KR20110082106A - 색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 저비용으로 제조할 수 있는데다가 의장성이 우수한 색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공한다. 투명 도전성 기판(1) 상에 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)을, 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 산화티타늄 미립자의 입경 또는 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내고, 또한 소정의 모양을 구성하도록 형성한다. 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성된 투명 도전성 기판(1)과 대향 전극(4)이 형성된 투명 도전성 기판(3)을 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)과 대향 전극(4)이 서로 대향하도록 밀봉재(5)를 개재하여 접합하고, 그들 사이의 공간에 전해질층(6)을 봉입하여, 색소 증감 태양 전지를 제조한다.
Description
본 발명은 색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 사람의 눈에 띄는 장소에 설치하기 적합한 색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법에 관한다.
태양광을 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자인 태양 전지는 태양광을 에너지원으로 하고 있기 때문에, 지구 환경에 대한 영향이 매우 적어, 한층 더 보급이 기대되고 있다.
종래부터, 태양 전지로서는, 단결정 또는 다결정의 실리콘을 사용한 결정 실리콘계 태양 전지 및 비정질(아몰퍼스) 실리콘계 태양 전지가 주로 사용되고 있다.
한편, 1991년에 그레첼이 제안한 색소 증감 태양 전지는, 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 게다가 종래의 실리콘계 태양 전지와는 달리 제조시에 대규모의 장치를 필요로 하지 않아, 저비용으로 제조할 수 있는 것 등에 의해 주목받고 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
이 색소 증감 태양 전지의 일반적인 구조는, 투명 도전성 기판 상에 형성한 산화티타늄 등의 다공질 반도체층에 증감 색소를 담지시킨 색소 증감 다공질 반도체층과, 백금층 등을 기판 상에 형성하여 얻어지는 대향 전극을 대향시키고, 이들의 외주부를 밀봉재로 밀봉하여, 양극간에 요오드나 요오드화물 이온 등의 산화ㆍ환원종을 포함하는 전해질을 충전한 것이다.
비특허문헌 1: Nature, 353, p.737(1991)
색소 증감 태양 전지를 사람의 눈에 띄는 장소에 설치하는 경우, 그 색소 증감 태양 전지가 의장성이 우수한 것이면, 보는 사람이 기분이 좋다고 느끼게 할 수 있으므로 바람직하다고 생각된다.
그러나, 본 발명자들이 아는 한, 지금까지, 이 관점에서 색소 증감 태양 전지에 의장성을 갖게 하는 것은 제안되어 있지 않았다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 저비용으로 제조할 수 있는데다가 의장성이 우수한 색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제1 발명은,
투명 도전성 기판과,
상기 투명 도전성 기판 상의, 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 증감 색소를 담지한 하나 또는 복수의 다공질 산화티타늄층과,
상기 다공질 산화티타늄층과 대향하여 형성된 대향 전극과,
상기 다공질 산화티타늄층과 상기 대향 전극 사이의 전해질층을 갖고,
상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성되어 있는 색소 증감 태양 전지이다.
제2 발명은,
투명 도전성 기판 상에, 산화티타늄 미립자가 분산된 페이스트를 서로 동일 또는 다른 패턴으로 1회 또는 복수회 스크린 인쇄하는 공정과,
상기 페이스트를 소성함으로써 하나 또는 복수의 다공질 산화티타늄층을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층에 증감 색소를 담지시키는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층과 대향하여 대향 전극을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층과 상기 대향 전극 사이에 전해질층을 형성하는 공정을 갖고,
상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성하는 색소 증감 태양 전지의 제조 방법이다.
제1 및 제2 발명에 있어서는, 다공질 산화티타늄층은, 필요에 따라서, 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 산화티타늄 미립자의 입경 또는 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내고, 또한 소정의 모양을 구성하도록 형성된다.
제3 발명은,
투명 도전성 기판과,
상기 투명 도전성 기판 상의, 산화물 반도체 미립자로 이루어지고, 증감 색소를 담지한 하나 또는 복수의 다공질 산화물 반도체층과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 대향하여 형성된 대향 전극과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 상기 대향 전극 사이의 전해질층을 갖고,
상기 다공질 산화물 반도체층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 상기 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성되어 있는 색소 증감 태양 전지이다.
제4 발명은,
투명 도전성 기판 상에, 산화물 반도체 미립자가 분산된 페이스트를 서로 동일 또는 다른 패턴으로 1회 또는 복수회 스크린 인쇄하는 공정과,
상기 페이스트를 소성함으로써 하나 또는 복수의 다공질 산화물 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층에 증감 색소를 담지시키는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 대향하여 대향 전극을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 상기 대향 전극 사이에 전해질층을 형성하는 공정을 갖고,
상기 다공질 산화물 반도체층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 상기 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성하는 색소 증감 태양 전지의 제조 방법이다.
제3 및 제4 발명에 있어서는, 다공질 산화물 반도체층은, 필요에 따라서, 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내고, 또한 소정의 모양을 구성하도록 형성된다.
다공질 산화물 반도체층을 구성하는 산화물 반도체 미립자의 재료로서는, 예를 들어, 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화니오븀(Nb2O5), 산화티타늄 스트론튬(TiSrO3), 산화주석(SnO2) 등이며, 이들 중에서도 아나타제형의 산화티타늄이 특히 바람직하다. 산화물 반도체의 종류는 이들에 한정되는 것이 아니라, 또한 이들을 2종류 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 산화물 반도체 미립자는 입자 형상, 튜브 형상, 막대 형상 등 필요에 따라서 다양한 형태를 취하는 것이 가능하다.
산화물 반도체 미립자의 입경은, 일반적으로는, 1차 입자의 평균 입경으로 1 내지 200nm가 바람직하고, 특히 바람직하게는 5 내지 100nm이다. 또한, 이 평균 입경의 산화물 반도체 미립자에 이 평균 입경보다 큰 평균 입경의 산화물 반도체 미립자를 혼합하고, 이 평균 입경이 큰 산화물 반도체 미립자에 의해 입사광을 산란시켜, 양자 수율을 향상시키는 것도 가능하다. 이 경우, 별도 혼합하는 산화물 반도체 미립자의 평균 입경은 20 내지 500nm인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 산화티타늄 미립자 또는 산화물 반도체 미립자에 담지시키는 증감 색소의 종류, 다공질 산화티타늄층 혹은 다공질 산화물 반도체층의 두께, 적층 구조, 산화티타늄 미립자 또는 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 산화티타늄 미립자 혹은 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자 혹은 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라, 다공질 산화티타늄층 혹은 다공질 산화물 반도체층이 소정의 색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 필요에 따라서, 다공질 산화티타늄층 혹은 다공질 산화물 반도체층의 패턴의 형상 및 배치에 따라 소정의 모양을 구성할 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서는, 다공질 산화티타늄층 혹은 다공질 산화물 반도체층에 의해 소정의 착색 모양을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래 공지된 색소 증감 태양 전지와 마찬가지로, 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 저비용으로 제조할 수 있는데다가 소정의 색 혹은 소정의 착색 모양을 나타낼 수 있음으로써 의장성이 우수한 색소 증감 태양 전지를 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 단면도.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 평면도.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 색소 증감 다공질 산화티타늄층이 형성되는 투명 도전성 기판의 투명 도전층측에서 본 평면도.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 대향 전극이 형성되는 투명 도전성 기판의 투명 도전층측에서 본 평면도.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 8은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 13은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 14는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 15는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 16은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 17은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 18은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 19는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 20은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 21은, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 단면도.
