JP2012084374A - 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、光電変換素子用電解質層および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換素子は、多孔質光電極3と対極6との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層7が設けられた構造を有する。電解質層7を構成する多孔質膜としては例えばポリオレフィン、ポリエステル、セルロースなどからなる不織布が用いられる。色素増感光電変換素子においては、多孔質光電極3の表面に光増感色素を結合させる。
【選択図】図1
Description
図29Aに示すように、まず、透明導電性基板101上に多孔質光電極102を形成する。
次に、図29Dに示すように、対極103の注液穴103aから外側にはみ出た電解液を拭き取る。
以上のようにして、目的とする色素増感太陽電池が製造される。
多孔質光電極と対極との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層が設けられた構造を有する光電変換素子である。
多孔質光電極および対極のうちの一方の上に多孔質膜を設置する工程と、
上記多孔質膜上に上記多孔質光電極および上記対極のうちの他方を設置する工程とを有する光電変換素子の製造方法である。
電解液を含む多孔質膜からなる光電変換素子用電解質層である。
少なくとも一つの光電変換素子を有し、
上記光電変換素子が、
多孔質光電極と対極との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層が設けられた構造を有する光電変換素子である電子機器である。
1.第1の実施の形態(色素増感光電変換素子およびその製造方法)
2.第2の実施の形態(色素増感光電変換素子およびその製造方法)
3.第3の実施の形態(色素増感光電変換素子およびその製造方法)
4.第4の実施の形態(色素増感光電変換素子およびその製造方法)
5.第5の実施の形態(色素増感光電変換素子およびその製造方法)
6.第6の実施の形態(光電変換素子およびその製造方法)
[色素増感光電変換素子]
図1は第1の実施の形態による色素増感光電変換素子を示す要部断面図である。
図1に示すように、この色素増感光電変換素子においては、透明基板1の一主面に透明電極2が設けられ、この透明電極2上にこの透明電極2より小さい所定の平面形状を有する多孔質光電極3が設けられている。この多孔質光電極3には一種または複数種の光増感色素(図示せず)が結合している。一方、対向基板4の一主面に導電層5が設けられ、この導電層5上に対極6が設けられている。この対極6は多孔質光電極3と同一の平面形状を有する。透明基板1上の多孔質光電極3と対向基板4上の対極6との間に、電解液を含む、あるいは電解液が含浸された多孔質膜からなる電解質層7が設けられている。そして、これらの透明基板1および対向基板4の外周部が封止材8で封止されている。この封止材8は透明電極2および導電層5に接しているが、透明電極2を多孔質光電極3と同一の平面形状に形成することにより透明基板1に接するようにしてもよいし、対極6を導電層5の全面に形成することによりこの導電層5に接するようにしてもよい。
・EMImTFSI:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホン)アミド(1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfone)imide)
・EMImFAP:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスヘート(1-ethyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate)
・EMImBF4 :1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート(1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)
・EMImOTf(1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルホネート(1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorometanesulfonate) )
・P222 MOMTFSI(トリエチル(メトキシメチル)ホスホニウム ビス(トリフルオロメチルスホニル)アミド(triethyl(methoxymethyl)phosphonium bis(trifluoromethylsufonyl)imide )
次に、この色素増感光電変換素子の製造方法について説明する。
まず、透明基板1の一主面にスパッタリング法などにより透明導電層を形成して透明電極2を形成する。
次に、図2Cに示すように、電解質層7上に対向基板4を対極6側を下にして設置した後、透明基板1および対向基板4の外周部に封止材8を形成して電解質層7を封入する。必要に応じて、電解質層7上に対向基板4を設置した後、対向基板4を電解質層7に押し付けて電解質層7をその面に垂直な方向に圧縮してもよい。このようにすることにより、電解質層7を構成する多孔質膜の厚さが圧縮により減少する際に、この多孔質膜の空隙部に含まれる電解液が押し出されて電解液が多孔質光電極3に浸透するため、電解液が多孔質光電極3の全体に容易に行き渡るようにすることができる。最終的な電解質層7の厚さは、例えば1〜100μm、好適には1〜50μmである。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
次に、この色素増感光電変換素子の動作について説明する。
この色素増感光電変換素子は、光が入射すると、対極1を正極、透明電極2を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極2の材料としてFTOを用い、多孔質光電極3の材料としてTiO2 を用い、レドックス対としてI- /I3 - の酸化還元種を用いることを想定しているが、これに限定されるものではない。また、多孔質光電極3に一種類の光増感色素が結合していることを想定する。
2I- → I2 + 2e-
I2 + I- → I3 -
I3 - → I2 + I-
I2 + 2e- → 2I-
2I- → I2 + 2e-
I2 + I- → I3 -
I3 - → I2 + I-
I2 + 2e- → 2I-
色素増感光電変換素子を以下のようにして製造した。
