JP5730032B2 - Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell - Google Patents
Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP5730032B2 JP5730032B2 JP2011010313A JP2011010313A JP5730032B2 JP 5730032 B2 JP5730032 B2 JP 5730032B2 JP 2011010313 A JP2011010313 A JP 2011010313A JP 2011010313 A JP2011010313 A JP 2011010313A JP 5730032 B2 JP5730032 B2 JP 5730032B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- main surface
- metal
- electrode
- dye
- 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
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 92
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims description 70
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims description 70
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 103
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 103
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 72
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 37
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 32
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 26
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 25
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 16
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 13
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 7
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 32
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 238000005255 carburizing Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 3
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Chemical compound [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002165 photosensitisation Effects 0.000 description 2
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- ISHFYECQSXFODS-UHFFFAOYSA-M 1,2-dimethyl-3-propylimidazol-1-ium;iodide Chemical compound [I-].CCCN1C=C[N+](C)=C1C ISHFYECQSXFODS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 4-tert-butylpyridine Chemical compound CC(C)(C)C1=CC=NC=C1 YSHMQTRICHYLGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N ruthenium(2+) Chemical compound [Ru+2] YAYGSLOSTXKUBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Description
本発明は、カーボンナノチューブ電極用構造体、カーボンナノチューブ電極及び色素増感太陽電池に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube electrode structure, a carbon nanotube electrode, and a dye-sensitized solar cell.
色素増感太陽電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、燃料電池などの電極として、カーボンナノチューブ電極が注目されつつある。 Carbon nanotube electrodes are attracting attention as electrodes for dye-sensitized solar cells, lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, electric double layer capacitors, fuel cells and the like.
カーボンナノチューブ電極は、基板と、基板に担持された触媒と、触媒上に形成されるカーボンナノチューブ膜とで構成される。ここで、カーボンナノチューブ膜を、基板に担持された触媒上に形成する場合、通常は化学気相成長法(以下、本明細書おいて「CVD法」と呼ぶ)が用いられる。このCVD法では、400〜900℃の高温にした炭化水素ガスなどの炭素を含む雰囲気中で、基板に担持させた触媒からカーボンナノチューブを成長させる(例えば下記特許文献1及び2参照)。
The carbon nanotube electrode includes a substrate, a catalyst supported on the substrate, and a carbon nanotube film formed on the catalyst. Here, when the carbon nanotube film is formed on a catalyst supported on a substrate, a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as “CVD method” in this specification) is usually used. In this CVD method, carbon nanotubes are grown from a catalyst supported on a substrate in an atmosphere containing carbon such as hydrocarbon gas at a high temperature of 400 to 900 ° C. (see, for example,
ところで、電気二重層キャパシタや色素増感太陽電池などでは、エネルギー密度や可撓性の必要性から、一般的に基板を50μm以下に薄くする必要がある。そのため、カーボンナノチューブ膜を基板上に形成する際、使用する炭化水素ガスなどの原料ガスの温度を600〜900℃の高温にすると、原料ガスによって基板に炭素が浸入するいわゆる浸炭と呼ばれる現象が起こる。その結果、基板において硬化や導電性の低下が起こる。 By the way, in an electric double layer capacitor, a dye-sensitized solar cell, etc., it is generally necessary to make the substrate thin to 50 μm or less because of the necessity of energy density and flexibility. Therefore, when the carbon nanotube film is formed on the substrate, if the temperature of the source gas such as hydrocarbon gas used is set to a high temperature of 600 to 900 ° C., a phenomenon called so-called carburization in which carbon enters the substrate by the source gas occurs. . As a result, the substrate is cured and the conductivity is lowered.
特に、色素増感太陽電池では、この問題が顕著に起こる。即ち、色素増感太陽電池では通常、電解質にヨウ素が使用されるため、ヨウ素による基板の腐食を抑制する観点から、基板材料としてチタンが使用される。しかし、チタンは、非常に安定な炭化物を形成するため、薄いチタン基板は浸炭によって導電性を失い易く、可撓性も低下して、最悪の場合、破損するおそれもある。 In particular, this problem occurs remarkably in dye-sensitized solar cells. That is, in a dye-sensitized solar cell, since iodine is usually used as an electrolyte, titanium is used as a substrate material from the viewpoint of suppressing corrosion of the substrate by iodine. However, since titanium forms a very stable carbide, the thin titanium substrate easily loses its conductivity due to carburization, the flexibility is lowered, and in the worst case, it may be damaged.
従って、導電性及び可撓性に優れたカーボンナノチューブ電極を形成することができるカーボンナノチューブ電極用構造体が望まれていた。 Therefore, a carbon nanotube electrode structure capable of forming a carbon nanotube electrode excellent in conductivity and flexibility has been desired.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導電性及び可撓性に優れたカーボンナノチューブ電極を形成することができるカーボンナノチューブ電極用構造体、カーボンナノチューブ電極及び色素増感太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a carbon nanotube electrode structure, a carbon nanotube electrode, and a dye-sensitized solar cell capable of forming a carbon nanotube electrode excellent in conductivity and flexibility. The purpose is to provide.
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、金属基板を、本体部と、その少なくとも一部を被覆する金属被膜とで構成し、金属被膜を特定の金属を含むものとすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor shall constitute a metal substrate with a main body portion and a metal film covering at least a part thereof, and the metal film shall contain a specific metal. The present inventors have found that the above problems can be solved, and have completed the present invention.
