JP5106866B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子及びこれに用いる第一電極に係る。より詳細には、導電性基板を不要とした新規構成からなる光電変換素子及びこれに用いる第一電極に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a first electrode used therefor. More specifically, the present invention relates to a photoelectric conversion element having a novel configuration that eliminates the need for a conductive substrate and a first electrode used therefor.
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、安価で高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照。)。
The dye-sensitized solar cell has been proposed by a group such as Gretzel of Switzerland, and has attracted attention as a photoelectric conversion element that can be obtained at low cost and high conversion efficiency (for example,
図7は、従来の色素増感型太陽電池の一例を示す断面図である。
この色素増感型太陽電池100は、増感色素を担持させた多孔質半導体電極(以下、色素増感半導体電極とも呼ぶ)103が一方の面に形成された第一基板101と、導電膜104が形成された第二基板105と、これらの間に封入された例えばヨウ素/ヨウ化物イオンなどの酸化還元対を含む電解質層106を主な構成要素としている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional dye-sensitized solar cell.
The dye-sensitized
第一基板101としては光透過性の板材が用いられ、第一基板101の色素増感半導体電極103と接する面には導電性を持たせるために透明導電層102が配置されており、第一基板101、透明導電層102及び色素増感半導体電極103により作用極(窓極)108をなす。
一方、第二基板105としては、電解質層106と接する側の面には導電性を持たせるために例えば炭素や白金からなる導電層104が設けられ、第二基板105及び導電層104により対極109を構成している。
A light-transmitting plate material is used as the
On the other hand, as the
色素増感半導体電極103と導電層104が対向するように、第一基板101と第二基板105を所定の間隔をおいて配置し、両基板間の周辺部に例えば熱可塑性樹脂からなる封止剤107を設ける。そして、この封止剤107を介して2つの基板101、105を貼り合わせてセルを組み上げ、電解液の注入口110を通して、両極108、109間にヨウ素/ヨウ化物イオンなどの酸化還元対を含む有機電解液を充填し、電荷移送用の電解質層106を形成したものが挙げられる。
The
このような色素増感型の光電変換素子は、従来型の光電変換素子に比べて、大幅な低コスト化が可能と言われており、早期実用化が待たれる。その際、コスト低減を図る障害の一つとして、導電性基板を使用していることが挙げられる。すなわち、従来構造の光電変換素子では、特に光が入射する側の電極(窓電極)には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上に、スズドープ酸化インジウム(ITO)や、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)といった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。ここで使用されるインジウム(In)は、希少金属であり、昨今の価格の急騰からも明らかなように、光電変換素子の低コスト化を阻害する要因となる。したがって、このような導電性基板を必要としない、全く新しい構造の色素増感型光電変換素子が実現すれば、大幅な低コスト化が図れることから、その開発が期待される。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、導電性基板を不要とし、低コスト化を図ることが可能な、新しい構造を有する光電変換素子を提供する。 The present invention has been devised in view of such a conventional situation, and provides a photoelectric conversion element having a new structure that does not require a conductive substrate and can achieve cost reduction.
本発明の請求項1に記載の光電変換素子は、別体をなす第一電極と第二電極とが、少なくとも一つづつ、電解質を介して配されてなる光電変換素子であって、前記第一電極、前記第二電極および前記電解質は、略円筒状の筐体内に収納されるとともに、前記第一電極と前記第二電極は何れも、前記筐体内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の光電変換素子は、請求項1において、前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極が複数であることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の光電変換素子は、請求項2において、前記一方の電極は、前記他方の電極の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の光電変換素子は、請求項2において、前記一方の電極は、前記他方の電極に内包して配されていることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の光電変換素子は、請求項1において、前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極と前記第二電極の両方が複数であることを特徴とする。
The photoelectric conversion element according to
The photoelectric conversion element according to claim 2 of the present invention is the photoelectric conversion element according to
According to a third aspect of the present invention, in the photoelectric conversion element according to the second aspect, the one electrode is arranged in a spiral shape or a mesh shape along the outer surface of the other electrode. .
