(57)【要約】【課題】光電変換効率を向上させた色素増感型太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】７５mＭ以上２M以下のＫＣｌ、３mＭ以上１５M以下のＺｎＣｌ２、１００μＭ以上１３０μＭ以下のエオシンＹを含有し酸素をバブリングさせた浴液中に、透明基板を浸漬させて電析を行い透明電極上の酸化亜鉛被膜を形成させ、しかる後にこの酸化亜鉛被膜中より前記エオシンＹを脱離させて酸化亜鉛多孔質層を形成させ、色素増感型太陽電池の半導体粒子層を構成させる。浴液中のエオシンＹの濃度を１００μＭ以上、１３０μＭ以下に調整することで、酸化亜鉛被膜中のエオシンＹの凝集を抑制させて空隙率を高め、より表面積の大きな酸化亜鉛多孔質層を形成させて、高い光電変換効率を持つ色素増感太陽電池を構成させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を形成させた透明基板と、対極電極を形成させた対極基板と、酸化亜鉛多孔質層に増感色素を担持させて前記透明電極上に形成させた半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対極電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、該電解質層を封止して前記透明基板と対極基板とを固着させる封止材を設ける色素増感型太陽電池の製造方法であって、
亜鉛塩とエオシンＹとを含有させ酸素をバブリングさせた浴液中に前記透明基板を浸漬させて電析を行い前記透明電極上に酸化亜鉛被膜を形成させ、該酸化亜鉛被膜中より前記エオシンＹを脱離させて前記酸化亜鉛多孔質層を形成させるとともに、前記浴液には７５ｍＭ以上２M以下のＫＣｌ、３ｍＭ以上１５M以下のＺｎＣｌ２、１００μＭ以上、１３０μＭ以下のエオシンＹを含有させていることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された半導体粒子層を備えた色素増感型太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、色素増感型太陽電池についての研究が進められ、光電変換効率を高めるための種々の発明が開示されている。光電変換効率を向上させる方法の一つとして、半導体粒子層に担持させる増感色素の量を増やし、生じる電子量を増やす方法が考えられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、所望の基板の存在下、亜鉛塩を含む電解液に予めテンプレート化合物を混合してカソード電析を行い、該テンプレート化合物が内部表面に吸着する酸化亜鉛薄膜を前記基板に形成させ、更に該酸化亜鉛薄膜に前記テンプレート化合物の脱着手段を講じることにより形成される空隙を有する色素増感太陽電池基体用の多孔質酸化亜鉛薄膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８８３１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において、テンプレート化合物にエオシンＹを用いた多孔質酸化亜鉛薄膜を形成させた構成が記載されているが、本発明はこれに更なる検討を加えて、より光電変換効率を向上させた色素増感型太陽電池の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池は、透明電極を形成させた透明基板と、対極電極を形成させた対極基板と、酸化亜鉛多孔質層に増感色素を担持させて前記透明電極上に形成させた半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対極電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、該電解質層を封止して前記透明基板と対極基板とを固着させる封止材を設ける色素増感型太陽電池の製造方法であって、
亜鉛塩とエオシンＹとを含有させ酸素をバブリングさせた浴液中に前記透明基板を浸漬させて電析を行い前記透明電極上に酸化亜鉛被膜を形成させ、該酸化亜鉛被膜中より前記エオシンＹを脱離させて前記酸化亜鉛多孔質層を形成させるとともに、前記浴液には７５mＭ以上２M以下のＫＣｌ、３mＭ以上１５M以下のＺｎＣｌ２、１００μＭ以上１３０μＭ以下のエオシンＹを含有させていることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法とするものである。
【０００７】