多孔質光電極3を形成する際の原料であるTiO2 のペースト状分散液は、「色素増感太陽電池の最新技術」(荒川裕則監修、2001年、(株)シーエムシー)を参考にして作製した。すなわち、まず、室温で撹拌しながらチタンイソプロポキシド125mlを0.1Mの硝酸水溶液750mlに徐々に滴下した。滴下後、80℃の恒温槽に移し、8時間撹拌を続けたところ、白濁した半透明のゾル溶液が得られた。このゾル溶液を室温になるまで放冷し、ガラスフィルタでろ過した後、溶媒を加えて溶液の体積を700mlにした。得られたゾル溶液をオートクレーブへ移し、220℃で12時間水熱反応を行わせた後、1時間超音波処理して分散化処理を行った。次に、この溶液をエバポレータを用いて40℃で濃縮し、TiO2 の含有量が20wt%になるように調製した。この濃縮ゾル溶液に、TiO2 の質量の20%分のポリエチレングリコール(分子量50万)と、TiO2 の質量の30%分の粒子直径200nmのアナターゼ型TiO2 とを添加し、撹拌脱泡機で均一に混合し、粘性を増加させたTi O2 のペースト状分散液を得た。
次に、この多孔質膜をプレスにより膜面に垂直方向に圧縮する。圧縮後の多孔質膜の実空隙率は50%であった。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率70.7%、膜厚30μmのポリオレフィンからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率70.5%、膜厚44μmのポリオレフィンからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率79%、膜厚28μmのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率72.8%、膜厚29.8μmのセルロースからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率78.3%、膜厚32μmのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
電解液を含浸させる多孔質膜として、空隙率82.7%、膜厚22μmのポリエステルからなる多孔質膜を用いて電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
多孔質膜を用いないで電解液のみからなる電解質層7を形成した。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
[色素増感光電変換素子]
第2の実施の形態による色素増感光電変換素子は、第1の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様な構成を有する。
図14A〜Cは第2の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法を示す。
図14Aに示すように、この色素増感光電変換素子の製造方法においては、まず、第1の実施の形態と同様にして、多孔質光電極3を形成する。
一方、図14Aに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層7の外周に例えば熱硬化性の封止材8を電解質層7と一体的に形成した一体型膜を用意する。この状態の電解質層7の厚さは最終的な電解質層7の厚さよりも大きい。封止材8の厚さはこの電解質層7の厚さよりも大きく、最終的にこの封止材8により十分な封止を行うことができる厚さになっている。
次に、図14Cに示すように、電解質層7および封止材8の上に、対向基板4上に設けられた対極6を設置し、対向基板4を電解質層7に押し付けてこの電解質層7をその面に垂直な方向に圧縮するとともに、加熱により封止材8を硬化させ、封止を行う。この際、電解質層7を構成する多孔質膜の厚さは圧縮により減少するが、最終的な多孔質膜の実空隙率が所望の値になるようにする。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
一方、色素増感光電変換素子において、かさ(あるいは厚さ)のある、多孔質カーボンや多孔質金属などからなる対極6を用いる場合には、多孔質光電極3のかさに加えて、この対極6のかさも考慮して、電解質層7と封止材8との一体型膜を形成する。図15AおよびBはそのような色素増感光電変換素子の製造方法を示す。
図15Aに示すように、この色素増感光電変換素子の製造方法においては、まず、第1の実施の形態と同様にして、多孔質光電極3を形成する。
一方、図15Aに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層7の外周に例えば熱硬化性の封止材8を電解質層7と一体的に形成した一体型膜を用意する。この状態の電解質層7の厚さは最終的な電解質層7の厚さよりも大きい。封止材8の厚さはこの電解質層7の厚さよりも大きく、最終的にこの封止材8により十分な封止を行うことができる厚さになっている。加えて、対向基板4上に導電層5を介して対極6を設けたものを用意する。
次に、図15Bに示すように、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層7の外周に封止材8を形成した一体型膜を多孔質光電極3上に設置し、続いて電解質層7および封止材8の上に対向基板4上に設けられた対極6を設置し、対向基板4を電解質層7に押し付ける。こうして電解質層7をその面に垂直な方向に圧縮するとともに、加熱により封止材8を硬化させ、封止を行う。この際、電解質層7を構成する多孔質膜の厚さは圧縮により減少するが、最終的な多孔質膜の実空隙率が所望の値になるようにする。
以上により、目的とする色素増感光電変換素子が製造される。
この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点に加えて、封止材8の形成プロセスを省略することができることにより、色素増感光電変換素子をより簡単に製造することができるという利点を得ることができる。
[色素増感光電変換素子]
第3の実施の形態による色素増感光電変換素子においては、電解質層7を構成する多孔質膜に含まれる電解液に6.04≦pKa ≦7.3の添加剤が添加される点で第1の実施の形態と異なる。このような添加剤は、ピリジン系添加剤や複素環を有する添加剤などである。ピリジン系添加剤の具体例を挙げると、2−NH2−Py、4−MeO−Py、4−Et−Pyなどである。複素環を有する添加剤の具体例を挙げると、MIm、24−Lu、25−Lu、26−Lu、34−Lu、35−Luなどである。
この色素増感光電変換素子の製造方法は、電解質層7を構成する多孔質膜に含まれる電解液に6.04≦pKa ≦7.3の添加剤を添加する点を除いて、第1の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
