JP7030291B2 - 両面受光型色素増感太陽電池 - Google Patents
両面受光型色素増感太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7030291B2 JP7030291B2 JP2019204252A JP2019204252A JP7030291B2 JP 7030291 B2 JP7030291 B2 JP 7030291B2 JP 2019204252 A JP2019204252 A JP 2019204252A JP 2019204252 A JP2019204252 A JP 2019204252A JP 7030291 B2 JP7030291 B2 JP 7030291B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- semiconductor layer
- thickness
- average particle
- particle size
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 112
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 64
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 claims description 23
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 6
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 5
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 8
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000002165 photosensitisation Effects 0.000 description 2
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2022—Light-sensitive devices characterized by he counter electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/204—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising zinc oxides, e.g. ZnO
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/209—Light trapping arrangements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、太陽電池に関し、特に両面受光型色素増感太陽電池に関するものである。
最近数十年、太陽電池は、進化し続けており、将来石油を代替する主要なエネルギー源の一つである可能性がある。現在、太陽電池は、その種類が非常に多様化している。例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜、有機、ペロブスカイト構造材料又は色素増感などの太陽電池が挙げられる。
色素増感太陽電池を対象とする多くの研究が行われてきた。例えば、２０１９年９月に、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓで「準固体色素増感太陽電池におけるＴｉＯ２ナノフィラーの役割を解釈する新しいメカニズム(Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ；Ａ ｎｅｗ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ ｉｎ ｑｕａｓｉ－ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｄｙｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ)」という題名の文章が発表され、また２０１９年４月に、ＡＣＳ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇで「室内光条件下で効率的で安定した発電のための準固体色素増感太陽電池(Ｑｕａｓｉ－Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｄｙｅ－Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ Ｓｔａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｄｅｒ Ｒｏｏｍ Ｌｉｇｈｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ)」という題名の文章などが発表されている。
しかしながら、従来の太陽電池の光電変換効率は依然として明らかに不十分である。したがって、従来技術に存在する問題を解決するために、両面受光型色素増感太陽電池を提供する必要がある。
本発明の目的の一つは、主に特定の作用電極構造（それぞれが特定の厚さ及び特定の平均粒径を有する３つの半導体層を含む）を用いることにより、従来の太陽電池の光電変換効率を改善するための両面受光型色素増感太陽電池を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、第１光透過性基板と、第２光透過性基板と、作用電極と、第１半導体層と、第２半導体層と、第３半導体層と、対電極と、光透過性触媒層と、液体電解質と、を含む両面受光型色素増感太陽電池を提供する。当該第２光透過性基板と当該第１光透過性基板との間には、収容空間が形成される。当該作用電極は、当該収容空間に位置するように当該第１光透過性基板に設けられる。当該第１半導体層は、当該収容空間に位置するように当該作用電極に設けられ、第１厚さを有するとともに、第１平均粒径を有する複数の第１半導体粒子を含む。当該第２半導体層は、当該収容空間に位置するように当該第１半導体層に設けられ、第２厚さを有するとともに、当該第１平均粒径よりも大きい第２平均粒径を有する複数の第２半導体粒子を含む。当該第３半導体層は、当該収容空間に位置するように当該第２半導体層に設けられ、当該第１厚さ以上である第３厚さを有するとともに、当該第２平均粒径よりも小さい第３平均粒径を有する複数の第３半導体粒子を含む。当該対電極は、当該収容空間に位置するように当該第２光透過性基板に設けられる。当該光透過性触媒層は、当該収容空間に位置するように当該対電極に設けられる。当該液体電解質は、当該収容空間に充填される。
