JP2011192405A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質層中のヨウ化物イオンによる電極基材の腐食を防止することができ、高品質で低コストな色素増感型太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell that can prevent corrosion of an electrode substrate due to iodide ions in an electrolyte layer, and that is high quality and low cost.
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され、研究開発が進められている。 In recent years, environmental problems such as global warming caused by an increase in carbon dioxide have become serious, and countermeasures are being promoted worldwide. In particular, active research and development on solar cells using solar energy as a clean energy source with a low environmental impact is underway. As such solar cells, single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, amorphous silicon solar cells, compound semiconductor solar cells and the like have already been put into practical use, but these solar cells have high production costs, etc. There is a problem. Therefore, as a solar cell that has a small environmental load and can reduce the manufacturing cost, a dye-sensitized solar cell has been attracting attention and research and development have been promoted.
色素増感型太陽電池の一般的な構成の一例を図9に示す。図9に例示するように、一般的な色素増感型太陽電池100は、電極としての機能を備えた第1電極基材111、および第1電極基材111上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層112を有する酸化物半導体電極基板110と、電極としての機能を備えた第2電極基材121、および第2電極基材121上に形成された触媒層122を有する対極基板120とが、多孔質層112および触媒層122が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板110および対極基板120の間に酸化還元対を含む電解質層103が形成され、色素増感型太陽電池100の端部がシール剤104により封止された構成を有するものである。そして、多孔質層112における金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、第1電極基材111側から太陽光を受光することによって励起され、励起された電子が第1電極基材111へ伝導し、外部回路を通じて第2電極基材121へ伝導される。その後、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることによって発電するものである。なお、図9においては、第1電極基材111として、透明性を有する第1基材111b上に透明電極層111aが形成されている電極基材を用い、第2電極基材121として透明性を有する第2基材121b上に透明電極層121aが形成されている電極基材を用いた例を示しているが、色素増感型太陽電池においては、太陽光は第1電極基材または第2電極基材のいずれか一方の側から受光されるため、いずれか一方の電極基材が透明性を有する基材であればよい。
An example of a general configuration of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG. As illustrated in FIG. 9, a general dye-sensitized
また近年、上述した色素増感型太陽電池の大面積化の要望が高まっており、上記第1電極基材または第2電極基材等に用いられる電極層に金属膜を適用することで、大面積素子においても電気の取り出し効率を高めようという試みがなされている。しかしながら、上記色素増感型太陽電池の電解質層にはヨウ化物イオンを含む電解質が使用されるため、上記電極層としては、ヨウ化物イオンに対して長期間安定して優れた耐腐食性を有する金属を用いる必要がある。このような金属としてはチタンや貴金属等を挙げることができるが、これらを色素増感型太陽電池の電極層に用いた場合は、製造コストが高くなるといった問題があった。 In recent years, there has been an increasing demand for a large area of the above-described dye-sensitized solar cell. By applying a metal film to the electrode layer used for the first electrode base material or the second electrode base material, Attempts have also been made to increase the electricity extraction efficiency even in the area element. However, since an electrolyte containing iodide ions is used for the electrolyte layer of the dye-sensitized solar cell, the electrode layer has excellent corrosion resistance stably against iodide ions for a long period of time. It is necessary to use metal. Examples of such metals include titanium and noble metals. However, when these are used in the electrode layer of a dye-sensitized solar cell, there is a problem that the manufacturing cost increases.
そこで、上記電極層の材料としてチタン、貴金属等に替わる安価な材料として、ステンレス鋼を用いることが検討されている(特許文献1)。しかしながら、従来のステンレス鋼を用いた電極層はチタン、貴金属等に比べてヨウ化物イオンに対する耐腐食性に劣り、実用化することができる程度の耐腐食性を有することが困難であるといった問題があった。そのため、色素増感型太陽電池の電極層として、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼が求められている(特許文献2)。 Therefore, it has been studied to use stainless steel as an inexpensive material to replace the titanium, noble metal, etc. as the material of the electrode layer (Patent Document 1). However, conventional electrode layers using stainless steel are inferior in corrosion resistance to iodide ions compared to titanium, noble metals, etc., and it is difficult to have corrosion resistance to the extent that it can be put to practical use. there were. Therefore, stainless steel having high corrosion resistance against iodide ions is required as an electrode layer of a dye-sensitized solar cell (Patent Document 2).
ここで、従来のステンレス鋼としては、一般的にSUS304が用いられており、SUS304の組成範囲は、非特許文献1に記載されているように、C:0.08%以下、Si:1.00%以下、Mn:2.00%以下、P:0.045%以下、S:0.03%以下、Ni:8.00%〜10.00%、Cr:18.00%〜20.00%である。 Here, SUS304 is generally used as a conventional stainless steel, and the composition range of SUS304 is C: 0.08% or less, Si: 1. 00% or less, Mn: 2.00% or less, P: 0.045% or less, S: 0.03% or less, Ni: 8.00% to 10.00%, Cr: 18.00% to 20.00 %.
本発明は、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼を第1電極基材または第2電極基材の電極層に用いることにより、低コストで、ヨウ化物イオンによる腐食の影響が少なく、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池を提供することを主目的とする。 The present invention uses stainless steel having high corrosion resistance against iodide ions for the electrode layer of the first electrode substrate or the second electrode substrate, so that the influence of corrosion due to iodide ions is low and the electrode is low in cost. The main object is to provide a high-quality dye-sensitized solar cell with little deterioration of the layer over time.
本発明者は鋭意研究の結果、ヨウ化物イオンによるステンレス鋼の腐食は、ステンレス鋼に含有されるNiが原因であることを見出した。これにより、Niフリーのステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性に優れたものであることを見出し、本発明を達成するに至ったのである。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that the corrosion of stainless steel by iodide ions is caused by Ni contained in the stainless steel. As a result, Ni-free stainless steel was found to have excellent corrosion resistance against iodide ions, and the present invention was achieved.
すなわち、本発明は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第2電極基材のいずれか一方が、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。 That is, the present invention provides a first electrode substrate having a function as an electrode, and a porous material including metal oxide semiconductor fine particles formed on the first electrode substrate and having a dye sensitizer supported on the surface. An oxide semiconductor electrode substrate having a porous layer, a second electrode base material having a function as an electrode, and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material, the porous layer and The dye-sensitized solar cell, wherein the catalyst layer is disposed so as to face each other, and an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, Either one of the electrode base material and the second electrode base material has a Cr content in the range of 18% to 24%, Mo in the range of 0% to 4%, and N in the range of 0.3% to 1%. .5% of stainless steel that does not contain Ni Having Nresu steel substrate as an electrode layer and the other to provide a dye-sensitized solar cell, which is a base material having transparency.
本発明によれば、色素増感型太陽電池の第1電極基材または第2電極基材が有する電極層として上記ステンレス鋼基材を用いることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い電極層とすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、電極層の材料としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。 According to the present invention, by using the stainless steel substrate as an electrode layer of the first electrode substrate or the second electrode substrate of the dye-sensitized solar cell, an electrode layer having high corrosion resistance against iodide ions. Therefore, a high-quality dye-sensitized solar cell with little deterioration of the electrode layer with time can be obtained. In addition, since the stainless steel is less expensive than the case where titanium, noble metal, or the like is used as the material for the electrode layer, a dye-sensitized solar cell can be obtained at low cost.
本発明においては、上記第2電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第1電極基材が透明性を有する基材であることが好ましい。上記構成とすることにより、酸化物半導体電極基板側から太陽光を受光することが可能となり、多孔質層中の色素増感剤に、光のロスを最小限にして、光を入射することができる。 In this invention, it is preferable that the said 2nd electrode base material has the said stainless steel base material as an electrode layer, and the said 1st electrode base material is a base material which has transparency. With the above configuration, it is possible to receive sunlight from the oxide semiconductor electrode substrate side, and light can be incident on the dye sensitizer in the porous layer with minimal loss of light. it can.
本発明においては、上記第1電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、上記ステンレス鋼基材表面に、導電性を有するバッファー層を有するものであり、かつ、上記第2電極基材が透明性を有する基材であることが好ましい。上記多孔質層からステンレス鋼基材へはエネルギー準位の違い(エネルギーギャップを有すること)から電子が流れにくいことがあり、この場合、色素増感型太陽電池の性能が低下する可能性が考えられるが、上記バッファー層を有することにより、上記の色素増感型太陽電池の性能の低下を防止することが可能となる。 In the present invention, the first electrode substrate has the stainless steel substrate as an electrode layer, and has a conductive buffer layer on the stainless steel substrate surface, and the second electrode. The substrate is preferably a transparent substrate. Electrons may not flow easily from the porous layer to the stainless steel substrate due to the difference in energy level (having an energy gap). In this case, the performance of the dye-sensitized solar cell may be degraded. However, by having the buffer layer, it is possible to prevent the performance of the dye-sensitized solar cell from being deteriorated.
本発明は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第2電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。 The present invention provides a first electrode base material having a function as an electrode, and a porous layer formed on the first electrode base material and containing metal oxide semiconductor fine particles having a dye sensitizer supported on the surface. An oxide semiconductor electrode substrate comprising: a second electrode base material having a function as an electrode; and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material, the porous layer and the catalyst A dye-sensitized solar cell, wherein an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, wherein the first electrode At least one of the base material or the second electrode base material is a transparent base material, and Cr is in the range of 18% to 24%, Mo is in the range of 0% to 4%, N. In the range of 0.3% to 1.5% and containing no Ni Provided is a dye-sensitized solar cell comprising a mesh-like stainless steel auxiliary electrode base material made of tenres steel.
本発明によれば、上記ステンレス鋼補助電極基材を用いることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い透明な電極層とすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、色素増感型太陽電池の電極層としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。 According to the present invention, by using the above-mentioned stainless steel auxiliary electrode base material, a transparent electrode layer having high corrosion resistance against iodide ions can be obtained, so that the electrode layer has high quality with little deterioration over time. A dye-sensitized solar cell can be obtained. In addition, since the stainless steel is less expensive than the case of using titanium or a noble metal as the electrode layer of the dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell can be obtained at a low cost.
本発明においては、上記第2電極基材が上記ステンレス鋼補助電極基材を有することが好ましい。これにより、発電効率の高い色素増感型太陽電池とすることができる。 In the present invention, the second electrode substrate preferably has the stainless steel auxiliary electrode substrate. Thereby, it can be set as a dye-sensitized solar cell with high electric power generation efficiency.
本発明においては、上記ステンレス鋼の少なくとも一部がオーステナイト化されたものであることが好ましい。これにより、上記ステンレス鋼の強度、およびヨウ化物イオンに対する耐腐食性を高いものとすることができる。 In the present invention, it is preferable that at least a part of the stainless steel is austenitized. Thereby, the intensity | strength of the said stainless steel and the corrosion resistance with respect to iodide ion can be made high.
本発明は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、上記第1電極基材または上記第2電極基材のいずれか一方が、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールを提供する。 The present invention provides a first electrode base material having a function as an electrode, and a porous layer formed on the first electrode base material and containing metal oxide semiconductor fine particles having a dye sensitizer supported on the surface. An oxide semiconductor electrode substrate comprising: a second electrode base material having a function as an electrode; and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material, the porous layer and the catalyst An electrolyte layer including a redox couple is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, and the first electrode base material or the second electrode base material is disposed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate. One of them contains Cr in a range of 18% to 24% by mass, Mo in a range of 0% to 4%, N in a range of 0.3% to 1.5%, and Ni A stainless steel substrate made of stainless steel that is not Dye-sensitized solar cell is a substrate having a gender to provide a dye-sensitized solar cell module which is characterized by comprising a plurality connected.
また、本発明は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、上記第1電極基材または上記第2電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有する色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールを提供する。 The present invention also includes a first electrode substrate having a function as an electrode, and a porous material including metal oxide semiconductor fine particles formed on the first electrode substrate and having a dye sensitizer supported on the surface. An oxide semiconductor electrode substrate having a porous layer, a second electrode base material having a function as an electrode, and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material, the porous layer and An electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, and the first electrode substrate or the second electrode substrate. Is a base material having transparency, and Cr is in a range of 18% to 24%, Mo is in a range of 0% to 4%, and N is in a range of 0.3% to 1.5% by mass. % Mesh and made of stainless steel not containing Ni Provided is a dye-sensitized solar cell module comprising a plurality of dye-sensitized solar cells connected to each other having a stainless steel auxiliary electrode substrate.
本発明によれば、上述した色素増感型太陽電池を有することにより、第1電極基材または第2電極基材が有する電極層をヨウ化物イオンの腐食による影響を受けにくく、経時的な劣化の少ないものとすることができることから、高品質な色素増感型太陽電池モジュールとすることができる。 According to the present invention, by having the above-described dye-sensitized solar cell, the electrode layer of the first electrode base material or the second electrode base material is not easily affected by iodide ion corrosion and deteriorates over time. Therefore, a high-quality dye-sensitized solar cell module can be obtained.
