(57)【要約】【課題】変換効率を向上できる色素増感太陽電池電極を提供する。【解決手段】金属酸化物粒子１が数珠状に連なった構造を持つことで高表面積、かつ、大きな空隙４を有することを可能とした。その結果、色素２を多量かつ高分散に吸着できることで光の吸収を高め、さらに、金属酸化物粒子１間の連結性が高く、また、金属酸化物粒子１内での電子移動距離を短くしたことで金属酸化物粒子１内での再結合を抑制できた。空隙が大きいことから色素２を高分散に吸着でき、また、電解質の移動も素早く行なわれるため変換効率を向上させることができた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電性基板と色素と金属酸化物粒子から形成される薄膜を含み、前記金属酸化物粒子から形成される薄膜は、粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造で、前記数珠状に連なった構造により形成された空隙を有している色素増感太陽電池電極。
【請求項２】
金属酸化物は、ゾルゲル法により湿潤ゲルを得るゲル化工程と、前記湿潤ゲル内の水を溶媒で置換除去する置換除去工程と、前記置換除去工程により湿潤ゲル内に存在する溶媒を除く乾燥工程とを経て得られる金属酸化物を含む請求項１に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項３】
ゾルゲル法に用いる金属酸化物源として金属アルコキシド、金属キレートの少なくとも１種類を用いた金属酸化物を含む請求項２に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項４】
金属アルコキシドとしてチタンアルコキシドを用いて得られる酸化チタンを含む請求項３に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項５】
乾燥工程で超臨界乾燥を用いて得られる金属酸化物を含む請求項２に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項６】
乾燥工程で凍結乾燥を用いて得られる金属酸化物を含む請求項２に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項７】
ゲル化工程の後工程に、湿潤ゲル表面に疎水基を導入する工程を有し、乾燥工程に非超臨界乾燥を用いた金属酸化物を含む請求項２に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項８】
乾燥工程の後工程に、焼成工程を有する請求項２に記載の色素増感太陽電池電極。
【請求項９】
少なくとも含まれる金属酸化物粒子の一部は粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、前記金属酸化物粒子により形成される空隙の直径が４ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明導電性基板と色素と金属酸化物粒子から形成される薄膜から構成される色素増感太陽電池電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、色素増感太陽電池は製造コストが安く、理論変換効率が高いことから発電コストを現在の汎用電力並みのコストにすることが可能であるとして将来の太陽電池の主役候補として注目されている。
【０００３】
また、現在一般によく使用されているルテニウム系色素、酸化チタン電極、ヨウ素を主体とした電解質の構成で理論的には１８％の変換効率が望めるとされている（非特許文献１）。しかしながら、これまで達成されている変換効率は１１％であり、変換率向上のための技術開発が望まれている。
【０００４】
色素増感太陽電池の発電原理として、一般的な色素増感太陽電池の例を挙げて以下に説明する。
【０００５】
（１）色素が光（可視光）を吸収する。（２）光励起された色素から電子が酸化チタン粒子に移動する。（３）酸化チタン粒子に移動した電子は酸化チタン粒子間を伝わって電池の外部に取り出される。（４）電子を渡した色素はヨウ素イオンにより還元され再生する。（５）三ヨウ化物イオンは溶媒中を移動して対極で電子を受け取りヨウ素イオンに再生する。
【０００６】
変換効率を向上させる手段として、それぞれのステップで変換効率の向上が考えられるが、光吸収の観点から、特許文献１によると、多孔質膜中の空孔径を小さくすることなく、表面積を増加させるために、内部に細孔を有する適切な一次粒子径の酸化チタン粒子からなる多孔質薄膜を作製することで、従来の多孔質酸化チタン薄膜よりも色素担持量が多く、その色素担持量に応じた光電流を得ている。