도 22는, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서 수광면에 설치되는 광량 조정판의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 평면도.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 색소 증감 다공질 산화티타늄층이 형성되는 투명 도전성 기판의 투명 도전층측에서 본 평면도.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 대향 전극이 형성되는 투명 도전성 기판의 투명 도전층측에서 본 평면도.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 7은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 8은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 9는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 10은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 11은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 12는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 13은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 14는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 15는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 16은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 17은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 18은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 19는, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 20은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 나타내는 색의 제어 방법을 설명하기 위한 대략 선도.
도 21은, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지의 단면도.
도 22는, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서 수광면에 설치되는 광량 조정판의 구성을 도시하는 단면도.
이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태(이하 실시 형태로 함)에 대하여 설명한다.
또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태(색소 증감 태양 전지 및 그 제조 방법)
2. 제2 실시 형태(색소 증감 태양 전지)
3. 제3 실시 형태(색소 증감 태양 전지)
<1. 제1 실시 형태>
[색소 증감 태양 전지의 구성]
도 1은 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지를 도시하는 단면도이다. 이 색소 증감 태양 전지의 평면도를 도 2에 도시한다. 도 1은 도 2의 X-X선을 따른 단면도에 상당한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 이 색소 증감 태양 전지에 있어서는, 투명 기판(1a) 상에 투명 도전층(1b)이 형성된 투명 도전성 기판(1)의 투명 도전층(1b) 상에, 각각 소정의 패턴 형상을 갖는 복수의 색소 담지 다공질 산화티타늄층이 형성되어 있다. 색소 담지 다공질 산화티타늄층에 담지되어 있는 증감 색소의 종류, 이들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층의 수, 형상 및 배치는, 이 색소 증감 태양 전지의 수광면에 표시하는 색 혹은 색 및 모양에 따라서 결정된다. 여기서는, 일례로서 4개의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성되어 있는 것으로 한다. 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 형상 및 배치는 일례를 모식적으로 도시한 것에 지나지 않고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 한편, 투명 기판(3a) 상에 투명 도전층(3b)이 형성된 투명 도전성 기판(3)의 투명 도전층(3b) 상에 대향 전극(4)이 형성되어 있다. 그리고, 투명 도전성 기판(1) 상에 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성된 것과, 투명 도전성 기판(3) 상에 대향 전극(4)이 형성된 것이, 그들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d) 및 대향 전극(4)이 소정의 간격을 두고 서로 대향한 상태에서, 투명 도전성 기판(1)과 투명 도전성 기판(3)에 의해 끼워진 영역의 외주부가 밀봉재(5)에 의해 서로 접착되고, 밀봉되어 있다. 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)과 대향 전극(4)과의 간격은, 예를 들어, 1 내지 100μm, 전형적으로는 수십 내지 100μm, 바람직하게는 1 내지 50μm이다. 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성된 투명 도전층(1b)과 대향 전극(4)과 밀봉재(5)에 의해 둘러싸인 공간에 전해질층(6)이 봉입되어 있다. 이 경우, 투명 도전성 기판(1)의, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성되어 있는 면과 반대측의 면이 수광면으로 된다.
투명 도전성 기판(1, 3)은 서로 동일한 정사각형 또는 직사각형의 평면 형상을 갖는다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 이 경우, 이들의 투명 도전성 기판(1, 3)은, 이들의 투명 도전성 기판(1, 3)의 서로 직교하는 두 변에 평행한 방향으로 x축 및 y축을 취한 경우, x축 방향으로 a, y축 방향으로 b만큼 서로 어긋나 있다. 예를 들어, 투명 도전성 기판(1, 3)이 정사각형의 평면 형상을 갖는 경우, 이들의 투명 도전성 기판(1, 3)은 하나의 대각선의 방향으로 서로 어긋나 있고, 이때a=b이다. 이들의 투명 도전성 기판(1, 3)의, 밀봉재(5)의 외측의 투명 도전층(1b, 3b) 상에 집전층(7)이 형성되어 있다. 이 집전층(7)은 외부 리드와의 접속이나 색소 증감 태양 전지끼리를 접속하는 경우에 사용된다.
투명 도전성 기판(1)의 투명 도전층(1b)측의 면을 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 도전성 기판(1)의 서로 직교하는 2개의 변으로부터 폭 a, b의 가늘고 긴 영역의 투명 도전층(1b)이 제거되어 있고, 이 부분에 투명 기판(1a)이 노출되어 있다. 그리고, 밀봉재(5) 중 투명 도전성 기판(1)의 이들의 2개의 변을 따르는 부분은 이 노출된 부분의 투명 기판(1a) 상에 접착되어 있다(도 1 참조). 투명 도전성 기판(3)의 투명 도전층(3b)측의 면을 도 4에 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 투명 도전성 기판(3)의 서로 직교하는 2개의 변으로부터 폭 a, b의 가늘고 긴 영역의 투명 도전층(3b)이 제거되어 있고, 이 부분에 투명 기판(3a)이 노출되어 있다. 그리고, 밀봉재(5) 중의 투명 도전성 기판(3)의 이들의 2개의 변을 따르는 부분은 이 노출된 부분의 투명 기판(3a) 상에 접착되어 있다(도 1 참조). 도 4에 있어서는 도시를 생략하지만, 대향 전극(4)도 이 투명 도전층(3b)과 동일한 평면 형상을 갖는다(도 1 참조). 투명 도전성 기판(3)의 하나의 코너부에는, 전해질층(6)의 주입에 사용되고, 최종적으로 폐색되는 주입구(8)가 형성되어 있다.
투명 도전성 기판(1)의 투명 기판(1a) 및 투명 도전성 기판(3)의 투명 기판(3a)의 재질은 특별히 제한되지 않고, 투명하면 다양한 기재를 사용할 수 있다. 이들의 투명 기판(1a, 3a)은, 색소 증감 태양 전지 외부로부터 침입하는 수분이나 가스의 차단성, 내용제성, 내후성 등이 우수한 것이 바람직하다. 이들의 투명 기판(1a, 3a)으로서는, 구체적으로는, 석영, 사파이어, 유리 등의 투명 무기 기판, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리불화비닐리덴, 테트라아세틸셀룰로오스, 브롬화 페녹시, 아라미드류, 폴리이미드류, 폴리스티렌류, 폴리아릴레이트류, 폴리술폰류, 폴리올레핀류 등의 투명 플라스틱 기판을 들 수 있고, 이들 중에서도 특히 가시광 영역의 투과율이 높은 기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들의 투명 기판(1a, 3a)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 광의 투과율, 색소 증감 태양 전지의 내부와 외부와의 차단성 등에 의해 자유롭게 선택할 수 있다.
