(57)【要約】  本発明は、カーボンエアロゲル、および前記カーボンエアロゲルに担持された白金を含み、前記電極活物質における前記白金の質量含有率が１％〜５％である対電極活物質を提供する。前記対電極活物質は、高い光電変換効率を有する。さらに、本発明は前記対電極活物質の製造方法、前記対電極活物質を用いた太陽電池対電極および前記太陽電池対電極の製造方法を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンエアロゲルを含む対電極活物質であって、前記カーボンエアロゲル上に担持された白金をさらに含み、前記対電極活物質における前記白金の質量含有率が１％〜５％であることを特徴とする対電極活物質。
【請求項２】
比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル、および塩化白金酸溶液を提供する工程１と、
前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散により前記カーボンエアロゲルの表面に前記塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する工程２と、
前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、不活性ガスの保護下で加熱して、前記カーボンエアロゲルに担持された塩化白金酸を分解させて白金を生成することにより、白金担持カーボンエアロゲルを得る工程３と、
前記白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る工程４と、
を備えることを特徴とする対電極活物質の製造方法。
【請求項３】
前記工程１において、前記塩化白金酸溶液の質量濃度が３％〜２０％であることを特徴とする請求項２に記載の対電極活物質の製造方法。
【請求項４】
前記工程２において、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入して超音波分散を２時間〜１０時間行い、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを８０℃で１２時間真空乾燥し、
前記工程３において、前記不活性ガスは窒素であり、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温することを特徴とする請求項２に記載の対電極活物質の製造方法。
【請求項５】
導電性基板および前記導電性基板に形成された活性層を含み、前記活性層の材料が対電極活物質を含み、前記対電極活物質がカーボンエアロゲルを含む太陽電池対電極であって、前記対電極活物質は、前記カーボンエアロゲルに担持された白金をさらに含み、前記対電極活物質における前記白金の質量含有率が１％〜５％であることを特徴とする太陽電池対電極。
【請求項６】
前記の活性層の材料が接着剤をさらに含み、前記対電極活物質と前記接着剤との質量比が１：０．１〜１：０．２であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池対電極。
【請求項７】
前記接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池対電極。
【請求項８】
比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル、および塩化白金酸溶液を提供する工程１と、
前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散により前記カーボンエアロゲルの表面に前記塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する工程２と、
前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で加熱して、前記カーボンエアロゲルに担持された前記塩化白金酸を分解させて白金を生成することにより、白金担持カーボンエアロゲルを得る工程３と、
前記白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る工程４と、
前記対電極活物質を、導電性基板の表面に塗布して太陽電池対電極を得る工程５と、
を備える太陽電池対電極の製造方法。
【請求項９】
前記工程１において、前記塩化白金酸溶液の質量含有率が３％〜２０％であり、
前記工程２において、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入して超音波分散を２時間〜１０時間行い、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを８０℃で１２時間真空乾燥し、
前記工程３において、前記不活性ガスは窒素であり、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを前記不活性ガスの保護下で３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池対電極の製造方法。
【請求項１０】
