JP2015191984A - Dye-sensitized solar battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感太陽電池およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a method for producing the same.
一般に、色素増感太陽電池は、その素子として、ガラス板などの透明基板上に透明導電膜が形成されてなる透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質と、上記両電極間で且つ上記透明電極の表面に配置される光触媒膜とから構成されている。また、上記光触媒膜としては、酸化チタン(TiO2)などからなる酸化物半導体膜を形成した後、ルテニウムなどの光増感色素を吸着させたものが知られている。 In general, a dye-sensitized solar cell includes, as its elements, a transparent electrode in which a transparent conductive film is formed on a transparent substrate such as a glass plate, a counter electrode, an electrolyte disposed between these electrodes, It is comprised from the photocatalyst film | membrane arrange | positioned on the surface of the said transparent electrode between electrodes. As the photocatalyst film, a film in which an oxide semiconductor film made of titanium oxide (TiO 2 ) or the like is formed and then a photosensitizing dye such as ruthenium is adsorbed is known.
従来の技術として、導電性材料であるカーボンナノチューブまたはカーボンナノホーンを上記電解質に含有させるとともに、電解質の中に多孔性の隔離層を設けた色素増感太陽電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique, there has been proposed a dye-sensitized solar cell in which a carbon nanotube or a carbon nanohorn, which is a conductive material, is contained in the electrolyte, and a porous isolation layer is provided in the electrolyte (for example, Patent Documents). 1).
ところで、上記特許文献1には、上記隔離層にカーボンナノチューブを含ませるか否かについての記載がない。このため、上記色素増感太陽電池は、上記隔離層にカーボンナノチューブを含ませるものでない場合、上記隔離層が電気抵抗となるので、電池性能が低下することになる。一方で、上記色素増感太陽電池は、上記隔離層にカーボンナノチューブを含ませるものである場合、カーボンナノチューブにより短絡するおそれがある。特に、フレキシブルな素材で製造されることが多い色素増感太陽電池は、曲げられることも多く、この際に短絡しやすくなる。 By the way, the above Patent Document 1 does not describe whether or not carbon nanotubes are included in the isolation layer. For this reason, when the said dye-sensitized solar cell does not contain a carbon nanotube in the said isolation layer, since the said isolation layer becomes electrical resistance, battery performance will fall. On the other hand, when the said dye-sensitized solar cell contains a carbon nanotube in the said isolation layer, there exists a possibility that it may short-circuit with a carbon nanotube. In particular, a dye-sensitized solar cell that is often manufactured from a flexible material is often bent and easily short-circuited.
このように、上記特許文献1に記載の色素増感太陽電池には、電池性能の低下または短絡という問題があった。
そこで、本発明は、電池性能を向上させ得るとともに、短絡を防止し得る色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
As described above, the dye-sensitized solar cell described in Patent Document 1 has a problem of deterioration in battery performance or short circuit.
Then, an object of this invention is to provide the dye-sensitized solar cell which can improve battery performance, and can prevent a short circuit, and its manufacturing method.
上記課題を解決するため、請求項1に係る本発明の色素増感太陽電池は、透明電極と、基板を有する対向電極と、これら両電極間に配置される電解質と、両電極間で且つ透明電極側に配置される光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池であって、
上記電解質が、複数層の多孔質膜に電解液を含有させたものであり、
上記複数層が、導電性を有する導電層と、この導電層よりも導電性が低い隔離層とを有するものである。
In order to solve the above problems, a dye-sensitized solar cell of the present invention according to claim 1 is a transparent electrode, a counter electrode having a substrate, an electrolyte disposed between both electrodes, and transparent between both electrodes. A dye-sensitized solar cell comprising a photocatalytic film disposed on the electrode side,
The electrolyte is a multi-layer porous membrane containing an electrolytic solution,
The plurality of layers include a conductive layer having conductivity and an isolation layer having lower conductivity than the conductive layer.
また、請求項2に係る本発明の色素増感太陽電池は、請求項1に記載の色素増感太陽電池において、上記導電層が、多孔質膜に導電性材料を含有させたものであり、
上記隔離層が、多孔質膜に導電性材料を含有させないものである。
The dye-sensitized solar cell of the present invention according to
The isolation layer does not contain a conductive material in the porous membrane.
