JP5580356B2 - 電池用電極材料、電池用電極材料ペースト、及びそれを使った太陽電池、蓄電池及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
そして、酸化チタンからなる多孔質体における機械的強度と、密着性とを向上させるために、多孔質体に硬度の高い酸化物層を設けることがある。酸化チタン粉末を使った電極は一定の発電効率が得られることが報告されている(特開2011−154988号公報
:特許文献1)。
ところでシリコン系太陽電池などの一般的な太陽電池は太陽光の日照量によって発電効率が変化する。そのため、急な天候変化があった場合に発電量が急激に低下することになる。
このような問題に対応するために特開2009−135025号公報(特許文献2)では酸化チタン層の上に固体蓄電層を設けることが提案されている。しかしながら、単に固体蓄電層との2層化だけでは、発電効率や蓄電性能を向上させることは困難であった。
また、実施形態に係る電池用電極材料ペーストは、上記の電池用電極材料を含有することを特徴とするものである。
また、実施形態に係る太陽電池は、第1の基板と、前記第1の基板と対峙して設けられた第2の基板と、前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられた第1の電極と、前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられた第2の電極と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、前記封止部の内側に設けられた電解液と、を備える。
前記第2の電極は、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体と、前記基体に設けられ、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部と、前記担持部に担持された増感色素と、を有する。
また、実施形態に係る太陽電池の製造方法は、第1の基板と、前記第1の基板と対峙して設けられる第2の基板と、前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられる第1の電極と、前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられる第2の電極と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、前記封止部の内側に設けられる電解液と、を有する太陽電池の製造方法である。
また、前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に前記第2の電極を設ける工程を備えている。
そして、前記第2の電極を設ける工程において、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体を形成し、前記基体に金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部を形成し、前記担持部に増感色素を担持させる。
また、実施形態に係る蓄電池は、第1の基板と、前記第1の基板と対峙して設けられた第2の基板と、前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられた第1の電極と、前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられた第2の電極と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、前記封止部の内側に設けられた電解液と、を備えている。
そして、前記第2の電極は、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体と、前記基体に設けられ、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部と、を有する。
[第1の実施形態]
まず、電池用電極材料について説明する。
第1の実施形態に係る電池用電極材料は、酸化タングステン粉末または酸化タングステン複合材粉末に、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物、シリコン窒化物から選ばれる少なくとも1種以上を有する被膜部を具備したことを特徴とするものである。
酸化タングステンは三酸化タングステン(WO3)であることが好ましい。また、酸化タングステン複合材は、例えば、N、Ti、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Al、Ceなどの元素を0.01質量%〜2質量%程度含んだ酸化タングステンとすることができる。ただし、酸化タングステンに含まれる元素は、例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