前記工程５において、前記対電極活物質と接着剤を混合した後、導電性基板の表面に塗布し、前記接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンであり、前記対電極活物質と前記接着剤との質量比が１：０．１〜１：０．２であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池対電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電器の技術分野に関し、特に、対電極活物質、その製造方法、当該対電極活物質を用いた太陽電池対電極及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９１年に、スイスのローザンヌ工科大学の
（外１）
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教授らは、ナノテクノロジーを利用して色素増感太陽電池の光電変換効率の面で突破的な進展を得た。それ以来、色素増感太陽電池  （ＤＳＳＣｓ）は、その製造工程が簡単でコストも低廉であり、優れた応用見通しを持っていることから広く注目されてきた。このような太陽電池は、その製造コストがシリコン太陽電池の１／５〜１／１０のみであり、使用寿命が２０年以上に達することができるため、シリコンベース太陽電池に代わって次世代の太陽電池になる最も有望なものとして期待されている。
【０００３】
通常、太陽電池は色素を吸着したナノ結晶のＴｉＯ２光陽極（作用電極）  、Ｉ-／Ｉ３-酸化還元対を含む電解質、及び対電極の三つの部分で構成される。対電極の役割は、電池外部回路の電子を収集し、それらを速やかに且つエネルギー損失無しに電解質へ輸送すると共に、電解質中のＩ３-を触媒還元させる。更に、対電極は、作用電極により吸収されなかった光を、再び作用電極に反射させて二回目の吸収を行い、太陽光の吸収効率を向上することができる。従って、  ＤＳＳＣｓの対電極として、高い触媒活性、高いキャリア輸送能、及び優れた安定性を備えなければならない。
【０００４】
多孔質カーボンエアロゲル（Ｃａｒｂｏｎ  ａｅｒｏｇｅｌ）、活性炭などの材料は、高い比表面積を有するため、特に触媒還元反応の活性中心が多く、色素増感型太陽電池用対電極の製造に好適である。しかしながら、多孔質カーボンエアロゲル、活性炭などは、Ｉ３-に対する触媒還元能が低く、製造された太陽電池の光電変換効率が低くなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記のような事情に鑑みてなされ、光電変換効率が高い対電極活物質、その製造方法、当該対電極活物質を用いた太陽電池対電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの実施形態によれば、カーボンエアロゲル、および前記カーボンエアロゲルに担持された白金を含む対電極活物質を提供し、前記電極活物質における前記白金の質量含有率は１％〜５％である。
【０００７】
本発明のもう１つの実施形態によれば、対電極活物質の製造方法を提供し、当該製造方法は、下記の工程１〜工程４を含む。
工程１：比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル、および塩化白金酸溶液を提供する；
工程２：前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散により前記カーボンエアロゲルの表面に塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する；
工程３：前記の塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、不活性ガスの保護下で加熱して、前記カーボンエアロゲルに担持された塩化白金酸を分解させて白金を生成することにより、白金担持カーボンエアロゲルを得る；
工程４：前記の白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る。
【０００８】
好ましい実施例において、前記工程１で前記塩化白金酸溶液の質量濃度は３％〜２０％である。
【０００９】
好ましい実施例において、前記工程２で前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波による分散処理を２時間〜１０時間行い、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを８０℃で１２時間真空乾燥させる。なお、前記工程３において、前記不活性ガスは窒素であり、前記の塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温する。
【００１０】
本発明のもう１つの実施形態によれば、導電性基板および前記導電性基板の上に形成された活性層を含み、前記活性層の材料は対電極活物質を含み、前記対電極活物質がカーボンエアロゲルおよび前記カーボンエアロゲルに担持された白金を含み、前記対電極活物質における前記白金の質量含有率が１％〜５％である太陽電池対電極を提供する。
【００１１】
好ましい実施例において、前記活性層の材料はさらに接着剤を含み、前記対電極活物質と前記接着剤との質量比は１：０．１〜１：０．２である。
【００１２】
好ましい実施例において、前記接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンである。
【００１３】
本発明のもう１つの実施形態によれば、太陽電池対電極の製造方法を提供し、当該太陽電池対電極の製造方法は、下記の工程１〜工程５を含む。