即ち、本発明は、金属基板と、前記金属基板に担持され、カーボンナノチューブ膜を形成する際に触媒として作用する金属触媒とを備えており、前記金属基板が、第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有する本体部と、前記本体部の前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方を被覆する金属被膜とを有しており、前記本体部が、鉄、クロム、コバルト、ニッケル及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、前記金属被膜がアルミニウムを含み、前記本体部が1〜40μmの厚さを有することを特徴とするカーボンナノチューブ電極用構造体である。
That is, the present invention includes a metal substrate and a metal catalyst supported on the metal substrate and acting as a catalyst when forming the carbon nanotube film, and the metal substrate includes the first main surface and the first main surface. A main body having a second main surface opposite to the main surface; and a metal coating covering at least one of the first main surface and the second main surface of the main body, the main body being , iron, chromium, cobalt, contains at least one selected from the group consisting of nickel and titanium, carbon nanotubes wherein the metal coating is viewed contains aluminum, the body portion and having a thickness of 1~40μm This is an electrode structure.
このカーボンナノチューブ電極用構造体によれば、カーボンナノチューブ電極用構造体上に、CVD法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を成長させる際に、金属被膜がアルミニウムを含んでいるため、本体部への浸炭を十分に抑制することができる。従って、導電性及び可撓性に優れたカーボンナノチューブ電極を形成することができる。 According to the carbon nanotube electrode structure, when the carbon nanotube film is grown on the carbon nanotube electrode structure by a CVD method using a raw material containing carbon, the metal coating contains aluminum. Carburization to the main body can be sufficiently suppressed. Therefore, a carbon nanotube electrode excellent in conductivity and flexibility can be formed.
本発明に係るカーボンナノチューブ電極用構造体は、前記本体部が1〜100μmの厚さを有する場合に有用である。これは、本体部の厚さが上記範囲内にある場合に、特に本体部が浸炭されやすくなると共に可撓性の低下の問題が生じやすくなるためである。 The structure for carbon nanotube electrodes according to the present invention is useful when the main body has a thickness of 1 to 100 μm. This is because when the thickness of the main body is within the above range, the main body is particularly easily carburized and the problem of reduced flexibility is likely to occur.
上記カーボンナノチューブ電極用構造体においては、前記金属被膜が、前記第1主面及び前記第2主面の両方を被覆していることが好適である。 In the carbon nanotube electrode structure, it is preferable that the metal coating covers both the first main surface and the second main surface.
この場合、カーボンナノチューブ電極用構造体上に、CVD法を用いて、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を成長させる際に、本体部への浸炭をより十分に抑制することができる。 In this case, when the carbon nanotube film is grown on the carbon nanotube electrode structure using the raw material containing carbon using the CVD method, carburization of the main body can be more sufficiently suppressed.
また前記金属触媒が、前記本体部の第1主面及び前記第2主面のいずれか一方の側に設けられているカーボンナノチューブ電極用構造体は、色素増感太陽電池の対極として有用である。 In addition, the carbon nanotube electrode structure in which the metal catalyst is provided on either the first main surface or the second main surface of the main body is useful as a counter electrode of the dye-sensitized solar cell. .
また本発明は、上述したカーボンナノチューブ電極用構造体の上に、CVD法により炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を形成することにより得られるカーボンナノチューブ電極である。 Further, the present invention is a carbon nanotube electrode obtained by forming a carbon nanotube film on a carbon nanotube electrode structure described above using a raw material containing carbon by a CVD method.
このカーボンナノチューブ電極によれば、カーボンナノチューブ電極用構造体の上に、CVD法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を形成する場合でも、本体部への浸炭が十分に抑制される。このため、得られるカーボンナノチューブ電極は、導電性及び可撓性に優れたものとなる。 According to this carbon nanotube electrode, even when the carbon nanotube film is formed on the carbon nanotube electrode structure by the CVD method using the raw material containing carbon, carburization to the main body is sufficiently suppressed. For this reason, the obtained carbon nanotube electrode is excellent in conductivity and flexibility.
さらに本発明は、作用極と、対極と、前記作用極および前記対極を連結する封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質とを備える色素増感太陽電池において、前記対極が、上述したカーボンナノチューブ電極用構造体の上に、CVD法により炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を形成することにより得られるカーボンナノチューブ電極で構成され、前記カーボンナノチューブ電極用構造体において、前記金属被膜が、前記第1主面及び前記第2主面の両方を被覆しており、前記金属触媒が、前記第1主面及び前記第2主面のいずれか一方の側に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池である。 Furthermore, the present invention provides a dye-sensitized solar cell comprising a working electrode, a counter electrode, a sealing part that connects the working electrode and the counter electrode, and an electrolyte surrounded by the working electrode, the counter electrode, and the sealing part. The counter electrode is formed of a carbon nanotube electrode obtained by forming a carbon nanotube film using a raw material containing carbon by a CVD method on the carbon nanotube electrode structure described above, and for the carbon nanotube electrode In the structure, the metal coating covers both the first main surface and the second main surface, and the metal catalyst is on one side of the first main surface and the second main surface. It is a dye-sensitized solar cell characterized by being provided in.
この色素増感太陽電池によれば、対極として、カーボンナノチューブ電極用構造体の上に、CVD法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を形成することにより得られるカーボンナノチューブ電極が用いられるため、対極は、浸炭が十分に抑制されており、それゆえに優れた導電性及び可撓性を有している。従って、本発明の色素増感太陽電池によれば、優れた光電変換特性が得られるとともに、温度変化の激しい地域で使用され、電解質の膨張により対極に繰り返し曲げ応力が加えられても、対極の破損を十分に防止することができる。
また本発明は、金属基板と、前記金属基板に担持され、カーボンナノチューブ膜を形成する際に触媒として作用する金属触媒とを備えており、前記金属基板が、前記金属触媒が担持される第1主面、及び、前記第1主面と反対側の第2主面を有する本体部と、前記本体部の前記第2主面を被覆する金属被膜とを有しており、前記本体部が、鉄、クロム、コバルト、ニッケル及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、前記金属被膜がアルミニウムを含むこと、を特徴とするカーボンナノチューブ電極用構造体であってもよい。
According to this dye-sensitized solar cell, a carbon nanotube electrode obtained by forming a carbon nanotube film using a raw material containing carbon on a carbon nanotube electrode structure by a CVD method is used as a counter electrode. For this reason, the carburization of the counter electrode is sufficiently suppressed, and therefore has excellent conductivity and flexibility. Therefore, according to the dye-sensitized solar cell of the present invention, excellent photoelectric conversion characteristics can be obtained, and it can be used in an area where the temperature change is severe, and even if bending stress is repeatedly applied to the counter electrode due to expansion of the electrolyte, Damage can be sufficiently prevented.
