JPH09230396A - 希土類錯体複合発光材料を用いる光変調増感型太陽電池の製造 - Google Patents
希土類錯体複合発光材料を用いる光変調増感型太陽電池の製造Info
- Publication number
- JPH09230396A JPH09230396A JP8037883A JP3788396A JPH09230396A JP H09230396 A JPH09230396 A JP H09230396A JP 8037883 A JP8037883 A JP 8037883A JP 3788396 A JP3788396 A JP 3788396A JP H09230396 A JPH09230396 A JP H09230396A
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- Japan
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- light
- solar cell
- emitting material
- rare earth
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-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な蛍光特性を有する希土類錯体をゾルー
ゲル法により固体マトリックス内に導入した高性能発光
材料を用いた光変調増感型太陽電池を製造する。 【構成】 希土類イオンと芳香環類似の共役系部位を有
する有機配位子から合成した希土類錯体を、シリカの三
次元網目構造を部分的に有機シランで置換した有機ー無
機複合型マトリックス（ORMOSIL）内にゾルーゲル法によ
り導入した高輝度発光材料を太陽電池表面に被覆するこ
と、または、上記高輝度発光材料を一度板状に成型後こ
れを導波路状の集光材として太陽電池受光面に導くこと
で、太陽電池の吸光感度の高い領域の光量を増加させ、
高い光電変換出力を有する太陽電池を製造する。
ゲル法により固体マトリックス内に導入した高性能発光
材料を用いた光変調増感型太陽電池を製造する。 【構成】 希土類イオンと芳香環類似の共役系部位を有
する有機配位子から合成した希土類錯体を、シリカの三
次元網目構造を部分的に有機シランで置換した有機ー無
機複合型マトリックス（ORMOSIL）内にゾルーゲル法によ
り導入した高輝度発光材料を太陽電池表面に被覆するこ
と、または、上記高輝度発光材料を一度板状に成型後こ
れを導波路状の集光材として太陽電池受光面に導くこと
で、太陽電池の吸光感度の高い領域の光量を増加させ、
高い光電変換出力を有する太陽電池を製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外光に対する感度が
比較的低い太陽電池の受光面に、紫外光を可視光に高効
率で変換する材料である希土類錯体含有ORMOSIL複合体
を被覆し、太陽電池の吸光感度の高い領域の光量を増加
させることで光電変換効率を向上させる技術である。
比較的低い太陽電池の受光面に、紫外光を可視光に高効
率で変換する材料である希土類錯体含有ORMOSIL複合体
を被覆し、太陽電池の吸光感度の高い領域の光量を増加
させることで光電変換効率を向上させる技術である。
【０００２】
【従来の技術】有機色素または遷移金属錯体を高分子マ
トリックスに分散しこれを太陽電池表面に塗布するこ
と、または、シート状にした有機色素―あるいは遷移金
属錯体−高分子複合体上に太陽電池素子を真空蒸着する
ことで、紫外光を可視光に変換し光電変換効率の向上を
はかっている。
トリックスに分散しこれを太陽電池表面に塗布するこ
と、または、シート状にした有機色素―あるいは遷移金
属錯体−高分子複合体上に太陽電池素子を真空蒸着する
ことで、紫外光を可視光に変換し光電変換効率の向上を
はかっている。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】従来の太陽電池用有機色
素としてはローダミンＢ、ルテニウムビピリジル錯体な
どが用いられてきたが、ローダミンＢは良好な蛍光量子
収率を有しているものの、太陽電池において受光感度の
低い紫外線を吸収することができないことに加え、受光
感度の比較的高い波長領域における発光も弱いために高
い光電変換効率が達成できない。また、ルテニウムビピ
リジル錯体は650nmにおいて発光し、吸収も幅広く紫外
線領域にも吸収があるので有望ではあるが、発光強度が
ローダミンＢに比べて１桁ほど低く同様に光電変換効率
には限界がある。さらに、これら有機色素を高分子マト
リックスに分散して太陽電池表面に被覆する場合は、高
分子マトリックス自体にも耐久性の面で問題がある。そ
こで、無機蛍光体と同等あるいはそれ以上の蛍光特性を
有し、さらに成型加工性および強靱さを有する発光材料
を開発する必要がある。
素としてはローダミンＢ、ルテニウムビピリジル錯体な
どが用いられてきたが、ローダミンＢは良好な蛍光量子
収率を有しているものの、太陽電池において受光感度の
低い紫外線を吸収することができないことに加え、受光