本発明の実施例では、当該第１平均粒径が１５～２５ｎｍである。
本発明の実施例では、当該第２平均粒径が３５０～４５０ｎｍである。
本発明の実施例では、当該第３平均粒径が１５～２５ｎｍである。
本発明の実施例では、当該第１厚さが１～６μｍである。
本発明の実施例では、当該第２厚さが１～６μｍである。
本発明の実施例では、当該第３厚さが１～１２μｍである。
本発明の実施例では、当該第３厚さが５～７μｍである。
本発明の実施例では、当該第１半導体層、当該第２半導体層及び当該第３半導体層のうちのいずれか一つの材質は、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化ニッケル及び酸化亜鉛のうちのいずれか一種を含む。
本発明の実施例では、当該光透過性触媒層の材質は、プラチナ及びポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェンのうちのいずれか一種を含む。
本発明の上記及び他の目的、特徴、利点をより明白かつ理解可能にするために、以下、本発明の好適実施例を添付の図面を参照しながら詳細に説明する。また、例えば上、下、頂、底、前、後、左、右、内、外、側面、周囲、中央、水平、横方向、垂直、縦方向、軸方向、径方向、最上層又は最下層などの本発明で言及される方向用語は、添付図面の方向を参照するに過ぎない。したがって、使用される方向用語は、本発明を説明及び理解するためのものであり、本発明を制限するものではない。
図１を参照して、本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０は、第１光透過性基板１１と、第２光透過性基板１２と、作用電極１３と、第１半導体層１４と、第２半導体層１５と、第３半導体層１６と、対電極１７と、光透過性触媒層１８と、液体電解質１９と、を含む。実施例では、当該第１光透過性基板１１は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。実施例では、当該第２光透過性基板１２は、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板である。なお、本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０は、当該第１光透過性基板１１及び当該第２光透過性基板１２からそれぞれ光線を収集し、光線を電力に変換するためのものである。一方、当該第２光透過性基板１２と当該第１光透過性基板１１との間には、収容空間１２Ａが形成され、当該収容空間は、主に、当該作用電極１３、当該第１半導体層１４、当該第２半導体層１５、当該第３半導体層１６、当該対電極１７、当該光透過性触媒層１８及び当該液体電解質１９を収容するためのものである。実施例では、当該第１光透過性基板１１と当該第２光透過性基板１２との間に接着剤（不図示）が設けられる。接着剤は、当該収容空間１２Ａを密閉するように当該収容空間１２Ａを取り囲む。
本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の作用電極１３は、当該収容空間１２Ａに位置するように当該第１光透過性基板１１に設けられる。当該作用電極１３は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）などの各種の適切な光透過性導電材質から選択してもよい。
本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の第１半導体層１４は、当該作用電極１３に設けられるものであって、第１厚さ１４Ａを有するとともに複数の第１半導体粒子１４１を含み、複数の第１半導体粒子１４１は、第１平均粒径を有する。当該第１半導体層１４は、主に光吸収層として使用される。実施例では、当該第１厚さは１～６μｍである。一例として、当該第１厚さは、例えば、２、３、４又は５μｍである。他の実施例では、当該第１平均粒径は１５～２５ｎｍである。一例として、当該第１平均粒径は、例えば、１６、１８、２０、２１、２２、２３又は２４ｎｍである。ここで、当該第１半導体層１４は、主に複数の第１半導体粒子１４１を積層してなされたものであり、当該第１半導体層１４を形成するために用いられる各種の補助剤（図示しない）を含んでもよい。例えば、当該第１半導体層１４は、スクリーン印刷により当該第１光透過性基板１１上に形成され、当該スクリーン印刷を実施する過程で各種の補助剤を使用してもよい。さらに、別の実施例では、当該第１半導体層１４の材質は、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化ニッケル及び酸化亜鉛のうちのいずれか一種を含む。
当該第２半導体層１５は、当該第１半導体層１４に設けられるものであって、第２厚さ１５Ａを有するとともに複数の第２半導体粒子１５１を含み、複数の第２半導体粒子１５１は、当該第１平均粒径よりも大きい第２平均粒径を有する。ここで、当該第２平均粒径が当該第１平均粒径よりも大きいため、当該第２半導体層１５は、主に光線の散乱層として使用され、光電効果が発生しなかった光線を再び散乱させて当該第１半導体層１４（又は後述の第３半導体層１６）に戻すことにより、光電変換効率を改善することができる。実施例では、当該第２厚さは１～６μｍである。一例として、当該第２厚さは、例えば、２、３、４又は５μｍである。他の実施例では、当該第２平均粒径は３５０～４５０ｎｍである。一例として、当該第１平均粒径は、例えば、３６０、３８０、４００、４１０、４２０、４３０又は４４０ｎｍである。ここで、当該第２半導体層１５は、主に複数の第２半導体粒子１５１を積層してなされたものであり、当該第２半導体層１５を形成するために用いられる各種の補助剤（図示しない）を含んでもよい。例えば、当該第２半導体層１５は、スクリーン印刷により当該第１半導体層１４上に形成され、当該スクリーン印刷を実施する過程で各種の補助剤を使用してもよい。さらに、別の実施例では、当該第２半導体層１５の材質は、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化ニッケル及び酸化亜鉛のうちのいずれか一種を含む。