The present invention also includes a metal substrate and a metal catalyst supported on the metal substrate and acting as a catalyst when forming the carbon nanotube film, wherein the metal substrate is supported by the first metal catalyst. A main body having a main surface and a second main surface opposite to the first main surface; and a metal coating covering the second main surface of the main body, wherein the main body is The carbon nanotube electrode structure may include at least one selected from the group consisting of iron, chromium, cobalt, nickel, and titanium, and the metal coating includes aluminum.
本発明によれば、導電性及び可撓性に優れたカーボンナノチューブ電極を形成することができるカーボンナノチューブ電極用構造体、カーボンナノチューブ電極及び色素増感太陽電池が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure for carbon nanotube electrodes which can form the carbon nanotube electrode excellent in electroconductivity and flexibility, a carbon nanotube electrode, and a dye-sensitized solar cell are provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る色素増感太陽電池の製造方法により得られる色素増感太陽電池を概略的に示す断面図、図2は、図1の対極を概略的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a dye-sensitized solar cell obtained by the method for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a counter electrode of FIG.
図1に示すように、色素増感太陽電池100は、作用極10と、作用極10に対向配置される対極20とを備えている。作用極10と対極20とは封止部40によって連結されている。そして、作用極10と対極20と封止部40とによって包囲されるセル空間内には電解質30が充填されている。
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
作用極10は、透明基板60と、透明基板60の対極20側に設けられる透明導電膜70と、透明導電膜70の上に設けられる多孔質酸化物半導体層80とを備えている。多孔質酸化物半導体層80には光増感色素が担持されている。
The working
対極20はカーボンナノチューブ電極で構成されている。カーボンナノチューブ電極は、図2に示すように、カーボンナノチューブ電極用構造体1と、カーボンナノチューブ電極用構造体1の上に形成されるカーボンナノチューブ膜2とを備えている。カーボンナノチューブ電極用構造体1は、金属基板3と、金属基板3の一面に担持され、カーボンナノチューブ膜2を形成する際に触媒として作用する金属触媒4とを備えており、カーボンナノチューブ膜2は、金属触媒4から金属基板3と反対方向に向かって延びる柱状体から構成されている。
The
金属基板3は、本体部5と、本体部5の第1主面5aを被覆する金属被膜6aと、本体部5の第2主面5bを被覆する金属被膜6bとを備えている。
The
ここで、本体部5は、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、チタン又はこれらの2種以上の合金を含む。ここで、合金には、例えばSUSが含まれる。ここで、上記材料は、本体部5中に90質量%以上の割合で含まれていることが好ましく、95質量%以上の割合で含まれていることがより好ましい。
Here, the main-
また金属被膜6a,6bはアルミニウムを含む。
The
次に、上述した色素増感太陽電池100の製造方法について図3〜図5を参照して説明する。
Next, the manufacturing method of the dye-sensitized
<対極の製造工程>
まず対極20の製造方法について説明する。
<Counter electrode manufacturing process>
First, a method for manufacturing the
(基板準備工程)
はじめに図3に示すように金属基板3の本体部5となる基板を準備する。
(Board preparation process)
First, as shown in FIG. 3, a substrate to be the
本体部5は、上述したように、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、チタンを含む。これらの金属材料は単独で又は2種以上の合金として用いることができる。上記金属材料は、カーボンナノチューブ膜2を、CVD法によって炭素を含む原料を用いて形成する際に、特に浸炭されやすい金属材料である。
As described above, the
本体部5の厚さは特に制限されるものではないが、カーボンナノチューブ電極用構造体1は、本体部5の厚さが1〜100μmである場合に有用である。これは、本体部5の厚さが上記範囲にある場合に、特に本体部5が浸炭されやすくなると共に可撓性の低下の問題が生じやすくなるためである。カーボンナノチューブ電極用構造体1は、本体部5の厚さが1〜50μmである場合にさらに有用である。
Although the thickness of the
次に、図4に示すように、本体部5の第1主面5a及び第2主面5bをそれぞれ金属被膜6a及び金属被膜6bで被覆して金属基板3を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, the
ここで、金属被膜6a,6bは上述したようにアルミニウムを含む。金属被膜6a,6bとして、アルミニウムを含むものを使用するのは、アルミニウムが、炭素と合金化しにくく且つ金属触媒4の形成に悪影響を及ぼさないためである。従って、金属被膜6a,6bは、アルミニウムと他の金属との合金であってもよい。ここで、他の金属としては、例えばマグネシウムなどを挙げることができる。但し、導電性を向上させるという観点からは、金属被膜6a,6bはアルミニウムを90質量%以上の割合で含むことが好ましく、100質量%の割合で含むことがより好ましい。
Here, the
金属被膜6a,6bは例えばスパッタリング法などを用いて第1主面5a及び第2主面5bを被覆させることができる。
The
次に、図5に示すように、金属触媒4を金属被膜6aの上に形成する。金属触媒4は、カーボンナノチューブ膜2を形成する際に触媒として作用する金属であればよく、このような金属触媒4としては、例えばニッケル、コバルト、モリブデン、チタン、鉄、パラジウム、タングステン、金、アルミニウム等が挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて使用することが可能である。金属触媒4は膜状であってもよいし、図5に示すように粒子状であってもよい。金属触媒4は、例えば金属被膜6aの上にスパッタリング法によって形成した膜を還元雰囲気下で加熱することによって形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5, the
こうして、図5に示すように、金属基板3の第1主面5aに金属触媒4が担持されたカーボンナノチューブ電極用構造体1が得られる。
Thus, as shown in FIG. 5, the carbon
(成膜工程)
こうしてカーボンナノチューブ電極用構造体1を得た後は、CVD法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ電極用構造体1の金属触媒4の上にカーボンナノチューブ膜2を形成する。
(Film formation process)
After the carbon
炭素を含む原料としては、例えばメタン、エチレン、アセチレン、アルコール等が用いられる。ここで、原料は、炭素を含んでいればよく、炭素以外に水素ガスなどを含んでいてもよい。またCVD法においては、熱又はプラズマ等がエネルギー源とされる。 As a raw material containing carbon, for example, methane, ethylene, acetylene, alcohol and the like are used. Here, the raw material should just contain carbon, and hydrogen gas etc. may be contained in addition to carbon. In the CVD method, heat or plasma is used as an energy source.
