JPH11102734A - 光電変換材料用半導体、その製造方法及び太陽電池 - Google Patents
光電変換材料用半導体、その製造方法及び太陽電池Info
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた光電変換効率を有する光電変換材料用
半導体を容易かつ安価に提供することを目的とする。 【解決手段】 色素を溶解した１種又は２種以上の非プ
ロトン性溶液、疎水性溶液、非プロトン性かつ疎水性溶
液に半導体を浸漬して、半導体上に色素を吸着させる光
電変換材料用半導体の製造方法。
半導体を容易かつ安価に提供することを目的とする。 【解決手段】 色素を溶解した１種又は２種以上の非プ
ロトン性溶液、疎水性溶液、非プロトン性かつ疎水性溶
液に半導体を浸漬して、半導体上に色素を吸着させる光
電変換材料用半導体の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換材料用半
導体及びその製造方法に関し、より詳細には太陽電池等
の光電変換素子等に利用される光電変換材料用半導体及
びその製造方法に関する。
導体及びその製造方法に関し、より詳細には太陽電池等
の光電変換素子等に利用される光電変換材料用半導体及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光電変換材料とは、光が照射されると、
その材料内の原子に束縛されていた電子が光エネルギー
により自由に動けるようになり、これにより自由電子と
自由電子の抜け孔（正孔）が発生し、これら自由電子と
正孔とが効率よく分離するために、連続的に電気エネル
ギーが取り出すことができる材料、すなわち、光エネル
ギーを電気エネルギーに変換することができる材料であ
る。このような光電変換材料は、例えば太陽電池などに
利用されている。
その材料内の原子に束縛されていた電子が光エネルギー
により自由に動けるようになり、これにより自由電子と
自由電子の抜け孔（正孔）が発生し、これら自由電子と
正孔とが効率よく分離するために、連続的に電気エネル
ギーが取り出すことができる材料、すなわち、光エネル
ギーを電気エネルギーに変換することができる材料であ
る。このような光電変換材料は、例えば太陽電池などに
利用されている。
【０００３】太陽電池のうち、色素増感型太陽電池は高
変換効率を示すため、広く注目されている。色素増感型
太陽電池は、例えば、半導体電極及び対電極と、これら
電極間に挟持された電解質層とから主に構成されてお
り、半導体電極に光が照射されると、この電極側で電子
が発生し、この電子が電気回路を通って対電極に移動
し、対電極に移動した電子が電解質中をイオンとして移
動して半導体電極にもどり、これが繰り返されて電気エ
ネルギーを取り出すことができるものである。
変換効率を示すため、広く注目されている。色素増感型
太陽電池は、例えば、半導体電極及び対電極と、これら
電極間に挟持された電解質層とから主に構成されてお
り、半導体電極に光が照射されると、この電極側で電子
が発生し、この電子が電気回路を通って対電極に移動
し、対電極に移動した電子が電解質中をイオンとして移
動して半導体電極にもどり、これが繰り返されて電気エ
ネルギーを取り出すことができるものである。
【０００４】この色素増感型太陽電池で用いられている
光電変換材料である半導体電極は、半導体表面に可視光
領域に吸収を持つ分光増感色素を吸着させたものが用い
られている。例えば、特開平１−２２０３８０号には、
金属酸化物半導体を、遷移金属錯体などの分光増感色素
を含有する水溶液に、室温下で浸漬することにより、表
面に分光増感色素を吸着させた層が形成された半導体を
用いた太陽電池が記載されている。
光電変換材料である半導体電極は、半導体表面に可視光
領域に吸収を持つ分光増感色素を吸着させたものが用い
られている。例えば、特開平１−２２０３８０号には、
金属酸化物半導体を、遷移金属錯体などの分光増感色素
を含有する水溶液に、室温下で浸漬することにより、表
面に分光増感色素を吸着させた層が形成された半導体を
用いた太陽電池が記載されている。
【０００５】また、特表平５−５０４０２３号には、金
属イオンでドープした酸化チタン半導体の表面に遷移金
属錯体などの分光増感色層を有する太陽電池が記載され
ている。さらに、特開平７−２４９７９０号には、半導
体表面に分光増感色のエタノール溶液を加熱還流して得
られた光電変換材料用半導体を用いた太陽電池が記載さ
れている。
属イオンでドープした酸化チタン半導体の表面に遷移金
属錯体などの分光増感色層を有する太陽電池が記載され
ている。さらに、特開平７−２４９７９０号には、半導
体表面に分光増感色のエタノール溶液を加熱還流して得
られた光電変換材料用半導体を用いた太陽電池が記載さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の方法で
は、色素を溶解している溶媒の水酸基が半導体表面の活
性点と反応して色素吸着を妨げるので、必要な量の色素
を吸着し難く、また、強固に吸着させることができな
い。さらに、色素を溶解している溶媒に含まれている水
が、製造工程中に色素の表面に吸着されるため、半導体
の寿命が短くなる原因にもなっている。しかも、これら
の色素の多くは溶解度が低く、半導体に十分な色素濃度
を与えることができず、変換効率が低下する原因となっ
ている。
は、色素を溶解している溶媒の水酸基が半導体表面の活
性点と反応して色素吸着を妨げるので、必要な量の色素
を吸着し難く、また、強固に吸着させることができな
い。さらに、色素を溶解している溶媒に含まれている水
が、製造工程中に色素の表面に吸着されるため、半導体
