JP4210054B2 - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
Dye-sensitized solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP4210054B2 JP4210054B2 JP2001365984A JP2001365984A JP4210054B2 JP 4210054 B2 JP4210054 B2 JP 4210054B2 JP 2001365984 A JP2001365984 A JP 2001365984A JP 2001365984 A JP2001365984 A JP 2001365984A JP 4210054 B2 JP4210054 B2 JP 4210054B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- electrolyte
- solar cell
- electrode
- sensitized solar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 41
- 239000003446 ligand Chemical group 0.000 claims description 21
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 16
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 claims description 6
- OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 3-methoxypropanenitrile Chemical compound COCCC#N OOWFYDWAMOKVSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 84
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 22
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 20
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- -1 iodide ions Chemical class 0.000 description 12
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 10
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 241000894007 species Species 0.000 description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N Bipyridyl Chemical group N1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 ROFVEXUMMXZLPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N Hydroquinone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1 QIGBRXMKCJKVMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000005595 acetylacetonate group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229940006461 iodide ion Drugs 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- GKXDJYKZFZVASJ-UHFFFAOYSA-M tetrapropylazanium;iodide Chemical compound [I-].CCC[N+](CCC)(CCC)CCC GKXDJYKZFZVASJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIALIKXMLIAOSN-UHFFFAOYSA-N 2-Propylpyridine Chemical compound CCCC1=CC=CC=N1 OIALIKXMLIAOSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 2-butylpyridine Chemical compound CCCCC1=CC=CC=N1 ADSOSINJPNKUJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRGGMCIBEHEAIL-UHFFFAOYSA-N 2-ethylpyridine Chemical compound CCC1=CC=CC=N1 NRGGMCIBEHEAIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SFPQDYSOPQHZAQ-UHFFFAOYSA-N 2-methoxypropanenitrile Chemical compound COC(C)C#N SFPQDYSOPQHZAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 2-methylpyridine Chemical compound CC1=CC=CC=N1 BSKHPKMHTQYZBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxy-4-[(4-methyl-2-nitrophenyl)diazenyl]-N-(3-nitrophenyl)naphthalene-2-carboxamide Chemical compound Cc1ccc(N=Nc2c(O)c(cc3ccccc23)C(=O)Nc2cccc(c2)[N+]([O-])=O)c(c1)[N+]([O-])=O MCSXGCZMEPXKIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N Azide Chemical compound [N-]=[N+]=[N-] IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCEOSZQSKNDLSA-UHFFFAOYSA-N N.[I+] Chemical compound N.[I+] UCEOSZQSKNDLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 1
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SGANKTYVDRWMCH-UHFFFAOYSA-N [Ru+2].ClCCl Chemical compound [Ru+2].ClCCl SGANKTYVDRWMCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 150000004703 alkoxides Chemical group 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- AFYNADDZULBEJA-UHFFFAOYSA-N bicinchoninic acid Chemical compound C1=CC=CC2=NC(C=3C=C(C4=CC=CC=C4N=3)C(=O)O)=CC(C(O)=O)=C21 AFYNADDZULBEJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 description 1
