JP4953615B2 - 色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法及び色素増感型太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
(実施例1〜6)
図1に示すガスフロースパッタ装置を用い、ターゲットとしてTiターゲットをセットし、真空チャンバーに基板としてフッ素ドープ酸化スズ(FTO)を被覆したガラスをセットして、荒引きポンプ(ロータリーポンプ+メカニカルブースターポンプ)で1×10-1Paまで排気した後、TiO2膜を成膜した。このときのスパッタ条件は、以下の通りである。また、各実施例の成膜条件を表1及び表2に示す。
<DCガスフロースパッタ条件>
・ターゲット寸法: 80mm×160mm×5mmt
・カソード形状: 平行平板(上記ターゲットを2枚平行に配置、距離30mm)
・スパッタ圧力: 0.01Torr〜1Torr
・スパッタ電力: 0〜5kW
・Arガス流量: 1〜10SLM
・O2ガス流量: 0〜250sccm
・基板温度: 基板加熱、冷却は行わず
・基板位置: 固定(カソード端部と基板間距離:50mm)
マグネトロンスパッタリング装置に4インチ円形金属チタンターゲットを取り付け、装置内の圧力を5mTorrに設定し、上記のFTO被覆ガラス(透明電極)上に酸化チタン膜を形成した。成膜条件を表1及び表2に示す。
有機色素溶液として、3×10-4mol/Lのシス-ジ(チオシアナト)-ビス(2,2'-ビピリジル-4-ジカルボキシレート-4'-テトラブチルアンモニウムカルボキシレート)ルテニルム(II)−エタノール溶液を調製し、この溶液に上記TiO2薄膜を形成した基板を室温で18時間浸漬して色素を吸着させて、金属酸化物半導体電極を得た。
上記金属酸化物半導体電極を一方の電極とし、対向電極としてフッ素でドープした酸化スズをコートし、更にその上に白金を担持した透明導電性ガラス板を用いた。二つの電極の間に電解質を入れ、側面を樹脂で封止した後、リード線を取り付けて、色素増感型太陽電池を作製した。なお、電解質としては、アセトニトリル溶媒に、ヨウ化リチウム 0.1mol/L、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウムアイオダイド 0.3mol/L、ヨウ素 0.05mol/L及びt-ブチルピリジン 0.5mol/Lとなうように溶解させた溶液を用いた。次に、得られた太陽電池に、ソーラーシミュレーターで100W/cm2の強度の光を照射し、電池性能を評価した。結果を表3に示す。
実施例1〜6で使用した基材をFTOガラスからITOフィルム(抵抗値:10Ω/□, 基材:PET、導電性薄膜:ITO)に代え、同様の成膜を試み、変換効率を測定した。成膜条件を表4に、変換効率の結果を表5に示す。なお、フィルム上への成膜であるため、成膜後の焼成処理は行わなかった。
比較例1〜2で使用した基材をFTOガラスから上記ITOフィルムに代え、同様の成膜を試み、変換効率を測定した。成膜条件を表4に、変換効率の結果を表5に示す。なお、フィルム上への成膜であるため、成膜後の焼成処理は行わなかった。
2 DC電源
3 アノード
4 カソード
5 ターゲット
6 透明電極
7 ホルダー
8 反応性ガスの導入口
P プラズマ
11A,11B 透明基材
12A,12B 透明導電性薄膜
13 触媒
14 半導体層
15 対向電極
16 半導体電極
17 電解質
Claims (23)
- ガスフロースパッタリング法により透明電極上に半導体層を配設し、該半導体層に有機色素を吸着させることを特徴とする色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 一種又は複数の金属又は金属化合物を同時にスパッタリングして、前記透明電極上に前記半導体層を配設したことを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記複数の金属又は金属化合物をスパッタリングするに際し、複数のカソードを用い同時に放電させて、前記透明電極上に前記半導体層を配設したことを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記複数の金属又は金属化合物をスパッタリングするに際し、複数のターゲットを一つのカソードに取り付け、放電時に該カソードにおいて同時に複数の金属をスパッタリングして前記透明電極上に前記半導体層を配設したことを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記複数の金属又は金属化合物をスパッタリングするに際し、複数のターゲットを一つのカソードに取り付け、放電時に該カソードにおいて同時に複数の金属をスパッタリングして前記透明電極上に前記半導体層を配設した後、該半導体層中の金属又は金属化合物の少なくとも1種を酸及び/又はアルカリで除去したことを特徴とする請求項4に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属が、Na,Mg,Al,Si,K,Ca,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Rb,Sr,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Rh,Ag,Cd,In,Sn,Sb,Cs,Ba,La,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Tl,Pb,Bi,Ce,Pr,Nd,Sm及びEuからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属が貴金属であることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記貴金属が、Ag,Pt及びAuからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項7に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属化合物が金属酸化物であることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属酸化物が、TiOx,CoOx,NiOx,CuOx,ZnOx,TaOx及びWOxからなる群から選択される少なくとも1種であり、前記xの値をスパッタリング時の酸素流量で制御したことを特徴とする請求項9に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属化合物が金属窒化物であることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属窒化物が、TiNx,CoNx,NiNx,CuNx,ZnNx,TaNx及びWNxからなる群から選択される少なくとも1種であり、前記xの値をスパッタリング時の窒素流量で制御したことを特徴とする請求項11に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属化合物が金属酸化窒化物であることを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記金属酸化窒化物が、TiOxNy,CoOxNy,NiOxNy,CuOxNy,ZnOxNy,TaOxNy及びWOxNyからなる群から選択される少なくとも1種であり、前記x及びyの値をスパッタリング時の酸素流量及び窒素流量で制御したことを特徴とする請求項13に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記ガスフロースパッタリングで用いたターゲット材の使用効率が80%以上であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記複数のターゲットを一つのカソードに取り付けるに際し、該ターゲットが二つの場合は、該ターゲットを対面させて配置し、前記ターゲットが三つ以上の場合は、該ターゲットを多面体状に配置したことを特徴とする請求項4又は5に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明電極が、透明基材と、該透明基材上に配設された透明導電性薄膜とからなることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明基材が、ガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)又はポリメチルメタクリレート(PMMA)であることを特徴とする請求項17に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明導電性薄膜が、ITO,FTO,ATO及びAZOからなる群から選択される少なくとも一種の金属酸化物からなることを特徴とする請求項17に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明電極が、前記透明導電性薄膜上に更にメッシュ状の金属補助電極を備えることを特徴とする請求項17に記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明電極が、透明基材と、透明導電性薄膜と、前記透明基材と前記透明導電性薄膜との間に配設されたメッシュ状の金属補助電極とを備えることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 前記透明電極が、透明基材と、金属酸化物薄膜及び金属薄膜の多層膜とからなることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の色素増感型太陽電池用半導体電極の製造方法。
- 色素増感型太陽電池用半導体電極と、対向電極と、電解質とを備えた色素増感型太陽電池の製造方法において、
前記色素増感型太陽電池用半導体電極を、請求項1〜22のいずれかに記載の方法により製造することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
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