According to a fourth aspect of the present invention, in the photoelectric conversion element according to the second aspect, the one electrode is disposed so as to be included in the other electrode.
The photoelectric conversion element according to claim 5 of the present invention is the photoelectric conversion element according to
本発明では、作用極をなす第一電極を、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成するとともに、略円筒状の筐体内に、その長手方向に延びる線状をなす第一電極および第二電極と、電解質とを収納することで、導電性基板を不要とした、低コスト化が図れる新しい構造の光電変換素子を提供することができる。 In the present invention, the first electrode forming the working electrode is composed of at least a conductive first wire and a porous oxide semiconductor that is disposed on the outer periphery of the first wire and carries a dye, and is substantially cylindrical. Photoelectric conversion with a new structure that eliminates the need for a conductive substrate and accommodates the first and second electrodes, which are linearly extending in the longitudinal direction, and the electrolyte in a cylindrical housing. An element can be provided.
<第一実施形態>
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
<First embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の光電変換素子の一例を示す断面図である。
この光電変換素子1A(1)は、別体をなす第一電極10と第二電極13とが、少なくとも一つづつ、電解質層14を介して配されてなる光電変換素子であって、前記第一電極10、前記第二電極13および前記電解質層14は、略円筒状の筐体15内に収納される。
そして本発明の光電変換素子は、前記第一電極10と前記第二電極13は何れも、前記筐体15内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極10は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
This
In the photoelectric conversion element of the present invention, both the
本発明では、導電性基板を必要としない、従来とは全く異なる光電変換素子1の構造を提案する。導電性は耐食性の良い金属線(第一線材11)に担わせる。
このような光電変換素子1では、線状をなす第一電極10の外周面が受光面となるため、照射光に対する投影面積を増大することができ、かつ光入射角度依存性が少なくなることが期待される。
また、第一電極10と第二電極13の双方が線状をなすことで、システム設計上の自由度が向上する。
In this invention, the structure of the
In such a
In addition, since both the
図1において、符号1は色素増感型の光電変換素子、10は第一電極(作用極)、11は第一線材、12は多孔質酸化物半導体層、13は第二電極(対極)、14は電解質層、15は筐体をそれぞれ示している。
光電変換素子1において、第一電極10、第二電極13および電解質層14が、略円筒状の筐体15内に収納、封止されて光電変換素子として機能する。また、第一電極10と第二電極13は何れも、前記筐体15内において、その長手方向に延びる線状をなす。
1,
In the
そして本実施形態の光電変換素子1では、前記第一電極10又は前記第二電極13の何れか一方の電極(第二電極13)は、その他方の電極(第一電極10)と前記筐体15との間に配されており、前記一方の電極(第二電極13)が複数とされている。線状をなす第一電極10の外側に、線状をなす第二電極13が複数配されるので、発電効率に優れる。
In the
第一電極10は、図1に示すように、少なくとも導電性を有する第一線材11と、該第一線材11の外周に配され、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層12とから構成され、線状をなしている。
As shown in FIG. 1, the
ガラス、プラスチックなどからなる透明基材上に、FTOやITOなどの透明導電膜が形成されてなる透明導電性基板を用いた従来の電極(作用極)では、透明基材の耐熱性の問題がから、多孔質酸化物半導体層の形成時に、高温での焼成が難しかったが、この第一電極10では、上記のような問題がなく、高温で十分に焼成できるため、光電変換素子1用電極(作用極)として好適である。
The conventional electrode (working electrode) using a transparent conductive substrate in which a transparent conductive film such as FTO or ITO is formed on a transparent substrate made of glass, plastic or the like has a problem of heat resistance of the transparent substrate. From the above, when the porous oxide semiconductor layer was formed, firing at high temperature was difficult. However, the
また、板状の基板を用いずに線状の線材を用いているので、柔軟性を有し、様々な構造の光電変換素子用電極として利用することができる。
さらに、従来の電極のようにガラス基板や、透明導電膜を用いないため、安価に電極を製造することができる。
In addition, since a linear wire is used without using a plate-like substrate, it has flexibility and can be used as electrodes for photoelectric conversion elements having various structures.