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法によれば、浴液中のエオシンＹの濃度を１００μＭ以上、１３０μＭ以下に調整することで、酸化亜鉛被膜中のエオシンＹの凝集を抑制させて空隙率を高め、より表面積の大きな酸化亜鉛多孔質層を形成させて、高い光電変換効率を持つ色素増感太陽電池を構成させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法によれば、より表面積の大きな酸化亜鉛多孔質層を形成させて、高い光電変換効率を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る製造方法で形成させた色素増感型太陽電池の実施の一形態の断面図である。
【図２】本発明に係る製造方法で形成させた色素増感型太陽電池の光電変換効率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図面において、１は透明基板であり、２は対極基板である。
本実施形態に於ける色素増感型太陽電池は、互いに対向するように配された透明基板１と対極基板２と、各基板の間に電解質を含む電解質層４とを備え、電解質層４は周りの隙間に封止材５を充填することによって封止されている。
【００１１】
透明基板１の表面には透明電極１１が積層され、対極基板２の表面には対極電極２１が積層され、これら２つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置されている。すなわち封止材５によって封止された電解質層４が透明基板１と対極基板２とに積層された透明電極１１と対極電極２１に接触することで、透明電極１１を負の電極とし、対極電極２１を正の電極とした太陽電池セルを構成している。また、このとき前記電解質層４内には電解質が充填されているとともに、透明電極１１側に半導体粒子層３が形成されている。
【００１２】
透明基板１の形成に用いられる材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を透明基板１として用いている。
【００１３】
透明電極１１の形成については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板１表面に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板１に貼着したりする等して形成することができる。
本実施形態では、透明基板１上にＩＴＯをスパッタ蒸着させて透明電極１１を形成している。
【００１４】
対極基板２の形成に用いられる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合には前記の透明基板１と同様の材料を用いることができる。
本実施形態では、板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を対極基板２として用いている。
【００１５】
対極電極２１の形成については、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用いて、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により対極基板２上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを対極基板２に貼着したりする等して形成することができる。
本実施形態では、対極基板２上に白金をスパッタ蒸着させて、対極電極２１を形成している。
【００１６】
電解質層４の形成については、アセトニトリルや、エチレンカーボネートとの混合溶液、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系などを用いることができる。
本実施形態では、アセトニトリルを溶媒として、金属ヨウ素、ＴＰＡＩおよびＤＭＰＩｍＩを加えた液体電解質を用いて電解質層４を形成している。
【００１７】
封止材５の原料としては、電解質層４の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
本実施形態では封止材５にエポキシ系樹脂を用い、封止材５によって電解質層４内の電解質を封止させることにより、互いに対向するように配した透明基板１と対極基板２とを固定させている。
【００１８】
半導体粒子層３は、酸化亜鉛を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させて形成させている。
具体的には、亜鉛塩とテンプレート化合物とを含有する浴液中に前記透明基板１を浸漬させて電析を行い透明電極１１上に酸化亜鉛被膜を形成させ、この酸化亜鉛被膜中より前記テンプレート化合物を脱離させて酸化亜鉛多孔質層３１を設け、これに増感色素を担持させている。