- 229910000044 hydrogen astatide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004693 imidazolium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000012442 inert solvent Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Chemical compound [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L rose bengal Chemical compound [K+].[K+].[O-]C(=O)C1=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C(Cl)=C1C1=C2C=C(I)C(=O)C(I)=C2OC2=C(I)C([O-])=C(I)C=C21 AZJPTIGZZTZIDR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229930187593 rose bengal Natural products 0.000 description 1
- 229940081623 rose bengal Drugs 0.000 description 1
- STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N rose bengal A Natural products O1C(=O)C(C(=CC=C2Cl)Cl)=C2C21C1=CC(I)=C(O)C(I)=C1OC1=C(I)C(O)=C(I)C=C21 STRXNPAVPKGJQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- ISEHWTMPLMVBBP-UHFFFAOYSA-L ruthenium(2+);dithiocyanate Chemical compound N#CS[Ru]SC#N ISEHWTMPLMVBBP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003115 supporting electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000003672 ureas Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機金属錯体の増感色素が結合された色素結合電極を含む色素増感型の太陽電池に関し、特に、用いられる有機金属錯体の配位子との関係で、電解質含有体に所定の化学種を含有させ、電池の耐久性を向上させるものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、色素で増感された酸化物半導体電極を含む湿式の太陽電池が知られている。Nature, 261 (1976) p.402によれば、酸化亜鉛粉末を圧縮成型し、1300℃で1時間焼結して形成した焼結体ディスク表面に、増感用色素としてローズベンガルを吸着させた酸化物半導体電極を用いた太陽電池が提案されている。
【0003】
しかしながら、当該提案における太陽電池の電流/電圧曲線によれば、0.2Vの起電圧時の電流値は約25μA程度と非常に小さいものである。
【0004】
ところで、太陽電池に関する研究は近年さらに進み、透明導電性膜上に多孔質の二酸化チタン膜を形成し、この表面に増感色素としてRuジピリジル錯体を吸着させ、またヨウ素を電子メディエーターとする色素増感型の湿式太陽電池がグレッツェルらによって報告されている(特開平01-220380号公報)。
【0005】
グレッツェルらによって提案された太陽電池は、光を吸収して励起された色素が電子を酸化チタンへ供給し、対向電極からヨウ素へ電子が移動、さらに還元されたヨウ化物イオンが色素に電子を与えて元に戻し、サイクルが完成する。このような色素増感型の太陽電池は理論的に高い効率が期待でき、実際に、7〜10%程度の効率が得られた旨の報告がなされている。さらに、このような太陽電池は、それに用いられる酸化物半導体および色素がいずれも安価であることから、シリコン半導体を用いた太陽電池に比較して、コスト的に非常に有利であると考えられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来から知られている色素増感型太陽電池では、例えば、増感色素としてRu−NCS錯体化合物が用いられ、電解質としてヨウ化物イオンが用いられている。Ru錯体は配位子交換反応をおこすことができるため、このような組み合わせでは長期の使用において、NCS配位子が脱離するとともに、Ru−I錯体が生成して、徐々に変換効率が低下していくおそれがある。
【0007】
なお、先行技術として、半導体表面に付着させる増感色素を事前に溶解させた電解質溶液を用いた色素増感型太陽電池の提案(特開2000-331720号公報)がなされている。しかしながら、このものでは、電解液中に色素が存在するために電解質の電子運搬機能が阻害され、効率が低下してしまうおそれがある。また、色素そのものの分解を抑える作用はなく、耐久性も十分とは言えない。
【0008】
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであり、その目的は増感色素の配位子交換が進行しにくい増感色素と電解質含有体の組み合わせを創設し、長期の使用においても特性の変化が極めて少なく、耐久性に優れた色素増感型太陽電池を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、表面に色素が吸着された色素結合電極と、これと対をなす対向電極と、これらの電極に接触する電解質含有体とを有する色素増感型太陽電池であって、前記色素は、有機金属錯体であり、中心原子である金属イオンまたは金属原子に配位結合で結合している配位子を有し、前記電解質含有体には、前記色素が有する配位子と同一の化学種が含有されており、当該配位子と同一の化学種は、ケトン類およびニトリル類の中から選ばれる少なくとも1種の配位性溶媒であるように構成される。
【0010】
本発明の好ましい態様として、前記配位性溶媒は、アセチルアセトン、アセトニトリル、および3−メトキシプロピオニトリルの中から選ばれる少なくとも1種であるように構成される。
【0015】
すなわち、本発明は、有機金属錯体を増感色素とした色素増感型太陽電池において、色素が有する脱離しやすい配位子と同一の化学種を電解質含有体の中に予め含有させておく。
【0016】
このような環境下では増感色素の配位子の脱離は極めて起こりにくい。また、脱離が起こったとしても元の増感色素と同じ構造を持ちやすい。これにより、増感色素は長期間の使用においても構造変化を起こしにくく、耐久性の高い色素増感型太陽電池電池を提供することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の色素増感型太陽電池の実施の形態について詳細に説明する。図1には、本発明の色素増感型太陽電池の模式的構成例が示される。図1に示されるように、本発明の色素増感型太陽電池1は、2つの電極10,30が例えば電解質含有体5を介して対向配置された構成をなしている。2つの電極のうち一方の電極10は、色素を備える色素結合電極10であり、このものは、例えば、基板20と、この上に形成された透明導電性層22と、その導電性層22の表面に形成された酸化物半導体膜4と、その酸化物半導体膜の表面に結合された色素膜7を有して構成されている。
【0018】
本発明において、色素は有機金属錯体であり、中心原子である金属イオンまたは金属原子に配位結合で結合している配位子を有し、前記電解質含有体5には、前記色素が有する配位子と同一の化学種(化合物、イオン、基)が予め含有されている。
【0019】
すなわち、本発明では、色素が有する脱離しやすい配位子と同一の化学種を電解質含有体5の中に、予め含有しておく点に特徴がある。
【0020】
本発明において、電解質含有体5の中に予め含有される色素の配位子と同一の化合物は、下記に示すような(1)配位性アニオン種、または(2)配位性溶媒(金属に配位可能な溶媒)である。
【0021】
(1)配位性アニオン種としては、ハロゲン化物イオン、擬ハロゲン化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロホウ酸イオン、ヘキサフルオロリン酸イオン、酢酸イオン、水酸化物イオンなどが挙げられる。
