(57)【要約】【課題】高価の光吸収性染料の全部または一部を炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）で代替して染料感応太陽電池の効率と生産性を同時に増加させることができる染料感応太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による光吸収物質を含む染料感応太陽電池において、前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含む。【選択図】図３
2014500581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収物質を含む染料感応太陽電池において、
前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記光吸収物質は、０．０１〜１００ｎｍの粒径を有する炭素ナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）であることを特徴とする、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記光吸収物質は、
ａ）光吸収性染料、および
ｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記光吸収物質は、
ａ）光吸収性染料３０〜７０重量％、および
ｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）３０〜７０重量％、
を含むことを特徴とする、請求項３に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は、固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は、電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
作動電極上に光吸収性物質を吸着させる段階を含む染料感応太陽電池の製造方法において、
前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記光吸収物質は、０．０１〜１００ｎｍの粒径を有する炭素ナノチューブ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ｃａｒｃｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）であることを特徴とする、請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記光吸収物質は、
ａ）光吸収性染料、および
ｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記光吸収物質は、
ａ）光吸収性染料３０〜７０重量％、および
ｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）３０〜７０重量％、
を含むことを特徴とする、請求項９に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は、固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は、電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至７のうちのいずれか一項記載の染料感応太陽電池を含む染料感応太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は染料感応太陽電池およびその製造方法に関し、より具体的に、光吸収物質として炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を使用することを特徴とする染料感応太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９１年度スイスローザンヌ工科大学（ＥＰＦＬ）のマイケルグレッツェル（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒａｔｚｅｌ）研究チームによって染料感応ナノ粒子酸化チタン太陽電池が開発された以後、この分野に関する多くの研究が行われている。染料感応太陽電池は既存のシリコン系太陽電池に比べて製造単価が顕著に低いため、既存の非晶質シリコン太陽電池を代替できる可能性を有している。また、染料感応太陽電池はシリコン太陽電池とは異なり、光を吸収して電子−ホール対を生成することができる染料分子、および生成された電子を伝達する遷移金属酸化物を主要構成材料とする光電気化学的太陽電池である。
【０００３】
図１は一般的な染料感応太陽電池の構造と発電原理を説明するための図である。
【０００４】
図１を参照すれば、染料感応太陽電池１０は透明フィルム１３、１４がそれぞれ付着された透明なガラス基板１１、１２、触媒相対電極（Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１５、ナノ粒子（ＴｉＯ２、二酸化チタン）構造の作動電極（Ｗｏｒｋｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１６または光電極、染料１７、電解質（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）１８および封止材１９を含むことができる。
【０００５】
まず、染料感応太陽電池１０は透明電極フィルム１３、１４をそれぞれ付着した二つのガラス基板１１、１２の間に特定染料１７を吸着したナノ粒子構造の作動電極１６と電解質１８を満たした構造に形成される。ここで、透明電極フィルム１３、１４はＡＴＯ、ＩＴＯまたはＦＴＯであり得、通常ガラス基板１１、１２上に形成された状態で提供される。
【０００６】
具体的に、染料感応太陽電池１０は植物の光合成作用原理と類似の概念の電池であって、光を吸収する光感応性染料１７、このような染料１７を支持するナノ構造のチタニア電極である作動電極１６、電解質１８、触媒相対電極１５から構成された太陽電池である。染料感応太陽電池１０は既存のシリコン太陽電池や薄膜太陽電池のようにｐ型とｎ型半導体の接合を使用せずに、電気化学的原理によって電気を生産し、理論効率が高く、親環境的なので、未来のグリーンエネルギーに最も適した太陽電池として期待されている。
【０００７】
染料感応太陽電池１０は外部の光が染料１７に触れると染料１７は電子を発生し、この電子を多孔質酸化物半導体（主にＴｉＯ２が用いられる）である作動電極１６が受けて外部に伝達する。以後、電子は外部回路に乗って流れながら相対電極１５に到達する。このとき、作動電極１６の染料１７から電子が外部に抜け出たため電解質１８内部のイオンから一つの電子が再び染料１６に供給され、外部から相対電極に戻った電子は再び電解質１８内部のイオンに伝達されることによって、エネルギー伝達過程が連続的に行われる。
【０００８】
このような過程は主に作動電極１６と電解質１８の間と相対電極１５と電解質１８の間で行われる電気化学反応によるので、電極と電解質が触れる面積が広いほど多くの反応が急速に行われ得る。さらに、作動電極１６の表面面積が広いほど多量の染料１７がついていられるために、生産できる電力の量が増加する。したがって、それぞれの電極１５、１６の素材としてナノ粒子を使用し、同一体積で物質の表面積が極端的に増加するため多量の染料を表面に付着することができ、電極１５、１６と電解質１８の間の電気化学反応の速度を増加させることができる。このとき、染料感応太陽電池モジュールは図１に示された染料感応太陽電池１０が複数個直列または並列に配置されたモジュール形態で提供される。