工程１：比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲルおよび塩化白金酸溶液を提供する；
工程２：前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散処理により前記カーボンエアロゲルの表面に前記塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する；
工程３：前記の塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、不活性ガスの保護下で加熱して、前記カーボンエアロゲルに担持された塩化白金酸を分解させて白金を生成することにより、白金担持カーボンエアロゲルを得る；
工程４：前記の白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る；
工程５：前記対電極活物質を、導電性基板の表面に塗布して太陽電池対電極を得る。
【００１４】
好ましい実施例において、前記工程１で、前記塩化白金酸溶液の質量含有率は３％〜２０％である。また、前記工程２で、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波による分散処理を２時間〜１０時間行い、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、８０℃で１２時間真空乾燥する。前記工程３で、前記不活性ガスは窒素であり、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温する。
【００１５】
好ましい実施例において、前記工程５で、前記対電極活物質を接着剤と混合した後、導電性基板の表面に塗布し、前記接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンであり、前記対電極活物質と前記接着剤との質量比は１：０．１〜１：０．２である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の対電極活物質によれば、カーボンエアロゲルの電気伝導性能が高く、かつ高い比表面積を有するため、触媒還元反応の活性中心が多くなり、全体的触媒能を向上させる。また、白金がカーボンエアロゲルに担持され、白金のＩ３-に対する触媒還元能が強いため、カーボンエアロゲルを用いることによるコストの低下と共に、対電極活物質のＩ３-に対する触媒還元能の向上を達成し、さらに、前記対電極活物質を用いた太陽電池の光電変換効率を向上した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一つの実施形態における対電極活物質の製造方法を示すフロー図である。
【図２】一つの実施形態における太陽電池対電極の製造方法を示すフロー図である。
【図３】一つの実施形態で製造された太陽電池の構成を模式的に示す図である。
【図４】実施例１、比較例１および比較例２で製造された太陽電池の電流密度と電圧との特性グラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、主に、添付した図面及び具体的な実施例により、本発明の対電極活物質、その製造方法、前記対電極活物質を用いた太陽電池対電極及びその製造方法をより詳細に説明する。
【００１９】
一つの実施形態において、対電極活物質はカーボンエアロゲル、および前記カーボンエアロゲルに担持された白金を含み、前記電極活物質における前記白金の質量含有率は１％〜５％である。
【００２０】
前記カーボンエアロゲルの比表面積は２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇである。
【００２１】
前記対電極活物質によれば、カーボンエアロゲルの電気伝導性能が高く、かつ高い比表面積を有するため、触媒還元反応の活性中心が多くなり、全体的触媒能を向上させる。また、白金がカーボンエアロゲルに担持され、白金のＩ３-に対する触媒還元能が強いため、カーボンエアロゲルを用いることによるコストの低下と共に、対電極活物質のＩ３-に対する触媒還元能の向上を達成し、さらに、前記対電極活物質を用いた太陽電池の光電変換効率を向上した。
【００２２】
図１を参照して、一つの実施形態において、対電極活物質の製造方法は、次の工程S１１〜工程S１４を備える。
【００２３】
工程S１１：  比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル、および塩化白金酸溶液を提供する。
本実施形態において、前記塩化白金酸溶液は、塩化白金酸六水和物（Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ）を、質量濃度が３％〜２０％になるように適当の溶剤に溶解し、且つ溶液のｐＨ値を８．０〜９．５に調整したものである。前記溶剤は、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、またはイソプロパノールである。溶液のｐＨ値を調整する場合、炭酸水素ナトリウムまたは酢酸を加入して調整する。溶液のｐＨ値を高くする必要がある場合には、炭酸水素ナトリウムを加入し、また、溶液のｐＨ値を低くする必要がある場合には、酢酸を加入する。
【００２４】
工程S１２：  前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散によりカーボンエアロゲルの表面に塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する。
