(57)【要約】【課題】合成樹脂製の基板においても、基板の反りによる発電効率低下が抑制される色素増感太陽電池とその製造方法を提供する。【解決手段】対極基板を板体に形成し、前記対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設け、前記透明基板を可撓性を有するフィルム体に形成し、前記透明基板が対極基板の反りに沿って変形するように構成する。透明基板が対極基板の反りに沿うように変形するので、透明基板と対極基板とが接触するような問題が生じない。また、対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設けるので、透明基板と対極基板が接触しないとともに、その隙間がより一定に保たれ、前記電解質層の厚みの変動が小さくなり、発電効率の低下が抑制される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を形成させた透明基板と、対極電極を形成させた対極基板と、透明電極上に形成させ多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成させた半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対極電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対極基板とを固着させる封止材を設けた色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記対極基板を板体から形成し、
前記対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設け、
かつ金属酸化物をスパッタ蒸着する際の熱膨張後の収縮によって透明基板側に凸状に反る対極基板の反りに対応して、
前記対極基板の反りに追随して、該対応基板に沿って透明基板が変形するように前記透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載の色素増感型太陽電池の製造方法により製造された色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物をスパッタ蒸着させて電極を形成させた基板を用いた色素増感型太陽電池の製造方法と、製造された色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、色素増感型太陽電池について種々の発明が開示されている。色素増感型太陽電池に用いられる基板は、ガラス製や合成樹脂製の基板にインジウム錫複合酸化物（ＩＴＯ）などの金属酸化物をスパッタ蒸着させて作用極や対極などの電極を設ける方法が一般的に用いられている。しかし、板状の基板にスパッタ蒸着を施すと、蒸着工程の温度上昇により熱膨張した基板の表面に金属酸化物が付与され、これが冷却する過程で金属酸化物よりも熱膨張係数が小さい基板がより収縮するため、蒸着によって形成された電極側が凸状に反る反りが生じる場合がある。
基板の反りは、作用極電極と対極電極との距離の大きさの変動となり、発電効率の低下に繋がる。
【０００３】
基板の反りを抑制する発明として特許文献１には、ガラス基板、透明導電層、色素を吸着させた多孔質半導体層、電荷輸送層、対極で構成された色素増感太陽電池において、サイズは一辺１００ｍｍ以上であり、該ガラス基板の反りは、測定距離１００ｍｍ換算で０．００１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする色素増感太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０３５５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１に開示される色素増感太陽電池は、多孔質半導体層を形成するための焼成温度を低くするなどして、基板の反りを抑制させているが、ガラス製の基板に関する技術であり、合成樹脂製の基板については適用が困難なものと予想される。
【０００６】
そこで本発明は、合成樹脂製の基板においても、基板の反りによる発電効率低下が抑制される色素増感太陽電池とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法は、透明電極を形成させた透明基板と、対極電極を形成させた対極基板と、透明電極上に形成させ多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成させた半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対極電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対極基板とを固着させる封止材を設けた色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記対極基板を板体から形成し、
前記対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設け、
かつ金属酸化物をスパッタ蒸着する際の熱膨張後の収縮によって透明基板側に凸状に反る対極基板の反りに対応して、
前記対極基板の反りに追随して、該対応基板に沿って透明基板が変形するように前記透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る製造方法により製造された色素増感型太陽電池は、対極基板が板状に形成されるので、色素増感型太陽電池の形状が不安定なものとならず、対極基板によって保たれる。
また、透明基板を可撓性を有するフィルム体から形成するので、対極基板の反りに追随してこれに沿うように透明基板が変形し、透明基板と対極基板とが接触するような問題が生じない。
また、対極基板と透明基板との間にスペーサー部を設けるので、透明基板と対極基板が接触しないとともに、その隙間がより一定に保たれ、前記電解質層の厚みの変動が小さくなり、発電効率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る製造方法により製造した色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図面において、１は透明基板であり、２は対向基板である。