当該第３半導体層１６は、当該第２半導体層１５に設けられるものであって、第３厚さ１６Ａを有するとともに複数の第３半導体粒子１６１を含み、複数の第３半導体粒子１６１は、第３平均粒径を有し、当該第２平均粒径は、当該第３平均粒径よりも大きい。当該第３半導体層１６は、主に光吸収層として使用される。実施例では、当該第３厚さは１～１２μｍである。一例として、当該第３厚さは、例えば、２、３、５、７、９、１０又は１１μｍである。他の実施例では、当該第３厚さは５～７μｍである。当該第３平均粒径は１５～２５ｎｍである。一例として、当該第３平均粒径は、例えば、１６、１８、２０、２１、２２、２３又は２４ｎｍである。ここで、当該第３半導体層１６は、主に複数の第３半導体粒子１６１を積層してなされたものであり、当該第３半導体層１６を形成するために用いられる各種の補助剤（図示しない）を含んでもよい。例えば、当該第３半導体層１６は、スクリーン印刷により当該第２半導体層１５上に形成され、当該スクリーン印刷を実施する過程で各種の補助剤を使用してもよい。さらに、別の実施例では、当該第３半導体層１６の材質は、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化ニッケル及び酸化亜鉛のうちのいずれか一種を含む。
実施例では、当該第１半導体層１４、当該第２半導体層１５及び当該第３半導体層１６は、例えば多孔質のものであり、光増感色素を吸着してもよい。
実施例では、当該第２平均粒径は、当該第１平均粒径及び当該第３平均粒径よりも明らかに大きい。例えば、当該第２平均粒径の数値は、当該第１平均粒径の数値の１５～２７倍であり、当該第２平均粒径の数値は、当該第３平均粒径の数値の１５～２７倍である。
本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の対電極１７は、当該収容空間１２Ａに位置するように当該第２光透過性基板１２に設けられる。実施例では、当該対電極１７は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）又はフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）など、各種の適切な光透過性導電材質から選択してもよい。
本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の液体電解質１９は、当該収容空間１２Ａに充填される。実施例では、液体電解質１９は、太陽電池に有用であることが知られる任意の液体電解質を採用してもよい。
実施例では、当該両面受光型色素増感太陽電池１０は、当該収容空間１２Ａに位置するように当該対電極１７に設けられる光透過性触媒層１８をさらに含む。実施例では、当該光透過性触媒層の材質は、プラチナ及びポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）のうちのいずれか一種を含む。一例として、当該光透過性触媒層の厚さは、例えば、５～２００ｎｍである。ここで、当該光透過性触媒層の材質としてプラチナを使用する場合、プラチナの厚さは、光透過性を達成する必要があり、例えば、５～１５ｎｍである。
ここで、本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の一つの特徴は、少なくとも三つの半導体層（第１半導体層１４、第２半導体層１５及び第３半導体層１６）を有する作用電極１３により、従来の太陽電池の光電変換効率を改善することにある。より具体的に、当該第１半導体層１４及び当該第３半導体層１６は、主に光吸収層として使用され、それぞれ当該第１光透過性基板１１及び当該第２光透過性基板１２から入射される光線を吸収することができる。また、当該第２半導体層１５は、主に散乱層として使用され、吸収されない光線をそれぞれ散乱させて当該第１半導体層１４及び当該第３半導体層１６に戻すことにより、光電変換効率を改善することができる。
また、本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池１０の他の特徴は、光電変換効率をさらに改善するために、当該第３半導体層１６の第３厚さを５～７μｍとすることにある。
本発明の実施例に係る両面受光型色素増感太陽電池によれば、光電変換効率を確実に改善できることを説明するために、いくつかの実施例及び一つの比較例を以下に示す。
実施例１
作用電極としてフッ素ドープ酸化スズを第１ガラス基板上に形成する。次に、各半導体層の材質として二酸化チタンを採用し、第１半導体層、第２半導体層及び第３半導体層をスクリーン印刷により順次形成する。当該第１半導体層の第１厚さは約２．７３μｍであり、当該第１半導体層は、複数の第１半導体粒子を含み、これらの第１半導体粒子の第１平均粒径は約２０ｎｍである。当該第２半導体層の第２厚さは約２．７３μｍであり、当該第２半導体層は、複数の第２半導体粒子を含み、これらの第２半導体粒子の第２平均粒径は約４００ｎｍである。当該第３半導体層の第３厚さは約２．７３μｍであり、当該第３半導体層は、複数の第３半導体粒子を含み、これらの第３半導体粒子の第３平均粒径は約２０ｎｍである。