さらに、請求項3に係る本発明の色素増感太陽電池は、請求項1または2に記載の色素増感太陽電池において、導電層の多孔質膜に含有させた電解液と、隔離層の多孔質膜に含有させた電解液とが異なるものである。
Furthermore, the dye-sensitized solar cell of the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の色素増感太陽電池の製造方法は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池の製造方法において、透明電極に酸化物半導体膜を配置する工程と、
上記酸化物半導体膜に複数層の多孔質膜を配置する工程と、
上記多孔質膜に電解液および色素を含有させることで、色素が含有された電解質を形成する工程と、
上記透明電極の酸化物半導体膜および電解質側に対向電極を具備させる工程と、
上記電解質が含有する色素を酸化物半導体膜に吸着させることで、光触媒膜を形成する工程と、
を備えるものである。
Moreover, the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of this invention which concerns on
A step of disposing a plurality of porous films on the oxide semiconductor film;
A step of forming an electrolyte containing a dye by containing an electrolyte solution and a dye in the porous membrane; and
A step of providing a counter electrode on the oxide semiconductor film and electrolyte side of the transparent electrode;
A step of forming a photocatalytic film by adsorbing the dye contained in the electrolyte to the oxide semiconductor film;
Is provided.
上記色素増感太陽電池およびその製造方法によると、導電層が電気抵抗を低減するので、電池性能を向上させることができ、さらに、隔離層が両電極を電気的に隔離するので、短絡を防止することができる。 According to the dye-sensitized solar cell and the manufacturing method thereof, the conductive layer reduces electric resistance, so that the battery performance can be improved, and further, the isolation layer electrically isolates both electrodes, thereby preventing a short circuit. can do.
以下、本発明の実施の形態に係る色素増感太陽電池およびその製造方法について図面に基づき説明する。なお、本実施の形態に係る色素増感太陽電池は、図1に示すように、その素子を指す。 Hereinafter, a dye-sensitized solar cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the dye-sensitized solar cell which concerns on this Embodiment points out the element, as shown in FIG.
この色素増感太陽電池は、図1に示すように、負極としての透明電極1と、正極としての対向電極2と、これら両電極1,2間に配置される電解質3と、両電極1,2間で且つ透明電極1側に配置される光触媒膜(光触媒層または発電層ともいう)4と、両電極1,2間で上記電解質3の周囲に配置される封止部5とが具備されている。
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell includes a transparent electrode 1 as a negative electrode, a
本発明の要旨となる上記電解質3は、複数層の多孔質膜に電解液を含有させたものである。上記電解質3の複数層のうち、いずれかの層は導電性を有する導電層31となり、他のいずれかの層は導電層31よりも導電性が低い隔離層32となる。すなわち、導電層31は、その導電性により電気抵抗を低減するものとなり、一方で、隔離層32は、その導電性が低いことにより両電極1,2を電気的に隔離するものとなる。
The
図1に基づき具体的な例を説明すると、上記電解質3は、2層の多孔質膜に電解液を含有させたものである。上記電解質3の2層のうち、光触媒膜4側の層は導電性を有する導電層31となり、対向電極2の層は導電層31よりも導電性が低い隔離層32となる。上記導電層31は、多孔質膜に導電性材料を含有させたものであり、一方で、上記隔離層32は、多孔質膜に導電性材料を含有させないものである。上記多孔質膜としては、ガラスペーパ(一例として膜厚30μm、秤量4.0〜12.0g/m2)、紙、不織布など、耐電解液性を有する多孔質の膜が使用される。また、上記導電性材料としては、カーボン材料、金属材料などが使用される。このカーボン材料の例には、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンブラックなどが挙げられる。なお、上記導電性材料は、ガラスペーパの厚さ(この場合は30μm)以下であることが好ましい。
A specific example will be described with reference to FIG. 1. The
上記透明電極1は、透明基板11およびこの透明基板11の表面に形成(配置)された透明導電膜12から構成されている。また対向電極2は、透明基板21およびこの透明基板21の表面に形成(配置)された透明導電膜22から構成されている。なお、この透明導電膜22は、触媒性を有する材料を形成したものである。
The transparent electrode 1 includes a