感度の比較的高い波長領域における発光も弱いために高
い光電変換効率が達成できない。また、ルテニウムビピ
リジル錯体は650nmにおいて発光し、吸収も幅広く紫外
線領域にも吸収があるので有望ではあるが、発光強度が
ローダミンＢに比べて１桁ほど低く同様に光電変換効率
には限界がある。さらに、これら有機色素を高分子マト
リックスに分散して太陽電池表面に被覆する場合は、高
分子マトリックス自体にも耐久性の面で問題がある。そ
こで、無機蛍光体と同等あるいはそれ以上の蛍光特性を
有し、さらに成型加工性および強靱さを有する発光材料
を開発する必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、希土類イオンを付活した無機蛍光体と同様に優
れた蛍光特性を有する物質、および有機高分子のような
成型加工性と無機ガラスのような強靱さを有するマトリ
ックス材料の開発が不可欠である。本発明では、良好な
蛍光特性を有する希土類錯体を、有機ー無機複合マトリ
ックス（ORMOSIL）内にゾルーゲル法により導入するこ
と、または、これをさらに50℃から350℃の温度域で加
熱処理することによって得られる、無機蛍光体と同等あ
るいはそれ以上の発光強度とガラス類似の強靱さおよび
透明性、さらに高分子体類似の柔軟性を兼ね備えた高性
能発光材料を太陽電池表面に被覆することで高出力太陽
電池を実現する。
めには、希土類イオンを付活した無機蛍光体と同様に優
れた蛍光特性を有する物質、および有機高分子のような
成型加工性と無機ガラスのような強靱さを有するマトリ
ックス材料の開発が不可欠である。本発明では、良好な
蛍光特性を有する希土類錯体を、有機ー無機複合マトリ
ックス（ORMOSIL）内にゾルーゲル法により導入するこ
と、または、これをさらに50℃から350℃の温度域で加
熱処理することによって得られる、無機蛍光体と同等あ
るいはそれ以上の発光強度とガラス類似の強靱さおよび
透明性、さらに高分子体類似の柔軟性を兼ね備えた高性
能発光材料を太陽電池表面に被覆することで高出力太陽
電池を実現する。
【０００５】
【作用】本発明では、良好な発光特性を有する希土類錯
体を、分解や変質させることなく固体マトリックス（化
１および化２）内に導入した発光材料を、太陽電池表面
に被覆することで高出力光電変換素子を製造することが
できる。
体を、分解や変質させることなく固体マトリックス（化
１および化２）内に導入した発光材料を、太陽電池表面
に被覆することで高出力光電変換素子を製造することが
できる。
【０００６】
【化１】
【０００７】
【化２】
【０００８】製造は、酸触媒存在下で還流したケイ素の
アルコキシドと有機シランの混合溶液に、有機溶媒に溶
解した希土類錯体を所定量添加後室温で熟成したORMOSI
L溶液を、太陽電池上に塗布してさらに50℃から350℃の
温度領域で加熱処理すること、または、ORMOSIL溶液を
シート状に成型後同様の温度領域で加熱処理し、これに
太陽電池素子を接着あるいは蒸着することにより行うこ
とができる。
アルコキシドと有機シランの混合溶液に、有機溶媒に溶
解した希土類錯体を所定量添加後室温で熟成したORMOSI
L溶液を、太陽電池上に塗布してさらに50℃から350℃の
温度領域で加熱処理すること、または、ORMOSIL溶液を
シート状に成型後同様の温度領域で加熱処理し、これに
太陽電池素子を接着あるいは蒸着することにより行うこ
とができる。
【０００９】ORMOSIL複合体は、従来のガラスの製造に
用いられている溶融法とは異なり、350℃以下の比較的
低温で合成も行うことができる。そのため、希土類錯体
の分解等に基づく劣化をほとんど生じないことから、仕
込み時の形態と組成を保持したままで発光材料として製
造することが可能となる。また、希土類錯体は紫外線に
より光分解されないことに加え、マトリックス自体も紫
外線による脆化を受けない。さらに、マトリックス中の
有機成分はオリゴマー単位で選択できると共に添加量も
変えることが可能であるため、マトリックスの硬度、柔
軟性、屈折率および透明度を自由に制御できる。特にマ
トリックスは、それ自体も紫外線を吸収しエネルギーを
希土類錯体に伝達することで可能で、複合体の発光効率
の向上にも効果がある。
用いられている溶融法とは異なり、350℃以下の比較的
低温で合成も行うことができる。そのため、希土類錯体
の分解等に基づく劣化をほとんど生じないことから、仕
込み時の形態と組成を保持したままで発光材料として製
造することが可能となる。また、希土類錯体は紫外線に
より光分解されないことに加え、マトリックス自体も紫
外線による脆化を受けない。さらに、マトリックス中の
有機成分はオリゴマー単位で選択できると共に添加量も
変えることが可能であるため、マトリックスの硬度、柔
軟性、屈折率および透明度を自由に制御できる。特にマ
トリックスは、それ自体も紫外線を吸収しエネルギーを
希土類錯体に伝達することで可能で、複合体の発光効率
の向上にも効果がある。
【００１０】
【実施例】ORMOSILマトリックスに希土類錯体を導入し
たゲル溶液を合成すると共に、これを太陽電池受光面に
被覆する製造例の工程を図１に示す。
たゲル溶液を合成すると共に、これを太陽電池受光面に
