JP2000113913A - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
色素増感型太陽電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 色素が吸着された酸化物半導体電極を有する
色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率を向上させ
る。 【解決手段】 酸化物半導体電極材料２３に色素を吸着
させてなる酸化物半導体電極２２と対向電極１０とを電
解質３１を介して対向配置してなる太陽電池において、
酸化物半導体電極材料２３の少なくとも一部が、酸化物
半導体電極材料２３の伝導帯のエネルギーレベルよりも
高いエネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物半導体膜
で被覆されていることを特徴とする色素増感型太陽電
池。
色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率を向上させ
る。 【解決手段】 酸化物半導体電極材料２３に色素を吸着
させてなる酸化物半導体電極２２と対向電極１０とを電
解質３１を介して対向配置してなる太陽電池において、
酸化物半導体電極材料２３の少なくとも一部が、酸化物
半導体電極材料２３の伝導帯のエネルギーレベルよりも
高いエネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物半導体膜
で被覆されていることを特徴とする色素増感型太陽電
池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色素を吸着させた
酸化物半導体電極を有する色素増感型太陽電池に関す
る。
酸化物半導体電極を有する色素増感型太陽電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】色素を吸着させた酸化物半導体を電極に
用いて太陽電池を構成することは既に知られている（特
許第２６６４１９４号、特開平６−１６３９６６号公
報、特開平９−２５９９４３号公報）。図２は、従来の
太陽電池の例を模式的に示したものであり、（ａ）は太
陽電池の概略構成図、（ｂ）は酸化物半導体電極の部分
拡大概念図である。この例の色素増感型太陽電池（以
下、単に太陽電池ということもある）はカソード電極１
０１とアノード電極１０２とを対向配置してセル１０３
を構成し、その内部に電解質１０４を封入したものであ
る。カソード電極１０１は導電性ガラスからなってい
る。アノード電極１０２は導電性ガラス１０８上に、色
素が吸着された酸化物半導体電極１０６が設けられてな
っている。前記酸化物半導体電極１０６は、例えばアナ
ターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７を溶剤と混合し、それを
導電性ガラス１０８上に塗布、焼成することによって多
孔質ＴｉＯ2を形成した後、色素１０５を吸着させたも
のである。カソード電極１０１とアノード電極１０２と
は、数十μｍ〜数ｍｍの間隔をおいて、電解質１０４を
介して対向配置されており、アノード電極１０２の酸化
物半導体電極１０６に吸着されている色素１０５が可視
光によって励起され、発生した電子を多孔質ＴｉＯ
2（ＴｉＯ2微粒子１０７）に渡すことによって発電が行
われる。
用いて太陽電池を構成することは既に知られている（特
許第２６６４１９４号、特開平６−１６３９６６号公
報、特開平９−２５９９４３号公報）。図２は、従来の
太陽電池の例を模式的に示したものであり、（ａ）は太
陽電池の概略構成図、（ｂ）は酸化物半導体電極の部分
拡大概念図である。この例の色素増感型太陽電池（以
下、単に太陽電池ということもある）はカソード電極１
０１とアノード電極１０２とを対向配置してセル１０３
を構成し、その内部に電解質１０４を封入したものであ
る。カソード電極１０１は導電性ガラスからなってい
る。アノード電極１０２は導電性ガラス１０８上に、色
素が吸着された酸化物半導体電極１０６が設けられてな
っている。前記酸化物半導体電極１０６は、例えばアナ
ターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７を溶剤と混合し、それを
導電性ガラス１０８上に塗布、焼成することによって多
孔質ＴｉＯ2を形成した後、色素１０５を吸着させたも
のである。カソード電極１０１とアノード電極１０２と
は、数十μｍ〜数ｍｍの間隔をおいて、電解質１０４を
介して対向配置されており、アノード電極１０２の酸化
物半導体電極１０６に吸着されている色素１０５が可視
光によって励起され、発生した電子を多孔質ＴｉＯ
2（ＴｉＯ2微粒子１０７）に渡すことによって発電が行
われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
半導体電極１０６を構成している多孔質ＴｉＯ2は、Ｔ
ｉＯ2微粒子１０７が堆積したものであり、粒界抵抗を
有している。またアナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７自
身も固有抵抗率が高い。このため、色素１０５から発生
した電子が多孔質ＴｉＯ2の層を流れる段階で消費され
てしまい、エネルギー変換効率の低下を招いていた。こ
れに対して、アナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７に不純
物をドープすることによって、その固有抵抗値を下げる
方法もあるが、アナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７は比