上記各透明基板11,21としては、特に限定されるものではないが、合成樹脂板、ガラス板などが適宜使用されるものの、軽量化、低価格化および安全性(破損しにくい)の点で、熱可塑性樹脂からなるフィルムが好ましい。上記熱可塑性樹脂の例には、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)などのポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリオレフィンなどの樹脂が挙げられる。
The
また、透明導電膜12,22としては、特に限定されるものではないが、スズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)などの導電性金属酸化物を含む薄膜が使用される。なお、通常は、透明基板11,21がガラス板であれば、透明導電膜12,22としてFTOが使用され、透明基板11,21が合成樹脂板であれば、透明導電膜12,22としてITOが使用される。なぜなら、ガラス板およびFTOは高温に強く、合成樹脂板およびITOは高温に弱いからである。
Further, the transparent
ところで、上記対向電極2は、上述のように、透明基板21および触媒性を有する材料を形成した透明導電膜22から構成されるものに限定されず、触媒性を有するものであればよい。この対向電極2としては、アルミニウム、銅、スズなどの金属シートやメッシュ状電極上に、触媒性を有する白金やカーボンなどの材料を形成したものであってもよい。この触媒性を有する材料を形成する方法の例には、スパッタリングや、上記対向電極2を白金ナノコロイド溶液に浸漬することなどが挙げられる。また、上記対向電極2は、透明基板21における電解質3側の面に導電性接着剤層を形成し、別途生成された垂直配向型のカーボンナノチューブ群を、上記導電性接着剤層に転写させたものであってもよい。
By the way, the
上記電解質3の電解液としては、液体状電解液またはゲル状電解液が使用される。液体状電解液の例には、ヨウ素系電解液が挙げられ、これは、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分を、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解したものである。また、ゲル状電解液の例には、ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物(DMPImI)、金属ヨウ化物(ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウム)、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドなどの4級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物とヨウ素を組み合わせたもの、金属臭化物(臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウム)、テトラアルキルアンモニウムブロマイドなどの4級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物と臭素とを組み合わせたものなどが挙げられる。
As the electrolyte solution of the
ところで、上記光触媒膜4は、光増感色素が吸着された酸化物半導体膜により形成されており、その製造に際しては、酸化物半導体を含むペーストを透明電極1の表面に塗布して乾燥させた後、光増感色素を酸化物半導体膜に吸着させることにより得られる。この吸着方法の例には、光増感色素を有機溶媒に溶解させてなる色素溶液の中に、上記ペーストが乾燥した透明電極1を所定時間浸漬することが挙げられる。
By the way, the
また、上記酸化物半導体としては、酸化チタン(TiO2)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5)などの金属酸化物の微粒子(光触媒微粒子)が使用される。これら微粒子の粒径は、特に限定されるものではないが、5〜100nm程度であることが好ましい。また、光増感色素としては、ビピリジン構造若しくはターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、またはエオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素などが使用される。特に、汎用性の観点からはルテニウム錯体を使用することが好ましく、有機溶媒に対する溶解性の観点からは有機色素を使用することが好ましい。また、光増感色素を溶解させる有機溶媒としては、エタノールなどのアルコール、アセトニトリルなどが使用される。 Examples of the oxide semiconductor include metal oxides such as titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), zinc oxide (ZnO), and niobium oxide (Nb 2 O 5 ). Fine particles (photocatalyst fine particles) are used. The particle size of these fine particles is not particularly limited, but is preferably about 5 to 100 nm. Examples of photosensitizing dyes include ruthenium complexes and iron complexes having ligands containing a bipyridine structure or a terpyridine structure, porphyrin-based or phthalocyanine-based metal complexes, or organic dyes such as eosin, rhodamine, merocyanine, and coumarin. used. In particular, it is preferable to use a ruthenium complex from the viewpoint of versatility, and it is preferable to use an organic dye from the viewpoint of solubility in an organic solvent. As an organic solvent for dissolving the photosensitizing dye, alcohol such as ethanol, acetonitrile, or the like is used.