作用電極としてフッ素ドープ酸化スズを第１ガラス基板上に形成する。次に、各半導体層の材質として二酸化チタンを採用し、第１半導体層、第２半導体層及び第３半導体層をスクリーン印刷により順次形成する。当該第１半導体層の第１厚さは約２．７３μｍであり、当該第１半導体層は、複数の第１半導体粒子を含み、これらの第１半導体粒子の第１平均粒径は約２０ｎｍである。当該第２半導体層の第２厚さは約２．７３μｍであり、当該第２半導体層は、複数の第２半導体粒子を含み、これらの第２半導体粒子の第２平均粒径は約４００ｎｍである。当該第３半導体層の第３厚さは約２．７３μｍであり、当該第３半導体層は、複数の第３半導体粒子を含み、これらの第３半導体粒子の第３平均粒径は約２０ｎｍである。
次に、当該第１半導体層、当該第２半導体層及び当該第３半導体層に光増感色素を吸着させる。それから、対電極としてフッ素ドープ酸化スズを第２ガラス基板上に形成する。その後、光透過性触媒層として光透過性プラチナ層を当該対電極上に形成するとともに、当該第１ガラス基板と当該第２ガラス基板との間に形成された収容空間に液体電解質を充填し、当該光透過性プラチナ層の厚さは約１０ｎｍである。最後に、当該収容空間を密閉し、実施例１の両面受光型色素増感太陽電池を完成させる。
実施例２
実施例２の製造方法は、実施例２の光透過性触媒層の材質にポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を採用し、当該ＰＥＤＯＴ触媒層の厚さが約１００ｎｍであることを除いて、実施例１とほぼ同じである。
実施例２の製造方法は、実施例２の光透過性触媒層の材質にポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を採用し、当該ＰＥＤＯＴ触媒層の厚さが約１００ｎｍであることを除いて、実施例１とほぼ同じである。
実施例３～４
実施例３～４の製造方法は、実施例３～４においてそれぞれ二回及び三回のスクリーン印刷により異なる厚さ（６．５１μｍ及び９．５μｍ）を有する第３半導体層を形成することを除いて、実施例１とほぼ同じである。
実施例３～４の製造方法は、実施例３～４においてそれぞれ二回及び三回のスクリーン印刷により異なる厚さ（６．５１μｍ及び９．５μｍ）を有する第３半導体層を形成することを除いて、実施例１とほぼ同じである。
比較例１
比較例１の製造方法は、比較例において第３半導体層を含まないことを除いて、実施例１とほぼ同じである。
比較例１の製造方法は、比較例において第３半導体層を含まないことを除いて、実施例１とほぼ同じである。
次に、市販の機器を用いて実施例１及び２と比較例１とを分析して比較するとともに、空気品質（ＡＭ）１．５Ｇスペクトルの標準太陽光の下で太陽電池の正面（第１光透過性基板１１から入射される光線）及び背面（第２光透過性基板１２から入射される光線）から各データを測定し、測定した結果を以下の表１に示す。
上記の表からわかるように、３層半導体構造を使用することにより、太陽電池の背面受光方向の変換効率を改善ことができる。また、ＰＥＤＯＴを対電極の触媒材質として使用すると、背面受光方向の変換効率をさらに改善することができる。これは、ＰＥＤＯＴが液体電解質に対して触媒特性を有するだけでなく、極めて高い光透過率をさらに有するためである。図２は対電極の光透過率の分析結果を示す図である。ここでは、Ｂａｒｅ ＦＴＯは、第２光透過性基板にＦＴＯ（すなわち、ＦＴＯ基板）が設けられることを指し、図２のＰＥＤＯＴは、ＦＴＯ基板に触媒材質がＰＥＤＯＴである対電極（すなわち、実施例２）が設けられることを指し、図２のＰｔは、ＦＴＯ基板に触媒材質がプラチナである対電極（すなわち、実施例１）が設けられることを指す。図２からわかるように、プラチナ材質の対電極に対して、ＰＥＤＯＴの対電極は高い光透過率をさらに有する。
一方、実施例１、３、４及び比較例１からわかるように、第３半導体層を用いて背面の変換効率を高めることができる。一方、実施例１、３及び４からわかるように、第３厚さが５～７μｍであると、背面は、最高の変換効率を有する。一般的に、正面に位置する光吸収層の厚さが小さいほど、変換効率が優れる。しかしながら、実施例３からわかるように、好ましい変換効率を有するためには、背面の光吸収層の厚さ（第３厚さ）を特定の範囲にする必要がある。
本発明は、好適実施例によって開示されているが、本発明を制限することを意図するものではない。この技術に精通している人なら誰でも、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、さまざまな変更及び修正を行うことができる。したがって、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められるべきである。
１０：太陽電池
１１：第１光透過性基板
１２：第２光透過性基板
１２Ａ：収容空間
１３：作用電極
１４：第１半導体層
１４Ａ：第１厚さ
１５：第２半導体層
１５Ａ：第２厚さ
１６：第３半導体層
１６Ａ：第３厚さ
１７：対電極
１８：光透過性触媒層
１９：液体電解質
１４１：第１半導体粒子
１５１：第２半導体粒子
１６１：第３半導体粒子
１１：第１光透過性基板
１２：第２光透過性基板
１２Ａ：収容空間
１３：作用電極
１４：第１半導体層
１４Ａ：第１厚さ
１５：第２半導体層
１５Ａ：第２厚さ
１６：第３半導体層
１６Ａ：第３厚さ
１７：対電極
１８：光透過性触媒層
１９：液体電解質
１４１：第１半導体粒子
１５１：第２半導体粒子
１６１：第３半導体粒子
Claims (5)
- 両面受光型色素増感太陽電池であって、
第１光透過性基板と、
当該第１光透過性基板との間に収容空間が形成される第２光透過性基板と、
当該収容空間に位置するように当該第１光透過性基板に設けられる作用電極と、
当該収容空間に位置するように当該作用電極に設けられ、第１厚さを有するとともに、
第１平均粒径を有する複数の第１半導体粒子を含む第１半導体層と、
当該収容空間に位置するように当該第１半導体層に設けられ、第２厚さを有するとともに、当該第１平均粒径よりも大きい第２平均粒径を有する複数の第２半導体粒子を含む第
２半導体層と、
当該収容空間に位置するように当該第２半導体層に設けられ、当該第１厚さ以上である第３厚さを有するとともに、当該第２平均粒径よりも小さい第３平均粒径を有する複数の第３半導体粒子を含む第３半導体層と、
当該収容空間に位置するように当該第２光透過性基板に設けられる対電極と、
当該収容空間に位置するように当該対電極に設けられる光透過性触媒層と、
当該収容空間に充填される液体電解質と、を含み、