【0022】
ハロゲン化物イオンとしては、フッ化物イオン:F-, 塩化物イオン:Cl-, 臭化物イオン:Br-, ヨウ化物イオン:I-, アスタチン化物イオン:At-、ヘキサフルオロケイ酸イオン:SiF6、テトラヨード水銀酸イオン:HgI4などが好適例として挙げられる。
【0023】
擬ハロゲン化物イオンとしては、チオシアン酸イオン:NCS-、シアン化物イオン:CN-、シアン酸イオン:OCN-、イソシアン酸イオン:ONC-、アジ化物イオン:N3 -などが好適例として挙げられる。
【0024】
このような配位性アニオン種は、電解質含有体5中で0.01〜5 mol/Lの濃度、好ましくは0.1〜1 mol/Lの濃度に設定される。0.01 mol/L未満となると、本発明の効果が十分に得られない。また、濃度が5 mol/Lを超えると、有機溶媒中では飽和濃度となってしまう。
【0025】
(2)配位性溶媒としては、ケトン類、ニトリル類、アルコール類、ピリジン類、カルボン酸、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、テトラヒドロフラン、水などが挙げられる。
【0026】
ケトン類としては、アセチルアセトン、アセトンなどが好適例として挙げられる。ニトリル類としては、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリルなどが好適例として挙げられる。アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどが好適例として挙げられる。ピリジン類としては、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジンなどが好適例として挙げられる。カルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸などが好適例として挙げられる。
【0027】
このような配位性溶媒は、電解質含有体5中で50〜99 wt%の濃度、好ましくは70〜95 wt%の濃度に設定される。50 wt%未満となると、本発明の効果が十分に得られない。また、濃度が99 wt%を超えると、電解質濃度が低すぎて、電子運搬機能が低下してしまう。
【0028】
上述してきた配位性アニオン種および配位性溶媒は、色素中では金属に対して配位性を有する作用をする。この一方で、電解質含有体5中では支持電解質として伝導性を有するか(配位性アニオン種)、あるいは溶媒として電解質を溶かす働きを持つ(配位性溶媒)。
【0029】
ところで、本発明における電解質含有体5の基本的機能は、電子の授受を行いいわゆる電池の機能を発揮させるものであり、その状態は、いわゆる液体状態、固体状態、溶融塩状態(イミダゾリウム塩などの溶融塩:100%電解質からなるもの)、擬固体状態(ゲル化剤等を用いてゲル化させたもの)等、いずれであってもよい。
【0030】
本発明において電解質含有体5を液体状とし、色素が有する脱離しやすい配位子と同じ化学種を、電解質含有体5の中に、電解質(配位性アニオン種)として含有させる場合には、電解質含有体5に使用される溶媒には特に制限はない。この場合の溶媒としては、電気化学的に不活性なもの、例えば、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの有機溶剤であってもよい。また、レドックス電解質を共存させてもよい。レドックス電解質としては、I-/I3 -系や、Br-/Br3 -系、キノン/ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス電解質は、従来公知の方法によって得ることができ、例えば、I-/I3 -系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合することによって得ることができる。
【0031】
一方、色素が有する脱離しやすい配位子と同じ化学種を、電解質含有体5の中に、溶媒(配位性溶媒)として含有させる場合には、電解質含有体5に使用される電解質には特に制限はない。この場合の電解質としては、上述のレドックス電解質を用いることが好ましい。
【0032】
次いで、色素を備える色素結合電極10について説明する。このものは上述のごとく、例えば、基板20と、この上に形成された透明導電性層22と、その導電性層22の表面に形成された酸化物半導体膜4と、その酸化物半導体膜の表面に結合された色素膜7を有して構成されている。
【0033】
基板20としては、光透過性の基板であれば特に制限はなく、例えば、ガラス基板、透明樹脂基板、無機透明結晶体などが用いられる。
【0034】
透明導電性層22としては、例えば、In2O3やSnO2などの金属酸化物導電体が好適に用いられる。
【0035】
酸化物半導体膜4を構成する酸化物半導体材料としては、公知の種々のものが用いられる。具体的には、Ti、Nb、Zn、Sn、Zr、Y、La、Ta等の遷移金属の酸化物の他、SrTiO3、CaTiO3等のペロブスカイト系酸化物等が挙げられる。酸化物半導体膜4を構成する酸化物半導体材料は、できるだけ微粒子であることが好ましく、その平均粒径は200nm以下、好ましくは30nm以下である。好適な具体的製造例は後述の実施例を参照されたい。
【0036】
このような酸化物半導体膜4の上には、前述したような有機金属錯体の色素を用いた色素膜7が形成される。色素膜7は、酸化物半導体膜4の上に色素を単分子膜として化学的に結合させるように形成させることが好ましい。このためには、色素を有機溶媒に溶解させて形成した色素溶液中に、酸化物半導体膜4を表面に備える基板全体を浸漬し、色素を酸化物半導体膜4の例えばチタンの水酸基と反応させるか、または残ったアルコキシド基と置換するようにすればよい。
【0037】
本発明で用いられる色素は、酸化物半導体膜4(特に酸化チタン膜)を構成する金属酸化物と化学的に結合することができる色素が好ましく、分子内にカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、もしくは水酸基を有するものが好ましい。具体的には、ビピリジルRu錯体、タ−ピリジルRu錯体、フェナントロリンRu錯体、ビシンコニン酸Ru錯体などのRu錯体が挙げられる。
【0038】
酸化物半導体膜4の好ましい態様である酸化チタン膜表面に、色素を単分子として吸着させるには、色素を有機溶媒に溶解させて形成した色素溶液中に、酸化チタン膜を基板とともに浸漬すればよい。この場合、色素溶液が、多孔質構造膜である酸化チタン膜の内部深く進入するように、その膜を色素への浸漬に先立ち、減圧処理したり、加熱処理して、膜中に含まれる気泡をあらかじめ除去しておくのが好ましい。浸漬時間は30分〜24時間程度である。色素の吸着を効率よく行うため、還流処理を行っても良い。また、浸漬処理は、必要に応じ、複数回繰り返し行うこともできる。前記浸漬処理後、色素を吸着した酸化チタン膜は、室温〜80℃で乾燥する。
【0039】
本発明においては、酸化チタン膜に吸着される色素は、1種である必要はなく、必要によっては光吸収領域の異なる複数の色素を吸着させることができる。これによって、光を効率よく利用することができる。複数の色素を膜に吸着させるには、複数の色素を含む溶液中に膜を浸漬する方法や、色素溶液を複数用意し、これらの溶液に膜を順次浸漬する方法等が挙げられる。色素を有機溶媒に溶解させた溶液において、その有機溶媒としては、色素を溶解しうるものであれば任意のものが使用可能である。このようなものとしては、例えば、メタノ−ル、エタノ−ル、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ジクロロメタン、トルエン等が挙げられる。溶液中の色素の濃度は、溶液100ml中、1〜200mg、好ましくは10〜100mg程度である。
【0040】
なお、色素結合電極10と対をなす対向電極30としては、導電性を有するものであればよく、任意の導電性材料が用いられるが、I3 -イオン等の酸化型のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。このようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。
【0041】
