JP6319734B2 - 色素増感型太陽電池用対向電極、これを用いた色素増感型太陽電池および色素増感型太陽電池用対向電極の製造方法。 - Google Patents
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Description
図1は、本願発明に係る対向電極を組み込んだ色素増感太陽電池の好ましい態様の一例を表している。本願発明に係る色素増感太陽電池の動作原理につき以下に説明する。
本願発明に係る正極は、金属緻密層6と同金属緻密層6に金属結合している金属多孔質層5から構成される。
本願発明に係る正極は、金属緻密層6に対応した金属箔に金属粒子を分散させたペースト組成物を塗工した後、加熱してバインダー成分を揮発除去してから、800℃〜1200℃、真空雰囲気において加熱することにより金属緻密層6に載置した金属多孔質層5を製造することができる。
1)チタンペースト作製
平均粒径20μm、最大粒径30μmのチタン粉と、エチルセルロース、アクリル樹脂、ターピオネールの混合物からなるバインダー成分とを量比(Vol.%)75%:25%で混合してチタンペーストを作製した。
上記チタンペーストをスクリーン印刷機を用いて、厚さ35μmのチタン圧延箔上に塗工した。このとき塗工厚みは、40μmとした。
チタン圧延箔に塗工したチタンペーストを150℃で乾燥した後、350℃、大気雰囲気で熱処理しバインダー成分を除去した。その後、真空雰囲気、950℃で2Hr処理してチタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。焼結体の厚みは35μmであり、空隙率は45%であった。
前記3)の加熱処理で得られたシート状チタン複合体を対向電極基板として、図1に示す色素増感太陽電池を製造した。シート状チタン複合体を使用しない従来の色素増感太陽電池のシート抵抗、変換効率、製造コストをそれぞれ指数100で表現すると、セル抵抗は91、変換効率は102、製造コストは60であった。
実施例1において、燒結温度を900℃とした以外は実施例1と同じ条件で、チタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。焼結体の厚みは36μmであり、空隙率は55%であった。このシート状チタン複合体を対向電極基板とする色素増感太陽電池を製造した。シート状チタン複合体を使用しない従来の色素増感太陽電池のシート抵抗、変換効率、製造コストをそれぞれ指数100で表現すると、セル抵抗は90、変換効率は102、製造コストは62であった。
実施例1において、チタンペースト塗工物の加熱処理温度を1050℃とした以外は実施例1と同じ条件で、チタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。焼結体の厚みは34μmであり、空隙率は35%であった。このシート状チタン複合体を対向電極基板とする色素増感太陽電池を製造した。シート状チタン複合体を使用しない従来の色素増感太陽電池のシート抵抗、変換効率、製造コストをそれぞれ指数100で表現すると、セル抵抗は92、変換効率は101、製造コストは61であった。
実施例1において、チタンペースト塗工物の加熱処理温度を700℃とした以外は実施例1と同じ条件で、チタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。チタン焼結体のチタン粒子同士は接合しているものの、チタン箔とチタン焼結体の結合強度は不十分で金属結合していないようであった。焼結体の厚みは37μmであり、空隙率は65%であった。このシート状チタン複合体を対向電極基板とする色素増感太陽電池は、多孔質膜が安定でなく、洗浄、その他作業中に剥離する傾向が見られ、太陽電池用電極としては不適切であった。
実施例1において、チタンペーストの塗工厚みを60μmとした以外は実施例1と同じ条件で、チタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。焼結体の厚みは51μmであり、空隙率は45%であった。このシート状チタン複合体は、多孔質層側が凹となるわずかな反りが生じていたが、作業中に剥離する等の不都合は生じなかったので、このシート状チタン複合体を対向電極基板とする色素増感太陽電池を製造したが、電極が短絡してしまい、電池性能が全く発現しなかった。
実施例1において、チタン箔の厚さを55μmとした以外は実施例1と同じ条件で、チタン箔とチタン焼結体の複合体を得た。焼結体の厚みは35μmであり、空隙率は45%であった。このシート状チタン複合体は、多孔質層側が凸となるわずかな反りが生じていたが、作業中に剥離する等の不都合は生じなかった。
しかしながら、この太陽電池は、対向電極基板としての柔軟性がなく、意匠性を十分に発揮することが出来なかった。
実施例1で用いたチタンペーストをポリエチレンフィルム(PET)上に塗工し、乾燥後チタン成形体をPETフィルムから剥離し、チタン成形体のみを脱脂処理、真空燒結処理し、厚さ35μm、空隙率45%のチタン多孔質膜を得た。
このチタン多孔質膜を単層で対向電極基板として色素増感太陽電池を製造したが、電解液の漏洩が生じ、太陽電池としての耐久性を確保できなかった。
2…透明導電膜、
3…酸化チタン粒子層、
4…色素、
5…金属多孔質層、
6…金属緻密層、
7…電解液、
8…外部回路、
9…外部負荷。
Claims (5)
- 色素増感型太陽電池において透明電極上に形成された酸化チタン層からなる負極と対向し、かつ曲げ性を有する色素増感型太陽電池用対向電極であって、
層状に結合された厚さ10〜50μmの金属多孔質層と、基板として使用される厚
さ10〜50μmかつシート状金属緻密層のみから構成され、
前記金属多孔質層を構成する金属粒子が相互に金属結合で結合され、
前記金属多孔質層と前記シート状金属緻密層が金属結合で結合され、
前記金属多孔質層は、前記シート状金属緻密層上に凸状に形成され、
前記金属多孔質層と前記シート状金属緻密層の厚みの比が0.9〜1.1であり、
前記金属多孔質層の空隙率が30〜60%であり、
前記金属多孔質層と前記シート状金属緻密層はチタンまたはチタン合金である
ことを特徴とする曲げ性を有する色素増感型太陽電池用対向電極。 - 前記シート状金属緻密層の空隙率が1%以下であることを特徴とする請求項1に記載の曲げ性を有する色素増感型太陽電池用対向電極。
- 請求項1または2に記載の色素増感型太陽電池用対向電極を有することを特徴とする曲げ性を有する色素増感型太陽電池。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の曲げ性を有する色素増感型太陽電池用対向電極の製造方法であって、
金属粒子とバインダーとを含むペーストを、厚さ10〜50μmの緻密な金属シート上に塗布し、
これを焼結して、前記金属粒子からなる厚さ10〜50μmで空隙率30〜60%の金属多孔質層と前記金属シートからなる金属緻密層とを有し前記金属多孔質層と前記金属緻密層の厚みの比が0.9〜1.1である構造とするとともに、前記金属粒子同士を金属結合させ、前記金属多孔質層と前記金属緻密層とを金属結合させることを特徴とする曲げ性を有する色素増感型太陽電池用対向電極の製造方法。 - ガラス板と、前記ガラス表面にコーティングした透明導電膜と、前記透明導電膜上に載置した酸化チタン粒子層と、前記酸化チタン粒子表面に吸着させた色素からなる負極とを有し、前記負極と前記対向電極との間に電解液を封止したことを特徴とする請求項3に記載の曲げ性を有する色素増感型太陽電池。
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