の寿命が短くなる原因にもなっている。しかも、これら
の色素の多くは溶解度が低く、半導体に十分な色素濃度
を与えることができず、変換効率が低下する原因となっ
ている。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、優れた光電変換効率を有する光電変換材料用半導
体を容易かつ安価に得ることができる製造方法、この方
法により得られた光電変換材料用半導体及びこの半導体
を使用した太陽電池を提供することを目的とする。
あり、優れた光電変換効率を有する光電変換材料用半導
体を容易かつ安価に得ることができる製造方法、この方
法により得られた光電変換材料用半導体及びこの半導体
を使用した太陽電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光増感
剤として機能する色素を溶解した１種又は２種以上の非
プロトン性又は疎水性溶液のいずれかに半導体を浸漬し
て、半導体上に色素を吸着させる光電変換材料用半導体
の製造方法が提供される。また、光増感剤として機能す
る色素を溶解した１種又は２種以上の疎水性かつ非プロ
トン性溶液に半導体を浸漬して、半導体上に色素を吸着
させる光電変換材料用半導体の製造方法が提供される。
剤として機能する色素を溶解した１種又は２種以上の非
プロトン性又は疎水性溶液のいずれかに半導体を浸漬し
て、半導体上に色素を吸着させる光電変換材料用半導体
の製造方法が提供される。また、光増感剤として機能す
る色素を溶解した１種又は２種以上の疎水性かつ非プロ
トン性溶液に半導体を浸漬して、半導体上に色素を吸着
させる光電変換材料用半導体の製造方法が提供される。
【０００９】さらに、上記製造方法により得られた光電
変換材料用半導体及びこの光電変換材料用半導体と、導
電膜と、該半導体と導電膜との間に挟持された電解質と
から構成される太陽電池が提供される。
変換材料用半導体及びこの光電変換材料用半導体と、導
電膜と、該半導体と導電膜との間に挟持された電解質と
から構成される太陽電池が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の光電変換材料用半導体の
製造方法においては、半導体上に、光増感剤として機能
する色素（以下、単に「色素」と記す）を吸着させる。
ここで用いられる半導体としては、一般に光電変換材料
用に使用されるものであれば特に限定されるものではな
く、例えば、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、硫化
カドミウムなどの公知の半導体の１種または２種以上を
用いることができる。なかでも、安定性、安全性の点か
ら酸化チタンが好ましい。なお、本発明で使用される酸
化チタンは、アナタース型酸化チタン、ルチル型酸化チ
タン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン
酸などの種々の酸化チタン、あるいは水酸化チタン、含
酸化チタン等のすべてが包含される。
製造方法においては、半導体上に、光増感剤として機能
する色素（以下、単に「色素」と記す）を吸着させる。
ここで用いられる半導体としては、一般に光電変換材料
用に使用されるものであれば特に限定されるものではな
く、例えば、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、硫化
カドミウムなどの公知の半導体の１種または２種以上を
用いることができる。なかでも、安定性、安全性の点か
ら酸化チタンが好ましい。なお、本発明で使用される酸
化チタンは、アナタース型酸化チタン、ルチル型酸化チ
タン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン
酸などの種々の酸化チタン、あるいは水酸化チタン、含
酸化チタン等のすべてが包含される。
【００１１】上述の半導体は、粒子状、膜状等種々の形
態の半導体を用いることができるが、基板上に形成され
た膜状の半導体が好ましい。膜状の半導体を基板上に形
成する場合の基板としては、例えば、ガラス基板、プラ
スチック基板等を使用することができ、なかでも透明の
基板が好ましい。膜状の半導体を基板上に形成する方法
としては、公知の種々の方法を使用することができる。
具体的には、基板上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗
布し、乾燥／焼成する方法、基板上に所望の原料ガスを
用いたＣＶＤ法又はＭＯＣＶＤ法等により半導体膜を成
膜する方法、あるいは原料固体を用いたＰＶＤ法、蒸着
法、スパッタリング法又はゾル−ゲル法等により半導体
膜を形成する方法等が挙げられる。なお、この際の半導
体の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１〜
５０μｍ程度が好ましい。
態の半導体を用いることができるが、基板上に形成され
た膜状の半導体が好ましい。膜状の半導体を基板上に形
成する場合の基板としては、例えば、ガラス基板、プラ
スチック基板等を使用することができ、なかでも透明の
基板が好ましい。膜状の半導体を基板上に形成する方法
としては、公知の種々の方法を使用することができる。
具体的には、基板上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗
布し、乾燥／焼成する方法、基板上に所望の原料ガスを
用いたＣＶＤ法又はＭＯＣＶＤ法等により半導体膜を成
膜する方法、あるいは原料固体を用いたＰＶＤ法、蒸着
法、スパッタリング法又はゾル−ゲル法等により半導体
膜を形成する方法等が挙げられる。なお、この際の半導