투명 도전성 기판(1, 3)의 표면 저항(시트 저항)은 낮을수록 바람직하다. 구체적으로는, 투명 도전성 기판(1, 3)의 표면 저항은 500Ω/□ 이하가 바람직하고, 100Ω/□가 더욱 바람직하다. 투명 도전성 기판(1)의 투명 도전층(1b) 및 투명 도전성 기판(3)의 투명 도전층(3b)의 재료로서는 종래 공지된 것을 사용 가능하다. 이들의 투명 도전층(1b, 3b)으로서는, 구체적으로는, 인듐-주석 복합 산화물(ITO), 불소 도프 SnO2(FTO), 안티몬 도프 SnO2(ATO), SnO2, ZnO, 인듐-아연 복합 산화물(IZO) 등을 들 수 있다. 단, 이들의 투명 도전층(1b, 3b)은, 이들에 한정되는 것은 아니고, 또한 이들을 2종류 이상 조합하여 사용할 수도 있다.
색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 증감 색소는, 증감 작용을 나타내는 것이면 특별히 제한은 없지만, 다공질 산화티타늄층에 흡착되는 산 관능기를 갖는 것이 바람직하고, 구체적으로는 카르복시기, 인산기 등을 갖는 것이 바람직하고, 이 중에서도 특히 카르복시기를 갖는 것이 바람직하다. 증감 색소의 구체예를 들면, 예를 들어, 로다민 B, 로즈 벤갈, 에오신, 에리트로신 등의 크산텐계 색소, 멜로시아닌, 퀴노시아닌, 크립토시아닌 등의 시아닌계 색소, 페노사프라닌, 카프리 블루, 티오신, 메틸렌 블루 등의 알칼리성 염료, 클로로필, 아연 포르피린, 마그네슘 포르피린 등의 포르피린계 화합물을 들 수 있고, 그 밖의 것으로서는 아조 색소, 프탈로시아닌 화합물, 쿠마린계 화합물, 비피리딘 착화합물, 안트라퀴논계 색소, 다환 퀴논계 색소 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 리간드(배위자)가 피리딘 환 또는 이미다졸륨 환을 포함하고, Ru, Os, Ir, Pt, Co, Fe 및 Cu로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종류의 금속의 착체의 색소는 양자 수율이 높아 바람직하다. 특히, 시스-비스(이소티오시아네이트)-N,N-비스(2,2'-디피리딜-4,4'-디카르복실산)-루테늄(II) 또는 트리스(이소티오시아네이트)-루테늄(II)-2,2':6',2"-터피리딘-4,4',4"-트리카르복실산을 기본 골격으로 하는 색소 분자는 흡수 파장 영역이 넓어 바람직하다. 단, 증감 색소는 이들에 한정되는 것은 아니다. 증감 색소로서는, 전형적으로는, 이들 중의 1종류의 것을 사용하지만, 이들의 증감 색소를 2종류 이상 혼합하여 사용하여도 된다.
증감 색소의 다공질 산화티타늄층에의 흡착 방법에 특별히 제한은 없지만, 상기한 증감 색소를 예를 들어 알코올류, 니트릴류, 니트로메탄, 할로겐화 탄화수소, 에테르류, 디메틸술폭시드, 아미드류, N-메틸피롤리돈, 1,3-디메틸이미다졸리디논, 3-메틸옥사졸리디논, 에스테르류, 탄산 에스테르류, 케톤류, 탄화수소, 물 등의 용매에 용해시키고, 이것에 다공질 산화티타늄층을 침지하거나, 색소 용액을 다공질 산화티타늄층 상에 도포하거나 할 수 있다. 또한, 증감 색소 분자끼리의 회합을 저감하는 목적에서 데옥시콜산 등을 첨가하여도 된다. 또한, 필요에 따라서 자외선 흡수제를 병용할 수도 있다.
증감 색소를 흡착시킨 후에, 과잉으로 흡착한 증감 색소의 제거를 촉진하는 목적에서, 아민류를 사용하여 다공질 산화티타늄층의 표면을 처리하여도 된다. 아민류의 예로서는 피리딘, 4-tert-부틸피리딘, 폴리비닐피리딘 등을 들 수 있고, 이들이 액체인 경우에는 그대로 사용하여도 되고, 유기 용매에 용해하여 사용하여도 된다.
대향 전극(4)으로서는, 도전성 물질이면 임의의 것을 사용할 수 있지만, 절연성의 물질이어도, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 면하고 있는 측에 도전성의 촉매층이 형성되어 있으면, 이것도 사용 가능하다. 대향 전극(4)의 재료로서는, 전기 화학적으로 안정적인 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 백금, 금, 카본, 도전성 중합체 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 산화 환원의 촉매 효과를 향상시키는 목적에서, 대향 전극(4)의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 면하고 있는 측은 미세 구조이며 표면적이 큰 것이 바람직하고, 예를 들어, 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 백금 화합물의 환원 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본 미립자의 소결이나 유기 중합체의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 투명 도전성 기판(3) 상에 백금 등 산화 환원 촉매 효과가 높은 금속을 배선하거나, 표면에 백금 화합물을 환원 처리함으로써, 투명한 대향 전극(4)을 형성하는 것도 가능하다.
밀봉재(5)의 재료는 특별히 제한되지 않지만, 내광성, 절연성, 방습성을 구비한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 밀봉재(5)의 재료로서는, 구체적으로는, 에폭시 수지, 자외선 경화 수지, 아크릴 수지, 폴리이소부틸렌 수지, EVA(에틸렌비닐아세테이트), 아이오노머 수지, 세라믹, 각종 열 융착 필름 등을 사용할 수 있다.
전해질층(6)으로서는 종래 공지된 것을 사용할 수 있다. 전해질층(6)으로서는, 구체적으로는, 요오드(I2)와 금속 요오드화물 혹은 유기 요오드화물과의 조합, 브롬(Br2)과 금속 브롬화물 혹은 유기 브롬화물과의 조합 등을 사용할 수 있다. 전해질층(6)으로서는, 페로시안산 염/페리시안산 염이나 페로센/페리시늄 이온 등의 금속 착체, 폴리황화나트륨, 알킬티올/알킬디술피드 등의 황 화합물, 비올로겐 색소, 히드로퀴논/퀴논 등을 사용할 수도 있다. 상기 금속 화합물의 양이온으로서는 Li, Na, K, Mg, Ca, Cs 등, 상기 유기 화합물의 양이온으로서는 테트라알킬암모늄류, 피리디늄류, 이미다졸륨류 등의 4급 암모늄 화합물이 바람직하지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 또한 이들을 2종류 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 중에서도, I2와 LiI, NaI나 이미다졸륨 요오드화물 등의 4급 암모늄 화합물을 조합한 전해질이 바람직하다. 전해질염의 농도는 용매에 대하여 0.05 내지 10M이 바람직하고, 0.05 내지 5M이 보다 바람직하고, 0.2 내지 3M이 더욱 바람직하다. I2나 Br2의 농도는 0.0005 내지 1M이 바람직하고, 0.001 내지 0.5M이 보다 바람직하고, 0.001 내지 0.3M이 더욱 바람직하다. 또한, 색소 증감 태양 전지의 개방 전압을 향상시키는 목적에서, 4-tert-부틸피리딘이나 벤즈이미다졸륨류 등의 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.