本発明の太陽電池1は、一般に、前記色素結合電極10、電解質含有体5及び対向電極30をケース内に収納して封止するか又はそれら全体を樹脂封止した状態で形成される。この場合、色素を結合した電極(色素結合電極)10には光があたる構造とする。このような構造の電池は、色素結合電極10に太陽光又は太陽光と同等な可視光をあてると、色素結合電極10とそれと対向する電極30との間に電位差が生じ、両電極10,30間に電流が流れるようになる。
【0042】
【実施例】
次に本発明の具体的な実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
【0043】
〔実験例I〕
(実施例1〜8サンプルの作製)
色素の準備
増感色素は(4,4’−ジカルボン酸−2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)ジクロロをベースの骨格として、クロロ部分が下記表1に示される物質Aに置き換わった構造を用いた。合成は従来の公知の方法で行った。すなわち、(4,4’−ジカルボン酸−2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)ジクロロと物質Aをジメチルホルムアミド中で4時間加熱還流させ、目的とする色素を得た。
【0044】
酸化チタンゾル液の調整
チタンイソプロポキシドを以下のように加水分解することにより、酸化チタンゾル液を調整した。
【0045】
125mlのチタンイソプロポキシドを、0.1M硝酸水溶液750mlに攪拌しながら添加した。これを80℃で8時間激しく攪拌した。得られた液体をテフロン製の圧力容器内で230℃、16時間オ−トクレ−ブ処理した。沈殿物を含むゾル液を攪拌により再懸濁させた。吸引濾過により、再懸濁しなかった沈殿物を除き、エバポレ−タ−で酸化チタン濃度が11wt%になるまでゾル液を濃縮した。基板への塗れ性を高めるため、Triton X-100を1滴添加した。
【0046】
次に、酸化チタン膜の焼成時におけるクラックの発生および導電性表面からの膜の剥離を防止するため以下のようにチタンアルコキシドをゾル液に添加した。
【0047】
すなわち、上記ゾル液を攪拌しながら、ジ−iso−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタンとアセチルアセトンの80:20混合液を少しづつ添加した。添加終了後、1時間攪拌した。
【0048】
なお、ジ−iso−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタンの添加量は3.4g(酸化チタン微粒子重量に対し10重量%)としてサンプルを作製した。
【0049】
色素結合電極(酸化チタン電極)の作製
上記のように調整したチタンアルコキシド添加ゾル液を用いて、以下の要領で酸化チタン電極を作製した。
【0050】
縦2.0cm、横1.5cm、厚さ1mmの導電性ガラス基板(F−SnO2、シ−ト抵抗10Ω/□)の導電膜面側に、縦0.5cm、横0.5cmの四角穴を設けた厚さ70μmのマスキングテ−プを貼り、穴の端部に前記チタンアルコキシド添加ゾル液3μl(マイクロリットル)をピペットで添加した。
【0051】
このゾル液を縁が平らなガラス板を用いて引き延ばすことにより基板上に広げた。このように広げた膜を空気中で30分間乾燥し、乾燥後マスキングテ−プを剥がし取った。
【0052】
次に、電気炉を用いて500℃で30分間焼成した。昇温速度は2℃/minとした。
【0053】
焼成後、基板温度が80℃まで下がったところで、上記の要領で予め準備しておいた増感色素を3×10−4M濃度で添加の無水エタノ−ル溶液20mlに浸漬し、12時間放置した。
【0054】
放置後、酸化チタン電極を取り出し無水アセトニトリルで洗浄した。基板上の酸化チタン膜は吸着されたルテニウム色素により深紅色となった(色素結合電極サンプルの作製)。
【0055】
対向電極の準備
対向電極は、1mmφの穴が2ヶ所存在する導電性ガラス基板の導電膜面側に、白金を100nmの厚さでスパッタリングしたものを用いた。
【0056】
電解質含有体(電解質溶液)の調製
増感色素の配位子に相当するとして物質Aとして配位性アニオン種を用いる場合は、物質Aを飽和濃度で3−メトキシプロピオニトリル溶液を調製した。物質Aとして配位性溶媒を用いる場合は、テトラプロピルアンモニウムヨージド(0.45M)とヨウ素(0.06M)を含む物質Aの溶液を調製し、電解質溶液として使用した。
【0057】
太陽電池の作製
上記の両電極および電解質含有体を用いて、下記の要領で太陽電池サンプルの作製および評価を行った。
【0058】
作用電極である色素結合電極(酸化チタン電極)と対向電極を張り合わせるスペーサーとして、三井デュポンポリケミカル社製ハイミラン(厚さ50μm)を使用した。なお、このスペーサーは、作用電極と張り合わせたときに、色素の吸着した酸化チタン膜と重なり合う中央部分が刳り貫くかれており、この刳り貫かれた空間部分に尿素誘導体を含む電解質含有体(電解質溶液)が貯蔵できるようになっている。これを用いて、作用電極の色素の吸着した酸化チタン膜側と対向電極の白金をスパッタリングした側を張り合わせた。
【0059】
その後、対向電極に予め形成させておいた2つの穴のうち1方の穴から、電解質含有体(電解質溶液)を導入した。電解質含有体(電解質溶液)が電池内部に導入されるように充分な時間放置した。その後、対向電極の裏面側から封止板として1枚のハイミランと1枚のカバーガラスを順次積層して2つの穴を塞ぎ、電解質含有体(電解質溶液)を封止した。このようにして表1に示される種々の実施例サンプルを作製した。
【0060】
(比較例1サンプルの作製)
色素に(4,4’−ジカルボン酸−2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)ジチオシアネートを用いて、電解質溶液にテトラプロピルアンモニウムヨージド(0.45M)とヨウ素(0.06M)を含む3−メトキシプロピオニトリルを用いた。それ以外は、上記実施例1サンプルと同様にして比較例1サンプルを作製した。
【0061】
〔電池特性の評価〕
耐久性試験
各電池サンプルについて下記の要領で電池の耐久性試験を行った。
各電池サンプルを温度80℃、湿度50%RHに放置した状態で、光電流密度(Jsc)の経時的変化を測定し、光電流密度(Jsc)が初期電池特性の−10%となったときの時間を求めた。この時間を耐久性の指標とした。この値が大きいほど、電池を作製した後、高温下での耐久性が優れていることになる。
【0062】
結果を下記表1に示す。
【0063】
【表1】
【0064】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、表面に色素が吸着された色素結合電極と、これと対をなす対向電極と、これらの電極に接触する電解質含有体とを有する色素増感型太陽電池であって、前記色素は、有機金属錯体であり、中心原子である金属イオンまたは金属原子に配位結合で結合している配位子を有し、前記電解質含有体には、前記色素が有する配位子と同一の化学種を含有させてなるように構成されているので、長期間の使用においても増感色素の構造が変化しにくく、耐久性の高い色素増感型太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の色素増感型太陽電池の模式的構成例を示した図面である。
【符号の説明】
1…色素増感型太陽電池
4…酸化物半導体膜
5…電解液
7…色素膜
10…色素結合電極
20…基板
22…透明導電性層