体の膜厚は、特に限定されるものではないが、０．１〜
５０μｍ程度が好ましい。
【００１２】上述の半導体粒子としては、市販されてい
るもののうち適当な平均粒径、例えば１ｎｍ〜２０００
ｎｍ程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒
子等が挙げられる。また、この半導体粒子を懸濁するた
めに使用される溶媒は、エチレングリコールモノメチル
エーテル等のグライム系溶媒、イソプロピルアルコール
等のアルコール系溶媒、イソプロピルアルコール／トル
エン等のアルコール系混合溶媒、水等が挙げられる。
るもののうち適当な平均粒径、例えば１ｎｍ〜２０００
ｎｍ程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒
子等が挙げられる。また、この半導体粒子を懸濁するた
めに使用される溶媒は、エチレングリコールモノメチル
エーテル等のグライム系溶媒、イソプロピルアルコール
等のアルコール系溶媒、イソプロピルアルコール／トル
エン等のアルコール系混合溶媒、水等が挙げられる。
【００１３】上述の乾燥／焼成は、使用する基板や半導
体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気等を適宜調整
することができる。例えば、大気下又は不活性ガス雰囲
気下、５０〜８００℃程度の範囲内で、１０秒〜１２時
間程度行うことができる。この乾燥／焼成は、単一の温
度で１回又は温度を変化させて２回以上行うことができ
る。
体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気等を適宜調整
することができる。例えば、大気下又は不活性ガス雰囲
気下、５０〜８００℃程度の範囲内で、１０秒〜１２時
間程度行うことができる。この乾燥／焼成は、単一の温
度で１回又は温度を変化させて２回以上行うことができ
る。
【００１４】ＣＶＤ法等により使用される原料ガスとし
ては、半導体を構成する元素が含有されている単一のガ
スを用いてもよいし、２種以上の混合ガスを用いてもよ
い。ＰＶＤ法等により使用される原料固体としては、半
導体を構成する元素が含有されている単一の固体を用い
てもよいし、単一の固体を組み合わせて用いてもよい
し、化合物固体を用いてもよい。
ては、半導体を構成する元素が含有されている単一のガ
スを用いてもよいし、２種以上の混合ガスを用いてもよ
い。ＰＶＤ法等により使用される原料固体としては、半
導体を構成する元素が含有されている単一の固体を用い
てもよいし、単一の固体を組み合わせて用いてもよい
し、化合物固体を用いてもよい。
【００１５】さらに、半導体表面を活性化するために、
膜形成後に活性化処理を行ってもよい。半導体上に色素
を吸着させる方法としては、例えば基板上に形成された
半導体膜を、色素を溶解した１種又は２種以上の非プロ
トン性溶液、疎水性溶液又は非プロトン性かつ疎水性溶
液に浸漬する方法が挙げられる。
膜形成後に活性化処理を行ってもよい。半導体上に色素
を吸着させる方法としては、例えば基板上に形成された
半導体膜を、色素を溶解した１種又は２種以上の非プロ
トン性溶液、疎水性溶液又は非プロトン性かつ疎水性溶
液に浸漬する方法が挙げられる。
【００１６】ここで使用することができる色素は、光増
感剤として機能する色素であり、特に可視光領域及び／
又は赤外光領域に吸収を持ち、分子中に少なくとも１個
の結合基と少なくとも１個のアルキル基とを有する色素
であることが好ましい。結合基としては、例えば、カル
ボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、
スルホン基、カルボキシアルキル基、メルカプト基又は
ホスホニル基等が挙げられる。なお、これら結合基は、
分子中に１種又は２種以上を、１つ又は２つ以上有して
いてもよい。
感剤として機能する色素であり、特に可視光領域及び／
又は赤外光領域に吸収を持ち、分子中に少なくとも１個
の結合基と少なくとも１個のアルキル基とを有する色素
であることが好ましい。結合基としては、例えば、カル
ボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、
スルホン基、カルボキシアルキル基、メルカプト基又は
ホスホニル基等が挙げられる。なお、これら結合基は、
分子中に１種又は２種以上を、１つ又は２つ以上有して
いてもよい。
【００１７】また、アルキル基としては、炭素数１〜３
０、好ましくは炭素数１〜２０の直鎖又は分枝のアルキ
ル基を意味し、例えば、メチル基、エチル基、オクチル
基、ドデシル基、ヘキサデシル基等が挙げられる。な
お、これらアルキル基は、分子中に１つ又は２つ以上有
していてもよい。このような構成を有することにより、
太陽光のうち可視光及び／又は赤外光を吸収し、励起し
て電子を発生させることができるとともに、かかる結合
基により半導体に強固に吸着することができるからであ
る。
０、好ましくは炭素数１〜２０の直鎖又は分枝のアルキ
ル基を意味し、例えば、メチル基、エチル基、オクチル
基、ドデシル基、ヘキサデシル基等が挙げられる。な
お、これらアルキル基は、分子中に１つ又は２つ以上有
していてもよい。このような構成を有することにより、
太陽光のうち可視光及び／又は赤外光を吸収し、励起し
て電子を発生させることができるとともに、かかる結合
基により半導体に強固に吸着することができるからであ
る。
【００１８】具体的には、メタルフリーフタロシアニン
系色素；ＮＫ１１９４、ＮＫ３４２２（日本感光色素研
究所製）等のシアニン系色素；ＮＫ２４２６、ＮＫ２５
０１（日本感光色素研究所製）等のメロシアニン系色
素；ローズベンガル、ローダミンＢ等のキサンテン系色