상기 전해질 조성물을 구성하는 용매로서 물, 알코올류, 에테르류, 에스테르류, 탄산 에스테르류, 락톤류, 카르복실산 에스테르류, 인산 트리에스테르류, 복소환 화합물류, 니트릴류, 케톤류, 아미드류, 니트로메탄, 할로겐화 탄화수소, 디메틸술폭시드, 술포란, N-메틸피롤리돈, 1,3-디메틸이미다졸리디논, 3-메틸옥사졸리디논, 탄화수소 등을 예로 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 또한 이들을 2종류 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 용매로서 테트라알킬계, 피리디늄계, 이미다졸륨계 4급 암모늄염의 이온 액체를 사용하는 것도 가능하다.
색소 증감 태양 전지의 누액, 전해질의 휘발을 저감하는 목적에서, 상기 전해질 조성물에 겔화제, 중합체, 가교 단량체 등을 용해시키는 것 외에, 무기 세라믹 입자를 분산시켜 겔 상태 전해질로서 사용하는 것도 가능하다. 겔 매트릭스와 전해질 조성물의 비율은, 전해질 조성물이 많으면 이온 도전율은 높아지지만, 기계적 강도는 저하되고, 반대로 전해질 조성물이 지나치게 적으면 기계적 강도는 크지만 이온 도전율은 저하되기 때문에, 전해질 조성물은 겔 상태 전해질의 50 내지 99wt％가 바람직하고, 80 내지 97wt％가 보다 바람직하다. 또한, 상기 전해질과 가소제를 중합체에 용해시켜, 가소제를 휘발 제거함으로써 전 고체형의 색소 증감 태양 전지를 실현하는 것도 가능하다.
이 색소 증감 태양 전지에 있어서는, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)은, 색소 증감 태양 전지의 수광면에 표시하는 모양에 부여하는 색에 따라서, 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 산화티타늄 미립자의 입경 또는 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성되어 있다. 이 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 나타내는 색의 제어 방법에 대해서는 후에 상세하게 설명한다.
[색소 증감 태양 전지의 제조 방법]
다음에, 이 색소 증감 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 3에 도시한 바와 같이, 투명 도전성 기판(1)의 서로 직교하는 두 변을 따른 영역의 투명 도전층(1b)을 제거하여 이 부분에 투명 기판(1a)을 노출시킨다.
다음에, 투명 도전성 기판(1)의 투명 도전층(1b) 상에 형성해야 할 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 패턴 형상 및 이들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 나타내는 색에 따라서, 소정의 입경의 산화티타늄 미립자가 분산된 페이스트를 소정의 두께로 소정의 횟수 도포한다.
도 5의 A 내지 도 5의 D에, 일례로서, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 대응하는 페이스트 P1 내지 P4를 순차 도포하는 경우를 나타내지만, 이들의 페이스트 P1 내지 P4의 도포의 순서는 불문한다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 소정의 패턴 형상으로 페이스트 P1 내지 P4를 도포한 투명 도전성 기판(1)을 예를 들어 450 내지 650℃의 온도에서 소성함으로써 산화티타늄 미립자를 소결한다.
다음에, 이와 같이 하여 산화티타늄 미립자가 소결된 투명 도전성 기판(1)을 색소 용액에 침지하는 등 하여 산화티타늄 미립자에 증감 색소를 담지시킨다. 이와 같이 하여 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 형성된다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 투명 도전성 기판(3)의 투명 도전층(3b) 상에 대향 전극(4)을 형성한 후, 투명 도전성 기판(3)의 서로 직교하는 두 변을 따른 영역의 대향 전극(4) 및 투명 도전층(3b)을 제거하여 이 부분에 투명 기판(3a)을 노출시킨다.
다음에, 투명 도전성 기판(1)과 투명 도전성 기판(3)을 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d) 및 대향 전극(4)이 소정의 간격, 예를 들어 1 내지 100μm, 바람직하게는 1 내지 50μm의 간격을 두고 서로 대향하고, 또한 서로 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 a, b만큼 어긋난 상태로 배치함과 함께, 밀봉재(5)에 의해 전해질층(6)이 봉입되는 공간을 만들고, 이 공간에 예를 들어 투명 도전성 기판(3)에 미리 형성된 주입구(8)로부터 전해질층(6)을 주입한다. 그 후, 이 주입구(8)를 폐색한다. 이에 의해, 목적으로 하는 색소 증감 태양 전지가 제조된다.
[색소 증감 태양 전지의 동작]
다음에, 이 색소 증감 태양 전지의 동작에 대하여 설명한다.
투명 도전성 기판(1)의 수광면에 입사한 광은, 이 투명 도전성 기판(1)을 투과하여 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 입사한다. 이와 같이 하여 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 입사한 광은, 이들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 증감 색소를 여기하여 전자를 발생한다. 이 전자는, 신속하게 증감 색소로부터 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 산화티타늄 미립자에 전달된다. 한편, 전자를 잃은 증감 색소는, 전해질층(6)의 이온으로부터 전자를 수취하고, 전자를 전달한 분자는, 다시 대향 전극(4)의 표면에서 전자를 수취한다. 이 일련의 반응에 의해, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)과 전기적으로 접속된 투명 도전성 기판(1)과 투명 도전성 기판(3) 사이에 기전력이 발생한다. 이와 같이 하여 광전 변환이 행하여진다.
[색소 증감 태양 전지가 나타내는 색의 제어 방법]
다음에, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 의해 색소 증감 태양 전지가 나타내는 색의 제어 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
1. 산란 입자 함유량에 의한 색의 제어
입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 1층(두께 3μm) 도포하고, 그 위에 입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트에 입경 400nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 10 내지 100wt％ 혼련한 것을 1층(두께 5μm 또는 6μm) 도포한 후, 소성을 행하여 고화한다. 이 경우, 2층째의 층을 구성하는 입경 400nm의 산화티타늄 미립자가 광의 산란 입자이며, 이 입경 400nm의 산화티타늄 미립자의 함유율에 따라 색이 변화한다.
산화티타늄 미립자에 담지시키는 증가 색소로서는 D131, D149, N719, 블랙 다이, 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용하였다. 여기서, D131의 정식 명칭은, 2-시아노-3-[4-[4-(2,2-디페닐에테닐)페닐]-1,2,3,3a,4,8b-헥사히드로시클로펜트[b]인돌-7-일]-2-프로펜산이다. 또한, D149의 정식 명칭은, 5-[[4-[4-(2,2-디페닐에테닐)페닐]-1,2,3,3a,4,8b-헥사히드로시클로펜트[b]인돌-7-일]메틸렌]-2-(3-에틸-4-옥소-2-티옥소-5-티아졸리디닐리덴)-4-옥소-3-티아졸리딘아세트산이다. 또한, N719는, 비피리딘 착체의 일종인 시스-비스(이소티오시아네이트)비스(2,2'-비피리딜-4,4'-디카르복실산)루테늄(II) 2테트라부틸암모늄 착체이다. 또한, 블랙 다이는, 터피리딘 착체의 1종인 트리스(이소티오시아네이트)(2,2':6',2"-터피리딜-4,4',4"-트리카르복실산)루테늄(II) 3테트라부틸암모늄 착체이다.
각 증감 색소를 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 도 6 내지 도 10에 나타낸다. 도 6 내지 도 10의 횡축의 산란 입자 함유량의 단위는 [함유％/10]이다.
도 6은 증감 색소로서 D131을 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 6으로부터, R에 대해서는 y=-0.16x2+2.12x+229, G에 대해서는 y=-6.3ln(x)+175, B에 대해서는 y=-11.1ln(x)+51로 나타내어진다.
