JPH07288142A - イオン伝導体およびそれを用いた光電変換素子 - Google Patents
イオン伝導体およびそれを用いた光電変換素子Info
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- JPH07288142A JPH07288142A JP6101969A JP10196994A JPH07288142A JP H07288142 A JPH07288142 A JP H07288142A JP 6101969 A JP6101969 A JP 6101969A JP 10196994 A JP10196994 A JP 10196994A JP H07288142 A JPH07288142 A JP H07288142A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】高分子化合物中に酸化還元系を含有させた固体
状のイオン伝導体である。 【効果】優れたイオン伝導性を有し、しかも、イオン種
を補給しなくても直流電流を継続して流すことができる
ため、太陽電池などの光電変換素子に有用である。
状のイオン伝導体である。 【効果】優れたイオン伝導性を有し、しかも、イオン種
を補給しなくても直流電流を継続して流すことができる
ため、太陽電池などの光電変換素子に有用である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体状のイオン伝導体
に関する。さらに、その固体状のイオン伝導体を用いた
光電変換素子に関する。
に関する。さらに、その固体状のイオン伝導体を用いた
光電変換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気化学的な各種デバイスの固体
化のために固体状のイオン伝導体が注目されている。固
体状のイオン伝導体として、ポリエチレンオキサイド
や、ポリエチレンオキサイドを側鎖に有するビニル重合
体、シロキサン重合体に金属塩を添加したイオン伝導体
が知られている（たとえば、特開平４−３５９０５１号
など）。
化のために固体状のイオン伝導体が注目されている。固
体状のイオン伝導体として、ポリエチレンオキサイド
や、ポリエチレンオキサイドを側鎖に有するビニル重合
体、シロキサン重合体に金属塩を添加したイオン伝導体
が知られている（たとえば、特開平４−３５９０５１号
など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術のイオン伝導体をイオンが補給されるリチウム電
池に用いる場合には、直流電流が継続して流れるが、イ
オンが補給されない太陽電池などに用いると、直流電流
が継続して流れないなどの問題がある。
来技術のイオン伝導体をイオンが補給されるリチウム電
池に用いる場合には、直流電流が継続して流れるが、イ
オンが補給されない太陽電池などに用いると、直流電流
が継続して流れないなどの問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、新規なイオ
ン伝導体の開発研究を行った結果、（１）固体中に酸化
還元系を含有させると、優れたイオン伝導性を有する固
体状の伝導体が得られること、しかも、このイオン伝導
体は直流電流を継続して流すことができること、（２）
前記（１）のイオン伝導体は光電変換素子に有用である
ことなどを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発
明の目的は、優れたイオン伝導性を有する固体状の伝導
体を提供することにある。さらに、優れた光電変換効率
を有する光電変換素子を提供することにある。
ン伝導体の開発研究を行った結果、（１）固体中に酸化
還元系を含有させると、優れたイオン伝導性を有する固
体状の伝導体が得られること、しかも、このイオン伝導
体は直流電流を継続して流すことができること、（２）
前記（１）のイオン伝導体は光電変換素子に有用である
ことなどを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発
明の目的は、優れたイオン伝導性を有する固体状の伝導
体を提供することにある。さらに、優れた光電変換効率
を有する光電変換素子を提供することにある。
【０００５】本発明は、固体中に酸化還元系を含有させ
たイオン伝導体である。本発明において、酸化還元系と
は、酸化還元反応において、可逆的に酸化体および還元
体の状態で存在する一対の物質を意味し、たとえば、鉄
（ＩＩ）イオン−鉄（ＩＩＩ）イオン、スズ（ＩＩ）イ
オン−スズ（ＩＶ）イオン、銅（Ｉ）イオン−銅（Ｉ
Ｉ）イオン、水銀（Ｉ）イオン−水銀（ＩＩ）イオン、
バナジウム（ＩＩ）イオン−バナジウム（ＩＩＩ）イオ
ン、クロム（ＩＩ）イオン−クロム（ＩＩＩ）イオン、
鉛（ＩＩ）イオン−鉛（ＩＶ）イオン、マンガン酸イオ
ン−過マンガン酸イオン、フェロシアンイオン−フェリ
シアンイオン、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭
素などの無機物、キノン−ヒドロキノン、ピルビン酸−
乳酸、フマル酸−コハク酸、オキサル酢酸−リンゴ酸な
どの有機物、フェロセンなどの金属錯体を用いることが
できる。本発明においては、ヨウ素化合物−ヨウ素の酸