素；マラカイトグリーン、クリスタルバイオレット等の
トリフェニルメタン色素；銅フタロシアニン及びチタニ
ルフタロシアニン等の金属フタロシアニン、クロロフィ
ル、ヘミン、又はルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛を
１以上含有する錯体（特開平１−２２０３８０号、特表
平５−５０４０２３号に記載）等の金属錯塩等が挙げら
れる。なかでも分光増感の効果や耐久性に優れているた
め金属錯体が好ましい。なお、これらの色素は、半導体
上に均一に吸着させるため、溶液状態で半導体上に吸着
させるものであるから、非プロトン性溶液、疎水性溶液
又は非プロトン性かつ疎水性溶液に完全に溶解するもの
であることが必要である。
系色素；ＮＫ１１９４、ＮＫ３４２２（日本感光色素研
究所製）等のシアニン系色素；ＮＫ２４２６、ＮＫ２５
０１（日本感光色素研究所製）等のメロシアニン系色
素；ローズベンガル、ローダミンＢ等のキサンテン系色
素；マラカイトグリーン、クリスタルバイオレット等の
トリフェニルメタン色素；銅フタロシアニン及びチタニ
ルフタロシアニン等の金属フタロシアニン、クロロフィ
ル、ヘミン、又はルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛を
１以上含有する錯体（特開平１−２２０３８０号、特表
平５−５０４０２３号に記載）等の金属錯塩等が挙げら
れる。なかでも分光増感の効果や耐久性に優れているた
め金属錯体が好ましい。なお、これらの色素は、半導体
上に均一に吸着させるため、溶液状態で半導体上に吸着
させるものであるから、非プロトン性溶液、疎水性溶液
又は非プロトン性かつ疎水性溶液に完全に溶解するもの
であることが必要である。
【００１９】本発明において用いられる色素を溶解する
ために用いる溶媒は、非プロトン性溶媒又は疎水性溶媒
であることが必要であり、非プロトン性かつ疎水性溶媒
であることが好ましい。非プロトン性溶媒としては、例
えばアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；ジエ
チルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエ
タン等のエーテル類；アセトニトリル、ジメチルアセト
アミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等の窒素化合物
類；二硫化炭素、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物
類；ヘキサメチルホスホラミド等のリン化合物類等の公
知のものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。
ために用いる溶媒は、非プロトン性溶媒又は疎水性溶媒
であることが必要であり、非プロトン性かつ疎水性溶媒
であることが好ましい。非プロトン性溶媒としては、例
えばアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；ジエ
チルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエ
タン等のエーテル類；アセトニトリル、ジメチルアセト
アミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等の窒素化合物
類；二硫化炭素、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物
類；ヘキサメチルホスホラミド等のリン化合物類等の公
知のものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。
【００２０】また、疎水性溶媒としては、例えばクロロ
ホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪
族炭化水素；ヘキサン等の脂肪族炭化水素；ベンゼン、
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；酢酸エチル、
酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等の公知の
ものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。さら
に、非プロトン性かつ疎水性溶媒としては、例えばクロ
ロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化脂
肪族炭化水素；ヘキサン等の脂肪族炭化水素；ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；酢酸エチ
ル、酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等の公
知のものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。
ホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪
族炭化水素；ヘキサン等の脂肪族炭化水素；ベンゼン、
トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；酢酸エチル、
酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等の公知の
ものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。さら