30…電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a dye-sensitized solar cell including a dye-coupled electrode to which a sensitizing dye of an organometallic complex is bound, and in particular, the electrolyte-containing body has a predetermined relationship with the ligand of the organometallic complex used. In order to improve the durability of the battery.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, wet solar cells including an oxide semiconductor electrode sensitized with a dye are known. According to Nature, 261 (1976) p.402, rose bengal was adsorbed as a sensitizing dye on the surface of a sintered disk formed by compression molding zinc oxide powder and sintering at 1300 ° C. for 1 hour. A solar cell using an oxide semiconductor electrode has been proposed.
[0003]
However, according to the current / voltage curve of the solar cell in the proposal, the current value at an electromotive voltage of 0.2 V is as small as about 25 μA.
[0004]
By the way, research on solar cells has progressed further in recent years, and a porous titanium dioxide film is formed on a transparent conductive film, a Ru dipyridyl complex is adsorbed on the surface as a sensitizing dye, and dye enhancement using iodine as an electron mediator. A sensitive wet solar cell has been reported by Gretzel et al. (Japanese Patent Laid-Open No. 01-220380).
[0005]
In the solar cell proposed by Gretzell et al., The dye that is excited by absorbing light supplies electrons to titanium oxide, the electrons move from the counter electrode to iodine, and the reduced iodide ions give electrons to the dye. To complete the cycle. Such a dye-sensitized solar cell is theoretically expected to have high efficiency, and it has been reported that an efficiency of about 7 to 10% was actually obtained. Further, such a solar cell is considered to be very advantageous in terms of cost as compared to a solar cell using a silicon semiconductor because both the oxide semiconductor and the dye used therein are inexpensive. Yes.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventionally known dye-sensitized solar cell, for example, a Ru-NCS complex compound is used as a sensitizing dye, and iodide ion is used as an electrolyte. Since the Ru complex can undergo a ligand exchange reaction, in such a combination, the NCS ligand is eliminated and a Ru-I complex is formed, and the conversion efficiency gradually decreases. There is a risk of doing.
[0007]
As a prior art, a dye-sensitized solar cell using an electrolyte solution in which a sensitizing dye to be attached to a semiconductor surface is dissolved in advance has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-331720). However, in this case, since the dye is present in the electrolytic solution, the electron transport function of the electrolyte is hindered, and the efficiency may be reduced. In addition, there is no action to suppress the decomposition of the dye itself, and the durability is not sufficient.
[0008]
Under such circumstances, the present invention was invented, and its purpose was to create a combination of a sensitizing dye and an electrolyte-containing body in which the ligand exchange of the sensitizing dye is difficult to proceed, and to be used for a long time. Is to provide a dye-sensitized solar cell with extremely little change in characteristics and excellent durability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems, the present invention provides a dye-sensitized dye having a dye-binding electrode having a dye adsorbed on its surface, a counter electrode paired with the dye-binding electrode, and an electrolyte-containing body that contacts these electrodes. In the solar cell, the dye is an organometallic complex, and has a metal ion that is a central atom or a ligand that is bonded to a metal atom by a coordinate bond, dye has the same species and the ligand is contained with the same species and the ligand, as is at least one coordinating solvent selected from among ketones and nitriles Composed.
