JP6773944B2 - 光発電素子 - Google Patents
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Description
図7を用いて、従来例として、二酸化ケイ素(SiO2)及び酸化チタン(TiO2)の二つの発電層を用いた、タンデム型発電素子を説明する。
光入射側のFTO層3の上には、焼結により固化された多孔質の二酸化チタン層6が形成されている。そして、多孔質の二酸化チタン層6には、ルテニウム錯体色素を吸着させたチタニア粒子を増感色素として担持させている。また、FTO層4の上には白金膜5が形成されている。
さらに、二酸化チタン層6と二酸化ケイ素層7の高さ方向の間隔は、0.2mm以上であり、四方を封止材8によって囲まれた中に電解質9が封入されている。
このように粉砕された二酸化ケイ素微粒子は、個々の形状は、球形に近いものもあるが図8に示すような非球体物も存在する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
図1は、実施例1におけるタンデム型光発電素子の断面図、図2は、実施例2におけるタンデム型光発電素子の断面図、図4は、実施例3におけるタンデム型光発電素子の断面図であるが、以下の点は、図1、2、4において共通の事項であるので、代表的に図1を用いて説明する。
図1において、第一の基板12及び第二の基板11のうち、少なくとも光入射側となる第二の基板は透明材料で構成されており、好ましくは、双方とも透明材料で構成されている。透明材料としては、ガラスが一般的であるが、ガラス以外にもプラスチック等の樹脂でもよい。
第二の基板上には、透明な第二の導電膜13形成されている。第二の導電膜13は、好ましくはFTO(フッ素ドープ酸化錫)であるが、FTO層以外にも、例えば、インジウム−スズ複合酸化物(ITO)でもよい。
また、GaAs、Si、Se、InPなどの元素半導体などでもよい。
さらに、SnOとZnOとの複合体、TiO2とNb2O5の複合体などの、上述した物質の2種以上よりなる複合体を用いることもできる。
なお、半導体の種類はこれらに限定されるものでは無く、2種類以上混合して用いることもできる。
これらの第二の光発電層16の層厚は高さ方向で3〜30μmであることが好ましく、より好ましくは6〜20μmである。
また、これらの色素は単独で用いてもよいし、もしくは2種類以上を混合して用いることもできる。
第一の光発電層は、いずれも、実施例1〜3のいずれの場合でも、電荷交換層(図1,2においては、15。図4においては23)の上に、第一の発電層 (図1においては21。図2においては、17。図4においては24)として、二酸化ケイ素微粒子10が分散されている。
実施例1〜3においては、高さ方向の電解質19部分の厚み、すなわち第一の光発電層(図1においては21。図2においては、17。図4においては24)と第二の光発電層16との間の高さ方向の間隔は、200μm以下である。
LEDライト(株式会社コスモテクノ社製)を用いて、第二の基板側から光を入射させ、CEM社製照度計DT−1309で 1000luxの値となる光を測定対象となる光発電素子に照射した。デジタルマルチメーターを用いて、測定対象となる光発電素子のI−V特性を測定し、短絡電流、開放電圧、形状因子ffの値を得ると共に、単位面積当たりの最高出力値を導いた。
図1は実施例1を説明する図である。実施例1においては、第一の光発電層21に用いる二酸化ケイ素微粒子10として、平均長径Lが20〜100nmのものを用いている。これらの二酸化ケイ素微粒子10が、平坦な第一の導電膜14(FTO層)とその上に形成された同じく平坦な電荷交換層15(Pt層)の上に重なり合うように分散され、高さ方向の厚さが300〜500nmとなる第一の光発電層21を構成している。
他の要件等は、実施例1〜3の共通事項として説明した通りである。
図2は実施例2を説明する図である。実施例2においては、実施例1と同じ、材料等を用いている。しかし、二酸化ケイ素微粒子10を、平坦な第一の導電膜14とその上に形成された同じく平坦な電荷交換層15の上に、高さ方向の厚さが300nm以下となるように第一の光発電層17を構成している。
つまり、実施例1に比較して、第一の光発電層の高さ方向の厚みを小さくしている。
このため、光発電効率を改善するためには、二酸化ケイ素微粒子10を電荷交換層15の上面に敷き詰め過ぎないことが重要である。つまり、二酸化ケイ素微粒子10が互いに重なり過ぎず、空間をもった状態である方が、光発電量が高くなることが確認できる。
図4は実施例3を説明する図である。実施例3においては、実施例1、2と同じ材料等を用いている。しかし、実施例3においては、二酸化ケイ素微粒子10を配置する下地となる、第一の導電膜22(FTO層)及び電荷交換層23(Pt層)が平坦な構造ではないものを採用している。図4に示すように、第一の導電膜22が表面に凹凸(roughness、asperity)を有しており、表面に約50nmの高低差を有している。第一の導電膜22上に形成される電荷交換層23も、第一の導電膜22の高低差の影響を受け、表面に凹凸を有している。
