JP6401826B1 - 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、透明基板11と、透明基板11の上に設けられる透明導電層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は、本体部41と突出部42とを有する。
電解質50は、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)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/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;ハロゲン化鉛系ペロブスカイトなどの有機−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。
絶縁材70を構成する材料は、絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、絶縁材料としては、例えばガラスフリットなどの無機絶縁材料、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、ガラスフリットなどの無機絶縁材料又は熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。この場合、封止部40が高温時に流動性を有するようになっても、絶縁材70は、熱可塑性樹脂からなる場合に比べて高温時でも流動化しにくい。このため、第1電極基板10の透明導電層12と第2電極基板20との接触が十分に抑制され、透明導電層12と第2電極基板20との間の短絡を十分に抑制できる。
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からなる透明導電層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。
第1封止部形成体を準備する際、101.4mm×46.4mm×50μmの第1封止用樹脂フィルムを用いて、97.4mm×42.4mmの開口を形成し、第2封止部形成体を準備する際、101.4mm×46.4mm×50μmの第2封止用樹脂フィルムを用いて、96.4mm×41.4mmの開口を形成するとともに、構造体A及び構造体Bを互いに重ね合わせた際、酸化物半導体層の厚さ方向に酸化物半導体層及び第2封止部形成体を見た場合に、酸化物半導体層と第2封止部形成体とが0.3mmだけ重なり合うように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、表1に示すように、得られた光電変換素子において、封止部のうち本体部の幅Tは2mmであり、突出部の突出幅tの最小値t1は0mmであり、突出部tの最大値t2は0.5mmであり、t2/Tは0.25であった。
第2封止部形成体の幅を2mmとし、構造体A及び構造体Bを互いに重ね合わせた際、酸化物半導体層の厚さ方向に酸化物半導体層及び第2封止部形成体を見た場合に、酸化物半導体層と第2封止部形成体とが重なり合わないように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、表1に示すように、得られた光電変換素子において、封止部のうち本体部の幅Tは2mmであり、突出部の突出幅tの最小値t1および最大値t2はいずれも0mmであり、t2/Tは0であった。
(光電変換特性)
上記のようにして得られた実施例1、実施例2及び比較例1で得られた光電変換素子について、作製直後に200ルクスの白色光を照射した状態でIV曲線を測定し、このIV曲線から算出される最大出力動作電力W0(μW)を「初期出力」として算出し、これを光電変換特性の指標とした。結果を表1に示す。なお、IV曲線の測定に用いた光源、照度計および電源は以下の通りである。
光源:白色LED(製品名「LEL−SL5N−F」、東芝ライテック社製)
照度計:製品名「デジタル照度計51013」、横河メータ&インスツルメンツ社製
電源:電圧/電流 発生器(製品名「R6246I」、ADVANTEST製)
上記のようにして得られた実施例1、実施例2及び比較例1で得られた光電変換素子について、初期出力(W0)を測定した後、実施例1、実施例2及び比較例1で得られた光電変換素子について、JIS C 8938に準じたヒートサイクル試験を行った後の出力(W)を、初期出力と同様にして測定した。そして、下記式に基づき、出力維持率を算出し、これを耐久性の指標とした。結果を表1に示す。なお、ヒートサイクル試験は、環境温度を−40℃から90℃まで上昇させてから下降させるサイクルを1サイクルとした場合に200サイクル行った。このとき、1サイクルは4時間かけて行った。
出力維持率(%)=100×(W/W0)
20…第2電極基板
30…酸化物半導体層
40…封止部
41…本体部
42…突出部
50…電解質
60…光電変換セル
70…絶縁材
100,200,300…光電変換素子
t…突出部の突出幅
Claims (3)
- 光電変換セルを備える光電変換素子であって、
前記光電変換セルが、
第1電極基板と、
前記第1電極基板に対向する第2電極基板と、
前記第1電極基板上に設けられる酸化物半導体層と、
前記第1電極基板及び前記第2電極基板の間に設けられる電解質と、
前記第1電極基板及び前記第2電極基板を接着する環状の封止部とを備え、
前記封止部が、
前記第1電極基板及び前記第2電極基板の間に設けられる本体部と、前記本体部よりも内側に突出する突出部とを有し、
前記突出部の突出幅が、前記第1電極基板側から前記第2電極基板側に向かうにつれて増加している、光電変換素子。 - 前記光電変換素子を、前記酸化物半導体層の厚さ方向に見た場合に、前記酸化物半導体層と前記封止部とが重なり合っている、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記封止部と前記第1電極基板との間に絶縁材が設けられている、請求項1又は2に記載の光電変換素子。
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