[0010]
As a preferred embodiment of the present invention, the coordinating solvent is configured to be at least one selected from acetylacetone, acetonitrile, and 3-methoxypropionitrile .
[0015]
That is, according to the present invention, in a dye-sensitized solar cell using an organometallic complex as a sensitizing dye, the same chemical species as the ligand that the dye has an easy detachment is previously contained in the electrolyte-containing body.
[0016]
In such an environment, the elimination of the ligand of the sensitizing dye is extremely difficult. Moreover, even if desorption occurs, it tends to have the same structure as the original sensitizing dye. As a result, the sensitizing dye is unlikely to undergo structural changes even during long-term use, and a highly durable dye-sensitized solar cell can be provided.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described in detail. FIG. 1 shows a schematic configuration example of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
[0018]
In the present invention, the dye is an organometallic complex having a metal ion as a central atom or a ligand bonded to the metal atom by a coordinate bond, and the electrolyte-containing
[0019]
That is, the present invention is characterized in that the same chemical species as the ligand that the dye has is easily removed is previously contained in the electrolyte-containing
[0020]
In the present invention, the same compound as the ligand of the pigment previously contained in the electrolyte-containing
[0021]
(1) Coordinating anion species include halide ion, pseudohalide ion, sulfate ion, nitrate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, hexafluorophosphate ion, acetate ion, hydroxide ion Etc.
[0022]
The halide ions, fluoride ions: F -, chloride ion: Cl -, bromide: Br -, iodide ion: I -, astatine hydride ion: At -, hexafluorosilicate ion: SiF 6, tetraiodo Mercuric acid ions: HgI 4 and the like are preferred examples.
[0023]
Preferable examples of pseudohalide ions include thiocyanate ion: NCS − , cyanide ion: CN − , cyanate ion: OCN − , isocyanate ion: ONC − , and azide ion: N 3 — .
[0024]
Such a coordinating anion species is set to a concentration of 0.01 to 5 mol / L, preferably 0.1 to 1 mol / L in the electrolyte-containing
[0025]
(2) Examples of the coordinating solvent include ketones, nitriles, alcohols, pyridines, carboxylic acids, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoamide, tetrahydrofuran, and water.
[0026]
Preferred examples of ketones include acetylacetone and acetone. Preferred examples of nitriles include acetonitrile and methoxypropionitrile. Preferred examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol and the like. Preferable examples of pyridines include methylpyridine, ethylpyridine, propylpyridine, butylpyridine and the like. Preferred examples of the carboxylic acid include acetic acid and propionic acid.
[0027]
Such a coordinating solvent is set to a concentration of 50 to 99 wt%, preferably 70 to 95 wt% in the electrolyte-containing
[0028]
The coordinating anion species and the coordinating solvent described above have a function of coordinating with a metal in the dye. On the other hand, the electrolyte-containing
[0029]
By the way, the basic function of the electrolyte-containing
[0030]
In the present invention, when the electrolyte-containing
[0031]
On the other hand, in the case where the same chemical species as the ligand that the dye has easily removed is contained in the electrolyte-containing
[0032]
Next, the dye-coupled
[0033]
The
[0034]
As the transparent
[0035]
As the oxide semiconductor material constituting the oxide semiconductor film 4, various known materials are used. Specific examples include oxides of transition metals such as Ti, Nb, Zn, Sn, Zr, Y, La, and Ta, and perovskite oxides such as SrTiO 3 and CaTiO 3 . The oxide semiconductor material constituting the oxide semiconductor film 4 is preferably as fine as possible, and its average particle size is 200 nm or less, preferably 30 nm or less. For preferred specific production examples, see the examples below.
[0036]
On the oxide semiconductor film 4, a dye film 7 using the organometallic complex dye as described above is formed. The dye film 7 is preferably formed on the oxide semiconductor film 4 so as to chemically bond the dye as a monomolecular film. For this purpose, the entire substrate having the oxide semiconductor film 4 on the surface is immersed in a dye solution formed by dissolving the dye in an organic solvent, and the dye is reacted with, for example, a hydroxyl group of titanium in the oxide semiconductor film 4. Or the remaining alkoxide group may be substituted.
[0037]
The dye used in the present invention is preferably a dye that can be chemically bonded to the metal oxide constituting the oxide semiconductor film 4 (particularly the titanium oxide film), and has a carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid in the molecule. Those having a group or a hydroxyl group are preferred. Specific examples include Ru complexes such as bipyridyl Ru complexes, ta-pyridyl Ru complexes, phenanthroline Ru complexes, and bicinchoninic acid Ru complexes.
[0038]
In order to adsorb the dye as a single molecule on the surface of the titanium oxide film which is a preferred embodiment of the oxide semiconductor film 4, the titanium oxide film is immersed together with the substrate in a dye solution formed by dissolving the dye in an organic solvent. Good. In this case, in order for the dye solution to penetrate deeply into the titanium oxide film, which is a porous structure film, the film is subjected to reduced pressure treatment or heat treatment prior to immersion in the dye, so that bubbles contained in the film Is preferably removed in advance. The immersion time is about 30 minutes to 24 hours. In order to efficiently adsorb the dye, a reflux treatment may be performed. Further, the immersion treatment can be repeated a plurality of times as necessary. After the immersion treatment, the titanium oxide film adsorbed with the pigment is dried at room temperature to 80 ° C.