当該第１半導体層及び当該第３半導体層は、光吸収層として使用され、当該第２半導体層は光線の散乱層として使用され、
当該第３平均粒径は、実質的に当該第１平均粒径と同じであり、
当該第３厚さが５～７μｍである、両面受光型色素増感太陽電池。 - 当該第１厚さが１～６μｍである、請求項１に記載の両面受光型色素増感太陽電池。
- 当該第２厚さが１～６μｍである、請求項１に記載の両面受光型色素増感太陽電池。
- 当該第１半導体層、当該第２半導体層及び当該第３半導体層のうちのいずれか一つの材質は、二酸化チタン、二酸化スズ、酸化ニッケル及び酸化亜鉛のうちのいずれか一種を含む、請求項１に記載の両面受光型色素増感太陽電池。
- 当該光透過性触媒層の材質は、プラチナ及びポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェンのうちのいずれか一種を含む、請求項１に記載の両面受光型色素増感太陽電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW108133238 | 2019-09-16 | ||
| TW108133238A TWI722569B (zh) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | 雙面受光型染料敏化太陽能電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021048380A JP2021048380A (ja) | 2021-03-25 |
| JP7030291B2 true JP7030291B2 (ja) | 2022-03-07 |
Family
ID=74868709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019204252A Active JP7030291B2 (ja) | 2019-09-16 | 2019-11-11 | 両面受光型色素増感太陽電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11309139B2 (ja) |
| JP (1) | JP7030291B2 (ja) |
| CN (1) | CN112509815B (ja) |
| TW (1) | TWI722569B (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002222968A (ja) | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子および光電気化学電池 |
| JP2013101958A (ja) | 2005-08-15 | 2013-05-23 | Merck Patent Gmbh | 外部回路への相互接続を有する光起電力電池 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1589548A1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-10-26 | Sony Deutschland GmbH | A method of producing a porous semiconductor film on a substrate |
| JP4705337B2 (ja) * | 2004-05-06 | 2011-06-22 | 住友大阪セメント株式会社 | 色素増感型太陽電池 |
| JP2010003468A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Sony Corp | 色素増感太陽電池およびその製造方法 |
| TW201025630A (en) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Chi Lin Technology Co Ltd | Dye solar cell structure and method of manufacturing light absorption reaction layer thereof |
| TWI475701B (zh) * | 2009-05-05 | 2015-03-01 | Eternal Materials Co Ltd | 使用複合半導體材料之染敏太陽能電池 |
| TWI426617B (zh) * | 2010-12-22 | 2014-02-11 | Univ Nat Cheng Kung | 染料敏化太陽能電池及其製作方法 |
| TWI481047B (zh) * | 2012-08-31 | 2015-04-11 | Univ Ishou | 染料敏化太陽能電池、其光電極及光電極製作方法 |
| TWI562418B (en) * | 2015-05-21 | 2016-12-11 | Univ Nat Yunlin Sci & Tech | Dye-sensitized solar cell and fabrication method thereof |
| CN107221441B (zh) * | 2017-06-15 | 2018-12-14 | 绍兴百嘉汽车电子仪表有限公司 | 一种基于复合纳米结构光阳极的太阳能电池 |
| TWI635634B (zh) * | 2017-09-04 | 2018-09-11 | 國立高雄應用科技大學 | 多層染料敏化太陽能電池構造及其製造方法 |
| CN108511197B (zh) * | 2018-03-29 | 2019-10-18 | 安徽正熹标王新能源有限公司 | 基于三层TiO2复合薄膜的染料电池 |
-
2019
- 2019-09-16 TW TW108133238A patent/TWI722569B/zh active
- 2019-10-22 CN CN201911005997.9A patent/CN112509815B/zh active Active
- 2019-11-11 JP JP2019204252A patent/JP7030291B2/ja active Active
- 2019-11-14 US US16/683,297 patent/US11309139B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002222968A (ja) | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子および光電気化学電池 |
| JP2013101958A (ja) | 2005-08-15 | 2013-05-23 | Merck Patent Gmbh | 外部回路への相互接続を有する光起電力電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112509815B (zh) | 2022-06-10 |
| TW202114243A (zh) | 2021-04-01 |
| US11309139B2 (en) | 2022-04-19 |
| US20210082633A1 (en) | 2021-03-18 |
| JP2021048380A (ja) | 2021-03-25 |
| TWI722569B (zh) | 2021-03-21 |
| CN112509815A (zh) | 2021-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5422645B2 (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
| JP3717506B2 (ja) | 色素増感型太陽電池モジュール | |
| EP2432069B1 (en) | Porous electrode, dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module | |
| US9466434B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| JP4606777B2 (ja) | 湿式太陽電池 | |
| JP2012064485A (ja) | 色素増感光電変換装置 | |
| KR101172361B1 (ko) | 염료감응 태양전지용 광전극의 제조방법 | |
| US9245692B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| JP7030291B2 (ja) | 両面受光型色素増感太陽電池 | |
| TWI426617B (zh) | 染料敏化太陽能電池及其製作方法 | |
| US20120118377A1 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| JP5577519B2 (ja) | 光電変換素子 | |
| JP2009043482A (ja) | 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール | |
| JP2007184126A (ja) | 光電変換装置及びその製造方法並びに光発電装置 | |
| Zhang et al. | Light-trapping photoanode using high refractive index rutile TiO2 microspheres as sandwiched layer | |
| JP6721686B2 (ja) | 色素増感太陽電池およびその製造方法 | |
| JP2014026903A (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 | |
| KR20130010049A (ko) | 연료감응 태양전지 | |
| WO2013094448A1 (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 | |
| PL228563B1 (pl) | Barwnikowe ogniwo słoneczne | |
| KR20170077625A (ko) | 염료감응형 태양전지용 하부기판세트 및 이의 제조방법 | |
| CN102456480A (zh) | 太阳电池结构 | |
| KR20120125103A (ko) | 염료감응 태양전지 장치 및 그 제조방법 | |
| JP2014229434A (ja) | 光電変換素子および色素増感太陽電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191112 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201225 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210319 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20210319 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210817 |
|
| C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20211215 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211215 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20211227 |
|
| C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20220104 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220201 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220210 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7030291 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |