JPH11250944A - 湿式太陽電池 - Google Patents

湿式太陽電池

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JPH11250944A
JPH11250944A JP10045464A JP4546498A JPH11250944A JP H11250944 A JPH11250944 A JP H11250944A JP 10045464 A JP10045464 A JP 10045464A JP 4546498 A JP4546498 A JP 4546498A JP H11250944 A JPH11250944 A JP H11250944A
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JP
Japan
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solar cell
film
substrate
wet
transparent
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Pending
Application number
JP10045464A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyoaki Shinohara
清晃 篠原
Hitoshi Ishizawa
均 石沢
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20Light-sensitive devices
    • H01G9/2027Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で、簡単な構成により外因による電流の
低下を防止することが可能な湿式太陽電池を提供する。 【解決手段】一方の面に透明導電膜が形成された透明基
板と、該透明基板と対極をなす色素を担持させた半導体
電極が形成された導電性基板との間に電解質を有し、光
電変換によって前記透明導電膜と前記導電性基板との間
に電気エネルギーを発生する湿式太陽電池において、前
記透明基板の他方の面に光触媒膜を形成したことを特徴
とする湿式太陽電池

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光エネルギーを電気
エネルギーに直接変換する湿式太陽電池に関する。
【0002】
【従来技術】従来、光エネルギーを電気エネルギーに直
接変換する方法としては、シリコン半導体や色素を用い
た光化学電池が知られている。その中でも半導体シリコ
ンのpn接合を用いた太陽電池はよく知られており、す
でに微弱電力消費の分野や独立電源さらには宇宙用電源
として利用されている。しかしながら、シリコン太陽電
池は理論効率が低く、しかも必ず変換効率が劣化すると
いう問題がある。また、シリコン単結晶はもちろんアモ
ルファスシリコンも製造するにあっては多大なエネルギ
ーを必要とするので、電池を作るのに費やしたエネルギ
ーを回収するには、数十年という長期間にわたって発電
を続ける必要がある。
【0003】また、古くから半導体電極を色素増感した
光化学電池について研究されてきたが、最近半導体電極
の表面積を大きくして多量の色素を吸着させ、利用効率
を飛躍的に高くすることができるようになった。図2は
従来の湿式太陽電池の概略断面図である。この太陽電池
は、透明基板の一方の面に形成された透明導電膜と、導
電基板の一方の面に形成された色素増感半導体電極とを
内側にした状態で、スペーサを介して接合してなり、ス
ペーサによって形成された空隙にはヨウ素電解溶液が封
入されている。
【0004】このような太陽電池の設置場所は、その用
途から屋外に設置される可能性が高い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、湿式太
陽電池を屋外に設置すると、風雨や空気中に含まれる油
などによりガラスの表面が汚れその結果光の透過性が減
少し、電流が低下してしまう。これを防ぐためには定期
的にガラスを拭く等のメンテナンスが必要となるが設置
場所やその労力を考えると、このような作業は危険であ
り、非常に大変である。
【0006】また、湿式太陽電池にワイパ−等を装着す
ることも可能であるが、装置が大きくなる、及びコスト
が高くなるという不利益がある。そこで、本発明は、こ
のような問題点に鑑みて、安価で、簡単な構成により外
因による電流の低下を防止することが可能な湿式太陽電
池を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意研究の結
果、セルフクリーニング機能を有する光触媒に着目し
て、本発明をするに至った。本発明は第一に「一方の面
に透明導電膜が形成された透明基板と、該透明基板と対
極をなす色素を担持させた半導体電極が形成された導電
性基板との間に電解質を有し、光電変換によって前記透
明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギーを発
生する湿式太陽電池において、前記透明基板の他方の面
に光触媒膜を形成したことを特徴とする湿式太陽電池
(請求項1)」を提供する。
【0008】また、本発明は第二に「前記光触媒膜が酸
化チタン膜であることを特徴とする請求項1記載の湿式
太陽電池(請求項2)」を提供する。
【0009】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態としての湿
式太陽電池を図面を参照しながら説明する。 図1は、
本発明の実施形態の湿式太陽電池の概略断面図である。
一方の面に透明導電膜が形成され、他方の面に光触媒膜
が形成された透明基板の透明導電膜と、導電基板の一方
の面に形成された色素増感半導体電極とを内側にした状
態で、スペーサを介して接合してなり、スペーサによっ
て形成された空隙にはヨウ素電解溶液が封入されてい
る。
【0010】実施形態の湿式太陽電池は、光触媒膜をコ
ーティングした導電性ガラス(一方の面に透明導電膜が
形成されたガラス)を電極材料として用いたので、従来
の湿式太陽電池には無かったセルフクリーニング機能を
有する。即ち、光触媒膜はバンドギャップ以上のエネル
ギーを吸収すると電子が励起され、ホール、エレクトロ
ンが生じる。
【0011】このうち、ホールの酸化力は強く、有機物
を分解することができる。光触媒のうち酸化チタンは、
その励起波長が近紫外域にあり、太陽光でも十分に励起
される、という観点から有用である。酸化チタンには、
アナターゼ、ルチル、ブルッカイトの3種類の結晶系が
あるが、光触媒としての機能は、アナターゼがより優れ
ている。
【0012】このような理由から、光触媒膜をコーティ
ングした導電性ガラスを電極材料として用いることによ
り、汚れの原因となる有機物がガラス表面に付着して
も、太陽光により光触媒が励起されて生ずるホールの強
力な酸化力によって、有機物を分解、除去し、元の清浄
な表面を保つことができ、汚れのような外因による電流
の低下を防ぐことが可能である。
【0013】以下、実施形態の湿式太陽電池の製造方法
を説明する。まず、一方の面にITOが形成されたガラ
スを用意し、他方の面に光触媒膜を形成する。その形成
方法としては、均一な膜を形成できれば、ディッピング
法、スピン法、塗布法等のいずれの方法も用いられる。
次に、金属基板を用意し、その一方の面に金属酸化膜を
形成する。その形成方法としては、陽極酸化法、コロイ
ド溶液等を塗布する方法のいずれの方法も用いられる。
【0014】陽極酸化法により陽極酸化膜を形成する方
法では、金属基板をグリセロリン酸塩とアルカリ土類金
属の酢酸塩からなる電解溶液中で陽極酸化し、リンとア
ルカリ土類金属を含む陽極酸化膜を形成する。次に蒸留
水で加熱する水熱処理を行い、陽極酸化膜からアルカリ
土類金属とリンを溶出させ、表面に非常に微細な細孔を
形成する。詳細は、特願平8−329968号に記載さ
れている。
【0015】コロイド溶液を塗布する方法により酸化膜
を形成する方法では、金属基板に酸化物微粒子と少量の
有機高分子を含有するコロイド溶液を塗布し、乾燥さ
せ、その後、約500℃で加熱処理をして有機高分子を
揮発させて、表面に微細な細孔を形成する。このように
して形成した多孔質の金属酸化膜を増感色素の溶液に浸
漬し、加熱処理して、その表面に増感色素を吸着させ、
色素増感半導体電極を形成する。
【0016】金属基板に形成された色素増感半導体電極
と、ガラスの一方の面に形成された透明導電膜とを向か
い合わせてスペーサを介して接合し、スペーサによって
形成された空隙に電解溶液を注入したあと、電解質の溶
媒に溶解しにくい樹脂を周囲に塗って封止する。
【0017】
【実施例】[実施例1]本発明にかかる湿式太陽電池を
以下の様な方法手順で製作した。まず、大きさ5×5c
m、厚さ1mmのガラスの一方の面に形成されたITO
をマスキング剤によりマスキングして、他方の面のディ
ッピング法により酸化チタン膜を形成した。
【0018】ディッピング液は酸化チタンコーティング
溶液(商品名:ST−K03(石原産業製))を8倍に
希釈したものを用いた。ディッピイングは基板をディッ
ピング液に浸した後、100〜200mm/minで引
き上げ、風乾後、マスキング剤を剥がして、空気中、5
00℃で30分間焼成した。
【0019】大きさが5×5cm、厚さ1mmのチタン
基板を用意し、一方の面をマスキング剤によってマスキ
ングし、濃度が0.07mol/lのβ-グリセロリン
酸ナトリウムと0.05mol/lの酢酸ストロンチウ
ムからなる電解質水溶液中で、チタン基板表面を400
Vまで陽極酸化することによって、他方の面に酸化チタ
ン皮膜を形成した。電解質温度は40℃、電流密度は5
0mA/cm2に設定した。
【0020】次に、マスキング剤を剥がした後、陽極酸
化されたチタンをオ−トクレ−ブを用いて、高圧水中1
20℃で2日間加熱処理して、陽極酸化膜に含まれてい
たストロンチウムとリンを溶出させることによって微細
な細孔を形成し、皮膜を多孔質にした。この皮膜は、粒
径が約20nmの酸化チタン微粒子から構成されてい
た。
【0021】次に、大気中500℃で30分間加熱処理
し、100℃まで温度が下がったら、ただちにルテニウ
ム錯体のエタノ−ル溶液に浸漬し、エタノール沸点であ
る80℃で1時間還流した。その結果、皮膜を構成する
酸化チタン微粒子上に、増感色素であるルテニウム錯体
が吸着、コ−ティングされ、色素増感半導体電極が作製
された。
【0022】チタン基板に形成された色素増感半導体電
極と、ガラスの一方の面に形成されたITOを向かい合
わせてスペーサを介して接合し、スペーサによって形成
された空隙に電解溶液を注入したあと、電解質の溶媒に
溶解しにくい樹脂を周囲に塗って封止した。従って、こ
の様にして製作した太陽電池は、ガラスの他方の面に形
成した酸化チタン皮膜が大気中に曝され、太陽光に照ら
され光触媒としての役割を果たすこととなる。
【0023】実施例1で製作した湿式太陽電池を屋外に
設置して、3ケ月間使用した。3ケ月後、湿式太陽電池の
電流値を測定したところ、電流値は10mA/cm2
あった。 [比較例1]比較例1の湿式太陽電池は、一方の面にI
TOが形成されたガラスの他方の面に酸化チタン膜を形
成する工程を除いた以外は、実施例1で製作した湿式太
陽電池と同様の製造工程で製作した。
【0024】比較例1で製作した湿式太陽電池を屋外に
設置して、3ケ月間使用した。3ケ月後、湿式太陽電池の
電流値を測定したところ、電流値は7mA/cm2であ
った。この様な条件で使用した結果、比較例1で製作し
た湿式太陽電池の電流値が実施例1で製作した湿式太陽
電池の電流値に比べて低いのは、ガラス表面の汚れによ
り、透過率が低下したためと考えられる。
【0025】つまり、光触媒膜をコーティングした導電
性ガラスを電極材料として用いれば、ガラス表面がセル
フクリーニングされて、表面の汚れを自然に除去するこ
とができ、その結果汚れによる光の透過率の減少が抑制
でき、ひいては電流値の低下を抑えることができると考
えられる。
【0026】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる湿式
太陽電池は、光触媒膜をコーティングした導電性ガラス
を電極材料として用いたので、使用時にガラス表面はセ
ルフクリーニングされ、その結果光の透過率の低下に伴
う起電力の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる湿式太陽電池の概略断面図であ
る。
【図2】従来の湿式太陽電池の概略断面図である。
【符号の説明】
1・・・光触媒膜 2・・・透明基板 3・・・透明導電膜 4・・・電解液膜 5・・・色素増感半導体膜 6・・・金属基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // B01J 21/06 H01L 31/04 D 35/02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の面に透明導電膜が形成された透明基
    板と、該透明基板と対極をなす色素を担持させた半導体
    電極が形成された導電性基板との間に電解質を有し、光
    電変換によって前記透明導電膜と前記導電性基板との間
    に電気エネルギーを発生する湿式太陽電池において、 前記透明基板の他方の面に光触媒膜を形成したことを特
    徴とする湿式太陽電池。
  2. 【請求項2】前記光触媒膜が酸化チタン膜であることを
    特徴とする請求項1記載の湿式太陽電池。
JP10045464A 1998-02-26 1998-02-26 湿式太陽電池 Pending JPH11250944A (ja)

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