JPWO2013175823A1 - 色素増感太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず本発明の色素増感太陽電池の第1実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係る色素増感太陽電池の第1実施形態を示す断面図、図2は、図1の部分拡大断面図である。
作用極10は、上述したように、導電性基板14と、導電性基板14の表面上に設けられる多孔質酸化物半導体層13とを備えており、導電性基板14は、透明基板11と、透明基板11の対極20側に設けられる透明導電層12とで構成されている。
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。
対極20は、上述したように、対極基板21と、対極基板21のうち電解質30側の面に設けられる触媒層22とで構成されている。
最大変形率(%)=100×(最大変位量/シート状電極の厚さ)
に基づいて算出される値を言う。従って、例えば厚さ0.04mmのシート状電極が上記のようにして荷重をかけることにより撓み、最大変位量が0.01mmとなった場合、最大変形率は25%となり、このシート状電極は「可撓性を有する」こととなる。
電解質30は、例えばI−/I3 −などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばI−/I3 −のほか、臭素/臭化物イオン、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質30は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
封止部40は、上述したように、無機封止部41と、樹脂封止部42とで構成されている。
熱硬化樹脂45は、突起部41b及び配線保護部44を覆って電解質30から保護することが可能であればよく、熱硬化樹脂45の具体例としては、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂およびエポキシ樹脂などが挙げられる。
図3〜9は、色素増感太陽電池100を製造する一連の工程を示す断面図である。
まず作用極10を以下のようにして準備する(図3参照)。
次に、図4Aに示すように、多孔質酸化物半導体層13を包囲するように連続状で且つ環状の本体部41aを形成する。本体部41aは、多孔質酸化物半導体層13を包囲するように集電配線43を形成し、続いて集電配線43を被覆するように配線保護部44を形成することにより得ることができる。
次に、作用極10の多孔質酸化物半導体層13に光増感色素を担持させる。このためには、作用極10を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、光増感色素を多孔質酸化物半導体層13に吸着させるか又は光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層13に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を多孔質酸化物半導体層13に吸着させればよい。
一方、以下のようにして対向基板としての対極20を準備する。
次に、図6に示すように、作用極10に固定された無機封止部41の上に連続状で且つ環状の第1封止材42Aを固定する。第1封止材42Aは、例えば熱可塑性樹脂を加熱により溶融させて無機封止部41に接着させることによって無機封止部41に固定することができる。具体的には、第1封止材42Aは、導電性基板14の表面のうち本体部41aよりも外側にある領域S5、および、本体部41aのうち突起部41bに対して電解質30と反対側にある表面S3,S4の全体を覆うと共に、突起部41bの延び方向に沿った外周面S2をも覆うように配置した後、加熱により溶融させて無機封止部41に接着させることによって無機封止部41に固定する。このとき、第1封止材42Aの融点は、突起部41bの融点(T2)よりも小さいことが好ましい。
次に、図7に示すように、対極20のうち触媒層22の表面上の環状部位B2に第2封止材42Bを固定する。第2封止材42Bは、例えば熱可塑性樹脂を加熱により溶融させて触媒層22に接着させることによって固定することができる。第2封止材42Bとしては、第1封止材42Aと同様のものを用いることができる。第2封止材42Bの融点は、突起部41bの融点(T2)よりも小さいことが好ましい。
続いて、図8に示すように、作用極10上であって無機封止部41の内側に電解質30を配置する。電解質30は、作用極10上であって無機封止部41の内側に多孔質酸化物半導体層13を覆うように注入したり、印刷したりすることによって得ることができる。
次に、図9に示すように、作用極10と対極20とを例えば減圧下に貼り合わせる。こうして、作用極10と対極20との間に封止部40を形成する(図1参照)。
次に、本発明の色素増感太陽電池の第2実施形態について説明する。図10は、本発明の色素増感太陽電池の第2実施形態を示す部分断面図である。
はじめに、10cm×10cm×4mm(厚さ)のフッ素ドープ酸化錫からなるFTO膜をガラス基板上に設けてなる透明導電ガラス基板(FTO基板)を準備した。続いて、FTO基板のうちFTO膜上に、平均粒径20nmの酸化チタンを含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥後、500℃にて1時間加熱処理することにより、厚さ約20μmの多孔質酸化物半導体層を形成した。こうして作用極を作製した。
本体部からの突起部の高さHを表1に示す通りとしたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。なお、実施例2〜6で得られた色素増感太陽電池の断面をSEMにて観察したところ、突起部と対極との間に樹脂封止部の一部が入り込んでいることが分かった。また樹脂封止部は、接着部に対し電解質と反対側にも拡張する拡張部を有しており、拡張部はFTO基板及び対極の両方に接着していることが分かった。
封止部を形成する際、第1封止材及び第2封止材を5MPaの圧力で加圧して突起部と対極とが接触するようにしたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。なお、実施例7で得られた色素増感太陽電池の断面をSEMにて観察したところ、樹脂封止部は、接着部に対し電解質と反対側にも拡張する拡張部を有しており、拡張部はFTO基板及び対極の両方に接着していることが分かった。
