JPH10505192A - 電気化学式太陽電池セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 作用電極プレート間の隙間に電解質を充填しないようにした比較的有効な電気化学式太陽電池セルを提供するため、カウンタ電極プレートは作用電極上の多孔性で高表面積の金属酸化物半導体層の頂面に直接沈着させた電気触媒材料の第１の層で置き換える。電気触媒材料から成る第１の層の頂面には、集電体として機能する導電性材料の第２の層が随意に設けられ得る。

Description

【発明の詳細な説明】 電気化学式太陽電池セル 発明の属する技術分野 本発明は、再生型電気化学式太陽電池の製法の原理を基礎とする太陽電池セル に関する。 技術的背景 本形式の太陽電池セルは、例えば国際特許出願第ＷＯ91/16719号に示されてい る。前記出願には、基体としてガラスプレートを備えた第１電極を含む再生型電 気化学式太陽電池セルが示されており、そのガラスプレートは導電性があり、光 学的透過性を有する層によって覆われており、この層上には高表面積の二酸化チ タンのような、金属酸化物半導体の薄層が沈着されている。酸化材料の層は、ス ペクトルの可視領域で光を吸収する感光性染料から成る層の単分子層を備える。 染料は電子を染料の導電帯域に入り込むことによって酸化物と協働する。 中央電極と称される第２電極は導電性があり、光学的透過性のある層により被 覆されるガラスプレートを備え、前記層は付加的に電気的活性の電解質で覆われ 得る。前記の電極は、互いに向かい合っており、その電極間の隙間にはレドック ス対を含む電解質が充填されている。触媒の効果によってカウンタ電極から電解 質への電子の移送が促進される。 前記の構造において、導電層の少なくとも一つがセルの内部に光が届くことが できるような透過性を有する。 光はカウンター電極を介してセルに入射すると仮定する。その後、光は前記の ように染料によって吸収され、染料は電子を酸化半導体の導電帯域に送られる。 染料に形成されたホールは、レドックスプロセスの電解質から与えられる電子に よって満たされる。外部回路では、負荷は発生電流を循環させるように接続され る。この作用原理は、例えば前記の書類から既に公知である。 カウンタ電極が電解質で満された隙間によって作用電極から離されている二つ のプレート配置の欠点の一つは、特に内部で電気的接続される配置となる時、生 産が大規模で複雑になることである。 更に、電解質で充填された隙間はイオンパス長による電気抵抗と同等であるの で、セルのインピーダンスは比較的高くなる。 一般的にセルに使用されているフロートガラスシートが不規則な厚さを有し、 表面上に波状の歪みがあることから、二つのプレート間の隙間を規則的で狭くす ることは、特に大きなセルにとっては困難である。 更に、作用電極プレートが高多孔性金属酸化物半導体の層で覆われている時、 表面が不規則になるという困難さがある。また金属酸化物半導体層の頂面部とカ ウンター電極との間の隙間は、同じ理由から不規則になる。 発明の詳細な説明 本発明の目的は、作用電極プレートとカウンター電極プレート間の隙間を満た す電解質を取り除いた電気化学 式太陽電池セルを提供することである。これにより内部インピーダンスをより低 くできるので、より効果的なセルが提供される。 本発明の別の目的は、第２プレートの形のカウンタ電極を完全に取り除き、明 らかにセルの生産を非常に容易にすることである。それによって例えば、ガラス プレートの支持の問題がなくなり、同じ表面のセルが軽くなるなどの利点がある 。 前記目的は本発明の太陽電池セルでは、カウンタ電極プレートを、直接作用電 極の多孔性金属酸化物半導体層の頂面に沈着された電気的触媒材料から成る第１ 層に置き換えることにより達成される。選択的に、集電装置として作用する導電 材料から成る第２層が、電気触媒材料から成る第１層の頂面に沈着され得る。 本発明に関するセルの配置によって、電気触媒材料が沈着した層は、多孔性金 属酸化物半導体層の頂面に密接に接触し、従って電解質で充填された作用電極プ レートとカウンタ電極との間の隙間が取り除かれる。このプロセスのために必要 な電解質は単に半導体材料の含浸物として存在する。従って、イオンパスは最小 にされ、その大きさは多孔性金属酸化物半導体の厚さによってのみ与えられる。 本発明の別の利点は、例えば曲がったガラスプレートの形のように、湾曲した 基体上に太陽電池セルが容易に生産可能であり、曲率に対する制限がないという ことで ある。実際問題として、支持ガラス形態に合った多孔性金属酸化物半導体層の表 面と、電気的触媒が本質的に合致するのように設けられるので、通常ガラスで形 成され、金属酸化物半導体を支持する作用電極プレートとカウンター電極とをマ ッチングする必要は全くなくなる。 本発明のまた別の目的は、平な表面ではない不規則な表面上で電気化学式太陽 電池セルを製作できる方法を提供することである。 発明の実施の形態 第１図には従来のの電気化学式太陽電池セルが示されている。 第２図には本発明の電気化学式太陽電池セルが示されている。 本発明の電気化学式太陽電池セルと従来のものとの間の相異をより明確にする ため、従来の太陽電池セルの一例を第１図に示す。 再生型電気化学式太陽電池セルは、導電性があり光学的透過性を有する層２で 覆われた基体としてのガラスプレート１から成る第１電極を有し、層２上には高 表面積の二酸化チタンの様な、金属酸化物半導体の薄層６が沈着されている。図 面において寸法及び様々な寸法間の関係は必ずしも正確ではなく、図面の明確さ を重視して選択されていることを注意すべきである。 