また、酸化タングステン粉末または酸化タングステン複合材粉末はBET表面積が5m2/g以上であることが好ましい。BET表面積が5m2/g未満と小さいと酸化タングステン粉末と、増感色素または電解液との接触面積が低下するので発電効率や蓄電機能の向上が不十分となるおそれがある。そのため、BET比表面積は15m2/g以上が好ましい。なお、BET表面積の上限は特に限定されるものではないが、製造性を考慮すると150m2/g以下が望ましい。
また、被膜部は、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物、シリコン窒化物から選ばれる少なくとも1種以上を有するものである。金属酸化物または金属窒化物に用いる金属は、希土類元素、Ti、Zn、Sn、Zr、Mg、Al,Bi、Mn、Ta、Nbなどが挙げられる。また、被膜部は酸化タングステン粉末の表面の一部または全部に形成されていればよい。
被膜部を具備することにより、酸化タングステン粉末の酸素欠損の低減、電子の逆移送の低減、透明電極との密着性(ネッキング性)、色素の吸着性などを向上させることができる。また、前記被膜部は、Y2O3、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、MgO、Al2O3,CeO2、Tm2O3、Bi2O3、Mn3O4、Ta2O5、Nb2O5、La2O3、ITOからなる群より選ばれた少なくとも1種を具備することが好ましい。金属酸化物であると酸素欠損を低減する効果を得易い。
BET表面積5m2/g以上、さらには15m2/g以上の酸化タングステン粉末はプラズマ処理を利用した方法で製造されることが好ましい。プラズマ処理は、高温の燃焼炎を用いる方法であることから、得られる酸化タングステン粉末は部分的に酸素欠損の存在する酸化タングステン粉末が形成される場合がある。酸素欠損が存在すると、酸化タングステン粉末に不要なバンドギャップが形成され、その結果、電子の逆移送が発生し易くなる。電子の逆移送が起きると、電子を半導体層に貯め込むことができなくなるので蓄電効果が低下する。
そのため、プラズマ処理により得られた酸化タングステン粉末に、酸素含有雰囲気中300〜1000℃で熱処理し、酸素欠損の低減、粉末の均質化を行うことが好ましい。また、プラズマ処理に用いる燃焼炎は8000℃以上、さらには10000℃以上が好ましい。
また、前記被膜部の厚みが10nm以下であること、さらには2nm以下であることが好ましい。酸化タングステン粉末は、半導体層として電気を貯め込んだり、電気を流す役割を担う。前述のような金属酸化物またはシリコン酸化物を被膜部に使った場合、酸素欠損は低減できるが、あまり膜厚が厚くなると絶縁性が高くなり、酸化タングステン粉末から電子を取り出し難くなる。そのため、被膜部として金属酸化物またはシリコン酸化物を使う場合は、膜厚10nm以下、さらには2nm以下が好ましい。また、被膜部として、金属窒化物、シリコン窒化物などの酸化物以外を使用する場合も、電子の取り出しやすさを考慮すると膜厚は10nm以下、さらには2nm以下が好ましい。なお、膜厚の下限は特に限定されるものではないが、0.5nm以上が好ましい。
また、被膜部は、酸化タングステン粉末の表面の一部または全部に形成されていればよい。酸素欠損低減、電子の逆移送低減や色素の吸着性向上を得る場合、必ずしも酸化タングステン粉末の表面全体に形成されている必要はなく、表面の一部に形成されていればよい。
また、被膜部の形成方法は、酸化タングステン粉末に、ゾルゲル法、真空蒸着法やスパッタリング法などの物理気相成長法(PVD)、各種の化学的気相成長法(CVD)などの方法が挙げられる。例えば、ゾルゲル法を用いて、Y2O3被膜を形成する場合は、硝酸イットリウム水溶液に浸漬させて、酸化タングステン粉末表面に硝酸イットリウムを坦持させた後、熱処理して硝酸イットリウムを酸化イットリウム(Y2O3)に変換させる方法が挙げられる。また、スパッタリング法は、スパッタ雰囲気を酸素または窒素を含有することにより、それぞれ酸化膜や窒化膜を形成することができる。
また、後述するように、酸化タングステン粉末からなる半導体層を形成した後、ゾルゲル法を用いて被膜部を形成することもできる。
以上のような電池用電極材料は、発電効率または蓄電効果を有するので太陽電池用または蓄電池用の電極材料として有効である。
[第2の実施形態]
次に、電池用電極材料ペーストについて説明する。
第2の実施形態に係る電池用電極材料ペーストについて説明する。ペーストは、第1の実施形態の電池用電極材料、バインダ、溶媒を含有するものである。電池用電極材料、バインダおよび溶媒を合計して100wt%としたとき、電池用電極材料は5〜50wt%、バインダは3〜30wt%の範囲であることが好ましい。この範囲であると、ペーストの粘度(25℃)を800〜10000cpsの範囲に調製し易い。また、ペースト粘度が800〜10000cpsであると、印刷法などの塗布技術により半導体層を形成し易くなる。
また、バインダは500℃での熱分解率99.0%以上の有機バインダが好ましい。500℃以下の温度で熱分解できるとガラス基板等を傷めないようにできる。このようなバインダとしては、エチルセルロース、ポリエチレングリコールなどの有機バインダが挙げられる。また、溶媒は、アルコール、有機溶媒、純水などが挙げられる。この中ではアルコール系溶媒が好ましい。
混合工程は、バインダと溶媒を予め混合して攪拌工程を行う。次に電池用電極材料を投入して攪拌することが好ましい。電池用電極材料およびバインダを一度に溶媒に投入すると、凝集体の多いペーストになりやすい。
[第3の実施形態]
図1は、第3の実施形態に係る太陽電池(色素増感太陽電池)を例示するための模式断面図である。
図1に示すように、太陽電池1には、対電極部21、光電極部22、電解液7、封止部8が設けられている。
対電極部21には、第1の基板2、第1の電極3、第1の接合部9が設けられている。 光電極部22には、第2の基板4、透明電極5、第2の電極6、第2の接合部10が設けられている。
また、第2の基板4は透光性を有するものとされるが、第1の基板2は透光性、非透光性のどちらであってもよい。
そのため、第1の基板2は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属、樹脂、セラミックス、ガラスなどを用いて形成することができる。なお、第1の基板2は、第2の基板4と同じ透光性を有する材料を用いて形成することもできる。
第1の電極3は、導電性を有し、前述した耐熱性や耐薬品性などを有したものとすることができる。
また、透明電極5は透光性を有するものとされるが、第1の電極3は透光性、非透光性のどちらであってもよい。
そのため、第1の電極3は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属、カーボン、導電性ポリマー、ITO(Indium Tin Oxide)などを用いて形成することができる。なお、第1の電極3は、透明電極5と同じ透光性を有する材料を用いて形成することもできる。
第2の基板4は、透光性を有し、前述した耐熱性や耐薬品性などを有したものとすることができる。
第2の基板4は、例えば、ガラスなどを用いて形成することができる。
透明電極5は、膜状を呈し、第2の基板4の第1の基板2と対峙する側の主面に設けられている。
透明電極5は、透光性、導電性、耐熱性、耐薬品性などを有したものとすることができる。
透明電極5は、例えば、ITO、IZO(Indium Zinc Oxide)、FTO(Fluorine-doped Tin Oxide)、SnO2、InO3などを用いて形成することができる。
第2の電極6は、第2の基板4の中心側であって、透明電極5の上に設けられている。 図2は、第2の電極6を例示するための模式部分拡大図である。
図2に示すように、第2の電極6には、基体11、担持部12、増感色素13が設けられている。
基体11は、多孔質体となっており、複数の粒状部11aと、粒状部11aと粒状部11aとの間に設けられるネッキング部11bとを有している。
この場合、粒状部11a同士がネッキング部11bを介して接合されている。
粒状部11aの平均粒径(平均直径寸法)は、例えば、1〜100nm、好ましくは2〜30nm程度とすることができる。
この場合、増感色素13は、主に担持部12に担持される。また、坦持部12は、酸化タングステン粉末の表面に設けた被膜部であることが好ましい。被膜部を設けることにより、色素の吸着性(坦持性)を向上させることができる。
そのため、基体11の表面積が余り小さくなると発電効率が低下するおそれがある。
本発明者らの得た知見によれば、基体11の比表面積は5m2/gw以上,さらには15m2/gw以上とすることが好ましい。
また、粒状部11a同士がネッキング部11bを介して接合されているので、増感色素13からの電子の移動を円滑にすることができる。
また、酸化タングステン複合材は、例えば、N、Ti、Mn、Fe、Pd、Pt、Cu、Ag、Al、Ceなどの元素を0.01質量%〜2質量%程度含んだ酸化タングステンとすることができる。ただし、酸化タングステンに含まれる元素は、例示をしたものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
そこで、本実施の形態に係る太陽電池1においては、増感色素13を担持するための担持部12を設けるようにしている。
担持部12は、図2に例示をしたように、担持部12同士が離隔した状態(アイランド状)で設けることができるし、基体11の表面を覆うように膜状に設けることもできる。また、坦持部12は酸化タングステン粉末の表面の一部または全部に設けた被膜部であることが好ましい。予め酸化タングステン粉末に被覆部として設けておけば、個々の酸化タングステン粉末の色素の坦持性を向上させることができる。