較的低温で合成されるので不純物のドープが難しく、そ
の固有抵抗値を下げることは困難であった。
半導体電極１０６を構成している多孔質ＴｉＯ2は、Ｔ
ｉＯ2微粒子１０７が堆積したものであり、粒界抵抗を
有している。またアナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７自
身も固有抵抗率が高い。このため、色素１０５から発生
した電子が多孔質ＴｉＯ2の層を流れる段階で消費され
てしまい、エネルギー変換効率の低下を招いていた。こ
れに対して、アナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７に不純
物をドープすることによって、その固有抵抗値を下げる
方法もあるが、アナターゼ型ＴｉＯ2微粒子１０７は比
較的低温で合成されるので不純物のドープが難しく、そ
の固有抵抗値を下げることは困難であった。
【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、色素が吸着された酸化物半導体電極を有する色素増
感型太陽電池の、エネルギー変換効率を向上させること
を目的とする。
で、色素が吸着された酸化物半導体電極を有する色素増
感型太陽電池の、エネルギー変換効率を向上させること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題は、酸化物半導
体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極と
対向電極とを電解質を介して対向配置してなる太陽電池
において、前記酸化物半導体電極材料の少なくとも一部
を、該酸化物半導体電極材料の伝導帯のエネルギーレベ
ルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物半
導体膜で被覆することによって解決できる。前記酸化物
半導体膜を形成する物質としては、酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化インジウム
（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化タンタ
ル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎ
ｂ2Ｏ5）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および酸化ア
ンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）からなる群から選ばれる少なくと
も一種が好ましい。また前記酸化物半導体電極材料の抵
抗率は前記酸化物半導体膜の抵抗率よりも低いことが好
ましい。
体電極材料に色素を吸着させてなる酸化物半導体電極と
対向電極とを電解質を介して対向配置してなる太陽電池
において、前記酸化物半導体電極材料の少なくとも一部
を、該酸化物半導体電極材料の伝導帯のエネルギーレベ
ルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物半
導体膜で被覆することによって解決できる。前記酸化物
半導体膜を形成する物質としては、酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化インジウム
（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化タンタ
ル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎ
ｂ2Ｏ5）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および酸化ア
ンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）からなる群から選ばれる少なくと
も一種が好ましい。また前記酸化物半導体電極材料の抵
抗率は前記酸化物半導体膜の抵抗率よりも低いことが好
ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の色素増感型太陽電池の実施例を模式的に
示した概略構成図である。本実施例の太陽電池はカソー
ド電極１０とアノード電極２０とを対向配置してセル３
０を構成し、その内部に電解質溶液３１を封入してなっ
ている。カソード電極１０は導電性および光透過性を有
するもので、例えばフッ素含有酸化錫（ＦＴＯ）等の導
電性ガラスあるいはガラス基板上にＰｔ電極層、Ｃ電極
層等の光透過性電極層を設けたものが好適に用いられ
る。電解質溶液３１としては、Ｉ、ＬｉＩ、ＮａＩ、テ
トラプロピルアンモニウムヨージド等を炭酸エチレンま
たは炭酸プロピレンとアセトニトリル混合液に溶かした
溶液等が好適に用いられる。
図１は本発明の色素増感型太陽電池の実施例を模式的に
示した概略構成図である。本実施例の太陽電池はカソー
ド電極１０とアノード電極２０とを対向配置してセル３
０を構成し、その内部に電解質溶液３１を封入してなっ
ている。カソード電極１０は導電性および光透過性を有
するもので、例えばフッ素含有酸化錫（ＦＴＯ）等の導
電性ガラスあるいはガラス基板上にＰｔ電極層、Ｃ電極
層等の光透過性電極層を設けたものが好適に用いられ
る。電解質溶液３１としては、Ｉ、ＬｉＩ、ＮａＩ、テ
トラプロピルアンモニウムヨージド等を炭酸エチレンま
たは炭酸プロピレンとアセトニトリル混合液に溶かした
溶液等が好適に用いられる。
【０００７】アノード電極２０は、基板２１上に、主に
酸化物半導体電極材料２３からなる酸化物半導体電極２
２が形成されたもので、酸化物半導体電極材料２３の少
なくとも一部が酸化物半導体膜で被覆されている。具体