【非特許文献１】荒川裕則監修、「色素増感太陽電池」、シーエムシー出版
【特許文献１】特開２００１−２８３９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の手法によると、細孔の大きさは、それを含む粒子の大きさに対する依存が大きく、粒子に含まれる細孔が電解質の移動を制限しない程度の大きさを必要とすると、粒子の大きさも増大する。しかし、粒子の大きさを増大させてしまうと、表面積を増大させることは細孔由来の表面を利用するのみとなり困難となる。このため、細孔を有した粒子から作成される多孔質膜は効果的に表面積を増大させることはできない。
【０００８】
また、従来では金属酸化物粒子から形成される薄膜は厚くすれば、それに応じて色素の吸着量を増すことができるが、薄膜を厚くすることで金属酸化物粒子内での電子の移動距離が増大し再結合により変換効率が低下するため膜厚を増大させることはできなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、変換効率を向上できる色素増感太陽電池電極を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するものであり、適切な空隙の大きさを維持し、電解質の移動を制限することなく、表面積を増大させることができる。
【００１１】
金属酸化物粒子により形成される薄膜の構造は金属酸化物粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造で、数珠状に連なった構造により形成された空隙を有しているため、金属酸化物粒子それぞれの表面が色素を吸着する効率的な構造となっている。
【００１２】
また、色素に対して大きな表面積と空隙を持つため、色素同士の凝集を抑制することができ、効果的に光を吸収できる色素の配置となる。また、電解質の移動もはやく、酸化還元反応も効率的に行なえる。
【００１３】
さらに、金属酸化物粒子同士の連結性が高いこと、また、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造であることから、金属酸化物粒子間での再結合が抑制され、また、電子のランダムな移動を考えた場合、金属酸化物粒子同士の接触を減らすことで、金属酸化物中の電子の移動距離が短くすることができ、金属酸化物中での再結合を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、金属酸化物粒子により形成される薄膜の構造は金属酸化物粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造で、数珠状に連なった構造により形成された空隙を有しているため、色素が単層かつ高分散性を維持するとともに、その吸着量を増大させることが可能であり変換効率の向上を図ることができる。
【００１５】
また、金属酸化物粒子間の連結性が高いことにより再結合を抑制することができ、さらに、金属酸化物粒子内での電子の移動距離を短くしたことで再結合が抑制でき変換効率が向上する。加えて、電子の移動距離を短くできることで薄膜の膜厚を増大させることができ変換効率も向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、透明導電性基板と色素と金属酸化物粒子から形成される薄膜を含み、金属酸化物粒子から形成される薄膜は、金属酸化物粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造で、数珠状に連なった構造により形成された空隙を有している色素増感太陽電池電極であり、表面積が大きく色素を多量かつ高分散に吸着できる。また、金属酸化物粒子同士の連結性が高いことから、金属酸化物粒子間での再結合を抑制することができる。さらに、隣接する粒子数が少ない数珠状に連なった構造であるので、電子の金属酸化物粒子内での移動方向が制限されることから移動距離が短くなり再結合を抑制することができる。加えて、電子の移動距離を短くできることで薄膜の膜厚を増大させることができ変換効率も向上できる。以上より、変換効率を向上できる色素増感太陽電池電極を提供できる。
【００１７】