また、上記封止部5としては、特に限定されるものではないが、アクリル系樹脂封止剤、フッ素系樹脂封止剤、シリコーン系樹脂封止剤、エポキシ系樹脂封止剤、オレフィン系樹脂封止剤、シラン変性樹脂含有封止剤、ホットメルト系封止剤、光硬化性樹脂封止剤などが使用される。
Further, the sealing
次に、上記色素増感太陽電池の製造方法について説明する。
[透明電極1および光触媒膜4]
まず、酸化物半導体である金属酸化物の微粒子を、有機溶媒および水に混合して攪拌し、酸化物溶液を生成する。なお、この有機溶媒には、アルコール、アセトン、ヘキサンなどが使用される。次いで、この酸化物溶液を透明導電膜12に塗布または印刷する。そして、透明導電膜12に塗布または印刷された酸化物溶液を適切な条件で乾燥・焼結することにより、酸化物半導体膜が得られる。
Next, the manufacturing method of the said dye-sensitized solar cell is demonstrated.
[Transparent electrode 1 and photocatalyst film 4]
First, metal oxide fine particles, which are oxide semiconductors, are mixed in an organic solvent and water and stirred to produce an oxide solution. In addition, alcohol, acetone, hexane, etc. are used for this organic solvent. Next, this oxide solution is applied or printed on the transparent
次に、上述した色素溶液の中に透明電極1を浸漬する方法などにより、酸化物半導体膜に光増感色素を吸着させることで、負極である光触媒膜4が得られる。ここで、色素溶液における光増感色素の含有量は、特に限定されるものではないが、0.2×10−3〜1.0×10−3[mol/L]であることが好ましく、0.3×10−3〜0.6×10−3[mol/L]であることが一層好ましい。なぜなら、上記含有量が0.2×10−3[mol/L]未満の場合、酸化物半導体膜に十分な量の光増感色素を吸着させることができず、その結果、製造される色素増感太陽電池の電池性能が低下するからである。また、上記含有量が1.0×10−3[mol/L]を超える場合、色素溶液中に光増感色素が溶解し切れず残ったり、酸化物半導体膜に光増感色素の吸着ムラが生じたりする問題がある。この場合、酸化物半導体膜に吸着された光増感色素が過多となることにより、光増感色素同士が結合するので、光増感色素から酸化物半導体膜への電子の流れが阻害され、その結果、製造される色素増感太陽電池の電池性能が低下するからである。
Next, the
[電解質3]
その後、光増感色素が吸着された酸化物半導体膜、つまり光触媒膜4に、電解質3を形成する。この光触媒膜4に電解質3を形成するための第1〜第3の方法について説明する。
[Electrolyte 3]
Thereafter, the
「第1の方法」
多孔質膜を、導電性材料を溶媒に混合した溶液に浸漬させてから焼結する。これにより、この多孔質膜は、導電性材料を含有することで導電層用となる。こうして形成された導電層用の多孔質膜と、導電性材料を含有しない隔離層用の多孔質膜とを積層し、複数層の多孔質膜とする。この複数層の多孔質膜を光触媒膜4上に配置し、その後、この複数層の多孔質膜に電解液を注入する。これにより、導電層用の多孔質膜は導電層31となり、隔離層用の多孔質膜は隔離層32となる。
"First method"
The porous film is immersed in a solution in which a conductive material is mixed with a solvent and then sintered. Thereby, this porous film becomes an object for a conductive layer by containing a conductive material. The porous film for the conductive layer thus formed and the porous film for the isolation layer that does not contain the conductive material are stacked to form a porous film having a plurality of layers. The multi-layered porous film is disposed on the
「第2の方法」
導電性材料を電解液に混合し、導電性電解液を生成する。また、多孔質膜を光触媒膜4に配置し、その後、当該多孔質膜に上記導電性電解液を注入する。これにより、光触媒膜4上に配置された多孔質膜は導電層31となる。次に、他の多孔質膜を導電層31上に配置し、その後、当該他の多孔質膜に電解液を注入する。これにより、導電層31上に配置された他の多孔質膜は隔離層32となる。また、導電層31の形成のために多孔質膜に注入される導電性電解液の電解液と、隔離層32の形成のために注入される電解液とを異なるものにしてもよい。勿論、隔離層32は導電性材料を含まない。
"Second method"
A conductive material is mixed with the electrolytic solution to produce a conductive electrolytic solution. Moreover, a porous film is arrange | positioned at the photocatalyst film |
「第3の方法」
予め、酸化物半導体膜に光増感色素を吸着させず、すなわち、透明電極1に配置された膜を光触媒膜4とせずに酸化物半導体膜のままとする。
"Third method"