また、製造の簡便性を考慮すると、酸化タングステン粉末または酸化タングステン複合材からなる基体11を設けた後、坦持部12となる被膜部を形成することが好ましい。
担持部12は、金属酸化物、シリコン酸化物(SiO2)、金属窒化物またはシリコン窒化物のいずれか1種を含むものとすることができる。
金属酸化物としては、例えば、Y2O3、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、MgO、Al2O3,CeO2、Bi2O3、Tm2O3、Mn3O4、Ta2O5、Nb2O5、La2O3、ITOなどを例示することができる。また、窒化物としては、これらの窒化物が例示できる。
この場合、担持部12は、これらの金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物またはシリコン窒化物を組み合わせたものを含むものとすることもできる。
本発明者らの得た知見によれば、担持部12の厚み寸法は、0.5nm以上、10nm以下とすることが好ましい。さらには2nm以下であることが好ましい。また、窒化物に関しても、電子の移動を考慮すると、厚み寸法は10nm以下が好ましい。
なお、図中の棒グラフは増感色素の担持量を表し、◆は短絡電流値を表している。
短絡電流とは、太陽電池1内を流れる電流である。そのため、短絡電流値が大きくなるほど発電効率が高いことになる。
図3に例示をしたものは、多孔質体である基体11が酸化タングステンから形成され、増感色素13がルテニウム(Ru)系色素であるN719の場合である。
また、サンプル番号No.1は担持部12が設けられていない場合、サンプル番号No.2はTiO2から形成された担持部12を設けた場合、サンプル番号No.3はY2O3から形成された担持部12を設けた場合である。
また、担持部12を設けることにより増感色素13の担持量を増加させることができるので、短絡電流値を増加させることができる。
すなわち、担持部12を設けるようにすれば太陽電池1の発電効率を向上させることができる。
増感色素13は、太陽電池1に要求される所望の光吸収帯、吸収スペクトルを有するものを適宜選択することができる。増感色素13は、例えば、ルテニウム系色素などの無機色素、クマリン系色素などの有機色素などとすることができる。
すなわち、封止部8は、第1の基板2、第2の基板4の周縁に沿って太陽電池1の内部を囲うように設けられ、第1の基板2側と第2の基板4側とを接合することで太陽電池1の内部を密閉する。
封止部8は、ガラス材料を含むものとすることができる。
封止部8は、例えば、粉末ガラス、アクリル樹脂などのバインダ、有機溶媒などを混合してペースト状にしたガラスフリットを用いて形成することができる。
粉末ガラスの材料としては、例えば、バナジン酸塩系ガラスや酸化ビスマス系ガラスなどを例示することができる。
例えば、第1の電極3が金属などから形成されている場合には第1の電極3が酸化するなどして抵抗値などが変動するおそれがある。
また、透明電極5がITOなどから形成されている場合には透明電極5が変質するなどして抵抗値などが変動するおそれがある。
また、封止部8と第1の電極3との間、封止部8と透明電極5との間における密着性、防湿性、接合強度などが低下するおそれもある。
第1の接合部9は、膜状を呈し、第1の電極3の封止部8の端面に対峙する位置に設けられている。
第2の接合部10は、膜状を呈し、透明電極5の封止部8の端面に対峙する位置に設けられている。
また、サンプル番号No.1、No.2、No.3の太陽電池(色素増感太陽電池)に関して、発電効率および蓄電機能を測定した。また、坦持部をAl2O3に変えた以外はNo.2と同じものをサンプル番号No.4、坦持部をMgOに変えた以外はNo.2と同じものをサンプル番号No.5として、同様の測定を行った。
発電効率の測定は、作製した色素増感太陽電池に1kW/m2の強度の光(AM1.5 ソーラーシュミュレーター)を照射して、光電変換効率を測定した。
また、蓄電機能は、この色素増感太陽電池を510Ωの抵抗と接続し、光照射時と光遮断時における電流の変化を測定した。光源には1kW/m2の強度の光(AM1.5 ソーラーシュミュレーター)を使用した。蓄電機能を確認するために、暗所で20秒静置して発電量がゼロになったことを確認後、光照射を20秒間行い、その後、光を遮断した。光照射時の最大電流値から、光遮断後,電流値が0mA/cm2となるまでの放電容量を求めた。その結果を表1に示す。
坦持部を設けたNo.2ないしNo.5は、坦持部を設けないNo.1よりも発電効率および蓄電機能が向上した。
図4は、第4の実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するためのフローチャートである。
図5は、第2の電極6の形成を例示するためのフローチャートである。
図4に示すように、対電極部21側においては、まず、第1の基板2の一方の主面に第1の電極3を形成する(ステップS1−1)。