に、非プロトン性かつ疎水性溶媒としては、例えばクロ
ロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化脂
肪族炭化水素；ヘキサン等の脂肪族炭化水素；ベンゼ
ン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；酢酸エチ
ル、酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等の公
知のものを単独又は２種以上の混合物が挙げられる。
【００２１】本発明においては、溶液中の色素濃度は、
使用する色素及び溶媒の種類、後述する浸漬又は塗布の
条件、浸漬又は塗布の回数等により適宜調整することが
できるが、例えば１×１０-5モル／リットル以上、さら
に５×１０-5〜１×１０-2モル／リットル程度が好まし
い。色素を溶解した溶液を半導体に浸漬する方法として
は、半導体を沈めることができる容器内に溶液を満た
し、その溶液中に半導体を完全に沈めて所定の時間保持
する方法、半導体の所望の部分のみを漬ける方法等が挙
げられる。その際の溶液及び雰囲気の温度及び圧力は特
に限定されるものではなく、例えば室温程度、かつ大気
圧下が挙げられ、浸漬時間は、使用する色素、溶媒の種
類、溶液の濃度等により適宜調整することができるが、
例えば５分〜９６時間程度が好ましい。これにより、半
導体上に色素を吸着させることができる。なお、色素を
溶解した溶液に浸漬した後、適宜乾燥又は焼成等しても
よい。
使用する色素及び溶媒の種類、後述する浸漬又は塗布の
条件、浸漬又は塗布の回数等により適宜調整することが
できるが、例えば１×１０-5モル／リットル以上、さら
に５×１０-5〜１×１０-2モル／リットル程度が好まし
い。色素を溶解した溶液を半導体に浸漬する方法として
は、半導体を沈めることができる容器内に溶液を満た
し、その溶液中に半導体を完全に沈めて所定の時間保持
する方法、半導体の所望の部分のみを漬ける方法等が挙
げられる。その際の溶液及び雰囲気の温度及び圧力は特
に限定されるものではなく、例えば室温程度、かつ大気
圧下が挙げられ、浸漬時間は、使用する色素、溶媒の種
類、溶液の濃度等により適宜調整することができるが、
例えば５分〜９６時間程度が好ましい。これにより、半
導体上に色素を吸着させることができる。なお、色素を
溶解した溶液に浸漬した後、適宜乾燥又は焼成等しても
よい。
【００２２】上述のようにして得られた光電変換材料用
半導体は、太陽電池、光スイッチング装置、センサ等の
光電変換装置に好適に使用することができる。例えば、
太陽電池に使用する場合、図１のように導電膜でコート
されたガラス基板等の支持体１上に、上述の光電変換材
料用半導体２を形成して一方の電極とし、さらに対電極
４として別のガラス基板等の支持体上に導電膜による電
極を形成し、これら電極間に電解質３を封入することに
より、太陽電池を構成することができる。
半導体は、太陽電池、光スイッチング装置、センサ等の
光電変換装置に好適に使用することができる。例えば、
太陽電池に使用する場合、図１のように導電膜でコート
されたガラス基板等の支持体１上に、上述の光電変換材
料用半導体２を形成して一方の電極とし、さらに対電極
４として別のガラス基板等の支持体上に導電膜による電
極を形成し、これら電極間に電解質３を封入することに
より、太陽電池を構成することができる。
【００２３】ここで電極として使用することができる導
電膜は、特に限定されるものではないが、例えばＩＴ
Ｏ、ＳｎＯ2 等の透明導電膜が好ましい。これら電極の
製造方法及び膜厚等は、適宜選択することができる。ま
た、電解質としては、一般に電池や太陽電池等において
使用することができる電解質であれば特に限定されな
い。
電膜は、特に限定されるものではないが、例えばＩＴ
Ｏ、ＳｎＯ2 等の透明導電膜が好ましい。これら電極の
製造方法及び膜厚等は、適宜選択することができる。ま
た、電解質としては、一般に電池や太陽電池等において
使用することができる電解質であれば特に限定されな
い。
【００２４】このように、光電変換材料用半導体に吸着
した色素に太陽光を照射すると、色素は可視領域の光を
吸収して励起する。この励起によって発生した電子は半
導体さらに対電極に移動する。対電極に移動した電子は
電解質中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子
を移動させた色素は酸化体の状態になっているが、この
酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され元の状
態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の光電変
換材料用半導体を用いた太陽電池を構成することができ
る。
した色素に太陽光を照射すると、色素は可視領域の光を
吸収して励起する。この励起によって発生した電子は半
導体さらに対電極に移動する。対電極に移動した電子は
電解質中の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子
を移動させた色素は酸化体の状態になっているが、この
酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され元の状
態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の光電変
換材料用半導体を用いた太陽電池を構成することができ
る。
【００２５】以下に本発明の光電変換材料用半導体の製
造方法及び太陽電池の実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。実施例１ 市販の酸化チタン粒子（テイカ株式会社社製、商品名Ａ
