(57)【要約】【課題】軽量、フレキシブル、ガラス基板の太陽電池と比べても光電変換効率の低下が少なく、光電変換効率と耐久性のバラツキが小さい光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池の提供。【手段】基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなる光電変換素子であって、該基板が、少なくとも、アルミニウム層と、該アルミニウム層の少なくとも一方の表面を陽極酸化してなるポーラス構造を有する絶縁層とからなり、該絶縁層が室温で圧縮方向の歪みを有する光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなる光電変換素子であって、該基板が、少なくとも、アルミニウム層と、該アルミニウム層の少なくとも一方の表面を陽極酸化してなるポーラス構造を有する絶縁層とからなり、該絶縁層が室温で圧縮方向の歪みを有する光電変換素子。
【請求項２】
前記基板上に、該基板側から順に、前記第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する前記感光体、前記電荷移動体、および前記対極が積層されてなる光電変換素子である請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記多孔質半導体微粒子層が、酸化チタン、酸化スズまたは酸化亜鉛である請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記多孔質半導体微粒子層が、酸化チタンである請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記色素が、金属錯体色素である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記金属錯体色素が、ＲｕまたはＯｓ元素を含む金属錯体色素である請求項５に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記絶縁層の圧縮方向の歪みが、０．００５〜０．２５％である請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記絶縁層付き金属基板を構成する金属部分が、アルミニウムよりも、線熱膨張係数が小さく、かつ剛性が高く、かつ耐熱性が高い金属からなる基材の少なくとも一方の面に、加圧接合によりアルミニウム材が一体化されてなる請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記基材を構成する金属部分の金属が、フェライト系ステンレス鋼からなる請求項８に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなる光電変換素子の製造方法であって、少なくともアルミニウム基材を備える金属基板の該アルミニウム基材の少なくとも一方の表面を、室温で圧縮方向の歪みを有するアルミニウムのポーラス型陽極酸化皮膜の絶縁層を形成する工程を含む工程で該基板を作製し、該基板上に、該第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造を設ける光電変換素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光電変換素子を具備する色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧と光電変換効率が高い光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子は各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。この光電変換素子には金属を用いたもの、半導体を用いたもの、有機顔料や色素を用いたもの、あるいはこれらを組み合わせたものなどの様々な方式が実用化されている。中でも、非枯渇性の太陽エネルギーを利用した太陽電池は、燃料が不要であり、無尽蔵なクリーンエネルギーとして、その本格的な実用化が大いに期待されている。この点、シリコン系太陽電池は古くから研究開発が進められてきた。各国の政策的な配慮もあって普及が進んではいる。しかし、シリコン系太陽電池はシリコンの精製プロセスに比較的高いコストがかかることや重いガラスを基板に用いて設置の作業性が悪く設置にかかるコストも高く、発電コストの更なる低下の障害になっている。
【０００３】
上記のような課題を解決可能な太陽電池として、色素増感太陽電池が有望な方式の一つとして考えられている。印刷を用いた安価プロセスによる製造が可能であり、更に基板に軽量フレキシブルな樹脂性基板を用いることで、ｒｏｌｌ  ｔｏ  ｒｏｌｌプロセス（ロールツーロール方式）が実現すれば、大幅な製造コスト及び設置コストダウンが期待できことから、軽量フレキシブルな樹脂性基板を用いた色素増感太陽電池の実用化のための検討が行われている。しかしながら、色素増感太陽電池の製造プロセスでは、酸化チタンナノ粒子のペーストを印刷した後に４５０℃以上での高温の焼成プロセスが必要となり、ガラス基板を用いた色素増感太陽電池ではこれが可能であるが、樹脂基板では変形が生じるなどの問題から、１５０℃以上の温度での加熱ができず、樹脂基板を用いた色素増感太陽電池はガラス基板を用いたものに比べて光電変換効率が低い（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０５８７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４４７５号公報
【特許文献３】特開２００３−９８９７７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】茅島正資、莚正勝、東京都立産業技術研究所，研究報告，第３号２０００年1２月，ｐ２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、樹脂基板を用いた色素増感太陽電池はガラス基板を用いたものに比べて光電変換効率が低い。また、樹脂基板を用いた場合は、ガラスに比べガスバリア性も小さく耐久性の低さが問題になっている。さらに、樹脂基板を用いた場合は、伸縮しやすいことなどから製造において光電変換効率や耐久性などの性能にバラツキが生じやすいという問題がある。
そこで、軽量、フレキシブル、ガラス基板の太陽電池と比べても光電変換効率の低下が少なく、印刷精度が高く、光電変換効率と耐久性のバラツキが小さい色素増感太陽電池の開発が望まれていた。
上記状況を鑑み、本発明は、軽量、フレキシブル、ガラス基板の太陽電池と比べても光電変換効率の低下が少なく、光電変換効率と耐久性のバラツキが小さい光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、特定の陽極酸化膜を有する絶縁層付金属基盤を特定の層構成とすることで、光電変換効率の高い光電変換素子を提供することができることを見出した。本発明はこの知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち、本発明の課題は、以下の手段によって達成された。
【０００８】
（１）基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなる光電変換素子であって、該基板が、少なくとも、アルミニウム層と、該アルミニウム層の少なくとも一方の表面を陽極酸化してなるポーラス構造を有する絶縁層とからなり、該絶縁層が室温で圧縮方向の歪みを有する光電変換素子。
（２）前記基板上に、該基板側から順に、前記第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する前記感光体、前記電荷移動体、および前記対極が積層されてなる光電変換素子である（１）に記載の光電変換素子。
（３）前記多孔質半導体微粒子層が、酸化チタン、酸化スズまたは酸化亜鉛である（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）前記多孔質半導体微粒子層が、酸化チタンである（１）〜（３）のいずれか１項に記載の光電変換素子。
（５）前記色素が、金属錯体色素である（１）〜（４）のいずれか１項に記載の光電変換素子。
（６）前記金属錯体色素が、ＲｕまたはＯｓ元素を含む金属錯体色素である（５）に記載の光電変換素子。
（７）前記絶縁層の圧縮方向の歪みが、０．００５〜０．２５％である（１）〜（６）のいずれか１項に記載の光電変換素子。
（８）前記絶縁層付き金属基板を構成する金属部分が、アルミニウムよりも、線熱膨張係数が小さく、かつ剛性が高く、かつ耐熱性が高い金属からなる基材の少なくとも一方の面に、加圧接合によりアルミニウム材が一体化されてなる（１）〜（７）のいずれか１項に記載の光電変換素子。
（９）前記基材を構成する金属部分の金属が、フェライト系ステンレス鋼からなる（８）に記載の光電変換素子。
（１０）基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなる光電変換素子の製造方法であって、少なくともアルミニウム基材を備える金属基板の該アルミニウム基材の少なくとも一方の表面を、室温で圧縮方向の歪みを有するアルミニウムのポーラス型陽極酸化皮膜の絶縁層を形成する工程を含む工程で該基板を作製し、該基板上に、該第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造を設ける光電変換素子の製造方法。