Furthermore, unlike a conventional electrode, a glass substrate or a transparent conductive film is not used, so that the electrode can be manufactured at low cost.
第一線材11としては、具体的には、例えば、Ti、Ni、W、Rh、Moのいずれか、またはこれらの合金からなるワイヤや、中空の線材、棒材などが挙げられる。また、導電性を有し、かつ、電解質に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材を、例えば、Ti、Ni、W、Rh、Moのいずれか、またはこれらの合金で被覆したものも第一線材11として用いられる。
このような第一線材11の太さ(直径)としては、特に限定されるものではないが、例えば、10[μm]〜5[m]とするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、第一線材11の太さは細いほどよい。
Specific examples of the
The thickness (diameter) of the
多孔質酸化物半導体層12は、第一線材11の周囲に設けられており、その表面には少なくとも一部に増感色素が担持されている。
なお、多孔質酸化物半導体層12は、第一線材11の外周の一部のみを覆うものであってもよいが、光収集能力の低下、逆電子移動反応の促進などがあるため、第一線材11の外周を完全に覆うことが好ましい。
The porous
Note that the porous
多孔質酸化物半導体層12を形成する半導体としては特に限定されず、通常、光電変換素子1用の多孔質酸化物半導体を形成するのに用いられるものであれば、いかなるものでも用いることができる。このような半導体としては、例えば、酸化チタン(TiO2 )、酸化スズ(SnO2 )、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タングステン(WO3 )などを用いることができる。
The semiconductor for forming the porous
多孔質酸化物半導体層12を形成する方法としては、例えば、市販の酸化物半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調製できるコロイド溶液に、必要に応じて所望の添加剤を添加してから、浸漬、塗布、押し出しなどの方法により前記第一線材11の外周に配した後、焼成することにより形成する手法が挙げられる。
このような多孔質酸化物半導体層12の厚みとしては、特に限定されるものではないが、例えば、1[μm]〜50[μm]が好ましい。
As a method for forming the porous
The thickness of the porous
増感色素としては、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などを適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。 Examples of sensitizing dyes include ruthenium complexes containing bipyridine or terpyridine structures as ligands, metal-containing complexes such as porphyrins and phthalocyanines, and organic dyes such as eosin, rhodamine and merocyanine. From these, those having an excitation behavior suitable for the application and the semiconductor used may be appropriately selected.
第二電極13は、線状をなし、例えば白金(Pt)、カーボン、導電性高分子から構成される。また、導電性を有し、かつ、電解質に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材をPtで被覆したものや、上記線状基材をカーボンや導電性高分子で被覆したものも第二電極13として用いられる。このような第二電極13では電解質との電荷の授受が速やかに進行する。
このような線状基材としては、具体的には、例えば、Ti、Ni、W、Rh、Moなどの不活性金属、あるいは炭素繊維などが挙げられる。
The
Specific examples of such a linear substrate include inert metals such as Ti, Ni, W, Rh, and Mo, or carbon fibers.
上記カーボンとしては、具体的には、例えば、グラファイト化(結晶化)カーボンあるいは非晶質カーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子をペースト化し、塗布してもよい。このようなカーボンを使用する場合には、加熱、焼成処理などにより不要吸着物を除去して用いたほうが、ヨウ素レドックス対の電極反応が円滑に進むようになるので好ましい。
また、第二電極13の材料を構成する導電性高分子としては、例えば、PEDOT[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):「ポリエチレンジオキシチオフェン」]誘導体や、PANI[Polyaniline]誘導体などが挙げられる。
Specifically, as the carbon, for example, particles such as graphitized (crystallized) carbon or amorphous carbon, fullerene, carbon nanotube, carbon fiber, and carbon black may be pasted and applied. When such carbon is used, it is preferable to remove unnecessary adsorbate by heating, baking treatment, etc., because the electrode reaction of the iodine redox couple proceeds smoothly.