In advance, the photosensitizing dye is not adsorbed on the oxide semiconductor film, that is, the film disposed on the transparent electrode 1 is not used as the
そして、光増感色素を電解液に溶解し、色素電解液を生成する。また、上記第1の方法で説明した導電層用の多孔質膜と、導電性材料を含有しない隔離層用の多孔質膜とを積層し、複数層の多孔質膜とする。この複数層の多孔質膜を光触媒膜4に配置し、その後、当該複数層の多孔質膜に上記色素電解液を注入する。これにより、導電層用の多孔質膜は導電層31となり、隔離層用の多孔質膜は隔離層32となるが、これら導電層31および隔離層32(つまり電解質3)の多孔質膜は光増感色素を一時的に含有することになる。しかし、電解質3の多孔質膜に含有された光増感色素は徐々に酸化物半導体膜に吸着されていくので、いずれ光触媒膜4が形成される。なお、この吸着を促進するには、製造された色素増感太陽電池に対して、光照射、両電極1,2への電圧印加などを行えばよい。このため、第3の方法であれば、酸化物半導体膜に光増感色素を吸着させ終えるまで製造時に待つ必要がない。
And a photosensitizing dye is melt | dissolved in electrolyte solution, and dye electrolyte solution is produced | generated. In addition, the porous film for the conductive layer described in the first method and the porous film for the isolation layer not containing the conductive material are laminated to form a porous film having a plurality of layers. The multi-layered porous film is disposed on the
なお、上記第1〜第3のいずれの方法でも、光触媒膜4(または酸化物半導体膜)と多孔質膜との簡易な接着のために、電解液に溶解する糊剤を用いてもよい。この糊剤としては、チタン(IV)イソプロポキシド、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレノキサイド、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、またはポリアクリル酸塩などを有機溶媒に溶かしたものが使用される。より具体的な例を説明すると、上記糊剤は、分子量が1000〜3000のポリエチレンオキサイド20重量部をエタノール80重量部に溶かしたものである。上記糊剤を用いることで、電解質3を形成する際に多孔質膜が移動しないので、製造時の取り扱いが容易になる。
In any of the first to third methods, a paste that dissolves in the electrolytic solution may be used for easy adhesion between the photocatalyst film 4 (or oxide semiconductor film) and the porous film. As the paste, a material in which titanium (IV) isopropoxide, polyethylene oxide, polypropylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, or polyacrylate is dissolved in an organic solvent is used. A more specific example will be described. The above paste is obtained by dissolving 20 parts by weight of polyethylene oxide having a molecular weight of 1000 to 3000 in 80 parts by weight of ethanol. By using the paste, the porous membrane does not move when the
[対向電極2および封止部5]
電解質3を配置した後に、封止として、電解質3の外周側に封止部5を配置し、その後、対向電極2を透明電極1に対向させて配置する。なお、上述した封止する方法の例には、加熱接着が挙げられる。この加熱接着は、金型が用いられた接着であってもよく、プラズマ、紫外線、波長が600nm以上の可視光、赤外線、マイクロ波などのエネルギービームを照射する方法によって行われるものであってもよい。ここで、金型が用いられた接着とは、金型を用いて、塗布された封止部用の材料(封止剤)をプレスするとともに加熱して硬化させることで、封止部5とするものである。また、エネルギービームを照射する方法とは、塗布された封止剤にエネルギービームを照射して当該封止剤を硬化させることで、封止部5とするものである。通常は、紫外線を照射する方法によって加熱接着が行われる。
[
After the
このように、上記実施の形態に係る色素増感太陽電池によると、導電層31が電気抵抗を低減するので、電池性能を向上させることができ、さらに、隔離層32が両電極1,2を電気的に隔離するので、短絡を防止することができる。
Thus, according to the dye-sensitized solar cell according to the above-described embodiment, the
また、導電層31は多孔質膜に導電性材料を含有させたものとし、隔離層32は他の多孔質膜に導電性材料を含有させないものとすることで、導電層31および隔離層32を容易に形成することができるとともに、隔離層32が導電性を有しないので、より短絡を防止することができる。
In addition, the