도 7은 증감 색소로서 D149를 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 7로부터, R에 대해서는 y=0.43x2-7.9x+78, G에 대해서는 y=0.13x2-2.3x+18, B에 대해서는 y=0.27x2-4.9x+54로 나타내어진다.
도 8은 증감 색소로서 N719를 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 8로부터, R에 대해서는 y=-15.5ln(x)+150, G에 대해서는 y=-9.5ln(x)+51, B에 대해서는 y=-5.2ln(x)+39로 나타내어진다.
도 9는 증감 색소로서 블랙 다이를 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 9로부터, R에 대해서는 y=-14.2ln(x)+101, G에 대해서는 y=-16.9ln(x)+119, B에 대해서는 y=-10.8ln(x)+61로 나타내어진다.
도 10은 증감 색소로서 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용한 경우의 산란 입자 함유량(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 10으로부터, R에 대해서는 y=-16.3ln(x)+132, G에 대해서는 y=-11.5ln(x)+89, B에 대해서는 y=-0.73x+37로 나타내어진다.
2. 산란층의 적층수에 의한 색의 제어
입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 1층(3μm) 도포하고, 그 위에 입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트에 입경 400nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 20wt％ 혼련한 혼합 페이스트를 1 내지 3층 도포한 후, 소성을 행하여 고화시킨다. 이 경우, 광의 산란 입자로서 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 포함하는 2층째의 혼합 페이스트가 산란층으로 되고, 이 혼합 페이스트의 적층수에 의해 색이 변화한다.
산화티타늄 미립자에 담지시키는 증가 색소로서는 D131, D149, N719, 블랙 다이, 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용하였다.
각 증감 색소를 사용한 경우의, 입경 약 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트에 입경 약 400nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 20wt％ 혼련한 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 도 11 내지 도 15에 나타낸다.
도 11은 증감 색소로서 D131을 사용한 경우의 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 11로부터, R에 대해서는 y=2x+231, G에 대해서는 y=-13x+175, B에 대해서는 y=-5.5x+37로 나타내어진다.
도 12는 증감 색소로서 D149를 사용한 경우의 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 12로부터, R에 대해서는 y=-30ln(x)+47, G에 대해서는 y=-6.8ln(x)+10, B에 대해서는 y=-25ln(x)+38로 나타내어진다.
도 13은 증감 색소로서 N719를 사용한 경우의 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 13으로부터, R에 대해서는 y=-37.5x+169, G에 대해서는 y=-18x+62, B에 대해서는 y=-15x+57로 나타내어진다.
도 14는 증감 색소로서 블랙 다이를 사용한 경우의 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 14로부터, R에 대해서는 y=50ln(x)+80, G에 대해서는 y=-33ln(x)+93, B에 대해서는 y=-8x+52로 나타내어진다.
도 15는 증감 색소로서 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용한 경우의 혼합 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 15로부터, R에 대해서는 y=-22x+127, G에 대해서는 y=-17.5x+88, B에 대해서는 y=-21ln(x)+38로 나타내어진다.
3. 투명층의 적층수에 의한 색의 제어
입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 1층 또는 2층 도포한 후, 소성을 행하여 고화시킨다. 이 경우, 이 입경 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트에 의해 투명층이 형성되고, 이 투명층의 적층수에 의해 색이 변화한다.
산화티타늄 미립자에 담지시키는 증가 색소로서는 D131, D149, N719, 블랙 다이, 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용하였다.
각 증감 색소를 사용한 경우의, 입경 약 20nm의 산화티타늄 미립자의 페이스트를 1층 또는 2층 적층한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 도 16 내지 도 20에 나타낸다.
도 16은 증감 색소로서 D131을 사용한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 16으로부터, R에 대해서는 y=-x+234, G에 대해서는 y=-14x+213, B에 대해서는 y=-7x+68로 나타내어진다.
도 17은 증감 색소로서 D149를 사용한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 17로부터, R에 대해서는 y=-6x+88, G에 대해서는 y=-3x+58, B에 대해서는 y=-x+21로 나타내어진다.
도 18은 증감 색소로서 N719를 사용한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 18로부터, R에 대해서는 y=-35x+228, G에 대해서는 y=-42x+139, B에 대해서는 y=-29x+95로 나타내어진다.
도 19는 블랙 다이를 사용한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 19로부터, R에 대해서는 y=-49x+222, G에 대해서는 y=-44x+236, B에 대해서는 y=-34x+147로 나타내어진다.
도 20은 증감 색소로서 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용한 경우의 페이스트의 적층수(x)에 대한 RGB색 좌표(y)의 변화를 나타낸다. 도 20으로부터, R에 대해서는 y=163, G에 대해서는 y=-23x+143, B에 대해서는 y=-10x+57로 나타내어진다.
이상의 산란 입자 함유량에 의한 색의 제어, 산란층의 적층수에 의한 색의 제어 및 투명층의 적층수에 의한 색의 제어와 증감 색소의 선택을 조합함으로써, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 의해, 수광면에 다양한 색을 표시할 수 있다. 구체적으로는, 상기한 5종류의 증감 색소의 각각에 대하여 표 1 내지 표 5에 나타내는 12색을 표시할 수 있고, 5종류의 증감 색소의 전체로는 합계 60색을 표시할 수 있다. 표 1 내지 표 5는 각 색의 RGB색 좌표를 나타낸 것이다. 여기서, 표 1은 D131을 사용한 경우, 표 2는 D149를 사용한 경우, 표 3은 N719를 사용한 경우, 표 4는 블랙 다이를 사용한 경우, 표 5는 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용한 경우이다. 표 1 내지 표 4로부터, 1종류의 증감 색소밖에 사용하고 있지 않음에도 불구하고, 12색의 색을 표시할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기한 색 1 내지 60을 나타내는 색소 담지 다공질 산화티타늄층의 구성은 다음과 같다.
(1) 색 1, 13, 25, 37, 49
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층
(2) 색 2, 14, 26, 38, 50
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층
(3) 색 3, 15, 27, 39, 51
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 10중량％ 포함하는 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(4) 색 4, 16, 28, 40, 52
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 30중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(5) 색 5, 17, 29, 41, 53
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 50중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(6) 색 6, 18, 30, 42, 54
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(7) 색 7, 19, 31, 43, 55
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 7μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(8) 색 8, 20, 32, 44, 56
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 13μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(9) 색 9, 21, 33, 45, 57
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 17μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것
(10) 색 10, 22, 34, 46, 58
입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 약 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제2 다공질 산화티타늄층
(11) 색 11, 23, 35, 47, 59
입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층
(12) 색 12, 24, 36, 48, 60
입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층
이상의 60색은 색소 증감 태양 전지를 수광면측에서 본 경우의 색이지만, 색소 증감 태양 전지의 수광면과 반대측의 면(투명 기판(3a)의 외측에 노출된 면)측에서 본 경우에는, 다른 색을 표시할 수도 있다. 구체적으로는, 색소 담지 다공질 산화티타늄층에, 산란 입자인 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 다공질 산화티타늄층을 사용한 상기한 (10)의 경우에는 색 10, 22, 34, 46, 58과 상이한 색을 표시할 수 있다. 또한, 마찬가지로 상기한 (11)의 경우에는 색 11, 23, 35, 47, 59와 상이한 색을 표시할 수 있다. 또한, 마찬가지로 상기한 (11)의 경우에는 색 12, 24, 36, 48, 60과 상이한 색을 표시할 수 있다.