化還元系が特に好ましい。ヨウ素化合物としては、ヨウ
素のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などの金属
塩、ヨウ素の四級アンモニウム塩、芳香族アンモニウム
塩、ピリジニウム塩などの有機塩またはそのポリマーが
好ましい。
たイオン伝導体である。本発明において、酸化還元系と
は、酸化還元反応において、可逆的に酸化体および還元
体の状態で存在する一対の物質を意味し、たとえば、鉄
（ＩＩ）イオン−鉄（ＩＩＩ）イオン、スズ（ＩＩ）イ
オン−スズ（ＩＶ）イオン、銅（Ｉ）イオン−銅（Ｉ
Ｉ）イオン、水銀（Ｉ）イオン−水銀（ＩＩ）イオン、
バナジウム（ＩＩ）イオン−バナジウム（ＩＩＩ）イオ
ン、クロム（ＩＩ）イオン−クロム（ＩＩＩ）イオン、
鉛（ＩＩ）イオン−鉛（ＩＶ）イオン、マンガン酸イオ
ン−過マンガン酸イオン、フェロシアンイオン−フェリ
シアンイオン、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭
素などの無機物、キノン−ヒドロキノン、ピルビン酸−
乳酸、フマル酸−コハク酸、オキサル酢酸−リンゴ酸な
どの有機物、フェロセンなどの金属錯体を用いることが
できる。本発明においては、ヨウ素化合物−ヨウ素の酸
化還元系が特に好ましい。ヨウ素化合物としては、ヨウ
素のリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などの金属
塩、ヨウ素の四級アンモニウム塩、芳香族アンモニウム
塩、ピリジニウム塩などの有機塩またはそのポリマーが
好ましい。
【０００６】本発明において、酸化還元系を含有させる
固体とは、酸化還元系を溶解あるいは酸化還元系を構成
する少なくとも１つの物質と結合することができる固体
状の物質であり、たとえば、ポリエチレンオキシド、ポ
リプロピレンオキシド、ポリエチレンサクシネート、ポ
リ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンイミン、ポリ
アルキレンスルフィドなどの高分子化合物またはそれら
の架橋体、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ
ビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアルキレンオ
キサイドなどの高分子主鎖に、ポリエーテルセグメント
またはオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として付
加したものまたはそれらの共重合体などが挙げられ、そ
の中でも特にオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖と
して有するものやポリエーテルセグメントを側鎖として
有するものが好ましい。前記の固体中に酸化還元系を含
有させるには、たとえば、高分子化合物となるモノマー
と酸化還元系との共存下で重合する方法、高分子化合物
などの固体を必要に応じて溶媒に溶解し、次いで、酸化
還元系を加える方法などを用いることができる。酸化還
元系の含有量は、必要とするイオン伝導性能に応じて、
適宜選定することができる。
固体とは、酸化還元系を溶解あるいは酸化還元系を構成
する少なくとも１つの物質と結合することができる固体
状の物質であり、たとえば、ポリエチレンオキシド、ポ
リプロピレンオキシド、ポリエチレンサクシネート、ポ
リ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンイミン、ポリ
アルキレンスルフィドなどの高分子化合物またはそれら
の架橋体、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ
ビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアルキレンオ
キサイドなどの高分子主鎖に、ポリエーテルセグメント
またはオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として付
加したものまたはそれらの共重合体などが挙げられ、そ
の中でも特にオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖と
して有するものやポリエーテルセグメントを側鎖として
有するものが好ましい。前記の固体中に酸化還元系を含
有させるには、たとえば、高分子化合物となるモノマー
と酸化還元系との共存下で重合する方法、高分子化合物
などの固体を必要に応じて溶媒に溶解し、次いで、酸化
還元系を加える方法などを用いることができる。酸化還
元系の含有量は、必要とするイオン伝導性能に応じて、
適宜選定することができる。
【０００７】本発明のイオン伝導体を光電変換素子、特
に湿式の光電変換素子に用いると、電流を効率よく流
し、しかも、イオンを補給しなくても直流電流を継続し
て流すことができるため、優れた光電変換効率を有す
る、電解液を用いない乾式の光電変換素子が得られる。
本発明において、光電変換素子とは、電極間の電気化学
反応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換す
る素子であり、湿式の光電変換素子は電極間に電解液を
注入したものである。光電変換素子に光を照射すると、