このとき、カーボンナノチューブ膜2を成長させる際の圧力は通常、100〜150000Paであり、好ましくは1000〜122000Paである。またカーボンナノチューブ膜2を成長させる際の温度は通常、400〜900℃であり、好ましくは550〜800℃である。
At this time, the pressure at the time of growing the
こうして金属触媒4の上に、カーボンナノチューブが成長して柱状体が形成され、これらの柱状体によりカーボンナノチューブ膜2が形成される。こうして対極20が得られる(図2参照)。
Thus, carbon nanotubes grow on the
このように、カーボンナノチューブ電極用構造体1を用いてカーボンナノチューブ電極からなる対極20を作製すると、カーボンナノチューブ電極用構造体1上に、CVD法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜2を成長させる際に、本体部5への浸炭を十分に抑制することができる。従って、導電性及び可撓性に優れた対極20を形成することができる。
When the
<作用極の製造工程>
作用極10は、透明基板60の上に透明導電膜70を形成して積層体を形成した後、積層体の透明導電膜70上に、多孔質酸化物半導体層80を形成することにより得ることができる。多孔質酸化物半導体層80には光増感色素を担持させる。
<Manufacturing process of working electrode>
The working
<封止工程>
次に、作用極10に封止部40を形成する。そして、封止部40の内側に電解質30を印刷又は注入する。そして、対極20を作用極10に重ね合せ、封止部40を例えば加熱溶融することにより作用極10と対極20とを連結させて、電解質50を封止する。こうして色素増感太陽電池100が得られる。
<Sealing process>
Next, the sealing
このようにして色素増感太陽電池100を製造した場合、対極20の金属基板3において本体部5への浸炭が十分に抑制され、それゆえ対極20は、優れた導電性及び可撓性を有している。従って、色素増感太陽電池100によれば、優れた光電変換特性が得られるとともに、温度変化の激しい地域で使用され、電解質30の膨張により対極20に繰り返し曲げ応力が加えられても、対極20の破損を十分に防止することができる。
When the dye-sensitized
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、本体部5の第1主面5a及び第2主面5bが金属被膜6a,6bで被覆されているが、図6に示すように、第1主面5aのみが金属被膜で被覆され、第2主面5bは金属被膜で被覆されていなくてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the said embodiment, although the 1st
また上記実施形態では金属触媒4は、金属被膜6aを介して本体部5の第1主面5aに担持されているが、金属被膜6aは省略可能である。即ち、図7に示すように、金属触媒4は、本体部5の第1主面5aに直接担持されてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
さらに、上記実施形態では、金属触媒4が、本体部5の第1主面5a側にのみ担持されているが、カーボンナノチューブ電極を電気二重層キャパシタやリチウムイオン二次電池の電極として使用する場合には、図8に示すように、金属触媒4はさらに金属被膜6bの上に担持される。
Furthermore, in the said embodiment, although the
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
本体部となる厚さ40μmのチタン基板を準備した。そして、チタン基板の第1主面を、カーボンナノチューブを形成する際の触媒となる厚さ0.001μmのニッケル薄膜で被覆した。ニッケル薄膜はスパッタリング法により形成した。次いで、チタン基板の第2主面を、アルミニウムからなる厚さ50nmの金属被膜で被覆した。こうしてカーボンナノチューブ電極用構造体を得た。そして、このカーボンナノチューブ電極用構造体を、MPCVD(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)プロセス装置のチャンバ内に設置し、マイクロ波出力を300Wとし、水素とメタンの混合ガスを導入して、2667Paの圧力下、650℃の温度で、カーボンナノチューブ電極用構造体のニッケル薄膜上に厚さ20μmのカーボンナノチューブ膜を成長させた。そして、カーボンナノチューブ膜をチャンバ内で室温まで冷却させた後、取り出した。こうしてカーボンナノチューブ電極からなる対極を得た。
Example 1
A titanium substrate having a thickness of 40 μm serving as a main body was prepared. And the 1st main surface of the titanium substrate was coat | covered with the nickel thin film of thickness 0.001 micrometer used as a catalyst at the time of forming a carbon nanotube. The nickel thin film was formed by sputtering. Next, the second main surface of the titanium substrate was covered with a metal film made of aluminum and having a thickness of 50 nm. Thus, a carbon nanotube electrode structure was obtained. The carbon nanotube electrode structure is placed in a chamber of an MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition) process apparatus, the microwave output is set to 300 W, a mixed gas of hydrogen and methane is introduced, and the pressure is 2667 Pa. A carbon nanotube film having a thickness of 20 μm was grown on the nickel thin film of the carbon nanotube electrode structure at a temperature of 650 ° C. The carbon nanotube film was cooled to room temperature in the chamber and then taken out. Thus, a counter electrode composed of a carbon nanotube electrode was obtained.