的には、基板２１上に、酸化物半導体電極材料２３、溶
剤、およびバインダー等を含有してなる酸化物半導体ペ
ーストを塗布、焼成して酸化物半導体電極材料２３から
なる多孔質層を形成した後、この多孔質層に酸化物半導
体膜を形成し得る物質の分散液または溶液を塗布、焼成
し、さらに色素を吸着させて酸化物半導体電極２２が形
成される。あるいは、予め酸化物半導体電極材料２３に
酸化物半導体膜の被膜を施したものと、溶剤およびバイ
ンダーを含有してなる酸化物半導体ペーストを塗布、焼
成した後、色素を吸着させて酸化物半導体電極２２を形
成することも可能である。
酸化物半導体電極材料２３からなる酸化物半導体電極２
２が形成されたもので、酸化物半導体電極材料２３の少
なくとも一部が酸化物半導体膜で被覆されている。具体
的には、基板２１上に、酸化物半導体電極材料２３、溶
剤、およびバインダー等を含有してなる酸化物半導体ペ
ーストを塗布、焼成して酸化物半導体電極材料２３から
なる多孔質層を形成した後、この多孔質層に酸化物半導
体膜を形成し得る物質の分散液または溶液を塗布、焼成
し、さらに色素を吸着させて酸化物半導体電極２２が形
成される。あるいは、予め酸化物半導体電極材料２３に
酸化物半導体膜の被膜を施したものと、溶剤およびバイ
ンダーを含有してなる酸化物半導体ペーストを塗布、焼
成した後、色素を吸着させて酸化物半導体電極２２を形
成することも可能である。
【０００８】酸化物半導体電極材料２３としては、例え
ばＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2な
ど、一般に知られている酸化物半導体微粒子を使用する
ことができ、これらは混合して用いてもよい。酸化物半
導体電極材料２３は抵抗率が低いことが好ましく、導電
性が高い材料が好ましい。また光電効果が優れているこ
とが好ましく、例えばＳｎＯ2やＩｎ2Ｏ3が好ましく用
いられる。また酸化物半導体電極材料２３として使用さ
れる酸化物半導体微粒子は、粒径が小さいほど比表面積
を大きくすることができ、単位面積当たりの発電量が微
小でも大きな発電量を得ることができるので好ましい。
ばＴｉＯ2、ＺｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2な
ど、一般に知られている酸化物半導体微粒子を使用する
ことができ、これらは混合して用いてもよい。酸化物半
導体電極材料２３は抵抗率が低いことが好ましく、導電
性が高い材料が好ましい。また光電効果が優れているこ
とが好ましく、例えばＳｎＯ2やＩｎ2Ｏ3が好ましく用
いられる。また酸化物半導体電極材料２３として使用さ
れる酸化物半導体微粒子は、粒径が小さいほど比表面積
を大きくすることができ、単位面積当たりの発電量が微
小でも大きな発電量を得ることができるので好ましい。
【０００９】酸化物半導体膜を形成し得る材料として
は、酸化物半導体電極材料２３の伝導帯のエネルギーレ
ベルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物
半導体か、または、酸化物半導体電極２２の形成工程を
経た後に、酸化物半導体電極材料２３の伝導帯のエネル
ギーレベルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する
酸化物半導体となり得る材料であればよい。前者のそれ
自身が本発明における酸化物半導体膜を形成し得る材料
としては、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングス
テン（ＷＯ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ビ
スマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化
セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜
鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化イットリ
ウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）等が挙げ
られ、酸化物半導体電極材料２３の種類に応じて、酸化
物半導体膜の伝導帯のエネルギーレベルが酸化物半導体
電極材料２３の伝導帯のエネルギーレベルよりも高くな
るように選択される。またこれらは２種以上を混合して
用いることもできる。また後者の電極形成工程を経た後
に酸化物半導体膜となり得る材料としては、例えば上記
に挙げた酸化物を構成する金属のハロゲン化物などの無
機化合物、上記に挙げた酸化物を構成する金属と、この
金属と配位能を有する化合物との金属錯体などを用いる
ことができ、これらは２種以上を混合して用いることも
できる。酸化物半導体膜を構成する材料は太陽電池の性
能の向上を期待できるものが好ましく、特にＴｉＯ2お
よびＺｎＯは、比較的抵抗率が高いが優れた光電効果を
有するので好ましく用いられる。
は、酸化物半導体電極材料２３の伝導帯のエネルギーレ
ベルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物
半導体か、または、酸化物半導体電極２２の形成工程を
経た後に、酸化物半導体電極材料２３の伝導帯のエネル
ギーレベルよりも高エネルギーレベルの伝導帯を有する
酸化物半導体となり得る材料であればよい。前者のそれ
自身が本発明における酸化物半導体膜を形成し得る材料
としては、例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化タングス
テン（ＷＯ3）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ビ
スマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化
セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜
鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化イットリ
ウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）等が挙げ
られ、酸化物半導体電極材料２３の種類に応じて、酸化
物半導体膜の伝導帯のエネルギーレベルが酸化物半導体
電極材料２３の伝導帯のエネルギーレベルよりも高くな
るように選択される。またこれらは２種以上を混合して
用いることもできる。また後者の電極形成工程を経た後
に酸化物半導体膜となり得る材料としては、例えば上記
に挙げた酸化物を構成する金属のハロゲン化物などの無
機化合物、上記に挙げた酸化物を構成する金属と、この
金属と配位能を有する化合物との金属錯体などを用いる
ことができ、これらは２種以上を混合して用いることも
できる。酸化物半導体膜を構成する材料は太陽電池の性
能の向上を期待できるものが好ましく、特にＴｉＯ2お
よびＺｎＯは、比較的抵抗率が高いが優れた光電効果を
有するので好ましく用いられる。
【００１０】基板２１は、導電性および光透過性を有す
るもので、例えばフッ素含有酸化錫（ＦＴＯ）等の導電
性ガラスが好適に用いられる。また色素としては、ルテ
ニウムビピリジン系の錯体が優れた増感効果を発揮する
が、その他の有機色素でも増感効果は得られる。
るもので、例えばフッ素含有酸化錫（ＦＴＯ）等の導電
性ガラスが好適に用いられる。また色素としては、ルテ
ニウムビピリジン系の錯体が優れた増感効果を発揮する
が、その他の有機色素でも増感効果は得られる。
【００１１】本実施例の太陽電池は次のようにして製造
することができる。まず、上記の酸化物半導体電極材料
２３を用いて酸化物半導体ペーストを調製する。すなわ
ち、酸化物半導体電極材料２３、分散剤、および溶剤を
混合し、サンドミル等の分散装置を用いて分散させ、酸
化物半導体電極材料分散液を調製する。溶剤は高沸点で
あることが望ましく、例えば水とアセチルアセトンの混
合物、１−ｐ−メンテン−８−オールとアセチルアセト
ンの混合物を好ましく用いることができる。また分散剤
としては例えばポリエステル系分散剤を好ましく用いる
ことができる。そして、得られた酸化物半導体電極材料
分散液とバインダーを攪拌、混合することによって酸化
物半導体ペーストが得られる。バインダーは、酸化物半
導体ペーストの粘度増加と、酸化物半導体電極２２のク
ラック防止効果を有し、５００℃以下で蒸発するものが
用いられる。例えばセルロース系バインダーや、ポリエ
チレングリコール等を好適に用いることができる。バイ
ンダーの添加量は酸化物半導体ペースト中の酸化物半導
体電極材料２３の１０〜６０重量％が好ましい。
することができる。まず、上記の酸化物半導体電極材料
２３を用いて酸化物半導体ペーストを調製する。すなわ
ち、酸化物半導体電極材料２３、分散剤、および溶剤を
混合し、サンドミル等の分散装置を用いて分散させ、酸
化物半導体電極材料分散液を調製する。溶剤は高沸点で
あることが望ましく、例えば水とアセチルアセトンの混
合物、１−ｐ−メンテン−８−オールとアセチルアセト
ンの混合物を好ましく用いることができる。また分散剤
としては例えばポリエステル系分散剤を好ましく用いる
ことができる。そして、得られた酸化物半導体電極材料
分散液とバインダーを攪拌、混合することによって酸化
物半導体ペーストが得られる。バインダーは、酸化物半
導体ペーストの粘度増加と、酸化物半導体電極２２のク
ラック防止効果を有し、５００℃以下で蒸発するものが
用いられる。例えばセルロース系バインダーや、ポリエ
チレングリコール等を好適に用いることができる。バイ
ンダーの添加量は酸化物半導体ペースト中の酸化物半導
体電極材料２３の１０〜６０重量％が好ましい。
【００１２】次いで、調製した酸化物半導体ペーストを
基板２１上に塗布する。塗布方法としてはスクリーン印
刷が好ましく、その他にフレキソ印刷、グラビア印刷、
ドクターブレード、バーコーター、ロールコーター、ス
ピンコーター、ディップコーター等を用いることもでき
る。基板２１上に塗布される酸化物半導体電極２２の膜
厚は、５〜１５μｍ程度、好ましくは１０μｍ程度とさ
れる。そして塗布された酸化物半導体ペーストを、必要
に応じて乾燥させた後、空気中５５０℃以下の温度で焼
成することにより、酸化物半導体材料２３からなる多孔
質層が形成される。
基板２１上に塗布する。塗布方法としてはスクリーン印
刷が好ましく、その他にフレキソ印刷、グラビア印刷、
ドクターブレード、バーコーター、ロールコーター、ス
ピンコーター、ディップコーター等を用いることもでき
る。基板２１上に塗布される酸化物半導体電極２２の膜
厚は、５〜１５μｍ程度、好ましくは１０μｍ程度とさ
れる。そして塗布された酸化物半導体ペーストを、必要
に応じて乾燥させた後、空気中５５０℃以下の温度で焼
成することにより、酸化物半導体材料２３からなる多孔
質層が形成される。
【００１３】次いで、この多孔質層に、前記酸化物半導
体膜を形成し得る物質の分散液または溶液を塗布（浸漬
することを含む）し、必要に応じて乾燥させた後、空気
中５００℃以下の温度で焼成することにより、酸化物半
導体膜が形成される。このようにして酸化物半導体膜が
被覆された多孔質層を、色素を適宜の溶剤に溶解させた
色素溶液中に浸漬させ、還流を行って色素を吸着させる
ことによって、酸化物半導体電極２２が形成される。
体膜を形成し得る物質の分散液または溶液を塗布（浸漬
することを含む）し、必要に応じて乾燥させた後、空気