【０００９】
しかし、このような従来の染料感応太陽電池で光吸収性染料１７は主に可視光線領域のみを吸収するために効率が低い方であり、また光吸収性染料が高価であるため染料感応太陽電池の製造費用を上昇させる主原因になっており、これにより染料感応太陽電池の効率を高めながらも製造費用を低めることができる多様な方法の開発が切実に要請されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の問題点を解決するための本発明が目的とする技術的課題は、光吸収波長帯の領域を広げて太陽電池の効率を高めることができ、低価の光吸収物質を使用することによって太陽電池の製造費用を顕著に低めることができる染料感応太陽電池およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の技術的課題を達成するための手段として、本発明による光吸収物質を含む染料感応太陽電池において、前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする染料感応太陽電池を提供する。
【００１２】
好ましくは、前記光吸収物質は、ａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、作動電極上に光吸収性物質を吸着させる段階を含む染料感応太陽電池の製造方法において、前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする染料感応太陽電池の製造方法を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記光吸収物質は、ａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を光吸収物質として使用することによって光吸収波長帯の領域を広げて太陽電池の効率を高めることができ、低価の光吸収物質を使用することによって太陽電池の製造費用を顕著に低めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的な染料感応太陽電池の構造と発電原理を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施例による染料感応太陽電池の発電原理を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１および比較例で製造した染料感応太陽電池を利用して測定した短絡光電流密度（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ、Ｊｓｃ）グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳しく説明する。
【００１８】
明細書全体で、ある部分がある構成要素を“含む”と言う時、これは特に反対になる記載がない限り他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができるのを意味する。
【００１９】
本発明は光吸収物質を含む染料感応太陽電池において、前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする。好ましくは前記光吸収物質は炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）であり、さらに好ましくは単一壁（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）である。
【００２０】
本発明で前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）である光吸収物質を除いた染料感応太陽電池の他の要素は、従来光吸収性物質として染料のみを使用する公知の染料感応太陽電池の構成要素を使用することができるのはもちろんであり、具体的な例として図１のように染料感応太陽電池モジュールは、光吸収性物質が吸着された多孔質酸化物半導体層（通常多孔性ＴｉＯ２）が備えられた作動電極（光電極）が第１透明ガラス基板上に形成された作動電極基板；前記作動電極基板と貼り合わせられ、触媒相対電極が第２透明ガラス基板上に形成された相対電極基板；および貼り合わせられた前記相対電極基板および作動電極基板内に注入される電解質を含む構造であり得る。また作動電極上に光散乱層をさらに含むことができる。前記で染料はルテニウム系染料または有機染料など公知の染料感応太陽電池染料が使用され得るのはもちろんである。
【００２１】
本発明で前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は光を吸収して電子を作動電極に伝達し、従来染料感応太陽電池の光吸収性染料と対等の機作を示す。
【００２２】
好ましくは、本発明で炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は粒径が０．０１〜１００ｎｍであることが良い。前記範囲内である場合、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は染料感応太陽電池の紫外線領域から赤外線領域までの光を吸収して電子を発生させることができ、特に粒径が小さいほど短い波長帯（紫外線領域）の光を吸収し、粒径が大きいほど長い波長帯（赤外線領域）の光を吸収することができる。したがって、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を多孔性酸化物半導体上に吸着時、粒径の大きさを多様に分布させて吸着させることが好ましい。
【００２３】
また本発明で前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を作動電極上に吸着することは化学的結合または物理的結合であり得、前記化学的結合は湿式コーティングを適用でき、物理的結合はＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など公知の方法が適用され得る。また前記化学的結合のために炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は末端基に固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）を付けて吸着され得、固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）の具体的な例としては下記のような構造式を有するものを使用することができる。好ましくは、一つの炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は１〜１００個の固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）を有することができる。
【００２４】
［固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）］
2014500581.tif 000003
【００２５】