金属酸化物層６はスペクトルの可視領域において光を吸収する感光染料から成 る単分子の層を有する。この技 術は公知である。染料は電子を同じ導電領域に入り込むことによって、酸化物と 協働する。 カウンタ電極と称される第２電極は、付加的に電子活性触媒３で被覆し得る導 電性で光学的透過性を有する層７によって覆われるガラスプレート８を有する。 上述の２つの電極は互いに向かい合い、その間の隙間にはレドックス対を含む電 解質４が充填されている。触媒３の効果によって、カウンタ電極から電解質４へ 電子を運ぶことを容易にする。 前記の構造において導電層２、７の少なくとも一つは、セルの内部に光が届く ように透過性を有する。 従来の技術に関するセルの作用は先に説明した。 前記のように本発明の原理を用ると、例えば湾曲したガラスタイルを基体とし て利用することが可能になり、全ての電気化学式太陽電池セルは積層状に構築さ れる。しかし第２図では簡単化するために、本発明によるセルは薄い構造で示さ れている。 本発明によるセルの作用電極は、従来技術によるセルに対応する電極と同じ構 成を有する。対応する部分には同じ名称を用いる。 本発明に関するセルの作用電極は電気触媒から成る層３と、好ましくは集電層 ７から成っている。これらの層は、直接半導体層６の頂面に沈着され、層６自体 を導電性で光学的透過性を有する層２によって覆われたプレート１に沈着されて いる。以前の従来のセルと同様に半導 体層には、好ましくは感光性染料５が含浸される。 電解質４は金属酸化物半導体結晶間の隙間に充填され、従って毛管現象によっ て保持される。 プレート１はグラスまたは別の適当な材料から構成され得る。半導体層を沈着 する製法のために、材料は熱抵抗を有するべきである。 電導層２は例えば、フッ素をドープした酸化スズ(fluorine doped tinoxide) または酸化スズをドープした酸化インジウム(indiumoxide doped with tinoxide )から成る。そして半導体層は酸化チタンまたは、別の広帯域半導体材料、典型 的には従来の技術の方法によって沈着された金属酸化物から成り得る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１０月２９日 【補正内容】 請求の範囲 １．第１、第２電極を有し、第１電極が基体としてプレート（１）を備え、プレ ート（１）が導電性層（２）で覆われ、導電性層（２）上に半導体材料の層（６ ）を設け、半導体材料の層（６）に電解質（４）を含浸させた再生型電気化学式 大要電池セルにおいて、上記半導体材料の層（６）の頂面上に支持基体を設けず に直接、上記第２電極として作用する電気的に活性の電気触媒層（３）を上記半 導体材料の層（６）の表面形態に合わせて設けたことを特徴とする再生型電気化 学式太陽電池セル。 ２．プレート（１）がガラスプレートであることを特徴とする請求の範囲１に記 載の太陽電池セル。 ３．導電性層（２）が光学的に透過性であることを特徴とする請求の範囲１また は２に記載の太陽電池セル。 ４．半導体材料の層（６）が多孔性で高表面積の金属酸化物半導体であることを 特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池セル。 ５．金属酸化物半導体が二酸化チタンから成ることを特徴とする請求の範囲４に 記載の太陽電池セル。 ６．電気的に活性の触媒層（３）の上面に集電体を構成する導電性層（７）を沈 着させたことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の再生型電気 化学式太陽電池セル。 ７．導電性層（７）が光学的に透過性であることを特徴とする請求の範囲６に記 載の太陽電池セル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，Ｌ Ｋ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＵ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１、第２電極を有し、第１電極が基体としてプレート（１）を備え、プレ ート（１）が導電性層（２）で覆われ、導電性層（２）上に半導体材料の層（６ ）を設け、半導体材料の層（６）に電解質（４）を含浸させた再生型電気化学式 大要電池セルにおいて、上記半導体材料の層（６）の頂面上に直接、上記第２電 極として作用する電気的に活性の触媒層（３）を沈着させたことを特徴とする再 生型電気化学式太陽電池セル。 ２．プレート（１）がガラスプレートであることを特徴とする請求の範囲１に記 載の太陽電池セル。 ３．導電性層（２）が光学的に透過性であることを特徴とする請求の範囲１また は２に記載の太陽電池セル。 ４．半導体材料の層（６）が多孔性で高表面積の金属酸化物半導体であることを 特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池セル。 ５．金属酸化物半導体が二酸化チタンから成ることを特徴とする請求の範囲４に 記載の太陽電池セル。 ６．電気的に活性の触媒層（３）の上面に集電体を構成する導電性層（７）を沈 着させたことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一項に記載の再生型電気 化学式太陽電池セル。 ７．導電性層（７）が光学的に透過性であることを特徴とする請求の範囲６に記 載の太陽電池セル。