次に、ガラス基板上にFTO膜が形成されたFTO/ガラス基板上に、TiO2からなる厚さ20μmの多孔質酸化物半導体膜を形成して作用極を得た。作用極には、2−2−7 テトラブチルアンモニウム−トリチオシアナト(4,4’,4”−トリカルボニル−2,2’,2”−ターピリジン)ルテニウム(II)(ブラックダイ)を担持させた。 Next, a working oxide was obtained by forming a 20 μm thick porous oxide semiconductor film made of TiO 2 on an FTO / glass substrate having an FTO film formed on a glass substrate. The working electrode was supported with 2-2-7 tetrabutylammonium-trithiocyanato (4,4 ′, 4 ″ -tricarbonyl-2,2 ′, 2 ″ -terpyridine) ruthenium (II) (black dye).
そして、バイネル(商品名、デュポン社製)からなる四角環状の樹脂シートを、作用極の上に配置した後、樹脂シートを加熱溶融させて作用極に接着させた。こうして作用極に封止部を設けた。 And after arrange | positioning the square-shaped annular resin sheet which consists of a binel (brand name, DuPont company make) on a working electrode, the resin sheet was heat-melted and it was made to adhere | attach on a working electrode. Thus, the sealing portion was provided on the working electrode.
次いで、封止部を設けた作用極を水平になるように配置し、封止部の内側に、アセトニトリルからなる揮発性溶媒を主溶媒とし、ヨウ素を0.05M、ヨウ化リチウムを0.1M、1,2−ジメチルー3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド(DMPII)を0.6M、4−tert−ブチルピリジンを0.5M含む電解質を注入した。 Next, the working electrode provided with the sealing portion is disposed so as to be horizontal, and inside the sealing portion, a volatile solvent made of acetonitrile is used as a main solvent, 0.05M of iodine and 0.1M of lithium iodide. An electrolyte containing 0.6 M of 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide (DMPII) and 0.5 M of 4-tert-butylpyridine was injected.
そして、上記のようにして得た対極を作用極に重ね合せ、対極、封止部及び作用極を熱圧着させることにより作用極と対極とを連結させて電解質を封止した。こうして色素増感太陽電池を得た。 Then, the counter electrode obtained as described above was superposed on the working electrode, and the working electrode and the counter electrode were connected by thermocompression bonding of the counter electrode, the sealing portion, and the working electrode to seal the electrolyte. Thus, a dye-sensitized solar cell was obtained.
(実施例2)
チタン基板の厚さを40μmから3μmに変更して、チタン基板のピンホールを封止するためのPETからなる樹脂シートを第2主面に付けたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Example 2)
Except that the thickness of the titanium substrate was changed from 40 μm to 3 μm and a resin sheet made of PET for sealing the pinhole of the titanium substrate was attached to the second main surface, the dye increase was performed in the same manner as in Example 1. A solar cell was prepared.
(実施例3)
チタン基板の厚さを40μmから10μmに変更して、チタン基板のピンホールを封止するためのPETからなる樹脂シートを第2主面に付けたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Example 3)
The dye increase was performed in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the titanium substrate was changed from 40 μm to 10 μm and a resin sheet made of PET for sealing the pinholes of the titanium substrate was attached to the second main surface. A solar cell was prepared.
(実施例4)
チタン基板の厚さを40μmから20μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
Example 4
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the titanium substrate was changed from 40 μm to 20 μm.
(実施例5)
チタン基板の厚さを40μmから100μmに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Example 5)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the titanium substrate was changed from 40 μm to 100 μm.
(実施例6)
アルミニウムからなる金属被膜の厚さを50nmから100nmに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Example 6)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the metal coating film made of aluminum was changed from 50 nm to 100 nm.
(実施例7)
アルミニウムからなる金属被膜の厚さを50nmから100μm(100000nm)に変更し、チタン基板の第1主面とニッケル薄膜との間に、厚さ10nmのアルミニウムからなる金属被膜を形成したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。なお、チタン基板の第1主面とニッケル薄膜との間の金属被膜は、実施例1の金属被膜と同様、スパッタリング法により形成した。
(Example 7)
Implemented except that the thickness of the metal coating made of aluminum was changed from 50 nm to 100 μm (100,000 nm), and a metal coating made of aluminum having a thickness of 10 nm was formed between the first main surface of the titanium substrate and the nickel thin film. A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1. In addition, the metal film between the 1st main surface of a titanium substrate and a nickel thin film was formed by sputtering method similarly to the metal film of Example 1.
(実施例8)
チタン基板を鉄、クロム及びニッケルの合金からなるステンレス基板(SUS304)に変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Example 8)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the titanium substrate was changed to a stainless steel substrate (SUS304) made of an alloy of iron, chromium and nickel.
(実施例9)
チタン基板を鉄、ニッケル及びコバルトの合金からなる基板(Inconel903)に変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
Example 9
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the titanium substrate was changed to an iron, nickel and cobalt alloy substrate (Inconel 903).
(比較例1)
対極を作製する際、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
When producing the counter electrode, a dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that a metal film made of aluminum was not formed.
(比較例2)
対極を作製する際、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例2と同様にして色素増感太陽電池を作製しようとしたが、基板の可撓性が低かったため色素増感太陽電池の作製の際に割れてしまった。
(Comparative Example 2)
At the time of producing the counter electrode, an attempt was made to produce a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 2 except that a metal film made of aluminum was not formed. However, since the flexibility of the substrate was low, the dye-sensitized solar cell It broke during battery fabrication.
(比較例3)
対極を作製する際、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例3と同様にして色素増感太陽電池を作製しようとしたが、基板の可撓性が低かったため色素増感太陽電池の作製の際に割れてしまった。
(Comparative Example 3)
When preparing the counter electrode, an attempt was made to prepare a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 3 except that a metal film made of aluminum was not formed. However, since the flexibility of the substrate was low, the dye-sensitized solar cell It broke during battery fabrication.