本発明によれば、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼を第1電極基材または第2電極基材の電極層の材料に用いることにより、ヨウ化物イオンによる腐食の影響が少ないものとすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、上述したステンレス鋼は、チタン、貴金属等に比べて安価であるため、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。 According to the present invention, stainless steel having high corrosion resistance against iodide ions is used as the material of the electrode layer of the first electrode substrate or the second electrode substrate, so that the influence of corrosion by iodide ions is small. Therefore, a high-quality dye-sensitized solar cell with little deterioration of the electrode layer with time can be obtained. Moreover, since the stainless steel mentioned above is cheap compared with titanium, a noble metal, etc., a dye-sensitized solar cell can be obtained at low cost.
以下、本発明の色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池モジュールについてそれぞれ説明する。 Hereinafter, the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention will be described respectively.
A.色素増感型太陽電池
まず、本発明の色素増感型太陽電池について説明する。
ここで、本発明においては、第1電極基材および第2電極基材の両方を示す場合は、単に電極基材と表現する場合がある。また、上記電極基材は、少なくとも電極層を有しているのであれば特に限定されるものではなく、電極層のみからなるものであってもよいし、基材、および基材上に形成された電極層を有するものであってもよいし、上述した構成以外に必要な部材が追加されたものであってもよい。
A. First, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described.
Here, in this invention, when showing both a 1st electrode base material and a 2nd electrode base material, it may only express with an electrode base material. Further, the electrode base material is not particularly limited as long as it has at least an electrode layer, and may be composed of only an electrode layer or formed on the base material and the base material. In addition, a member having an electrode layer may be used, or necessary members may be added in addition to the configuration described above.
近年、上述した第1電極基材または第2電極基材に用いられる電極層に金属膜を適用することが検討されている。
しかしながら、色素増感型太陽電池に用いられる電解質には、通常、ヨウ化物イオンが含まれており、上記ヨウ化物イオンは多くの金属材料に対する腐食性が高いことが知られていることから、上記電極層に金属膜を用いる場合は、ヨウ化物イオンによる電極層の腐食が問題となる。上記ヨウ化物イオンが上記金属膜からなる電極層を腐食した場合に発生する問題としては、色素増感型太陽電池の電流値の低下等が挙げられる。この理由については明らかではないが、次のように考えられる。
すなわち、色素増感型太陽電池に用いられる上記金属等からなる電極層がヨウ化物イオンと反応すると、金属ヨウ化物が生成される。また、生成された上記金属ヨウ化物については、電極層表面上に析出する場合、または、上記電極層から溶出した金属イオンと上記ヨウ化物イオンとが電解質層中で反応したときは電解質層中に析出する場合が考えられるが、いずれの場合も電解質層中のヨウ化物イオンが減少したり、電子の授受を阻害するという問題が考えられる。
In recent years, it has been studied to apply a metal film to an electrode layer used for the first electrode substrate or the second electrode substrate described above.
However, the electrolyte used for the dye-sensitized solar cell usually contains iodide ions, and the iodide ions are known to be highly corrosive to many metal materials. When a metal film is used for the electrode layer, corrosion of the electrode layer due to iodide ions becomes a problem. A problem that occurs when the iodide ion corrodes the electrode layer made of the metal film includes a decrease in the current value of the dye-sensitized solar cell. Although the reason for this is not clear, it can be considered as follows.
That is, when an electrode layer made of the above metal or the like used in a dye-sensitized solar cell reacts with iodide ions, metal iodide is generated. In addition, the produced metal iodide is deposited on the surface of the electrode layer, or when metal ions eluted from the electrode layer react with the iodide ions in the electrolyte layer. In some cases, iodide ions in the electrolyte layer may decrease, or problems such as inhibiting the transfer of electrons may be considered.
したがって、色素増感型太陽電池の電極層としては、ヨウ化物イオンと反応が起こりにくい、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い金属材料を用いることが必要である。このような金属材料としては、チタン、貴金属等を挙げることができるが、これらの金属材料はいずれも高価であることから色素増感型太陽電池の製造コストが高くなるといった問題があった。 Therefore, as the electrode layer of the dye-sensitized solar cell, it is necessary to use a metal material that hardly reacts with iodide ions and has high corrosion resistance against iodide ions. Examples of such metal materials include titanium and noble metals. However, since these metal materials are all expensive, there is a problem that the manufacturing cost of the dye-sensitized solar cell is increased.
一方、本発明においては、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼を電極層の材料として用いることにより、上述したTi、貴金属等の金属材料と同等のヨウ化物イオンに対する耐腐食性を示す電極層を上記金属材料に比べて安価に得ることが可能となる。よって、本発明においては、色素増感型太陽電池を低コストで得ることが可能となる。 On the other hand, in the present invention, Cr is contained in a range of 18% to 24% by mass, Mo is in a range of 0% to 4%, N is in a range of 0.3% to 1.5%, and By using stainless steel that does not contain Ni as a material for the electrode layer, an electrode layer that exhibits corrosion resistance against iodide ions equivalent to the metal materials such as Ti and noble metals described above can be obtained at a lower cost than the above metal materials. Is possible. Therefore, in the present invention, a dye-sensitized solar cell can be obtained at low cost.
なお、本発明に用いられるステンレス鋼の組成を分析する際に用いられる分析用試料採取方法及び分析方法は、JIS G0321(鋼材の製品分析方法及びその許容変動値)に基づいて行うものとする。 Note that the analytical sampling method and analysis method used when analyzing the composition of the stainless steel used in the present invention is based on JIS G0321 (a steel product analysis method and its allowable variation value).
ここで、上記ステンレス鋼がヨウ化物イオンに対して高い耐腐食性を示す理由としては明らかではないが、次のように考えられる。
まず、上記ステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対して耐腐食性の高いCrの含有量が多いことから高い耐腐食性を示すことが考えられる。また、上記ステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対して耐腐食性の低いNiを含有しないことからも高い耐腐食性を示すことが考えられる。また、上記ステンレス鋼はフェライト系の結晶構造以外にも、少なくとも一部をオーステナイト化させることが可能であり、上記オーステナイト化されたステンレス鋼については、フェライト構造に比べて高い耐腐食性を有することが可能となることから、上記ステンレス鋼はヨウ化物イオンに対して高い耐腐食性を示すことが可能となる。また、一般的なステンレス鋼においては、オーステナイト系を固定化するためには、Niを必要とするが、本発明に用いられるステンレス鋼はNによりオーステナイト系を固定化することが可能であり、Niを含まない構造とすることができることからも、高い耐腐食性を示すことが可能になるものと考えられる。
Here, the reason why the stainless steel exhibits high corrosion resistance against iodide ions is not clear, but is considered as follows.
First, it is conceivable that the stainless steel exhibits high corrosion resistance due to a high content of Cr having high corrosion resistance against iodide ions. In addition, it is considered that the stainless steel exhibits high corrosion resistance because it does not contain Ni, which has low corrosion resistance to iodide ions. In addition to the ferrite-based crystal structure, the stainless steel can be at least partially austenitic, and the austenitic stainless steel has higher corrosion resistance than the ferrite structure. Therefore, the stainless steel can exhibit high corrosion resistance against iodide ions. Further, in general stainless steel, Ni is required to fix the austenite system, but the stainless steel used in the present invention can fix the austenite system by N, and Ni It can be considered that high corrosion resistance can be exhibited also from the fact that the structure can be made free of.
本発明の色素増感型太陽電池は、上記電極基材の構成により2つの実施態様に大別される。以下、各実施態様について説明する。 The dye-sensitized solar cell of the present invention is roughly classified into two embodiments according to the configuration of the electrode substrate. Each embodiment will be described below.
I.第1実施態様の色素増感型太陽電池
本実施態様の色素増感型太陽電池は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第2電極基材のいずれか一方が、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とするものである。
I. Dye-sensitized solar cell according to the first embodiment The dye-sensitized solar cell according to the present embodiment is formed on a first electrode base material having a function as an electrode and the first electrode base material. An oxide semiconductor electrode substrate having a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles supported on its surface, a second electrode substrate having a function as an electrode, and the second electrode substrate An electrolyte layer including a redox pair disposed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, the counter electrode substrate having the formed catalyst layer disposed so that the porous layer and the catalyst layer face each other In which either one of the first electrode base material and the second electrode base material is Cr in a range of 18% to 24% by mass, and Mo is Within the range of 0% to 4%, N within the range of 0.3% to 1.5% It has a stainless steel substrate made of stainless steel that contains Ni and does not contain Ni as an electrode layer, and the other is a transparent substrate.
本実施態様によれば、上記第1電極基材または第2電極基材のいずれか一方が上記ステンレス鋼基材を電極層として有することから、上記電解質層中のヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い電極層とすることができるため、電極層の経時的な劣化が少なく、高品質な色素増感型太陽電池とすることが可能となる。また、上記ステンレス鋼は、チタン、貴金属等の電極層の材料に比べて安価であるため、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。 According to this embodiment, since either one of the first electrode base material or the second electrode base material has the stainless steel base material as an electrode layer, it has corrosion resistance against iodide ions in the electrolyte layer. Since a high electrode layer can be obtained, it is possible to obtain a high-quality dye-sensitized solar cell with little deterioration over time of the electrode layer. Further, since the stainless steel is less expensive than the material of the electrode layer such as titanium or noble metal, a dye-sensitized solar cell can be obtained at low cost.
ここで、本実施態様の色素増感型太陽電池としては、具体的には、上記第1電極基材が透明性を有する基材であり、かつ、上記第2電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有する態様(以下、第1態様とする。)と、上記第1電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第2電極基材が透明性を有する基材である態様(以下、第2態様とする。)との2つの態様が考えられる。以下、各態様の色素増感型太陽電池についてそれぞれ説明する。 Here, as the dye-sensitized solar cell of the present embodiment, specifically, the first electrode base material is a transparent base material, and the second electrode base material is the stainless steel base. An embodiment having a material as an electrode layer (hereinafter referred to as a first embodiment), the first electrode substrate having the stainless steel substrate as an electrode layer, and the second electrode substrate having transparency. There are two possible modes: the base material having the base material (hereinafter referred to as the second mode). Hereinafter, the dye-sensitized solar cell of each aspect will be described.
1.第1態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、上記第1電極基材が透明性を有する基材であり、かつ、上記第2電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有するものである。
1. Dye-sensitized solar cell according to the first aspect In the dye-sensitized solar cell according to the present aspect, the first electrode base material is a transparent base material, and the second electrode base material is the stainless steel base. It has a material as an electrode layer.
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図1は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図1に示すように、本態様の色素増感型太陽電池10は、透明性を有する基材である第1電極基材11、および第1電極基材11上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、ステンレス鋼基材を電極層として有する第2電極基材21、第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されているものである。また、ステンレス鋼基材は、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるものである。さらに、第1電極基材11は透明基材11b、および透明基材11b上に形成された透明電極層11aを有するものである。また、本態様においては、通常、色素増感型太陽電池10の端部は、シール剤4によって封止がされるものである。
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材について説明する。
The dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of this embodiment.
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
Hereinafter, each member used for the dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described.
(1)対極基板
まず、本態様に用いられる対極基板について説明する。
本態様に用いられる対極基板は、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有するものである。以下、第2電極基材および触媒層についてそれぞれ説明する。
(1) Counter electrode substrate First, the counter electrode substrate used in this embodiment will be described.
The counter electrode substrate used in this embodiment has a second electrode base material having a function as an electrode, and a catalyst layer formed on the second electrode base material. Hereinafter, the second electrode substrate and the catalyst layer will be described respectively.
(a)第2電極基材
本態様に用いられる第2電極基材は、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有するものである。
(A) 2nd electrode base material The 2nd electrode base material used for this aspect is Cr in the range of 18% to 24%, Mo in the range of 0% to 4%, and N in the range of 0.3%. It has a stainless steel base material made of stainless steel which is contained within the range of% to 1.5% and does not contain Ni as an electrode layer.
ここで、「Niを含まない」とは、上記ステンレス鋼を得るための製銑・製鋼時に不可避的に混入する量以下であれば、上記ステンレス鋼をヨウ化物イオンに対する耐腐食性に優れたものとすることができる。 Here, “Ni-free” means that the stainless steel is excellent in corrosion resistance to iodide ions as long as it is below the amount inevitably mixed during the steel making and steel making for obtaining the stainless steel. It can be.
