(57)【要約】  光電気化学装置で使用される増粘剤を含む電解質組成物において、前記増粘剤が前記電解質に溶解していることを特徴とする電解質組成物が開示されている。前記増粘剤は高分子でもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電気化学装置で使用される増粘剤を含む電解質組成物において、前記増粘剤が前記電解質に溶解していることを特徴とする電解質組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が高分子であることを特徴とする電解質組成物。
【請求項３】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリビニルブチラール等のポリビニルアルキルアルデヒド樹脂を含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項４】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリエチレングリコールを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項５】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がエチルセルロース等のアルキルセルロースを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項６】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリエチレンオキシド等のポリアルキレンオキシドを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項７】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシルアルキルセルロースを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項８】
請求項２に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリ（アルキレンカーボネート）共重合体又はポリビニルメチル／エチルエーテル等のポリビニルアルキルエーテルのうちの何れかを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が０．１重量％〜２０重量％の間の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が２重量％〜９重量％の間の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が約６重量％の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電解質組成物において、通常ナノ微粒子である金属イオンベースの化合物をさらに含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電解質組成物を含むことを特徴とする光電気化学装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光電気化学装置において、前記装置が色素増感太陽電池であることを特徴とする光電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電気化学装置に使用する電解質組成物に関し、特に色素増感太陽電池における電解質組成物の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感太陽電池（ＤＳＣ）という形状の光電気化学装置としては、典型的には、第１の基板に取り付けられた色素増感作用電極、第２の基板に取り付けられた対向電極、及び両基板間に密閉される電解質という構成のものが挙げられる。電解質が、電極間の光電気化学回路を完成させる。
【０００３】
ＤＳＣ電池を製造するためには、電極間に電解質を導入する必要がある。これまで使用されてきた最も一般的な技術の１つが液体電解質を用いた真空バックフィリング（ｖａｃｕｕｍ  ｂａｃｋ−ｆｉｌｌｉｎｇ）であった。この技術において、電池は電解質を用いずに組み立てられる。次いで、真空源を使用して、典型的には、電池の両基板のうちの１つ又は両基板間の密閉領域に設けられた小さな充填孔等を介して、電極間の空間から空気が排気される。次いで、液体電解質源が弁機構を介して充填孔と流体連結される。電池内部は外気圧より低圧なので、電解質は電池内に吸引され、次いで、充填孔が密閉される。この手法における真空の必要性を排除する変形例では２つの孔を利用するが、１つの孔を介して加圧された電解質液体が入り、もう１つの孔を介して基板間に含まれる気体が出て行く。
【０００４】
別の技術は、電極を備えた２つの基板を準備し、電極のうちの１つに電解質を塗布し、次いで、両方の基板を合わせることにより層状に装置を作り上げるものである。
【０００５】
しかし、これまで使用されてきた液体電解質では、付着中の飛散及び２つの基板を積層する工程における密閉に関する問題に苦慮している。これに対処するために、電解質はレオロジー的に修正された電解質の形状、例えばより高い粘度へと濃縮されるか又はゲル化されて提供され得る。ゲル電解質の高粘度化は、電池組立中に電解質を適正な位置に保持するのに役立つ。
【０００６】
これまで、ゲル化された電解質は、ナノ微粒子シリカ又はポリフッ化ビニリデン等の無機又は高分子の増粘剤が付加された液体電解質と言う二相の組成物として提供されてきた。増粘剤は液体電解質において粉体として分散する。ゲル化された電解質は、分配装置のノズルを目詰まりさせる可能性があり、また、その多相性により経時的に分離しがちであるという点で問題があることが分かった。
【０００７】
異なる付着技術を使用する様々な製造方法に適しているとともに、長期間に亘って両方共安定している改善された電解質組成物が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様において、本発明は、光電気化学装置で使用される増粘剤を含む電解質組成物において、増粘剤が電解質に溶解していることを特徴とする電解質組成物を提供する。
【０００９】
増粘剤は高分子でもよい。
【００１０】
増粘剤はポリビニルブチラール等のポリビニルアルキルアルデヒド樹脂を含んでもよい。
【００１１】
増粘剤はポリエチレングリコールを含んでもよい。
【００１２】
増粘剤はエチルセルロース等のアルキルセルロースを含んでもよい。
【００１３】
増粘剤はポリエチレンオキシド等のポリアルキレンオキシドを含んでもよい。
【００１４】
増粘剤はヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシルアルキルセルロースを含んでもよい。
【００１５】
増粘剤はポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリ（アルキレンカーボネート）共重合体又はポリビニルメチル／エチルエーテル等のポリビニルアルキルエーテルのうちの何れかを含んでもよい。
【００１６】
増粘剤は０．１重量％〜２０重量％の間の量で存在してもよい。
【００１７】
増粘剤は２重量％〜９重量％の間の量で存在してもよい。
【００１８】
増粘剤は約６重量％の量で存在してもよい。
【００１９】
組成物は通常ナノ微粒子である金属イオンベースの化合物をさらに含んでいてもよい。
【００２０】
第２の態様において、本発明は、本発明の第１の態様による電解質組成物を含む光電気化学装置を提供する。
【００２１】
光化学電気装置は色素増感太陽電池でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
ここで添付の図面を参照して、本発明の実施形態を単に一例として説明する。
【００２３】
【図１】図１は、電解質サンプルの電解質レオロジー測定の実験結果を図示するグラフである。