<실시예 1>
두께 4mm의 유리 기판 상에 FTO막이 형성된 닛본 시트 글래스사제 아몰퍼스 태양 전지용 FTO 기판(시트 저항 10Ω/□)을 206mm×206mm의 크기의 정사각형의 형상으로 가공하고, 아세톤, 알코올, 알칼리계 세정액, 초순수를 순서대로 사용하여 초음파 세정을 행하여, 충분히 건조시켰다. 투명 도전성 기판(1, 3)으로서 이 FTO 기판을 사용한다.
투명 도전성 기판(1)으로서의 FTO 기판의 서로 직교하는 두 변을 따른 폭 a=b=1.5mm의 영역의 FTO막을 레이저 빔 조사(레이저 에칭)에 의해 제거하여 이 부분에 유리 기판을 노출시킨다.
다음에, 이 FTO 기판의 FTO막 상에, 스크린 인쇄기에 의해, 형성해야 할 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 패턴 형상에 따른 소정의 패턴을 갖는 스크린을 사용하고, 이들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 표시시키는 색에 따라서, 소정의 입경의 산화티타늄 미립자가 분산된 페이스트를 소정의 두께로 소정의 횟수 도포한다.
다음에, 상술한 바와 같이 하여 소정의 패턴 형상으로 페이스트를 스크린 인쇄한 FTO 기판을 전기로에 의해 510℃의 온도에서 30분간 소성함으로써 산화티타늄 미립자를 소결하고, 산화티타늄 미립자 소결체를 형성한다.
다음에, 이와 같이 하여 형성한 산화티타늄 미립자 소결체의 불순물을 제거하고, 활성을 높이는 목적에서, 엑시머 램프에 의해 3분간 자외선 노광을 행하였다.
다음에, 상기한 산화티타늄 미립자 소결체를 실온 하, 증감 색소 용액에 침지하여 증감 색소를 담지시켰다. 이 후, 이 산화티타늄 미립자 소결체를 아세토니트릴로 세정하고, 암소에서 건조시켰다. 증감 색소 용액의 용매로서는 tert-부틸알코올/아세토니트릴 혼합 용매(체적비 1:1)를 사용하였다. 증감 색소로서 D149를 사용한 경우에는, 0.5mM의 증감 색소 용액에 1.0mM의 cdCA를 첨가하고, 3시간 침지하였다. 증감 색소로서 블랙 다이를 사용한 경우에는, 0.2mM의 증감 색소 용액에 72시간 침지하였다. 증감 색소로서 N719를 사용한 경우에는, 0.5mM의 증감 색소 용액에 48시간 침지하였다. 증감 색소로서 혼합 색소(D131+블랙 다이)를 사용한 경우에는, D131이 0.1875mM, 블랙 다이가 0.5625mM의 증감 색소 용액에 96시간 침지하였다. 이와 같이 하여 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)을 형성하였다.
한편, 투명 도전성 기판(3)으로서의 FTO 기판의 하나의 코너부에 직경 0.5mm의 주입구를 형성한다. 다음에, 이 FTO 기판의 FTO막 상에 염화백금산의 에탄올 용액(H2PtCl6: EtOH, 0.1wt％)을 30mL 스프레이로 분무한 후, 전기로에 의해 450℃의 온도에서 30분간 소성함으로써 백금 미립자를 소결하였다. 이와 같이 하여 대향 전극(4)으로서의 백금 미립자층을 형성하였다. 이 후, 이 FTO 기판의 서로 직교하는 두 변을 따른 폭 a=b=1.5mm의 영역의 백금 미립자층 및 FTO막을 레이저 빔 조사(레이저 에칭)에 의해 제거하여 이 부분의 유리 기판을 노출시킨다.
다음에, FTO 기판 상의 대향 전극(백금 미립자층) 상에, 외형 203mm×203mm, 폭 1.5mm의 크기로 집전 부분을 남기도록, 밀봉재(5)로서 자외선(UV) 경화형 접착제를 스크린 인쇄에 의해 두께 50μm 도포한 후, 이 UV 경화형 접착제를 개재하여, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)을 형성한 FTO 기판을 접합한다. 이때, 이들의 FTO 기판이 서로 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 1.5mm 어긋나도록 접합한다. 이 후, UV 경화형 접착제에 자외선을 조사하여 경화시킨다.
한편, 용매로서의 메톡시프로피오니트릴에 요오드화 나트륨(NaI)을 0.05M, 1-프로필-2.3-디메틸이미다졸륨 요오드화물(DMPImI)을 0.7M, 요오드(I2)를 0.1M, tert-부틸피리딘을 0.1M 용해시켜, 전해질 조성물을 제조하였다.
다음에, 상기한 전해질 조성물을 대향 전극이 형성된 FTO 기판의 하나의 코너부에 형성된 주입구로부터 감압 주입하고, 질소(N2)가 충전된 0.4MPa의 가압 용기 내에 정치함으로써, 상술한 2개의 FTO 기판 및 밀봉재로 둘러싸인 공간의 내부에 완전히 전해질 조성물을 주입하였다. 다음에, 주입구를 UV 경화형 접착제와 유리 기판에 의해 밀봉하고, 색소 증감 태양 전지를 얻었다.
이상과 같이, 본 제1 실시 형태에 따르면, 종래 공지된 색소 증감 태양 전지와 마찬가지로, 높은 광전 변환 효율을 얻을 수 있고, 저비용으로 제조할 수 있는 것에 부가하여, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 이 색소 증감 태양 전지를 수광면측 혹은 수광면과 반대측에서 본 경우에, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)의 패턴 형상 및 이들의 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 나타내는 색에 의한 착색 모양을 볼 수 있다. 이로 인해, 이 착색 모양의 색 및 모양을 선택함으로써, 사람의 눈에 띄는 장소에 설치한 경우에 보는 사람이 기분이 좋다고 느낄 수 있는 의장성이 우수한 색소 증감 태양 전지를 실현할 수 있다.
<2. 제2 실시 형태>
[색소 증감 태양 전지의 구성]
제2 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서는, 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서, 전해질층(6)이, 요오드를 포함하고, 또한 이소시아네이트기(-NCO)를 적어도 1개 갖는 화합물을 포함하고, 적합하게는 또한, 이 화합물이 동일한 분자 내에 이소시아네이트기 이외에 질소 함유 관능기를 적어도 1개 이상 포함하고, 혹은, 이 화합물 이외에 질소 함유 관능기를 적어도 1개 이상 갖는 화합물을 더 포함하는 전해질 조성물로 이루어진다. 이소시아네이트기(-NCO)를 적어도 1개 이상 갖는 화합물에 특별히 제한은 없지만, 전해질의 용매나 전해질염, 그 밖의 첨가제와 상용하고 있는 것이 바람직하다. 질소 함유 관능기를 적어도 1개 이상 갖는 화합물은, 적합하게는, 아민계 화합물이지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 이 아민계 화합물에 특별히 제한은 없지만, 전해질의 용매나 전해질염, 그 밖의 첨가제와 상용하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 이소시아네이트기를 적어도 1개 이상 갖는 화합물에 질소 함유 관능기를 공존시키면, 특히 색소 증감 태양 전지의 개방 전압의 증가에 크게 기여한다. 이소시아네이트기를 적어도 1개 이상 갖는 화합물로서는, 이미 설명한 것을 사용할 수 있다.