一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動する。対電
極に移動した電子は、イオン伝導体中をイオンとして移
動して一方の電極にもどる。すなわち、光電変換素子は
光エネルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せ
る素子であり、たとえば、太陽電池などに利用されてい
る。前記の電極には、透明導電性膜をコートしたガラス
板などが用いられるが、この電極に酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ス
トロンチウム、チタン酸カリウムなどの酸化物半導体、
硫化カドミウム、ＣｄＴｅ、ケイ素、フタロシアニン、
ポリチエニレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの半
導体、または、前記の酸化物半導体や半導体を色素や他
の無機物で増感したものなどを一層または２層以上担持
させると、より好ましい光電変換素子が得られる。電極
に担持する半導体としては、酸化物半導体が好ましく、
特に、酸化チタンまたは色素で増感した酸化チタンが、
安定性、安全性、価格の点から好ましい。前記の色素と
しては、たとえば、ルテニウム−ビピリジン錯体などの
有機金属錯体を用いることができる。
に湿式の光電変換素子に用いると、電流を効率よく流
し、しかも、イオンを補給しなくても直流電流を継続し
て流すことができるため、優れた光電変換効率を有す
る、電解液を用いない乾式の光電変換素子が得られる。
本発明において、光電変換素子とは、電極間の電気化学
反応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換す
る素子であり、湿式の光電変換素子は電極間に電解液を
注入したものである。光電変換素子に光を照射すると、
一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動する。対電
極に移動した電子は、イオン伝導体中をイオンとして移
動して一方の電極にもどる。すなわち、光電変換素子は
光エネルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せ
る素子であり、たとえば、太陽電池などに利用されてい
る。前記の電極には、透明導電性膜をコートしたガラス
板などが用いられるが、この電極に酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ス
トロンチウム、チタン酸カリウムなどの酸化物半導体、
硫化カドミウム、ＣｄＴｅ、ケイ素、フタロシアニン、
ポリチエニレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの半
導体、または、前記の酸化物半導体や半導体を色素や他
の無機物で増感したものなどを一層または２層以上担持
させると、より好ましい光電変換素子が得られる。電極
に担持する半導体としては、酸化物半導体が好ましく、
特に、酸化チタンまたは色素で増感した酸化チタンが、
安定性、安全性、価格の点から好ましい。前記の色素と
しては、たとえば、ルテニウム−ビピリジン錯体などの
有機金属錯体を用いることができる。
【０００８】
【実施例】本発明を以下の実施例により説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。
発明はこれに限定されるものではない。
【０００９】実施例１ １．ポリメタクリル酸ヘキサエチレングリコールエステ
ルの合成 ヘキサエチレングリコールメタクリル酸エステル（日本
油脂化学社製、ブレンマー３５０）７ｇをメタノール１
００ｍｌに溶解し、１０分間、窒素ガスで溶存酸素を追
い出した後、アゾイソブチロニトリル１００ｍｇを投入
し、窒素雰囲気下、６０℃の温度で６時間反応させた。
反応終了後、メタノールを溜去し、次いで、残留物を塩
化メチレン３０ｍｌに溶解させた。得られた溶解液をヘ
キサン１０００ｍｌ中に滴下した後、乾燥して、ポリメ
タクリル酸ヘキサエチレングリコールエステル６．５ｇ
を得た。
ルの合成 ヘキサエチレングリコールメタクリル酸エステル（日本
油脂化学社製、ブレンマー３５０）７ｇをメタノール１
００ｍｌに溶解し、１０分間、窒素ガスで溶存酸素を追
い出した後、アゾイソブチロニトリル１００ｍｇを投入
し、窒素雰囲気下、６０℃の温度で６時間反応させた。
反応終了後、メタノールを溜去し、次いで、残留物を塩
化メチレン３０ｍｌに溶解させた。得られた溶解液をヘ
キサン１０００ｍｌ中に滴下した後、乾燥して、ポリメ
タクリル酸ヘキサエチレングリコールエステル６．５ｇ
を得た。
【００１０】２．イオン伝導体の作成 前記１．のポリメタクリル酸ヘキサエチレングリコール
エステル１００ｍｇ、ヨウ化リチウム２００ｍｇとヨウ
素５０ｍｇとをメタノール５ｍｌに溶解した。次に得ら
れた溶液を、常圧下、窒素気流下で、ステンレス板上に
塗布し、次いで、真空乾燥して、本発明のイオン伝導体
を得た。イオン伝導度は交流インピーダンス法により測
定した結果、１．０×１０-3Ｓ／ｃｍであった。
エステル１００ｍｇ、ヨウ化リチウム２００ｍｇとヨウ
素５０ｍｇとをメタノール５ｍｌに溶解した。次に得ら
れた溶液を、常圧下、窒素気流下で、ステンレス板上に