(比較例4)
対極を作製する際、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例4と同様にして色素増感太陽電池を作製しようとしたが、基板の可撓性が低かったため色素増感太陽電池の作製の際に割れてしまった。
(Comparative Example 4)
At the time of producing the counter electrode, an attempt was made to produce a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 4 except that a metal film made of aluminum was not formed. However, since the flexibility of the substrate was low, the dye-sensitized solar cell It broke during battery fabrication.
(比較例5)
対極を作製する際、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例5と同様にして色素増感太陽電池を作製しようとしたが、基板の可撓性が低かったため色素増感太陽電池の作製の際に割れてしまった。
(Comparative Example 5)
When producing the counter electrode, an attempt was made to produce a dye-sensitized solar cell in the same manner as in Example 5 except that a metal film made of aluminum was not formed. However, since the flexibility of the substrate was low, the dye-sensitized solar cell It broke during battery fabrication.
(比較例6)
チタン基板の全面を、厚さ0.1μmの銅めっき膜で被覆した後、チタン基板の第1主面に銅めっき膜を介してニッケル薄膜を形成し、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にしてカーボンナノチューブ用構造体を作製した。そして、カーボンナノチューブ用構造体の上に、実施例1と同様にしてカーボンナノチューブ膜を成長させようとしたところ、カーボンナノチューブ膜を形成することができなかった。
(Comparative Example 6)
After coating the entire surface of the titanium substrate with a copper plating film having a thickness of 0.1 μm, a nickel thin film was formed on the first main surface of the titanium substrate via the copper plating film, and a metal film made of aluminum was not formed. A carbon nanotube structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that. When a carbon nanotube film was grown on the carbon nanotube structure in the same manner as in Example 1, the carbon nanotube film could not be formed.
(比較例7)
チタン基板の全面を、厚さ0.1μmのニクロムめっき膜で被覆した後、チタン基板の第1主面にニクロムめっき膜を介してニッケル薄膜を形成し、アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にしてカーボンナノチューブ用構造体を作製した。そして、カーボンナノチューブ用構造体の上に、実施例1と同様にしてカーボンナノチューブ膜を成長させようとしたところ、カーボンナノチューブ膜を形成することができなかった。即ちカーボンナノチューブ用構造体の上に形成されたのは、アモルファスカーボンであった。
(Comparative Example 7)
After covering the entire surface of the titanium substrate with a 0.1 μm thick nichrome plating film, a nickel thin film was formed on the first main surface of the titanium substrate via the nichrome plating film, and a metal film made of aluminum was not formed. A carbon nanotube structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that. When a carbon nanotube film was grown on the carbon nanotube structure in the same manner as in Example 1, the carbon nanotube film could not be formed. That is, amorphous carbon was formed on the carbon nanotube structure.
(比較例8)
アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例8と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Example 8)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 8 except that a metal film made of aluminum was not formed.
(比較例9)
アルミニウムからなる金属被膜を形成しなかったこと以外は実施例9と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Example 9)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 9 except that a metal film made of aluminum was not formed.
[評価]
(基板への浸炭)
実施例1〜9及び比較例1〜9の対極について、基板への浸炭が起こっているかどうかを断面のSEM観察およびエネルギー分散型蛍光X線分光によって調べた。結果を表1に示す。なお、基板への浸炭に関する評価基準は以下の通りとした。
基板への浸炭なし・・・A
基板への浸炭あり・・・B
[Evaluation]
(Carburization to substrate)
About the counter electrode of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-9, it was investigated by SEM observation of a cross section and energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy whether the carburization to the board | substrate has occurred. The results are shown in Table 1. The evaluation criteria for carburizing the substrate were as follows.
No carburizing to substrate ... A
There is carburizing to the substrate ... B
(対極の導電性)
実施例1〜9及び比較例1〜9の対極について、作製した色素増感太陽電池のインピーダンスの測定を行い、対極の抵抗を見積もった。結果を表1に示す。なお、対極の導電性に関する評価基準は、抵抗の値に応じて以下の通りとした。
5.0Ω以下・・・合格
5.0Ω超・・・・不合格
(Counterelectrode conductivity)
About the counter electrode of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-9, the impedance of the produced dye-sensitized solar cell was measured and the resistance of the counter electrode was estimated. The results are shown in Table 1. In addition, the evaluation criteria regarding the electroconductivity of a counter electrode were as follows according to the value of resistance.
Less than 5.0Ω ・ ・ ・ Pass over 5.0Ω ・ ・ ・ ・ Fail
(対極の可撓性)
実施例1〜9及び比較例1〜9の対極について、R5の曲率で180度曲げてみて、曲げた前後に形状変化が無ければ○、形状変化したものは△、破損したものを×として、対極の可撓性を調べた。結果を表1に示す。なお、対極の可撓性に関する評価基準は以下の通りとした。
○・・・・・・合格
△又は×・・・不合格
(Flexibility of counter electrode)
For the counter electrodes of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9, when bending by 180 degrees with the curvature of R5, if there is no shape change before and after bending, ○, if the shape change is Δ, The flexibility of the counter electrode was examined. The results are shown in Table 1. In addition, the evaluation criteria regarding the flexibility of the counter electrode were as follows.
○ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pass △ or × ・ ・ ・ Fail
(光電変換特性)
実施例1〜9及び比較例1〜9の色素増感太陽電池について、ソーラーシミュレータによって1.5AM、100mW/cm2の放射輝度の条件下で光電変換効率を測定した。結果を表1に示す。
About the dye-sensitized solar cell of Examples 1-9 and Comparative Examples 1-9, the photoelectric conversion efficiency was measured on the conditions of the radiance of 1.5AM and 100mW / cm < 2 > with the solar simulator. The results are shown in Table 1.