中５００℃以下の温度で焼成することにより、酸化物半
導体膜が形成される。このようにして酸化物半導体膜が
被覆された多孔質層を、色素を適宜の溶剤に溶解させた
色素溶液中に浸漬させ、還流を行って色素を吸着させる
ことによって、酸化物半導体電極２２が形成される。
【００１４】このようにして導電性基板２１上に酸化物
半導体電極２２を形成したものをアノード電極２０とし
て太陽電池を組み立てる。すなわちアノード電極２０の
酸化物半導体電極２２側に、間隔をおいて、カソード電
極１０を対向配置させ、これらの間の空間を側壁１５で
液密に囲んでセル３０を組み立てた後、セル３０の内部
に電解質溶液３１を封入して太陽電池を作製する。セル
３０の側壁１５は、絶縁性および光透過性を有する材料
からなり、例えばエポキシ樹脂、フッ素含有樹脂等を用
いて構成される。カソード電極１０とアノード電極２０
との間隔は、１００〜１０００μｍ程度が好ましい。
半導体電極２２を形成したものをアノード電極２０とし
て太陽電池を組み立てる。すなわちアノード電極２０の
酸化物半導体電極２２側に、間隔をおいて、カソード電
極１０を対向配置させ、これらの間の空間を側壁１５で
液密に囲んでセル３０を組み立てた後、セル３０の内部
に電解質溶液３１を封入して太陽電池を作製する。セル
３０の側壁１５は、絶縁性および光透過性を有する材料
からなり、例えばエポキシ樹脂、フッ素含有樹脂等を用
いて構成される。カソード電極１０とアノード電極２０
との間隔は、１００〜１０００μｍ程度が好ましい。
【００１５】このように構成された太陽電池にあって
は、アノード電極２０を構成している酸化物半導体電極
２２に吸着されている色素が可視光によって励起され、
発生した電子を酸化物半導体電極２２に渡すことによっ
て発電が行われる。また酸化物半導体電極材料２３は紫
外線でしか励起できないが、可視光で励起可能な色素が
吸着されているので、この色素による増感作用が得ら
れ、感度の良い太陽電池が得られる。
は、アノード電極２０を構成している酸化物半導体電極
２２に吸着されている色素が可視光によって励起され、
発生した電子を酸化物半導体電極２２に渡すことによっ
て発電が行われる。また酸化物半導体電極材料２３は紫
外線でしか励起できないが、可視光で励起可能な色素が
吸着されているので、この色素による増感作用が得ら
れ、感度の良い太陽電池が得られる。
【００１６】また本実施例では、酸化物半導体電極材料
２３の少なくとも一部が、この酸化物半導体電極材料２
３の伝導帯のエネルギーレベルよりも高エネルギーレベ
ルの伝導帯を有する酸化物半導体膜で被覆されている。
伝導帯にある電子はより低いエネルギーレベルの伝導帯
へと移動し易く、その逆の移動は起こらないので、本実
施例の構成にあっては、酸化物半導体膜から酸化物半導
体電極材料２３へ電子が移動し易くなっている。したが
って、色素で発生され酸化物半導体膜に注入された電子
は酸化物半導体膜の外へは移動せず、酸化物半導体電極
材料２３へ移動する確率が飛躍的に増大する結果、太陽
電池のエネルギー変換効率が大幅に向上する。
２３の少なくとも一部が、この酸化物半導体電極材料２
３の伝導帯のエネルギーレベルよりも高エネルギーレベ
ルの伝導帯を有する酸化物半導体膜で被覆されている。
伝導帯にある電子はより低いエネルギーレベルの伝導帯
へと移動し易く、その逆の移動は起こらないので、本実
施例の構成にあっては、酸化物半導体膜から酸化物半導
体電極材料２３へ電子が移動し易くなっている。したが
って、色素で発生され酸化物半導体膜に注入された電子
は酸化物半導体膜の外へは移動せず、酸化物半導体電極
材料２３へ移動する確率が飛躍的に増大する結果、太陽
電池のエネルギー変換効率が大幅に向上する。
【００１７】また酸化物半導体電極材料２３および酸化
物半導体膜の材料を選択するに当たり、高い光電効果を
有し太陽電池を構成した時により大きな性能向上が期待
できる抵抗率が高いものを酸化物半導体膜の材料とし、
これよりも抵抗率が低いものを酸化物半導体電極材料２
３として用いれば、太陽電池の良好な性能が得られると
ともに、酸化物半導体電極２２の抵抗を低減させること
ができる。例えばＴｉＯ2やＺｎＯなどは、太陽電池の
性能上好ましい電極材料であるが比較的抵抗率が高いも
のである。したがって酸化物半導体電極材料２３とし
て、例えばＳｎＯ 2、Ｉｎ2Ｏ3 などの比較的抵抗率が低
い酸化物半導体材料を選択し、これをＴｉＯ2やＺｎＯ
など比較的抵抗率が高いが光電効果に優れた材料で被覆
することによって、ＴｉＯ2やＺｎＯだけで酸化物電極
２２を構成する場合に比べて酸化物電極２２の抵抗率を
低減できるとともに、良好な太陽電池性能を得ることが
可能である。
物半導体膜の材料を選択するに当たり、高い光電効果を
有し太陽電池を構成した時により大きな性能向上が期待
できる抵抗率が高いものを酸化物半導体膜の材料とし、
これよりも抵抗率が低いものを酸化物半導体電極材料２
３として用いれば、太陽電池の良好な性能が得られると
ともに、酸化物半導体電極２２の抵抗を低減させること
ができる。例えばＴｉＯ2やＺｎＯなどは、太陽電池の
性能上好ましい電極材料であるが比較的抵抗率が高いも
のである。したがって酸化物半導体電極材料２３とし
て、例えばＳｎＯ 2、Ｉｎ2Ｏ3 などの比較的抵抗率が低
い酸化物半導体材料を選択し、これをＴｉＯ2やＺｎＯ
など比較的抵抗率が高いが光電効果に優れた材料で被覆
することによって、ＴｉＯ2やＺｎＯだけで酸化物電極
２２を構成する場合に比べて酸化物電極２２の抵抗率を
低減できるとともに、良好な太陽電池性能を得ることが
可能である。
【００１８】また本実施例の太陽電池において、酸化物
半導体電極２２は微粒子状の酸化物半導体電極材料２３
を堆積させ、焼成したものであるので、物理・化学的蒸
