JP2000315530A - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
光電変換素子及びその製造方法Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 照射される光エネルギーの吸収効率を上げる
ことにより、同じ強度の光照射下において光電変換効率
を向上させることのできる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 金属酸化物半導体電極とその表面に吸着
した色素と酸化還元対を有する電解液と対向電極とから
なる光電変換ユニットを複数重ね合わせた構造を有する
ことを特徴とする光電変換素子。
ことにより、同じ強度の光照射下において光電変換効率
を向上させることのできる光電変換素子を提供する。 【解決手段】 金属酸化物半導体電極とその表面に吸着
した色素と酸化還元対を有する電解液と対向電極とから
なる光電変換ユニットを複数重ね合わせた構造を有する
ことを特徴とする光電変換素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物半導体
電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有する電
解質と対向電極とからなる光電変換素子に関するもので
ある。
電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有する電
解質と対向電極とからなる光電変換素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池にはいくつかの種類があるが、
実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用し
たダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽
電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨
げる要因となっている。低コスト化の可能性から色素増
感型湿式太陽電池が古くから研究されているが、最近、
Graetzelらがシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する
ものを発表した（J. Am.Chem. Soc. 115(1993)6382）こ
とにより、実用化への期待が高まっている。色素増感型
湿式太陽電池の基本構造は、金属酸化物半導体電極とそ
の表面に吸着した色素と酸化還元対を有する電解質と対
向電極とからなる。Graetzelらは酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）等の金属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積
を大きくしたこと及び色素としてルテニウム錯体を単分
子妓着させたことにより光電変換効率を著しく向上させ
た。
実用化されているものはシリコン半導体の接合を利用し
たダイオード型のものがほとんどである。これらの太陽
電池は現状では製造コストが高く、このことが普及を妨
げる要因となっている。低コスト化の可能性から色素増
感型湿式太陽電池が古くから研究されているが、最近、
Graetzelらがシリコン太陽電池に匹敵する性能を有する
ものを発表した（J. Am.Chem. Soc. 115(1993)6382）こ
とにより、実用化への期待が高まっている。色素増感型
湿式太陽電池の基本構造は、金属酸化物半導体電極とそ
の表面に吸着した色素と酸化還元対を有する電解質と対
向電極とからなる。Graetzelらは酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ2）等の金属酸化物半導体電極を多孔質化して表面積
を大きくしたこと及び色素としてルテニウム錯体を単分
子妓着させたことにより光電変換効率を著しく向上させ
た。
【０００３】その後、さらに特性を向上させるべくいく
つかの提案がなされている、例えば、特開平９−２３７
６４１号公報では金属酸化物半導体として酸化ニオブ
（Ｎｂ 2Ｏ5）を用いることにより、開放電圧が大きくな
るとされている。また、特開平８−８１２２２号公報で
はＴｉＯ2電極膜の表面をエッチング処理することによ
り、格子欠陥や不純物が除去され、変換効率が向上する
とされている。
つかの提案がなされている、例えば、特開平９−２３７
６４１号公報では金属酸化物半導体として酸化ニオブ
（Ｎｂ 2Ｏ5）を用いることにより、開放電圧が大きくな
るとされている。また、特開平８−８１２２２号公報で
はＴｉＯ2電極膜の表面をエッチング処理することによ
り、格子欠陥や不純物が除去され、変換効率が向上する
とされている。
【０００４】しかし、色素増感型湿式太陽電池の光電変
換効率を向上させるためには、いかに照射される光を多
く吸収するかが最も重要となる。つまり、従来の色素増
感型湿式太陽電池においては、照射された光はほとんど
セル中を透過してしまい光電変換に利用されていない。
そのため、これまでに吸収波長域の広い増感色素の検討
が数多くなされている。しかしながら、必ずしも照射光
を十分に吸収し、光電変換するまでには至っていない。
換効率を向上させるためには、いかに照射される光を多
く吸収するかが最も重要となる。つまり、従来の色素増
感型湿式太陽電池においては、照射された光はほとんど
セル中を透過してしまい光電変換に利用されていない。
そのため、これまでに吸収波長域の広い増感色素の検討
が数多くなされている。しかしながら、必ずしも照射光
を十分に吸収し、光電変換するまでには至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
ような従来技術の問題点を解決し、照射される光エネル
ギーの吸収効率を上げることにより、同じ強度の光照射
下において光電変換効率を向上させることのできる光電
変換素子を提供することにある。
ような従来技術の問題点を解決し、照射される光エネル
ギーの吸収効率を上げることにより、同じ強度の光照射
