JP6181676B2 - 色素増感型太陽電池、色素増感型太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
電子輸送層を光透過導電性基板上に備えた電極と、
前記電極に向かい合うように配置された対極と、
前記電極と前記対極との間に介在する介在層と、を備え、
前記介在層には、ポルフィリン構造を1つ以上有するポルフィリン色素と、一価のアニオンを有する無機塩と、ホール輸送材料とが含まれるものである。
色素1として、式(10)で表されるポルフィリン色素を用いた。また、色素2として、式(11)で表される、赤色のインドリンロダニン色素(D358)を用いた。また、色素3として、式(12)で表される、シアノカルボン酸を有しロダニン構造を有さないインドリン色素(D131)を用いた。また、色素4として、式(13)で表されるポルフィリン色素を用いた。なお、色素1は緑色、色素2は赤色、色素3は黄色、色素4は緑色の色素である。
[実験例1]
透明導電性ガラス(TCO)基板上に、電子輸送層(n型半導体層)として多孔質TiO2膜をスクリーン印刷法で塗布し、150℃で乾燥したのち、電気炉内で450℃に加熱して、多孔質TiO2膜基板を作成した。色素1(0.0001mol/L)、色素2(0.0001mol/L)、色素3(0.0001mol/L)、ホール輸送材料としてのCuI(0.15mol/L)及び有機塩としてのEMISCN(0.01mol/L)を溶解したアセトニトリル溶液をそれぞれ調製し、上述した多孔質TiO2膜基板上に塗布し、アセトニトリルを蒸発させて、介在層を形成した。そして、この介在層の上に、対極としてのPt薄膜を配置し、セルを作製した。
無機塩としてのLiI(0.1mol/L)を溶解したアセトニトリル溶液を調製し、これを色素1〜3やCuIを溶解したアセトニトリル溶液とともに用いた以外は、実験例1と同様に実験例2のセルを作製した。LiIに代えてCaI2を用いた以外は、実験例2と同様に実験例3のセルを作製した。LiIに代えてLiSCNを用いた以外は、実験例2と同様に実験例4のセルを作製した。LiIに代えてKIを用いた以外は、実験例2と同様に実験例5のセルを作製した。LiIに代えてMgI2を用いた以外は、実験例2と同様に実験例6のセルを作製した。LiIに代えてKSCNを用いた以外は、実験例2と同様に実験例7のセルを作製した。
色素3を用いなかった点以外は実験例1と同様に実験例8のセルを作製した。色素3を用いなかった点以外は実験例2と同様に実験例9のセルを作製した。
色素2,3を用いなかった点以外は実験例1と同様に実験例10のセルを作製した。色素2,3を用いなかった点以外は実験例2と同様に実験例11のセルを作製した。
色素1,2を用いなかった点以外は実験例1と同様に実験例12のセルを作製した。色素1,2を用いなかった点以外は実験例2と同様に実験例13のセルを作製した。
ポルフィリン色素を色素1から色素4に変更し、色素3を用いなかった点以外は実験例1と同様に実験例14のセルを作製した。ポルフィリン色素を色素1から色素4に変更し、色素3を用いなかった点以外は実験例2と同様に実験例15のセルを作製した。
実験例1〜15の色素増感型太陽電池について、2光源式のソーラーシミュレータ(ワコム電創社製WXS−155S−L2型)を用い、1kWのキセノンランプと400WのハロゲンランプからAMフィルター(AM−1.5)を通して100mW/cm2の疑似太陽光を照射したときの電流−電圧特性(IV特性)をI−Vテスター(ワコム電創社製IV−9701)を用いて測定し、起動開始直後における開放電圧Voc(V)を求めた。
図3及び表1に実験例1〜7の開放電圧Vocを示した。図3及び表1に示すように、無機塩を含まない実験例1の場合に比べて、無機塩を含む実験例2〜7では、開放電圧Vocが向上することがわかった。
表2に、実験例1と2、実験例8と9、実験例10と11、実験例12と13、実験例14と15のそれぞれにおけるVocの差を示した。表2に示すように、色素1(ポルフィリン色素)を含まない実験例12,13では、無機塩(LiI)を用いることにより開放電圧が低下するのに対して、色素1を含む実験例1,2や実験例8,9、実験例10,11では、無機塩を用いることにより開放電圧が向上した。また、色素1に代えて色素4(ポルフィリン色素)を用いた実験例14,15でも、無機塩を用いることにより開放電圧が向上した。このことから、色素として、ポルフィリン色素を含む必要があることがわかった。このうち、さらに色素2を含む実験例1,2や実験例8,9、実験例14,15では開放電圧がより向上し、さらに色素3を含む実験例1,2では開放電圧が一層向上した。このことから、色素として2種以上の色素を含むことがより好ましいことがわかった。また、ダブルポルフィリン色素(色素1)を用いた実験例8,9では、シングルポルフィリン色素(色素4)を用いた実験例14,15よりも、開放電圧が向上したことから、ポルフィリン色素としては、ダブルポルフィリン色素がより好ましいことがわかった。
Claims (15)
- 電子輸送層を光透過導電性基板上に備えた電極と、
前記電極に向かい合うように配置された対極と、
前記電極と前記対極との間に介在する介在層と、を備え、
前記介在層には、第1ポルフィリン構造と第2ポルフィリン構造とを含むポルフィリン構造を有するポルフィリン色素と、一価のアニオンを有する無機塩と、ホール輸送材料とが含まれる、
色素増感型太陽電池。 - 前記無機塩は、一価のアニオンとしてハロゲン化物イオンを有する、請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記無機塩は、一価のアニオンとしてヨウ化物イオン(I-)を有する、請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記無機塩は、一価のアニオンとしてチオシアン酸イオン(SCN-)を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記無機塩は、カチオンとして、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン及び遷移金属イオンからなる群より選ばれる1種以上を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ポルフィリン色素は、電子供与性官能基と第1置換基と第2置換基とアンカー基とがそれぞれ別に結合したポルフィリン構造を有している、請求項1〜5のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ポルフィリン色素は、ポルフィリン構造を2つ含むダブルポルフィリン色素である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記介在層は、2種以上の色素を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記介在層には、前記ポルフィリン色素と前記無機塩と前記ホール輸送材料とが混在した状態で含まれる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記介在層と前記対極との間に存在する、ホール輸送材料からなるホール輸送層をさらに備えた、請求項1〜9のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ホール輸送層は、有機塩を含む、請求項10に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記介在層は、有機塩を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記電子輸送層は、酸化チタン及び酸化亜鉛のうちの少なくとも一方を含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記ホール輸送材料は、CuI、CuSCN、Cu2O、CuO及びCuAlO2の1以上を含むものである、請求項1〜13のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池を複数備えている、色素増感型太陽電池モジュール。
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