上記ステンレス鋼基材に用いられるステンレス鋼においては、Crの含有量を18%〜24%の範囲内としている。上記ステンレス鋼においては、Crの含有量が18%未満になると、ステンレス鋼が上記範囲内のNを含有することが困難となり、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼とすることが困難になる。また、本態様において第2電極基材として用いられる程度の耐腐食性を有することができるCrの含有量としては最大で24%であるため、上記範囲とした。また、上記ステンレス鋼においては、Crは含有量が多い程、Nが入りやすくなり、力学的諸特性およびヨウ化物イオンに対する耐腐食性の向上に寄与することができる。 In the stainless steel used for the stainless steel substrate, the Cr content is in the range of 18% to 24%. In the stainless steel, when the Cr content is less than 18%, it becomes difficult for the stainless steel to contain N within the above range, and it becomes difficult to make the stainless steel highly resistant to iodide ions. Become. Further, since the maximum content of Cr that can have corrosion resistance to the extent that it is used as the second electrode substrate in this embodiment is 24%, the above range is adopted. Further, in the stainless steel, as the Cr content increases, N becomes easier to enter and can contribute to improvement of various mechanical properties and corrosion resistance against iodide ions.
また、上記ステンレス鋼においては、Moの含有量を0%〜4%の範囲内としている。Moの添加によりNの吸収が促進されるだけでなく、耐応力腐食割れ(SCC)性も改善されるが、その含有量が4%を超えると、上記組成のステンレス鋼を得るための加工が困難になるからである。 In the stainless steel, the Mo content is in the range of 0% to 4%. The addition of Mo not only promotes the absorption of N, but also improves the resistance to stress corrosion cracking (SCC). However, if its content exceeds 4%, the processing for obtaining the stainless steel having the above composition is required. Because it becomes difficult.
このようなステンレス鋼基材としては、上述した組成を有するものであれば特に限定されるものではなく、フェライト型ステンレス鋼であってもよいし、一部がオーステナイト化したフェライト型ステンレス鋼であってもよいし、全部がオーステナイト化したステンレス鋼であってもよい。なかでも、一部がオーステナイト化したフェライト型ステンレス鋼、または全部がオーステナイト化したステンレス鋼であることが好ましい。上記ステンレス鋼をオーステナイト化させることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性、および上記ステンレス鋼基材の強度を高めることが可能となるからである。 Such a stainless steel substrate is not particularly limited as long as it has the above-described composition, and may be a ferritic stainless steel, or may be a part of austenitic ferritic stainless steel. Alternatively, all may be austenitic stainless steel. Especially, it is preferable that it is a ferritic stainless steel partially austenitized or a stainless steel fully austenitized. This is because by making the stainless steel austenitized, it becomes possible to increase the corrosion resistance against iodide ions and the strength of the stainless steel substrate.
上記ステンレス鋼基材に用いられるステンレス鋼が、少なくとも一部オーステナイト化しているものについては、例えば以下のような加工によって得ることができる。
まず、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内含んだフェライト型ステンレス鋼の基材を準備し、これを窒素ガスを含む不活性ガスと800℃以上で接触させて窒素吸収処理を行う。これにより、フェライト型ステンレス鋼は全体または一部がオーステナイト化し、強度および耐腐食性に優れ、Niを含まないステンレス鋼基材とすることができる。
As for the stainless steel used for the stainless steel base material, which is at least partially austenitic, it can be obtained, for example, by the following processing.
First, a ferritic stainless steel base material containing Cr in a range of 18% to 24% and Mo in a range of 0% to 4% by mass% is prepared, and this is combined with an inert gas containing nitrogen gas and 800%. Nitrogen absorption treatment is performed by contact at a temperature of at least ° C. Thereby, the ferritic stainless steel can be austenitized in whole or in part, and has excellent strength and corrosion resistance, and can be a stainless steel substrate that does not contain Ni.
また、本態様に用いられる第2電極基材としては、上記ステンレス鋼基材を電極層として有しているのであれば特に限定されるものではなく、上記ステンレス鋼基材のみを用いてもよいし、基材上に、上記ステンレス鋼基材からなる電極層が配置された基板を用いてもよい。なお、上記基材については、一般的な電極部材に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 In addition, the second electrode substrate used in this embodiment is not particularly limited as long as it has the stainless steel substrate as an electrode layer, and only the stainless steel substrate may be used. And the board | substrate with which the electrode layer which consists of the said stainless steel base material is arrange | positioned on a base material may be used. In addition, about the said base material, since it can be made to be the same as that used for a general electrode member, description here is abbreviate | omitted.
本態様における第2電極基材が上記ステンレス鋼基材のみからなる場合、上記ステンレス鋼基材の膜厚としては、電極層としての機能を有し、かつ、ステンレス鋼基材上に触媒層を形成することにより対極基板として用いることができる程度の膜厚であれば、特に限定されるものではないが、1μm〜200μmの範囲内、なかでも5μm〜100μmの範囲内、特に5μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼基材の膜厚が上記範囲を超える場合は、近年要望が高まっている薄膜の色素増感型太陽電池を形成することができないからであり、上記ステンレス鋼基材の膜厚が上記範囲に満たない場合は、対極基板として用いることができる程度の自己支持性を有さないものとなる可能性があるからである。 When the 2nd electrode base material in this aspect consists only of the said stainless steel base material, it has a function as an electrode layer as a film thickness of the said stainless steel base material, and has a catalyst layer on a stainless steel base material. Although it will not specifically limit if it is a film thickness which can be used as a counter-electrode board | substrate by forming, It exists in the range of 1 micrometer-200 micrometers, especially the range of 5 micrometers-100 micrometers, especially the range of 5 micrometers-50 micrometers. It is preferable to be within. If the thickness of the stainless steel substrate exceeds the above range, it is because a thin film dye-sensitized solar cell that has been increasingly demanded in recent years cannot be formed. This is because if it is less than the range, it may not have a self-supporting property that can be used as a counter electrode substrate.
(b)触媒層
本態様に用いられる触媒層は、上述した第2電極基材上に形成されるものである。
(B) Catalyst layer The catalyst layer used for this aspect is formed on the 2nd electrode base material mentioned above.
上記第2電極基材に触媒層が形成されていることにより、本態様の色素増感型太陽電池をより発電効率に優れたものにすることができる。このような触媒層の例としては、例えば、上記第2電極基材上にPtを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリスチレンスルフォン酸(PSS)、ポリアニリン(PA)、パラトルエンスルホン酸(PTS)およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。 By forming the catalyst layer on the second electrode substrate, the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be made more excellent in power generation efficiency. Examples of such a catalyst layer include, for example, an embodiment in which Pt is vapor-deposited on the second electrode substrate, polyethylene dioxythiophene (PEDOT), polystyrene sulfonic acid (PSS), polyaniline (PA), paratoluene sulfone. Although the aspect which forms a catalyst layer from an acid (PTS) and these mixtures can be mentioned, it is not this limitation.
このような触媒層の膜厚としては、上記第2電極基材上に形成することができ、本態様の色素増感型太陽電池を発電効率に優れたものとすることができるのであれば特に限定されるものではないが、1nm〜10μmの範囲内、なかでも10nm〜1000nmの範囲内、特に10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。上記触媒層の膜厚が上記範囲を超える場合は、上記触媒層の材料や、上記触媒層を形成するための時間等が多くかかるため、本態様の色素増感型太陽電池の製造コストが高くなるからである。また、上記範囲に満たない場合は、上記第2電極基材上に触媒層を形成することが困難であるからである。 As the film thickness of such a catalyst layer, it can be formed on the second electrode substrate, and particularly if the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be made excellent in power generation efficiency. Although it is not limited, it is preferably in the range of 1 nm to 10 μm, in particular, in the range of 10 nm to 1000 nm, particularly in the range of 10 nm to 500 nm. If the film thickness of the catalyst layer exceeds the above range, it takes a lot of time for the material of the catalyst layer, the time for forming the catalyst layer, and the like. Because it becomes. Moreover, when it is less than the said range, it is because it is difficult to form a catalyst layer on the said 2nd electrode base material.
(2)酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。以下、本態様に用いられる第1電極基材、および多孔質層についてそれぞれ説明する。
(2) Oxide Semiconductor Electrode Substrate The oxide semiconductor electrode substrate used in this embodiment is formed on the first electrode base material having a function as an electrode and the first electrode base material, and the dye sensitizer is on the surface. It has a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles carried on. Hereinafter, the 1st electrode base material and porous layer which are used for this mode are explained, respectively.
(a)第1電極基材
本態様に用いられる第1電極基材は、透明性を有する基材である。本態様に用いられる第1電極基材の透明性としては、本態様の色素増感型太陽電池が上記酸化物半導体電極基板側から太陽光を受光することにより機能を発揮することができるように、太陽光を透過することができるものであれば特に限定されるものではないが、全光線透過率50%以上であることが望ましい。なお、上記第1電極基材の透明性は、JIS K7361-1:1997に準拠した測定方法により測定した値である。
(A) 1st electrode base material The 1st electrode base material used for this aspect is a base material which has transparency. The transparency of the first electrode substrate used in this embodiment is such that the dye-sensitized solar cell of this embodiment can exhibit its function by receiving sunlight from the oxide semiconductor electrode substrate side. The light transmittance is not particularly limited as long as it can transmit sunlight, but the total light transmittance is preferably 50% or more. The transparency of the first electrode substrate is a value measured by a measurement method based on JIS K7361-1: 1997.
このような透明性を有する基材としては、通常、透明基材および透明基材上に形成された透明電極層を有するものである。以下、透明基材および透明電極層についてそれぞれ説明する。 Such a substrate having transparency usually has a transparent substrate and a transparent electrode layer formed on the transparent substrate. Hereinafter, each of the transparent substrate and the transparent electrode layer will be described.
(i)透明基材
本態様に用いられる透明基材としては、後述する透明電極層および多孔質層を形成することができる程度の自己支持性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明基材としては、例えば無機透明基材や樹脂製基材を用いることができる。このうち、樹脂製基材は、軽量であり、加工性に優れ、製造コストの低減ができるため好ましい。
(I) Transparent base material The transparent base material used in this embodiment is not particularly limited as long as it has a self-supporting property capable of forming a transparent electrode layer and a porous layer described later. . As such a transparent substrate, for example, an inorganic transparent substrate or a resin substrate can be used. Among these, the resin base is preferable because it is lightweight, has excellent processability, and can reduce manufacturing costs.
上記樹脂製基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン(PES)フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)フィルム、ポリエーテルイミド(PEI)フィルム、ポリイミド(PI)フィルム、ポリエステルナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等の樹脂からなる基材等を挙げることができる。なかでも本態様においては二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)、ポリエステルナフタレートフィルム(PEN)、ポリカーボネートフィルム(PC)が用いられることが好ましい。 Examples of the resin base material include an ethylene / tetrafluoroethylene copolymer film, a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a polyethersulfone (PES) film, a polyetheretherketone (PEEK) film, and a polyetherimide (PEI). ) Film, polyimide (PI) film, polyester naphthalate (PEN), substrate made of resin such as polycarbonate (PC), and the like. In particular, in this embodiment, it is preferable to use a biaxially stretched polyethylene terephthalate film (PET), a polyester naphthalate film (PEN), or a polycarbonate film (PC).
また、上記無機透明基材としては、合成石英基材やガラス基板等を挙げることができる。 Examples of the inorganic transparent substrate include a synthetic quartz substrate and a glass substrate.
また、本態様に用いられる透明基材の厚みは、上記色素増感型太陽電池の用途等に応じて適宜選択することができるものであるが、通常、10μm〜2000μmの範囲内であることが好ましく、特に50μm〜1800μmの範囲内であることが好ましく、さらに100μm〜1500μmの範囲内であることが好ましい。 Further, the thickness of the transparent substrate used in this embodiment can be appropriately selected according to the use of the dye-sensitized solar cell, but it is usually in the range of 10 μm to 2000 μm. In particular, it is preferably in the range of 50 μm to 1800 μm, more preferably in the range of 100 μm to 1500 μm.