被覆する製造例の工程を図１に示す。
【００１１】具体的には、2、2'ービピリジン(bpy)および
1、10ーフェナントロリン(phen)配位子と、Eu3+およびTb
3+イオンの希土類錯体であるLn(bpy)2Cl3およびLn(phe
n)2Cl 3 (Ln = Eu, Tb)をゾルーゲル法により上記のORMOS
ILマトリックス内に導入し、このORMOSIL複合体溶液を
市販の太陽電池上にディップコーティングした。引き続
きこれらが分解しない温度（350℃以下）で加熱処理を
行った。その結果、十分な機械的強度と良好な透明性を
有する希土類錯体含有発光材料を太陽電池表面に被覆す
ることに成功した。
1、10ーフェナントロリン(phen)配位子と、Eu3+およびTb
3+イオンの希土類錯体であるLn(bpy)2Cl3およびLn(phe
n)2Cl 3 (Ln = Eu, Tb)をゾルーゲル法により上記のORMOS
ILマトリックス内に導入し、このORMOSIL複合体溶液を
市販の太陽電池上にディップコーティングした。引き続
きこれらが分解しない温度（350℃以下）で加熱処理を
行った。その結果、十分な機械的強度と良好な透明性を
有する希土類錯体含有発光材料を太陽電池表面に被覆す
ることに成功した。
【００１２】図２に、オリゴマー単位としてTMSPMを含
むORMOSILマトリックスにTb(bpy)2Cl 3を5mol%導入したO
RMOSIL複合体溶液を、市販のフレキシブル太陽電池上に
ディップコーティングする前後の電流電位曲線を示す。
図から出力を算出した結果、被覆前と比較して被覆後は
約25%の出力上昇が認められた。
むORMOSILマトリックスにTb(bpy)2Cl 3を5mol%導入したO
RMOSIL複合体溶液を、市販のフレキシブル太陽電池上に
ディップコーティングする前後の電流電位曲線を示す。
図から出力を算出した結果、被覆前と比較して被覆後は
約25%の出力上昇が認められた。
【００１３】一方、得られた光変調増感型太陽電池の出
力は、数日を経ても変化しなかったことから、被覆に用
いた発光材料中の希土類錯体は固体マトリックスにより
完全に外気から遮断されていること、およびコーティン
グ膜が十分な耐久性を有していることが明きらかとなっ
た。
力は、数日を経ても変化しなかったことから、被覆に用
いた発光材料中の希土類錯体は固体マトリックスにより
完全に外気から遮断されていること、およびコーティン
グ膜が十分な耐久性を有していることが明きらかとなっ
た。
【００１４】
【発明の効果】本発明は、ゾルーゲル法により合成を行
うため、バルク体、薄膜およびファイバーへの成型が容
易であり、加えて市販の無機蛍光体と同等の良好な蛍光
特性を有する発光材料を作製することができる。さら
に、ORMOSILマトリックスは有機成分に基づく柔軟性と
ガラス成分に基づく強靱さおよび透明性を兼ね備えてい
るため、太陽電池における出力の向上の他に素子自体の
保護にも十分効果がある。
うため、バルク体、薄膜およびファイバーへの成型が容
易であり、加えて市販の無機蛍光体と同等の良好な蛍光
特性を有する発光材料を作製することができる。さら
に、ORMOSILマトリックスは有機成分に基づく柔軟性と
ガラス成分に基づく強靱さおよび透明性を兼ね備えてい
るため、太陽電池における出力の向上の他に素子自体の
保護にも十分効果がある。
【図１】ORMOSIL複合体の製造およびこれを太陽電池表
面に被覆する工程図である。
面に被覆する工程図である。
【図２】5mol%のTb(bpy)2Cl3錯体を含むORMOSIL複合体
溶液をフレキシブル太陽電池受光面上にディップコーテ
ィングする前後の電流ー電位曲線の図である。ただし、
光源には波長300nm以下の光をカットしたキセノンラン
プ光（22 mW/cm2）を用いた。
溶液をフレキシブル太陽電池受光面上にディップコーテ
ィングする前後の電流ー電位曲線の図である。ただし、
光源には波長300nm以下の光をカットしたキセノンラン
プ光（22 mW/cm2）を用いた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堤 修司 大阪府豊中市蛍池中町１丁目５番18号 メ ゾン豊中 Ｐａｒｔ15 207号室
Claims (2)
- 【請求項１】希土類イオンと芳香環類似の共役系部位を
有する有機配位子（例えば、ビピリジン、テルピリジ
ン、フェナントロリン、フタロシアニン、ピリジン、キ
ノリン、ウトロピン、βージケトン、二安息香酸、クラ
ウンエーテル、クリプタンド、アミンポリカルボン酸、
ジフェニル酸、ナフタル酸、フタル酸、ピロカテコー
ル、ピロガロール、サリチル酸およびこれらの誘導体な
ど）から合成した希土類錯体を、シリカの三次元構造を
部分的に3ー(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート
(TMSPM)、ジエトキシジメチルシラン(DEDMS)、およびジ
エトキシジフェニルシラン(DEDPS)などの有機シランで
置換した有機ー無機複合型マトリックス（ORMOSIL）内に
ゾルーゲル法により導入した高輝度発光材料を太陽電池