상기 이외의 것은, 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지와 마찬가지이다.
본 제2 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지인 이점에 부가하여, 전해질층(6)이, 이소시아네이트기를 적어도 1개 이상 갖는 화합물을 포함하는 전해질 조성물로 이루어짐으로써, 단락 전류 및 개방 전압의 양쪽을 증가시킬 수 있고, 이에 의해 광전 변환 효율이 매우 높은 색소 증감 태양 전지를 얻을 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
<실시예 2>
실시예 1에 있어서, 전해질 조성물의 제조시에, 메톡시프로피오니트릴에 요오드화 나트륨(NaI) 0.1M, 1-프로필-2.3-디메틸이미다졸륨 요오드화물 1.4M, 요오드(I2) 0.15M, 4-tert-부틸피리딘 0.2M에 첨가하여, 이소시안산 페닐 0.2M을 용해시켰다. 그 밖에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 색소 증감 태양 전지를 얻었다.
<3. 제3 실시 형태>
[색소 증감 태양 전지의 구성]
도 21에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서는, 제1 실시 형태에 의한 색소 증감 태양 전지에 있어서, 투명 도전성 기판(1)의 수광면에 광량 조정판(11)이 설치되어 있다. 그리고, 이 광량 조정판(11)에 의해, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)으로의 입사 광량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 이 광량 조정판(11)으로서는 전계 인가에 의해 광량의 조정이 가능한 것이 사용되고, 종래 공지된 각종의 것을 사용할 수 있다. 이 광량 조정판(11)으로서는, 구체적으로는, 예를 들어, 전계 인가에 의해 광의 투과를 제어할 수 있는 일렉트로크로믹 재료, 액정, 포켈스 효과를 일으키는 투명한 압전성 등방성 결정 등을 이용한 것을 사용할 수 있다. 이 광량 조정판(11)에 전계를 인가하기 위해서는, 이 광량 조정판(11)의 양면에 전압을 인가하지만, 이 전압은, 외부 전원에 의해 공급하여도 되고, 단일의 색소 증감 태양 전지 또는 색소 증감 태양 전지 모듈에 의해 얻어지는 전압을 사용하여도 된다. 광량 조정판(11)의 동작에 필요한 전압의 값은 광량 조정에 사용하는 재료 등에 따라서 결정된다.
<실시예 3>
광량 조정판(11)으로서 일렉트로크로믹 재료를 이용하는 것을 사용하였다. 이 광량 조정판(11)의 구성을 도 22에 도시한다. 도 22에 도시한 바와 같이, 이 광량 조정판(11)은, 투명 도전성 기판(1)의 수광면측에서 순서대로, 투명 전극(11a), 투명한 이온 전도 전해질층(11b), 투명한 대향 전극(11c), 일렉트로크로믹층(11d) 및 투명 전극(11e)으로 이루어진다. 투명 전극(11a, 11e)의 재료로서는 이미 예로 든 투명 도전성 재료를 사용할 수 있다. 일렉트로크로믹층(11d)으로서는, 예를 들어, 비정질 또는 결정화한 3산화텅스텐(WO3)을 사용할 수 있다. 이온 전도 전해질층(11b)으로서는, 적합하게는, 무색 투명이며 이온(M+)의 수율이 높고, 전기 전도율이 높은(예를 들어, 1×10-4Ωㆍcm 이상) 것이 사용된다. 이온 전도 전해질층(11b)으로서는 액체 전해질을 사용하여도 되고, 고체 전해질을 사용하여도 된다. 액체 전해질로서는, 예를 들어, 비프로톤계의 용매에 LiClO4 등의 알칼리 금속염을 용해한 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 고체 전해질로서는, 예를 들어, H3PO4(WO3)12ㆍ29H2O 등의 프로톤계 전해질이나, Ta2O5, MgF2 등의 다공성 유전체에 전해질액을 유지한 것이나, 폴리에틸렌옥시드 등의 고분자에 무기염을 용해한 고분자 고체 전해질 등을 사용할 수 있다.
이 광량 조정판(11)에 의한 투과 광량의 조정의 방법에 대하여 설명한다.
이 광량 조정판(11)을 투명하게 하여, 투과 광량을 증가시키는 경우에는, 투명 전극(11e)과 투명 전극(11a) 사이에, 투명 전극(11e)측이 고전위로 되도록 전압을 인가한다. 이때, 일렉트로크로믹층(11d)은 무색 투명인 WO3로 이루어지고, 투명하다.
이 광량 조정판(11)의 투명도를 낮추고, 투과 광량을 감소시키는 경우에는, 투명 전극(11e)과 투명 전극(11a) 사이에, 투명 전극(11e)측이 저전위로 되도록 전압을 인가한다. 이 전압의 인가에 의해, 투명 전극(11a)으로부터 투명 전극(11e)을 향하는 전계가 발생한다. 이 전계의 인가에 의해, 무색 투명인 WO3로 이루어지는 일렉트로크로믹층(11d)에, 투명 전극(11e)으로부터 전자(e-)가, 이온 전도 전해질층(11b)으로부터 대향 전극(11c)을 통해 이온(M+)이 주입된다. 그 결과, 다음 식의 반응에 의해 MxWO3가 생성되고, 일렉트로크로믹층(11d)은 청색으로 착색된다.
WO3+xM++xe-= MxWO3
여기서, M+은, 예를 들어, H+, Li+, Na+ 또는 K+이다.
이와 같이 하여 일렉트로크로믹층(11d)이 청색으로 착색됨으로써, 광량 조정판(11)의 투명도는 내려가고, 투과 광량은 감소한다. 이 일렉트로크로믹층(11d)이 청색으로 착색된 상태는, 전계의 인가를 정지한 상태에서도 유지된다(메모리 효과).
이 상태에서, 투명 전극(11e)과 투명 전극(11a) 사이에 인가하는 전압의 극성을 반대로 하면, MxWO3는 산화된다. 그 결과, 일렉트로크로믹층(11d)은 무색 투명의 WO3로 이루어지는 투명한 상태로 복귀된다. 이때, 대향 전극(11c)에서도, 상기한 반응식에 알맞은 산화 환원 반응이 일어난다. 대향 전극(11c)의 재료로서 예를 들어 Ni(OH)2, Ir(OH)2, 프러시안 블루(PB) 등의 산화 발색 재료를 사용하면 착색 효율이 가산되기 때문에, 광 조절 성능의 향상을 도모할 수 있다.