さらに、導電層31の多孔質膜に含有させた電解液と隔離層32の多孔質膜に含有させた電解液とを変更できるので、対向電極2に接している電解質3と光触媒膜4に接している電解質3とを異なるものにすることができる。例えば、電解液としてヨウ素溶液を用いる場合、透明電極1側から対向電極2側に向かう程、I3 −イオン濃度が高くなり、I−イオン濃度が低くなるように、各電解液のI3 −イオン濃度およびI−イオン濃度を設定することが好ましい。なぜなら、対向電極2は電解液であるヨウ素溶液中のI3 −イオンにより酸化されるので、対向電極2の周囲の電解液ではI3 −イオン濃度を高くすることにより色素増感太陽電池の特性の向上を図ることができ、また、透明電極1側に配置される光触媒膜4の光増感色素はI−イオンにより還元されるので、透明電極1側に積層される電解液ではI−イオン濃度を高くすることにより色素増感太陽電池の特性の向上を図ることができるためである。
Furthermore, since the electrolyte solution contained in the porous film of the
一方で、上記実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法によると、複数層の多孔質膜により電解質3が形成されるので、透明電極1と対向電極2との間隔を容易に小さい状態で一定にすることができる。特に、電解質3の配置に上記第3の方法を使用することにより、酸化物半導体膜に光増感色素を吸着させ終えるまで製造時に待つ必要がないので、製造時間を短縮することができる。
On the other hand, according to the method for manufacturing a dye-sensitized solar cell according to the above-described embodiment, the
以下、上記実施の形態をより具体的に示した実施例に係る色素増感太陽電池と、比較例に係る色素増感太陽電池とについて説明する。なお、以下の実施例および比較例では、いずれも、次の条件を満たすものとした。
(1)透明電極1は、厚さ188μmのPEN−ITOフィルム(ペクセル・テクノロジーズ製)とした。
(2)透明基板に配置する酸化物半導体膜は、上記PEN−ITOフィルムに塗布した粒径50〜60nmの低温酸化チタンペースト(ペクセル・テクノロジーズ製、PECC−C01−06)を、150℃で焼結することにより形成した厚さ6μmの膜とした。
(3)光増感色素は、ルテニウム金属錯体色素であるN719(Dyesol製)とした。これを、アセトニトリルとt−ブチルアルコールとを1:1で混合した溶液に濃度0.3m[mol/L]で溶解し、色素溶液として使用した。
(4)多孔質膜は、厚さ30μm(秤量4〜12g/m2)のガラスペーパとした。
(5)導電性材料は、単層のカーボンナノチューブとした。
Hereinafter, a dye-sensitized solar cell according to an example that more specifically shows the above embodiment and a dye-sensitized solar cell according to a comparative example will be described. In the following examples and comparative examples, the following conditions were all satisfied.
(1) The transparent electrode 1 was a PEN-ITO film (manufactured by Pexel Technologies) having a thickness of 188 μm.
(2) The oxide semiconductor film disposed on the transparent substrate is a low-temperature titanium oxide paste (PECC-C01-06, manufactured by Pexel Technologies, Inc.) having a particle diameter of 50 to 60 nm applied to the PEN-ITO film. It was set as the film | membrane with a thickness of 6 micrometers formed by bonding.
(3) The photosensitizing dye was N719 (Dyesol) which is a ruthenium metal complex dye. This was dissolved at a concentration of 0.3 m [mol / L] in a solution in which acetonitrile and t-butyl alcohol were mixed at a ratio of 1: 1 and used as a dye solution.
(4) The porous membrane was glass paper having a thickness of 30 μm (weighing 4 to 12 g / m 2 ).
(5) The conductive material was a single-walled carbon nanotube.
透明基板に配置した酸化物半導体膜を40℃に維持された色素溶液に90分間浸漬し、光触媒膜4を形成した。その後、上記第2の方法で電解質3を形成した。電解質3の形成には、第2の方法を使用した。この際、導電性電解液における導電性材料の割合は、1.0wt%とした。
The
本実施例1に係る色素増感太陽電池によると、電流密度が1.22mA/cm2、開放電圧が4.27V、フィルファクタが0.52、変換効率が2.68%となった。 According to the dye-sensitized solar cell of Example 1, the current density was 1.22 mA / cm 2 , the open-circuit voltage was 4.27 V, the fill factor was 0.52, and the conversion efficiency was 2.68%.