請求項２から請求項７に記載の発明は、金属酸化物粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造で、数珠状に連なった構造により形成された空隙を有している色素増感太陽電池電極であり、表面積が大きく色素を多量かつ高分散に吸着でき、金属酸化物粒子間の連結性が高いこと、隣接する粒子数が少ないことから電子の移動距離が短くなることにより再結合が抑制でき、さらに、膜厚を増大させることもできるので変換効率の高い色素増感太陽電池電極を提供できる。また、金属アルコキシドとしてチタンアルコキシドを用いて得られる酸化チタンを含む色素増感太陽電池電極であり、色素増感太陽電池電極を構成する金属酸化物が酸化チタンであり、酸化チタンを用いることで色素からの電子注入が効率よく起こり、高い変換効率を達成できる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、乾燥工程の後工程に、焼成工程を有する色素増感太陽電池電極であり、金属酸化物粒子の結晶性を高めることができ、さらに、金属酸化物粒子間の連結性をより高めることができるので、金属酸化物粒子内での再結合を抑制でき、膜厚を増大させることもできるので変換効率の高い色素増感太陽電池電極を提供できる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、少なくとも含まれる金属酸化物粒子の一部は粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、金属酸化物粒子により形成される空隙の直径が４ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする色素増感太陽電池電極であり、粒子径が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることで色素を吸着できる表面積が大きくなり、空隙の直径が４ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることで色素が空隙内部にまで浸透しやすく、近接する色素同士が互いに悪影響を及ぼさない高い分散性を維持でき、また、電解質の移動も素早く行なわれる。さらに、金属酸化物粒子同士の接触頻度が低いので、電子の金属酸化物粒子内での移動方向が制限されることから移動距離が短くなり再結合を抑制できる。
【００２０】
以下、本発明の色素増感太陽電池電極の実施の形態について説明するが、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における色素増感太陽電池電極の断面模式図である。色素増感太陽電池電極は、金属酸化物粒子１と色素２と透明導電性基板３から構成されている。金属酸化物粒子１は、金属酸化物粒子同士の連結性が高く、隣接した粒子数が少ない数珠状に連なった構造をしている。また、金属酸化物粒子１が数珠状に連なった構造により空隙４が形成されている。
【００２２】
金属酸化物粒子１は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化ジルコン、酸化タンタル、チタン酸ストロンチウムなどの酸化物が挙げられる。酸化物は１種類に限られず、２種類以上の複合でもかまわない。
【００２３】
フラットバンドポテンシャルが高い酸化物が望ましく、また、色素からの電子注入が効率的に行なえる酸化物が望ましい。この点から、ルテニウム系の色素では酸化チタンが望ましい。
【００２４】
金属酸化物粒子１の粒子径は少なくとも一部が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましく、１ｎｍより小さい粒子は作成が難しく、また、金属酸化物粒子１の粒子径が２０ｎｍより大きいと表面積を大きくすることが難しく、色素吸着量の増加による色素増感太陽電池の変換効率を向上させることが困難となる。
【００２５】
より望ましくは、金属酸化物粒子１の粒子径が３ｎｍ以上である。３ｎｍより小さいと形成される空隙４の大きさを維持することが難しい。金属酸化物粒子１の割合は表面積を大きくするために３０％以上が望ましく、更に望ましくは５０％以上である。
【００２６】
色素２の色素増感太陽電池電極中での状態は、図１に模式的に一部分を図示している。色素２は金属酸化物粒子１により形成されている空隙４に色素２同士が相互作用を及ぼさない距離をとり存在している。また、金属酸化物粒子１と色素２は化学結合を持つことが望ましく、色素２から金属酸化物粒子１への電子注入がスムーズに行なうことができる。
【００２７】
色素２としては、ルテニウム金属錯体色素、オスミウム、鉄、レニウムなどの遷移金属錯体色素、有機色素であるメチン色素、マーキュロクロム色素や、ローズベンガル、ローダミン、エオシンなどキサンテン系色素、ポルフィリン色素、フタロシアニン色素、アゾ系色素、クマリン系色素など色素増感太陽電池に通常よく用いられる色素を用いることができる。
【００２８】