また、本態様に用いられる透明基材は、耐熱性、耐候性、水蒸気、その他のガスバリア性に優れたものであることが好ましい。上記透明基材がガスバリア性を有することにより、例えば、本態様の色素増感型太陽電池の経時安定性を高いものとすることができるからである。なかでも本態様においては、酸素透過率が温度23℃、湿度90%の条件下において1cc/m2/day・atm以下、水蒸気透過率が温度37.8℃、湿度100%の条件下において1g/m2/day以下のガスバリア性を有する透明基材を用いることが好ましい。本態様においては、このようなガスバリア性を達成するために、上記透明基材上に任意のガスバリア層を設けたものを用いてもよい。なお、上記酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置(モダンコントロール(株)製、OX−TRAN 2/20:商品名)を用いて測定した値である。また、上記水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置(モダンコントロール(株)製、PERMATRAN−W 3/31:商品名)を用いて測定した値である。
Moreover, it is preferable that the transparent base material used for this aspect is excellent in heat resistance, a weather resistance, water vapor | steam, and other gas barrier properties. This is because when the transparent substrate has gas barrier properties, for example, the temporal stability of the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be increased. In particular, in this embodiment, the oxygen transmission rate is 1 cc / m 2 / day · atm or less under the condition of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 90%, and the water vapor transmission rate is 1 g under the condition of a temperature of 37.8 ° C. and a humidity of 100%. It is preferable to use a transparent substrate having a gas barrier property of / m 2 / day or less. In this aspect, in order to achieve such gas barrier properties, a material in which an arbitrary gas barrier layer is provided on the transparent substrate may be used. The oxygen permeability is a value measured using an oxygen gas permeability measuring device (manufactured by Modern Control Co., Ltd., OX-
(ii)透明電極層
本態様に用いられる透明電極層としては、透明性を有し、所定の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明電極層に用いられる材料としては、金属酸化物、導電性高分子材料等を挙げることができる。
(Ii) Transparent electrode layer The transparent electrode layer used in the present embodiment is not particularly limited as long as it has transparency and predetermined conductivity. Examples of the material used for such a transparent electrode layer include metal oxides and conductive polymer materials.
上記金属酸化物としては、例えば、SnO2、ZnO、酸化インジウムにスズを添加した化合物(ITO)、酸化インジウムに酸化亜鉛を添加した化合物(IZO)等を挙げることができる。本態様においては、これらのいずれの金属酸化物であっても好適に用いることができるが、なかでもフッ素ドープしたSnO2(以下、FTOと称する。)、ITOを用いることが好ましい。FTOおよびITOは、導電性および太陽光の透過性の両方に優れているからである。
一方、上記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリエチレンスルフォン酸(PSS)、ポリアニリン(PA)、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等を挙げることができる。また、これらを2種以上混合して用いることもできる。
Examples of the metal oxide include SnO 2 , ZnO, a compound in which tin is added to indium oxide (ITO), a compound in which zinc oxide is added to indium oxide (IZO), and the like. In this embodiment, any of these metal oxides can be suitably used, but among these, fluorine-doped SnO 2 (hereinafter referred to as FTO) and ITO are preferably used. This is because FTO and ITO are excellent in both conductivity and sunlight permeability.
On the other hand, examples of the conductive polymer material include polythiophene, polyethylene sulfonic acid (PSS), polyaniline (PA), polypyrrole, and polyethylenedioxythiophene (PEDOT). Moreover, these can also be used in mixture of 2 or more types.
本態様に用いられる透明電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる材料からなる層が積層された態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層が積層された態様を挙げることができる。 The transparent electrode layer used in this embodiment may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers laminated. Examples of the configuration in which a plurality of layers are stacked include a mode in which layers made of materials having different work functions are stacked, and a mode in which layers made of different metal oxides are stacked.
本態様に用いられる透明電極層の厚みは、上記色素増感型太陽電池の用途等に応じて、所望の導電性を実現できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本態様における透明電極層の膜厚としては、通常、5nm〜2000nmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な透明電極層を形成することが困難となる場合や全光線透過率が低下して良好な光電変換効率を得ることが難しくなる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、透明電極層の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、透明電極層が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
The thickness of the transparent electrode layer used in the present embodiment is not particularly limited as long as desired conductivity can be achieved according to the use of the dye-sensitized solar cell. In particular, the film thickness of the transparent electrode layer in this embodiment is usually preferably in the range of 5 nm to 2000 nm, and particularly preferably in the range of 10 nm to 1000 nm. If the thickness is thicker than the above range, it may be difficult to form a homogeneous transparent electrode layer, or the total light transmittance may be lowered and it may be difficult to obtain good photoelectric conversion efficiency. If the thickness is thinner than the above range, the conductivity of the transparent electrode layer may be insufficient.
In addition, the said thickness shall point out the total thickness which totaled the thickness of all the layers, when a transparent electrode layer is comprised from a several layer.
上記透明電極層を上記透明基材上に形成する方法としては、一般的な電極層の形成方法と同様とすることができるのでここでの記載は省略する。 Since the method for forming the transparent electrode layer on the transparent substrate can be the same as a general method for forming an electrode layer, description thereof is omitted here.
(iii)その他の構成
上述したように、本態様における第1電極基材は、上述した透明基材および透明電極層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な構成を選択して追加することができる。このような構成としては、例えば、補助電極層を挙げることができる。
(Iii) Other Configurations As described above, the first electrode base material in this aspect is not particularly limited as long as it has the transparent base material and the transparent electrode layer described above, and a necessary configuration is selected. Can be added. An example of such a configuration is an auxiliary electrode layer.
上記補助電極層は、導電性材料を用いてメッシュ状に形成された電極層である。上記補助電極層を上述した透明電極層とともに用いることで、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることが可能となる。 The auxiliary electrode layer is an electrode layer formed in a mesh shape using a conductive material. By using the auxiliary electrode layer together with the transparent electrode layer described above, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be increased.
本態様に用いられる補助電極層の形成位置としては、上記透明電極層とともに用いることにより、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることができるのであれば特に限定されるものではなく、上記透明基材上に形成された上記透明電極層上に形成されていてもよいし、上記透明基材および上記透明電極層の間に形成されていてもよい。本態様においては、上記補助電極層が上記透明基材および上記透明電極層の間に形成されていることがより好ましい。上記補助電極層が上記透明基材上に形成された上記透明電極層上に形成されている場合に比べて、電解質層中のヨウ化物イオンと接触しにくくなるからである。 The formation position of the auxiliary electrode layer used in this embodiment is particularly limited as long as it can be used together with the transparent electrode layer to increase the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment. Instead, it may be formed on the transparent electrode layer formed on the transparent substrate, or may be formed between the transparent substrate and the transparent electrode layer. In this aspect, the auxiliary electrode layer is more preferably formed between the transparent substrate and the transparent electrode layer. This is because, compared with the case where the auxiliary electrode layer is formed on the transparent electrode layer formed on the transparent base material, it is difficult to come into contact with iodide ions in the electrolyte layer.
本態様に用いられる上記補助電極層の材料としては、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることが可能な材料であれば特に限定されるものではない。
なお、本態様においては、透明基材上に上記補助電極層を形成し、さらに透明電極層を形成した場合であっても、後述する電解質層中に含まれるヨウ化物イオンは上記透明電極層を一部透過して、上記補助電極層と接触するものであることから、上記補助電極層の材料としては、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有することが好ましい。
このような補助電極層に用いられる材料としては、具体的には、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、白金などを挙げることができるが、めっきなどを用いて耐腐食表面処理を行った金属であれば、アルミ、ニッケル、銅、鉄、銀およびそれらの合金など一般的な金属種を使用することが出来る。
The material for the auxiliary electrode layer used in this embodiment is not particularly limited as long as it is a material that can increase the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment.
In this embodiment, even if the auxiliary electrode layer is formed on the transparent substrate and further the transparent electrode layer is formed, iodide ions contained in the electrolyte layer described later are used for the transparent electrode layer. Since it partially permeates and comes into contact with the auxiliary electrode layer, the auxiliary electrode layer preferably has corrosion resistance against iodide ions.
Specific examples of the material used for such an auxiliary electrode layer include titanium, tungsten, molybdenum, chromium, and platinum. However, any metal that has been subjected to a corrosion-resistant surface treatment using plating or the like may be used. For example, common metal species such as aluminum, nickel, copper, iron, silver, and alloys thereof can be used.
このような補助電極層の形成方法としては、金属マスクを用いて上記補助電極層をスパッタ法等の蒸着法を用いて形成する方法や、上記補助電極層材料膜を透明基材または透明電極層上に全面形成し、所定のパターン状にエッチングする方法、上記補助電極層材料を金属ペーストとし、上記金属ペーストを透明基材または透明電極層上に印刷する方法等を挙げることができる。 As a method for forming such an auxiliary electrode layer, a method for forming the auxiliary electrode layer by using a vapor deposition method such as a sputtering method using a metal mask, or a method for forming the auxiliary electrode layer material film as a transparent substrate or a transparent electrode layer. Examples thereof include a method of forming the entire surface on top and etching into a predetermined pattern, a method of using the auxiliary electrode layer material as a metal paste, and printing the metal paste on a transparent substrate or a transparent electrode layer, and the like.
なお、本態様においては、後述する「II.第2実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材を上記補助電極層として用いることができる。また、本態様に用いられる補助電極層のメッシュの形状、補助電極層の開口部の比率、およびメッシュピッチと線幅等については、後述する「II.第2実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。 In addition, in this aspect, the stainless steel auxiliary electrode base material demonstrated by the term of "II. Dye-sensitized solar cell of 2nd embodiment" mentioned later can be used as said auxiliary electrode layer. Further, the shape of the mesh of the auxiliary electrode layer used in this embodiment, the ratio of the openings of the auxiliary electrode layer, the mesh pitch, the line width, and the like will be described later in “II. Dye-sensitized solar cell of the second embodiment” Since it can be the same as that of the stainless steel auxiliary electrode substrate described in the section, the description is omitted here.
本態様に用いられる第1電極基材は、上記補助電極層以外にも必要な部材を選択して追加することができる。 The 1st electrode base material used for this aspect can select and add a required member besides the said auxiliary electrode layer.
(b)多孔質層
次に、本態様に用いられる多孔質層について説明する。本態様に用いられる多孔質層は、表面に色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有するものであり、上述した第1電極基材上に形成され、かつ、後述する電解質層と接するものである。また、本態様においては、上記第1電極基材は、透明基材および透明電極層を有するものであることから、上記多孔質層は、上記第1電極基材の透明電極層側表面に形成されるものである。
以下、上記多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子、および色素増感剤についてそれぞれ説明する。
(B) Porous layer Next, the porous layer used in this embodiment will be described. The porous layer used in this embodiment contains metal oxide semiconductor fine particles having a dye sensitizer supported on the surface, is formed on the above-described first electrode substrate, and is an electrolyte described later. It is in contact with the layer. Moreover, in this aspect, since the said 1st electrode base material has a transparent base material and a transparent electrode layer, the said porous layer is formed in the transparent electrode layer side surface of the said 1st electrode base material. It is what is done.
Hereinafter, the metal oxide semiconductor fine particles and the dye sensitizer used in the porous layer will be described.
(i)金属酸化物半導体微粒子
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、TiO2、ZnO、SnO2、ITO、ZrO2、MgO、Al2O3、CeO2、Bi2O3、Mn3O4、Y2O3、WO3、Ta2O5、Nb2O5、La2O3等を挙げることができる。これらの金属酸化物半導体微粒子は、多孔性の多孔質層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため本態様に好適に用いられる。
(I) Metal oxide semiconductor fine particles The metal oxide semiconductor fine particles used in this embodiment are not particularly limited as long as they are made of a metal oxide having semiconductor characteristics. Examples of the metal oxide constituting the metal oxide semiconductor fine particles used in this embodiment include TiO 2 , ZnO, SnO 2 , ITO, ZrO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CeO 2 , Bi 2 O 3 , and Mn. 3 O 4 , Y 2 O 3 , WO 3 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , La 2 O 3 and the like can be mentioned. These metal oxide semiconductor fine particles are suitable for forming a porous porous layer, and can be suitably used in this embodiment because energy conversion efficiency can be improved and costs can be reduced.
なかでも本態様においてはTiO2からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。TiO2は特に半導体特性に優れるからである。 Among these, in this embodiment, it is most preferable to use metal oxide semiconductor fine particles made of TiO 2 . This is because TiO 2 is particularly excellent in semiconductor characteristics.
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子の平均粒径としては、多孔質層の比表面積を所望の範囲内にできる程度であれば特に限定されるものではないが、通常、1nm〜10μmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。平均粒径が上記範囲よりも小さいと各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成してしまう場合があり、また平均粒径が上記範囲より大きいと、多孔質層が厚膜化してしまうだけではなく、多孔質層の多孔度、すなわち比表面積が減少してしまう可能性があるからである。ここで、多孔質層の比表面積が小さくなると、例えば、光電変換するのに十分な色素増感剤を多孔質層に坦持させることが困難になる場合がある。
なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
The average particle diameter of the metal oxide semiconductor fine particles used in this embodiment is not particularly limited as long as the specific surface area of the porous layer can be within a desired range, but is usually in the range of 1 nm to 10 μm. The inside is preferable, and it is particularly preferable to be within the range of 10 nm to 1000 nm. If the average particle size is smaller than the above range, the respective metal oxide semiconductor fine particles may aggregate to form secondary particles. If the average particle size is larger than the above range, the porous layer becomes thicker. This is because the porosity of the porous layer, that is, the specific surface area may be reduced. Here, when the specific surface area of the porous layer becomes small, for example, it may be difficult to carry a dye sensitizer sufficient for photoelectric conversion in the porous layer.