着法で作成した膜に比べて大きな比表面積を有する。ま
た太陽電池においては、光を吸収できる表面積が大きい
ほど発電量も大きくなるので、酸化物半導体電極２を多
孔質構造とすることによって、単位表面積当たりの発電
量が小さくても大きな発電量を得ることができる。
半導体電極２２は微粒子状の酸化物半導体電極材料２３
を堆積させ、焼成したものであるので、物理・化学的蒸
着法で作成した膜に比べて大きな比表面積を有する。ま
た太陽電池においては、光を吸収できる表面積が大きい
ほど発電量も大きくなるので、酸化物半導体電極２を多
孔質構造とすることによって、単位表面積当たりの発電
量が小さくても大きな発電量を得ることができる。
【００１９】
【実施例】以下、具体的な実施例を示して本発明の効果
を明らかにする。 （実施例１）酸化物半導体電極材料２３としてＳｎＯ2
超微粒子（関東化学社製、粒径１０ｎｍ〜２０ｎｍ）を
用い、ＳｎＯ2を３０重量％含む分散液を調製した。溶
剤は１−ｐ−メンテン−８−オール（α−テルピネオー
ル(商品名)：関東化学社製）、分散剤はポリエステル系
分散剤（ディスパロンDA703(商品名)：東京化成社製）
を用い、０．１ｍｍビーズを用いたサンドミル（アイメ
ックス社製）で分散させた。この分散液にバインダーと
してエチルセルロース（関東化学社製）を５重量％添加
して酸化物半導体ペーストを得た。基板２１として表面
抵抗が１０Ω／□の導電性ガラスを用い、この基板２１
上に上記で得た酸化物半導体ペーストをスクリーン印刷
機を用いて塗布した。そして、大気中、４５０℃で３０
分間焼成を行い、基板２１上に酸化物半導体電極材料２
３からなる多孔質層を得た。
を明らかにする。 （実施例１）酸化物半導体電極材料２３としてＳｎＯ2
超微粒子（関東化学社製、粒径１０ｎｍ〜２０ｎｍ）を
用い、ＳｎＯ2を３０重量％含む分散液を調製した。溶
剤は１−ｐ−メンテン−８−オール（α−テルピネオー
ル(商品名)：関東化学社製）、分散剤はポリエステル系
分散剤（ディスパロンDA703(商品名)：東京化成社製）
を用い、０．１ｍｍビーズを用いたサンドミル（アイメ
ックス社製）で分散させた。この分散液にバインダーと
してエチルセルロース（関東化学社製）を５重量％添加
して酸化物半導体ペーストを得た。基板２１として表面
抵抗が１０Ω／□の導電性ガラスを用い、この基板２１
上に上記で得た酸化物半導体ペーストをスクリーン印刷
機を用いて塗布した。そして、大気中、４５０℃で３０
分間焼成を行い、基板２１上に酸化物半導体電極材料２
３からなる多孔質層を得た。
【００２０】次いで、この多孔質層を濃度が１重量％の
塩化チタン（III）溶液中に浸漬し、乾燥した後、再び
大気中、４５０℃で３０分間焼成を行い、酸化チタンの
被覆を施した。酸化物半導体電極材料２３からなる多孔
質層に形成された酸化チタンの被覆層の厚さは約１０ｎ
ｍであった。この後、増感色素（シス−ジ(チオシアネ
ート)ビス(２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボ
ン酸)ルテニウム(II)）のエタノール溶液に浸漬し、１
時間還流を行って色素を吸着させて、酸化物半導体電極
２２を形成した。このようにして基板２１上に酸化物半
導体電極２２が形成されたものをアノード電極２０と
し、これとガラス基板上にＰｔ電極層を設けてなるカソ
ード電極１０とを対向配置させ、エポキシ樹脂で側壁１
５を形成してセル３０を構成した。両電極の間隔は１５
０μｍとした。セル３０内に電解質溶液３１としてヨウ
素、テトラプロピルアンモニウムヨージドを炭酸エチレ
ン／アセトニトリル混合液に溶解させた溶液を封入して
太陽電池を得た。
塩化チタン（III）溶液中に浸漬し、乾燥した後、再び
大気中、４５０℃で３０分間焼成を行い、酸化チタンの
被覆を施した。酸化物半導体電極材料２３からなる多孔
質層に形成された酸化チタンの被覆層の厚さは約１０ｎ
ｍであった。この後、増感色素（シス−ジ(チオシアネ
ート)ビス(２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボ
ン酸)ルテニウム(II)）のエタノール溶液に浸漬し、１
時間還流を行って色素を吸着させて、酸化物半導体電極
２２を形成した。このようにして基板２１上に酸化物半
導体電極２２が形成されたものをアノード電極２０と
し、これとガラス基板上にＰｔ電極層を設けてなるカソ
ード電極１０とを対向配置させ、エポキシ樹脂で側壁１
５を形成してセル３０を構成した。両電極の間隔は１５
０μｍとした。セル３０内に電解質溶液３１としてヨウ
素、テトラプロピルアンモニウムヨージドを炭酸エチレ
ン／アセトニトリル混合液に溶解させた溶液を封入して
太陽電池を得た。
【００２１】（比較例１）上記実施例１において、酸化
物半導体電極２２を、酸化物半導体膜が被覆されていな
い構成とした他は同様にして、太陽電池を構成した。す
なわち、基板上に形成したＳｎＯ2超微粒子からなる多
孔質層に色素を吸着させて酸化物半導体電極２２とし
た。 （試験例）上記実施例１および比較例１で得られた太陽
電池について、それぞれエネルギー変換効率を測定し
た。比較例１の太陽電池におけるエネルギー変換効率は
９．８％であったのに対して、実施例１の太陽電池にお
けるエネルギー変換効率は１１．３％であり、比較例１
に比べて１．５％も向上していることが認められた。
物半導体電極２２を、酸化物半導体膜が被覆されていな
い構成とした他は同様にして、太陽電池を構成した。す
なわち、基板上に形成したＳｎＯ2超微粒子からなる多
孔質層に色素を吸着させて酸化物半導体電極２２とし
た。 （試験例）上記実施例１および比較例１で得られた太陽
電池について、それぞれエネルギー変換効率を測定し
た。比較例１の太陽電池におけるエネルギー変換効率は