例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法、各種の化学的気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、ゾルゲル法などを用いて第1の電極3を形成するようにすることができる。
例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長、各種の化学的気相成長法、ゾルゲル法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで所定の形状を有する第1の接合部9を形成するようにすることができる。
封止部8を形成する手順は、例えば、以下のようにすることができる。
まず、粉末ガラス、アクリル樹脂などのバインダ、有機溶媒などを混合してペースト状にしたガラスフリットをスクリーン印刷法やディスペンス法などを用いて第1の接合部9の上に塗布する。
次に、マッフル炉などを用いて塗布されたガラスフリットを焼成して封止部8を形成する。
次に、透明電極5の上に所定の形状を有する第2の接合部10を形成する(ステップS2−2)。
なお、透明電極5、第2の接合部10を形成する方法は、例えば、前述した第1の電極3、第1の接合部9を形成する方法と同様とすることができる。
図5に示すように第2の電極6を形成する手順は、例えば、以下のようにすることができる。
まず、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体11を以下のようにして形成する。
酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む粒子を含有するペーストを生成する(ステップS2−3−1)。
ペーストは、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む粒子、バインダ、溶媒を含有するものである。酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む粒子、バインダおよび溶媒を合計して100wt%としたとき、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む粒子は5〜50wt%、バインダは3〜30wt%の範囲であることが好ましい。この範囲であると、ペーストの粘度(25℃)を800〜10000cpsの範囲に調製し易い。また、ペースト粘度が800〜10000cpsであると、印刷法などの塗布技術により基体11を形成し易くなる。
また、バインダは500℃での熱分解率99.0%以上の有機バインダが好ましい。500℃以下の温度で熱分解できるとガラス基板等を傷めないようにできる。このようなバインダとしては、エチルセルロース、ポリエチレングリコールなどの有機バインダが挙げられる。また、溶媒は、アルコール、有機溶媒、純水などが挙げられる。また、有機溶媒としてはECビヒクル(日新化成製)が例示される。
例えば、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含み、平均粒径が30nm程度の粒子粉末(例えば、平均粒径が30nm程度の酸化タングステンのナノ粒子粉末)と、エチルセルロースなどのバインダと、有機溶媒などと、を混合してペーストを生成する。また、攪拌脱泡を5分以上、20分程度行うことでペーストを生成することができる。
すなわち、生成したペーストを第2の電極6を設ける領域に塗布する。
ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷法を用いて行うことができる。
この際、塗布されたペーストの厚み寸法が1μm以上、5〜150μm程度となるようにすることができる。前述のようにペースト粘度を調製しておけば、印刷工程および乾燥工程を繰り返し複数回行うことにより基体11の厚みを調製することができる。
この際、ペーストに含まれている粒子同士が融着することで、粒子同士がネッキング部11bを介して接合される。そして、多孔質体である基体11が形成される。
塗布されたペーストの焼成は、200〜500℃、例えば、マッフル炉において450℃で30分程度加熱することで行うことができる。焼成温度を500℃以下にできれば、第2の基板4などを傷めないで済む。また、昇温速度を100℃/h以上と早く上げることにより、バインダを一気に熱分解させると多孔質の基体11を効率的に得られる。
ここでは一例として、Y2O3からなる担持部12を形成する場合を例示する。
まず、基体11の表面に担持部12を付着させる(ステップS2−3−4a)。
例えば、基体11が形成された第2の基板4を硝酸イットリウム水溶液に浸漬させることで、基体11の表面にY2O3からなる担持部12を付着させる。
この場合、硝酸イットリウム水溶液の濃度は40mmol程度、硝酸イットリウム水溶液の温度は70℃程度、浸漬時間は1時間程度とすることができる。