また、本発明の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は末端に電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）をさらに含むことができ、この場合、染料感応太陽電池の効率をさらに向上させることができる。前記電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）は公知の電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）が使用され得、具体的な一例として置換されるか置換されないＣ６〜Ｃ５０のアリール基または置換されるか置換されないＣ１〜Ｃ３０のアルキル基が使用され得る。また、一つの炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は多様な個数（一例として１〜１００個）の電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）を有することができる。
【００２６】
また、本発明の染料感応太陽電池で多孔性酸化物半導体に吸着された光吸収物質は、ａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）であり得る。図２は本発明の染料感応太陽電池の原理を示す図である。この場合、可視光線領域はａ）光吸収性染料が光を吸収し、紫外線および赤外線領域はｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）が光を吸収することができる。前記で多孔性酸化物半導体に吸着されるａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）の量は任意に調節可能であり、一例として前記光吸収物質はａ）光吸収性染料３０〜７０重量％およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）３０〜７０重量％とすることができる。前記で好ましくは、吸着されるｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）１００重量部に対して０．０１〜２ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部、２〜１００ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部になるようにして、多様な波長帯の光を均等に吸収することができるようにすることが良い。前記でａ）光吸収性染料は染料感応太陽電池に光吸収性物質として使用され得る多様な種類の染料が適用され得るのはもちろんであり、公知のルテニウム系、有機染料などが全て適用可能である。
【００２７】
前記のように、本発明は従来光吸収性物質として光吸収性染料のみを使用した染料感応太陽電池の高価の光吸収性染料の全部または一部を炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）で代替して光吸収波長帯の領域を広げ、生産費を大幅的に低めることができる長所がある。
【００２８】
また本発明は作動電極上に光吸収性物質を吸着させる段階を含む染料感応太陽電池の製造方法において、前記光吸収物質が炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を含むことを特徴とする染料感応太陽電池の製造方法を提供する。好ましくは前記光吸収物質は炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）であり、さらに好ましくは単一壁（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）である。
【００２９】
本発明で前記光吸収物質の作動電極への吸着を除いた染料感応太陽電池製造方法の他の段階は従来染料を使用する公知の染料感応太陽電池の製造方法が使用できるのはもちろんであり、具体的な例としてａ）光吸収性物質が吸着された多孔質酸化物半導体層を含む作動電極が第１透明ガラス基板上に形成される作動電極基板を製作する段階；ｂ）触媒相対電極が第２透明ガラス基板上に形成された相対電極基板を製作する段階；ｃ）前記相対電極基板および作動電極基板を貼り合わせる段階；およびｄ）前記貼り合わせられた相対電極基板および作動電極基板内に電解質を注入する段階を含んでなり得る。
【００３０】
前記でａ）段階の作動電極基板を製作する段階は、ａ−１）第１透明ガラス基板上に第１透明電極を形成する段階；ａ−２）前記第１透明電極上に多孔質酸化物半導体層を形成する段階；ａ−３）前記多孔質酸化物半導体層に光吸収性物質を吸着させる段階を含んでなり得る。また、前記作動電極上に光散乱層をさらに含むことができる。
【００３１】
前記で吸着されるｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）１００重量部に対して０．０１〜２ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部、２〜１００ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部になるようにして、多様な波長帯の光を均等に吸収することができるようにすることが良い。
【００３２】
また本発明で前記炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を作動電極上に吸着させる方法は化学的結合または物理的結合であり得、前記物理的結合はＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＡＬＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）など公知の方法が適用され得る。前記化学的結合のために炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は末端基に固定基（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ）を付けて吸着され得る。
【００３３】
また本発明の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）は末端に電子供与基（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ  ｇｒｏｕｐ）または光吸収基（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｐｅｎｄｅｎｔ）をさらに含むことができ、この場合、染料感応太陽電池の効率をさらに向上させることができる。
【００３４】
また本発明の染料感応太陽電池の製造方法で多孔性酸化物半導体に吸着される光吸収物質はａ）ルテニウム系染料または有機染料などの光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）であり得る。この場合、多孔性酸化物半導体に吸着されるａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）の量は任意に調節可能であり、具体的に前記光吸収物質はａ）光吸収性染料３０〜７０重量％およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）３０〜７０重量％とすることができる。前記で好ましくは吸着されるｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）１００重量部に対して０．０１〜２ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部、２〜１００ｎｍの粒径を有するものが２０〜８０重量部になるようにして、多様な波長帯の光を均等に吸収することができるようにすることが良い。前記でａ）光吸収性染料は染料感応太陽電池に光吸収性物質として使用され得る多様な種類の染料が適用され得るのはもちろんであり、ルテニウム系、有機染料などが全て適用可能である。
【００３５】
また多孔性酸化物半導体に吸着されるａ）光吸収性染料およびｂ）炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）の吸着方法および順序は任意に調節することができる。一例として光吸収性染料を先に吸着させた後、炭素ナノチューブなどを吸着させることができ；炭素ナノチューブなどを先に吸着させた後、光吸収性染料を吸着させることもでき；また粒径が大きい炭素ナノチューブなどを先に吸着させた後、光吸収性染料を吸着させ、再び粒径が小さい炭素ナノチューブなどを吸着させることもできる。前記で炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を吸着時に化学的結合または物理的結合は適切に選択することができるのはもちろんであり、好ましくは光吸収性染料の吸着後に炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を吸着時には化学的結合を通じて吸着させることが吸着の効率および安定性のために良い。
【００３６】
本発明による染料感応太陽電池の製造方法は高価の光吸収性染料の全部または一部を低価の炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）で代替することによって染料感応太陽電池の製造単価を顕著に低めることができる長所がある。
【００３７】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるのではない。
【００３８】
実施例１  染料感応太陽電池の製造
【００３９】
光電極は１２μｍのＴｉＯ２透明層を用いて太陽電池を製造した。ＴｉＯ２ペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ、１３ｎｍペースト）をスクリーンプリンティングして８μｍ厚さのＴｉＯ２透明層を製造し、エタノールにルテニウム系染料を０．５ｍＭに溶解させた染料溶液に含浸させて、ＴｉＯ２透明層に染料を吸着させた。
【００４０】
その後、末端をＣＯＯＨに置き換えたＳＷＣＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ＣＮＴ）をジメチルホルムアミドを溶媒にして０．０１ｍＭの濃度に準備してルテニウム系染料が吸着されたＴｉＯ２透明層にＳＷＣＮＴを吸着させた。
【００４１】
前記染料とＳＷＣＮＴが吸着されたＴｉＯ２電極と白金−対電極の間にスペーサとして高温溶融フィルム（Ｓｕｒｌｙｎ  １７０２、２５μｍ厚さ）を置いて加熱して、密封されたサンドイッチ電池を組み合わせた。電解質溶液としては３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）に溶解させた１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド（ＭＰＩＩ、０．８Ｍ）、Ｉ２（０．０４Ｍ）、グアニジニウムチオシアネート（ＧＳＣＮ、０．０５Ｍ）およびｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ、０．５Ｍ）の混合溶液を使用した。
【００４２】
実施例２  染料感応太陽電池の製造
【００４３】
前記実施例１で末端をＣＯＯＨに置き換えたＳＷＣＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ＣＮＴ）の代わりに、末端をＣＯＯＨに置き換えたグラフェンをジメチルホルムアミドを溶媒にして０．０１ｍＭの濃度に準備して、ルテニウム系染料が吸着されたＴｉＯ２透明層にグラフェンを吸着させたことを除いては、前記実施例１と同様な方法で染料感応太陽電池を製造した。
【００４４】
実施例３  染料感応太陽電池の製造
【００４５】
前記実施例１で末端をＣＯＯＨに置き換えたＳＷＣＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ＣＮＴ）の代わりに、末端をＣＯＯＨに置き換えたカーボンブラックをジメチルホルムアミドを溶媒にして０．０１ｍＭの濃度に準備して、ルテニウム系染料が吸着されたＴｉＯ２透明層にカーボンブラックを吸着させたことを除いては、前記実施例１と同様な方法で染料感応太陽電池を製造した。
【００４６】
比較例  染料感応太陽電池の製造
【００４７】
前記実施例１で末端をＣＯＯＨに置き換えたＳＷＣＮＴ（ｓｉｎｇｌｅ  ｗａｌｌ  ＣＮＴ）を使用しないことを除いては、前記実施例１と同様な方法で染料感応太陽電池を製造した。
【００４８】
前記製造された実施例１および比較例の染料感応太陽電池を用いて短絡光電流密度（ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ、Ｊｓｃ）、オープン回路光電圧（ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ、Ｖｏｃ）、充填因子（ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）を測定して下記表１および図３に示した。
【００４９】
【表１】
2014500581.tif 000004
【００５０】
前記表１および図３に示されているように、炭素ナノチューブを光吸収物質として使用した実施例１は、炭素ナノチューブを光吸収物質として使用しなかった比較例に比べて特に高いＪｓｃ値を示し、全体的な効率においても向上するのを確認することができた。
【００５１】
また、実施例２および実施例３で製造した染料感応太陽電池の効率もそれぞれ６．１４％および６．０３％を示して、ラフェンまたはカーボンブラックを使用しなかった染料感応太陽電池に比べて少なくとも５％以上の効率向上をもたらすのを確認することができた。
【００５２】
前述の本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更せず他の具体的な形態に容易に変形が可能であるということを理解することができる。したがって以上で記述した実施例はすべての面で例示的なものであり限定的ではないと理解しなければならない。例えば、単一型と説明されている各構成要素は分散されて実施され得、同様に分散されたと説明されている構成要素も結合された形態で実施され得る。
【００５３】
本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）またはカーボンブラック（ｃａｒｂｏｎ  ｂｌａｃｋ）を光吸収物質として使用することによって光吸収波長帯の領域を広げて太陽電池の効率を高めることができ、低価の光吸収物質を使用することによって太陽電池の製造費用を顕著に低めることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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