塗布し、次いで、真空乾燥して、本発明のイオン伝導体
を得た。イオン伝導度は交流インピーダンス法により測
定した結果、１．０×１０-3Ｓ／ｃｍであった。
【００１１】３．光電変換素子の作成 ポリメタクリル酸ヘキサエチレングリコールエステル１
００ｍｇ、ヨウ化リチウム２００ｍｇとヨウ素５０ｍｇ
とをメタノール５ｍｌに溶解した前記２．の溶液を、常
圧下、窒素気流下で、電極上に塗布し、室温で２時間乾
燥した後、さらに、真空乾燥した。なお、使用した電極
は、透明導電性ガラスに酸化チタンの懸濁液を塗布して
酸化チタン薄膜を形成した後、得られた酸化チタン薄膜
１ｃｍ2当たり、増感色素としてＲｕ（ＩＩ）（ビピリ
ジン−ジカルボン酸）2 （イソチオシアン酸）2 で表さ
れるルテニウム−ビピリジン錯体を１００μｇ吸着させ
たものを用いた。このようにして得られたイオン伝導体
の上に、対電極として別の透明導電性ガラスを付け、５
０℃の温度で３０分間圧着した。次いで、この側面を樹
脂で封止した後、リード線を取付けて、本発明の光電変
換素子を得た。
００ｍｇ、ヨウ化リチウム２００ｍｇとヨウ素５０ｍｇ
とをメタノール５ｍｌに溶解した前記２．の溶液を、常
圧下、窒素気流下で、電極上に塗布し、室温で２時間乾
燥した後、さらに、真空乾燥した。なお、使用した電極
は、透明導電性ガラスに酸化チタンの懸濁液を塗布して
酸化チタン薄膜を形成した後、得られた酸化チタン薄膜
１ｃｍ2当たり、増感色素としてＲｕ（ＩＩ）（ビピリ
ジン−ジカルボン酸）2 （イソチオシアン酸）2 で表さ
れるルテニウム−ビピリジン錯体を１００μｇ吸着させ
たものを用いた。このようにして得られたイオン伝導体
の上に、対電極として別の透明導電性ガラスを付け、５
０℃の温度で３０分間圧着した。次いで、この側面を樹
脂で封止した後、リード線を取付けて、本発明の光電変
換素子を得た。
【００１２】前記３．の光電変換素子に、キセノンラン
プを光源とした８１．４Ｗ／ｍ2 の光を照射して、光応
答特性と電流−電圧特性を測定した。これらの結果を図
１および図２に示す。図１より本発明の光電変換素子が
太陽電池として機能していることがわかる。また、図２
より、この太陽電池の特性は、Ｖｏｃ（開回路状態の電
圧）が０．２４０Ｖであり、Ｊｓｃ（回路を短絡したと
き流れる電流の密度）が０．１８２ｍＡ／ｃｍ2 であ
り、ＦＦ（曲線因子）が０．５８６であり、η（変換効
率）が０．３１５％であった。
プを光源とした８１．４Ｗ／ｍ2 の光を照射して、光応
答特性と電流−電圧特性を測定した。これらの結果を図
１および図２に示す。図１より本発明の光電変換素子が
太陽電池として機能していることがわかる。また、図２
より、この太陽電池の特性は、Ｖｏｃ（開回路状態の電
圧）が０．２４０Ｖであり、Ｊｓｃ（回路を短絡したと
き流れる電流の密度）が０．１８２ｍＡ／ｃｍ2 であ
り、ＦＦ（曲線因子）が０．５８６であり、η（変換効
率）が０．３１５％であった。
【００１３】
【図１】
【００１４】
【図２】
【００１５】比較例１ 前記実施例１の２．において、ヨウ素５０ｍｇを用いな
いこと以外は、実施例１の２．と同様に処理して、イオ
ン伝導体を得た。このイオン伝導体のイオン伝導度は、
１．０×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、前記実施例１
の３．において、ヨウ素５０ｍｇを用いないこと以外
は、実施例１の３．と同様に処理して、光電変換素子を
得た。この光電変換素子の光応答特性を図３に示す。こ
の図３から明らかなように、比較例１の光電変換素子
は、直流電流を継続して流さないことがわかった。この
ことから、この光電変換素子は太陽電池として機能しな
いことがわかった。
いこと以外は、実施例１の２．と同様に処理して、イオ
ン伝導体を得た。このイオン伝導体のイオン伝導度は、
１．０×１０-3Ｓ／ｃｍであった。また、前記実施例１
の３．において、ヨウ素５０ｍｇを用いないこと以外
は、実施例１の３．と同様に処理して、光電変換素子を
得た。この光電変換素子の光応答特性を図３に示す。こ
の図３から明らかなように、比較例１の光電変換素子
は、直流電流を継続して流さないことがわかった。この
ことから、この光電変換素子は太陽電池として機能しな
いことがわかった。
【００１６】
【図３】
【００１７】
【発明の効果】本発明は、固体中に酸化還元系を含有さ
せた固体状のイオン伝導体であって、優れたイオン伝導
性を有し、しかも、イオン種を補給しなくても直流電流
を継続して流すことができるため、種々の光電変換素子
に有用である。また、本発明は、前記のイオン伝導体を
用いた、電解液の液漏れがない乾式の光電変換素子であ
って、優れた光電変換効率を有し、太陽電池などに有用
である。
せた固体状のイオン伝導体であって、優れたイオン伝導
性を有し、しかも、イオン種を補給しなくても直流電流
を継続して流すことができるため、種々の光電変換素子
に有用である。また、本発明は、前記のイオン伝導体を
用いた、電解液の液漏れがない乾式の光電変換素子であ
って、優れた光電変換効率を有し、太陽電池などに有用
である。
図１は、実施例１で得られた本発明の光電変換素子の光
応答特性を示したチャートである。図２は、実施例１で
得られた本発明の光電変換素子の電流−電圧特性を示し
たチャートである。図３は、比較例１で得られた光電変
換素子の光応答特性を示したチャートである。