第1封止材を無機封止部に固定する際、第1封止材を、突起部の延び方向に沿った外周面と、本体部のうち突起部に対して電解質と反対側にあって且つ本体部に対しFTO基板と反対側にある表面のみを覆うように配置した後、加熱により溶融させて無機封止部に接着させることにより拡張部が形成されないようにしたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。なお、実施例8で得られた色素増感太陽電池の断面をSEMにて観察したところ、突起部と対極との間に樹脂封止部の一部が入り込んでいることが分かった。また樹脂封止部は、接着部に対し電解質と反対側に拡張する拡張部を有していないことも分かった。
突起部を、本体部におけるFTO基板と反対側の表面のうち多孔質酸化物半導体層から最も遠い位置に形成し、第1封止材を無機封止部に固定する際、第1封止材を、突起部の延び方向に沿った内周面と、本体部のうち突起部に対して電解質側にあって且つ本体部に対しFTO基板と反対側にある表面のみを覆うように配置した後、加熱により溶融させて無機封止部に接着させることにより拡張部が形成されないようにしたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。なお、実施例9で得られた色素増感太陽電池の断面をSEMにて観察したところ、突起部と対極との間に樹脂封止部の一部が入り込んでいることが分かった。また樹脂封止部は、接着部に対し電解質側に拡張する拡張部を有していないことも分かった。
本体部の上に突起部を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
色素増感太陽電池の耐久性について以下のようにして評価した。すなわち、まず実施例1〜9及び比較例1で得られた色素増感太陽電池について、85℃58%RH環境下で1000h放置した後の光電変換効率を測定し、下記式:
光電変換効率の低下率(%)=初期の光電変換効率(100%)−1000h放置後の光電変換効率)
に基づいて光電変換効率の低下率を算出した。結果を表1に示す。なお、光電変換効率の低下率が10%以下である場合には耐久性に優れるとして「合格」とし、10%を超える場合には耐久性に劣るとして「不合格」とした。
14…導電性基板
20…対極(対向基板)
30…電解質
40,240,340,440,540…封止部
41,541…無機封止部
41a,541a…本体部
41b…突起部
S1…外周面(側面)
42,242,342,442…樹脂封止部
42a,342a,442a…接着部
42b…拡張部
43…集電配線(本体部)
44…配線保護部(本体部)
100,200,300,400,500,600…色素増感太陽電池
601…対向基板
S4…接着部が接着されていない領域
H…突起部の高さ
Claims (11)
- 導電性基板と、
前記導電性基板に対向する対向基板と、
前記導電性基板及び前記対向基板の間に配置される電解質と、
前記導電性基板及び前記対向基板と共に前記電解質を包囲し、前記導電性基板及び前記対向基板を連結する環状の封止部とを備え、
前記封止部が、
前記導電性基板に固定され、無機材料からなる無機封止部と、
前記対向基板に固定され、樹脂材料からなる樹脂封止部とを有し、
前記無機封止部が、
前記導電性基板上に設けられる本体部と、
前記本体部から前記導電性基板と反対側に向かって延びる突起部とを有し、
前記樹脂封止部が、前記本体部と前記対向基板とを接着し且つ前記突起部の延び方向に沿った側面に接着される接着部を有する、色素増感太陽電池。 - 前記突起部の融点が、前記接着部の融点よりも高い、請求項1に記載の色素増感太陽電池。
- 前記接着部の少なくとも一部が前記突起部に対して前記電解質と反対側に設けられている、請求項1又は2に記載の色素増感太陽電池。
- 前記樹脂封止部が、前記接着部に対し前記突起部と反対側に拡張し、前記無機封止部の前記本体部のうち前記接着部が接着されていない領域に接着される拡張部をさらに有する、請求項3に記載の色素増感太陽電池。
- 前記本体部からの前記突起部の高さが20〜100μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
- 前記導電性基板を有する第1電極を有し、前記対向基板が第2電極で構成されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
- 導電性基板上に、無機材料からなる無機封止部を形成する無機封止部形成工程と、
対向基板を準備する対向基板準備工程と、
前記導電性基板又は前記対向基板の上に電解質を配置する電解質配置工程と、
前記導電性基板及び前記対向基板を貼り合せて、前記導電性基板と前記対向基板との間に封止部を形成する貼合せ工程とを含み、
前記無機封止部形成工程において、前記無機封止部が、前記導電性基板上に設けられる本体部と、前記本体部から前記導電性基板と反対側に向かって延びる突起部とを有するように形成され、
前記貼合せ工程において、前記封止部が、前記無機封止部と、前記対向基板に固定され、樹脂材料からなる樹脂封止部とを有し、前記樹脂封止部が、前記本体部と前記対向基板とを接着し且つ前記突起部の延び方向に沿った側面に接着される接着部を有するように形成される、色素増感太陽電池の製造方法。 - 前記突起部の融点が、前記接着部の融点よりも高い、請求項7に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
- 前記貼合せ工程において、前記接着部の少なくとも一部が、前記突起部に対して前記電解質と反対側に設けられるように前記封止部が形成される、請求項7又は8に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
- 前記無機封止部形成工程において、前記本体部からの前記突起部の高さが20〜100μmとなるように前記無機封止部が形成される、請求項7〜9のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
- 前記導電性基板を有する第1電極を準備する第1電極準備工程を有し、
前記対向基板が第2電極で構成されている、請求項7〜10のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
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