電解質3の形成には、第3の方法を使用した。本実施例2に係る色素増感太陽電池によると、電流密度が1.21mA/cm2、開放電圧が4.16V、フィルファクタが0.53、変換効率が2.65%となった。
The third method was used to form the
電解質3の形成には、第1の方法を使用した。本実施例3に係る色素増感太陽電池によると、電流密度が1.23mA/cm2、開放電圧が4.24V、フィルファクタが0.49、変換効率が2.59%となった。
The first method was used to form the
[比較例]
電解質の形成には、多孔質膜を使用せずに、電解液のみを使用した。なお、多孔質膜を使用しないことにより、透明電極1と対向電極2との間隔を、小さい状態で一定にすることが困難なので、60μmとした。本比較例に係る色素増感太陽電池によると、電流密度が0.99mA/cm2、開放電圧が4.19V、フィルファクタが0.42、変換効率が1.78%となった。
[Comparative example]
For the formation of the electrolyte, only the electrolytic solution was used without using the porous membrane. Since it is difficult to keep the distance between the transparent electrode 1 and the
このように、上記実施例および比較例に係る色素増感太陽電池を対比すると明らかであるが、上記実施例に係る色素増感太陽電池によると、電池性能を向上させることができた。 Thus, it is clear that the dye-sensitized solar cells according to the examples and comparative examples are compared. However, according to the dye-sensitized solar cell according to the examples, the battery performance can be improved.
ところで、上記実施の形態および実施例では、色素増感太陽電池の素子について説明したが、図2に示すような色素増感太陽電池のモジュールであってもよい。この色素増感太陽電池(モジュール)は、図2に示すように、上記実施の形態および実施例1で説明した色素増感太陽電池の素子を直列に接続し、各素子で透明基板11,21を共通させたものである。また、上記色素増感太陽電池は、各素子の間に配置されたインターコネクタ7と、透明基板11の一端側および透明基板21の他端側にそれぞれ配置された集電体8とが具備されている。上記インターコネクタ7は、一方の素子における透明導電膜12と他方の素子における透明導電膜22とを接続して、隣接する素子を直列に接続するものである。
By the way, in the said embodiment and Example, although the element of the dye-sensitized solar cell was demonstrated, the module of a dye-sensitized solar cell as shown in FIG. 2 may be sufficient. As shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cell (module) has the elements of the dye-sensitized solar cell described in the above embodiment and Example 1 connected in series, and
1 透明電極
2 対向電極
3 電解質
4 光触媒膜
5 封止部
31 導電層
32 隔離層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
上記電解質が、複数層の多孔質膜に電解液を含有させたものであり、
上記複数層が、導電性を有する導電層と、この導電層よりも導電性が低い隔離層とを有することを特徴とする色素増感太陽電池。 A dye-sensitized solar cell comprising a transparent electrode, a counter electrode having a substrate, an electrolyte disposed between both electrodes, and a photocatalytic film disposed between the electrodes and on the transparent electrode side,
The electrolyte is a multi-layer porous membrane containing an electrolytic solution,
The dye-sensitized solar cell, wherein the plurality of layers include a conductive layer having conductivity and an isolation layer having lower conductivity than the conductive layer.
上記隔離層が、多孔質膜に導電性材料を含有させないものであることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池。 The conductive layer is a porous film containing a conductive material,
The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the isolation layer does not contain a conductive material in the porous film.
透明電極に酸化物半導体膜を配置する工程と、
上記酸化物半導体膜に複数層の多孔質膜を配置する工程と、
上記多孔質膜に電解液および色素を含有させることで、色素が含有された電解質を形成する工程と、
上記透明電極の酸化物半導体膜および電解質側に対向電極を具備させる工程と、
上記電解質が含有する色素を酸化物半導体膜に吸着させることで、光触媒膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。 A method for producing a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3,
A step of disposing an oxide semiconductor film on the transparent electrode;
A step of disposing a plurality of porous films on the oxide semiconductor film;
A step of forming an electrolyte containing a dye by containing an electrolyte solution and a dye in the porous membrane; and
A step of providing a counter electrode on the oxide semiconductor film and electrolyte side of the transparent electrode;
A step of forming a photocatalytic film by adsorbing the dye contained in the electrolyte to the oxide semiconductor film;
A method for producing a dye-sensitized solar cell, comprising:
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CN106847513A (en) * | 2016-12-29 | 2017-06-13 | 陕西理工学院 | The preparation method of the sulfide nano-composite counter electrode based on porous C uS frameworks |
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- 2014-03-28 JP JP2014067314A patent/JP2015191984A/en active Pending
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