応答特性を示したチャートである。図２は、実施例１で
得られた本発明の光電変換素子の電流−電圧特性を示し
たチャートである。図３は、比較例１で得られた光電変
換素子の光応答特性を示したチャートである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年２月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
Claims (7)
- 【請求項１】固体中に酸化還元系を含有してなることを
特徴とするイオン伝導体。 - 【請求項２】固体が高分子化合物であることを特徴とす
る請求項１に記載のイオン伝導体。 - 【請求項３】高分子化合物がオリゴアルキレンオキサイ
ド構造を有するものであることを特徴とする請求項２に
記載のイオン伝導体。 - 【請求項４】酸化還元系がヨウ素およびヨウ素化合物で
あることを特徴とする請求項１に記載のイオン伝導体。 - 【請求項５】請求項１に記載のイオン伝導体を用いてな
ることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項６】請求項１に記載のイオン伝導体と、酸化チ
タンあるいは色素で増感された酸化チタンを備えた電極
とを設けてなることを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項７】請求項５または６に記載の光電変換素子か
らなることを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101969A JPH07288142A (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | イオン伝導体およびそれを用いた光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6101969A JPH07288142A (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | イオン伝導体およびそれを用いた光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288142A true JPH07288142A (ja) | 1995-10-31 |
Family
ID=14314705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6101969A Pending JPH07288142A (ja) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | イオン伝導体およびそれを用いた光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07288142A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0986080A2 (en) | 1998-09-10 | 2000-03-15 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Crosslinked polymer, electrolyte, and photo-electrochemical cell containing the electrolyte |
| JP2002508573A (ja) * | 1998-03-26 | 2002-03-19 | アクゾ ノーベル ナムローゼ フェンノートシャップ | 染料含有光電池の製造方法 |
| JP2005513728A (ja) * | 2001-12-21 | 2005-05-12 | ソニー インターナショナル （ヨーロッパ） ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 高分子ゲルハイブリッド太陽電池 |
| WO2007046499A1 (ja) | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Nippon Kayaku Kabushiki Kaisha | 色素増感型光電変換素子及びその製造法 |
| JP2010015994A (ja) * | 1999-08-04 | 2010-01-21 | Fujifilm Corp | イミダゾリウム化合物及びピリジニウム化合物 |
| WO2010024090A1 (ja) | 2008-08-28 | 2010-03-04 | パナソニック電工株式会社 | 光電気素子 |
| WO2010147162A1 (ja) | 2009-06-19 | 2010-12-23 | パナソニック電工株式会社 | 光電気素子 |
| US8895975B2 (en) | 2011-03-10 | 2014-11-25 | Panasonic Corporation | Photoelectric element |
-
1994
- 1994-04-15 JP JP6101969A patent/JPH07288142A/ja active Pending
Cited By (11)
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