本実施形態における色素増感型太陽電池は、互いに対向するように配置したフィルム体の透明基板１と板体の対極基板２との間に電解質を含む電解質層４を設け、電解質層４は周りの隙間に封止材５を充填することによって封止している。
【００１１】
透明基板１の表面に透明電極１１を積層させ、対極基板２の表面に対極電極２１を積層させ、これら２つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置させている。すなわち封止材５によって封止させた電解質層４が透明基板１と対極基板２とに積層させた透明電極１１と対極電極２１に接触することで、透明電極１１を負の電極とし、対極電極２１を正の電極とした太陽電池セルを構成させている。また、このとき前記電解質層４内には電解質を充填させているとともに、透明電極１１側に半導体粒子層３を形成させている。
また、封止材５によって封止した内側には、電解質層４を貫くようにスペーサー部６を設けており、スペーサー部６が半導体粒子層３と対極電極２１とに接するように架け渡して形成している。
【００１２】
対極基板２の形成に用いる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合にはガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、１２０×１５０×２．５ｍｍの板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を対極基板２として用いている。
【００１３】
対極電極２１の形成については、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛等の金属酸化物をスパッタ蒸着法により対向基板２上に形成している。また、対極電極２１の構成として前記金属酸化物のみ用いてもよいが、これらと、白金、カーボン、導電性ポリマーなどとの複合材料を用いてもよい。
本実施形態では、対極基板２上にＩＴＯをスパッタ蒸着させた後、この表面に白金を再度スパッタ蒸着させて、対極電極２１を形成している。
【００１４】
板体の対極基板２上にスパッタ蒸着を施すと、蒸着工程の温度上昇により対極基板２が熱膨張する。
この対極基板２の表面にスパッタ蒸着により金属酸化物が付与され対極電極２１が形成され、この後対極基板２と対極電極２１が冷却される。
この冷却の過程で、対極電極２１を形成する金属酸化物よりも熱膨張係数が小さい材料で形成されている対極基板２が、対極電極２１より小さく縮むように収縮するので、対極電極２１側が凸状に反る反りが生じるように対極基板２が形成される。
【００１５】
透明基板１を対極電極２と同様に板体の基板に形成して、スパッタ蒸着により透明電極１１を形成すれば、透明電極１１側が凸状に反る反りが生じるので、透明基板１と対極基板２とを互いに対向するように配置したときに、双方の基板間の隙間の大きさが、基板の中央付近で最も小さく、端縁にいたるほど隙間が大きくなるように形成される。このため、双方の基板の間に設けられる電解質層４の厚みが、基板の中央付近と端縁付近とで大きく異なるように変動するので、構成される色素増感型太陽電池の発電効率が低下する。
【００１６】
本実施形態の透明基板１は可撓性を有するフィルム体の基板に形成しており、前記の対極基板２の反りに追随して変形可能に形成している。このため、前記のような電解質層４の厚みの変動が抑えられ、発電効率の低下がされる。
透明基板１の形成に用いる材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、１２０×１５０×０．１ｍｍのフィルム体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を透明基板１として用いている。
透明基板１の厚みは、透明基板１が対極基板２の反りに追随できる可撓性を持つ程度に薄ければ良く、０．０５〜０．５ｍｍの厚みで好適に用いることができる。
【００１７】
透明電極１１の形成については、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板１表面に形成することができる。
【００１８】
封止材５およびスペーサー部６は、合成樹脂製の基材５１の内部に微小球体５２を含有させて構成させている。
微小球体５２は、硬質材料を用いて粒径の揃った球状体に形成しており、本実施形態ではＳｉＯ２を直径が約１５μｍの球体に形成している。
微小球体５２は封止材５の内部において、互いに重ならずに透明電極１１と対極電極２１との間に挟まるように配置されることで、透明電極１１と対極電極２１との隙間を、微小球体５２の粒径の大きさに構成することができる。また微小球体５２を硬質材料で形成することで、透明電極１１と対極電極２１との隙間が、微小球体５２の粒径の大きさ以下にならないように保つことができる。
本実施形態では、微小球体５２の材質としてＳｉＯ２を用いているが、これに限るものではなく、ガラス、セラミック、合成樹脂などを好適に用いることができ、透明電極１１と対極電極２１との隙間を保つものであればよい。
【００１９】
基材５１の原料としては、電解質層４の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
【００２０】
本実施形態では、封止材５とスペーサー部６とを、同じ基材５１と微小球体５２とで構成させているが、互いに異なる材質のものを用いてもよい。
また、図１において、スペーサー部６が１箇所形成されているように記載されているが、複数箇所設けても良く、その形状も点状や線状などに形成してもよい。
【００２１】
電解質層４の形成については、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
【００２２】
半導体粒子層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタ  ロシアニン誘導錯体などが挙げられる。
半導体粒子層３と電解質層４との厚みの合計は、微小球体５２の粒径と同程度となるように形成されている。
【００２３】
本実施形態は、透明基板１をフィルム体に形成し対極基板２を板体に形成しているが、透明基板１を板体に形成し対極基板２をフィルム体に形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１    透明基板
１１  透明電極
２    対極基板
２１  対極電極
３    半導体粒子層３
４    電解質層４
５    封止材
５１  基材
５２  微小球体
６    スペーサー部
【図１】
2010225295.tif 000003