ＭＴ−６００、アナターゼ型結晶、平均粒径３０ｎｍ、
比表面積５０ｍ2／ｇ）４．０ｇとジエチレングリコー
ルモノメチルエーテル２０ｍｌとを、ガラスビーズを使
用し、ペイントシェイカーで６時間分散させ、酸化チタ
ン懸濁液を調製した。
造方法及び太陽電池の実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。実施例１ 市販の酸化チタン粒子（テイカ株式会社社製、商品名Ａ
ＭＴ−６００、アナターゼ型結晶、平均粒径３０ｎｍ、
比表面積５０ｍ2／ｇ）４．０ｇとジエチレングリコー
ルモノメチルエーテル２０ｍｌとを、ガラスビーズを使
用し、ペイントシェイカーで６時間分散させ、酸化チタ
ン懸濁液を調製した。
【００２６】次いで、この酸化チタン懸濁液をドクター
ブレードを用いて、１０μｍ程度の膜厚でガラス板に塗
布し、１００℃で３０分間予備乾燥した後、５００℃で
４０分間焼成し、膜厚８μｍ程度の酸化チタン膜を得
た。さらに、式（Ｉ）：
ブレードを用いて、１０μｍ程度の膜厚でガラス板に塗
布し、１００℃で３０分間予備乾燥した後、５００℃で
４０分間焼成し、膜厚８μｍ程度の酸化チタン膜を得
た。さらに、式（Ｉ）：
【００２７】
【化１】
【００２８】で表された色素をアセトニトリルに溶解し
た。この色素の濃度は２×１０-4モル／リットルであっ
た。続いて、上述で得られた酸化チタン膜を具備したガ
ラス基板を、上記色素溶液に３０分間浸漬し、光電変換
材料用半導体（試料Ａ）を得た。次いで、試料Ａを一方
の電極とし、対電極として白金を担持した透明導電性ガ
ラス板を用いた。これら２つの電極の間に電解質を入
れ、この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付け
て、本発明の光電変換材料（試料Ｂ）を作製した。な
お、電解質は、体積比が１：４であるアセトニトリル／
炭酸エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウ
ムアイオダイドとヨウ素とを、それぞれの濃度が０．４
６モル／リットル、０．０６モル／リットルとなるよう
に溶解したものを用いた。
た。この色素の濃度は２×１０-4モル／リットルであっ
た。続いて、上述で得られた酸化チタン膜を具備したガ
ラス基板を、上記色素溶液に３０分間浸漬し、光電変換
材料用半導体（試料Ａ）を得た。次いで、試料Ａを一方
の電極とし、対電極として白金を担持した透明導電性ガ
ラス板を用いた。これら２つの電極の間に電解質を入
れ、この側面を樹脂で封入した後、リード線を取付け
て、本発明の光電変換材料（試料Ｂ）を作製した。な
お、電解質は、体積比が１：４であるアセトニトリル／
炭酸エチレンの混合溶媒に、テトラプロピルアンモニウ
ムアイオダイドとヨウ素とを、それぞれの濃度が０．４
６モル／リットル、０．０６モル／リットルとなるよう
に溶解したものを用いた。
【００２９】得られた試料Ｂの光電変換材料にソーラー
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、η（変換効率）は２．２％であり、太陽電池と
して有用であることがわかった。
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、η（変換効率）は２．２％であり、太陽電池と
して有用であることがわかった。
【００３０】比較例１ 色素として式（II）：
【００３１】
【化２】
【００３２】で表されたものをエタノールに溶解した以
外は実施例１と同様にして光電変換材料（試料Ｃ）を得
た。得られた試料Ｃの光電変換材料にソーラーシュミレ
ーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、
ηは１．８％であった。実施例１及び比較例１から明ら
かなように、非プロトン性溶媒に色素を溶解した溶液を
用いて、半導体表面に色素を吸着させると、優れた光電
変換効率を有する光電変換材料用半導体が得られること
がわかった。
外は実施例１と同様にして光電変換材料（試料Ｃ）を得
た。得られた試料Ｃの光電変換材料にソーラーシュミレ
ーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、
ηは１．８％であった。実施例１及び比較例１から明ら
かなように、非プロトン性溶媒に色素を溶解した溶液を
用いて、半導体表面に色素を吸着させると、優れた光電
変換効率を有する光電変換材料用半導体が得られること
がわかった。
【００３３】実施例２ 色素として式（III)：
【００３４】
【化３】
【００３５】で表されたものを５×１０-4モル／リット
ルとなるようにヘキサンに溶解した以外は実施例１と同
様にして光電変換材料（試料Ｄ）を得た。得られた試料
Ｄの光電変換材料にソーラーシュミレーターで１００Ｗ
／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは２．７％であ
った。
ルとなるようにヘキサンに溶解した以外は実施例１と同
様にして光電変換材料（試料Ｄ）を得た。得られた試料
Ｄの光電変換材料にソーラーシュミレーターで１００Ｗ
／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは２．７％であ
った。
【００３６】比較例２ 色素として上述の式（II) で表されたものをエタノール
に溶解した以外は実施例１と同様にして光電変換材料
（試料Ｅ）を得た。
に溶解した以外は実施例１と同様にして光電変換材料
（試料Ｅ）を得た。
【００３７】得られた試料Ｅの光電変換材料にソーラー