【図２】図２は、図１の電解質サンプルのいくつかについてのイオン伝導率の実験結果を図示するグラフである。
【図３】図３は、図１の電解質組成物のいくつかを使用して製作された色素増感太陽電池についての長期安定性の実験結果を図示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態による電解質組成物は以下の方法で調製される。
ａ）電解質（ニトリルベースの溶媒において酸化還元対ベースの電解質）を調製する。そのような電解質は当該技術において公知なので、詳細な説明はここで行わない。
ｂ）電解質を濾過して、いかなる残留固形粒子をも取り除く。
ｃ）高分子の増粘剤、例えばＢ−７９ポリビニルブチラール等を約６重量％の量で加える。必要に応じて任意選択的に金属イオンベースの改質剤を加える。
ｄ）混合する（例えば、適切な装置を使用して、振り混ぜるか撹拌する）ことにより均質化する。
ｅ）任意選択的に例えば、オーブンにおいて一晩加熱するか又は適切な加熱ジャケット、マントル若しくは類似装置内で加熱するが、任意選択的にこの加熱は（ｄ）で使用されるような撹拌と併用することができる。
ｆ）増粘剤が完全に溶解されるまでｄ）及びｅ）を繰り返し／継続し、金属イオンベースの添加剤を使用する場合には、均質に分散させる。
ｇ）電解質組成物を濾過し、所望の限界サイズを超えるいかなる残留固形粒子をも取り除く。
【００２５】
製造された電解質組成物は、真空バックフィリングのような既知の方法又は以下に述べるような新しい方法のいずれかで色素太陽電池を製作するのにすぐに使える状態である。
【００２６】
高分子増粘剤の付加によって最初にニュートン流体の挙動を保ちながら粘性増加が生じ；さらに付加することで、擬塑性（剪断減粘性）挙動が生じる。電解質のレオロジー挙動を制御することによって、より多様でより便利な付着過程方法を容易にして、これまでにない電解質充填技術の使用を可能にする。さらに、電解質の表面張力を変更すること及び他の流体特性を変更することにおける高分子増粘剤の効果は、基板上に一度付着させた電解質のフロー挙動のより優れた制御を容易にするのに役立つ。さらに、電解質の粘度を増加させて表面張力を増加させることは、電池から電解質が漏れてしまう特性を減じて、この電解質で製造された電池のより長期的な安定に有益な効果があると考えられる。
【００２７】
図１、図２及び図３を参照すると、複数の高粘度の電解質組成物についての実験結果がグラフで示されている。組成物Ａは高粘度ではない比較例である。組成物Ｂ、Ｃ及びＤは、組成物Ａをベースとして、２．３％、４．５％及び６％の濃度で、Ｂ−７６分子量ポリビニルブチラールがそれぞれ添加されている。組成物Ｅは、組成物Ａをベースとして、３％の濃度でＢ−７９分子量ポリビニルブチラールが添加されている。
【００２８】
図１を参照すると、各サンプルのレオロジーが剪断速度に対する粘度として表わされている。図２はイオン伝導率を表わす。図３は時間に対する効率として長期安定性を表わす。結果はその組成物Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥは許容できる伝導率及び長期安定性を有しており、実用可能な色素増感太陽電池の使用にそれらが適合することを示している。
【００２９】
上述の実施形態において、増粘剤はポリビニルアルキルアルデヒド樹脂としてポリビニルブチラールが使用された。試験は、他の増粘剤も同様に効果的に使用することができることを示した。例えば、ポリエチレングリコール、エチルセルロース等のアルキルセルロース、（ポリエチレンオキシド等の）ポリアルキレンオキシド；（ヒドロキシプロピルセルロース等の）ヒドロキシルアルキルセルロース；ポリアクリロニトリル；ポリ酢酸ビニル、ポリ（アルキレンカーボネート）共重合体又はポリビニルメチル／エチルエーテル等のポリビニルアルキルエーテル等である。
【００３０】
さらに試験は、これらの増粘剤が従来の電解質ゲル化剤と共に任意選択的に使用され得ることも示した。例えば、シリカ、アルミナ、クレー、タルク及びチタニア等の金属イオンベースの化合物又はポリフッ化ビニリデン若しくはその共重合体類である。
【００３１】
本発明の実施形態が以下の利点の少なくとも１つを提供することが理解され得る。
・溶解された増粘剤の使用により、分配装置の目詰まりの問題に対処する。
・電解質の粘度は様々な付着技術を最適化するように制御することができる。
・電解質の表面張力を上げて制御すると、塗布段階中の電解質のフローが改善される。
・電池性能は大して影響されない。
【００３２】
特段記載しない限り、本明細書中に含まれるいずれの従来技術の引用文献も、情報が共通の一般知識であることを承認するものとして解釈されるべきではない。
【００３３】
最後に、本発明の精神又は範囲から逸脱しない限り、以上に記載した部分について様々な代替又は付加が為され得ることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月20日(2012.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電気化学装置で使用される増粘剤を含む電解質組成物において、前記増粘剤が前記電解質に溶解し、前記増粘剤が高分子であることを特徴とする電解質組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリビニルブチラール等のポリビニルアルキルアルデヒド樹脂を含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリエチレングリコールを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がエチルセルロース等のアルキルセルロースを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項５】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリエチレンオキシド等のポリアルキレンオキシドを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシルアルキルセルロースを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項７】
請求項１に記載の電解質組成物において、前記増粘剤がポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリ（アルキレンカーボネート）共重合体又はポリビニルメチル／エチルエーテル等のポリビニルアルキルエーテルのうちの何れかを含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が０．１重量％から２０重量％の間の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が２重量％から９重量％の間の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の電解質組成物において、前記増粘剤が約６重量％の量で存在することを特徴とする電解質組成物。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の電解質組成物において、通常ナノ微粒子である金属イオンベースの化合物をさらに含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電解質組成物において、ニトリルベースの溶媒を含むことを特徴とする電解質組成物。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載の電解質組成物を含むことを特徴とする光電気化学装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光電気化学装置において、前記装置が色素増感太陽電池であることを特徴とする光電気化学装置。
【国際調査報告】
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