表面に被覆すること、または、被覆後さらにこれらを50
℃から350℃の温度領域で加熱処理することで、太陽電
池の吸光感度の高い領域の光量を増加させ、これにより
光電変換出力を増大させる技術。 - 【請求項２】上記の高輝度発光材料を50℃から350℃で
一度板状に成型後、これを導波路状の集光材として用い
ることで太陽電池受光面に導き、これにより光電変換を
高効率で行う技術。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8037883A JPH09230396A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 希土類錯体複合発光材料を用いる光変調増感型太陽電池の製造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8037883A JPH09230396A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 希土類錯体複合発光材料を用いる光変調増感型太陽電池の製造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09230396A true JPH09230396A (ja) | 1997-09-05 |
Family
ID=12509949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8037883A Pending JPH09230396A (ja) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | 希土類錯体複合発光材料を用いる光変調増感型太陽電池の製造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09230396A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994947B2 (en) * | 2001-03-01 | 2006-02-07 | Osaka University | Photochemical hole burning media |
| WO2008096711A1 (ja) | 2007-02-06 | 2008-08-14 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール用波長変換型集光フィルム |
| WO2010050466A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 日産化学工業株式会社 | 光電変換装置用波長変換膜形成組成物及び光電変換装置用波長変換膜並びに光電変換装置 |
| WO2011040391A1 (ja) | 2009-09-29 | 2011-04-07 | 日立化成工業株式会社 | 波長変換用蛍光材料、これを含む波長変換用樹脂組成物、これらを用いた太陽電池モジュール、波長変換用樹脂組成物の製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法 |
| EP2947697A1 (en) | 2013-12-23 | 2015-11-25 | Merck Patent GmbH | Antireflection films and photovoltaic devices |
-
1996
- 1996-02-26 JP JP8037883A patent/JPH09230396A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6994947B2 (en) * | 2001-03-01 | 2006-02-07 | Osaka University | Photochemical hole burning media |
| WO2008096711A1 (ja) | 2007-02-06 | 2008-08-14 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール用波長変換型集光フィルム |
| WO2010050466A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 日産化学工業株式会社 | 光電変換装置用波長変換膜形成組成物及び光電変換装置用波長変換膜並びに光電変換装置 |
| WO2011040391A1 (ja) | 2009-09-29 | 2011-04-07 | 日立化成工業株式会社 | 波長変換用蛍光材料、これを含む波長変換用樹脂組成物、これらを用いた太陽電池モジュール、波長変換用樹脂組成物の製造方法及び太陽電池モジュールの製造方法 |
| EP2947697A1 (en) | 2013-12-23 | 2015-11-25 | Merck Patent GmbH | Antireflection films and photovoltaic devices |
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