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、ηは１．８％であった。実施例２及び比較例２
から明らかなように、疎水性溶媒に色素を溶解した溶液
を用いて、半導体表面に色素を吸着させると、優れた光
電変換効率を有する光電変換材料用半導体が得られるこ
とがわかった。
シュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照射した
ところ、ηは１．８％であった。実施例２及び比較例２
から明らかなように、疎水性溶媒に色素を溶解した溶液
を用いて、半導体表面に色素を吸着させると、優れた光
電変換効率を有する光電変換材料用半導体が得られるこ
とがわかった。
【００３８】実施例３ 色素として式（IV) ：
【００３９】
【化４】
【００４０】で表されたものを５×１０-4モル／リット
ルとなるように酢酸エチルに溶解した以外は実施例１と
同様にして光電変換材料（試料Ｆ）を得た。得られた試
料Ｆの光電変換材料にソーラーシュミレーターで１００
Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは２．９％で
あった。
ルとなるように酢酸エチルに溶解した以外は実施例１と
同様にして光電変換材料（試料Ｆ）を得た。得られた試
料Ｆの光電変換材料にソーラーシュミレーターで１００
Ｗ／ｍ2の強度の光を照射したところ、ηは２．９％で
あった。
【００４１】比較例３ 色素として上述の式（II) で表されたものをエタノール
に溶解した以外は実施例１と同様にして光電変換材料
（試料Ｇ）を得た。得られた試料Ｇの光電変換材料にソ
ーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照
射したところ、ηは１．８％であった。実施例３及び比
較例３から明らかなように、非プロトン性かつ疎水性溶
媒に色素を溶解した溶液を用いて、半導体表面に色素を
吸着させると、優れた光電変換効率を有する光電変換材
料用半導体が得られることがわかった。
に溶解した以外は実施例１と同様にして光電変換材料
（試料Ｇ）を得た。得られた試料Ｇの光電変換材料にソ
ーラーシュミレーターで１００Ｗ／ｍ2の強度の光を照
射したところ、ηは１．８％であった。実施例３及び比
較例３から明らかなように、非プロトン性かつ疎水性溶
媒に色素を溶解した溶液を用いて、半導体表面に色素を
吸着させると、優れた光電変換効率を有する光電変換材
料用半導体が得られることがわかった。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、非プロトン性溶媒に色
素を溶解した溶液を用いて半導体表面に色素を吸着させ
るため、溶液自身に起因する色素吸着の阻害を防止する
ことができる。また、疎水性溶媒に色素を溶解した溶液
を用いて半導体表面に色素を吸着させるため、溶液中に
含有される水に起因する色素吸着の阻害を防止すること
ができ、十分な量の色素を半導体表面に吸着させること
ができる。
素を溶解した溶液を用いて半導体表面に色素を吸着させ
るため、溶液自身に起因する色素吸着の阻害を防止する
ことができる。また、疎水性溶媒に色素を溶解した溶液
を用いて半導体表面に色素を吸着させるため、溶液中に
含有される水に起因する色素吸着の阻害を防止すること
ができ、十分な量の色素を半導体表面に吸着させること
ができる。
【００４３】さらに、非プロトン性かつ疎水性溶媒に色
素を溶解した溶液を用いて半導体表面に色素を吸着させ
るため、溶液自身に起因する色素吸着の阻害と溶液中に
含有される水に起因する色素吸着の阻害の双方を防止す
ることができる。よって、十分な量の色素を半導体表面
に吸着させることができ、容易かつ安価に、光電変換効
率が向上した光電変換材料用半導体を得ることが可能と
なる。
素を溶解した溶液を用いて半導体表面に色素を吸着させ
るため、溶液自身に起因する色素吸着の阻害と溶液中に
含有される水に起因する色素吸着の阻害の双方を防止す
ることができる。よって、十分な量の色素を半導体表面
に吸着させることができ、容易かつ安価に、光電変換効
率が向上した光電変換材料用半導体を得ることが可能と
なる。
【図１】本発明における色素増感型太陽電池の層構成を
示す要部の概略断面図である。
示す要部の概略断面図である。
１ 支持体 ２ 光電変換材料用半導体 ３ 電解質 ４ 対電極
Claims (7)
- 【請求項１】 光増感剤として機能する色素を溶解した
１種又は２種以上の非プロトン性溶液に半導体を浸漬し
て、半導体上に色素を吸着させることを特徴とする光電
変換材料用半導体の製造方法。 - 【請求項２】 光増感剤として機能する色素を溶解した
１種又は２種以上の疎水性溶液に半導体を浸漬して、半
導体上に色素を吸着させることを特徴とする光電変換材
料用半導体の製造方法。 - 【請求項３】 光増感剤として機能する色素を溶解した
１種又は２種以上の非プロトン性かつ疎水性溶液に半導
体を浸漬して、半導体上に色素を吸着させることを特徴
とする光電変換材料用半導体の製造方法。 - 【請求項４】 光増感剤として機能する色素が、分子中
に少なくとも１個の結合基と少なくとも１個のアルキル
基とを有する色素である請求項１〜３のいずれか１つに
記載の光電変換材料用半導体の製造方法。 - 【請求項５】 半導体が酸化チタンである請求項１〜４
のいずれか１つに記載の光電変換材料用半導体の製造方
法。 - 【請求項６】 請求項１〜３のいずれか１つにより得ら
れた光電変換材料用半導体。 - 【請求項７】 請求項１〜３のいずれか１つにより得ら
れた光電変換材料用半導体と、導電膜と、該半導体と導
電膜との間に挟持された電解質とから構成されることを
