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色素増感太陽電池用ゲル電解質層前駆体および色素増感太陽電池 実績あり

国内特許コード P09A014832
掲載日 2009年11月20日
出願番号 特願2006-531334
登録番号 特許第3975277号
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
登録日 平成19年6月29日(2007.6.29)
国際出願番号 JP2005012540
国際公開番号 WO2006018938
国際出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
国際公開日 平成18年2月23日(2006.2.23)
優先権データ
  • 特願2004-236901 (2004.8.17) JP
発明者
  • 早瀬 修二
出願人
  • 国立大学法人九州工業大学
発明の名称 色素増感太陽電池用ゲル電解質層前駆体および色素増感太陽電池 実績あり
発明の概要 電池作製時の取り扱いが容易であるとともに、電池の光電変換効率に優れる色素増感太陽電池用ゲル電解質層前駆体および色素増感太陽電池を提供する。
色素増感太陽電池10は、透明基板12aに透明導電膜14a、金属酸化物半導体層16が被着され、さらに増感色素層18が担持された電極と、透明ガラス板12bに、透明導電膜14bが被着され、さらに良導電性金属がスパッタ蒸着された電極とで構成され、2つの電極の間にセパレータ20で画成される密閉空間に、電解液がゲル化された電解質層22が配置される。電解質層22は、架橋物前駆体を配合した電解液を電極間に配置した後、架橋物前駆体を反応させて架橋して、電解液をゲル化したものである。架橋物前駆体は、換言すれば、ゲル電解質層前駆体であり、無機粒子および加熱により無機粒子表面と反応する有機物質、あるいは2種類以上の加熱により反応する有機物質からなる。
従来技術、競合技術の概要


色素増感太陽電池は、湿式太陽電池あるいはグレッツェル電池等と呼ばれ、シリコン半導体を用いることなくヨウ素溶液に代表される電気化学的なセル構造を持つ点に特徴がある。具体的には、透明な導電性ガラス板に二酸化チタン粉末等を焼付け色素を吸着させた電極(チタニア層)と導電性ガラス板の対極の間に電解液(電解質層)としてヨウ素溶液等を配置した、簡易な構造を有する。
色素増感太陽電池は、材料が安価であり、作製に大掛かりな設備を必要としないことから、低コストの太陽電池として注目されている。



このような色素増感太陽電池を実用化するうえで、電解液(以下、電解質層ということがある。)の液漏れや揮発等を原因とする光電変換効率の低下が課題となっている。



この課題を改善するために、電解質層の固体化が検討されている。
例えば、電極間にヒドロシリル基を有するポリシロキサン誘導体の前駆体と電解液との混合物を注入、加熱してゲル状電解質層とする方法が提案されている(特許文献1参照。)。
また、上記方法に関連して、電解液にシリカ系粒子を配合することで、電解液のイオン拡散性が高くなり、光電変換効率が向上するとの報告もある(特許文献2参照。)。



しかしながら、上記の各方法は、前者(特許文献1)についてはゲル状電解質の初期粘度が高いため、また、後者(特許文献2)については電極間に注入する際に既に実質的にゲル状であるため、それぞれ、チタニア層にゲル電解質をしみこませにくいという問題点がある。



これに対して、架橋性物質、溶媒および酸化還元系構成物質ならびにこれらの物質を溶解させるための溶媒からなる電解液を一対の電極間に注入して重合させることにより生成された架橋ゲル状ポリマーを電解質層として用いる方法が提案されている(特許文献3参照。)。
この方法によれば、固体電解質を用いたときに電極と電解質間の界面抵抗が上昇して光電変換効率が低下する不具合を改善することができるとされている。



しかしながら、上記の架橋ゲル状ポリマーを電解質層として用いる方法は、電解質として広く用いられるヨウ素がラジカル重合を阻害するため、実際には、電解質を含まない溶媒中でゲルを作製後電解液を入れ替えなければならないというプロセス上の問題があるものと思われる。



また、上記の方法(特許文献3)と同様に、電解液を電極間に注入した状態で電解液を実質的にゲル化する方法として、言い換えれば、ゲル状電解質層前駆体を用いる方法として、さらに以下のものが提案されている。



まず、網目構造をとりうる、例えば珪素原子に結合された水酸基を有する有機珪素化合物を含有させた原料とヨウ素を含有する電解質からなる原料とを別々に準備し、必要に応じて架橋材を配合して電極間に注入する直前に混合して電解液となし、電解液を電極間に注入した状態で必要に応じて加熱して実質的にゲル化する方法が提案されている(特許文献4参照。)。
この場合、ヨウ素を含有する電解質と混合することにより、脱水縮合反応でシロキサン結合を形成し、電解液を電極間に注入した状態でゲル化させることができるとされている。



また、混合することによりゲル化しうるポリマー等の電解質組成物を電極間に注入する直前にあるいは注入直後に混合する方法も提案されている(特許文献5および特許文献6参照。)。
【特許文献1】
特開2002-216861号公報
【特許文献2】
特開2004-178885号公報
【特許文献3】
特開2001-85075号公報
【特許文献4】
特開2003-17147号公報
【特許文献5】
特開2003-86258号公報
【特許文献6】
特開2003-203520号公報

産業上の利用分野


本発明は、色素増感太陽電池用ゲル電解質層前駆体および色素増感太陽電池に関し、より詳細には色素増感太陽電池に使用される電解液のゲル化技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ヨウ素レドックス電解質とともに、常温において相分離状態にあり、加熱により反応して架橋する2種類以上の化合物を含み、該反応によりゲル化することを特徴とする色素増感太陽電池用ゲル電解質前駆体。

【請求項2】
前記2種類以上の化合物のうちのひとつが無機粒子であることを特徴とする請求項1記載の色素増感太陽電池用ゲル電解質前駆体。

【請求項3】
前記前記2種類以上の化合物のうちのひとつがカルボン酸類であることを特徴とする請求項1記載の色素増感太陽電池用ゲル電解質前駆体。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池用ゲル電解質前駆体を用いて調製した電解質層を備えることを特徴とする色素増感太陽電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 登録
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