表1に示す結果より、実施例1〜9の対極は全て、導電性及び可撓性の点で合格であった。これに対し、比較例1〜9の対極は、導電性及び可撓性の少なくとも一方の点で不合格であった。なお、実施例1〜9の色素増感太陽電池では、いずれも光電変換効率が高かった。これは、対極において導電性が高いことに起因しているものと思われる。 From the results shown in Table 1, all the counter electrodes of Examples 1 to 9 were acceptable in terms of conductivity and flexibility. On the other hand, the counter electrodes of Comparative Examples 1 to 9 failed in at least one of conductivity and flexibility. In addition, in the dye-sensitized solar cell of Examples 1-9, all had high photoelectric conversion efficiency. This is probably due to the high conductivity at the counter electrode.
また比較例1〜9の全てにおいて基板への浸炭が見られた。また比較例1〜9の対極の可撓性は全て不合格であった。このことから、対極の可撓性の低下は基板への浸炭に起因するものと考えられる。 Moreover, carburizing to the board | substrate was seen in all the comparative examples 1-9. Moreover, all the flexibility of the counter electrode of Comparative Examples 1-9 was disqualified. From this, it is considered that the decrease in the flexibility of the counter electrode is caused by carburizing the substrate.
以上より、本発明のカーボンナノチューブ電極用構造体によれば、導電性及び可撓性に優れたカーボンナノチューブ電極を形成することができることが確認された。 From the above, it was confirmed that the carbon nanotube electrode structure of the present invention can form a carbon nanotube electrode excellent in conductivity and flexibility.
1…カーボンナノチューブ電極用構造体
2…カーボンナノチューブ膜
3…金属基板
4…金属触媒
5…本体部
5a…第1主面
5b…第2主面
6a,6b…金属被膜
10…作用極
20…対極
30…電解質
40…封止部
100…色素増感太陽電池
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記金属基板に担持され、カーボンナノチューブ膜を形成する際に触媒として作用する金属触媒とを備えており、
前記金属基板が、第1主面及び前記第1主面と反対側の第2主面を有する本体部と、前記本体部の前記第1主面及び前記第2主面の少なくとも一方を被覆する金属被膜とを有しており、
前記本体部が、鉄、クロム、コバルト、ニッケル及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、
前記金属被膜がアルミニウムを含み、
前記本体部が1〜40μmの厚さを有すること、
を特徴とするカーボンナノチューブ電極用構造体。 A metal substrate;
A metal catalyst supported on the metal substrate and acting as a catalyst when forming a carbon nanotube film;
The metal substrate covers at least one of a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and the first main surface and the second main surface of the main body. A metal coating,
The main body includes at least one selected from the group consisting of iron, chromium, cobalt, nickel, and titanium,
Wherein the metal coating is viewed contains aluminum,
The main body has a thickness of 1 to 40 μm ;
A carbon nanotube electrode structure characterized by the above.
前記金属基板に担持され、カーボンナノチューブ膜を形成する際に触媒として作用する金属触媒とを備えており、 A metal catalyst supported on the metal substrate and acting as a catalyst when forming a carbon nanotube film;
前記金属基板が、前記金属触媒が担持される第1主面、及び、前記第1主面と反対側の第2主面を有する本体部と、前記本体部の前記第2主面を被覆する金属被膜とを有しており、 The metal substrate covers a main body having a first main surface on which the metal catalyst is supported and a second main surface opposite to the first main surface, and the second main surface of the main body. A metal coating,
前記本体部が、鉄、クロム、コバルト、ニッケル及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも1種を含み、 The main body includes at least one selected from the group consisting of iron, chromium, cobalt, nickel, and titanium,
前記金属被膜がアルミニウムを含むこと、 The metal coating comprises aluminum;
を特徴とするカーボンナノチューブ電極用構造体。A carbon nanotube electrode structure characterized by the above.
対極と、
前記作用極および前記対極を連結する封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質とを備える色素増感太陽電池において、
前記対極が、
請求項1に記載のカーボンナノチューブ電極用構造体の上に、化学気相成長法により、炭素を含む原料を用いてカーボンナノチューブ膜を形成することにより得られるカーボンナノチューブ電極で構成され、
前記カーボンナノチューブ電極用構造体において、前記金属被膜が、前記第1主面及び前記第2主面の両方を被覆しており、
前記金属触媒が、前記第1主面及び前記第2主面のいずれか一方の側に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池。
Working electrode,
With the counter electrode,
A sealing portion connecting the working electrode and the counter electrode;
In a dye-sensitized solar cell comprising the working electrode, the counter electrode, and an electrolyte surrounded by the sealing portion,
The counter electrode is
A carbon nanotube electrode obtained by forming a carbon nanotube film on the carbon nanotube electrode structure according to claim 1 by using a raw material containing carbon by a chemical vapor deposition method,
In the carbon nanotube electrode structure, the metal coating covers both the first main surface and the second main surface,
The dye-sensitized solar cell, wherein the metal catalyst is provided on one side of the first main surface and the second main surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011010313A JP5730032B2 (en) | 2011-01-20 | 2011-01-20 | Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011010313A JP5730032B2 (en) | 2011-01-20 | 2011-01-20 | Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012151052A JP2012151052A (en) | 2012-08-09 |
JP5730032B2 true JP5730032B2 (en) | 2015-06-03 |
Family
ID=46793125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011010313A Expired - Fee Related JP5730032B2 (en) | 2011-01-20 | 2011-01-20 | Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5730032B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6326815B2 (en) * | 2013-12-27 | 2018-05-23 | 日本ゼオン株式会社 | Solar cell electrode substrate |
JP6364770B2 (en) * | 2013-12-27 | 2018-08-01 | 日本ゼオン株式会社 | Solar cell electrode substrate, dye-sensitized solar cell counter electrode, dye-sensitized solar cell, solar cell module, and method for manufacturing solar cell electrode substrate |
PL3389862T3 (en) | 2015-12-16 | 2024-03-04 | 6K Inc. | Method of producing spheroidal dehydrogenated titanium alloy particles |
AU2020264446A1 (en) | 2019-04-30 | 2021-11-18 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
KR20220100861A (en) | 2019-11-18 | 2022-07-18 | 6케이 인크. | Unique feedstock and manufacturing method for spherical powder |