実施例1の電解液に添加剤として2−NH2−Py 0.054gを溶解させ、電解液を調製した。また、添加剤の効果をより明確に検証するために、ここでは、電解質層7は多孔質膜を用いたものではなく、電解液だけからなるものを用いた。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−MeO−Pyを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−Et−Pyを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてMImを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として24−Luを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として25−Luを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として26−Luを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として34−Luを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として35−Luを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤を用いないで電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてTBPを用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−ピコリン(4−pic)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてメチルイソニコチネート(4−COOMe−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−シアノピリジン(4−CN−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−アミノピリジン(4−NH2−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として4−(メチルアミノ)ピリジン(4−MeNH−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として3−メトキシピリジン(3−MeO−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として2−メトキシピリジン(2−MeO−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてメチルニコチネート(3−COOMe−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてピリジン(Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として3−ブロモピリジン(3−Br−Py)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてN−メチルベンズイミダゾール(NMB)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてピラジン(pirazine)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてチアゾール(thiazole)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてN−メチルピラゾール(Me−pyrazole)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてキノリン(quinoline)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてイソキノリン(isoquinoline)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として2,2’−ビピリジル(bpy)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてピリダジン(pyridazine)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてピリミジン(pyrimidine)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤としてアクリジン(acridine)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
添加剤として5,6−ベンゾキノリン(56−benzoquinoline)を用いて電解液を調製した。その他は実施例8と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
分子量が異なる溶媒ごとに添加剤の効果を確認した。ここでは、pKa が比較的近い4−tert−ブチルピリジン(TBP)と4−Et−Py(4-ethylpyridine)とを比較対象とした。評価方法は次の通りである。各溶媒ごとに、電解液の添加剤として4−Et−Pyを用いた色素増感光電変換素子の光電変換効率(Eff(4−Et−Py))と電解液の添加剤としてTBPを用いた色素増感光電変換素子の光電変換効率(Eff(TBP))とを測定する。そして、これらの光電変換効率の差ΔEff=Eff(4−Et−Py)−Eff(TBP)を効果の指標とする。溶媒としては、アセトニトリル(AN)、アセトニトリル(AN)とバレロニトリル(VN)との混合液、メトキシアセトニトリル(MAN)および3−メトキシプロピオニトリル(MPN)の四種類を用いた。表6に、各溶媒に対して分子量、Eff(4−Et−Py)、Eff(TBP)および ΔEffを示す。ただし、アセトニトリル(AN)に対するEff(4−Et−Py)、Eff(TBP)および ΔEffの値はSolar Energy Materials&Solar Cells,2003,80,167 で報告されたものを参照した。図18は各溶媒の分子量に対して光電変換効率の差ΔEffをプロットしたものである。
[色素増感光電変換素子]
この色素増感光電変換素子においては、電解質層7を構成する多孔質膜に含まれる電解液の溶媒として、少なくとも、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含むものが用いられる点で第1の実施の形態と異なる。
・EMImTCB:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラシアノボレート
・EMImTFSI:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホン)アミド
・EMImFAP:1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスヘート
・EMImBF4 :1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート
・エーテル
第一級アミン
ピリジン構造
・MPN:3−メトキシプロピオニトリル(3-methoxypropionitrile)
・GBL:γ−ブチロラクトン(γ-butyrolactone)
・DMF:N,N−ジメチルホルムアミド(N,N-dimethylformamide)
・diglyme :ジエチレングリコールジメチルエーテル(diethylene glycol dimethyl ether)
・triglyme:トリエチレングリコールジメチルエーテル(triethylene glycol dimethyl
ether)
・tetraglyme:テトラエチレングリコールジメチルエーテル(tetraethylene glycol dimethyl ether)
・PhOAN:フェノキシアセトニトリル(phenoxy acetonitrile)
・PC:プロピレンカーボネート(propylene carbonate)
・aniline :アニリン(aniline)
・DManiline :N,N−ジメチルアニリン(N,N-dimethylaniline)
・NBB:N−ブチルベンズイミダゾール(N-butylbenzimidazole)
・TBP:tert−ブチルピリジン(tert-butylpyridine)
・EMS:エチルメチルスルホン(ethyl methyl sulfone)
・DMSO:ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide)
(1)メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチルメチルアミン、n−プロピルアミン、iso−プロピル、ジプロピルアミン、n−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、tert−ブチルアミン
(2)エチレンジアミン
(3)アニリン、N,N−ジメチルアニリン
(4)ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド
(5)N−メチルピロリドン
この色素増感光電変換素子の製造方法は、電解質層7を構成する多孔質膜に含まれる電解液の溶媒として、少なくとも、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含むものを用いる点を除いて、第1の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
EMImTCBとdiglyme とを1:1の重量比で混合した混合溶媒 2.0gに1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド 1.0g、ヨウ素I2 0.10g、そして添加剤として2−NH2−Py 0.054gを溶解させ、電解液を調製した。また、電解液の溶媒として、少なくとも、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含むものを用いることによる効果をより明確に検証するために、ここでは、電解質層7は多孔質膜を用いたものではなく、電解液だけからなるものを用いた。その他は実施例1と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとtetraglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとMPNとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとPhOANとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとGBLとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとPCとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとアニリンとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとDMFとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとDManiline とを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとNBBとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとTBPとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTFSIとtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImFAPとtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとEMSとを1:1の重量比で混合した混合溶媒2.0gに、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド1.0g、ヨウ素I2 0.10g、そしてN−ブチルベンゾイミダゾール(NBB)0.054gを用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとDMSOとを1:1の重量比で混合した混合溶媒2.0gに、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド1.0g、ヨウ素I2 0.10g、そしてN−ブチルベンゾイミダゾール(NBB)0.045gを用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてdiglyme を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBを用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてMPNを用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBとPhAN(フェニルアセトニトリル(phenyl acetonitrile))とを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImBF4 (1−エチル−3−メチルイミダゾリウム テトラフルオロボレート(1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate))とtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImOTf(1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルホネート(1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorometanesulfonate) )とtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてP222 MOMTFSI(トリエチル(メトキシメチル)ホスホニウム ビス(トリフルオロメチルスホニル)アミド(triethyl(methoxymethyl)phosphonium bis(trifluoromethylsufonyl)imide )とtriglymeとを1:1の重量比で混合した混合溶媒を用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
