JPH0582036B2 - - Google Patents

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JPH0582036B2
JPH0582036B2 JP1216665A JP21666589A JPH0582036B2 JP H0582036 B2 JPH0582036 B2 JP H0582036B2 JP 1216665 A JP1216665 A JP 1216665A JP 21666589 A JP21666589 A JP 21666589A JP H0582036 B2 JPH0582036 B2 JP H0582036B2
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JP
Japan
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semiconductor
polymer
photoelectrochemical cell
thin film
film
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JP1216665A
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JPH0378978A (ja
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Hiromi Yamakita
Masato Tazawa
Kyoshi Hayakawa
Hiroshi Taoda
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/60—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of organic compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
    • H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
    • H01M6/181—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte with polymeric electrolytes
    • 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
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 技術分野の説明 本発明は、エネルギー利用技術に関するもので
あり、詳しく言えば、光エネルギーを電気エネル
ギーに変換する光電気化学電池の製造方法に関す
るものである。
(b) 従来技術の説明 半導体電極を用いた湿式光電池は、光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換するためのものとし
て、特に石油シヨツク以後、注目されている。し
かし、半導体電極を電解質水溶液中に浸漬するた
め、半導体が酸化されて劣化したり、電解質水溶
液に溶解したりして、電極の寿命の短縮や性能の
急速な低下を招く場合が多いという欠点をもつて
いる。これらの問題点を解決するための一つの方
法として、電解質水溶液のかわりに固体電解質を
用いる方法（例えば、T.Skotheim、I.
Lundstro¨m、J.Electrochem.Soc.、129、894
（1982））があるが、この方法による光電気化学電
池の安定性は十分ではない。その改善策として、
半導体電極の表面に白金の薄膜及び光電解重合法
によるポリピロール薄膜を被覆する方法（上の文
献に同じ）が試みられているが、光電気化学電池
の安定性がなお十分ではない上に、光電解重合法
を用いることによる半導体表面の劣化と、それに
伴う性能の低下をまねきやすいこと、及び多大の
労力を要するという欠点をもつていて、十分な解
決を見るに至つていないのが現状である。
(c) 発明の目的 本発明は上記の点に鑑み、長時間使用しても安
定な性能をもつた光電気化学電池を製造すること
を目的とする。
(d) 発明の構成 この目的は本発明によれば、半導体の表面に、
そのまま、または貴金属の薄膜を被覆したのち、
ドープした長鎖アルキルチオフエン重合体の溶液
で覆い、溶媒を蒸発させて重合体薄膜を生成させ
たものを用い、これと透明電極との間に固体電解
質を介在させることによつて達成できる。
本発明において使用される半導体としては、単
結晶、多結晶又は無定形のもので、各種の元素を
ドープして半導体性をもたせたシリコン、ガリウ
ムリン、ガリウムヒ素、インジウムリン、カドミ
ウムテルル、酸化亜鉛などのほか、硫化カドミウ
ム、セレン化カドミウム、硫化モリブデン、セレ
ン化モリブデンなどが用いられる。
半導体の表面に薄膜として被覆する貴金属とし
ては、金、銀、白金、パラジウム、ルテニウム、
オスミウム、ロジウム、イリジウムなどが用いら
れる。また、被覆する方法としては、真空中で貴
金属を加熱して半導体表面に蒸着する方法や、そ
の貴金属を含む塩の水溶液中で電気化学的に半導
体表面に貴金属の薄膜を被覆する方法がある。
本発明において使用される長鎖アルキルチオフ
エン重合体としては、炭素数６以上のアルキル置
換基を有するチオフエン化合物を電解重合や化学
的方法で重合させたもので、従来使われていたチ
オフエン重合体と異なり、溶媒に可溶性のもので
ある。炭素数６以上のアルキル置換基を有するチ
オフエン化合物としては、３−ヘキシル、３−オ
クチル、３−ドデシル、３−オクタデシル、３−
アイコシル、３−メチル−４−ヘキシル、３，４
−ジヘキシルなどのアルキル置換チオフエンが用
いられる。
また、ドープした長鎖アルキルチオフエン重合
体を得るには、上記の電解重合などの際に、チオ
フエン化合物や溶媒とともに、支持電解質として
トリフルオロメタンスルホン酸テトラブチルアン
モニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルア
ンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラエチル
アンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラブチ
ルアンモニウムなどを添加すれば、陰イオンがド
ープされた重合体が得られる。
長鎖アルキルチオフエン重合体の溶液に用いら
れる溶媒としてはクロロホルム、塩化メチレン、
トリクロロエチレン、ブロモホルムなどのハロゲ
ン化物やテトラヒドロナフタレン、ベンゼン、ト
ルエン、キシレンなどの炭化水素化合物が用いら
れる。
固体電解質としては、ポリエチレンオキシド、
ポリプロピレンオキシドなどのポリエーテル化合
物及びそれらの架橋体、ポリエチレンイミンなど
をポリイミン化合物、ポリエチレンスクシネー
ト、ポリエチレンセバケートなどのポリエステル
化合物、ポリアルキレンスルフイドなどのポリス
ルフイド化合物に、過塩素酸リチウム、イソチオ
シアン酸リチウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナト
リウム、ヨウ化ナトリウム−ヨウ素などのアルカ
リ金属塩やその混合物を溶解したものが用いられ
る。
また、透明電極としては、酸化スズ又は酸化イ
ンジウム−スズ・コートガラスなど透光性があ
り、かつ表面が導電性をもつたものならば何でも
良い。
本発明の方法によれば、半導体表面に、ドープ
した長鎖アルキルチオフエン重合体、又は貴金属
の薄膜の上に被覆した上記重合体の均一な導電性
の薄膜が得られ、この被覆半導体を用いて固体電
解質と透明電極から組立てた光電気化学電池は、
薄膜の保護効果により、長時間にわたつて安定な
性能を示す。本発明の方法による導電性重合体薄
膜の被覆はきわめて簡単な方法で行うことがで
き、また、被覆の際の半導体表面の酸化劣化を避
けることができるため、得られた光電気化学電池
は安定で良好な性能をもつている。
(e) 発明の実施例 以下、本発明の代表的な実施例を示す。
実施例 １ フツ化水素酸で15秒間エツチングしたｎ型単結
晶シリコン半導体（リンでドープ、厚さ0.5mm）
を真空蒸着装置の中に入れ、10-4〜10-5mmHgの
真空下、７cmの距離で金を赤熱してシリコン半導
体表面（片面）に20秒間蒸着を行つた。
別に、トリフルオロメタンスルホン酸イオンで
ドープした３−ドデシルチオフエン重合体0.35mg
を１mlのクロロホルムに入れた溶液を用意し、そ
の可溶部分の少量をとり、上記の金の薄膜を被覆
したシリコン半導体表面に滴下して覆い、溶媒を
蒸発させて表面に３−ドデシルチオフエン重合体
の膜を生成させた。
さらに、ポリエチレンオキシド（平均粒子量＝
3000）100mg、ヨウ化ナトリウム86.9mg、ヨウ素
145mgを0.91mlのアセトニトリルに溶解し、これ
の少量をとり、酸化インジウム−スズ・コートガ
ラスの導電性の面に滴下して乾燥し、厚さ30ミク
ロン程度の固体電解質の膜を生成させた。この膜
の上に上記の被覆した半導体の薄膜の面を接触さ
せ、圧着し、半導体の裏面にガリウム−インジウ
ム合金を塗り、その上に電線を接続した。
実施例 ２ フツ化水素酸で15秒間エツチングしたｎ型単結
晶シリコン半導体の表面に、実施例１と同様のト
リフルオロメタンスルホン酸イオンでドープした
３−ドデシルチオフエン重合体のクロロホルム溶
液の可溶性部分少量を滴下して覆い、溶媒を蒸発
させて表面に重合体の膜を生成させた。
また、実施例１と同様の酸化インジウム−ス
ズ・コートガラスの上にポリエチレンオキシド−
ヨウ化ナトリウム−ヨウ素系固体電解質の膜を生
成させたものを用意し、この膜の上に上記の被覆
半導体の薄膜面を接触させて圧着し、半導体の裏
面にガリウム−インジウム合金を塗り、その上に
電線を接続した。
参考例 １ 実施例１で得られた光電気化学電池に、300W
のハロゲンランプの光を79ｍＷ／cm2の強度で照射
したときの短絡光電流は0.164ｍＡ／cm2で、開回
路電圧は271ｍＶであつた。また、光電流の減衰
率を測定したところ、照射開始後18分間において
3.9％であつた。なお、金の薄膜を被覆しただけ
のシリコン半導体を用いて組立てた光電気化学電
池の短絡光電流は0.018ｍＡ／cm2で、照射開始後
18分間における光電流の減衰率は26.5％であつ
た。
参考例 ２ 実施例２で得られた光電気化学電池に、300W
のハロゲンランプの光を79ｍＷ／cm2の強度で照射
したときの短絡光電流は0.017ｍＡ／cm2で、開回
路電圧は284ｍＶであつた。また、照射開始後10
〜50分における光電流は約４％の増加を示した。
なお、被覆しないシリコン半導体を用いて組立て
た光電気化学電池の短絡光電流は照射開始時にお
いて0.001ｍＡ／cm2以下であつた。
(f) 発明の効果 本発明の方法による光電気化学電池は簡単な方
法で製造することが可能であり、安定で良好な性
能を有し、長時間の使用に耐えることができる。
この光電気化学電池は太陽エネルギーを電気エネ
ルギーに変換して利用するために用いることがで
きる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ドープした長鎖アルキルチオフエン重合体の
    溶液でその表面を覆い、溶媒を蒸発させて重合体
    薄膜を生成させた半導体と、透明電極との間に固
    体電解質を介在させることを特徴とする光電気化
    学電池の製造方法。 ２ 表面に貴金属の薄膜を被覆したのち、ドープ
    した長鎖アルキルチオフエン重合体の溶液で覆
    い、溶媒を蒸発させて重合体薄膜を生成させた半
    導体と、透明電極との間に固体電解質を介在させ
    ることを特徴とする光電気化学電池の製造方法。
JP1216665A 1989-08-23 1989-08-23 光電気化学電池の製造方法 Granted JPH0378978A (ja)

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JP1216665A JPH0378978A (ja) 1989-08-23 1989-08-23 光電気化学電池の製造方法
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JPH0378978A JPH0378978A (ja) 1991-04-04
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US5053293A (en) 1991-10-01
JPH0378978A (ja) 1991-04-04

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