[0039]
In the present invention, the dye adsorbed on the titanium oxide film does not need to be one kind, and a plurality of dyes having different light absorption regions can be adsorbed as necessary. Thereby, light can be used efficiently. In order to adsorb a plurality of dyes to the film, a method of immersing the film in a solution containing a plurality of dyes, a method of preparing a plurality of dye solutions, and sequentially immersing the film in these solutions, and the like can be mentioned. In the solution in which the dye is dissolved in the organic solvent, any organic solvent can be used as long as it can dissolve the dye. Examples of such include methanol, ethanol, acetonitrile, dimethylformamide, dioxane, dichloromethane, toluene and the like. The concentration of the dye in the solution is about 1 to 200 mg, preferably about 10 to 100 mg, in 100 ml of the solution.
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples of the present invention.
[0043]
[Experimental Example I]
(Production of Examples 1 to 8)
Preparation of dye The sensitizing dye is composed of (4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridine) ruthenium (II) dichloro skeleton and the chloro moiety in substance A shown in Table 1 below. A replacement structure was used. The synthesis was performed by a conventionally known method. That is, (4,4′-dicarboxylic acid-2,2′-bipyridine) ruthenium (II) dichloromethane and substance A were heated to reflux in dimethylformamide for 4 hours to obtain the desired dye.
[0044]
Preparation of titanium oxide sol solution Titanium oxide sol solution was prepared by hydrolyzing titanium isopropoxide as follows.
[0045]
125 ml of titanium isopropoxide was added to 750 ml of 0.1 M aqueous nitric acid solution with stirring. This was vigorously stirred at 80 ° C. for 8 hours. The resulting liquid was autoclaved at 230 ° C. for 16 hours in a Teflon pressure vessel. The sol solution containing the precipitate was resuspended by stirring. The precipitate that was not resuspended was removed by suction filtration, and the sol solution was concentrated with an evaporator until the titanium oxide concentration became 11 wt%. One drop of Triton X-100 was added to improve the paintability on the substrate.
[0046]
Next, titanium alkoxide was added to the sol solution as follows in order to prevent generation of cracks during the firing of the titanium oxide film and peeling of the film from the conductive surface.
[0047]
That is, while stirring the sol solution, an 80:20 mixed solution of di-iso-propoxy bis (acetylacetonato) titanium and acetylacetone was added little by little. After completion of the addition, the mixture was stirred for 1 hour.
[0048]
The sample was prepared with an addition amount of di-iso-propoxy bis (acetylacetonato) titanium of 3.4 g (10 wt% with respect to the titanium oxide fine particle weight).
[0049]
Production of dye-coupled electrode (titanium oxide electrode) A titanium oxide electrode was produced in the following manner using the titanium alkoxide-added sol solution prepared as described above.
[0050]
A square of 0.5 cm in length and 0.5 cm in width on the conductive film side of a conductive glass substrate (F-SnO 2 ,
[0051]
The sol solution was spread on a substrate by stretching using a glass plate having a flat edge. The film thus spread was dried in air for 30 minutes, and after drying, the masking tape was peeled off.
[0052]
Next, it baked for 30 minutes at 500 degreeC using the electric furnace. The heating rate was 2 ° C./min.
[0053]
After firing, when the substrate temperature dropped to 80 ° C., the sensitizing dye prepared in advance as described above was immersed in 20 ml of an anhydrous ethanol solution added at a concentration of 3 × 10 −4 M and left for 12 hours. did.
[0054]
After standing, the titanium oxide electrode was taken out and washed with anhydrous acetonitrile. The titanium oxide film on the substrate became deep red due to the adsorbed ruthenium dye (preparation of dye-coupled electrode sample).
[0055]
Preparation <br/> counter electrode of the counter electrode, the conductive film face side of the conductive glass substrate with a hole of 1mmφ exist two places, was used as the sputtering platinum to a thickness of 100 nm.
[0056]
Preparation of electrolyte-containing body (electrolyte solution) When a coordinating anion species is used as the substance A as corresponding to the ligand of the sensitizing dye, the substance A is saturated with a 3-methoxypropionitrile solution. Was prepared. When using a coordinating solvent as the substance A, a solution of the substance A containing tetrapropylammonium iodide (0.45M) and iodine (0.06M) was prepared and used as an electrolyte solution.
[0057]
Production of solar cell A solar cell sample was produced and evaluated in the following manner using both the electrodes and the electrolyte-containing body.
[0058]
High Milan (thickness 50 μm) manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd. was used as a spacer for bonding the dye-bonded electrode (titanium oxide electrode) as the working electrode and the counter electrode. In addition, when this spacer is bonded to the working electrode, a central portion overlapping with the dye-adsorbed titanium oxide film is perforated, and an electrolyte-containing body (electrolyte solution) containing a urea derivative in the perforated space portion. ) Can be stored. Using this, the titanium oxide film side of the working electrode adsorbed with the dye and the platinum-sputtered side of the counter electrode were bonded together.
[0059]
Thereafter, an electrolyte containing body (electrolyte solution) was introduced from one of the two holes previously formed in the counter electrode. The electrolyte-containing body (electrolyte solution) was left for a sufficient period of time so that it was introduced into the battery. Thereafter, one HiMilan and one cover glass were sequentially laminated as a sealing plate from the back side of the counter electrode to close the two holes, and the electrolyte-containing body (electrolyte solution) was sealed. Thus, various example samples shown in Table 1 were produced.