前述したように、担持部12の厚み寸法が余り厚くなると、増感色素13から基体11への電子の移動が阻害されるおそれがある。
そのため、余分に付着した担持部12を除去することで、担持部12の厚み寸法が0.5nm以上、10nm以下となるようにする。
余分に付着した担持部12の除去は、例えば、担持部12が付着した第2の基板4を硝酸イットリウム水溶液から取り出し、エチルアルコールなどで洗浄することで行うことができる。
例えば、厚み寸法を調整した担持部12が付着した第2の基板4を窒素ガスなどを用いて乾燥し、付着した担持部12を焼成して基体11の表面に固定する。
付着した担持部12の焼成は、例えば、マッフル炉において450℃で30分程度加熱することで行うことができる。
以上のようにして、基体11の表面に担持部12を形成することができる。坦持部12を基体11表面に形成することにより、被膜部となる。ここで例示した坦持部12の形成方法は、酸化タングステン粉末を用いて基体11を形成した後、ゾルゲル法を用いて坦持部を形成するものである。本実施形態は、この方法に限らず、前述の第1の実施形態または第2の実施形態に示した電池用電極材料または電池用電極材料ペーストを使って、予め被膜部が形成された酸化タングステン粉末を用いてよい。
例えば、まず、エチルアルコールなどの溶媒に増感色素13を溶解させた溶液を生成する。次に、この溶液中に担持部12が形成された第2の基板4を浸漬することで、担持部12に増感色素13を担持する。
この場合、増感色素13は主に担持部12に担持されるが、一部の増感色素13は基体11の表面に担持される。
例えば、光電極部22側から封止部8に向けてレーザ光を照射することで封止部8を加熱して封止を行うようにすることができる。
例えば、第1の基板2、第1の電極3を貫通する図示しない孔を形成しておき、封止後にこの孔から電解液7を注入し、電解液7の注入後にこの孔を塞ぐようにする。
以上のようにして、太陽電池1を製造することができる。
また、封止を行った後に電解液7を注入する場合を例示したが、封止を行う前に封止部8の内側に電解液7を注入することもできる。
また、前述した各要素を形成する順番は適宜変更することができる。例えば、第2の電極6を形成した後に第2の接合部10を形成するなどしてもよい。
[第5の実施形態]
次に、第5の実施形態として、蓄電池に関する説明をする。
蓄電池は、電気を蓄える機能、つまりは蓄電機能を有するものである。基本構造は、図1に示された色素増感太陽電池と同じである。異なる点は、第2の電極6において増感色素13を使わないことである。第5の実施形態は、蓄電機能に特化した電池であるため、増感色素13は必要ない。また、増感色素13を必要としないため、太陽光も必要がないため、基板4は透明性は必要ない。
次に、増感色素13を使わない以外は、前記サンプルNo.1と同じものをサンプルNo.6、前記No.2と同じものをサンプルNo.7、前記No.3と同じものをサンプルNo.8、前記No.4と同じものをサンプルNo.9、前記No.5と同じものをサンプルNo.10に係る蓄電池とした。
各蓄電池に関して、蓄電性能を測定した。測定方法は外部電源を使用し、蓄電池に対し、0.74Vで640秒充電を行い、その後接続した510Ωの抵抗へ流れる電流値から蓄電容量を算出した。その結果を表2に示す。
担持部を設けることによって、蓄電機能の向上が見られた。これは酸化タングステン粉末間の導電性向上、膜密着力(ネッキング性)の向上あったためと思われる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
Claims (17)
- 酸化タングステン粉末または酸化タングステン複合材粉末に、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物、シリコン窒化物から選ばれる少なくとも1種以上を有する被膜部を具備し、
前記被膜部の厚みが10nm以下であることを特徴とする電池用電極材料。 - 前記酸化タングステン粉末または前記酸化タングステン複合材粉末はBET表面積が5m2/g以上であることを特徴とする請求項1記載の電池用電極材料。
- 前記被膜部は、Y2O3、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、MgO、Al2O3,CeO2、Tm2O3、Bi2O3、Mn3O4、Ta2O5、Nb2O5、La2O3、ITOからなる群より選ばれた少なくとも1種を具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電池用電極材料。
- 太陽電池用または蓄電池用に用いることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電池用電極材料。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電池用電極材料を含有することを特徴とする電池用電極材料ペースト。