下において光電変換効率を向上させることのできる光電
変換素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の金属酸化
物半導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を
有する電解質と対向電極とからなる光電変換ユニットを
ね合わせる、すなわち光を吸収する働きをする色素が吸
着された金属酸化物半導体層を素子内に複数設けること
で光の吸収量を上げることにより、光電変換効率が向上
することを見出し、本発明を完成するに至った。
解決するために鋭意検討を重ねた結果、従来の金属酸化
物半導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を
有する電解質と対向電極とからなる光電変換ユニットを
ね合わせる、すなわち光を吸収する働きをする色素が吸
着された金属酸化物半導体層を素子内に複数設けること
で光の吸収量を上げることにより、光電変換効率が向上
することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】すなわち、本発明によれば、金属酸化物半
導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有す
る電解液と対向電極とからなる光電変換ユニットを複数
重ね合わせた構造を有することを特徴とする光電変換素
子が提供される。また、本発明によれば、上記構成にお
いて、金属酸化物半導体電極が１枚の透明基板の両面に
形成されており、それぞれの電極面に対して対向電極が
配置されていることを特徴とする光電変換素子が提供さ
れる。また、本発明によれば、上記構成において、一つ
の金属酸化物半導体層の膜厚が２０μｍ以下であること
を特徴とする光電変換素子が提供される。さらに、本発
明によれば、上記構成において、各光電変換ユニットが
電気的に直列に接続されていることを特徴とする光電変
換素子が提供される。
導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有す
る電解液と対向電極とからなる光電変換ユニットを複数
重ね合わせた構造を有することを特徴とする光電変換素
子が提供される。また、本発明によれば、上記構成にお
いて、金属酸化物半導体電極が１枚の透明基板の両面に
形成されており、それぞれの電極面に対して対向電極が
配置されていることを特徴とする光電変換素子が提供さ
れる。また、本発明によれば、上記構成において、一つ
の金属酸化物半導体層の膜厚が２０μｍ以下であること
を特徴とする光電変換素子が提供される。さらに、本発
明によれば、上記構成において、各光電変換ユニットが
電気的に直列に接続されていることを特徴とする光電変
換素子が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による光電変換素子
の構成を、図を用いて説明するが、本発明の実施の形態
はこれらに限定されるものではない。
の構成を、図を用いて説明するが、本発明の実施の形態
はこれらに限定されるものではない。
【０００９】まず、図１に従来の色素増感型湿式太陽電
池の代表的な構成例を示す。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極である。光は
図の上方から入射する。
池の代表的な構成例を示す。１はガラス等の透明基板、
２はＩＴＯ、ＳｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透
明導電膜、３は多孔質金属酸化物半導体層、４はルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５はＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還元対を有
する電解液、６はＰｔ等からなる対向電極である。光は
図の上方から入射する。
【００１０】次に、本発明の実施形態の一例を図２に基
づいて説明する。図２において１ａ、１ｂ、１ｃはガラ
ス等の透明基板、２ａ、２ｂ、２ｃはＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導電膜、３ａ、
３ｂは多孔質金属酸化物半導体層、４ａ、４ｂはルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５ａ、５ｂはＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還
元対を有する電解液、６ｂ、６ｃはＰｔ等からなる対向
電極である。光は図の上方から入射する。
づいて説明する。図２において１ａ、１ｂ、１ｃはガラ
ス等の透明基板、２ａ、２ｂ、２ｃはＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導電膜、３ａ、
３ｂは多孔質金属酸化物半導体層、４ａ、４ｂはルテニ
ウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フタロシア
ニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシン等の色
素、５ａ、５ｂはＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等の酸化還
元対を有する電解液、６ｂ、６ｃはＰｔ等からなる対向
電極である。光は図の上方から入射する。
【００１１】本構成例は従来のセル構成を二つ重ね、な
おかつ上下のセルの電気的導通をとり、２ａ、２ｃを電
流を取り出す電極とする１つの積層セルとなっている。
したがって本素子構成において得られる光起電力は従来
の素子構成の約２倍となる。また、入射した光が増感色
素４ａで吸収されず、透過する光についても、下部の増
感色素４ｂにおいて吸収されるため、発生電流も従来に
比べて増大し、光電変換効率も向上する。なお、４ａ及
び４ｂの色素は同じものを使用してもよいし、それぞれ
別の色素を使用することもできる。特に、それぞれの吸
収波長領域が異なる色素を使用する場合、上部の増感色