９．８％であったのに対して、実施例１の太陽電池にお
けるエネルギー変換効率は１１．３％であり、比較例１
に比べて１．５％も向上していることが認められた。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の色素増感型
太陽電池は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させて
なる酸化物半導体電極と対向電極とを電解質を介して対
向配置してなる太陽電池において、前記酸化物半導体電
極材料の少なくとも一部が、該酸化物半導体電極材料の
伝導帯のエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベル
の伝導帯を有する酸化物半導体膜で被覆されたことによ
って、色素が可視光によって励起され発生した電子が、
酸化物半導体膜を介することによって酸化物半導体電極
材料へ移動する確率が増大し、太陽電池のエネルギー変
換効率が向上する。また酸化物半導体電極材料として酸
化物半導体膜よりも低抵抗の材料を用いれば、酸化物半
導体電極自体の抵抗率を低減させることが可能である。
太陽電池は、酸化物半導体電極材料に色素を吸着させて
なる酸化物半導体電極と対向電極とを電解質を介して対
向配置してなる太陽電池において、前記酸化物半導体電
極材料の少なくとも一部が、該酸化物半導体電極材料の
伝導帯のエネルギーレベルよりも高いエネルギーレベル
の伝導帯を有する酸化物半導体膜で被覆されたことによ
って、色素が可視光によって励起され発生した電子が、
酸化物半導体膜を介することによって酸化物半導体電極
材料へ移動する確率が増大し、太陽電池のエネルギー変
換効率が向上する。また酸化物半導体電極材料として酸
化物半導体膜よりも低抵抗の材料を用いれば、酸化物半
導体電極自体の抵抗率を低減させることが可能である。
【図１】 本発明の色素増感型太陽電池の実施例を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図２】 従来の色素増感型太陽電池の例を示したもの
であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は酸化物半導体電
極の部分拡大概念図である。
であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は酸化物半導体電
極の部分拡大概念図である。
１０…カソード電極（対向電極）、２０…アノード電
極、２１…基板、２２…酸化物半導体電極、２３…酸化
物半導体電極材料、 ３１…電解質溶液
極、２１…基板、２２…酸化物半導体電極、２３…酸化
物半導体電極材料、 ３１…電解質溶液
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化物半導体電極材料に色素を吸着させ
てなる酸化物半導体電極と対向電極とを電解質を介して
対向配置してなる太陽電池において、 前記酸化物半導体電極材料の少なくとも一部が、該酸化
物半導体電極材料の伝導帯のエネルギーレベルよりも高
いエネルギーレベルの伝導帯を有する酸化物半導体膜で
被覆されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 【請求項２】 前記酸化物半導体膜が、酸化スズ（Ｓｎ
Ｏ2）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化インジウム
（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化タンタ
ル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、酸化チタ
ン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎ
ｂ2Ｏ5）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および酸化ア
ンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）からなる群から選ばれる少なくと
も一種からなることを特徴とする請求項１記載の色素増
感型太陽電池。 - 【請求項３】 前記酸化物半導体電極材料の抵抗率が前
記酸化物半導体膜の抵抗率よりも低いことを特徴とする
請求項１記載の色素増感型太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281830A JP2000113913A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 色素増感型太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10281830A JP2000113913A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 色素増感型太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000113913A true JP2000113913A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=17644610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10281830A Withdrawn JP2000113913A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 色素増感型太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000113913A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002075471A (ja) * | 2000-08-23 | 2002-03-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子および光電池 |