[0060]
(Production of Comparative Example 1 sample)
Using (4,4′-dicarboxylic acid-2,2′-bipyridine) ruthenium (II) dithiocyanate as the dye, tetrapropylammonium iodide (0.45 M) and iodine (0.06 M) are contained in the electrolyte solution. 3-methoxypropionitrile was used. Otherwise, the sample of Comparative Example 1 was produced in the same manner as the sample of Example 1 above.
[0061]
[Evaluation of battery characteristics]
Durability test A battery durability test was performed on each battery sample in the following manner.
When each battery sample was left standing at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 50% RH, the change over time in the photocurrent density (Jsc) was measured, and the photocurrent density (Jsc) was −10% of the initial battery characteristics. Asked for time. This time was used as an index of durability. The larger this value, the better the durability at high temperatures after the battery is produced.
[0062]
The results are shown in Table 1 below.
[0063]
[Table 1]
[0064]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are clear from the above results. That is, the present invention is a dye-sensitized solar cell having a dye-binding electrode having a dye adsorbed on its surface, a counter electrode paired therewith, and an electrolyte-containing body that contacts these electrodes, The dye is an organometallic complex and has a metal ion as a central atom or a ligand bonded to a metal atom by a coordinate bond, and the electrolyte-containing body has the same ligand as the dye Thus, the structure of the sensitizing dye hardly changes even after long-term use, and a highly durable dye-sensitized solar cell can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing showing an example of a schematic configuration of a dye-sensitized solar cell of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記色素は、有機金属錯体であり、中心原子である金属イオンまたは金属原子に配位結合で結合している配位子を有し、
前記電解質含有体には、前記色素が有する配位子と同一の化学種が含有されており、
当該配位子と同一の化学種は、ケトン類およびニトリル類の中から選ばれる少なくとも1種の配位性溶媒であることを特徴とする色素増感型太陽電池。A dye-sensitized solar cell comprising a dye-binding electrode having a dye adsorbed on its surface, a counter electrode paired with the dye-binding electrode, and an electrolyte-containing body in contact with these electrodes,
The dye is an organometallic complex, and has a metal ion as a central atom or a ligand bonded to a metal atom by a coordinate bond,
Wherein the electrolyte inclusion, the same species and the ligand, wherein the dye has are contained,
The dye-sensitized solar cell, wherein the same chemical species as the ligand is at least one coordination solvent selected from ketones and nitriles .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365984A JP4210054B2 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Dye-sensitized solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001365984A JP4210054B2 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Dye-sensitized solar cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003168494A JP2003168494A (en) | 2003-06-13 |
| JP4210054B2 true JP4210054B2 (en) | 2009-01-14 |
Family
ID=19175948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001365984A Expired - Fee Related JP4210054B2 (en) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | Dye-sensitized solar cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4210054B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005353296A (en) * | 2004-06-08 | 2005-12-22 | Fujikura Ltd | Photoelectric conversion element |
| JP2009081074A (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Sony Corp | Dye-sensitized photoelectric conversion element, electrolyte composition, electrolyte additive, and electronic device |
| KR101223736B1 (en) * | 2011-07-29 | 2013-01-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electrolyte for dye sensitized solar cell and dye sensitized solar cell using the same |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001365984A patent/JP4210054B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003168494A (en) | 2003-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2997773B1 (en) | Metal complexes, oxide semiconductor electrodes and solar cells useful as sensitizers | |
| JP4674435B2 (en) | Photoelectric conversion element | |
| EP2402967A2 (en) | Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, photoelectric conversion element module, and method of manufacturing the same | |
| JP2001345125A (en) | Photoelectric conversion element | |
| JPWO2002033775A1 (en) | Power generation method and battery | |
| JP4095289B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| KR101245006B1 (en) | Dye-sensitized photoelectric transducer and process for producing the same, eletronic apparatus and process for producing the same, and electronic equipment | |
| JP3849005B2 (en) | Platinum complexes useful as sensitizers | |
| JP2000100482A (en) | Dye-sensitized solar cells | |
| JP4438173B2 (en) | Oxide semiconductor dye-coupled electrode and dye-sensitized solar cell | |
| JP2005085587A (en) | Electrolyte composition and photoelectric conversion element using the same | |
| Nasr-Esfahani et al. | Fabrication and characterization of a new dye sensitized solar cell with a new Schiff base cobalt complex as a redox mediator | |
| JP3462115B2 (en) | Non-aqueous electrolyte for dye-sensitized solar cell and solar cell using the same | |
| JP4676719B2 (en) | Electrolyte for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using the same | |
| JP5293190B2 (en) | Method for producing binuclear metal complex | |
| JP5428312B2 (en) | Photoelectric conversion element and photochemical battery | |
| JP4210054B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| JP4320869B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion element | |
| JP2002184476A (en) | Method for producing porous photoelectric conversion semiconductor layer and solar cell | |
| JP4406985B2 (en) | Oxide semiconductor dye-coupled electrode and dye-sensitized solar cell | |
| JP2002075476A (en) | Photoelectric conversion film, photoelectric conversion electrode, and photoelectric conversion element | |
| JP4710167B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
| JP4129103B2 (en) | Dye-coupled electrode for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using the same | |
| JP2007277513A (en) | Binuclear metal complex dye solution, photoelectric conversion element using this solution, and photochemical battery | |
| JP2006236788A (en) | Photoelectric conversion device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040727 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080430 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080620 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081014 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081024 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4210054 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111031 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121031 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131031 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |