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色素増感太陽電池用色素及びこの色素を用いた光電変換素子並びに色素増感太陽電池 新技術説明会

国内特許コード P07P005667
整理番号 IP18-027
掲載日 2008年3月28日
出願番号 特願2006-240428
公開番号 特開2008-063390
登録番号 特許第4644818号
出願日 平成18年9月5日(2006.9.5)
公開日 平成20年3月21日(2008.3.21)
登録日 平成22年12月17日(2010.12.17)
発明者
  • 海野 雅史
  • 花屋 実
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 色素増感太陽電池用色素及びこの色素を用いた光電変換素子並びに色素増感太陽電池 新技術説明会
発明の概要 【課題】貴金属を含まないため生産コストを押し上げず、かつ環境負荷を低減し得る。耐久性に優れ、かつ二酸化チタン表面への固定化に加熱が不要である。
【解決手段】4-ヨードアゾベンゼン含有溶液を-60~-70℃に冷却し、この溶液にn-ブチルリチウム含有溶液を滴下した後、-70~-20℃で0.5~1時間攪拌してリチオアゾベンゼンを生成させる。リチオアゾベンゼンを含む溶液を-60~-70℃に冷却し、この溶液に四塩化ケイ素を滴下した後、-70℃から室温で12~17時間攪拌してビス(4-アゾベンゼン)ジクロロシランを生成させる。ビス(4-アゾベンゼン)ジクロロシランを含む溶液を飽和食塩水を用いて洗浄して溶液に含まれる有機相の溶媒を留去した後、残渣をヘキサン及びエーテルから再結晶してビス(4-アゾベンゼン)シランジオールを得る。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


現在の太陽電池の主流であるシリコン系太陽電池は、発電コストの高さ、高純度シリコン生成や実質的に利用可能な資源の有限性などの問題がある。それに代わる太陽電池として、有機顔料や有機色素を用いる色素増感太陽電池が、1970年代より開発されている。



図1に示すように、色素増感太陽電池10は、光電極(光電変換素子)11と対極12、この二つの電極に挟まれる十数μm程度の厚さの電解質溶液13部分から構成されている。光電極11は、ガラスのような基材14a表面に導電膜14bが形成された透明導電性基材14の導電膜側にナノサイズの酸化チタン粒子15aを塗布焼成して、酸化チタンからなる多孔質膜15bを形成し、この酸化チタンの多孔質膜15bに増感色素15cを化学吸着により固定化することによって作製される。対極12は、透明導電性基材16aの表面に触媒量の白金16b、もしくは導電性カーボン処理することによって作製される。光電極11と対極12とを重ね合わせ、その電極間11,12にヨウ素化合物を含む電解質溶液13を注入することにより太陽電池を作製する。



このような構成を有する色素増感太陽電池では、太陽光が透明導電性基材14側から入射して多孔質膜15bに固定化している増感色素15cに光が当たると、増感色素15cは光エネルギhνを吸収して励起状態となり、電子e-を放出する。放出された電子e-は多孔質膜15bを構成する酸化チタン粒子15aを経由して透明導電性基材14の導電膜14bに達し、光電極11から外部に流れる。電子e-を放出して陽イオン(h+)になった増感色素15cは、電解質溶液13のヨウ素イオンを酸化し、I-をI3-へと変える。この酸化されたヨウ素イオンI3-は対極12で再び電子e-を受けて還元されてI-となる。このように、両極間をサイクルすることによって電池を形成する。



色素増感太陽電池の大きな特徴としては、有機色素や酸化チタンを用いるため、資源の制約が少ないことや、非常に簡便な設備や技術で安価にかつ大量に製造できる点が挙げられる。



色素増感太陽電池の光電エネルギ変換効率は、Graetzel博士らによって変換効率の改善がなされている(例えば、非特許文献1、2参照。)。この非特許文献1,2では、次の式(1)に示されるような、末端にカルボキシル基を有するRu金属錯体などが増感色素として使用されている。式(1)に示されるRu金属錯体では、末端に位置するカルボキシル基が酸化チタン粒子と化学結合することにより、増感色素を多孔質膜に固定化しており、可視光のほぼ全域(400~800nm)に吸収を有する上、耐候性にも優れる。



【化1】


【非特許文献1】
B. O'Regan and M. Graetzel, Nature, 353, 737 (1991).
【非特許文献2】
M. K. Nazeeruddin et al., J. Am. Chem. Soc., 127, 16835 (2005).

産業上の利用分野


本発明は、含ケイ素色素を用いた色素増感太陽電池用色素及びこの色素を用いた光電変換素子並びに色素増感太陽電池に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
ビス(4-アゾベンゼン)シランジオールからなる色素増感太陽電池用色素。

【請求項2】
4-ヨードアゾベンゼン含有溶液を-60~-70℃に冷却し、前記冷却した溶液にn-ブチルリチウム含有溶液を滴下した後、-70~-20℃の温度範囲で0.5~1時間攪拌することによりリチオアゾベンゼンを生成させる工程と、
前記生成させたリチオアゾベンゼンを含む溶液を-60~-70℃に冷却し、前記冷却したリチオアゾベンゼンを含む溶液に四塩化ケイ素を滴下した後、-70℃から室温までの温度範囲で12~17時間攪拌することによりビス(4-アゾベンゼン)ジクロロシランを生成させる工程と、
前記ビス(4-アゾベンゼン)ジクロロシランを含む溶液を飽和食塩水を用いて洗浄して前記溶液に含まれる有機相の溶媒を留去した後、残渣をヘキサン及びエーテルから再結晶することによりビス(4-アゾベンゼン)シランジオールを得る工程と
を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用色素の製造方法。

【請求項3】
光透過性を有する透明導電性基材(14)と、
この透明導電性基材(14)上に形成され、少なくとも請求項1記載の色素(15c)を吸着した酸化チタン粒子(15a)から構成された多孔質膜(15b)と
を備えたことを特徴とする光電変換素子。

【請求項4】
請求項3記載の光電変換素子(11)を用いた色素増感太陽電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006240428thum.jpg
出願権利状態 登録
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