（１１）前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の光電変換素子を具備する色素増感太陽電池。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、軽量、フレキシブル、ガラス基板の太陽電池と比べても光電変換効率の低下が少なく、光電変換効率と耐久性のバラツキが小さい光電変換素子、光電変換素子の製造方法および色素増感太陽電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光電変換素子の一実施態様について模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る絶縁層付金属基板の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の３種類の形態例を示す模式的断面図である。
【図３】従来の陽極酸化皮膜、および圧縮歪みが０．０９％、０．１６％の陽極酸化皮膜に加わる歪み量を模式的に示すグラフである。
【図４】従来の陽極酸化皮膜、および複合基板の線熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋ、１０ｐｐｍ／Ｋの場合に、陽極酸化皮膜に加わる歪み量を模式的に示すグラフである。
【図５】縦軸にアニール温度をとり、横軸にアニール時間をとって、加熱処理条件を模式的に示すグラフである。
【図６】従来の陽極酸化皮膜に加わる歪み量を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の光電変換素子は、基板上に、第１電極、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体、電荷移動体、および対極を含む積層構造よりなり、該基板が、少なくとも、アルミニウム層と、該アルミニウム層の少なくとも一方の表面を陽極酸化してなるポーラス構造を有する絶縁層とからなり、該絶縁層が室温で圧縮方向の歪みを有する。
【００１２】
＜＜光電変換素子＞＞
本発明の光電変換素子の好ましい一実施態様を、図面を参照して説明する。
図１に示すように、光電変換素子１００は、基板１、第１電極２、色素が吸着された多孔質半導体微粒子を有する感光体３、電荷移動体４、および対向電極基板９からなる。対向電極基板９は第２電極５、および透明基板６からなる。感光体３が形成された第１電極２は光電変換素子１００において作用電極として機能する。この光電変換素子１００を外部回路８で仕事をさせる電池用途に使用できるようにして、色素増感太陽電池を利用したシステムとして示している。ここで、受光電極７は、基板１、第１電極２、色素が吸着された多孔質半導体微粒子を有する感光体３よりなる電極である。
【００１３】
本発明の光電変換素子に用いる材料について詳述する。
＜基板＞
本発明の光電変換素子１００において、基板１は、図２に示すように、基材１２と、アルミニウム層（以後、Ａｌ層と称す）１４と、絶縁層１６とから構成される。
基材１２とＡｌ層１４とは、一体的に形成されている。さらに、絶縁層１６は、Ａｌ層１４の表面を陽極酸化してなる、アルミニウム（以後同様にＡｌと称す）のポーラス構造の陽極酸化膜である。なお、基材１２とＡｌ層１４とが積層されて一体化されたものを金属基板１５という。
【００１４】
基板１において、基材１２には、アルミニウムやアルミニウムとは異なる金属が用いられる。アルミニウムとは異なる金属が用いられる場合は、図２（ａ）に示すような構造となる。
この異なる金属としては、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金よりもヤング率が大きな金属または合金が用いられる。さらには、基材１２は、熱膨張係数が絶縁層１６を構成する陽極酸化皮膜よりも大きく、かつアルミニウムよりも小さいことが好ましい。さらにまた、基材１２は、ヤング率が絶縁層１６を構成する陽極酸化皮膜よりも大きく、かつアルミニウムよりも大きいことが好ましい。
上述のことを考慮すると、図２（ａ）においては、基材１２に、例えば、炭素鋼およびフェライト系ステンレス鋼等の鋼材が用いられる。しかも、基材１２に用いられる前述の鋼材は、アルミニウム合金よりも３００℃以上での耐熱強度が高いため、耐熱性が良好な基板１が得られる。
【００１５】
上述の基材１２に用いられる炭素鋼は、例えば、炭素含有量が０．６質量％以下の機械構造用炭素鋼が用いられる。機械構造用炭素鋼としては、例えば、一般的にＳＣ材と呼ばれるものが用いられる。
また、フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３６、ＳＵＳ４４４等を用いることができる。
鋼材としては、これ以外にも、一般的にＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）と呼ばれるものが用いられる。
【００１６】
なお、基材１２は、上記以外にも、コバール合金（５ｐｐｍ／Ｋ）、チタンまたはチタン合金により構成してもよい。チタンとしては、純Ｔｉ（９．２ｐｐｍ／Ｋ）が用いられ、チタン合金としては、展伸用合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎが用いられる。これらの金属も、平板状または箔状で用いられる。
【００１７】
基材１２の厚さは、可撓性に影響するので、過度の剛性不足を伴わない範囲で薄くすることが好ましい。
図２（ａ）においては、基材１２の厚さは、例えば、１０〜８００μｍであり、好ましくは３０〜３００μｍである。より好ましくは５０〜１５０μｍである。基材１２の厚さを薄くすることは、原材料コストの面からも好ましい。
基材１２をフレキシブルなものとする場合、基材１２は、フェライト系ステンレス鋼が好ましい。
【００１８】
Ａｌ層１４は、主成分がアルミニウムで構成されるものであり、主成分がアルミニウムとは、アルミニウム含有量が９０質量％以上であることをいう。
Ａｌ層１４としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。
Ａｌ層１４には、例えば、アルミニウムハンドブック第４版（軽金属協会（１９９０））に記載の公知の素材のもの、具体的には、ＪＩＳ１０５０材、ＪＩＳ１１００材などの１０００系合金、ＪＩＳ３００３材、ＪＩＳ３００４材、ＪＩＳ３００５材などの３０００系合金、ＪＩＳ６０６１材、ＪＩＳ６０６３材、ＪＩＳ６１０１材などの６０００系合金、国際登録合金３１０３Ａ等を用いることができる。
【００１９】
Ａｌ層１４に用いられるアルミニウムまたはアルミニウム合金は、不要な金属間化合物を含まないことが好ましい。具体的には不純物の少ない、９９質量％以上の純度のアルミニウムであることが好ましい。純度としては、例えば、９９．９９質量％Ａｌ、９９．９６質量％Ａｌ、９９．９質量％Ａｌ、９９．８５質量％Ａｌ、９９．７質量％Ａｌ、９９．５質量％Ａｌ等が好ましい。このように、Ａｌ層１４のアルミニウムの純度を高めることにより、析出物に起因する金属間化合物を避けることができ、絶縁層１６の健全性を増すことができる。これは、アルミニウム合金の陽極酸化を行った場合、金属間化合物が起点となって、絶縁不良を起こす可能性があり、金属間化合物が多いと、その可能性が増えることによるものである。
【００２０】
特に、Ａｌ層１４は、純度が９９．５質量％、９９．９９質量％以上のものを用いた場合、後述する陽極酸化皮膜の微細孔が規則的に形成されていること（以下、規則化ともいう）を乱すことが抑制されるため好ましい。なお、陽極酸化皮膜の規則化が乱されると、熱歪みがかかった際に、割れの起点になる。このため、Ａｌ層１４は、純度の高い方が耐熱性に優れる。
また、上述のように、Ａｌ層１４には、コストの点で有利な工業用アルミニウムも利用することができる。しかしながら、絶縁層１６の絶縁性の観点から、Ａｌ層１４中にＳｉが析出していないものが好ましい。
【００２１】
基板１において、絶縁層１６は、電気絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷を防止するためのものである。この絶縁層１６は、アルミニウムの陽極酸化によって形成される陽極酸化皮膜（アルミナ膜、Ａｌ２Ｏ３膜）により構成されるものである。
絶縁層１６を形成する陽極酸化皮膜は、室温（２３℃）で、圧縮方向Ｃの歪み（以下、圧縮歪みともいう）を有しており、この歪みの大きさは、０．００５〜０．２５％である。通常、アルミニウムの陽極酸化皮膜には、引張歪みが生じている。
【００２２】
圧縮歪みが０．００５％未満では、圧縮歪みはあるものの実質的には殆ど圧縮力が絶縁層１６となる陽極酸化皮膜に作用していないことになり、耐クラック性の効果が得られにくい。一方、圧縮歪みの上限値は、絶縁層１６となる陽極酸化皮膜が剥離したり、陽極酸化皮膜に強い圧縮歪みが加わることにより、クラックが発生したり、陽極酸化皮膜が盛り上がって平坦性が低下したり、剥離したりすることを考慮すると０．２５％である。更に好ましくは、０．２０％以下であり、特に好ましくは、０．１５％以下である。
【００２３】
従来から、陽極酸化皮膜が絶縁層として金属基板１５に形成された絶縁層付金属基板において、光電変換素子製造時の耐熱性、ロールトゥロールでの製造時、および可撓性基板としての耐曲げ性、長期にわたっての耐久性、強度が課題となっている。
【００２４】
耐熱性の課題は、高温に曝すと金属基板１５の伸びに、陽極酸化皮膜が耐え切れず、陽極酸化皮膜が破断してしまうことに起因する。これは、金属基板１５と陽極酸化皮膜の熱膨張係数の差が大きいことによる。
【００２５】
例えば、アルミニウムであれば、熱膨張係数は２３ｐｐｍ／Ｋであり、陽極酸化皮膜の熱膨張係数は４〜５ｐｐｍ／Ｋである。このため、熱膨張係数の差によって伸び量に差が出てしまう高温時において、基材金属の伸びに陽極酸化皮膜が耐え切れず陽極酸化皮膜が破断するほどの引張力がかかってしまう。
【００２６】