本実施形態において、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波による分散を２時間〜１０時間行い、濾過した後、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを８０℃で１２時間の真空乾燥を行う。
【００２５】
工程S１３：  前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、不活性ガスの保護下で加熱して、カーボンエアロゲルに担持された塩化白金酸を分解させて白金を生成し、これにより白金担持カーボンエアロゲル（白金が担持されたカーボンエアロゲル）を得る。
本実施形態において、前記不活性ガスは窒素であり、前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で、３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温する。
【００２６】
工程S１４：  前記白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る。
本実施形態において、白金担持カーボンエアロゲルを室温まで冷却した後、ボールミルを用いて粉末に研磨する。
【００２７】
前記対電極活物質の製造方法は簡単であり、製造された対電極活物質のＩ３-に対する触媒還元能が高く、さらに、前記対電極活物質を用いた太陽電池の光電変換効率を向上させる。
【００２８】
本発明の１つの実施形態における太陽電池対電極は、導電性基板および前記導電性基板に形成された活性層を含み、前記活性層の材料は対電極活物質を含み、前記対電極活物質はカーボンエアロゲルおよび前記カーボンエアロゲルに担持された白金を含み、前記対電極活物質における前記白金の質量含有率が１％〜５％である。
【００２９】
前記カーボンエアロゲルの比表面積は２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇである。
【００３０】
本実施形態において、前記導電性基板は、導電ガラスまたは金属薄片である。前記活性層の厚さは１８μｍ〜５０μｍである。
【００３１】
前記太陽電池対電極の活物質によれば、カーボンエアロゲルの電気伝導性能が高く、かつ高い比表面積を有するため、触媒還元反応の活性中心が多くなり、全体的触媒能を向上させる。また、白金がカーボンエアロゲルに担持され、白金のＩ３-に対する触媒還元能が強いため、カーボンエアロゲルを用いることによるコストの低下と共に、対電極活物質のＩ３-に対する触媒還元能の向上を達成し、さらに、前記対電極を用いた太陽電池の光電変換効率を向上した。
【００３２】
活性層の材料はさらに接着剤を含み、対電極活物質と接着剤との質量比は、１：０．１〜１：０．２である。接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンである。本実施形態において、白金担持カーボンエアロゲルと接着剤とを混合した後、導電性基板の上面に塗布して活性層を形成する。
【００３３】
図２に示すように、一つの実施形態における太陽電池対電極の製造方法は、次の工程S２１〜工程S２５を備える。
【００３４】
工程S２１：  比表面積２００ｍ２／ｇ〜１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル、および塩化白金酸溶液を提供する。
本実施形態において、前記塩化白金酸溶液は、塩化白金酸六水和物（Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ）を、質量濃度が３％〜２０％になるように適当の溶剤に溶解し、且つ溶液のｐＨ値を８．０〜９．５に調整したものである。前記溶剤は、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、またはイソプロパノールである。溶液のｐＨ値を調整する場合、炭酸水素ナトリウムまたは酢酸を加入して調整する。溶液のｐＨ値を高くする必要がある場合には、炭酸水素ナトリウムを加入し、また、溶液のｐＨ値を低くする必要がある場合には、酢酸を加入する。
【００３５】
工程S２２：  前記カーボンエアロゲルと前記塩化白金酸溶液との割合が１ｇ：１０００ｍＬ〜１ｇ：２００ｍＬになるように、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波分散によりカーボンエアロゲルの表面に塩化白金酸を担持させた後、濾過し、得られた塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを乾燥する。
本実施形態において、前記カーボンエアロゲルを前記塩化白金酸溶液に加入し、超音波による分散を２時間〜１０時間行い、濾過した後、塩化白金酸担持カーボンエアロゲルに対し８０℃で１２時間の真空乾燥を行う。
【００３６】
工程S２３：  前記塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを、不活性ガスの保護下で加熱して、カーボンエアロゲルに担持された塩化白金酸を分解させて白金を生成し、これにより白金担持カーボンエアロゲル（白金が担持されたカーボンエアロゲル）を得る。