特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26394997A JP4236715B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光電変換材料用半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26394997A JP4236715B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光電変換材料用半導体の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008257491A Division JP2009064782A (ja) | 2008-10-02 | 2008-10-02 | 光電変換材料用半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11102734A true JPH11102734A (ja) | 1999-04-13 |
| JP4236715B2 JP4236715B2 (ja) | 2009-03-11 |
Family
ID=17396499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26394997A Expired - Fee Related JP4236715B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 光電変換材料用半導体の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4236715B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002184475A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-06-28 | Lintec Corp | 半導体電極の製造方法及び光化学電池 |
| GB2433071A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-13 | Kontrakt Technology Ltd | Organic acids comprising planar conjugated heterocyclic molecular system, & photoelectric layer thereof with rodlike supramolecules for use in solar cell |
| JP2013071036A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Sekisui Chem Co Ltd | 溶液濃度調節方法、溶液濃度調整装置、色素増感型太陽電池、光学デバイス |
| WO2013118709A1 (ja) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法、これを用いた色素増感太陽電池 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009064782A (ja) * | 2008-10-02 | 2009-03-26 | Sharp Corp | 光電変換材料用半導体の製造方法 |
-
1997
- 1997-09-29 JP JP26394997A patent/JP4236715B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002184475A (ja) * | 2000-12-12 | 2002-06-28 | Lintec Corp | 半導体電極の製造方法及び光化学電池 |
| GB2433071A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-13 | Kontrakt Technology Ltd | Organic acids comprising planar conjugated heterocyclic molecular system, & photoelectric layer thereof with rodlike supramolecules for use in solar cell |
| JP2013071036A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Sekisui Chem Co Ltd | 溶液濃度調節方法、溶液濃度調整装置、色素増感型太陽電池、光学デバイス |
| WO2013118709A1 (ja) * | 2012-02-08 | 2013-08-15 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子およびその製造方法、これを用いた色素増感太陽電池 |
| JP2013161751A (ja) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | Fujifilm Corp | 光電変換素子およびその製造方法、これを用いた色素増感太陽電池 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4236715B2 (ja) | 2009-03-11 |
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