본 제3 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지인 이점에 첨가하여, 광량 조정판(11)의 투명도를 전계의 인가에 의해 제어할 수 있고, 이에 의해 색소 증감 태양 전지에의 입사 광량을 조정할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다. 이 입사 광량의 조정에 의해, 색소 증감 태양 전지를 수광면측에서 본 경우에 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 나타내는 색의 색조를 변화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 광량 조정판(11)에 인가하는 전계의 방향이나 강도를 시간에 대하여 변화시킴으로써, 이 광량 조정판(11)의 투명도를 시간에 대하여 변화시킬 수 있다. 이로 인해, 색소 증감 태양 전지를 수광면측에서 본 경우에 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)이 나타내는 색의 색조를 시간에 대하여 변화시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 색소 증감 태양 전지를 수광면측에서 본 경우에, 색소 담지 다공질 산화티타늄층(2a 내지 2d)에 의한 착색 모양이 보이지 않게 되도록 할 수도 있다. 또한, 일렉트로크로믹층(11d)의 재료로서 WO3를 사용한 경우에는, 전계 인가에 의해 MxWO3가 생성된 상태에서 전계의 인가를 정지하여도 이 상태가 유지되므로, 광량 조정판(11)에 의한 광량 조정에 필요한 전력의 저감을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 각종의 변형이 가능하다.
예를 들어, 상술한 실시 형태 및 실시예에 있어서 수치, 구조, 구성, 형상, 재료, 원료, 프로세스 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라서 이들과 상이한 수치, 구조, 구성, 형상, 재료, 원료, 프로세스 등을 사용하여도 된다.
1: 투명 도전성 기판
1a: 투명 기판
1b: 투명 도전층
2a 내지 2d: 색소 담지 다공질 산화티타늄층
3: 투명 도전성 기판
3a: 투명 기판
3b: 투명 도전층
4: 대향 전극
5: 밀봉재
6: 전해질층
7: 집전층
8: 주입구
11: 광량 조정판
11a, 11e: 투명 전극
11b: 이온 전도 전해질층
11c: 대향 전극
11d: 일렉트로크로믹층
1a: 투명 기판
1b: 투명 도전층
2a 내지 2d: 색소 담지 다공질 산화티타늄층
3: 투명 도전성 기판
3a: 투명 기판
3b: 투명 도전층
4: 대향 전극
5: 밀봉재
6: 전해질층
7: 집전층
8: 주입구
11: 광량 조정판
11a, 11e: 투명 전극
11b: 이온 전도 전해질층
11c: 대향 전극
11d: 일렉트로크로믹층
Claims (13)
- 색소 증감 태양 전지로서,
투명 도전성 기판과,
상기 투명 도전성 기판 상의, 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 증감 색소를 담지한 하나 또는 복수의 다공질 산화티타늄층과,
상기 다공질 산화티타늄층과 대향하여 형성된 대향 전극과,
상기 다공질 산화티타늄층과 상기 대향 전극 사이의 전해질층을 갖고,
상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성되어 있는, 색소 증감 태양 전지. - 제1항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내고, 또한 소정의 모양을 구성하도록 형성되어 있는, 색소 증감 태양 전지.
- 제2항에 있어서, 상기 증감 색소는 D131, D149, N719, 블랙 다이 또는 D131과 블랙 다이와의 혼합물인, 색소 증감 태양 전지.
- 제3항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층은, (1) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층, (2) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층, (3) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 10중량％ 포함하는 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (4) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 30중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (5) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 50중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (6) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (7) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 7μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (8) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 13μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (9) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 17μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (10) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 약 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제2 다공질 산화티타늄층, (11) 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층 또는 (12) 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층인, 색소 증감 태양 전지.
- 제1항에 있어서, 상기 대향 전극은 투명 도전성 기판 상에 형성되어 있는, 색소 증감 태양 전지.
- 제5항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층이 형성되어 있는 상기 투명 도전성 기판 및 상기 대향 전극이 형성되어 있는 상기 투명 도전성 기판은 서로 어긋나 배치되고, 이들의 투명 도전성 기판에 의해 끼워진 영역의 외주부가 밀봉재에 의해 밀봉되어 있는, 색소 증감 태양 전지.
- 제6항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층이 형성되어 있는 상기 투명 도전성 기판 및 상기 대향 전극이 형성되어 있는 상기 투명 도전성 기판은 절연성의 투명 기판 상에 투명 도전층이 형성된 것으로 이루어지고, 이들의 투명 도전성 기판의 외주부이고 또한 상기 밀봉재에 의해 밀봉되는 부분의 상기 투명 도전층이 제거되어 있는, 색소 증감 태양 전지.
- 색소 증감 태양 전지의 제조 방법으로서,
투명 도전성 기판 상에, 산화티타늄 미립자가 분산된 페이스트를 서로 동일 또는 다른 패턴으로 1회 또는 복수회 스크린 인쇄하는 공정과,
상기 페이스트를 소성함으로써 하나 또는 복수의 다공질 산화티타늄층을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층에 증감 색소를 담지시키는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층과 대향하여 대향 전극을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화티타늄층과 상기 대향 전극 사이에 전해질층을 형성하는 공정을 갖고,
상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성하는, 색소 증감 태양 전지의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화티타늄 미립자의 입경 또는 상기 산화티타늄 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화티타늄 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내고, 또한 소정의 모양을 구성하도록 형성하는, 색소 증감 태양 전지의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 증감 색소는 D131, D149, N719, 블랙 다이 또는 D131과 블랙 다이와의 혼합물인, 색소 증감 태양 전지의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 다공질 산화티타늄층은, (1) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층, (2) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층, (3) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 10중량％ 포함하는 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (4) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 30중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (5) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 50중량％ 포함하는 두께가 6μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (6) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (7) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 7μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (8) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 13μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (9) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 20nm의 산화티타늄 미립자와 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 상기 입경 400nm의 산화티타늄 미립자를 20중량％ 포함하는 두께가 17μm인 제2 다공질 산화티타늄층으로 이루어지는 것, (10) 입경 20nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제1 다공질 산화티타늄층과, 그 위의 입경 약 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 제2 다공질 산화티타늄층, (11) 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 3μm인 다공질 산화티타늄층 또는 (12) 입경 400nm의 산화티타늄 미립자로 이루어지고, 두께가 5μm인 다공질 산화티타늄층인, 색소 증감 태양 전지.
- 색소 증감 태양 전지로서,
투명 도전성 기판과,
상기 투명 도전성 기판 상의, 산화물 반도체 미립자로 이루어지고, 증감 색소를 담지한 하나 또는 복수의 다공질 산화물 반도체층과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 대향하여 형성된 대향 전극과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 상기 대향 전극 사이의 전해질층을 갖고,
상기 다공질 산화물 반도체층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 상기 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성되어 있는, 색소 증감 태양 전지. - 색소 증감 태양 전지의 제조 방법으로서,
투명 도전성 기판 상에, 산화물 반도체 미립자가 분산된 페이스트를 서로 동일 또는 다른 패턴으로 1회 또는 복수회 스크린 인쇄하는 공정과,
상기 페이스트를 소성함으로써 하나 또는 복수의 다공질 산화물 반도체층을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층에 증감 색소를 담지시키는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 대향하여 대향 전극을 형성하는 공정과,
상기 다공질 산화물 반도체층과 상기 대향 전극 사이에 전해질층을 형성하는 공정을 갖고,
상기 다공질 산화물 반도체층은, 상기 증감 색소의 종류, 두께, 적층 구조, 상기 산화물 반도체 미립자의 입경 또는 상기 산화물 반도체 미립자가 서로 입경이 다른 2종류 이상의 산화물 반도체 미립자로 이루어지는 경우에 있어서의 그들의 배합률의 선택에 따라 소정의 색을 나타내도록 형성하는, 색소 증감 태양 전지의 제조 방법.
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