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色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法及び酸化物半導体電極 新技術説明会

国内特許コード P07P005187
掲載日 2007年12月21日
出願番号 特願2006-112788
公開番号 特開2007-287455
登録番号 特許第5167531号
出願日 平成18年4月14日(2006.4.14)
公開日 平成19年11月1日(2007.11.1)
登録日 平成25年1月11日(2013.1.11)
発明者
  • 播磨 裕
  • 大山 陽介
出願人
  • 国立大学法人広島大学
発明の名称 色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法及び酸化物半導体電極 新技術説明会
発明の概要 【課題】色彩を多彩に変えることができ簡単な構造で開放電圧の高い又は開放電圧向上率の高い、また、光電変換効率の高い経済性に優れた色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法及びその方法により得られる酸化物半導体電極を提供する。
【解決手段】本発明に係る色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法は、透明電極の導電面上にTiO2の多孔質層を形成する工程と、前記TiO2にアルカリ金属イオンをインターカレートさせる工程と、そのインターカレートされたアルカリ金属イオンを排出除去後前記多孔質層に色素を吸着させる工程と、からなる。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


色素増感太陽電池は、シリコン系太陽電池に比較して安価に、かつ、低い環境負荷で製造することができ、多彩な色調の太陽電池を製造することができることから注目されている。しかし、色素増感太陽電池はシリコン系太陽電池に比較してエネルギー変換効率が低いためにその向上が求められており、種々の方法が開示されているが、開放光起電圧を向上することはエネルギー変換効率を向上させる有効な方法の一つである。



例えば、特許文献1に、色素により増感した半導体微粒子層および電荷移動層を有する光電変換素子において、該半導体微粒子層が、これを構成する主たる第一の金属元素と共に少なくとも一種の第二の金属元素を、主たる金属元素の0.01mol%以上50mol%未満含有する光電変換素子が開示されている。ここで、第一の金属元素はシリコン、ゲルマニウム等の単体あるいは化合物の金属元素であり、第二の金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属等であるとしている。そして、このような第二の金属元素の添加により半導体微粒子層の伝導体エネルギーレベルをコントロールすることができ、取り出し電圧に優れた変換効率の高い色素増感太陽電池を得ることができることが開示されている。



非特許文献1と2には、逆電流を防ぎ開放光起電圧を高める4-tert-butyl pyridine(TBP)のようなピリジン誘導体やケノデオキシコール酸などを電解質溶液に添加する方法が開示されている。



また、特許文献2にはタンデム型色素増感太陽電池により開放光起電圧を向上させようとする、粒子径が0.1nm~1000nmであって、Cu、Al、Ag、Ni、Co、In、Fe、Zn、Rh、Ga、Sr、Li、Nのいずれかを含むp型無機酸化物半導体からなる酸化物半導体電極が開示されている。



【特許文献1】
特開2002-8741号公報
【特許文献2】
特開2006-66215号公報
【非特許文献1】
Electrochimica Acta、47(2002)p4213-4225
【非特許文献2】
J. Phys. Chem.、97(1993)p6272-6277

産業上の利用分野


本発明は、色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法及び酸化物半導体電極に係り、特にTiO2酸化物を用いた酸化物半導体電極の製造方法及び酸化物半導体電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
透明電極の導電面上にTiO2の多孔質層を形成する工程と、前記TiO2にアルカリ金属イオンをインターカレートさせる工程と、そのインターカレートされたアルカリ金属イオンを排出除去後前記多孔質層に色素を吸着させる工程と、からなる色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項2】
TiO2にアルカリ金属イオンをインターカレートさせる工程は、非水溶媒にアルカリ金属塩を溶解した電解液中でTiO2の多孔質層を電解還元する電解処理であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項3】
アルカリ金属塩は、LiX、NaX、KXのいずれかであることを特徴とする請求項2に記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。
ここで、XはF、Cl、Br、I、PF6、BF4、ClO4のいずれかである。

【請求項4】
TiO2にアルカリ金属イオンをインターカレートさせる工程は、有機アルカリ金属化合物を含む溶液にTiO2の多孔質層を浸漬する化学処理であることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項5】
有機アルカリ金属化合物は、MeLi(メチルリチウム)、BuLi(ブチルリチウム)、PhLi(フェニルリチウム)、thienyllithium(チエニルリチウム)、t-BuOLi(ターシャルブトキシリチウム)、MeONa(ナトリウムメトキシド)、EtONa(ナトリウムエトキシド)、t-BuOK(カリウムブトキシド)のいずれかであることを特徴とする請求項4に記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項6】
TiO2にインターカレートされたアルカリ金属イオンは、アルカリ金属塩又は有機アルカリ金属化合物でTiO21mol当たり0.001~0.5mol含有されることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項7】
色素は、Eosin Y(エオシンY)、Rhodamine B(ローダミンB)、Chicago Sky Blue(シカゴスカイブルー)、Alizarin(アリザリン)、Coumarin 343(クマリン343)のいずれかの有機色素であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の色素増感太陽電池の酸化物半導体電極の製造方法。

【請求項8】
導電性の透明電極と、該透明電極の導電面上に形成されたTiO2の多孔質層と、該多孔質層に吸着させた有機色素と、を有する色素増感太陽電池の酸化物半導体電極であって、TiO2の仕事関数が5eV以下であることを特徴とする色素増感太陽電池の酸化物半導体電極。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006112788thum.jpg
出願権利状態 登録


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