- 500℃での熱分解率99.0%以上のバインダを含有することを特徴とする請求項5記載の電池用電極材料ペースト。
- 第1の基板と、
前記第1の基板と対峙して設けられた第2の基板と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられた第1の電極と、
前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられた第2の電極と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、
前記封止部の内側に設けられた電解液と、
を備え、
前記第2の電極は、
酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体と、
前記基体に設けられ、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部と、
前記担持部に担持された増感色素と、
を有する太陽電池。 - 前記基体の比表面積は、5m2/gw以上である請求項7記載の太陽電池。
- 前記基体は、複数の粒状部と、粒状部と粒状部との間に設けられるネッキング部と、を有する請求項7または8に記載の太陽電池。
- 前記担持部は、前記基体の表面に複数設けられ、前記複数の担持部同士が離隔している請求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記担持部は、前記基体の表面を覆う請求項7ないし請求項10のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記金属酸化物は、Y2O3、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2、MgO、Al2O3,CeO2、Tm2O3、Bi2O3、Mn3O4、Ta2O5、Nb2O5、La2O3、ITOからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む請求項7ないし請求項11のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 第1の基板と、
前記第1の基板と対峙して設けられる第2の基板と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられる第1の電極と、
前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられる第2の電極と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、
前記封止部の内側に設けられる電解液と、
を有する太陽電池の製造方法であって、
前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に前記第2の電極を設ける工程を備え、
前記第2の電極を設ける工程において、
酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体を形成し、
前記基体に金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部を形成し、
前記担持部に増感色素を担持させる太陽電池の製造方法。 - 前記基体の形成において、酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む粒子を含有するペーストを生成し、生成した前記ペーストを前記第2の電極を設ける領域に塗布し、塗布した前記ペーストを焼成することで前記粒子をネッキング部を介して接合する請求項13記載の太陽電池の製造方法。
- 前記担持部の形成において、前記基体に前記担持部を付着し、付着した前記担持部の厚み寸法を調整し、厚み寸法を調整した担持部を固定する請求項13または請求項14に記載の太陽電池の製造方法。
- 第1の基板と、
前記第1の基板と対峙して設けられた第2の基板と、
前記第1の基板の前記第2の基板と対峙する側に設けられた第1の電極と、
前記第2の基板の前記第1の基板と対峙する側に設けられた第2の電極と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、前記第1の基板の周縁部と前記第2の基板の周縁部とを封止する封止部と、
前記封止部の内側に設けられた電解液と、
を備え、
前記第2の電極は、
酸化タングステンまたは酸化タングステン複合材を含む基体と、
前記基体に設けられ、金属酸化物、シリコン酸化物、金属窒化物およびシリコン窒化物の少なくともいずれかを含み、厚み寸法が、0.5nm以上、10nm以下である担持部と、
を有する蓄電池。 - 前記基体の比表面積は、5m2/gw以上である請求項16記載の蓄電池。
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