ルテニウム金属錯体色素が、高い光吸収や色素から金属酸化物への電子注入の点で優れており、高い変換効率を求めるためにルテニウム金属錯体色素がより望ましい。ルテニウム金属錯体色素としては、Ｎ３色素、Ｎ７１９色素、Ｎ７４９色素などが挙げられる。
【００２９】
透明導電性基板３は、特に制限はないが、導電性に優れているものが良く、一般によく用いられている酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズなどを表面に被覆したガラスやポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどを基材にしたものが挙げられる。可視光領域において光透過率が６０％以上あることが望ましい。
【００３０】
空隙４は、金属酸化物粒子１により形成されており、空隙の直径は４ｎｍ以上２００ｎｍ以下が望ましい。より望ましくは６ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。使用する色素の大きさにもよるが、おおよそ使用する色素の大きさの２倍以上、空隙の大きさがあることが望ましい。
【００３１】
空隙の直径が小さいと、色素２を吸着させる際に色素２が空隙内部にまで浸透しにくいこと、また、吸着した色素２同士が近接あるいは凝集してしまい効率的に光吸収および色素２から金属酸化物粒子１への電子移動が起こりにくくなってしまう。さらに、空隙が小さいと電解質の移動が阻害され変換効率の低下を招いてしまう。
【００３２】
空隙の直径が大きいと空隙が占める体積が大きくなり体積あたりの表面積が小さくなるので色素２の吸着量が減少し変換効率の低下を招いてしまう。ただし、空隙４の一部に４ｎｍより小さいもの、２００ｎｍより大きいものが存在することは問題ない。
【００３３】
金属酸化物薄膜５は、金属酸化物粒子１と色素２と空隙４とから構成されている。金属酸化物薄膜５は、膜厚が０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましく、より望ましくは１μｍ以上５０μｍ以下である。
【００３４】
金属酸化物薄膜５の膜厚が小さいと十分な色素吸着ができず光吸収が効率よく行なえず変換率低下を招いてしまう。また、金属酸化物薄膜５の膜厚が大きいと、金属酸化物粒子１内での再結合がおこり変換効率の低下を招いてしまう。金属酸化物薄膜５に含まれる、空隙４の割合は、５０％以上９５％以下が望ましい。より望ましくは、６０％以上である。
【００３５】
空隙４の割合が小さいと隣接する金属酸化物粒子１の数が増えることで電子の移動距離が増大し変換効率が減少する。また、空隙４の割合が小さいと空隙４の割合が９５％より大きいものは作製が困難であり、また、表面積が小さくなり、十分な色素吸着ができず光吸収が効率よく行なえず高い変換率を望めない。
【００３６】
金属酸化物薄膜５を透明導電性基板３上に形成する方法は、湿式の薄膜形成方法であれば特に制限はなく、ドクターブレード法、スキージ法、ディッピング、スピンコート、スプレー法、スクリーン印刷、スロットコート、カーテンコートなどが挙げられる。
【００３７】
金属酸化物薄膜５を調製する工程は、主に、ゲル化工程と、置換除去工程と、乾燥工程の３つの工程からなる。各工程についての詳細を述べる。
【００３８】
（１）ゲル化工程
ゾルゲル法により金属アルコキシド、金属キレートの少なくとも１種類を湿潤ゲル原料とし、水および必要に応じてアルコールを溶媒とし、必要に応じて触媒を添加することで、金属酸化物原料の加水分解、それに引き続き起こる縮重合反応によって一次粒子が生成し、一次粒子が数珠状に連なることで多孔質骨格が形成されることにより湿潤ゲルを得る工程である。
【００３９】
なお、湿潤ゲル原料に、金属酸化物粒子の分散液を加えることも可能で、適当な粒子径を選択することで光散乱を利用した光閉じ込め効果を発現させることもできる。これには、１００ｎｍ以上大きさの粒子を用いることが望ましい。
【００４０】
金属酸化物原料として、金属アルコキシド、金属キレートは反応を制御しやすく、粒子径の制御、粒子間の連結性を高めることができる。粒子径の制御および粒子間の連結性はは、ゲル化時間が長いほど、また、水の割合は大きいほど、粒子径が大きくなるとともに粒子間の連結性も高まる。
【００４１】
金属酸化物原料として、酸化チタンアルコキシドを用いることで、フラットバンドポテンシャルが高く、また、色素からの電子注入が効率的に行なえる金属酸化物粒子１を得ることができる。
【００４２】
ルテニウム系の色素では酸化チタンは、フラットバンドポテンシャルが高く、また、色素からの電子注入が効率的に行なえる点でより望ましい。さらに、化学的安定性もよく、可視光を吸収しないため効率よく可視光の利用ができる。
【００４３】