Examples of the conductive polymer constituting the material of the
電解質層14は、多孔質酸化物半導体層12内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層12内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化(擬固体化)して、多孔質酸化物半導体層12と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子および導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
The
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン性液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
As said electrolyte solution, what melt | dissolved electrolyte components, such as an iodine, iodide ion, and tertiary butyl pyridine, in organic solvents and ionic liquids, such as ethylene carbonate and methoxyacetonitrile, is used.
Examples of the gelling agent used for gelling the electrolytic solution include polyvinylidene fluoride, a polyethylene oxide derivative, and an amino acid derivative.
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、BF4 −、PF6 −、(HF)n −、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド[N(CF3S02)2 −]、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
Although it does not specifically limit as said ionic liquid, It is a liquid at room temperature, For example, the normal temperature molten salt which used the compound which has the quaternized nitrogen atom as a cation is mentioned.
Examples of the cation of the room temperature molten salt include quaternized imidazolium derivatives, quaternized pyridinium derivatives, and quaternized ammonium derivatives.
Examples of the anion of the ambient temperature molten salt, BF 4 -, PF 6 - , (HF) n -, bis (trifluoromethylsulfonyl) imide [N (CF 3 S0 2) 2 -], and the like iodide ion.
Specific examples of the ionic liquid include salts composed of quaternized imidazolium-based cations and iodide ions or bistrifluoromethylsulfonylimide ions.
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどが特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質の半導電性を低下させることがなく、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質がヨウ素/ヨウ化物イオンや、臭素/臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。 The oxide semiconductor particles are not particularly limited in terms of the type and particle size of the substance, but those that are excellent in miscibility with an electrolytic solution mainly composed of an ionic liquid and that gel the electrolytic solution are used. Further, the oxide semiconductor particles are required to have excellent chemical stability against other coexisting components contained in the electrolyte without reducing the semiconductivity of the electrolyte. In particular, even when the electrolyte contains a redox pair such as iodine / iodide ions or bromine / bromide ions, the oxide semiconductor particles are preferably those that do not deteriorate due to an oxidation reaction.
このような酸化物半導体粒子としては、TiO2、SnO2、SiO2、ZnO、Nb2O5、In2O3、ZrO2、Al2O3、WO3、SrTiO3、Ta2O5、La2O3、Y2O3、Ho2O3、Bi2O3、CeO2 からなる群から選択される1種または2種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は2nm〜1000nm程度が好ましい。 Examples of such oxide semiconductor particles include TiO 2 , SnO 2 , SiO 2 , ZnO, Nb 2 O 5 , In 2 O 3 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , WO 3 , SrTiO 3 , Ta 2 O 5 , One or a mixture of two or more selected from the group consisting of La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Bi 2 O 3 , CeO 2 is preferable, and the average particle size is about 2 nm to 1000 nm. preferable.
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質がヨウ素/ヨウ化物イオンや、臭素/臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合でも、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。 As the conductive fine particles, conductive particles such as a conductor and a semiconductor are used. Further, the type and particle size of the conductive particles are not particularly limited, and those that are excellent in miscibility with an electrolytic solution mainly composed of an ionic liquid and that gel this electrolytic solution are used. Furthermore, it is necessary to be excellent in chemical stability against other coexisting components contained in the electrolyte. In particular, even when the electrolyte contains an oxidation / reduction pair such as iodine / iodide ion or bromine / bromide ion, an electrolyte that does not deteriorate due to oxidation reaction is preferable.
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。 Examples of such conductive fine particles include those composed mainly of carbon, and specific examples include particles such as carbon nanotubes, carbon fibers, and carbon black. All methods for producing these substances are known, and commercially available products can also be used.
筐体15としては、太陽光を透過する光学特性を有する部材が用いられる。太陽光を透過する光学特性を有する部材としては特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなど透明で剛性のある材質からなる部材が挙げられる。また、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの透明で可撓性や柔軟性のある材質からなる部材を用いることで、光電変換素子1に可撓性や柔軟性を付与することができる。
As the
上述した第一実施形態の光電変換素子(図1)は、例えば、以下の工程(1)〜(4)に説明する一連の製造プロセスA(図5)により形成できる。
(1)まず、図5に示すように、外径が0.5mmφのTiワイヤを1本用い、半導体微粒子の懸濁液(以下、「半導体溶液」ともよぶ。)中を通過させ、このワイヤの外周に厚さが50[μm]〜100[μm]の被膜を形成してから、乾燥処理を施す。この被膜の形成方法として、例えば、半導体溶液を入れた容器の底部に、所望の略丸形をなす孔を一つ設け、この孔を通過させるようにワイヤを移動させる方法が挙げられる。その後、内部温度を450[℃]〜550[℃]とした恒温槽内を通し、この被膜を焼結させることにより、図1に示すような、ワイヤ11の外周に厚さが1[μm]〜50[μm]の多孔質半導体層12が形成された第一電極10を得る。
(2)次に、第一電極10の表皮を構成する多孔質半導体層12に色素を担時させる。その処理は、例えば、浸漬などにより行う。
(3)次いで、横断面構造において、第一電極10を中心に配置し、白金からなる複数本の第二電極13(図1では、8本)を第一電極10に縦添えさせながら、押し出し法などを用いて、これらの外周を包み込み、被覆するように筐体15を設ける。
(4)その後、適当な長さに切断し、第一電極10と筐体15との間に電解液を充填し、端末部を封止する。封止の際には、第一電極10と第二電極13がそれぞれ外部と電気的に接続されるように封止部から露呈された構成とする。
ここで、封止とは、筐体15の端部を溶融する手法でも良いし、あるいは耐侯性の優れた材料を用いて被覆する手法であっても構わない。耐侯性の優れた材料としては、例えば、ブチルゴム、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ハイミラン、バイネルなどが挙げられる。
The photoelectric conversion element (FIG. 1) of the first embodiment described above can be formed by, for example, a series of manufacturing processes A (FIG. 5) described in the following steps (1) to (4).
(1) First, as shown in FIG. 5, one Ti wire having an outer diameter of 0.5 mm.phi. Is passed through a suspension of fine semiconductor particles (hereinafter also referred to as "semiconductor solution"). A film having a thickness of 50 [μm] to 100 [μm] is formed on the outer periphery of the film, and then a drying process is performed. As a method for forming this film, for example, there is a method in which one desired hole having a substantially round shape is provided at the bottom of a container containing a semiconductor solution, and the wire is moved so as to pass through this hole. Thereafter, this coating film is sintered by passing through a constant temperature bath having an internal temperature of 450 [° C.] to 550 [° C.], whereby a thickness of 1 [μm] is formed on the outer periphery of the
(2) Next, the
(3) Next, in the cross-sectional structure, the
(4) Then, it cut | disconnects to suitable length, and fills electrolyte solution between the
Here, the sealing may be a technique of melting the end portion of the
<第二実施形態>
以下、本発明に係る光電変換素子の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図2は、本実施形態に係る光電変換素子1B(1)の一例を示す概略斜視図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。ただし、図2には、内部の構造のみ明示してあり、電解質層14や外被をなす筐体15は省略してある。
<Second embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of the
本実施形態は、光電変換素子1が備える第一電極10と第二電極13の配置が異なること以外は、第一実施形態とほぼ同様である。すなわち、第一実施形態では、第二電極13は第一電極10と平行に配されていたが、本実施形態の光電変換素子1Bは、前記一方の電極(第二電極13)は、前記他方の電極(第一電極10)の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配されていることを特徴とする。
This embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the arrangement of the
光電変換素子1Bは、上記第一実施形態と同様に、第一電極10極の周りに第二電極13を配した構造だが、第一電極10の周りに第二電極13をスパイラル状に巻きつけている。第二電極13をスパイラル状に配することで、光電変換素子1は可撓性に優れたものとなる。
As in the first embodiment, the
なお、図2では第一電極10の周りに一本の第二電極13ををスパイラル状に巻きつけているが、第一電極10への光の入射を妨げない範囲で、上記第一実施形態と同様に、複数の第二電極13を設けても良いし、それらを網目状に配してもよい。網目状にすることにより素子を小径化でき、また、形態安定性に優れる。
In FIG. 2, the single
また、第一電極10と第二電極13とを入れ替えて、第一電極10が外側になる構造としてもよい。これにより、第一電極10の上に第二電極13によって影ができることが回避され、入射する光を有効に活用できる。
Alternatively, the
第二実施形態の光電変換素子(図2)を形成する製造プロセスBは、上述した第一実施形態の製造プロセスAとほぼ同一であり、工程(3)において、第一電極10に対してスパイラル状に巻き付けた形状となるように第二電極13を設ける点のみ異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
ゆえに、第二実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。
The manufacturing process B for forming the photoelectric conversion element (FIG. 2) of the second embodiment is substantially the same as the manufacturing process A of the first embodiment described above, and spirals with respect to the
Therefore, the photoelectric conversion element of the second embodiment can be formed by a series of manufacturing processes substantially similar to those of the first embodiment described above.
<第三実施形態>
以下、本発明に係る光電変換素子の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図3は、本実施形態に係る光電変換素子1C(1)の一例を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
<Third embodiment>
Hereinafter, a third embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of the photoelectric conversion element 1C (1) according to the present embodiment. In this embodiment, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
本実施形態は、光電変換素子が備える第一電極10と第二電極13の配置が異なること以外は、第一実施形態とほぼ同様である。すなわち、第一実施形態では、第二電極13は第一電極10の周囲に配されていたが、本実施形態では、一方の電極(第二電極13)は、他方の電極(第一電極10)に内包して配されている。
This embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the arrangement of the
図1で示した構造では、必要な電解質の量が多くなり、素子が太くなってしまうので、本実施形態の光電変換素子1Cでは、図3に示すように、第一電極10の基材(第一線材11)にU字やV字の凹み16を設け、その凹み16の中に第二電極13を配した構造とする。第二電極13による影の部分が少なくなるため、光の収集効率が向上する。
このように第二電極13を、第一電極10に内在させることで、素子内部に注入される電解質の量を少なくすることができるとともに、素子の細径化が図れる。
In the structure shown in FIG. 1, the amount of necessary electrolyte increases and the element becomes thick. Therefore, in the
Thus, by making the
第三実施形態の光電変換素子(図3)を形成する製造プロセスCは、上述した第一実施形態の製造プロセスAとほぼ同一であり、工程(1)において、横断面構造が略円形をなす第一電極10に代えて、第二電極13を落とし込むための凹み16を設けた第一電極10を用いた点が第一実施形態と異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
第一電極10に凹み16設けたことにより、工程(3)のみ若干変更を要する。つまり、工程(2)において色素を担持させた後、工程(3)では、凹み16を備えた第一電極10を中心に配置し、第二電極13を第一電極10の凹み16の内部に落とし込むつつ、押し出し法などを用いて、これらの外周を包み込み、被覆するように筐体15を設ける。
ゆえに、第三実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。
The manufacturing process C for forming the photoelectric conversion element (FIG. 3) of the third embodiment is substantially the same as the manufacturing process A of the first embodiment described above, and the cross-sectional structure is substantially circular in the step (1). The point which used the
By providing the
Therefore, the photoelectric conversion element of the third embodiment can be formed by a series of manufacturing processes substantially similar to those of the first embodiment described above.
<第四実施形態>
以下、本発明に係る光電変換素子の第四実施形態を図面に基づいて説明する。
図4は、本実施形態に係る光電変換素子1D(1)の一例を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, 4th embodiment of the photoelectric conversion element which concerns on this invention is described based on drawing.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the photoelectric conversion element 1D (1) according to this embodiment. In this embodiment, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
本実施形態の光電変換素子1Dは、第一電極10又は第二電極13の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体15との間に配されており、前記一方の電極と第二電極13の両方が複数であることを特徴とする。
図4に示す光電変換素子1Dでは、同軸ケーブルのように、複数の第二電極13を多孔質体17の中に埋め込み、さらにその周りに複数の第一電極10を配している。このような構造とすることにより、第一電極10の上に第二電極13によって影ができることが回避され、入射する光を有効に活用できる。
In the photoelectric conversion element 1D of the present embodiment, one of the
In the photoelectric conversion element 1D shown in FIG. 4, a plurality of
第四実施形態の光電変換素子(図4)を形成する製造プロセスD(図6)は、上述した第一実施形態の製造プロセスAとほぼ同一であり、工程(1)において、ワイヤを複数本(図4では、3本)用いて、ワイヤからなる第二電極13が多孔質体17に埋め込まれた構造体を形成した後、工程(3)において、この構造体の周りに複数本(図4では、16本)の第一電極10を設ける点が第一実施形態と異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
第二電極13を複数本とすることにより、工程(1)のみ若干変更を要する。つまり、製造プロセスDの工程(1)において、3本の第二電極13が多孔質体17に埋め込まれた構造体とするために、多孔質体17を形成する際に、例えば、半導体溶液を入れた容器の底部に、所望の略丸形をなす孔を三つ設け、これらの孔を通過させるように個々のワイヤを移動させる方法が挙げられる。その際、図4に示すような第二電極13の配置例とするためには、3つの孔の配置は、それぞれ孔の中心点が正三角形の各頂点をなし、ワイヤ同士が接触しない程度(必ず隣接する位置のワイヤ間に多孔質体が存在する)とすればよい。これにより、前述した構造体の横断面形状(多孔質体17の外周形状)は、円形に近い形状とすることができる。
ゆえに、第四実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。
The manufacturing process D (FIG. 6) for forming the photoelectric conversion element (FIG. 4) of the fourth embodiment is almost the same as the manufacturing process A of the first embodiment described above. In step (1), a plurality of wires are used. (3 in FIG. 4) is used to form a structure in which the
By using a plurality of
Therefore, the photoelectric conversion element of the fourth embodiment can be formed by a series of manufacturing processes substantially similar to those of the first embodiment described above.
以上、本発明の光電変換素子について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。 The photoelectric conversion element of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above example, and can be appropriately changed as necessary.
例えば、上述した実施形態では、第一電極および第二電極の断面が略円形状をなす場合を例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、それぞれの電極の断面は楕円、三角形、四角形、星型、その他の多角形など形状を問わない。また、これらの形状を組み合わせてもよい。中でも円や楕円、特に作用極が円であれば、あらゆる方向から入射する光に対してほぼ同じ感度を示し、第二電極の断面が円形状であれば、第一電極上に生じる影になる部分の面積を最小限にするので、素子全体としての光の入射方向に対する変換効率の変動、低下が少ない構成が得られる。さらに、断面が円形状の金属線は、延伸によりもっとも安価に製造できるため、コストメリットの高い構成とすることができる。 For example, in the above-described embodiment, the case where the cross sections of the first electrode and the second electrode are substantially circular has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the cross section of each electrode is an ellipse. , Triangles, squares, stars, other polygons, etc. Moreover, you may combine these shapes. Above all, if the working electrode is a circle or an ellipse, it shows almost the same sensitivity to light incident from any direction, and if the cross section of the second electrode is circular, it will be a shadow on the first electrode. Since the area of the portion is minimized, a configuration in which the conversion efficiency with respect to the incident direction of light as a whole of the element is less changed and reduced can be obtained. Furthermore, since the metal wire having a circular cross section can be manufactured most inexpensively by stretching, a configuration with high cost merit can be obtained.
第一電極および第二電極の数も、上述した例に限定されない。例えば、図1は、一本の第一電極10の外側に同じ太さを有する八本の第二電極13を配した構成例であるが、第二電極13の本数を増減した構成としてもよい。また、異なる太さを有する第二電極13を何種類か用い、これらを順番にあるいは無作為に混在させた構成とすることも可能である。さらに、図示はしないが、第二電極13を中心とし、第一電極10を外周に配置した構成としてもよい。ただし、第一電極10を外周に配する場合は最密充填配置が好ましいが、第二電極13を外周に配する場合は中心に配された第一電極10に光が届きにくくなるので、第二電極13の配置方法に考慮することが大切である。
The number of first electrodes and second electrodes is not limited to the example described above. For example, FIG. 1 shows a configuration example in which eight
また、上述した図2の構成例は、一方の電極(第二電極13)は、他方の電極(第一電極10)の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配された一例を示しているが、例えば、両電極間も満たすように配される電解質層14の特性に応じて、両電極間の離間距離を適宜調整して、発電特性を制御できる。特に、スパイラル状とする場合には、隣接して同様にスパイラル状に配置される一方の電極(第二電極13)同士の間隔や、スパイラル状に巻き付ける角度などを適宜調整することによっても、発電特性を制御可能となる。
Further, the configuration example of FIG. 2 described above shows an example in which one electrode (second electrode 13) is arranged in a spiral shape or a mesh shape along the outer surface of the other electrode (first electrode 10). However, for example, the power generation characteristics can be controlled by appropriately adjusting the separation distance between both electrodes according to the characteristics of the
ここでは、図1と図2の構成例を取り上げて各種のオプション的な配置について説明したが、図3や図4の構成例にあっても、上述した各種のオプション的な配置は採用可能であり、必要に応じて適用されるものである。 Here, various optional arrangements have been described by taking the configuration examples of FIGS. 1 and 2 as an example. However, the various optional arrangements described above can also be adopted in the configuration examples of FIGS. 3 and 4. Yes, as needed.
本発明は、導電性基板を不要とし、低コスト化を図ることが可能な光電変換素子として適用可能である。これ加えて、本発明に係る光電変換素子は、従来は適用が困難であった、入射光の角度依存性が少ないことを求められる用途や、柔軟性が求められる用途などに好適である。 The present invention can be applied as a photoelectric conversion element that does not require a conductive substrate and can achieve cost reduction. In addition, the photoelectric conversion element according to the present invention is suitable for applications that are difficult to apply in the past, such as applications that require little angle dependency of incident light, and applications that require flexibility.
1A,1B,1C,1D(1) 光電変換素子、10 第一電極、11 第一線材、12 多孔質酸化物半導体層、13 第二電極、14 電解質層、15 筐体、16 凹み、17 多孔質体。 1A, 1B, 1C, 1D (1) photoelectric conversion element, 10 first electrode, 11 first wire, 12 porous oxide semiconductor layer, 13 second electrode, 14 electrolyte layer, 15 housing, 16 dent, 17 porous Body.
Claims (5)
前記第一電極、前記第二電極および前記電解質は、略円筒状の筐体内に収納されるとともに、
前記第一電極と前記第二電極は何れも、前記筐体内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする光電変換素子。 The first electrode and the second electrode forming separate bodies are at least one photoelectric conversion element arranged via an electrolyte,
The first electrode, the second electrode, and the electrolyte are housed in a substantially cylindrical casing,
Each of the first electrode and the second electrode has a linear shape extending in the longitudinal direction in the casing, and the first electrode includes at least a first wire having conductivity, and the first electrode A photoelectric conversion element comprising a porous oxide semiconductor that is disposed on an outer periphery of a single wire and carries a dye.
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