The average particle size of the metal oxide semiconductor fine particles means the primary particle size.
(ii)色素増感剤
本態様に用いられる色素増感剤としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン、インドリン、カルバゾール系の色素が挙げられる。本態様においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
(Ii) Dye sensitizer The dye sensitizer used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can absorb light and generate an electromotive force. Examples of such a dye sensitizer include organic dyes and metal complex dyes. Examples of the organic dyes include acridine, azo, indigo, quinone, coumarin, merocyanine, phenylxanthene, indoline, and carbazole dyes. In this embodiment, among these organic dyes, a coumarin dye is preferably used. Further, as the metal complex dye, it is preferable to use a ruthenium dye, and it is particularly preferable to use a ruthenium bipyridine dye and a ruthenium terpyridine dye which are ruthenium complexes. This is because such a ruthenium complex has a wide wavelength range of light to be absorbed, so that the wavelength range of light that can be photoelectrically converted can be greatly expanded.
(iii)任意の成分
本態様に用いられる多孔質層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本態様に用いられる任意の成分としては、例えば、バインダー樹脂を挙げることができる。上記多孔質層にバインダー樹脂が含有されることにより、本態様に用いられる多孔質層を脆性の低いものにできるからである。
(Iii) Arbitrary component The porous layer used in this embodiment may contain an arbitrary component in addition to the metal oxide semiconductor fine particles. As an arbitrary component used for this aspect, binder resin can be mentioned, for example. This is because the porous layer used in this embodiment can be made less brittle by containing the binder resin in the porous layer.
このようなバインダー樹脂としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カプロラクタン等を挙げることができる。 Examples of such a binder resin include polyvinyl pyrrolidone, ethyl cellulose, caprolactan, and the like.
(iv)その他
本態様に用いられる多孔質層の厚みは、本態様の色素増感型太陽電池の用途に応じて、適宜決定できるものであり特に限定されるものではない。なかでも本態様における多孔質層の厚みは、通常、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、特に3μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。多孔質層の厚みが上記範囲よりも厚いと、多孔質層自体の凝集破壊が起りやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があるからである。また、多孔質層の厚みが上記範囲よりも薄いと厚みが均一な多孔質層を形成するのが困難となったり、色素増感剤が坦持される量が少なくなり、太陽光を十分に吸収できないために性能不良になる可能性があるからである。
(Iv) Others The thickness of the porous layer used in this embodiment can be appropriately determined according to the use of the dye-sensitized solar cell of this embodiment, and is not particularly limited. In particular, the thickness of the porous layer in this aspect is usually preferably in the range of 1 μm to 100 μm, and particularly preferably in the range of 3 μm to 30 μm. This is because if the thickness of the porous layer is larger than the above range, the porous layer itself tends to cause cohesive failure, which tends to cause membrane resistance. In addition, if the thickness of the porous layer is thinner than the above range, it becomes difficult to form a porous layer having a uniform thickness, the amount of the dye sensitizer carried is reduced, and the sunlight is sufficiently absorbed. This is because it may not be able to absorb and may cause poor performance.
(3)電解質層
本態様に用いられる電解質層は、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に形成されるものであり、酸化還元対を含むものである。また、上記多孔質層および触媒層間に位置し、多孔質層から伝導された電荷が、第1電極基材および第2電極基材を介して多孔質層へ輸送される際の輸送を行うものである。
(3) Electrolyte layer The electrolyte layer used in this embodiment is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, and includes an oxidation-reduction pair. In addition, it is located between the porous layer and the catalyst layer, and transports when the electric charge conducted from the porous layer is transported to the porous layer through the first electrode substrate and the second electrode substrate. It is.
本態様における電解質層に用いられる酸化還元対は、ヨウ素およびヨウ化物の組合せである。
上記酸化還元対として本態様に用いられるヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、例えば、LiI、NaI、KI、CaI2等の金属ヨウ化物と、I2との組合せを挙げることができる。
The redox couple used for the electrolyte layer in this embodiment is a combination of iodine and iodide.
Examples of the combination of iodine and iodide used in this embodiment as the redox couple, for example, can be cited LiI, NaI, KI, and metal iodide such as CaI 2, a combination of I 2.
本態様における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。 The electrolyte layer in this embodiment may contain additives such as a crosslinking agent, a photopolymerization initiator, a thickener, and a room temperature molten salt as other compounds other than the redox couple.
本態様に用いられる電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。上記電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用で室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。
また、上記電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。
さらに、上記電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばCuI、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
The electrolyte layer used in this embodiment may be an electrolyte layer having any form of gel, solid or liquid. When the electrolyte layer is in a gel form, it may be either a physical gel or a chemical gel. Here, the physical gel is gelled near room temperature due to physical interaction, and the chemical gel is a gel formed by chemical bonding by a crosslinking reaction or the like.
When the electrolyte layer is in a liquid state, for example, acetonitrile, methoxyacetonitrile, propylene carbonate, or the like as a solvent and an ionic liquid containing a redox couple or an imidazolium salt as a cation is used as the solvent. It can be.
Further, when the electrolyte layer is in a solid state, it does not include a redox pair and may function as a hole transporting agent itself. For example, a hole transporting agent containing CuI, polypyrrole, polythiophene, etc. It may be.
(4)その他の部材
本態様の色素増感型太陽電池は、上述した酸化物半導体電極基板、対極基板、および電解質層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な部材を適宜追加することができる。このような部材としては、色素増感型太陽電池の端部を封止するために用いられるシール剤等を挙げることができる。上記シール剤としては一般的な色素増感型太陽電池に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(4) Other members The dye-sensitized solar cell of the present embodiment is not particularly limited as long as it has the above-described oxide semiconductor electrode substrate, counter electrode substrate, and electrolyte layer. Can be added. Examples of such a member include a sealing agent used for sealing an end portion of the dye-sensitized solar cell. Since the sealing agent can be the same as that used in general dye-sensitized solar cells, description thereof is omitted here.
2.第2態様の色素増感型太陽電池
次に、第2態様の色素増感型太陽電池について説明する。
本態様の色素増感型太陽電池は、上記第1電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第2電極基材が透明性を有する基材であるものである。
2. Next, the dye-sensitized solar cell of the second embodiment will be described.
In the dye-sensitized solar cell of this embodiment, the first electrode base material has the stainless steel base material as an electrode layer, and the second electrode base material is a transparent base material. .
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図2は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図2に示すように、本態様の色素増感型太陽電池10は、ステンレス鋼基材を電極層として有する第1電極基材11、および第1電極基材11上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明性を有する基材である第2電極基材21、および第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されているものである。また、第2電極基材21は透明基材21b、および透明基材21b上に形成された透明電極層21aを有するものである。また、本態様においては、通常、色素増感型太陽電池10の端部は、シール剤4によって封止がされるものである。
また、図2においては、第1電極基材11はステンレス鋼基材表面にヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有する材料からなるバッファー層13を有するものである。なお、上記ステンレス鋼基材は図1で説明したステンレス鋼からなるものである。
The dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of this embodiment. As shown in FIG. 2, the dye-sensitized
Moreover, in FIG. 2, the 1st
本態様に用いられる電解質層、およびその他の部材については、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
以下、本態様に用いられる酸化物半導体電極基板および対極基板についてそれぞれ説明する。
The electrolyte layer and other members used in this embodiment can be the same as those described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, so description thereof is omitted here. .
Hereinafter, each of the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate used in this embodiment will be described.
(1)酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。
本態様に用いられる多孔質層については、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(1) Oxide Semiconductor Electrode Substrate The oxide semiconductor electrode substrate used in this embodiment is formed on the first electrode base material having a function as an electrode and the first electrode base material, and the dye sensitizer is It has a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles carried on its surface.
The porous layer used in this embodiment can be the same as that described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
本態様に用いられる第1電極基材は、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有するものである。このようなステンレス鋼基材については、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第2電極基材に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 The 1st electrode base material used for this mode is Cr in the range of 18% to 24%, Mo in the range of 0% to 4%, and N in the range of 0.3% to 1.5% by mass%. It has a stainless steel substrate made of stainless steel that is contained inside and does not contain Ni as an electrode layer. Such a stainless steel substrate can be the same as that used for the second electrode substrate described in the section “1. Dye-sensitized solar cell of the first aspect”. Description is omitted.
また、本態様においては、上記第1電極基材のステンレス鋼基材表面に、導電性を有するバッファー層を有することが好ましい。 Moreover, in this aspect, it is preferable to have a buffer layer having conductivity on the surface of the stainless steel substrate of the first electrode substrate.
上記バッファー層が上記ステンレス鋼基材表面に形成されることにより、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることが可能となる。この理由については明らかではないが、次のように推量される。
上記ステンレス鋼基材および金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層ではエネルギー準位の差が大きいため、上記ステンレス鋼基材および多孔質層の間を電子が移動しにくいことが考えられる。
一方、上記ステンレス鋼基材および多孔質層の間に上記バッファー層が形成されることにより、エネルギー準位の差を埋めることができるため、上記バッファー層を介して上記ステンレス鋼基材および上記多孔質層の間を電子が移動しやすくなるものと考えられる。
By forming the buffer layer on the surface of the stainless steel substrate, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be increased. The reason for this is not clear, but it is estimated as follows.
In the porous layer containing the stainless steel substrate and the metal oxide semiconductor fine particles, the difference in energy levels is large, and it is considered that electrons are difficult to move between the stainless steel substrate and the porous layer.
On the other hand, since the buffer layer is formed between the stainless steel substrate and the porous layer, the difference in energy level can be filled, so the stainless steel substrate and the porous layer are interposed via the buffer layer. It is thought that electrons easily move between the layers.
上記バッファー層の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。本態様においては、なかでも、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有するものであることが好ましい。このようなバッファー層の材料としては、具体的にはTi、ITO、Cr等を挙げることができる。 The material of the buffer layer is not particularly limited as long as it has conductivity. In this embodiment, it is preferable that the material has corrosion resistance against iodide ions. Specific examples of such a buffer layer material include Ti, ITO, Cr, and the like.
また、上記バッファー層の形成方法としては、所定の膜厚を有するバッファー層を上記ステンレス鋼基材表面に形成することができるのであれば特に限定されるものではなく、具体的には、スパッタ法、CVD法、真空蒸着法等の蒸着方法を用いることができる。 The method for forming the buffer layer is not particularly limited as long as a buffer layer having a predetermined film thickness can be formed on the surface of the stainless steel substrate. Specifically, a sputtering method is used. A vapor deposition method such as a CVD method or a vacuum vapor deposition method can be used.
また、上記バッファー層の膜厚としては、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることができる程度の膜厚であれば特に限定されるものではないが、1000nm以下であることが好ましい。
上記バッファー層の膜厚が上記範囲を超える場合は、上記バッファー層の材料や、製造時間が多くかかるため、安価なステンレス鋼基材を電極層として用いた場合も製造コストを抑えることが困難になるからである。
ここで、上記バッファー層の材料を用いて上記範囲内の膜厚のバッファー層を蒸着等で形成する場合には、上記バッファー層は表面粗度の大きな蒸着膜となる。この場合、上記ステンレス鋼基材表面に、上記バッファー層を形成したとしても電解質層に含まれるヨウ化物イオンは、上記バッファー層を透過してステンレス鋼基材に接触することから、本態様に用いられるステンレス鋼基材のヨウ化物イオンに対する高い耐腐食性による効果を大きく発揮することが可能となる。
また、上記バッファー層は、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることができるのであれば、より薄膜であることが好ましく、その下限としては1nm程度である。
The thickness of the buffer layer is not particularly limited as long as the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be increased, but it is 1000 nm or less. preferable.
If the thickness of the buffer layer exceeds the above range, it takes a lot of material and manufacturing time for the buffer layer, so it is difficult to reduce the manufacturing cost even when an inexpensive stainless steel substrate is used as the electrode layer. Because it becomes.
Here, when a buffer layer having a film thickness within the above range is formed by vapor deposition or the like using the material of the buffer layer, the buffer layer becomes a vapor deposition film having a large surface roughness. In this case, even if the buffer layer is formed on the surface of the stainless steel substrate, iodide ions contained in the electrolyte layer pass through the buffer layer and come into contact with the stainless steel substrate. The effect of the high corrosion resistance against iodide ions of the stainless steel substrate to be obtained can be exhibited greatly.
In addition, the buffer layer is preferably a thin film as long as the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell of this embodiment can be increased, and the lower limit thereof is about 1 nm.
(2)対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有するものである。本態様に用いられる触媒層については、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
(2) Counter electrode substrate The counter electrode substrate used in this embodiment has a second electrode base material and a catalyst layer formed on the second electrode base material. The catalyst layer used in this embodiment can be the same as that described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus description thereof is omitted here.