素４ａで吸収できなかった光を下部の増感色素４ｂで吸
収できるので、入射光を有効に利用することが出来る。
具体的には、ルテニウムビピリジル錯体とフタロシアニ
ンあるいはクロロフィルの組み合わせ等が有効である。
おかつ上下のセルの電気的導通をとり、２ａ、２ｃを電
流を取り出す電極とする１つの積層セルとなっている。
したがって本素子構成において得られる光起電力は従来
の素子構成の約２倍となる。また、入射した光が増感色
素４ａで吸収されず、透過する光についても、下部の増
感色素４ｂにおいて吸収されるため、発生電流も従来に
比べて増大し、光電変換効率も向上する。なお、４ａ及
び４ｂの色素は同じものを使用してもよいし、それぞれ
別の色素を使用することもできる。特に、それぞれの吸
収波長領域が異なる色素を使用する場合、上部の増感色
素４ａで吸収できなかった光を下部の増感色素４ｂで吸
収できるので、入射光を有効に利用することが出来る。
具体的には、ルテニウムビピリジル錯体とフタロシアニ
ンあるいはクロロフィルの組み合わせ等が有効である。
【００１２】また、本発明の別の実施形態の一例を図３
に基づいて以下に説明する。１ａ、１ｂ、１ｃはガラス
等の透明基板、２ａ、２ｂ、２ｂ’、２ｃはＩＴＯ、Ｓ
ｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導電膜、３
ｂ、３ｂ’は多孔質金属酸化物半導体層、４ｂ、４ｂ’
はルテニウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フ
タロシアニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシ
ン等の色素、５ａ、５ｂはＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等
の酸化還元対を有する電解液、６ａ、６ｃはＰｔ等から
なる対向電極である。光は図の上方から入射する。
に基づいて以下に説明する。１ａ、１ｂ、１ｃはガラス
等の透明基板、２ａ、２ｂ、２ｂ’、２ｃはＩＴＯ、Ｓ
ｎＯ2：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ等からなる透明導電膜、３
ｂ、３ｂ’は多孔質金属酸化物半導体層、４ｂ、４ｂ’
はルテニウムビピリジル錯体、亜鉛ポルフィリン、銅フ
タロシアニン、クロロフィル、ローズベンガル、エオシ
ン等の色素、５ａ、５ｂはＩ-／Ｉ3 -、Ｂｒ-／Ｂｒ3 -等
の酸化還元対を有する電解液、６ａ、６ｃはＰｔ等から
なる対向電極である。光は図の上方から入射する。
【００１３】本構成例は図２に示す構成に対して二つの
透明導電膜２ａ、２ｂ間の構成順序が逆転したものであ
り、なおかつ透明導電膜２ａと２ｂ’の間の電気的導通
をとり、２ｂ、２ｃを電流を取り出す電極とする１つの
素子となっている。したがって本素子構成において得ら
れる光起電力は従来の素子構成の約２倍となる。また、
入射した光が増感色素４ｂで吸収されず、透過する光に
ついても、下部の増感色素４ｂ’において吸収されるた
め、発生電流も従来に比べて増大し、光電変換効率も向
上する。
透明導電膜２ａ、２ｂ間の構成順序が逆転したものであ
り、なおかつ透明導電膜２ａと２ｂ’の間の電気的導通
をとり、２ｂ、２ｃを電流を取り出す電極とする１つの
素子となっている。したがって本素子構成において得ら
れる光起電力は従来の素子構成の約２倍となる。また、
入射した光が増感色素４ｂで吸収されず、透過する光に
ついても、下部の増感色素４ｂ’において吸収されるた
め、発生電流も従来に比べて増大し、光電変換効率も向
上する。
【００１４】また、本素子構成においては図２に示す構
成に比べて、その製造過程において上部基板１ａと下部
基板１ｃ、及びその上に形成する透明導電膜２ａ、２
ｃ、対極６ａ、６ｃは同一プロセスで製造可能であり、
また中央基板１ｂに形成する金属酸化物半導体層、及び
色素の吸着も表裏同一であるため、特に浸漬法などを利
用すれば容易に作製可能であるため、低コストで製造可
能な素子構成となる。
成に比べて、その製造過程において上部基板１ａと下部
基板１ｃ、及びその上に形成する透明導電膜２ａ、２
ｃ、対極６ａ、６ｃは同一プロセスで製造可能であり、
また中央基板１ｂに形成する金属酸化物半導体層、及び
色素の吸着も表裏同一であるため、特に浸漬法などを利
用すれば容易に作製可能であるため、低コストで製造可
能な素子構成となる。
【００１５】次に、上記太陽電池の製造方法の一例を図
３の構成について説明する。まず、ガラス基板１ａ、１
ｂ、１ｃ上にスパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法
等により例えばＳｎＯ2：Ｆ膜２を片面に形成したもの
を２枚、両面に形成したものを１枚用意する。Ｓｎ
Ｏ2：Ｆ膜は集電体として機能するためシート抵抗が５
０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下とするのが望
ましい。基体には、加熱焼成温度に耐えうるセラミック
ス、ガラス、耐熱性のプラスチックなどが適用できる。
特に半導体電極を作製する際には金属あるいはＩＴＯや
ＳｎＯ2等の透明電極が適用できる。これらの内、透明
導電膜を両面に形成したものについては前述の多孔質金
属酸化物半導体薄膜３ｂ、３ｂ’を形成した後、増感色
素、例えばルテニウムビピリジル錯体を吸着させる。金
属酸化物半導体層の膜厚は１〜２０μｍ程度が好まし
い。これは金属酸化物半導体層の膜厚を必要以上に厚く
しても得られる電流に限りがある一方で、光の透過率が
減少し、第２の金属酸化物半導体層に到達する光が減少
するからである。
３の構成について説明する。まず、ガラス基板１ａ、１
ｂ、１ｃ上にスパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法
等により例えばＳｎＯ2：Ｆ膜２を片面に形成したもの
を２枚、両面に形成したものを１枚用意する。Ｓｎ
Ｏ2：Ｆ膜は集電体として機能するためシート抵抗が５
０Ω／□以下、好ましくは１０Ω／□以下とするのが望
ましい。基体には、加熱焼成温度に耐えうるセラミック