溶媒としてEMImTCBを用いて電解液を調製した。その他は実施例17と同様にして色素増感光電変換素子を製造した。
[色素増感光電変換素子]
第5の実施の形態による色素増感光電変換素子においては、多孔質光電極13が金属/金属酸化物微粒子により構成され、典型的には、これらの金属/金属酸化物微粒子が焼結されたものからなる。図28にこの金属/金属酸化物微粒子11の構造の詳細を示す。図28に示すように、金属/金属酸化物微粒子11は、金属からなる球状のコア11aとこのコア11aの周りを取り囲む金属酸化物からなるシェル11bとからなるコア/シェル構造を有する。この金属/金属酸化物微粒子11の金属酸化物からなるシェル11bの表面に一種または複数種の光増感色素(図示せず)が結合(あるいは吸着)する。
この色素増感光電変換素子の上記以外の構成は第1の実施の形態と同様である。
この色素増感光電変換素子の製造方法は、多孔質光電極3を金属/金属酸化物微粒子11により形成することを除いて、第1の実施の形態による色素増感光電変換素子の製造方法と同様である。
次に、この色素増感光電変換素子の動作について説明する。
この色素増感光電変換素子は、光が入射すると、対極6を正極、透明電極2を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極2の材料としてFTOを用い、多孔質光電極3を構成する金属/金属酸化物微粒子11のコア11aの材料としてAu、シェル11bの材料としてTiO2 を用い、レドックス対としてI- /I3 - の酸化還元種を用いることを想定している。ただし、これに限定されるものではない。
2I- → I2 + 2e-
I2 + I- → I3 -
I3 - → I2 + I-
I2 + 2e- → 2I-
[光電変換素子]
第6の実施の形態による光電変換素子は、多孔質光電極3を構成する金属/金属酸化物微粒子11に光増感色素が結合していないことを除いて、第5の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様な構成を有する。
この光電変換素子の製造方法は、多孔質光電極3に光増感色素を吸着させないことを除いて、第5の実施の形態による色素増感光電変換素子と同様である。
次に、この光電変換素子の動作について説明する。
この光電変換素子は、光が入射すると、対極6を正極、透明電極2を負極とする電池として動作する。その原理は次の通りである。なお、ここでは、透明電極2の材料としてFTOを用い、多孔質光電極3を構成する金属/金属酸化物微粒子11のコア11aの材料としてAu、シェル11bの材料としてTiO2 を用い、レドックス対としてI- /I3 - の酸化還元種を用いることを想定している。ただし、これに限定されるものではない。
2I- → I2 + 2e-
I2 + I- → I3 -
I3 - → I2 + I-
I2 + 2e- → 2I-
第6の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。
Claims (20)
- 多孔質光電極と対極との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層が設けられた構造を有する光電変換素子。
- 上記多孔質膜が不織布からなる請求項1記載の光電変換素子。
- 上記不織布がポリオレフィン、ポリエステルまたはセルロースからなる請求項2記載の光電変換素子。
- 上記多孔質膜の空隙率が80%以上100%未満である請求項3記載の光電変換素子。
- 上記電解液がイオン液体系電解液である請求項4記載の光電変換素子。
- 上記電解液に6.04≦pKa ≦7.3の添加剤が添加され、および/または、上記多孔質光電極および上記対極のうちの少なくとも一方の上記電解質層に面する表面に6.04≦pKa ≦7.3の添加剤が吸着している請求項1記載の光電変換素子。
- 上記添加剤はピリジン系添加剤または複素環を有する添加剤である請求項6記載の光電変換素子。
- 上記添加剤は2−アミノピリジン、4−メトキシピリジン、4−エチルピリジン、N−メチルイミダゾール、2,4−ルチジン、2,5−ルチジン、2,6−ルチジン、3,4−ルチジンおよび3,5−ルチジンからなる群より選ばれた少なくとも一種からなる請求項7記載の光電変換素子。
- 上記電解液の溶媒の分子量が47.36以上である請求項6記載の光電変換素子。
- 上記溶媒は3−メトキシプロピオニトリル、メトキシアセトニトリルまたはアセトニトリルとバレロニトリルとの混合液である請求項9記載の光電変換素子。
- 上記光電変換素子は上記多孔質光電極に光増感色素が結合した色素増感光電変換素子である請求項1記載の光電変換素子。
- 上記多孔質光電極は半導体からなる微粒子により構成されている請求項11記載の光電変換素子。
- 上記電解液の溶媒が、電子対受容性の官能基を有するイオン液体と電子対供与性の官能基を有する有機溶媒とを含む請求項1記載の光電変換素子。
- 上記多孔質光電極は、金属からなるコアとこのコアを取り巻く金属酸化物からなるシェルとからなる微粒子により構成されている請求項1記載の光電変換素子。
- 多孔質光電極および対極のうちの一方の上に多孔質膜を設置する工程と、
上記多孔質膜上に上記多孔質光電極および上記対極のうちの他方を設置する工程とを有する光電変換素子の製造方法。 - 上記多孔質膜が電解液を含み、この電解液を含む上記多孔質膜が電解質層を構成する請求項15記載の光電変換素子の製造方法。
- 上記多孔質光電極上に上記多孔質膜を設置した後、上記多孔質膜上に上記対極を設置する請求項15記載の光電変換素子の製造方法。
- 上記多孔質光電極上に上記多孔質膜を設置した後、上記多孔質膜上に上記対極を設置する前に、上記多孔質膜を圧縮する工程をさらに有する請求項17記載の光電変換素子の製造方法。
- 電解液を含む多孔質膜からなる光電変換素子用電解質層。
- 少なくとも一つの光電変換素子を有し、
上記光電変換素子が、
多孔質光電極と対極との間に、電解液を含む多孔質膜からなる電解質層が設けられた構造を有する光電変換素子である電子機器。
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