このような下地層の表面の凹凸の形状と相まって、二酸化ケイ素微粒子10は薄く分散して配置されることになる。これにより、二酸化ケイ素微粒子10は、過度に重ならず、適度な空間的な余裕を持って配置され、光発電量が高くなることが確認できる。
さらに、第一の導電膜及び/又は電荷交換層の凹凸の高さ方向の高低差や凹凸の形状、第一の基板と平行な方向における凹凸の分布は、二酸化ケイ素微粒子10の大きさの分布、形状の分布に応じて、様々な最適の組み合わせが可能である。
この他、各実施例の一部について他の材料や構成の追加、削除、置換をすることも可能であることは言うまでもない。
11・・・第二の基板
12・・・第一の基板
13・・・第二の導電膜
14・・・第一の導電膜
15・・・電荷交換層
16・・・第二の光発電層
17・・・第一の光発電層
18・・・封止材
19・・・電解質
21・・・第一の光発電層
22・・・第一の導電膜
23・・・電荷交換層
24・・・第一の光発電層
Claims (11)
- 第一の導電膜を一方の表面に有する第一の基板と第二の導電膜を一方の表面に有する第二の基板が、前記第一の導電膜及び前記第二の導電膜が互いに向かい合って配置されており、
前記第一の導電膜の上に、電荷交換層が配置されており、
前記電荷交換層の上に、第一の光発電層が配置されており、
前記第二の導電膜と前記第一の光発電層と間に、電解質が配置されており、
前記第一の光発電層は、二酸化ケイ素微粒子によって構成されており、
前記第一の光発電層の高さ方向の厚さは、前記二酸化ケイ素微粒子の平均長径の3倍以下で形成されている光発電素子。 - 第一の導電膜を一方の表面に有する第一の基板と第二の導電膜を一方の表面に有する第二の基板が、前記第一の導電膜及び前記第二の導電膜が互いに向かい合って配置されており、
前記第一の導電膜の上に、電荷交換層が配置されており、
前記電荷交換層の上に、第一の光発電層が配置されており、
前記第二の導電膜と前記第一の光発電層と間に、電解質が配置されており、
前記第一の光発電層は、二酸化ケイ素微粒子によって構成されており、
前記二酸化ケイ素微粒子は、高さ方向に凹凸のある前記電荷交換層の上に配置されている光発電素子。 - 第一の導電膜を一方の表面に有する第一の基板と第二の導電膜を一方の表面に有する第二の基板が、前記第一の導電膜及び前記第二の導電膜が互いに向かい合って配置されており、
前記第一の導電膜の上に、電荷交換層が配置されており、
前記電荷交換層の上に、第一の光発電層が配置されており、
前記第二の導電膜と前記第一の光発電層と間に、電解質が配置されており、
前記第一の光発電層は、二酸化ケイ素微粒子によって構成されており、
前記二酸化ケイ素微粒子は、高さ方向に凹凸のある前記第一の導電膜の上面に設けられた高さ方向に凹凸のある前記電荷交換層の上に配置されている光発電素子。 - 請求項2において、
前記電荷交換層の高さ方向の凹凸は、50nm以上である光発電素子。 - 請求項3において、
前記第一の導電膜の高さ方向の凹凸は、50nm以上である光発電素子。 - 第一の導電膜を一方の表面に有する第一の基板と第二の導電膜を一方の表面に有する第二の基板が、前記第一の導電膜及び前記第二の導電膜が互いに向かい合って配置されており、
前記第二の導電膜の上に、第二の光発電層が配置されており、
前記第一の導電膜の上に、電荷交換層が配置されており、
前記電荷交換層の上に、第一の光発電層が配置されており、
前記第二の光発電層と前記第一の光発電層と間に、電解質が配置されており、
前記第一の光発電層は、二酸化ケイ素微粒子によって構成されており、かつ、高さ方向の厚さが、前記二酸化ケイ素微粒子の平均長径の3 倍以下となるように、二酸化ケイ素微粒子が配置されている光発電素子。 - 請求項6において、
前記第一の光発電層は、第二の基板側から第一の基板を見た場合に、二酸化ケイ素微粒子の隙間から、前記電荷交換層が見える程度に、前記二酸化ケイ素微粒子が配置された光発電素子。 - 請求項6または7において、
前記電荷交換層、及び/又は、前記第一の導電膜は、高さ方向に50nm以上の凹凸を有する光発電素子。 - 請求項6から8のいずれか一項において、
前記第二の光発電層は、TiO2、SnO、ZnO、WO3、Nb2O5、In2O3、ZrO2、Ta2O5、TiSrO3から選ばれた物質である光発電素子。 - 請求項6から9のいずれか一項において、前記第二の光発電層は、増感色素を担持させたものである光発電素子。
- 請求項1から10のいずれか一項において、
前記二酸化ケイ素微粒子は、ハロゲン化水素酸に浸漬処理された二酸化ケイ素である光発電素子。
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