半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導錯体、インドリン系有機色素などが挙げられる。
本実施形態では、酸化亜鉛多孔質層３１にインドリン系有機色素を担持させて半導体粒子層３を形成させている。
【００１９】
以下に酸化亜鉛多孔質層３１の形成方法について説明する。
最初に、板状に形成させた透明基板１の透明電極１１の表面に、酸化亜鉛被膜を電析によって成膜させる。
電析の方法として、最初に１００ｍＭのＫＣｌ、５ｍＭのＺｎＣｌ２、とエオシンＹを含有する水溶液を浴液とした浴槽中に２L／ｍｉｎの流量で酸素を供給させ、透明基板１を浸漬させる。
次に、前記の透明基板１をＫＯＨ水溶液に浸漬させ、電析によって形成された膜中からエオシンＹを除去させ、酸化亜鉛多孔質層３１を形成させる。
【００２０】
前記の浴液において、KCｌは支持電解質として用いているため、KCｌの濃度が７５ｍＭ未満に調整されると、溶液の導電性が低下し電気が通りにくくなる。また、ＫＣｌの濃度が２Mを超えて調整されると、溶液にＫＣｌが溶解しない。
また、前記の浴液において、ＺｎＣｌ２は亜鉛イオン供給源として用いているため、ＺｎＣｌ２の濃度が３ｍＭ未満に調整されると、単位時間あたりの酸化亜鉛の析出量が少なくなり、薄い酸化亜鉛膜が成膜される。また、ＺｎＣｌ２の濃度が１５Mを超えて調整されると、溶液にＺｎＣｌ２が溶解しない。
【００２１】
また、前記の浴液において、エオシンＹの濃度を１００μＭ以上、１３０μＭ以下に調整することで、酸化亜鉛多孔質層３１を表面積の大きな構造とし、より大きな光電変換効率を有する色素増感型太陽電池を形成させることができる。
エオシンＹの濃度が１００μＭ未満に調整されると、酸化亜鉛多孔質層３１の空隙率がより小さく形成され、これにより構成される半導体粒子層３の増感色素の担持量がより少なくなり、光電変換効率がより小さくなる。
また、エオシンＹの濃度がまた、エオシンＹの濃度が１３０μＭを超えて調整されると、後述するように光電変換効率が低下する傾向が確認された。
またエオシンＹの濃度が１５０μＭを超えて調整されると、酸化亜鉛多孔質層３１の空隙率はより大きく形成されるが、その機械的強度が低下し、透明基板１の変形などへ追随せずに容易に破壊される。
図２は本発明に係る色素増感型太陽電池の光電変換効率を示したグラフであり、浴液中のエオシンＹ濃度変化に対する表面積と光電変換効率の変化をそれぞれ表している。
【００２２】
図２の測定に用いた色素増感型太陽電池の形成方法を説明すると、１５０×１２０×２．５ｍｍの板状に形成させた透明基板１の透明電極１１の表面に、エオシンＹ濃度が異なる前記の浴液を用いた電析によって合計７５ｃｍ２の面積の酸化亜鉛多孔質層３１をそれぞれ実施例１〜３および比較例１〜３のサンプルに成膜させた。
前記のサンプルの酸化亜鉛多孔質層３１は、実施例１が１００μＭ、実施例２が１１５μＭ、実施例３が１３０μＭ、比較例１が５０μＭ、比較例２が７５μＭ、比較例３が１５５μＭ、のエオシンＹ濃度に調整した浴液を用いてそれぞれ形成させた。
【００２３】
次に、アセトニトリルとｔ−ＢｕＯＨを１：１の比率で混合させた溶媒に、０．５ｍＭのＤ１４９色素（三菱製紙社製）、１ｍＭのケノデオキシコール酸を溶解させた溶液に、前記の酸化亜鉛多孔質層３１を成膜させた透明基板１をそれぞれ１時間室温で浸漬させて、増感色素を担持させ半導体粒子層３をそれぞれ形成させ、色素増感型太陽電池セルを作成した。
【００２４】
図２の色素増感型太陽電池の光電変換効率の測定は、日本工業規格  ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３  結晶系太陽電池セル出力測定方法  に基づく方法で、分光分布ＡＭ１．５全天日射基準太陽光、放射照度１００ｍＷ／平方センチメートル、室温環境下、で測定を行った。（英弘精機社製  太陽電池評価装置  I-Vカーブトレーサー  MP-160）
この測定の結果、色素増感型太陽電池の変換効率は、実施例１が３．９８％、実施例２が４．２０％、実施例３が４．０４％、比較例１が３．７８％、比較例２が３．８６％、比較例３が３．９１％、の測定値が確認された。
【００２５】
上記に示すように、実施例１〜３の色素増感型太陽電池の酸化亜鉛多孔質層３１が比較例１〜３よりも大きな光電変換効率を有することが確認された。
【符号の説明】
【００２６】
１    透明基板
１１  透明電極
２    対極基板
２１  対極電極
３    半導体粒子層
３１  酸化亜鉛多孔質層
４    電解質層
５    封止材
【図１】
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【図２】
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