| WO2002067357A1 (en) * | 2001-02-21 | 2002-08-29 | Showa Denko K.K. | Metal oxide dispersion and photoactive electrode for dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell |
| JP2009218218A (ja) * | 2009-05-18 | 2009-09-24 | Jgc Catalysts & Chemicals Ltd | 光電気セル |
| JP2009253142A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 半導体素子及びその製造方法と、該半導体素子を備えた電子デバイス |
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| EP2302650A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| EP2306479A2 (en) | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Fujifilm Corporation | Method of producing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, and photoelectrochemical cell |
| WO2011118581A1 (ja) | 2010-03-24 | 2011-09-29 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子の製造方法、光電変換素子及び光電気化学電池 |
| WO2012132855A1 (ja) | 2011-03-30 | 2012-10-04 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子及び光電気化学電池 |
| JP2013089368A (ja) * | 2011-10-14 | 2013-05-13 | Ulvac Japan Ltd | 量子ドット増感型太陽電池 |
| JP2014194072A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-10-09 | Mitsubishi Materials Corp | 酸化ニオブスパッタリングターゲット、その製造方法及び酸化ニオブ膜 |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP10281830A patent/JP2000113913A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
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| US7157788B2 (en) | 2001-02-21 | 2007-01-02 | Showa Denko K.K. | Metal oxide dispersion for dye-sensitized solar cells, photoactive electrode and dye-sensitized solar cell |
| US7544536B2 (en) | 2001-02-21 | 2009-06-09 | Showa Denko K.K. | Metal oxide dispersion for dye-sensitized solar cells, photoactive electrode and dye-sensitized solar cell |
| EP1363348A4 (en) * | 2001-02-21 | 2009-09-09 | Showa Denko Kk | METAL OXIDE DISPERSION AND PHOTOACTIVE ELECTRODE FOR COLOR-SENSITIVE SOLAR CELL AND COLOR-SENSITIVE SOLAR CELL |
| JP2009253142A (ja) * | 2008-04-09 | 2009-10-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 半導体素子及びその製造方法と、該半導体素子を備えた電子デバイス |
| WO2010050575A1 (ja) | 2008-10-29 | 2010-05-06 | 富士フイルム株式会社 | 色素、これを用いた光電変換素子、光電気化学電池、および色素の製造方法 |
| EP2845882A2 (en) | 2008-10-29 | 2015-03-11 | Fujifilm Corporation | Dye, Photoelectric Conversion Element and Photoelectrochemical Cell |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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