本実施形態において、前記不活性ガスは窒素であり、塩化白金酸担持カーボンエアロゲルを不活性ガスの保護下で、３００℃〜４５０℃に加熱して５分〜３０分保温する。
【００３７】
工程S２４：  前記白金担持カーボンエアロゲルを冷却した後、粉末に研磨して対電極活物質を得る。
本実施形態において、白金担持カーボンエアロゲルを室温まで冷却した後、ボールミルを用いて粉末に研磨する。
【００３８】
工程S２５：  前記対電極活物質を、導電性基板の表面に塗布して太陽電池対電極を得る。
本実施形態において、対電極活物質を導電性基板の表面に塗布して、厚さ１８μｍ〜５０μｍの活性層を形成する。
【００３９】
活性層はさらに接着剤を含み、カーボンエアロゲルと接着剤との質量比は、１：０．１〜１：０．２である。前記接着剤は、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体、またはポリテトラフルオロエチレンである。前記接着剤は、メチロールセルロースである場合にはエタノールで溶解し、エチルセルロースである場合にはエタノールで溶解し、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体である場合にはＮ−メチルピロリドンで溶解し、ポリテトラフルオロエチレンである場合にはエタノールを分散剤として懸濁エマルション（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  ｅｍｕｌｓｉｏｎ）を形成する。その中で、メチロールセルロース、エチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体の質量濃度は２％であり、ポリテトラフルオロエチレンの質量濃度は６％である。製造する際に、対電極活物質と接着剤とを、１：０．１〜１：０．２の質量比で混合し、均一に撹拌した後、ドクターコーティングにより導電性基板の表面に塗布して活性層を形成した後、５０℃で真空乾燥を１０時間行って、太陽電池対電極を得る。
【００４０】
前記太陽電池対電極の製造方法によれば、その製造工程が簡単であり、製造された対電極活物質のＩ３-に対する触媒還元能が高く、さらに、前記対電極活物質を用いた太陽電池の光電変換効率を向上させた。
【００４１】
太陽電池対電極を製造した後、二酸化チタンの光陽極と対電極とを重ねて密閉し、その後、電解質を注ぎ込んで太陽電池とする。その中で、二酸化チタン光陽極は、ドクターコーティングまたは印刷法により二酸化チタンナノコロイドを導電性基板上に塗布した後、高温で焼成し、その後二酸化チタン光陽極を色素溶液に２４時間浸漬して光増感色素を吸着させることにより製造する。
【００４２】
以下、具体的な実施例である。
【００４３】
実施例１
比表面積２００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル１ｇを、塩化白金酸の質量濃度が３％であるイソプロパノール溶液２００ｍＬに加入し、ｐＨ値を９に調整して超音波による分散を１０時間行い、その後濾過を行い、濾過ケーキを８０℃の下で１２時間真空乾燥した。次に、チューブ炉に移行し、Ｎ２の保護下で８０℃に加熱し２０分保温して、塩化白金酸を白金に分解させ、その後、室温まで冷却して粉末に研磨した。
エチルセルロースをエタノールで溶解し、上記のように製造した白金担持カーボンエアロゲルを加入し、ここで、カーボンエアロゲルとエチルセルロースとの質量比は、１：０．１である。均一に混合し後、ドクターコーティング法によりフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）導電ガラスの表面に塗布し、その後、５０℃で１０時間の真空乾燥を行い、得られた活性層の厚さは１８μｍであった。
上記のように製造した対電極と色素が吸着されたナノ二酸化チタン光陽極とを密閉し、その後電解質を注ぎ込んで色素増感型太陽電池に組み立てた。
図３は、製造した太陽電池の構成を示す図であり、図３に示すように、太陽電池１００は、対電極１０、光陽極３０、密閉材５０、多孔質半導体薄膜７０、および電解質９０を含む。対電極１０は、導電性基板１２、および前記導電性基板１２上に形成された活性層１４を含む。前記導電性基板１２は、基板１２２、および前記基板１２２上に被覆された導電薄膜１２４を含む。光陽極３０は、基板３２、および前記基板３２上に被覆された導電薄膜３４を含む。光陽極３０と対電極１０は、間隔をおいて互いに平行に設置されている。多孔質半導体薄膜７０は、光陽極３０の対電極１０に近い側に設置される。密閉材５０は、光陽極３０及び対電極１０の周縁部に設置されて、光陽極３０および対電極１０を密閉している。電解質９０は、光陽極３０、対電極１０および密閉材５０からなる密閉空間内に収納される。
【００４４】
実施例２
比表面積４５０ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル１ｇを、塩化白金酸の質量濃度が５％であるイソプロパノール溶液５００ｍＬに加入し、ｐＨ値を９．５に調整して、超音波による分散を８時間行った。その後濾過を行い、濾過ケーキを８０℃で１２時間真空乾燥した。次に、チューブ炉に移行し、Ｎ２の保護下で４００℃に加熱して２０分で保温して、塩化白金酸を白金に分解させ、その後、室温まで冷却して粉末に研磨した。
メチロールセルロースをｎ−ブタノールで溶解した後、上記のように製造した白金担持カーボンエアロゲルを加入し、ここで、前記カーボンエアロゲルとメチロールセルロースとの質量比は、１：０．１５であった。均一に混合した後、ドクターコーティング法によりフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）導電ガラスの表面に塗布し、その後、５０℃で１０時間の真空乾燥を行い、得られた活性層の厚さは１５μｍであった。