テトラアルコキシドは４つのアルコキシ基を持ち、加水分解することでそれぞれの方向に縮合重合反応が進行していく。アルコキシ基の炭素数に応じた反応性の違いや、触媒量、触媒の種類によりゲル化の進行を制御でき、粒子径の制御、粒子間の連結性を高めるなど可能な金属酸化物薄膜５を作製することが容易となる。
【００４４】
例えば、アルコキシ基の炭素数の多い金属アルコキシドでは反応性が遅く、アルコキシ基の種類を選ぶことでゲル化速度を制御することができ、また、触媒量は湿潤ゲルのゲル化速度を制御でき、触媒量を少なくすることでゲル化速度を遅らせ、一次粒子サイズの大きな金属酸化物薄膜５を作製することができる。触媒の種類も同様に、酸性度や塩基性度など強さによりゲル化速度を制御できる。
【００４５】
モノマーだけでなくオリゴマーを用いることも可能で、オリゴマーを用いることで粒子径の大きな金属酸化物薄膜５となる。４量体、７量体程度のオリゴマーを用いることで金属酸化物粒子１の大きさを制御しやすくなる。
【００４６】
ゲル化工程の後に、湿潤ゲル表面に疎水基を導入し、表面を疎水化することで、乾燥時に溶媒から働く毛管力を減少させることができ、乾燥時に起こる収縮を抑えることで、隣接する金属酸化物粒子１の数が少ない数珠状に連なった構造となり、金属酸化物粒子内での電子の移動方向が制限されることから移動距離が短くなり再結合を抑制することができる。
【００４７】
加えて、電子の移動距離を短くできることで薄膜の膜厚を増大させることができ変換効率も向上できる。湿潤ゲル表面への疎水基の導入には、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基の導入、フッ化物や、フッ素の導入などが挙げられる。
【００４８】
乾燥工程については後で述べるが、表面処理との関係を少しここで述べる。超臨界乾燥を用いる場合は、特に表面処理を施す必要は無いが、非超臨界乾燥を用いる場合は、毛管力を無視できないので、表面疎水化処理を施すことが望ましい。
【００４９】
また、超臨界乾燥を用いた方法であっても金属酸化物粒子１表面を疎水化処理することは、保存の際に、空気中の水分の吸着を防ぐことで金属酸化物薄膜５の収縮を抑制することなど優位性があるので、必要に応じて行なうのがよい。
【００５０】
表面疎水化処理を施さない場合にも、金属酸化物薄膜５の空隙４が大きければ、毛管力を下げることができるので、金属酸化物粒子１の粒子径を大きくすることで金属酸化物薄膜５の乾燥時の収縮を抑制することができる。このように、超臨界乾燥を用いた方法と同様に乾燥時の収縮を抑えた金属酸化物薄膜５が作製できる。
【００５１】
（２）置換除去工程
湿潤ゲル内の水を溶媒で置換除去する工程である。置換除去工程は次の乾燥工程の準備という面が強く、それぞれの乾燥方法に適した溶媒に置換されることが望ましい。
【００５２】
熱風乾燥について説明すると、乾燥時に溶媒からの毛管力が多孔質体骨格に力を及ぼす。毛管力は、表面張力に比例するため、毛管力を抑えるためには、表面張力の低い溶媒が好ましい。例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、より好ましくは、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカンなどのアルカン類、アセトンなどのケトン類、トルエン、キシレン、ベンゼンなどの芳香族などが挙げられる。
【００５３】
超臨界乾燥について説明すると、臨界温度、臨界圧力が低いものが適している。例えば、二酸化炭素である。二酸化炭素は、臨界温度が３１．３℃で、臨界圧力が７２．９ａｔｍである。超臨界流体として二酸化炭素を用いるために、ここでは、置換除去工程でアルコールに置換しておく方法を採る。超臨界二酸化炭素との相溶性がよい溶媒で置換することが望ましい。
【００５４】
凍結乾燥について説明すると、常温常圧で液体であり、三重点の温度が−３０℃程度までの溶媒であればよく、水、ｔ−ブチルアルコールなどが例として挙げられる。また、完全に置換されていなくてもよく、大部分が置換されていればよい。
【００５５】
（３）乾燥工程
乾燥工程は、湿潤ゲル内部に存在する溶媒を取り除く工程である。乾燥手法として、超臨界乾燥、熱風乾燥、凍結乾燥、真空乾燥、自然乾燥などが挙げられる。熱風乾燥について説明すると、湿潤ゲルを乾燥容器に入れ、温度をかけ、溶媒の蒸発により乾燥を行なう。なお、乾燥容器は耐圧容器であり、加圧をしながら乾燥する方法が、毛管力をさらにさげることができるのでより好ましい。
【００５６】
溶媒の蒸発の際には、溶媒からの毛管力が多孔質体細孔に力を及ぼすが、表面張力が低い溶媒に置換を行なっているため軽減することができる。乾燥時の収縮を抑えることは、金属酸化物粒子１の凝集を抑えることであり、乾燥時に起こる収縮を抑えることで、隣接する金属酸化物粒子１の数が少ない数珠状に連なった構造となり、金属酸化物粒子内での電子の移動方向が制限されることから移動距離が短くなり再結合を抑制することができる。加えて、電子の移動距離を短くできることで薄膜の膜厚を増大させることができ変換効率も向上できる。
【００５７】
超臨界乾燥は、気−液界面が出現しないので表面張力を減少させることができ、金属酸化物薄膜５の収縮が非常に小さく、熱風乾燥で乾燥した金属酸化物薄膜５よりゲル化時との構造変化が少なく構造制御が容易となる。方法は一般的な超臨界乾燥でよく、炭酸超臨界乾燥やアルコール超臨界乾燥などがある。
【００５８】
超臨界流体の二酸化炭素を用いたよう超臨界乾燥について説明する。アルコールなどで置換された湿潤ゲルを高圧容器内へ移し、超臨界二酸化炭素を流通させる。二酸化炭素は炭層状態では臨界温度が３１．３℃で、臨界圧力が７２．９ａｔｍであるが、溶媒の存在、たとえばアルコールとの共存で臨界温度、臨界圧力が上昇する。そのため、臨界状態に十分な温度８０℃、圧力１６０ａｔｍにして連続的に超臨界二酸化炭素を流通させ、アルコールの完全除去をした。
【００５９】
凍結乾燥は、溶媒が固体となり、減圧下の乾燥で昇華となるため液体からの乾燥からのような表面張力は働かず、収縮が非常に少ない金属酸化物薄膜５を作製することができ、熱風乾燥で乾燥した金属酸化物薄膜５よりゲル化時との構造変化が少なく構造制御が容易となる。また、超臨界乾燥に比べコストが低く行なうことができる。ただし、昇華により気圧があがること、昇華により潜熱としてエネルギーが奪われるため乾燥に時間がかかる点などは問題点である。
【００６０】
乾燥工程の後に、焼成を行なうことが可能で、さらに金属酸化物粒子１の粒子間の連結性を高めるとともに、金属酸化物粒子１の結晶性を高めることができ電荷分離を促すことで変換効率を高めることができる。
【００６１】
このとき、焼成には３００℃以上６００℃以下が望ましく３００℃より低いと金属酸化物粒子１の結晶性に変化が起こりにくく、６００℃以上では金属酸化物薄膜５の構造変化が著しく、本発明の特徴的な構造を維持できなくなる。金属酸化物粒子１が酸化チタンである場合は３００℃から５００℃の焼成温度が適当である。また、焼成は金属酸化物粒子１の表面に導入した疎水基を脱離させることを目的に行なうことも出来る。金属酸化物粒子１の表面に導入した疎水基を脱離させる場合は、１５０℃から３００℃程度であれば疎水基を脱離させる目的使用することができる。
【００６２】
金属酸化物薄膜５への色素２の吸着方法は、一般的に用いられる方法でよく、色素２を溶解させた溶液を金属酸化物薄膜５に浸漬させ一定時間放置する方法や加熱する方法がある。色素２を溶解するのに用いる溶媒は色素２を溶解できればよい。その後、余分な色素を取り除くために溶媒を用いて洗浄を行なうことも可能である。
【００６３】
本発明で特徴的な処理としては、乾燥にかかわる工程である。熱風乾燥を用いる場合は、色素の溶解に極性の大きな溶媒を用いると、極性の高い溶媒を金属酸化物薄膜５に含んだまま乾燥を行なうと毛管力により金属酸化物薄膜５の収縮が起こることが考えられる。焼成工程を行っている場合は、金属酸化物粒子１同士の結合が強くなっているため、収縮は抑えられるが、極性の低い溶媒に置換されることが望ましい。乾燥工程では、再度、超臨界乾燥や凍結乾燥を用いることも可能である。
【００６４】
また、金属酸化物薄膜５を調製するために焼成工程を行なわない場合は、金属酸化物薄膜５を調製する工程にある、置換除去工程と色素を吸着する工程を同時に行なうことも可能である。ただし、置換除去工程と色素を吸着する工程を同時に行ない、かつ、疎水化処理を行なう際は、色素を吸着した後に、疎水化処理を行なう必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる色素増感太陽電池電極およびそれを用いた色素増感太陽電池は、従来と比較して、同じ膜厚において表面積が増加していることから薄い膜厚の色素増感太陽電池を作製することが可能であり、柔軟な太陽電池となりフレキシブルな利用、また、歪も少ないため曲面の利用などにも展開できる。さらに、表面積の増加だけではなく、再結合を抑制できることから、高い変換効率を達成し色素増感太陽電池の発展に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における色素増感太陽電池電極の断面模式図
【符号の説明】
【００６７】
１  金属酸化物粒子
２  色素
３  透明導電性基板
４  空隙
５  金属酸化物薄膜
【図１】
2010092590.tif 000003