ス、ガラス、耐熱性のプラスチックなどが適用できる。
特に半導体電極を作製する際には金属あるいはＩＴＯや
ＳｎＯ2等の透明電極が適用できる。これらの内、透明
導電膜を両面に形成したものについては前述の多孔質金
属酸化物半導体薄膜３ｂ、３ｂ’を形成した後、増感色
素、例えばルテニウムビピリジル錯体を吸着させる。金
属酸化物半導体層の膜厚は１〜２０μｍ程度が好まし
い。これは金属酸化物半導体層の膜厚を必要以上に厚く
しても得られる電流に限りがある一方で、光の透過率が
減少し、第２の金属酸化物半導体層に到達する光が減少
するからである。
【００１６】基体に金属酸化物半導体層を形成する塗布
液を塗布するためには、例えば、ディッピング、スピン
コート、スプレー塗布等の公知の方法が利用できる。塗
布液には基体に対する成膜性を上げるために界面活性剤
を加えることができる。また、エチレングリコール等の
グリコール類や水溶性高分子などを添加して塗布液の粘
性を制御することもできる。
液を塗布するためには、例えば、ディッピング、スピン
コート、スプレー塗布等の公知の方法が利用できる。塗
布液には基体に対する成膜性を上げるために界面活性剤
を加えることができる。また、エチレングリコール等の
グリコール類や水溶性高分子などを添加して塗布液の粘
性を制御することもできる。
【００１７】金属酸化物半導体層に色素を吸着させるに
は金属酸化物半導体電極を、水、アルコール、トルエン
等の溶媒に該色素を溶かした溶液中に浸漬すればよい。
色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スル
ホン基等の官能基を有すると、金属酸化物表面に該色素
が化学的に固定されるため好ましい。代表的なものとし
て［ルテニウム（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−
ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］で表されるルテ
ニウム錯体がある。前記の片面にＳｎＯ2：Ｆ膜を形成
した基板上にはスパッタリング法、蒸着法、電気化学的
方法等により例えばＰｔ（微粒子）層６ａ、６ｃを形成
する。その膜厚は１〜５０ｎｍ程度が好ましい。
は金属酸化物半導体電極を、水、アルコール、トルエン
等の溶媒に該色素を溶かした溶液中に浸漬すればよい。
色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシル基、スル
ホン基等の官能基を有すると、金属酸化物表面に該色素
が化学的に固定されるため好ましい。代表的なものとし
て［ルテニウム（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−
ビピリジン）2（イソチオシアナト）2］で表されるルテ
ニウム錯体がある。前記の片面にＳｎＯ2：Ｆ膜を形成
した基板上にはスパッタリング法、蒸着法、電気化学的
方法等により例えばＰｔ（微粒子）層６ａ、６ｃを形成
する。その膜厚は１〜５０ｎｍ程度が好ましい。
【００１８】上記のように形成された３枚の基板をスペ
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばＩ-／Ｉ3 -酸化
還元対を有する電解質溶液５を注入し、シール剤で封止
する。電解質溶液としてはエチレンカーボネートとアセ
トニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアンモ
ニウムアイオダイドを加えたもの等が好適に使用でき
る。最後に透明導電膜２ａと２ｂ’の間の電気的導通を
とる。このようにして形成された素子には紫外線を吸収
する部材として、例えばＣｅＯ2等を含む鉛ガラス（市
販のＬ−４０、Ｌ−４２等のシャープカットフィルター
を用いてもよい）を光の入射側に貼り合わせてもよい。
ーサーを介して重ね合わせた後、例えばＩ-／Ｉ3 -酸化
還元対を有する電解質溶液５を注入し、シール剤で封止
する。電解質溶液としてはエチレンカーボネートとアセ
トニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプロピルアンモ
ニウムアイオダイドを加えたもの等が好適に使用でき
る。最後に透明導電膜２ａと２ｂ’の間の電気的導通を
とる。このようにして形成された素子には紫外線を吸収
する部材として、例えばＣｅＯ2等を含む鉛ガラス（市
販のＬ−４０、Ｌ−４２等のシャープカットフィルター
を用いてもよい）を光の入射側に貼り合わせてもよい。
【００１９】実施例１（図２の素子構成） ガラス基板３枚のうち、２枚については片面、１枚につ
いては両面にゾルゲル法によりＳｎＯ2：Ｆ膜２をシー
ト抵抗が１０Ω／□となるように形成した。両面に形成
した基板については表裏の導通をとった。このうち基板
１ｂ、１ｃについては真空蒸着法によりＰｔ膜を膜厚２
０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸化チタン粉末
（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタンゾル１０ｍ
ｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チ
タン粉末の凝集を解くようにして混合し、塗布液を調製
した。この塗布液を上記ガラス基板１ａ、１ｂ上に塗布
し、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼
成し膜厚約１０μｍの多孔質酸化チタン半導体電極を得
た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールし、光
電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似太陽光
照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）における光
電変換効率は７．５％であった。
いては両面にゾルゲル法によりＳｎＯ2：Ｆ膜２をシー
ト抵抗が１０Ω／□となるように形成した。両面に形成
した基板については表裏の導通をとった。このうち基板
１ｂ、１ｃについては真空蒸着法によりＰｔ膜を膜厚２
０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸化チタン粉末
（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタンゾル１０ｍ
ｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、乳鉢で酸化チ
タン粉末の凝集を解くようにして混合し、塗布液を調製
した。この塗布液を上記ガラス基板１ａ、１ｂ上に塗布
し、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼
成し膜厚約１０μｍの多孔質酸化チタン半導体電極を得
た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジン）2
（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールし、光
電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似太陽光
照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）における光
電変換効率は７．５％であった。
【００２０】実施例２（図３の素子構成） ガラス基板３枚のうち、２枚については片面、１枚につ
いては両面にゾルゲル法によりＳｎＯ2：Ｆ膜２をシー
ト抵抗が１０Ω／□となるように形成した。このうち基
板１ａ、１ｃについては真空蒸着法によりＰｔ膜を膜厚
２０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸化チタン粉
末（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタンゾル１０
ｍｌとアセチルアセトン０・２ｍｌを加え、乳鉢で酸化
チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、塗布液を調
製した。この塗布液を上記ガラス基板１ｂの両面に塗布
し、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼
成し、膜厚約１０μｍの多孔質酸化チタン半導体電極を
得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ２，２’−ビピリジン）
2（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールし、光
電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似太陽光
照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）における光
電変換効率は７．８％であった。
いては両面にゾルゲル法によりＳｎＯ2：Ｆ膜２をシー
ト抵抗が１０Ω／□となるように形成した。このうち基
板１ａ、１ｃについては真空蒸着法によりＰｔ膜を膜厚
２０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸化チタン粉
末（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタンゾル１０
ｍｌとアセチルアセトン０・２ｍｌを加え、乳鉢で酸化
チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、塗布液を調
製した。この塗布液を上記ガラス基板１ｂの両面に塗布
し、３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０分間加熱焼
成し、膜厚約１０μｍの多孔質酸化チタン半導体電極を
得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニウム
（４，４’−ジカルボキシ２，２’−ビピリジン）
2（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯体の
エタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉＯ2
電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの両基
板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介して、
約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカーボ
ネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテトラプ
ロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元電解
質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシールし、光
電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似太陽光
照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）における光
電変換効率は７．８％であった。
【００２１】比較例１（図１の素子構成） ガラス基板２枚のそれぞれの片面にゾルゲル法によりＳ
ｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるように
形成した。このうち１枚については真空蒸着法によりＰ
ｔ膜を膜厚２０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸
化チタン粉末（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタ
ンゾル１０ｍｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、
乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、
塗布液を調製した。この塗布液をもう一方の上記ガラス
基板上に塗布し３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０
分間加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電
極を得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニ
ウム（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジ
ン）2（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯
体のエタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉ
Ｏ2電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの
両基板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介し
て、約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカ
ーボネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテト
ラプロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元
電解質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシール
し、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似
太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）にお
ける光電変換効率は６．９％であった。
ｎＯ2：Ｆ膜２をシート抵抗が１０Ω／□となるように
形成した。このうち１枚については真空蒸着法によりＰ
ｔ膜を膜厚２０ｎｍに堆積した。また、アナターゼ型酸
化チタン粉末（石原テクノ社製）３ｇに上記過酸化チタ
ンゾル１０ｍｌとアセチルアセトン０．２ｍｌを加え、
乳鉢で酸化チタン粉末の凝集を解くようにして混合し、
塗布液を調製した。この塗布液をもう一方の上記ガラス
基板上に塗布し３０分間自然乾燥の後、４５０℃で３０
分間加熱焼成し、膜厚約１０μｍの酸化チタン半導体電
極を得た。この多孔質酸化チタン半導体電極を［ルテニ
ウム（４，４’−ジカルボキシ−２，２’−ビピリジ
ン）2（イソチオシアナト）2］で表されるルテニウム錯
体のエタノール溶液中に浸漬し、１０分間還流してＴｉ
Ｏ2電極表面にルテニウム錯体を吸着させた。これらの
両基板をビーズ又はロッド状の絶縁性スペーサーを介し
て、約１０μｍの間隙を保って重ね合わせ、エチレンカ
ーボネートとアセトニトリルの混合溶媒にヨウ素とテト
ラプロピルアンモニウムアイオダイドを加えた酸化還元
電解質溶液を注入した後、エポキシ系接着剤でシール
し、光電変換素子を作製した。この光電変換素子の疑似
太陽光照射下（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）にお
ける光電変換効率は６．９％であった。
【００２２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、金属酸化物半
導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有す
る電解液と対向電極とからなる光電変換素子ユニットを
複数重ねることにより素子を構成したので、光の吸収量
が増え、光電変換効率が向上する。請求項２の発明によ
れば、透明基板の両面に透明導電膜および表面に色素を
吸着した金属酸化物半導体層を形成する構成にすること
により、単に二つの光電変換素子ユニットを重ね合わせ
る場合に比べ、基板枚数を一枚減らすことができるの
で、薄型、軽量化できる。請求項３の発明によれば、一
つの金属酸化物半導体層の膜厚を２０μｍ以下にするこ
とにより、複数の色素吸着した金属酸化半導体電極層の
光吸収のバランスが良くなるので、光電変換効率がより
一層向上する。請求項４の発明によれば、複数ユニット
の金属酸化物半導体電極と対極が電気的にそれぞれ直列
に接続されているため、低コストで製造可能な素子構成
となる。
導体電極とその表面に吸着した色素と酸化還元対を有す
る電解液と対向電極とからなる光電変換素子ユニットを
複数重ねることにより素子を構成したので、光の吸収量
が増え、光電変換効率が向上する。請求項２の発明によ
れば、透明基板の両面に透明導電膜および表面に色素を
吸着した金属酸化物半導体層を形成する構成にすること
により、単に二つの光電変換素子ユニットを重ね合わせ
る場合に比べ、基板枚数を一枚減らすことができるの
で、薄型、軽量化できる。請求項３の発明によれば、一
つの金属酸化物半導体層の膜厚を２０μｍ以下にするこ
とにより、複数の色素吸着した金属酸化半導体電極層の
光吸収のバランスが良くなるので、光電変換効率がより
一層向上する。請求項４の発明によれば、複数ユニット
の金属酸化物半導体電極と対極が電気的にそれぞれ直列
に接続されているため、低コストで製造可能な素子構成
となる。
【図１】従来の光電変換素子の一例を模式的に示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明による光電変換素子の一例を模式的に示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】本発明による光電変換素子の別の一例を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
１ａ、１ｂ、１ｃ 透明基板 ２ａ、２ｂ、２ｂ’、２ｃ 透明導電膜 ３ａ、３ｂ、３ｂ’ 金属酸化物半導体層 ４ａ、４ｂ、４ｂ’ 増感色素 ５ 酸化還元対を有する電解液 ６ａ、６ｂ、６ｃ 対向電極
Claims (4)
- 【請求項１】 金属酸化物半導体電極とその表面に吸着
した色素と酸化還元対を有する電解液と対向電極とから
なる光電変換ユニットを複数重ね合わせた構造を有する
ことを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 金属酸化物半導体電極が１枚の透明基板
の両面に形成されており、それぞれの電極面に対して対
向電極が配置されていることを特徴とする請求項１に記
載の光電変換素子。 - 【請求項３】 一つの金属酸化物半導体層の膜厚が２０
μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の光電変換素子。 - 【請求項４】 各光電変換ユニットが電気的に直列に接
続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12454699A JP4155431B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 光電変換素子 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000315530A true JP2000315530A (ja) | 2000-11-14 |
| JP4155431B2 JP4155431B2 (ja) | 2008-09-24 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12454699A Expired - Fee Related JP4155431B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 光電変換素子 |
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|---|---|
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002075479A (ja) * | 2000-09-05 | 2002-03-15 | Hiroshi Komiyama | 色素増感型太陽電池 |
| JP2005191137A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Kyocera Corp | 積層型光電変換装置 |
| JP2006244954A (ja) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Fujimori Kogyo Co Ltd | 色素増感型太陽電池セルの配線接続構造および色素増感型太陽電池モジュール |
| JP2007172917A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Fujikura Ltd | 光電変換素子 |
| WO2009105743A3 (en) * | 2008-02-21 | 2009-12-03 | Sunlight Photonics Inc. | Method and appartus for manufacturing multi-layered electro-optic devices |
| US8187906B2 (en) | 2008-02-28 | 2012-05-29 | Sunlight Photonics Inc. | Method for fabricating composite substances for thin film electro-optical devices |
| RU2545352C1 (ru) * | 2013-12-17 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Элемент фотопреобразователя |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11273753A (ja) * | 1998-03-25 | 1999-10-08 | Sekisui Chem Co Ltd | 色素増感型光電池 |
| JP2000090989A (ja) * | 1998-09-16 | 2000-03-31 | Toshiba Corp | 色素増感型光化学電池 |
| JP2000200627A (ja) * | 1999-01-06 | 2000-07-18 | Nikon Corp | 色素増感型太陽電池及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP12454699A patent/JP4155431B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11273753A (ja) * | 1998-03-25 | 1999-10-08 | Sekisui Chem Co Ltd | 色素増感型光電池 |
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| JP2000200627A (ja) * | 1999-01-06 | 2000-07-18 | Nikon Corp | 色素増感型太陽電池及びその製造方法 |
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| US8187906B2 (en) | 2008-02-28 | 2012-05-29 | Sunlight Photonics Inc. | Method for fabricating composite substances for thin film electro-optical devices |
| RU2545352C1 (ru) * | 2013-12-17 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" | Элемент фотопреобразователя |
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