US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
AU2021297476A1 (en) | 2020-06-25 | 2022-12-15 | 6K Inc. | Microcomposite alloy structure |
JP2023542955A (en) | 2020-09-24 | 2023-10-12 | シックスケー インコーポレイテッド | Systems, devices, and methods for starting plasma |
EP4237174A1 (en) | 2020-10-30 | 2023-09-06 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4937560B2 (en) * | 2004-12-22 | 2012-05-23 | 株式会社フジクラ | Counter electrode for photoelectric conversion element and photoelectric conversion element |
US20110318487A1 (en) * | 2009-02-10 | 2011-12-29 | Hirokazu Takai | Substrate for producing aligned carbon nanotube aggregates and method for producing the aligned carbon nanotube aggregates |
JP5858266B2 (en) * | 2010-03-26 | 2016-02-10 | アイシン精機株式会社 | Method for producing carbon nanotube composite |
JP5746830B2 (en) * | 2010-04-09 | 2015-07-08 | 株式会社フジクラ | Metal substrate, carbon nanotube electrode and manufacturing method thereof |
JP5741897B2 (en) * | 2010-09-22 | 2015-07-01 | アイシン精機株式会社 | Carbon nanotube manufacturing method |
KR101502538B1 (en) * | 2010-11-26 | 2015-03-13 | 가부시키가이샤 알박 | Positive electrode for lithium sulfur secondary battery, and method for forming same |
-
2011
- 2011-01-20 JP JP2011010313A patent/JP5730032B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012151052A (en) | 2012-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5730032B2 (en) | Structure for carbon nanotube electrode, carbon nanotube electrode, and dye-sensitized solar cell | |
Jian et al. | Edge‐riched MoSe2/MoO2 hybrid electrocatalyst for efficient hydrogen evolution reaction | |
Yi et al. | Carbon quantum dot sensitized integrated Fe 2 O 3@ gC 3 N 4 core–shell nanoarray photoanode towards highly efficient water oxidation | |
Yun et al. | Metal oxide/carbide/carbon nanocomposites: in situ synthesis, characterization, calculation, and their application as an efficient counter electrode catalyst for dye‐sensitized solar cells | |
Xue et al. | Nitrogen‐doped graphene foams as metal‐free counter electrodes in high‐performance dye‐sensitized solar cells | |
Yen et al. | Metal-free, nitrogen-doped graphene used as a novel catalyst for dye-sensitized solar cell counter electrodes | |
Bajpai et al. | NiO nanoparticles deposited on graphene platelets as a cost-effective counter electrode in a dye sensitized solar cell | |
Wu et al. | Synthesis of highly effective vanadium nitride (VN) peas as a counter electrode catalyst in dye-sensitized solar cells | |
Lv et al. | Synergetic effect of Ni2P and MXene enhances catalytic activity in the hydrogen evolution reaction | |
Hsiao et al. | Ultrathin 1T-phase MoS2 nanosheets decorated hollow carbon microspheres as highly efficient catalysts for solar energy harvesting and storage | |
Yun et al. | Economical hafnium oxygen nitride binary/ternary nanocomposite counter electrode catalysts for high-efficiency dye-sensitized solar cells | |
Nagarajan et al. | A PEDOT-reinforced exfoliated graphite composite as a Pt-and TCO-free flexible counter electrode for polymer electrolyte dye-sensitized solar cells | |
US20110076587A1 (en) | Highly electrically conductive surfaces for electrochemical applications and methods to produce same | |
Zhang et al. | Hybrid niobium and titanium nitride nanotube arrays implanted with nanosized amorphous rhenium–nickel: An advanced catalyst electrode for hydrogen evolution reactions | |
Muthu et al. | Electrode and symmetric supercapacitor device performance of boron‐incorporated reduced graphene oxide synthesized by electrochemical exfoliation | |
Lin et al. | Laser‐Induced Graphene/MoO2 Core‐Shell Electrodes on Carbon Cloth for Integrated, High‐Voltage, and In‐Planar Microsupercapacitors | |
Zhang et al. | Nitrogen doped carbon encapsulated hierarchical NiMoN as highly active and durable HER electrode for repeated ON/OFF water electrolysis | |
Hao et al. | Highly catalytic cross-stacked superaligned carbon nanotube sheets for iodine-free dye-sensitized solar cells | |
Tseng et al. | One-step synthesis of graphene hollow nanoballs with various nitrogen-doped states for electrocatalysis in dye-sensitized solar cells | |
Hussain et al. | Development of a WS 2/MoTe 2 heterostructure as a counter electrode for the improved performance in dye-sensitized solar cells | |
Tang et al. | Three-dimensional graphene networks and RGO-based counter electrode for DSSCs | |
Mehmood | Efficient and economical dye-sensitized solar cells based on graphene/TiO2 nanocomposite as a photoanode and graphene as a Pt-free catalyst for counter electrode | |
Jin et al. | Optimum engineering of a PtSn alloys/reduced graphene oxide nanohybrid for a highly efficient counter electrode in dye-sensitized solar cells | |
Marathey et al. | Photoelectrochemical characteristics of electrodeposited cuprous oxide with protective over layers for hydrogen evolution reactions | |
Xie et al. | Synthesis of W2N nanorods-graphene hybrid structure with enhanced oxygen reduction reaction performance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131213 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140722 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140812 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140930 |
|
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: 20150331 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150407 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5730032 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |