JP5189870B2 - 電解液及び色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Description
Kuang D. et.al.,J.AM.CHEM.SOC.128,7732−7733(2006)
図1は、第1実施形態に係る色素増感型太陽電池20を示す断面図である。色素増感型太陽電池20は、後述するように本発明の電解液Eを備える。
図2は、第2実施形態に係る色素増感型太陽電池を示す断面図である。なお、第1実施形態の太陽電池20と同一の構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
(i):半導体電極2の前駆体層(又は、焼成後の半導体電極2)の一部又は全部が剥離する現象、
(ii):多孔体層PSの前駆体層(又は焼成後の多孔体層PS)の一部又は全部が剥離する現象、
(iii):対極CEの前駆体層(又は焼成後の対極CE)の一部又は全部が剥離する現象。
図3は、第3実施形態に係る色素増感型太陽電池を示す断面図である。なお、第1及び第2実施形態の太陽電池と同一の構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
透明導電膜(TCO)付きガラス基板上に、酸化チタン(アナタース型)のナノ粒子(平均粒径20nm)と、有機系分散剤と有機系増粘剤とターピネオール(溶媒)からなる酸化チタンペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥した後、450〜550℃で加熱焼成を行った。さらにその上に酸化チタンの粗大粒子(平均粒径200〜400nm)からなる酸化チタンペーストを用いて、反射層として機能する酸化チタン層を積層して、加熱焼成を行った。上記酸化チタン膜つきTCO基板を典型的な赤色色素(N719)の色素溶液に浸漬することにより、酸化チタンナノ粒子上に色素を吸着させ、光電極を作製した。
実施例1〜6及び比較例1の電解液の粘度を、デジタル式超音波型粘度計(ビスコテック株式会社製)のセンサ部に電解液を滴下した後、数分静置してから測定した。測定は室温で行った。その結果、比較例1の電解液の粘度は13mPa・sであった。また、実施例1〜6の電解液の粘度は、それぞれ0.6、0.5、1.7、0.4、1.3、0.7mPa・sであった。
500Wのキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を使い、実施例1〜6及び比較例1の電解液を用いて作製した色素増感型太陽電池の電流(I)−電圧(V)特性(IV特性)を計測し、光電変換効率を測定した。図4は、各電解液の粘度に対して、この電解液を用いた色素増感型太陽電池の光電変換効率をプロットしたグラフである。この結果から、実施例1〜6の電解液は、比較例1の電解液に比較して粘度が下がるとともに、これらを用いた色素増感型太陽電池の光電変換効率が向上することが示された。
実施例1〜6及び比較例1の電解液を用いて作製した色素増感型太陽電池に500Wキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を使い、IV特性を計測し、光電流(短絡光電流)を測定した。図5は、各電解液の粘度に対して、この電解液を用いた色素増感型太陽電池の光電流をプロットしたグラフである。この結果から、実施例1〜6の電解液は、比較例1の電解液に比較して粘度が下がるとともに、これらを用いた色素増感型太陽電池の光電流が増大することが示された。
実施例1〜6及び比較例1の電解液を用いて作製した色素増感型太陽電池に500Wキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を使い、IV特性を計測し、開放端の光起電圧を測定した。図6は、各電解液の粘度に対して、この電解液を用いた色素増感型太陽電池の開放端の光起電圧をプロットしたグラフである。この結果、いずれの電解液を用いた色素増感型太陽電池においても良好な光起電圧が示された。
沃素と、PMIIと、N−メチル−ベンゾイミダゾールと、を均質に混合した電解液を作製した。以下、この電解液をグループIの電解液という。また、この電解液に粘度12.7、24.1、13.3、25.1、8.0mPa・sのイミダゾリウム塩を更に添加した電解液を作製した。以下、これらの電解液をグループIIの電解液という。さらに、比較例1の電解液に、アジポニトリル又はテトラエチレングリコールジメチルエーテルを、電解液全体を基準として30〜50wt%添加した電解液を作製した。以下、これらの電解液をグループIIIの電解液という。
沃素と、PMIIと、N−メチル−ベンゾイミダゾールと、を均質に混合した電解液を作製し、比較例2の電解液とした。また、比較例2の電解液に粘度13mPa・sのイミダゾリウム塩を更に添加した電解液を作製し、比較例3の電解液とした。さらに、比較例3の電解液に、電解液全体を基準としてトリエチレングリコールジメチルエーテルを40wt%添加した電解液を作製し、実施例7の電解液とした。
実施例2の電解液及び比較例1の電解液を用いて作製した色素増感型太陽電池に、60℃恒温下でキセノンランプによる連続光(1 sun)を照射し、加速耐久試験を行った。加速耐久試験の前後において、500Wのキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を用いて、色素増感型太陽電池のIV特性を計測し、光電変換効率を求めた。
比較例1の電解液に、大気圧下における沸点が204℃であるγ−ブチロラクトンを、電解液全体を基準として40wt%添加して、比較例4の電解液を作製した。続いて、実施例6の電解液、比較例1の電解液及び比較例4の電解液を用いて作製した色素増感型太陽電池に、85℃恒温下で暗所に放置する加速耐久試験を行った。加速耐久試験の前後において、500Wのキセノンランプを搭載したAM1.5Gソーラシミュレータ(WXS−85−H、ワコム電創社製)とIVテスター(IV−9701、ワコム電創社製)を用いて、色素増感型太陽電池のIV特性を計測し、光電変換効率を求めた。
た溝、10…光電極、20、30、40…色素増感型太陽電池、CE…対極、F1,F2,F3…受光面、F22…半導体電極2の裏面、PS…多孔体層、E…電解液。
Claims (7)
- 沃素と、沃素イオンを含むイオン性液体である沃素化合物とを含有する電解液において、
当該電解液の粘度を低下させる非イオン性の有機化合物を更に含有し、
前記沃素化合物とは別に、粘度5〜30mPa・sのイオン性液体を更に含有し、当該イオン性液体が、エチルメチルイミダゾリウム ビス(フルオロスルホニル)イミド、アリルメチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド又はエチルメチルイミダゾリウムテトラシアノボレートである、電解液。 - 前記有機化合物の大気圧下における沸点が220℃以上である、請求項1に記載の電解液。
- 前記有機化合物が、2官能ニトリル化合物、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル及びフタル酸エステルからなる群から選択される少なくとも1つの化合物である、請求項1又は2に記載の電解液。
- 前記有機化合物が、フタル酸エステルである、請求項3に記載の電解液。
- ベンゾイミダゾール環と、これに直接結合した、置換基を有していてもよい飽和炭化水素基と、を有するベンゾイミダゾール誘導体を更に含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電解液。
- グアニジン塩を更に含有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電解液。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の電解液を備える、色素増感型太陽電池。
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