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色素増感型光電変換素子の光入射側電極の製造法 NEW

国内特許コード P170014532
整理番号 (S2015-0004-N0)
掲載日 2017年8月24日
出願番号 特願2016-552048
出願日 平成27年9月29日(2015.9.29)
国際出願番号 JP2015077460
国際公開番号 WO2016052482
国際出願日 平成27年9月29日(2015.9.29)
国際公開日 平成28年4月7日(2016.4.7)
優先権データ
  • 特願2014-203872 (2014.10.2) JP
発明者
  • 吉門 進三
  • 佐藤 祐喜
  • 川上 亮
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 色素増感型光電変換素子の光入射側電極の製造法 NEW
発明の概要 所定の平均粒径を有する第1の半導体粒子群のコロイド中に、一方が透光性導電基板からなる一対の電極を挿入し、透光性導電基板を陰極として電気泳動を行い、透光性導電基板の透明導電膜上に第1の半導体微粒子を積層する。第1の半導体粒子群よりも平均粒径が大きい第2の半導体粒子群のコロイド中に、一方が第1の半導体微粒子を積層した透光性導電基板からなる一対の電極を挿入し、透光性導電基板を陽極として電気泳動を行い、透光性導電基板の第1の半導体微粒子層上に第2の半導体微粒子を積層する。得られた透光性導電基板を熱処理した後、色素を溶解した溶液中に浸漬し、透光性導電基板の第1の半導体微粒子層のみに色素を吸着させる。
従来技術、競合技術の概要


近年、シリコン系太陽電池に代わる新たな太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されている。
従来の色素増感型太陽電池として、例えば、透光性導電基板(透明導電膜を有する透明基板)と、透光性導電基板の透明導電膜上に形成され、色素を吸着した多孔質半導体層と、多孔質絶縁層と(以下では、透光性導電基板、多孔質半導体層および多孔質絶縁層を纏めて「光入射側電極」という。)、光入射側電極に対向して配置された対極とを含み、多孔質絶縁層に電解質が含浸された構成を備えたものがある(例えば、特許文献1、2参照)。



そして、この色素増感型太陽電池の光入射側電極の製造は、次のようにしてなされる。(1)多孔質半導体層形成用の半導体微粒子のコロイド溶液またはペーストを作製し、このコロイド溶液またはペーストを透光性導電基板の透明導電膜上に塗布した後、透光性導電基板を乾燥および焼成する。
(2)多孔質絶縁層形成用の半導体微粒子のコロイド溶液またはペーストを作製し、このコロイド溶液またはペーストを透光性導電基板の多孔質半導体層上に塗布した後、透光性導電基板を乾燥および焼成する。
(3)多孔質半導体層および多孔質絶縁層を積層した透光性導電基板を、色素を溶解した溶液中に浸漬させる。
(4)色素を吸着させた透光性導電基板を酸性溶液中に浸漬させることにより、多孔質絶縁層から色素を除去し、色素除去後の透光性導電基板を乾燥させる。



しかしながら、この従来の色素増感型太陽電池の光入射側電極の製造法によれば、多孔質半導体層および多孔質絶縁層の形成時に、それぞれ、塗布、乾燥および焼成の工程を実行しなければならず、さらには、多孔質半導体層への色素の吸着に際しても、一旦多孔質絶縁層に吸着した色素を除去しなければならない。そのため、光入射側電極の製造に手間と時間がかかり、製造コストが高くつくという問題があった。

産業上の利用分野


本発明は、色素増感型光電変換素子、特に色素増感型太陽電池の光入射側電極の製造法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
色素増感型光電変換素子の光入射側電極の製造法であって、
(1)容器中において、所定の平均粒径を有する第1の半導体微粒子群を分散媒中に混ぜることで第1のコロイドを形成するステップと、
(2)前記第1のコロイド中に、透光性導電基板が一方の電極をなす一対の電極を挿入し、この一対の電極間に、前記透光性導電基板が陰極となるように電流を流して電気泳動を行い、前記透光性導電基板の透明導電膜上に前記第1の半導体微粒子を積層するステップと、
(3)容器中において、前記第1の半導体微粒子群の平均粒径よりも大きい平均粒径を有する第2の半導体微粒子群を分散媒中に混ぜることで第2のコロイドを形成するステップと、
(4)前記第2のコロイド中に、ステップ(2)で得られた前記透光性導電基板が一方の電極をなす一対の電極を挿入し、この一対の電極間に、前記透光性導電基板が陽極となるように電流を流して電気泳動を行い、前記透光性導電基板の第1の半導体微粒子層の上に前記第2の半導体微粒子を積層するステップと、
(5)ステップ(4)で得られた前記透光性導電基板を熱処理するステップと、
(6)容器中において色素を分散媒中に溶解させ、この溶液中に、前記熱処理後の透光性導電基板を浸漬することによって、この透光性導電基板の前記第1の半導体微粒子層にのみ前記色素を吸着させるステップと、
(7)ステップ(6)で得られた前記透光性導電基板を乾燥させるステップと、を含んでいることを特徴とする製造法。

【請求項2】
色素増感型光電変換素子の光入射側電極の製造法であって、
(1)容器中において、所定の平均粒径を有する第1の半導体粒子群と、第1の半導体粒子群の平均粒径よりも大きい平均粒径を有する第2の半導体粒子群を分散媒中に混ぜることでコロイドを形成するステップと、
(2)前記コロイド中に、透光性導電基板が一方の電極をなす一対の電極を挿入し、この一対の電極間に、前記透光性導電基板が陰極となるように電流を流して電気泳動を行い、前記透光性導電基板の透明導電膜上に前記第1の半導体微粒子を積層するステップと、
(3)前記一対の電極間に、前記透光性導電基板が陽極となるように電流を流して電気泳動を行い、前記透光性導電基板の第1の半導体微粒子層の上に第2の半導体微粒子を積層するステップと、
(4)ステップ(3)で得られた前記透光性導電基板を熱処理するステップと、
(5)容器中において色素を分散媒中に溶解させ、この溶液中に、前記熱処理後の透光性導電基板を浸漬することによって、この透光性導電基板の前記第1の半導体微粒子層のみに前記色素を吸着させるステップと、
(6)ステップ(5)で得られた前記透光性導電基板を乾燥させるステップと、を含んでいることを特徴とする製造法。

【請求項3】
前記第2の半導体微粒子群の平均粒径が前記第1の半導体微粒子群の平均粒径の5~40倍であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の製造法。

【請求項4】
前記第1の半導体微粒子群の平均粒径が5~20nmであり、前記第2の半導体微粒子群の平均粒径が100~200nmであることを特徴とする請求項3に記載の製造法。

【請求項5】
前記分散媒が、アルコールまたは水であることを特徴とする請求項1~請求項4のいずれかに記載の製造法。

【請求項6】
前記半導体微粒子が、酸化チタンの微粒子または酸化アルミニウムの微粒子または酸化亜鉛の微粒子であることを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかに記載の製造法。

【請求項7】
請求項1~請求項6のいずれかに記載の製造法によって製造された色素増感型光電変換素子の光入射側電極であって、
前記透光性導電基板と、
前記透光性導電基板の透明導電膜上に形成された前記第1の半導体微粒子層と、
前記第1の半導体微粒子層上に形成された前記第2の半導体微粒子層と、
前記第1の半導体微粒子層に選択的に吸着された前記色素と、からなり、
前記第2の半導体微粒子層を形成する前記第1の半導体微粒子群の平均粒径が、前記第1の半導体微粒子層を形成する前記第2の半導体微粒子群の平均粒径よりも大きいものであることを特徴とする光入射側電極。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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