また、本態様に用いられる第2電極基材は、透明性を有する基材である。このような第2電極基材としては、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第1電極基材と同様とすることができ、具体的には、透明基材および透明電極層を有するものとすることができる。また、上記透明電極層とともに補助電極層を用いてもよい。また、上記補助電極層としては、後述する「II.第2実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材を上記補助電極層として用いてもよい。上記第2電極基材については、詳しくは、「1.第1態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第1電極基材と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。また、本態様においては上記第2電極基材は、透明基材および透明電極層からなるものであることから、上記触媒層は上記第2電極基材の透明電極層側表面に形成されるものである。 Moreover, the 2nd electrode base material used for this aspect is a base material which has transparency. Such a second electrode base material can be the same as the first electrode base material described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the first aspect”. It can have a material and a transparent electrode layer. Moreover, you may use an auxiliary electrode layer with the said transparent electrode layer. Further, as the auxiliary electrode layer, a stainless steel auxiliary electrode base material described in the section of “II. Dye-sensitized solar cell of second embodiment” described later may be used as the auxiliary electrode layer. The second electrode substrate may be the same as the first electrode substrate described in the section “1. Dye-sensitized solar cell of the first aspect” in detail. Omitted. Moreover, in this aspect, since the said 2nd electrode base material consists of a transparent base material and a transparent electrode layer, the said catalyst layer is what is formed in the transparent electrode layer side surface of the said 2nd electrode base material. It is.
3.その他
本実施態様の色素増感型太陽電池としては、上述した第1態様の色素増感型太陽電池と、第2態様の色素増感型太陽電池とのうち、第1態様の色素増感型太陽電池であることがより好ましい。上記第1態様の色素増感型太陽電池は発電効率により優れたものであるからである。
3. Others As the dye-sensitized solar cell of the present embodiment, the dye-sensitized solar cell of the first embodiment among the dye-sensitized solar cell of the first embodiment and the dye-sensitized solar cell of the second embodiment described above. A solar cell is more preferable. This is because the dye-sensitized solar cell of the first aspect is superior in power generation efficiency.
II.第2実施態様の色素増感型太陽電池
本実施態様の色素増感型太陽電池は、電極としての機能を備えた第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第2電極基材、および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第2電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とするものである。
II. Dye-sensitized solar cell according to the second embodiment The dye-sensitized solar cell according to the present embodiment is formed on the first electrode base material having a function as an electrode and the first electrode base material. An oxide semiconductor electrode substrate having a porous layer containing metal oxide semiconductor fine particles supported on its surface, a second electrode substrate having a function as an electrode, and the second electrode substrate An electrolyte layer including a redox pair disposed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate, the counter electrode substrate having the formed catalyst layer disposed so that the porous layer and the catalyst layer face each other Is formed, wherein at least one of the first electrode substrate and the second electrode substrate is a transparent substrate, and Cr is 18% by mass. In the range of ˜24%, Mo in the range of 0% to 4%, The is characterized in that it has a 0.3% includes within 1.5% of the range, and the mesh-shaped stainless steel auxiliary electrode base material made of stainless steel that does not contain Ni.
本実施態様によれば、上記第1電極基材または第2電極基材の少なくとも一方が、上記ステンレス鋼補助電極基材を有することから、上記電解質層中のヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い透明な電極層として用いることが可能となるため、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、色素増感型太陽電池の電極層の材料としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。 According to this embodiment, since at least one of the first electrode base material or the second electrode base material has the stainless steel auxiliary electrode base material, the corrosion resistance to iodide ions in the electrolyte layer is high. Since it can be used as a transparent electrode layer, a high-quality dye-sensitized solar cell with little deterioration over time of the electrode layer can be obtained. In addition, since the stainless steel is less expensive than the case where titanium, noble metal, or the like is used as the material of the electrode layer of the dye-sensitized solar cell, a dye-sensitized solar cell can be obtained at a low cost.
ここで、本実施態様の色素増感型太陽電池としては、具体的には、少なくとも第1電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである態様(以下、第3態様とする。)と、少なくとも第2電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである態様(以下、第4態様とする。)との2つの態様が考えられる。以下、各態様についてそれぞれ説明する。 Here, as the dye-sensitized solar cell of this embodiment, specifically, at least the first electrode base material is a base material having transparency, and has the stainless steel auxiliary electrode base material. And the embodiment (hereinafter referred to as the third embodiment) and the embodiment in which at least the second electrode substrate is a transparent substrate and has the stainless steel auxiliary electrode substrate (hereinafter referred to as the following) Two aspects are possible: the fourth aspect. Hereinafter, each aspect will be described.
1.第3態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、少なくとも第1電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
1. Dye-sensitized solar cell according to the third aspect The dye-sensitized solar cell according to the present aspect is one in which at least the first electrode base material is a base material having transparency and the above-mentioned stainless steel auxiliary electrode base material. It is.
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図3は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図3に示すように、本態様の色素増感型太陽電池10は、透明基材11bおよび透明基材11b上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材11cを有する第1電極基材11、および、第1電極基材11上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明基材21bおよび透明基材21b上に形成された透明電極層21aを有する第2電極基材21および第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されているものである。本態様においては、ステンレス鋼補助電極基材11cは、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるものである。また、通常、色素増感型太陽電池10の端部は、シール剤4によって封止されるものである。また、第1電極基材11がステンレス鋼補助電極基材11cを有する場合は、ステンレス鋼補助電極基材11cとともに透明電極層11aが用いられることが好ましい(図中では、ステンレス鋼補助電極基材11c上に透明電極層11aが形成されている例について示している)。
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。
The dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of this embodiment.
As shown in FIG. 3, the dye-sensitized
Hereinafter, each member used for the dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described.
(1)酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。ここで、上記多孔質層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(1) Oxide Semiconductor Electrode Substrate The oxide semiconductor electrode substrate used in this embodiment is formed on the first electrode base material and the first electrode base material, and a metal having a dye sensitizer carried on the surface. It has a porous layer containing oxide semiconductor fine particles. Here, the porous layer can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
また、本態様に用いられる第1電極基材は、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
このような第1電極基材の透明性については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
Moreover, the 1st electrode base material used for this aspect is a base material which has transparency, and has the said stainless steel auxiliary electrode base material.
Such transparency of the first electrode base material can be the same as that described in the section of “I. Dye-sensitized solar cell of first embodiment”, and thus description thereof is omitted here. To do.
このような第1電極基材としては、通常、透明基材および透明基材上に形成された上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。なお、透明基材については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。以下、上記ステンレス鋼補助電極基材について説明する。 As such a 1st electrode base material, it has the said stainless steel auxiliary electrode base material normally formed on the transparent base material and a transparent base material. The transparent substrate can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here. Hereinafter, the stainless steel auxiliary electrode base material will be described.
(a)ステンレス鋼補助電極基材
本態様に用いられるステンレス鋼補助電極基材は、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなり、メッシュ状に形成されているものである。
また、上記ステンレス鋼補助電極基材は、透明基材上に形成され、電極層として働くものである。
(A) Stainless steel auxiliary electrode base material The stainless steel auxiliary electrode base material used in this embodiment is Cr in a range of 18% to 24%, Mo in a range of 0% to 4%, and N in 0% by mass. It is made of stainless steel that is contained within the range of 3% to 1.5% and does not contain Ni, and is formed in a mesh shape.
The stainless steel auxiliary electrode substrate is formed on a transparent substrate and serves as an electrode layer.
上記ステンレス鋼補助電極基材のメッシュの形状としては、電極層としての機能を有することができ、かつ、メッシュの開口部を太陽光が透過することにより、本実施態様の色素増感型太陽電池が第1電極基材側から太陽光を十分に受光して作動することができるものであることが好ましい。具体的には、三角形の格子状、平行四辺形の格子状、六角形の格子状等を挙げることができる。 As the shape of the mesh of the stainless steel auxiliary electrode substrate, the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment can function as an electrode layer and allows sunlight to pass through the opening of the mesh. However, it is preferable that the solar cell can operate by sufficiently receiving sunlight from the first electrode substrate side. Specific examples include a triangular lattice shape, a parallelogram lattice shape, and a hexagonal lattice shape.
上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚としては、上記第1電極基材が電極層としての機能を有することができるものであれば特に限定されるものではないが、0.01μm〜10μmの範囲内、なかでも0.1μm〜5μmの範囲内、特に0.2μm〜1μmの範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚が上記範囲を超える場合、本態様に用いられる第1電極基材が、太陽光を透過させるのに必要な所定の透明性を有することが困難となるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材を形成するための材料、時間等が多くかかるため、製造効率が低下したり、製造コストが高くなるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚が上記範囲に満たない場合は、上記ステンレス鋼補助電極基材が電極層としての機能を十分に果たさない可能性があるからである。 The film thickness of the stainless steel auxiliary electrode substrate is not particularly limited as long as the first electrode substrate can have a function as an electrode layer, but the range is 0.01 μm to 10 μm. Among them, it is particularly preferable that the thickness be in the range of 0.1 μm to 5 μm, particularly in the range of 0.2 μm to 1 μm. When the thickness of the stainless steel auxiliary electrode substrate exceeds the above range, it is difficult for the first electrode substrate used in this aspect to have the predetermined transparency necessary for transmitting sunlight. It is. In addition, since it takes a lot of materials and time for forming the stainless steel auxiliary electrode base material, the production efficiency is lowered and the production cost is increased. Further, when the thickness of the stainless steel auxiliary electrode base material is less than the above range, the stainless steel auxiliary electrode base material may not sufficiently perform the function as an electrode layer.
本態様に用いられるステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率としては、本実施態様の色素増感型太陽電池が第1電極基材側から太陽光を受光して作動することができるのであれば特に限定されるものではない。このようなステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率としては、1%〜99.9%の範囲内、なかでも40%〜98%の範囲内、特に70%〜95%の範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率が上記範囲に満たない場合は、本態様の色素増感型太陽電池が第1電極基材側から太陽光を十分に受光することができないため、発電効率を下げる可能性があるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率が上記範囲を超える場合は、上記ステンレス鋼補助電極基材が電極層としての機能を十分に果たさない可能性があるからである。 The ratio of the openings of the stainless steel auxiliary electrode substrate used in this embodiment is that the dye-sensitized solar cell of this embodiment can operate by receiving sunlight from the first electrode substrate side. There is no particular limitation. The ratio of the openings of such a stainless steel auxiliary electrode substrate is in the range of 1% to 99.9%, in particular in the range of 40% to 98%, particularly in the range of 70% to 95%. It is preferable. When the ratio of the openings of the stainless steel auxiliary electrode base material is less than the above range, the dye-sensitized solar cell of this aspect cannot sufficiently receive sunlight from the first electrode base material side, This is because power generation efficiency may be reduced. Moreover, when the ratio of the opening part of the said stainless steel auxiliary electrode base material exceeds the said range, it is because the said stainless steel auxiliary electrode base material may not fully fulfill | perform the function as an electrode layer.
また、上記ステンレス鋼補助電極基材の線幅、およびメッシュピッチとしては、上記第1電極基材が電極としての機能を有することができるものであれば特に限定されず、用いられる色素増感型太陽電池の形状に合わせて適宜選択されるものであるが、上記ステンレス鋼補助電極基材の線幅としては、0.02μm〜10mmの範囲内、なかでも1μm〜2mmの範囲内、特に10μm〜1mmの範囲内であることが好ましく、上記ステンレス鋼補助電極基材のメッシュピッチとしては、1μm〜500μmの範囲内、なかでも5μm〜100μmの範囲内、特に10μm〜50μmの範囲内であることが好ましい。 The line width and mesh pitch of the stainless steel auxiliary electrode substrate are not particularly limited as long as the first electrode substrate can function as an electrode, and the dye-sensitized type used The line width of the stainless steel auxiliary electrode base material is within the range of 0.02 μm to 10 mm, especially within the range of 1 μm to 2 mm, especially 10 μm to The mesh pitch of the stainless steel auxiliary electrode substrate is preferably in the range of 1 mm, and in the range of 1 μm to 500 μm, in particular in the range of 5 μm to 100 μm, particularly in the range of 10 μm to 50 μm. preferable.
上記ステンレス鋼補助電極基材に用いられるステンレス鋼については、「I.第1態様の色素増感型太陽電池」のステンレス鋼基材の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。 About the stainless steel used for the said stainless steel auxiliary electrode base material, since it can be the same as that of the item of the stainless steel base material of "I. Dye-sensitized solar cell of 1st aspect", it is here The description in is omitted.
このようなステンレス鋼補助電極基材の形成方法としては、上述した「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した補助電極層の形成方法と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 A method for forming such a stainless steel auxiliary electrode base material can be the same as the method for forming the auxiliary electrode layer described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment” described above. Therefore, explanation here is omitted.
(2)その他の構成
本態様の第1電極基材は、透明基材およびステンレス鋼補助電極基材を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常、上記ステンレス鋼補助電極基材とともに透明電極層が用いられる。これにより、電極層としての機能を大幅に向上させることができるからである。このような透明電極層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(2) Other Configurations The first electrode substrate of this embodiment is not particularly limited as long as it has a transparent substrate and a stainless steel auxiliary electrode substrate, but usually the above-mentioned stainless steel auxiliary electrode substrate. In addition, a transparent electrode layer is used. This is because the function as the electrode layer can be greatly improved. Such a transparent electrode layer can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
本態様において、上記透明電極層を有する場合は、例えば図3に示すように、透明基材11b上に形成されたステンレス鋼補助電極基材11c上に透明電極層11aが形成されていてもよいし、また図4に示すように透明基材11b上に透明電極層11aが形成され、透明電極層11a上にステンレス鋼補助電極基材11cが形成されていてもよい。
In this embodiment, when the transparent electrode layer is provided, the
また、図4に示すように、透明基材11b上に透明電極層11aが形成され、透明電極層11a上にステンレス鋼補助電極基材11cが形成されている場合は、ステンレス鋼補助電極基材11c表面にバッファー層13が形成されていることが好ましい。ここで、上記バッファー層が形成されていることが好ましい理由、および上記バッファー層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、図4において説明していない符号については図3と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
Moreover, as shown in FIG. 4, when the
本態様に用いられる第1電極基材は、上記透明電極層、およびバッファー層以外にも必要な部材を適宜追加することができる。 Necessary members other than the transparent electrode layer and the buffer layer can be appropriately added to the first electrode substrate used in this embodiment.
(2)対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第2電極基材、および第2電極基材上に形成された触媒層を有するものである。本態様に用いられる触媒層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(2) Counter electrode substrate The counter electrode substrate used in this embodiment has a second electrode base material and a catalyst layer formed on the second electrode base material. The catalyst layer used in this embodiment can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
本態様の色素増感型太陽電池は、第1電極基材が透明性を有する基材であることから、第2電極基材については、透明性を有する基材と透明性を有しない基材とのいずれも用いることが可能である。上記第2電極基材としては、例えば透明性を有する基材の場合は、後述する「2.第4態様の色素増感型太陽電池」の項で説明する第2電極基材や、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した透明基材および透明電極層からなる基材等を挙げることができる。
また、透明性を有しない基材の場合は、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したステンレス鋼基材を挙げることができる。
In the dye-sensitized solar cell of this embodiment, since the first electrode substrate is a transparent substrate, the second electrode substrate is a transparent substrate and a non-transparent substrate. Both of these can be used. As the second electrode substrate, for example, in the case of a transparent substrate, the second electrode substrate described in the section “2. Dye-sensitized solar cell of the fourth aspect” described later, and “I The base material which consists of a transparent base material and the transparent electrode layer which were demonstrated in the term of "the dye-sensitized solar cell of 1st embodiment" etc. can be mentioned.
Moreover, in the case of the base material which does not have transparency, the stainless steel base material demonstrated in the term of "I. Dye-sensitized solar cell of 1st embodiment" can be mentioned.
(3)電解質層
本態様に用いられる電解質層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(3) Electrolyte layer The electrolyte layer used in this embodiment can be the same as that described in the section of “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, so the description here is Omitted.
2.第4態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、少なくとも第2電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
2. Dye-sensitized solar cell according to the fourth aspect The dye-sensitized solar cell according to the fourth aspect is one in which at least the second electrode base material is a base material having transparency and the above-mentioned stainless steel auxiliary electrode base material. It is.
本態様の色素増感型太陽電池を図を用いて説明する。図5は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図5に示すように、本態様の色素増感型太陽電池10は、透明基材11bおよび透明基材11b上に形成された透明電極層11aを有する第1電極基材11、および、第1電極基材11の透明電極層11a上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明基材21b、透明基材21b上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材21c、およびステンレス鋼補助電極基材21c上に形成された透明電極層21aを有する第2電極基材21および第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されているものである。本態様においては、ステンレス鋼補助電極基材11cは、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるものである。また、通常、色素増感型太陽電池の端部は、シール剤4によって封止されるものである。
The dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell of this embodiment.
As shown in FIG. 5, the dye-sensitized
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。 Hereinafter, each member used for the dye-sensitized solar cell of this embodiment will be described.
(1)対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第2電極基材および上記第2電極基材上に形成された触媒層を有するものである。上記触媒層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(1) Counter electrode substrate The counter electrode substrate used in this embodiment has a second electrode base material and a catalyst layer formed on the second electrode base material. The catalyst layer can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
本態様に用いられる第2電極基材は、透明性を有する基材であり、かつ、上述したステンレス鋼補助電極基材を有するものである。このような第2電極基材としては、通常、透明基材およびステンレス鋼補助電極基材を有するものである。このような透明基材およびステンレス鋼補助電極基材については、「1.第3態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 The 2nd electrode base material used for this aspect is a base material which has transparency, and has the stainless steel auxiliary electrode base material mentioned above. Such a second electrode substrate usually has a transparent substrate and a stainless steel auxiliary electrode substrate. Such a transparent substrate and a stainless steel auxiliary electrode substrate can be the same as those described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the third aspect”. Omitted.
本態様に用いられる第2電極基材においては、例えば、図6に示すように、第2電極基材21の構成が、透明基材21b、透明基材21b上に形成されたステンレス鋼補助電極基材21c、およびステンレス鋼補助電極基材21c上に形成された触媒層22を有する構成であっても、電極として十分に機能することができるものであるが、より高い機能を付与するために、図5に示すように、ステンレス鋼補助電極基材21cとともに透明電極層21aを用いることができる。なお、図6において、説明していない符号については図5と同様とすることができるのでここでの説明は省略する。
In the 2nd electrode base material used for this aspect, as shown in FIG. 6, for example, the structure of the 2nd
なお、図示しないが、上記ステンレス鋼補助電極基材および透明電極層をともに用いる場合は、透明基材上に透明電極層が形成され、上記透明電極層上にステンレス鋼補助電極基材が形成されていてもよい。このような構成の場合、上記触媒層はステンレス鋼補助電極基材表面に形成される。 Although not shown, when both the stainless steel auxiliary electrode substrate and the transparent electrode layer are used, the transparent electrode layer is formed on the transparent substrate, and the stainless steel auxiliary electrode substrate is formed on the transparent electrode layer. It may be. In such a configuration, the catalyst layer is formed on the surface of the stainless steel auxiliary electrode substrate.
このような透明電極層および上記ステンレス鋼補助電極基材および透明電極層の配置については、「1.第3態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。 The arrangement of the transparent electrode layer and the stainless steel auxiliary electrode base material and the transparent electrode layer can be the same as those described in the section “1. Dye-sensitized solar cell of the third aspect”. Therefore, explanation here is omitted.
また、本態様に用いられる第2電極基材においては、第2電極基材上に形成される触媒層が、「1.第3態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したバッファー層と同様の機能を有することから、上記ステンレス鋼補助電極基材上にバッファー層を形成する必要はない。 Moreover, in the 2nd electrode base material used for this aspect, the catalyst layer formed on a 2nd electrode base material is a buffer layer demonstrated in the term of "1. Dye-sensitized solar cell of 3rd aspect." Therefore, it is not necessary to form a buffer layer on the stainless steel auxiliary electrode base material.
(2)酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、第1電極基材、および上記第1電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。ここで、上記多孔質層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(2) Oxide Semiconductor Electrode Substrate The oxide semiconductor electrode substrate used in this embodiment is a first electrode base material and a metal formed on the first electrode base material and having a dye sensitizer carried on the surface. It has a porous layer containing oxide semiconductor fine particles. Here, the porous layer can be the same as that described in the section “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, and thus the description thereof is omitted here.
また、本態様の色素増感型太陽電池は、上記第2電極基材が透明性を有する基材であることから、第1電極基材については、透明性を有する基材と透明性を有しない基材とのいずれも用いることが可能である。上記第1電極基材としては、例えば透明性を有する基材の場合は、上述した「1.第3態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第1電極基材や、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した透明基材および透明電極層からなる基材等を挙げることができる。
また、透明性を有しない場合は、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したステンレス鋼基材を挙げることができる。
In the dye-sensitized solar cell of this embodiment, since the second electrode substrate is a transparent substrate, the first electrode substrate has transparency and transparency. It is possible to use any substrate that does not. As the first electrode substrate, for example, in the case of a transparent substrate, the first electrode substrate described in the section of “1. Dye-sensitized solar cell of the third aspect” described above, and “I The base material which consists of a transparent base material and the transparent electrode layer which were demonstrated in the term of "the dye-sensitized solar cell of 1st embodiment" etc. can be mentioned.
Moreover, when it does not have transparency, the stainless steel base material demonstrated in the term of "I. Dye-sensitized solar cell of 1st embodiment" can be mentioned.
(3)電解質層
本態様に用いられる電解質層については、「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(3) Electrolyte layer The electrolyte layer used in this embodiment can be the same as that described in the section of “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment”, so the description here is Omitted.
3.その他
本実施態様の色素増感型太陽電池としては、上述した第3態様の色素増感型太陽電池と、第4態様の色素増感型太陽電池とのうち、第4態様の色素増感型太陽電池であることがより好ましい。上記第4態様の色素増感型太陽電池は発電効率により優れたものであるからである。
3. Others As the dye-sensitized solar cell of the present embodiment, the dye-sensitized solar cell of the fourth embodiment among the dye-sensitized solar cell of the third embodiment and the dye-sensitized solar cell of the fourth embodiment described above. A solar cell is more preferable. This is because the dye-sensitized solar cell of the fourth aspect is more excellent in power generation efficiency.
III.その他
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法としては、上述した構成を有する色素増感型太陽電池を形成することができるのであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記酸化物半導体電極基板と、上記対極基板とを多孔質層および触媒層が対向するように配置してシール剤で封止し、次いで液体状またはゲル状の電解質を酸化物半導体電極基板および対極基板の間に注入することによって電解質層を形成することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
また例えば、上記酸化物半導体電極基板の多孔質層上に固体状の電解質層材料を塗布して乾燥させることにより固体電解質層を形成し、ついで、上記酸化物半導体電極基板および対極基板を上記固体電解質層および触媒層が対向するように接触させて配置することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
III. Others The method for producing the dye-sensitized solar cell of the present invention is not particularly limited as long as the dye-sensitized solar cell having the above-described configuration can be formed. For example, the above oxide semiconductor The electrode substrate and the counter electrode substrate are arranged so that the porous layer and the catalyst layer face each other and sealed with a sealant, and then the liquid or gel electrolyte is placed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate. A production method for producing a dye-sensitized solar cell by forming an electrolyte layer by injection may be mentioned.
Further, for example, a solid electrolyte layer material is applied on the porous layer of the oxide semiconductor electrode substrate and dried to form a solid electrolyte layer, and then the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate are formed into the solid electrode. The manufacturing method which manufactures a dye-sensitized solar cell can be mentioned by arrange | positioning and contacting so that an electrolyte layer and a catalyst layer may oppose.
なお、上記に挙げた色素増感型太陽電池の製造方法はいずれも一例であり、本発明においては、他の一般的な色素増感型太陽電池の製造方法を用いることが可能である。 In addition, all the manufacturing methods of the dye-sensitized solar cell mentioned above are examples, and it is possible to use the other general manufacturing method of a dye-sensitized solar cell in this invention.
B.色素増感型太陽電池モジュール
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、「A.色素増感型太陽電池」の項で記載した色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とするものである。
B. Dye-sensitized solar cell module The dye-sensitized solar cell module of the present invention comprises a plurality of dye-sensitized solar cells described in the section “A. Dye-sensitized solar cell”. It is what.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールとしては、上述した「I.第1実施態様の色素増感型太陽電池」を用いた態様(以下、第3実施態様の色素増感型太陽電池モジュールと称する。)と、「II.第2実施態様の色素増感型太陽電池」を用いた態様(以下、第4実施態様の色素増感型太陽電池モジュールと称する。)との2つの実施態様を挙げることができる。 As the dye-sensitized solar cell module of the present invention, an embodiment using the above-mentioned “I. Dye-sensitized solar cell of the first embodiment” (hereinafter, the dye-sensitized solar cell module of the third embodiment and ) And an embodiment using “II. Dye-sensitized solar cell of the second embodiment” (hereinafter referred to as a dye-sensitized solar cell module of the fourth embodiment). Can be mentioned.
本発明における第3実施態様の色素増感型太陽電池モジュールについて図を用いて説明する。図7は、本発明の第3実施態様の色素増感型太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池モジュール20は、透明性を有する基材である第1電極基材11、および上記第1電極基材11上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、ステンレス鋼基材を電極層として有する第2電極基材21、および第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されている色素増感型太陽電池10が並列に複数連結されているものである。また、ステンレス鋼基材は、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるものである。また、各色素増感型太陽電池10はシール剤4によって封止されているものである。なお、図7においては、第2電極基材21がステンレス鋼基材を電極層として有し、第1電極基材が透明基材11b、および透明基材11b上に形成された透明電極層11aを有する基材である場合について示しているが、図示はしないが、第1電極基材がステンレス鋼基材を電極層として有し、第2電極基材が透明性を有する基材であってもよい。また、図示しないが、本発明の第3実施態様の色素増感型太陽電池モジュールとしては、色素増感型太陽電池が直列に複数連結されていてもよい。
A dye-sensitized solar cell module according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell module according to the third embodiment of the present invention. The dye-sensitized
また、本発明における第4実施態様の色素増感型太陽電池モジュールについて図を用いて説明する。図8は、本発明の第4実施態様の色素増感型太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池モジュール20は、透明基材11bおよび透明基材11b上に形成された透明電極層11aを有する第1電極基材11、および、第1電極基材11の透明電極層11a上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層12を有する酸化物半導体電極基板1と、透明基材21bおよび透明基材21b上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材21cを有する第2電極基材21および第2電極基材21上に形成された触媒層22を有する対極基板2とが、多孔質層12および触媒層22が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板1および対極基板2の間に酸化還元対を含む電解質層3が形成されている色素増感型太陽電池10が並列に複数連結されているものである。また、ステンレス鋼補助電極基材は、上述したステンレス鋼基材と同様のステンレス鋼からなるものである。また、各色素増感型太陽電池10はシール剤4によって封止されているものである。なお、図8においては、第2電極基材21のみがステンレス鋼補助電極基材を有する色素増感型太陽電池を用いた場合について示しているが、図示はしないが、上記色素増感型太陽電池としては第1電極基材のみがステンレス鋼補助電極基材を有するものを用いてもよいし、第1電極基材および第2電極基材の両方がステンレス鋼補助電極基材を有するものであってもよい。また、図示しないが、本発明の第4実施態様の色素増感型太陽電池モジュールとしては、色素増感型太陽電池が直列に複数連結されていてもよい。
Moreover, the dye-sensitized solar cell module of the 4th embodiment in this invention is demonstrated using figures. FIG. 8 is a schematic sectional view showing an example of the dye-sensitized solar cell module according to the fourth embodiment of the present invention. The dye-sensitized
本発明によれば、上述したいずれの実施態様の色素増感型太陽電池が用いられた場合も、電極層が電解質層中のヨウ化物イオンの腐食による影響を受けにくく、経時的な劣化の少ないものであることから、高品質な色素増感型太陽電池モジュールとすることができる。 According to the present invention, even when the dye-sensitized solar cell of any of the above-described embodiments is used, the electrode layer is hardly affected by the corrosion of iodide ions in the electrolyte layer, and the deterioration with time is small. Therefore, a high-quality dye-sensitized solar cell module can be obtained.
本発明に用いられる色素増感型太陽電池については、「A.色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。 The dye-sensitized solar cell used in the present invention can be the same as that described in the section “A. Dye-sensitized solar cell”, and thus description thereof is omitted here.
本発明において、複数個の色素増感型太陽電池が連結された態様としては、本発明の色素増感型太陽電池モジュールにより所望の起電力を得ることができるものであれば特に限定されるものではない。このような態様としては、個々の色素増感型太陽電池が直列に連結された態様であってもよく、あるいは並列で連結されたものであってもよい。 In the present invention, a mode in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected is particularly limited as long as a desired electromotive force can be obtained by the dye-sensitized solar cell module of the present invention. is not. Such an embodiment may be an embodiment in which individual dye-sensitized solar cells are connected in series, or may be connected in parallel.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the technical idea described in the claims of the present invention has substantially the same configuration and exhibits the same function and effect regardless of the case. It is included in the technical scope of the invention.
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
[実施例]
面積15mm×15mmで厚みが4mmのガラス基材(透明基材)上にFTOを膜厚200nmでスパッタ形成して透明電極層を形成することにより、透明性を有する第1電極基材を作製した。次に、上述した第1電極基材の透明電極層上にTi-Nanoxide D-SP(solarronix製)を4mm角、膜厚が10μmとなるように塗布し、500℃で1時間焼成させて、多孔質層形成用層を形成した。次に、上記多孔質層形成用層が形成された第1電極基材を、増感色素としてルテニウム錯体(Dyesol製N719)を濃度が3×10−4mol/lとなるようにアセトニトリルとtert−ブチルアルコールの体積比1:1溶液に溶解させた色素坦持用塗工液に、室温にて20時間浸漬して、多孔質層形成用層に色素増感剤を坦持させて多孔質層とした。次いで、上記多孔質層が形成された上記第1電極基材を色素坦持用塗工液から引きあげ、付着している色素坦持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾することにより、酸化物半導体電極基板を得た。
[Example]
A transparent first electrode substrate was produced by forming a transparent electrode layer by sputtering FTO with a film thickness of 200 nm on a glass substrate (transparent substrate) having an area of 15 mm × 15 mm and a thickness of 4 mm. . Next, on the transparent electrode layer of the first electrode substrate described above, Ti-Nanoxide D-SP (manufactured by solarronix) was applied so as to have a 4 mm square and a film thickness of 10 μm, and baked at 500 ° C. for 1 hour. A porous layer forming layer was formed. Next, the first electrode substrate on which the layer for forming a porous layer is formed is prepared by using ruthenium complex (Nyes from Dyesol) as a sensitizing dye and acetonitrile and tert so that the concentration becomes 3 × 10 −4 mol / l. -It was immersed in a dye-supporting coating solution dissolved in a 1: 1 solution of butyl alcohol in a volume ratio at room temperature for 20 hours so that the dye-sensitizing agent was supported on the porous layer forming layer and porous. Layered. Next, the first electrode substrate on which the porous layer is formed is pulled up from the dye-carrying coating solution, and the attached dye-carrying coating solution is washed with acetonitrile and then air-dried, thereby oxidizing the substrate. A semiconductor electrode substrate was obtained.
0.6M hexyl metyl imidazolum iodide(富山薬品)、0.03M I2 (Aldrich)、0.1M n-metyl benzoimidazol (Aldrich)を混合し、電解質液を調製した。この電解液に12nmのシリカ粒子(日本アエロジル株式会社)を5wt%添加することによりゲル状の電解質を作製した。 0.6M hexyl metyl imidazolum iodide (Toyama Pharmaceutical), 0.03M I2 (Aldrich) and 0.1M n-metyl benzoimidazole (Aldrich) were mixed to prepare an electrolyte solution. A gel electrolyte was prepared by adding 5 wt% of 12 nm silica particles (Nippon Aerosil Co., Ltd.) to this electrolyte solution.
第2電極基材の電極層として面積15mm×15mm、膜厚が50μmで、上述した組成のステンレス鋼NiFSY(明道メタル株式会社)を準備し、上記第2電極基材上に白金を200Åスパッタして、触媒層を製膜した。これにより、対極基板を得た。 As the electrode layer of the second electrode substrate, stainless steel NiFSY (Amido Metal Co., Ltd.) having an area of 15 mm × 15 mm and a film thickness of 50 μm and having the above-described composition is prepared, and 200 μm of platinum is sputtered on the second electrode substrate. Thus, a catalyst layer was formed. Thereby, a counter electrode substrate was obtained.
上記酸化物半導体電極基板の多孔質層と、対極基板の触媒層とが対向するように配置し、電解質をスクリーン印刷法を用いて多孔質層上に塗布したあと、多孔質層周辺を50μmの熱可塑性樹脂フィルムで固定、融着させて、色素増感型太陽電池を得た。 The porous layer of the oxide semiconductor electrode substrate and the catalyst layer of the counter electrode substrate are arranged so as to face each other, and the electrolyte is applied on the porous layer using a screen printing method. The dye-sensitized solar cell was obtained by fixing and fusing with a thermoplastic resin film.
[比較例]
第2電極基材としてステンレス鋼SUS304(ニラコ製)にした以外は実施例1と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
[Comparative example]
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that stainless steel SUS304 (manufactured by Niraco) was used as the second electrode substrate.
[評価]
(性能評価)
得られた色素増感型太陽電池を疑似太陽光(100mW/cm2、AM(AirMass) 1.5)を光源として、分光高度計CEP-2000(分光計器株式会社)を用いて電流電圧特性を測定することにより、その光電変換効率を求めた。なお、この光電変換率を色素増感型太陽電池作製直後の光電変換率とする。
その結果、実施例で作製した色素増感型太陽電池は光電変換効率η=3.0%であった。また、比較例で作製した色素増感型太陽電池は光電変換効率η=2.7%であった。
[Evaluation]
(Performance evaluation)
Current-voltage characteristics of the dye-sensitized solar cell obtained were measured using a spectrophotometer CEP-2000 (Spectometer Co., Ltd.) using pseudo-sunlight (100 mW / cm 2 , AM (AirMass) 1.5) as a light source. Thus, the photoelectric conversion efficiency was obtained. In addition, let this photoelectric conversion rate be the photoelectric conversion rate immediately after preparation of a dye-sensitized solar cell.
As a result, the dye-sensitized solar cell produced in the example had a photoelectric conversion efficiency η = 3.0%. Further, the dye-sensitized solar cell produced in the comparative example had a photoelectric conversion efficiency η = 2.7%.
(耐久性評価)
上記色素増感型太陽電池を暗所65℃のオーブン中に保存し、200時間ごとに取り出して上述した性能評価を行った。1000時間経過後の性能評価の結果、実施例で作製した色素増感型太陽電池の対極基板の性能維持率は95%であった。一方、比較例で作製した色素増感型太陽電池の対応電極基板の性能維持率は50%であり、耐久性が大幅に向上することが分かった。なお、性能維持率は、色素増感型太陽電池作製直後の光電変換率に対する1000時間経過後の光電変換率を百分率で表したものである。
(Durability evaluation)
The dye-sensitized solar cell was stored in an oven at 65 ° C. in the dark, and was taken out every 200 hours for the above-described performance evaluation. As a result of performance evaluation after 1000 hours, the performance maintenance ratio of the counter electrode substrate of the dye-sensitized solar cell produced in the example was 95%. On the other hand, the performance maintenance rate of the corresponding electrode substrate of the dye-sensitized solar cell produced in the comparative example was 50%, and it was found that the durability was greatly improved. In addition, a performance maintenance rate represents the photoelectric conversion rate after progress of 1000 hours with respect to the photoelectric conversion rate immediately after preparation of a dye-sensitized solar cell by a percentage.
1 … 酸化物半導体電極基板
11 … 第1電極基材
12 … 多孔質層
13 … バッファー層
2 … 対極基板
21 … 第2電極基材
22 … 触媒層
3 … 電解質層
4 … シール剤
10 … 色素増感型太陽電池
20 … 色素増感型太陽電池モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1電極基材または前記第2電極基材のいずれか一方が、質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とする色素増感型太陽電池。 A first electrode substrate having a function as an electrode, and an oxide having a porous layer including metal oxide semiconductor fine particles formed on the first electrode substrate and having a dye sensitizer supported on the surface The porous layer and the catalyst layer are opposed to a semiconductor electrode substrate, a second electrode base material having a function as an electrode, and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material. A dye-sensitized solar cell in which an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate,
Either the first electrode base material or the second electrode base material has a mass% of Cr in the range of 18% to 24%, Mo in the range of 0% to 4%, and N of 0.3%. A dye-sensitized type comprising a stainless steel substrate made of stainless steel that is contained within a range of ˜1.5% and not containing Ni as an electrode layer, and the other is a transparent substrate. Solar cell.
前記第1電極基材または前記第2電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、
質量%でCrを18%〜24%の範囲内、Moを0%〜4%の範囲内、Nを0.3%〜1.5%の範囲内で含み、かつNiを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 A first electrode substrate having a function as an electrode, and an oxide having a porous layer including metal oxide semiconductor fine particles formed on the first electrode substrate and having a dye sensitizer supported on the surface The porous layer and the catalyst layer are opposed to a semiconductor electrode substrate, a second electrode base material having a function as an electrode, and a counter electrode substrate having a catalyst layer formed on the second electrode base material. A dye-sensitized solar cell in which an electrolyte layer including a redox pair is formed between the oxide semiconductor electrode substrate and the counter electrode substrate,
At least one of the first electrode substrate or the second electrode substrate is a transparent substrate, and
From stainless steel that contains Cr in the range of 18% to 24% by mass, Mo in the range of 0% to 4%, N in the range of 0.3% to 1.5%, and no Ni A dye-sensitized solar cell comprising a mesh-like stainless steel auxiliary electrode substrate.
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