含む電解質層と、を備え、
前記色素は、ポルフィリン構造を有しており、
前記電解液は、グアニジン化合物を含むものである。
透明導電膜(TCO)付ガラス基板に、n型半導体であるチタニア(TiO2)のナノ粒子(平均粒径20nm)を含有するチタニアペーストをスクリーン印刷法で塗工した。塗膜を150℃で乾燥し、さらに450℃で30分間の加熱により焼成して、ナノ粒子のチタニア層を形成させた。さらにその上に、n型半導体であるチタニア粒子(平均粒径400nm)から構成される多孔質半導体層(チタニア層)を同様な工法で積層して、チタニア電極を形成させた。得られたチタニア電極を、表面処理のために4塩化チタン(TiCl4)水溶液に60分間浸漬し、洗浄した後、450℃、30分間の加熱により再度焼成した。表面処理されたチタニア電極を、アセトニトリルとt−ブタノールの混合溶媒(体積比50%)に色素を溶解した溶液(濃度:0.3mM)に浸漬した。色素としては式(10)に示す電子供与性官能基を導入したポルフィリン構造を有する化合物(色素1と称する)を用いた。この色素を含む溶液に浸漬したあと、アセトニトリルで洗浄して、色素が吸着した光電極を得た。
電解液として、グアニジンチオシアネートを含まないものを用いた以外は実施例1と同様の工程を経て得られたセルを比較例1とした。この比較例1では、同様のセルを2つ作製し、それぞれ比較例1−1,1−2とし、比較例1と総称する。
色素として、式(11)の電子供与性官能基を導入したポルフィリン構造を有する化合物(色素2と称する)を用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られたセルを実施例2とした。この実施例2では、同様のセルを2つ作製し、それぞれ実施例2−1,2−2とし、実施例2と総称する。
電解液として、グアニジンチオシアネートを含まないものを用いた以外は実施例2と同様の工程を経て得られたセルを比較例2とした。この比較例2では、同様のセルを2つ作製し、それぞれ比較例2−1,2−2とし、比較例2と総称する。
500Wのキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を使い、実施例1、2及び比較例1、2の色素増感型太陽電池の電流(I)−電圧(V)特性(IV特性)を計測し、光電変換効率を測定した。
周波数アナライザ(5080、NF ELECTRONIC INSTRUMENTS社製)とポテンシオスタット(HZ−3000、北斗電工製)を用いて、実施例1,2及び比較例1,2の色素増感型太陽電池の交流インピーダンス計測を実施した。上述した光電変換効率測定において、360h、936h、2376hのサンプルを用いて測定を行った。その際、キセノンランプからの白色光照射下で、開放端電圧付近でインピーダンスの10mHz〜100kHzでの周波数帯域での周波数応答を測定した。
図3は、実施例1及び比較例1の変換効率及び形状因子の維持率の測定結果である。図4は、実施例2及び比較例2の変換効率及び形状因子の維持率の測定結果である。図5は、実施例1及び比較例1の交流インピーダンス測定結果である。図6は、実施例2及び比較例2の交流インピーダンス測定結果である。実施例及び比較例の色素、添加剤の有無、変換効率維持率(%)、形状因子(F.F.)の維持率(%)をまとめて表1に示す。変換効率維持率は、それぞれのサンプルごとに最高値を1としたときの割合とし、表1には測定開始から2376時間後の値を示した。また、形状因子維持率は、それぞれのサンプルごとに最高値を1としたときの割合とし、表1には測定開始から2376時間後の値を示した。図3、4及び表1に示すように、比較例1〜2では、耐久性評価試験において、時間と共に、変換効率及び形状因子が低下することがわかった。これに対して、グアニジンチオシアネートを電解液に添加した実施例のサンプルでは、いずれも、変換効率及び形状因子の低下が抑制されることがわかった。特に、グアニジンチオシアネートを電解液に添加した場合、形状因子の低下を抑制する効果が顕著であった。更に、実施例1の色素1に比して実施例2の色素2の方が、変換効率及び形状因子の低下抑制の効果が顕著であった。なお、グアニジンチオシアネートを電解液に添加すると、初期の変換効率をより高めることができることもわかった。
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