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METHOD OF MANUFACTURING LIGHT INCIDENT SIDE ELECTRODE OF DYE-SENSITIZED PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT commons

Patent code P150012160
File No. DP1602
Posted date Jul 29, 2015
Application number P2013-196730
Publication number P2015-064944A
Patent number P6269923
Date of filing Sep 24, 2013
Date of publication of application Apr 9, 2015
Date of registration Jan 12, 2018
Inventor
  • (In Japanese)吉門 進三
  • (In Japanese)佐藤 祐喜
  • (In Japanese)川上 亮
Applicant
  • (In Japanese)学校法人同志社
Title METHOD OF MANUFACTURING LIGHT INCIDENT SIDE ELECTRODE OF DYE-SENSITIZED PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a light incident side electrode of a dye-sensitized photoelectric conversion element at a low cost and with stability.
SOLUTION: A plurality of semiconductor fine particle groups having different average grain diameters are prepared (S1). Each of the plurality of semiconductor fine particle groups is individually mixed in dispersion media to form a plurality of colloids (S2). A pair of electrodes one of which consists of a transparent substrate having a transparent conductive film are inserted into the colloid of the semiconductor fine particle group having the minimum average grain diameter, and a current is applied between the electrodes to perform electrophoresis (S3). During the electrophoresis, the colloids of the remaining semiconductor fine particle groups are added by a predetermined amount at a predetermined time interval, in an ascending order of the average grain diameter, and thereby, semiconductor fine particles are laminated on the transparent conductive film of the transparent substrate (S4). The transparent substrate on which the semiconductor fine particles are laminated is subjected to heat treatment (S5). A semiconductor fine particle layer on the transparent substrate is made adsorb dye (S6).
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。
色素増感型太陽電池は、通常、透明導電膜を有する透明基板、および当該透明基板上に形成され、色素を吸着した多孔質半導体層からなる光入射側電極と、光入射側電極の多孔質半導体層に対向して配置された対極と、光入射側電極および対極間に保持された電解液層と、から構成されている。

そして、光が光入射側電極の透明基板側(光入射面)から入射し、入射光は、多孔質半導体層に到達すると、色素に吸収され、色素分子中の電子が励起される。この励起電子のエネルギーレベルは、多孔質半導体層を構成する半導体微粒子のフェルミレベルよりも負側にあるので、励起電子は半導体微粒子に注入される。一方、色素は酸化された状態となる。半導体微粒子に注入された電子は、多孔質半導体層内を移動し、光入射側電極の透明導電膜に達した後、外部回路を通って対極に至る。対極では、電解液との界面において酸化還元種の還元反応が起こり、対極に達した電子は電解質中のイオンに受け渡される。電子を受け渡されたイオンは、電解質中を多孔質半導体層まで移動し、酸化状態にある色素を還元する。そして、この一連のプロセスが繰り返されることによって、太陽光線等の光エネルギーから電気エネルギーが取り出される。

この場合、色素増感型太陽電池の光電変換の効率を上げるには、多孔質半導体層中の色素による入射光の吸収効率を上げることが重要であり、そのため、従来技術においては、光入射側電極の多孔質半導体層を多層構造化し、光入射面側から遠ざかるにつれて、半導体微粒子の平均粒径が層毎に次第に増大するように構成した光入射側電極が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。

この光入射側電極によれば、光入射面側に位置する平均粒径の小さい半導体微粒子の層において光の散乱が抑制される一方、光入射面から遠い側に位置する平均粒径の大きい半導体微粒子の層において光が散乱されることによって、入射光が色素に効率よく吸収され、その結果、色素増感型太陽電池の光電変換の効率が上がる。

しかしながら、この従来技術においては、多層構造の多孔質半導体層の形成が、予め準備されたそれぞれ平均粒径の異なる複数種類のコロイド溶液を、平均粒径の小さいものから順に、基板上に塗布し、塗布するたびに、得られた塗膜を乾燥した後、50~800℃の温度範囲内で10秒~12時間程度焼成することによってなされる。そのため、3層以上の多層構造の多孔質半導体層を得ようよすると、時間がかかり、また製造コストもかかるという問題があった。加えて、塗布では、広い面積にわたり、また湾曲した面上に均一な厚さの塗膜を形成することは容易ではなく、よって、大きなサイズの電極や、平板状でない電極を製造することは難しかった。

Field of industrial application (In Japanese)

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を製造する方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【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)それぞれ結晶構造および平均粒径が異なる複数の半導体微粒子群を準備するステップと、
(2)前記複数の半導体微粒子群のそれぞれを個別に分散媒中に混ぜることにより、複数のコロイドを形成するステップと、
(3)前記複数の半導体微粒子群のうちの平均粒径が最小の半導体微粒子群のコロイドを容器に収容し、当該コロイド中に、少なくとも一方が透明導電膜を有する透明基板からなる一対の電極を挿入し、前記一対の電極間に、前記透明導電膜を有する透明基板が陰極となるように電流を流して電気泳動を行うステップと、
(4)前記電気泳動の間に、残りの半導体微粒子群のコロイドを、平均粒径が小さいものから順に所定の時間間隔で所定量添加することにより、前記陰極側の前記透明基板の透明導電膜上に半導体微粒子層を形成するステップと、
(5)前記半導体微粒子層を形成した前記透明基板を前記容器から取り出して熱処理するステップと、
(6)前記半導体微粒子群毎に、当該半導体微粒子群のエネルギー準位に基づき決定した当該半導体微粒子群に適合する色素を準備し、前記平均粒径が最小の半導体微粒子群に適合する色素の溶液を第2の容器中に収容し、当該色素の溶液中に前記熱処理後の透明基板を一方の電極とする一対の電極を挿入し、前記一対の電極間に電流を流して電気泳動を行い、この電気泳動の間に、残りの前記色素のそれぞれの溶液を、平均粒径が小さい前記半導体微粒子群に適合するものから順に所定の時間間隔で所定量添加することにより、前記熱処理後の透明基板上の前記半導体微粒子層に前記色素を吸着させるステップと、からなっていることを特徴とする製造法。

【請求項2】
 
前記ステップ(4)において、コロイドの添加を、当該添加すべきコロイドを一定の添加速度で所定の時間にわたって連続的に添加することによって行うことを特徴とする請求項1に記載の製造法。

【請求項3】
 
前記複数の半導体微粒子群をいずれも酸化チタンから形成した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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013196730thum.jpg
State of application right Registered
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