上記のように製造した対電極と色素が吸着されたナノ二酸化チタン光陽極とを密閉し、その後電解質を注ぎ込んで色素増感型太陽電池に組み立てた。
【００４５】
実施例３
比表面積１０００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル１ｇを、塩化白金酸の質量濃度が１０％であるイソプロパノール溶液１０００ｍＬに加入し、ｐＨ値を８に調整して超音波による分散を５時間行った。その後濾過を行い、濾過ケーキを８０℃で１０時間真空乾燥した。次に、チューブ炉に移行し、Ｎ２の保護下で３００℃に加熱して３０分保温して、塩化白金酸を白金に分解させ、その後、室温まで冷却して粉末に研磨した。
ポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体をＮ−メチルピロリドンで溶解した後、上記のように製造した白金担持カーボンエアロゲルを加入し、ここで、カーボンエアロゲルとポリフッ化ビニリデン−へキサフルオロプロピレン共重合体との質量比は、１：０．１である。均一に混合し後、ドクターコーティング法によりステンレス鋼金属薄片の表面に塗布し、その後、５０℃で１０時間の真空乾燥を行い、得られた活性層の厚さは３５μｍであった。
上記のように製造した対電極と色素が吸着されたナノ二酸化チタン光陽極を密閉し、その後電解質をに注ぎ込んで色素増感型太陽電池に組み立てた。
【００４６】
実施例４
６００ｍ２／ｇのカーボンエアロゲル１ｇを、塩化白金酸の質量濃度が２０％であるエチレングリコール溶液８００ｍＬに加入し、ｐＨ値を８．５に調整して超音波による分散を２時間行った。その後濾過を行い、濾過ケーキを８０℃で１０時間真空乾燥した。次に、チューブ炉に移行し、Ｎ２の保護下で４５０℃に加熱して５分保温して、塩化白金酸を白金に分解させ、その後、室温まで冷却して粉末に研磨した。
上記のように製造した白金担持カーボンエアロゲルを、ポリテトラフルオロエチレン乳液（ＰＴＦＥ）に加入し、ここで、ポリテトラフルオロエチレンとカーボンエアロゲルとの質量比は、１：０．２である。均一に混合し後、ドクターコーティング法によりステンレス鋼金属薄片の表面に塗布し、その後５０℃で１０時間の真空乾燥を行い、得られた活性層の厚さは５０μｍであった。
上記のように製造した対電極と色素が吸着されたナノ二酸化チタン光陽極を密閉し、その後電解質を注ぎ込んで色素増感型太陽電池に組み立てた。
【００４７】
比較例１
比較例１で製造した太陽電池と実施例１で製造した太陽電池とは、ほとんど同様であり、その相違点は、比較例１における対電極のカーボンエアロゲルに白金が担持されていないことにある。
【００４８】
比較例２
比較例２で製造した太陽電池と実施例１で製造した太陽電池とは、ほとんど同様であり、その相違点は、比較例２の対電極を製造する工程にある。即ち、比較例２において、塩化白金酸六水和物（Ｈ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏ）を、イソプロパノールに溶解して質量濃度３％である溶液を配合し、その後、スピンコート法により塩化白金酸を清潔な導電ガラスの表面にスピンコートし、４０℃で乾燥させ、乾燥が終了したら、続いてスピンコート、乾燥を行い、このような操作を４回繰り返した。その後、それをマッフル炉に入れて、４００℃で２０分間焼成し、温度を下げた後に取り出して、白金メッキ対電極を得た。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
図４は、実施例１、比較例１および比較例２で製造した太陽電池の電流密度と電圧との特性グラフを示す図である。表１は、実施例１〜４、比較例１〜２で製造した太陽電池の光起電力性能データである。図４および表１から分かるように、白金担持カーボンエアロゲルで対電極を製造し、当該対電極を採用して製造した本発明の太陽電池の光起電力性能データは、白金メッキ電極を採用して製造された太陽電池に接近し、ひいては白金メッキ電極を採用して製造された太陽電池を超え、同時にその性能も白金が担持されなかったカーボンエアロゲル対電極に比べて、明らかに高くなった。これは、カーボンエアロゲルに担持された大量の白金が非常に高い触媒能を持っているからであり、カーボンエアロゲルの比表面積が大きいため、触媒活性中心が多くなり、当該対電極のＩ３-に対する触媒還元能が向上され、従って光電変換効率の向上に有利になる。また、カーボンエアロゲル材料は幅広く入手可能であり、且つ安価である。
【００５１】
以上の実施例において、本発明のいくつかの実施形態について詳しく説明したが、本発明の特許請求の範囲は、これらの実施形態により限定されるものではない。当業者にとって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内においてさまざまな変更及び改善を行い得る。かかる変更及び改善はすべて本発明の保護範囲に属することは、自明なことである。従って、本発明の特許請求の範囲は、添付する請求項を基準としなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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