耐曲げ性の課題は、陽極酸化皮膜を外側にして曲げた場合に与えられる引張応力に、陽極酸化皮膜が耐え切れず、陽極酸化皮膜が破断してしまうことに起因する。
【００２７】
耐久性、強度の課題は、以下のような外乱に伴う応力変化に、陽極酸化皮膜が耐え切れず、陽極酸化皮膜が破断してしまうことに起因する。具体的な外乱としては、陽極酸化皮膜に与長期間にわたる運転・停止などに伴う温度上昇・低下による基板の熱膨張・収縮、外部からの応力、湿度・温度・酸化などに伴う陽極酸化皮膜・半導体層・封止層などの変質・体積変化に伴う応力などがある。
【００２８】
本発明者は、鋭意実験研究の結果、室温において陽極酸化皮膜に、圧縮方向の歪みを与えておくことで、半導体素子製造時の耐熱性、ロールトゥロールでの製造時、および可撓性基板としての耐曲げ性、長期にわたっての耐久性、強度を有する陽極酸化皮膜を実現できることを見出した。
室温において、陽極酸化皮膜に圧縮方向の歪みが与えられることにより、耐クラック性が向上する理由は、次のように説明できる。ここでは、例として耐熱クラック耐性向上の機構を模式的に説明するが、引張り力に対して陽極酸化皮膜の破断が抑制されるという点で、曲げ、温度変化といった外部からの応力に対する耐クラック性の向上全般にわたって同様の機構が働くことが推定される。
【００２９】
前述のように、従来技術による陽極酸化皮膜は、室温において、内部歪みが０．００５％〜０．０６％程度の引張り歪みである。また、陽極酸化皮膜の線熱膨張係数が５ｐｐｍ／Ｋ程度であること、アルミニウムの線熱膨張係数は２３ｐｐｍ／Ｋであることから、アルミニウム基板上の陽極酸化皮膜の場合、温度上昇によって、陽極酸化皮膜には１８ｐｐｍ／Ｋの割合で引張歪みが加えられることになる。陽極酸化皮膜の破断限界である、０．１６〜０．２３％の引張歪みが加わると、クラックが発生する。この温度は、従来技術による陽極酸化皮膜では、１２０℃〜１５０℃である。
【００３０】
一方、本発明における陽極酸化皮膜は、室温において、内部歪みが圧縮歪みである。ここで、陽極酸化皮膜の線熱膨張係数は、皮膜の種類によらず、ほぼ５ｐｐｍ／Ｋ程度であることが発明者によって確認されており、本発明における陽極酸化皮膜も５ｐｐｍ／Ｋ程度である。従って、温度上昇によって、陽極酸化皮膜には１８ｐｐｍ／Ｋの割合で引張歪みが加えられることになる。陽極酸化皮膜の破断限界は、皮膜の種類に因らず、０．１６〜０．２３％程度と推定され、この大きさの引張歪みが加わると、クラックが発生すると考えられる。
【００３１】
好ましい範囲である、室温において０．００５〜０．２５％の圧縮歪みを有する陽極酸化皮膜の場合、１８ｐｐｍ／Ｋの割合で引張歪みが加えられると仮定すると、０．１６〜０．２３％の引張歪みは、１７０〜３４０℃で加わる。図３には、従来の陽極酸化皮膜、圧縮歪みが０．０９％、０．１６％の場合について、陽極酸化皮膜に加わる引張歪み量を模式的に示した。図３に示すように、圧縮歪みの量を多くすることによって、クラック発生温度をさらに高めることができる。実際には、陽極酸化皮膜の線熱膨張係数が必ずしも一定ではないこと、陽極酸化皮膜に含まれる水分の脱水に伴う収縮があること、アルミニウムの軟化に伴って基板の剛性が失われること、などの要因で、モデル計算と完全には一致しないが、実験的にも、クラック発生温度を高めることができることが確認されている。
【００３２】
また、基板１を、アルミニウムと異種金属との複合基板とすることによって、さらにクラック発生温度を高めることができる。複合基板の線熱膨張係数は、構成金属材料の線熱膨張係数、ヤング率、および構成金属材料の厚さにより、平均値として求めることができる。アルミニウムの線熱膨張係数２３ｐｐｍ／Ｋより小さく、陽極酸化皮膜の線熱膨張係数５ｐｐｍ／Ｋ以上の金属材料と、アルミニウムとの複合基板を用いた場合、ヤング率、厚さにも依存するが、複合基板の線熱膨張係数を２３ｐｐｍ／Ｋより小さくすることができる。図４には、複合基板の線熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋの場合、１０ｐｐｍ／Ｋの場合について、陽極酸化皮膜に加わる引張歪み量を模式的に示した。室温で同じ圧縮歪みを有する陽極酸化皮膜であっても、基板１の線熱膨張係数を小さくすることによって、クラック発生温度をさらに高めることができる。実際には、陽極酸化皮膜の線熱膨張係数が必ずしも一定ではないこと、陽極酸化皮膜に含まれる水分の脱水に伴う収縮があること、などの要因で、モデル計算と完全には一致しないが、実験的にも、クラック発生温度をさらに高めることができることが確認されている。
【００３３】
室温において圧縮方向の歪みを有する陽極酸化皮膜は、具体的には以下に記載するような方法によって得られる。もちろん、これらの手法のみにとどまるものでないことはいうまでもない。
【００３４】
圧縮方向の歪みを与える方法の一つは、金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させた状態で金属基板のＡｌ層１４を陽極酸化する手法である。例えば、弾性変形する範囲内の引張方向に引張力を与えるか、または曲率を与えた状態とすることができれば、特に限定されるものではない。例えば、ロールトゥロール方式を用いる場合、搬送時の張力を調整して金属基板１５に引張力を与えるか、または陽極酸化槽内の搬送路の形状を曲面として金属基板１５に曲率を与える。このような状態で陽極酸化処理を行うことにより、室温（２３℃）での圧縮歪みの大きさが０．００５〜０．２５％の陽極酸化皮膜を得ることができる。この方法では、陽極酸化皮膜全体が圧縮歪みとなる。すなわち、バリア層とポーラス層がいずれも圧縮歪みになる。
【００３５】
また、以下のような方法もある。温度が５０〜９８℃の水溶液を用いて金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させた状態で陽極酸化することにより、室温に戻した際、陽極酸化皮膜に圧縮歪みがかかった状態に変化する。この方法では、陽極酸化に用いる水溶液の温度は１００℃程度が上限値であるため、金属基板１５の伸長量は０．１％が限界である。このため、陽極酸化皮膜の圧縮歪みの量も０．１％になる。このことから、温度が５０〜９８℃の水溶液を用いて、陽極酸化皮膜に圧縮歪みを与える場合には、圧縮歪みの上限値は０．１％程度である。この手法では、陽極酸化皮膜全体が圧縮歪みとなる。すなわち、バリア層とポーラス層がいずれも圧縮歪みになる。
【００３６】
さらにまた、以下のような方法もある。陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム材を、陽極酸化皮膜が割れない程度の温度にまで昇温してアニール処理を施すことにより、室温に戻した際、陽極酸化皮膜に圧縮歪みがかかった状態に変化する。これは、高温時に陽極酸化皮膜が伸張状態において、その構造変化を生じて引張歪みが緩和し、温度が下がる際のアルミニウム材の収縮に伴って陽極酸化皮膜に圧縮歪みが生じる。このように、陽極酸化皮膜は作製したままの状態で引張歪みが生じている陽極酸化皮膜全体を、圧縮歪みに変化させることができる。すなわち、バリア層とポーラス層がいずれも圧縮歪みに変化する。以下、このように、引張歪みを圧縮歪みに変化させる効果を圧縮化効果という。
この圧縮化効果は、図５に模式的示すように領域αで発現しやすく、この領域αにおいて、矢印Ａ方向に進むにつれて圧縮化効果が大きくなる。すなわち、アニール処理において、高温かつ長時間になる程、圧縮化効果が大きくなる。
【００３７】
なお、このアニール処理による陽極酸化皮膜の圧縮化効果は、陽極酸化条件に依らず得られるものである。すなわち、陽極酸化に用いる電解液は、無機酸、有機酸、アルカリ、緩衝液、これらの混合液などの水系電解液、および有機溶媒、溶融塩などの非水系電解液を用いることができる。さらに、その電解液の濃度、電圧、温度などによって陽極酸化皮膜の構造を制御することが可能であるが、いずれの陽極酸化皮膜においてもアニール処理によって陽極酸化皮膜に生じている引張歪みを圧縮歪みに変化させることが可能である。
さらには、このアニール処理時の雰囲気は、真空中でも大気雰囲気中であっても、同様に陽極酸化皮膜の歪みを圧縮歪みに変化させる圧縮化効果が得られることを確認している。
【００３８】
なお、本発明においては、圧縮歪みが付与された陽極酸化皮膜と記載しているが、歪みと応力は、材料のヤング率を係数として、弾性範囲内であれば一次の関係にあるので、圧縮応力のかかった陽極酸化皮膜としても同義である。陽極酸化皮膜のヤング率は、本発明者等により、５０ＧＰａ〜１５０ＧＰａであることが分かっている。この値と、前述の好ましい圧縮歪みの範囲から、好ましい圧縮応力の範囲は、以下である。
【００３９】
基板１において、絶縁層１６には、室温で圧縮方向の応力（以下、圧縮応力という）が作用しており、この圧縮応力の大きさは、２．５〜３００ＭＰａである。好ましくは、圧縮応力の大きさは、５〜３００ＭＰａであり、更に好ましくは、５〜１５０ＭＰａであり、特に好ましくは、５〜７５ＭＰａである。
【００４０】
圧縮応力が２．５ＭＰａ未満では、実質的には殆ど圧縮応力が絶縁層１６となる陽極酸化皮膜に作用していないことになり、耐クラック性の効果が得られにくい。一方、圧縮応力の上限値は、絶縁層１６となる陽極酸化皮膜が剥離したり、陽極酸化皮膜にクラックが発生したりすることを考慮すると３００ＭＰａである。
また、上述のように、温度が５０℃〜９８℃の水溶液を用いて、金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させた状態で陽極酸化皮膜に圧縮歪みを与える場合には、大きな圧縮歪みを与えることが難しい。このため、その上限値は１５０ＭＰａ程度である。
【００４１】
基板１において、絶縁層１６の厚さは、好ましくは３μｍ以上２０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以上１５μｍ以下である。絶縁層１６の厚さが過度に厚い場合、可撓性が低下すること、および絶縁層１６の形成に要するコスト、および時間がかかるため好ましくない。また、絶縁層１６の厚さが、極端に薄い場合、電気絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷を防止することができない虞がある。
また、絶縁層１６の表面１８ａの表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで１μｍ以下であり、好ましくは、０．５μｍ以下、より好ましくは、０．１μｍ以下である。
【００４２】
なお、基板１は、基材１２、Ａｌ層１４および絶縁層１６のいずれも可撓性を有するもの、すなわち、フレキシブルなものとすることにより、基板１全体として、フレキシブルなものになる。これにより、例えば、ロールトゥロール方式で、基板１の絶縁層１６に、光電変換素子を形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態の基板１においては、図２（ａ）に示すように、基材１２の両面にＡｌ層１４および絶縁層１６を設ける構成を記述したが、本発明においては、図２（ｂ）に示すように、基材１２の片面だけにＡｌ層１４および絶縁層１６を設ける構成としてもよい。このように、基板１ａにおいて、金属基板１５ａを、ステンレス鋼の基材１２とＡｌ層１４との２層クラッド構造とすることにより、より薄く低コストなものとすることができる。
さらには、本実施形態では、基材１２とＡｌ層１４の２層構造の金属基板１５としたが、本発明においては、少なくともＡｌ層１４があればよいため、基材１２がＡｌ層１４と同一のＡｌ層１４からなってもよいため、金属基板１５がＡｌ層１４のみからなっていてもよく、図２（ｃ）に示す基板１ｂのように、金属基板１５ｂはＡｌ層１４のみからなってもよい。また、金属基板１５、１５ａの基材１２は、複数層でもよい。
【００４４】
次に、絶縁層１６となる陽極酸化皮膜の歪みの測定方法について説明する。
【００４５】
なお、以下において、陽極酸化皮膜の歪みは、厳密にはポーラス層の歪みとバリア層の歪みの両者を合わせたものであり、材料力学の公式から、両者に対して、ヤング率と膜厚を加味した加重平均となる。しかしながら、実際には、以下における歪み量をポーラス層の歪み量とみなして問題ない。ここで、ポーラス層とバリア層は、構造のみ異なる同一の化合物であることから、ヤング率は同一と推定される。従って、陽極酸化皮膜の歪みは、ポーラス層の歪みとバリア層の歪みに対して、膜厚を加味した加重平均とみなせる。バリア層の膜厚は、陽極酸化電圧に対して、１．４ｎｍ／Ｖ程度の係数を乗じた厚さになることが知られており、厚くても数百ｎｍ程度である。したがって、ポーラス層は、通常バリア層より数倍ないし数十倍以上の厚さとなる。本発明のように好ましくは３μｍ以上の厚さのポーラス層では、１０倍以上である。そのため、陽極酸化皮膜全体の歪みに対して、バリア層の歪みの影響はほとんど現れない。従って、以下の方法で測定した陽極酸化皮膜の歪みは、ポーラス層の歪みとみなせる。
【００４６】
本発明においては、まず、基板１の状態で陽極酸化皮膜の長さを測定する。
次に、金属基板１５を溶解して、金属基板１５を除去し、基板１から陽極酸化皮膜を取り出す。その後、陽極酸化皮膜の長さを測定する。
この金属基板１５の除去前後の長さから、歪みを求める。
陽極酸化皮膜の長さが、金属基板１５が除去後に長くなる場合、陽極酸化皮膜に圧縮力が付与されている。すなわち、陽極酸化皮膜には圧縮方向の歪みがかかっている。一方、陽極酸化皮膜の長さが金属基板１５の除去後に短くなる場合、陽極酸化皮膜に引張力が付与されている。すなわち、陽極酸化皮膜には引張方向の歪みがかかっている。
【００４７】
なお、金属基板１５の除去前後の陽極酸化皮膜の長さは、陽極酸化皮膜の全体の長さでもよく、陽極酸化皮膜の一部分の長さでもよい。
金属基板１５を溶解する場合、例えば、塩化銅塩酸水溶液、塩化水銀塩酸水溶液、塩化スズ塩酸水溶液、ヨードメタノール溶液などが用いられる。なお、金属基板１５の組成に応じて、溶解するための溶液は適宜選択される。
【００４８】
本発明においては、金属基板１５を除去する以外にも、例えば、平面性の高い基材１２の反り・たわみ量を測定し、その後、この基材１２の片面だけに陽極酸化皮膜を形成して、陽極酸化皮膜の形成後の基材１２の反り・たわみ量を測定する。陽極酸化皮膜の形成前後の反り・たわみ量を用いて歪み量に換算する。
上述の基材１２の反り・たわみ量は、例えば、レーザを用いて光学的に精密に計測する方法により測定される。具体的には、「表面技術」５８，２１３（２００７）および「豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー」３４，１９（１９９９）に記載されている各種の測定方法を、基材１２の反り・たわみ量の測定に用いることができる。
【００４９】
また、以下のように、絶縁層１６となる陽極酸化皮膜の歪みを測定してもよい。この場合、まず、アルミニウムの薄膜の長さを測定する。次に、アルミニウムの薄膜に陽極酸化皮膜を形成し、このときのアルミニウムの薄膜の長さを測定する。陽極酸化皮膜形成前後のアルミニウムの薄膜の長さから縮み量を求め、更に歪み量に換算する。
【００５０】
なお、金属基板１５を除去する方法以外は、金属基板１５を残したままの状態で陽極酸化皮膜の歪み量を計測する方法であるため、金属基板１５の影響を完全に排除し切れているとは言い難い。このため、金属基板１５を除去する方法であれば、金属基板１５の影響を受けずに陽極酸化皮膜そのものの歪み量を直接計測できる。このため、本発明における歪み量の計測は、正確に陽極酸化皮膜の歪み量を計測することができる金属基板１５を除去する方法を用いることが好ましい。
【００５１】
また、陽極酸化皮膜の内部応力は、陽極酸化皮膜のヤング率と、陽極酸化皮膜に存在する歪み量から材料力学の公式より算出することができる。なお、歪み量は、上述のようにして求めればよい。
【００５２】
一方、陽極酸化皮膜のヤング率は、基板１のままの状態で陽極酸化皮膜に対して、押し込み試験機、ナノインデンター等を用いた圧子押し込み試験により求めることができる。
また、陽極酸化皮膜のヤング率は、基板１から金属基板１５を除去し、陽極酸化皮膜を取り出し、この取り出した陽極酸化皮膜について、押し込み試験機、ナノインデンター等を用いた圧子押し込み試験によっても求めることができる。
【００５３】
さらには、アルミニウム等の金属薄膜に陽極酸化皮膜を形成した試料、または基板１から陽極酸化皮膜だけを取り出し、この取り出した陽極酸化皮膜に対して、引張試験をするか、または動的粘弾性を測定する等によって陽極酸化皮膜のヤング率を求めてもよい。
【００５４】
なお、押し込み試験で薄膜のヤング率を計測する場合、金属基板１５の影響を受けることがあるため、一般的には押し込み深さを薄膜の厚さの３分の１程度以内に抑える必要がある。このため、厚さが数十μｍ程度の陽極酸化皮膜のヤング率を正確に計測するためには、押し込み深さが数百ｎｍ程度でもヤング率が測定できるナノインデンターを用いてヤング率を測定することが好ましい。
なお、上述以外の方法を用いてヤング率の測定を行ってもよいことは言うまでもない。
【００５５】
＜＜基板の製造方法＞＞
次に、本発明の基板１の製造方法について説明する。
まず、基材１２を準備する。この基材１２は、形成する基板１の大きさにより、所定の形状および大きさに形成されている。
次に、基材１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂに、Ａｌ層１４を形成する。これにより、金属基板１５が構成される。
【００５６】
基材１２の表面１２ａおよび裏面１２ｂに、Ａｌ層１４を形成する方法としては、基材１２とＡｌ層１４との密着性が確保できる一体化結合ができていれば、特に限定されるものではない。このＡｌ層１４の形成法としては、例えば、蒸着法、スパッタ法等の気相法、メッキ法、および表面清浄化後の加圧接合法を用いることができる。Ａｌ層１４の形成法としては、コストと量産性の観点からロール圧延等による加圧接合が好ましい。例えば、厚さが５０μｍのＡｌ層１４を厚さが１５０μｍのステンレス鋼の基材１２に圧接により、クラッド加工して金属基板１５を形成した場合、得られた金属基板１５は、熱膨張係数を約１０ｐｐｍ／Ｋにまで下げることができる。
【００５７】
次に、金属基板１５を伸長させ、この状態で金属基板１５のＡｌ層１４の表面１４ａおよび裏面１２ｂに絶縁層１６として陽極酸化皮膜を形成する。
以下に、絶縁層１６である陽極酸化皮膜の形成方法について説明する。
なお、陽極酸化処理については、例えば、公知のいわゆるロールトゥロール方式の陽極酸化処理装置により行うことができる。
【００５８】
絶縁層１６である陽極酸化皮膜を形成する場合、基材１２を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することにより陽極酸化皮膜を形成することができる。このとき、基材１２が電解液に接触すると、Ａｌ層１４と局部電池を形成するため、電解液に接触する基材１２をマスキングフィルム（図示せず）により、マスクして絶縁しておく必要がある。すなわち、Ａｌ層１４の表面１４ａ以外の金属基板１５の端面および裏面をマスキングフィルム（図示せず）を用いて絶縁しておく必要がある。なお、陽極酸化処理時のマスクの方法は、マスキングフィルムを用いるものに限定されるものではない。マスクの方法としては、例えば、Ａｌ層１４の表面１４ａ以外の金属基板１５の端面および裏面をジグで保護する方法、ゴムを用いて水密を確保する方法、レジストを用いて保護する方法等を用いることができる。
陽極酸化処理前には、必要に応じてＡｌ層１４の表面１４ａに洗浄処理・研磨平滑化処理等を施す。
【００５９】
陽極酸化処理を、金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させた状態で行うこともできる。金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させる方法としては、金属基板１５に、弾性変形する範囲内の引張方向Ｅ（図２（ａ）参照）に引張力を与えるか、または曲率を与えた状態とすることができれば、特に限定されるものではない。例えば、ロールトゥロール方式を用いる場合、搬送時の張力を調整して金属基板１５に引張力を与えるか、または陽極酸化槽内の搬送路の形状を曲面として金属基板１５に曲率を与える。このような状態で陽極酸化処理を行うことにより、室温（２３℃）での圧縮歪みの大きさが０．００５〜０．２５％の陽極酸化皮膜を得ることができる。この場合、陽極酸化皮膜に作用する圧縮応力の大きさは、２．５〜３００ＭＰａである。
なお、室温における使用状態とは、基板１が、色素増感太陽電池の最終製品として利用される場合における、室温での金属基板１５の状態のことである。
【００６０】
陽極酸化処理後に、マスキングフィルム（図示せず）を剥がすことにより、上述の基板１を得ることができる。
また、枚葉処理する場合には、治具を用いて陽極酸化槽に金属基板１５を固定して金属基板１５を伸長させた状態にし、陽極酸化処理を行うことが好ましい。
【００６１】
陽極酸化処理は、この分野で従来行われている方法を用いることができる。陽極酸化に用いる電解液は、無機酸、有機酸、アルカリ、緩衝液、これらの混合液等の水系電解液、ならびに有機溶媒、溶融塩等の非水系電解液を用いることができる。具体的には、硫酸、シュウ酸、クロム酸、ギ酸、リン酸、マロン酸、ジグリコール酸、マレイン酸、シトラコン酸、アセチレンジカルボン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリオキシル酸、フタル酸、トリメリト酸、ピロメリット酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、およびアミドスルホン酸等の酸浴液の単独のまたは２種以上を組み合わせた水溶液または非水溶液の中で、Ａｌ層１４に直流または交流を流すと、Ａｌ層１４の表面１４ａに、陽極酸化皮膜を形成することができる。陽極酸化時の陰極としてはカーボンまたはＡｌ等が使用される。
【００６２】
また、陽極酸化処理には、上述の酸浴液以外に、アルカリ溶液を用いることができる。このアルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、リン酸ナトリウム等を用いることができる。さらには、陽極酸化処理に、非水系を用いることができる。この非水系のものとしては、ホルムアミド−ホウ酸浴、ＮＭＦ（Ｎ−メチルホルムアミド）−ホウ酸浴、エタノール−酒石酸浴、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）−サリチル酸浴等を用いることができる。なお、ＮＭＦ−ホウ酸浴とは、Ｎ−メチルホルムアミドにホウ酸を溶解させた電解液のことである。
【００６３】
陽極酸化処理時には、各Ａｌ層１４の表面１４ａから略垂直方向に酸化反応が進行し、各Ａｌ層１４の表面１４ａに陽極酸化皮膜が生成される。陽極酸化皮膜は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体が隙間なく配列し、各微細柱状体の中心部には丸みを帯びた底面を有する微細孔が形成され、微細柱状体の底部にはバリア層（通常、厚さ０．０２〜０．１μｍ）が形成されたポーラス型となる。
このようなポーラス構造を有する陽極酸化皮膜は、非ポーラス構造の酸化アルミニウム単体膜と比較して膜のヤング率が低いものとなり、曲げ耐性および高温時の熱膨張差により生じるクラック耐性が高いものとなる。
【００６４】
また、上述のような物理的に金属基板１５を室温における使用状態よりも伸長させた状態で陽極酸化処理を行う以外に、実使用温度よりも高い温度である５０〜９８℃の水溶液中で、陽極酸化を行う方法がある。この場合、金属基板５０が室温における使用状態よりも伸長されて、この伸長状態を保ったまま陽極酸化できる。
このように５０〜９８℃の水溶液中で、陽極酸化を行う場合、水溶液は温度２５℃におけるｐＫａ（酸解離定数）が２．５〜３．５の酸からなるものを用いることが好ましい。
なお、陽極酸化処理に用いる水溶液は、沸点が１００℃＋沸点上昇分となるものの、水溶液の沸点で陽極酸化処理を行うのは現実的ではなく、しかも、温度が高い程、副生成物（ベーマイト）が生じる。このため、水溶液の温度の上限値は、沸点よりも低い９８℃であり、好ましくは、水溶液の温度の上限値は９５℃以下である。
【００６５】
２５℃におけるｐＫａが２．５以上の酸からなる水溶液であることが好ましい理由は、陽極酸化皮膜の、酸による溶解速度との関係で説明できる。ｐＫａ、すなわち、酸の強さと、陽極酸化皮膜の溶解速度にはある程度の相関があることが知られている〔例えば、金属表面技術，２０，５０６（１９６９）〕。実際の陽極酸化皮膜の成長は、電気化学反応による陽極酸化皮膜の生成と、酸による陽極酸化皮膜の溶解が同時に起こりながら進む複雑な反応であるため、陽極酸化皮膜の溶解速度は、膜形成に関する主要因の一つである。
ｐＫａが２．５未満であると、高温においては、陽極酸化皮膜の生成に対して、溶解速度が高すぎ、陽極酸化皮膜が安定に成長しなかったり、比較的薄い膜厚で限界膜厚に達してしまったり、絶縁層１６としては不十分な陽極酸化皮膜となる場合がある。
【００６６】
一方、２５℃におけるｐＫａは３．５以下の酸からなる水溶液が好ましく、３．０以下の酸からなる水溶液が特に好ましい。２５℃におけるｐＫａが３．５を超えると、高温においても、陽極酸化皮膜の生成に対して、溶解速度が遅すぎ、陽極酸化皮膜の形成に極めて長時間がかかったり、バリア型と呼ばれる陽極酸化皮膜が形成して厚膜化ができなかったり、絶縁層１６としては不十分な陽極酸化皮膜となる場合がある。
バリア型の陽極酸化皮膜は、本発明のポーラス型の陽極酸化皮膜とは異なり、緻密な構造を有している。その膜厚は、陽極酸化電圧にほぼ比例することが知られている。１０００Ｖを超えるような電圧で陽極酸化を行うと、陽極酸化中に絶縁破壊が生じるため、厚さが２μｍを超えるような陽極酸化皮膜を得ることは難しく、また、大気中で絶縁性を確保しづらい。さらに、緻密な膜であることから、応力を受けた際に、破断が生じやすく、ポーラス型陽極酸化皮膜に比べて耐クラック性が低い。
【００６７】
ｐＫａ（酸解離定数）が２．５〜３．５の酸としては、例えば、マロン酸：２．６０、ジグリコール酸：３．０、リンゴ酸：３．２３、酒石酸：２．８７、クエン酸：２．９０、グリオキシル酸：２．９８、フタル酸：２．７５、トリメリト酸：２．５を用いることができる。陽極酸化に用いる溶液としては、これらのｐＫａ（酸解離定数）が２．５〜３．５の酸と、他の酸、塩基、塩、添加剤などの混合溶液を用いてもよい。
ｐＫａが２．５〜３．５のカルボン酸類で陽極酸化を行うと、陽極酸化皮膜中にカルボン酸のアニオン（酸根と呼ばれる）が含有されて、炭素が含まれる陽極酸化皮膜が形成される。
【００６８】
本実施形態において、金属基板１５に、温度が５０℃〜９８℃で、その水溶液の２５℃におけるｐＨが２．５〜３．５である酸性水溶液を用いて陽極酸化処理を行うことにより、室温（２３℃）での圧縮歪みの大きさが０．００５〜０．１％の陽極酸化皮膜を得ることができる。
この場合、陽極酸化皮膜に作用する圧縮応力の大きさは、２．５〜１５０ＭＰａである。
陽極酸化処理後に、マスキングフィルム（図示せず）を剥がすことにより、上述の基板１を得ることができる。
【００６９】
絶縁層１６である陽極酸化皮膜の好ましい厚さは、上述のように、３μｍ〜２０μｍ、さらに好ましくは５μｍ〜２０μｍ、特に好ましくは５μｍ〜１５μｍである。
この厚さは、定電流電解、定電圧電解の電流、電圧の大きさおよび電解時間により制御可能である。
【００７０】
なお、ホウ酸等の中性電解液で電解処理すると、ポーラスな微細柱状体が配列した陽極酸化皮膜でなく緻密な陽極酸化皮膜（非ポーラスな酸化アルミニウム単体膜）となる。酸性電解液でポーラスな陽極酸化皮膜を生成後に、中性電解液で再電解処理するポアフィリング法によりバリア層の層厚を大きくした陽極酸化皮膜を形成してもよい。バリア層を厚くすることにより、より絶縁性の高い皮膜とすることができる。
【００７１】
ポアフィリング処理に用いる電解液はホウ酸水溶液が好ましく、ホウ酸水溶液にナトリウムを含むホウ酸塩を添加した水溶液が好ましい。ホウ酸塩としては、八ほう酸二ナトリウム、テトラフェニルほう酸ナトリウム、テトラフルオロほう酸ナトリウム、ペルオキソほう酸ナトリウム、四ほう酸ナトリウム、メタほう酸ナトリウムなどがある。これらのホウ酸塩は、無水または水和物として入手することができる。
【００７２】
ポアフィリング処理に用いる電解液として、０．１〜２ｍｏｌ／Ｌのホウ酸水溶液に、０．０１〜０．５ｍｏｌ／Ｌの四ほう酸ナトリウムを添加した水溶液を用いることが特に好ましい。アルミニウムイオンは０〜０．１ｍｏｌ／Ｌ溶解していることが好ましい。アルミニウムイオンは、電解液中へポアフィリング処理により化学的または電気化学的に溶解するが、予めホウ酸アルミニウムを添加して電解する方法が特に好ましい。また、アルミニウム合金中に含まれる微量元素が溶解していても良い。
【００７３】
本実施形態において、ポーラス構造の陽極酸化皮膜は、微細孔が規則的に形成されていること、すなわち、規則化されたポーラス構造であってもよい。
【００７４】
ポーラス構造の陽極酸化皮膜において、微細孔を規則的に形成するには、例えば、以下に示す自己規則化法と呼ばれる陽極酸化処理により形成することができる。
この自己規則化法は、陽極酸化皮膜の微細孔（マイクロポア）が規則的に配列する性質を利用し、規則的な配列をかく乱する要因を取り除くことで、規則性を向上させる方法である。具体的には、高純度のアルミニウムを使用し、電解液の種類に応じた電圧で、長時間（例えば、数時間から十数時間）かけて、低速で陽極酸化皮膜を形成させ、その後、脱膜処理を行う。
この自己規則化法においては、微細孔の径は、印加電圧に依存するので、印加電圧を制御することにより、ある程度所望の微細孔の径を得ることができる。
【００７５】
自己規則化法の代表例としては、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ，１４４，Ｎｏ．５，Ｍａｙ  １９９７，ｐ．Ｌ１２８、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ，３５（１９９６）Ｐｔ．２，Ｎｏ．１Ｂ，Ｌ１２６、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，Ｖｏｌ．７１，Ｎｏ．１９，１０  Ｎｏｖ  １９９７，ｐ．２７７１が知られている。
【００７６】
また、これらの公知文献に記載されている方法では、陽極酸化皮膜を溶解させて除去する脱膜処理に、５０℃程度のクロム酸とリン酸の混合水溶液を用いて、１２時間以上をかけている。なお、沸騰した水溶液を用いて処理すると、規則化の起点が破壊され、乱れるので、沸騰させないで用いる。
【００７７】
微細孔が規則的に形成された陽極酸化皮膜は、アルミニウム部分に近くなるほど規則性が高くなってくるので、一度、脱膜して、アルミニウム部分に残存した陽極酸化皮膜の底部分を表面に出して、規則的な窪みを得る。従って、脱膜処理においては、アルミニウムは溶解させず、酸化アルミニウムである陽極酸化皮膜のみを溶解させる。
その結果、これらの公知文献に記載されている方法では、微細孔の微細孔径は種々異なるが、微細孔径のばらつき（変動係数）は３％以下となっている。
【００７８】
例えば、自己規則化法による陽極酸化処理としては、酸濃度１〜１０質量％の溶液中で、アルミニウム部材を陽極として通電する方法を用いることができる。陽極酸化処理に用いられる溶液としては、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、アミドスルホン酸等を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００７９】
陽極酸化処理後に、絶縁層１６となる陽極酸化皮膜が形成された金属基板１５をアニール処理する。これにより、絶縁層１６に、０．００５〜０．２５％の圧縮歪みが付与された基板１を形成することができる。
なお、アニール処理は、例えば、陽極酸化皮膜に対して、６００℃以下の温度で行う。また、アニール処理は、加熱温度が１００〜６００℃、保持時間が１秒〜１００時間のアニール条件で行うことが好ましい。この場合、アニール処理の加熱温度は、Ａｌ層１４の軟化温度以下である。アニール条件を変えることにより、所定の圧縮歪みとすることができる。上述の如く、図６に示すように、アニール条件としては、加熱温度を高く、保持時間を長くすることにより、陽極酸化皮膜の圧縮歪みを大きくすることができる。
【００８０】
アニール処理の加熱温度は、１００℃未満では、実質的に圧縮化効果を得ることができない。一方、アニール処理の加熱温度が、６００℃を超えると、金属基板１５と陽極酸化皮膜との熱膨張係数の差により陽極酸化皮膜が割れてしまう虞がある。このように、アニール処理は、陽極酸化皮膜が破壊しない程度の温度で行う必要がある。金属基板１５にアルミニウム材を用いる場合は、高温ほどアルミニウムの軟化が甚だしく、基材１２の変形を引き起こす虞があるため、好ましくは、３００℃以下、さらに好ましくは２００℃以下、特に好ましくは１５０℃以下である。一方、アルミニウムとは異なる金属からなる基材１２の少なくとも片面にＡｌ層１４が設けられている金属基板１５を用いる場合は、高温ほどアルミニウムと基材１２の界面に金属間化合物が形成され、甚だしい場合には界面の剥離にいたる虞があるため、好ましくは５００℃以下、さらに好ましくは４００℃以下、特に好ましくは３００℃以下である。
【００８１】
また、アニール処理の保持時間は、わずかでも圧縮化効果を得ることができるため、１秒以上とする。一方、アニール処理の保持時間は、１００時間を超えて行っても圧縮化効果が飽和してしまうため、上限を１００時間とする。
金属基板１５にアルミニウム材を用いる場合は、長時間ほどアルミニウムの軟化、クリープ現象が甚だしく、基材の変形を引き起こす虞があり、また、生産性の点からも、好ましくは、５０時間以下、さらに好ましくは１０時間以下、特に好ましくは１時間以下である。一方、アルミニウムとは異なる金属からなる基材１２の少なくとも片面にアルミニウム基材が設けられている金属基板１５を用いる場合は、長時間ほどアルミニウムと基材１２の界面に金属間化合物が形成され、甚だしい場合には界面の剥離にいたる虞があり、また、生産性の点からも、好ましくは１０時間以下、さらに好ましくは２時間以下、特に好ましくは３０分以下である。
【００８２】
なお、図２（ｃ）に示すように、基板１で金属基板１５ｂをＡｌ層１４単体で構成した場合、Ａｌ層１４の加熱温度が軟化温度を超えると、陽極酸化皮膜が基板１の伸び量を支配してしまい、金属基板１５が伸びなくなる。このため、圧縮化効果を得ることが困難になるとともに、一定の強度に維持することができなくなる。このことから、金属基板がＡｌ層単体である場合、アニール処理の加熱温度はＡｌ層１４の軟化温度以下とするのが良い。
【００８３】
本実施形態の基板１においては、室温時に陽極酸化皮膜の内部応力を圧縮状態とし、その歪みの大きさを０．００５〜０．２５％とすることによって、絶縁層１６の陽極酸化皮膜に圧縮歪みがかかっていることから、クラックの発生につながりにくく、耐クラック性が優れる。絶縁層付金属基板を得ることができる。
しかも、基板１は、絶縁層１６としてアルミニウムの陽極酸化皮膜を用いており、このアルミニウムの陽極酸化皮膜は、セラミックスであることから、高温でも化学変化を起こしづらく、クラックが発生しなければ信頼性の高い絶縁層１６として用いることができる。このため、基板１は、熱歪みに強く、耐熱性基板として用いることができる。
【００８４】
また、基板１において、絶縁層１６の陽極酸化皮膜を圧縮歪み状態にすることによって、ロールトゥロールプロセスでの一貫生産を経験してもクラックが発生にしにくく、耐曲げ歪み性を有する。
なお、室温で引張歪みが作用している場合には、一旦、割れ、クラックが生じてしまうと、その割れ、クラックを開くように引張力が作用するため、割れ、クラックが開いた状態となってしまう。これにより、基板１は絶縁性を保つことができなくなる。
【００８５】
基板１を用いた色素増感太陽電池を屋外に設置して、過酷な温度変化、外部からの衝撃、または経時変化によるＡｌ層１４、絶縁層１６の陽極酸化皮膜の欠陥の発生等があっても、絶縁性に対する長期の信頼性を得ることができる。
【００８６】
また、基板１を、例えば、５００℃以上の高温環境下に曝した場合、金属基板１５が引張方向Ｅ（図２（ａ）参照）に伸びて、絶縁層１６の陽極酸化皮膜と金属基板１５の熱膨張係数の差によって陽極酸化皮膜が受ける引張応力が低減されて、割れ、クラック等の不良が生じなくなる。これにより、耐熱温度の向上を図ることができる。このように、５００℃以上の高温環境下に曝されても、性能劣化のない基板１を得ることができる。このため、半導体微粒子のペーストを印刷した後のさらなる高温での焼成プロセスが可能となり、光電変換効率の高い色素増感太陽電池を作製することができる。
また、基板１を用いることにより、色素増感太陽電池の製造をロールトゥロールで行えるようになり、生産性を大きく向上させることができる。
【００８７】
また、基板１において、金属基板１５を、ステンレス鋼材の基材１２とＡｌ層１４との２層クラッド構造とした場合、陽極酸化処理はステンレス鋼材の基材１２を保護して処理することになり、絶縁層１６の陽極酸化皮膜は、Ａｌ層１４の表面１４ａにのみ形成され、金属基板１５の裏面はステンレス鋼材がむき出しとなる。しかし、大気雰囲気でアニール処理することによって、ステンレス鋼材のむき出しの面にＦｅ３Ｏ４が主体の鉄系酸化物膜が形成される。
【００８８】
また、基板１を用いた色素増感太陽電池を屋外に設置して、過酷な温度変化、外部からの衝撃を受けた場合であっても、絶縁層１６が圧縮応力状態であるので損傷を生じ難い。すなわち、色素増感太陽電池の使用状態における長期の信頼性を得ることができる。
【００８９】
＜第１電極＞
第１電極２は、金属（例えば、チタン、パラジウム、白金、鉄、ステンレス鋼、銀、銅、アルミ、ニッケル、亜鉛、モリブデン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、もしくはそれらの合金）、ならびに導電性ポリマー（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン）などを含むがこれらに限定されない。金属はニッケル、スズ等でメッキされていても良い。
第１電極２として好ましくは、チタン、パラジウム、白金、ステンレス鋼であり、更に好ましくはチタン、ステンレス鋼である。ステンレス鋼としては、例えば３１６ステンレス鋼、３３２ステンレス鋼などが好ましい。
第１電極２の厚みは１μｍ以上４００μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００９０】
＜半導体微粒子＞
本発明における半導体微粒子層は、例えば、半導体微粒子分散液を、前記基材１に、塗布し加熱して、多孔質半導体微粒子層を得ることができる。
半導体微粒子は、好ましくは金属のカルコゲニド（例えば酸化物、硫化物、セレン化物等）またはペロブスカイトの微粒子が用いられる。金属のカルコゲニドとしては、好ましくはチタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、もしくはタンタルの酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。ペロブスカイトとしては、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。これらのうち酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステンが特に好ましく、酸化チタン（チタニア）が最も好ましい。
【００９１】
半導体には伝導に関わるキャリアーが電子であるｎ型とキャリアーが正孔であるｐ型が存在するが、本発明の素子ではｎ型を用いることが光電変換効率の点で好ましい。ｎ型半導体には、不純物準位をもたず伝導帯電子と価電子帯正孔によるキャリアーの濃度が等しい固有半導体（あるいは真性半導体）の他に、不純物に由来する構造欠陥により電子キャリアー濃度の高いｎ型半導体が存在する。本発明で好ましく用いられるｎ型の無機半導体は、ＴｉＯ２、ＴｉＳｒＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｎＳｅ、ＫＴａＯ３、ＦｅＳ２、ＰｂＳ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２などである。これらのうち最も好ましいｎ型半導体はＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＷＯ３、ならびにＮｂ２Ｏ３である。また、これらの半導体の複数を複合させた半導体材料も好ましく用いられる。
【００９２】
半導体微粒子の粒径は、半導体微粒子分散液の粘度を高く保つ目的で、一次粒子の平均粒径が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、また一次粒子の平均粒径が２ｎｍ以上３０ｎｍ以下の超微粒子であることがより好ましい。粒径分布の異なる２種類以上の微粒子を混合してもよく、この場合小さい粒子の平均サイズは５ｎｍ以下であるのが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、上記の超微粒子に対して平均粒径が５０ｎｍを越える大きな粒子を、低含率で添加することもできる。この場合、大粒子の含率は、平均粒径が５０ｎｍ以下の粒子の質量の５０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましい。上記の目的で添加混合する大粒子の平均粒径は、１００ｎｍ以上が好ましく、２５０ｎｍ以上がより好ましい。
【００９３】
半導体微粒子の作製法としては、作花済夫の「ゾル・ゲル法の科学」，アグネ承風社（１９９８年）、技術情報協会の「ゾル・ゲル法による薄膜コーティング技術」（１９９５年）等に記載のゾル・ゲル法、杉本忠夫の「新合成法ゲル−ゾル法による単分散粒子の合成とサイズ形態制御」，第３５巻，第９号，１０１２〜１０１８頁（１９９６年）に記載のゾル・ゲル法が好ましい。またＤｅｇｕｓｓａ社が開発した塩化物を酸水素塩中で高温加水分解により酸化物を作製する方法も好ましい。半導体微粒子が酸化チタンの場合、上記ゾル・ゲル法、ゲル・ゾル法、塩化物の酸水素塩中での高温加水分解法はいずれも好ましいが、さらに清野学の「酸化チタン  物性と応用技術」，技報堂出版（１９９７年）に記載の硫酸法および塩素法を用いることもできる。さらにゾル・ゲル法として、バルべらのジャーナル・オブ・アメリカン・セラミック・ソサエティー，第８０巻，第１２号，３１５７〜３１７１頁（１９９７年）に記載の方法や、バーンサイドらのケミストリー・オブ・マテリアルズ，第１０巻，第９号，２４１９〜２４２５頁に記載の方法も好ましい。
【００９４】
この他に、半導体微粒子の製造方法として、例えば、チタニアナノ粒子の製造方法として好ましくは、四塩化チタンの火炎加水分解による方法（特表平０６−５１１１１３号公報）、四塩化チタンの燃焼法（特開２００３−３２７４３２号公報）、安定なカルコゲナイド錯体の加水分解（特開２００１−８５０７６号公報）、オルトチタン酸の加水分解（特開２００４−１６１５８９号公報、特開２００４−２３８２１３号公報）、可溶部と不溶部から半導体微粒子を形成後に可溶部を溶解除去する方法（特開２００２−２４６６２０号公報）、過酸化物水溶液の水熱合成（特開２００３−９２１５４号公報）、またはゾル・ゲル法によるコア／シェル構造の酸化チタン微粒子の製造方法（特開２００４−１０４０３号公報）が挙げられる。
【００９５】
チタニアの結晶構造としては、アナターゼ型、ブルッカイト型またはルチル型が挙げられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。好ましい例として、特開平１１−３３９８６７号公報、特開２００１−４３９０７号公報、特開２００１−４３９０７号公報に記載の例が挙げられる。また、好ましい酸化チタンの物性としては、欧州特許出願公開第１３３８５６３（Ａ２）号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１６１３８０号公報、米国特許第６０７５２０３号明細書、米国特許第６，４４４，１８９号明細書、米国特許第６，７２０，２０２号明細書、中国特許出願公開第１５４０７７２（Ａ）号明細書、特開２００１−２８３９４２号公報および特開２００１−２１２４５７号公報に記載の例などが挙げられる。
【００９６】
チタニアナノチューブ・ナノワイヤー・ナノロッドをチタニア微粒子に混合してもよい。好ましい例としては、特開２００３−１６８４９５号公報、特開２００３−２５１１９４号公報、特開２００４−１７５５８６号公報、特開２００４−１７５５８７号公報、特開２００４−１７５５８８号公報、特開２００４−３１１３５４号公報、特開２００４−３１１３５５号公報、特開２００４−３１９６６１号公報および特開２００５−１６２５８４号公報に記載の例が挙げられる。
【００９７】
チタニアは、非金属元素などによりドーピングされていても良い。好ましい例としては、特開２０００−２３５８７４号公報、特開２００３−２５２６２４号公報、特開２００２−２５６３７号公報、特開２００３−１８７８８１号公報、特開２００３−１８７８８２号公報、特開２００３−１７９２４４号公報、特開２００４−８７１４８号公報、特開２００４−１１９２７９号公報、特開２００５−９３９４４号公報、特開２００５−６４４９３号公報、特開２００３−２５７５０７号公報および特開２００３−３２３９２０号公報に記載の例などが挙げられる。チタニアへの添加剤としてド―パント以外に、ネッキングを改善するためのバインダーや逆電子移動防止の為に表面へ添加剤を用いても良い。好ましい添加剤の例としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ粒子（特開平１１−２８３６８２号公報、特開２００１−３４５１２５号公報）、ウイスカー（特開２００３−１６３０３７号公報）、繊維状グラファイト・カーボンナノチューブ（特開２００３−１６３０３７号公報）、酸化亜鉛ネッキング結合子（特開２００３−２７３３８１号公報）、セルロース等の繊維状物質（特開２００３−１２３８６１号公報）、金属（特開２０００−２８５９７５号公報、特開２００１−３５５５１号公報）、有機シリコン（特開２０００−２９４３０４号公報）、ドデシルベンゼンスルホン酸（特開２０００−２６０４９３号公報）、シラン化合物等の電荷移動結合分子（特開２０００−３２３１９２号公報、特開２００１−１０２１０３号公報）、及び電位傾斜型デンドリマー（特開２００４−２１３９０８号公報）などが挙げられる。
【００９８】
チタニア上の表面欠陥を除去するなどの目的で、色素吸着前にチタニアを酸塩基または酸化還元処理しても良い。酸塩基処理の例としては、例えば特開２０００−１０１１０６号公報、特開２００２−２９３５４１号公報、特開２００３−２９７４４１号公報、特開２００３−２９７４４２号公報、特開２００４−２３５２４０号公報などが挙げられる。また、特開平０８−８１２２２号公報、特開２０００−２８５９８０号公報、特開２００４−１５８２４３号公報および特開２００４−２４７１０４号公報等に記載のようにエッチング、酸化処理、過酸化水素処理、脱水素処理、ＵＶ−オゾン、酸素プラズマなどで処理してもよい。
【００９９】
半導体微粒子分散液を作製する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他に、半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法、微粒子に超音波などを照射して超微粒子に粉砕する方法、あるいはミルや乳鉢などを使って機械的に粉砕しすり潰す方法、等が挙げられる。分散溶媒としては、水および／または各種の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、シトロネロール、ターピネオールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、酢酸エチルなどのエステル類、ジクロロメタン、アセトニトリル等が挙げられる。
分散の際、必要に応じて例えばポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのようなポリマー、界面活性剤、酸またはキレート剤等を分散助剤として少量用いてもよい。
半導体微粒子分散液の粘度が高すぎると分散液が凝集してしまい製膜することができず、逆に半導体微粒子分散液の粘度が低すぎると液が流れてしまい製膜することができない。
従って、分散液の粘度は、２５℃で１０〜３００Ｎ・ｓ／ｍ２が好ましい。さらに好ましくは、２５℃で５０〜２００Ｎ・ｓ／ｍ２である。
【０１００】
半導体微粒子分散液の塗布方法としては、アプリケーション系の方法としてローラ法、ディップ法等を使用することができる。またメータリング系の方法としてエアーナイフ法、ブレード法等を使用することができる。またアプリケーション系の方法とメータリング系の方法を同一部分にできるものとして、特公昭５８−４５８９号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許第２，６８１，２９４号明細書、同第２，７６１，４１９号明細書、同第２，７６１，７９１号明細書等に記載のスライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法等が好ましい。また汎用機を使用してスピン法やスプレー法で塗布するのも好ましい。湿式印刷方法としては、凸版、オフセットおよびグラビアの３大印刷法をはじめ、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等が好ましい。これらの中から、液粘度やウェット厚さに応じて、好ましい製膜方法を選択する。また本発明の半導体微粒子分散液は粘度が高く、粘稠性を有するため、凝集力が強いことがあり、塗布時に支持体とうまく馴染まない場合がある。このような場合に、ＵＶオゾン処理で表面のクリーニングと親水化を行うことにより、塗布した半導体微粒子分散液と導電性支持体表面の結着力が増し、半導体微粒子分散液の塗布が行い易くなる。
半導体微粒子層全体の好ましい厚さは０．１〜１００μｍである。半導体微粒子層の厚さはさらに１〜３０μｍが好ましく、２〜２５μｍがより好ましい。半導体微粒子の第１電極１ｍ２当りの担持量は０．５ｇ〜４００ｇが好ましく、５〜１００ｇがより好ましい。
【０１０１】
塗布した半導体微粒子層に対し、半導体微粒子同士の電子的接触の強化と、第１電極との密着性の向上のため、また塗布した半導体微粒子分散液を乾燥させるために、加熱処理が施される。この加熱処理により多孔質半導体微粒子層を形成することができる。
加熱条件としては、１００〜６５０℃で０．１〜２０時間とすることが好ましい。さらに好ましくは、１５０〜６００℃で０．５〜１５時間である。
なお、高分子材料層と導電性層を積層して第１電極２とする場合には、加熱条件としては、１００〜５００℃で０．１〜２０時間とすることが好ましい。さらに好ましくは、１００〜４５０℃で０．２〜１５時間である。
【０１０２】
また、加熱処理に加えて光のエネルギーを用いることもできる。例えば、半導体微粒子として酸化チタンを用いた場合に、紫外光のような半導体微粒子が吸収する光を与えることで表面を活性化してもよいし、レーザ光などで半導体微粒子表面のみを活性化することができる。半導体微粒子に対して該微粒子が吸収する光を照射することで、粒子表面に吸着した不純物が粒子表面の活性化によって分解され、上記の目的のために好ましい状態とすることができる。半導体微粒子を光励起することによって、微粒子層内に混入した不純物を光分解により洗浄するとともに、微粒子の間の物理的接合を強めることができる。
【０１０３】
また、半導体微粒子分散液を前記の第１電極２に塗布し、加熱や光を照射する以外に他の処理を行ってもよい。好ましい方法として例えば、通電、化学的処理などが挙げられる。
塗布後に圧力をかけても良く、圧力をかける方法としては、特表２００３−５００８５７号公報、特開２００２−９３４７５号公報、特開２００３−２８２１６０号公報、及び特開２００４−２１４１２９号公報が挙げられる。光照射の例としては、特開２００１−３５７８９６号公報、特開平１１−２１９７３４号公報、特開２００４−３１４３１３号公報、特開２００５−１４２４４６号公報、特開２００１−２４７３１４号公報が挙げられる。プラズマ・マイクロ波・通電の例としては、特開２００２−３５３４５３号公報、特開２００３−３０８８９３号公報、特開２００４−２６５６６２号公報、特開２００４−３２７３６９号公報、特開２００４−３４２３１９号公報、特開２００５−１１６４１５号公報、特開２００５−１３９４９８号公報および特開２００４−２７３７７０号公報が挙げられる。化学的処理としては、例えば特開２００１−３５７８９６号公報、特開２００２−２８０３２７号公報、特開２００３−２８１９４７号公報、特表２００５−５２０３１４号公報、特開２００３−２９７４４２号公報が挙げられる。
【０１０４】
上述の半導体微粒子を第１電極２上に塗設する方法は、半導体微粒子分散液を第１電極２上に塗布する方法、特許第２６６４１９４号公報に記載の半導体微粒子の前駆体を第１電極２上に塗布し空気中の水分によって加水分解して半導体微粒子膜を得る方法などの（１）湿式法に含まれる。湿式法の製造方法としては、上述の方法のほかに、半導体微粒子の分散液を作成する方法としては乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられるが、好ましくは、特開平１１−１４４７７２号公報、特開２００５−１００７９２号公報、欧州特許出願公開第１３００８９７（Ａ１）号明細書、特開２００２−３２４５９１号公報、特開２００２−１４５６１５号公報、特開２００３−１７６１３０号公報および特開２００４−７９６１０号公報が挙げられる。
【０１０５】
（１）湿式法の塗布液の分散媒としては水または各種の有機溶媒（例えばメタノール、エタノール、ｔ−ブタノール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等）が挙げられるが、好ましくは、特表平０６−５１１１１３号公報、中国特許出願公開第１４４２９２号明細書、特開平１１−１１９１２号公報、特開２０００−２９４８１４号公報、特開２０００−３１９０１８号公報、特開２０００−３１９０１８号公報、特開２０００−３１９０１８号公報、特開２００２−１４５６１４号公報、特開２００２−７５４７７号公報、特開２００４−１９３３２１号公報、国際公開第０２／０６７３５７号、特開２００４−２０７２０５号公報、特開２００４−１１１３４８号公報、特開２００４−１８６１４４号公報、特開２００３−２８２１６２号公報、特開２００５−１４２０１１号公報、特開２００５−１７４６９５号公報、特開２００５−８５５００号公報、特開平１１−３４３１１８号公報、特開平１１−３５４１６９号公報、特開２０００−１０６２２２号公報、特開２００３−２４６６２１号公報、特開２００３−５１３４５号公報、特開２００４−１５８５５１号公報、特開２００１−３５８３４８号公報、特開２００３−２１７６９３号公報などが挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として少量であれば用いてもよい。
【０１０６】
半導体微粒子を第１電極２上に塗設する方法として、上述の（１）湿式法とともに、（２）乾式法、（３）その他の方法を併用しても良い。
【０１０７】
（２）乾式法として好ましくは、特開２０００−２３１９４３号公報、特開２００２−１７０６０２号公報、特開２００１−３４５１２４号公報、特開２００３−１９７２８０号公報、特開２００３−１２３８５４号公報、特開２００３−１２３８５２号公報、特開２００３−１２３８５３号公報、特開２００５−３９０１３号公報、特開２００４−３９２８６号公報、特開２００５−１０４７６０号公報が挙げられる。
【０１０８】
（３）その他の方法として、好ましくは、特開２００２−１３４４３５号公報、米国特許出願公開第２００４／０１２３８９６号明細書、特開２００４−３２７２６５号公報、特公表２００３−５００８５７号公報、特開２００５−８５４９１号公報、特開２００３−９８９７７号公報、特開２００２−２９９６６５号公報、特開２００３−２４３０５３号公報、特開２００４−２５３３３１号公報、特開平１１−３１０８９８号公報、特開２００３−２５７５０７号公報、特開２００３−３２３９２０号公報、米国特許出願公開第２００４／００８４０８０号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１２１０６８号明細書、特開２００４−３１９８７３号公報、特開平１０−１１２３３７号公報、特開平１１−６０９８号公報、特開２０００−１７８７９１号公報、特開２０００−１７８７９２号公報、特開２００４−１０３４２０号公報および特開２００３−３０１２８３号公報が挙げられる。
【０１０９】
半導体微粒子は多くの色素を吸着することができるように表面積の大きいものが好ましい。例えば半導体微粒子を第１電極２上に塗設した状態で、その表面積が投影面積に対して１０倍以上であることが好ましく、１００倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常５０００倍程度である。好ましい半導体微粒子の構造としては、特開２００１−９３５９１号公報、特開２００１−２５７０１２号公報、特開２００１−１９６１０６号公報、特開２００１−２７３９３６号公報および欧州特許出願公開第１２０７５７２（Ａ１）明細書が挙げられる。
【０１１０】
一般に、半導体微粒子の層の厚みが大きいほど単位面積当たりに担持できる色素の量が増えるため光の吸収効率が高くなるが、発生した電子の拡散距離が増すため電荷再結合によるロスも大きくなる。半導体微粒子層の好ましい厚みは素子の用途によって異なるが、典型的には０．１〜１００μｍである。光電気化学電池として用いる場合は１〜５０μｍであることが好ましく、３〜３０μｍであることがより好ましい。
【０１１１】
湿式法とは、半導体微粒子層またはその前駆体を湿式で塗布し、それを更に活性化する方法であり、例えば、特開平１０−２９００１８号公報に記載の半導体と導電性化合物の混合物を低温で加熱する方法、前駆体を用いる方法（前駆体として例えば、特開２００１−１１０４６２号公報に記載の（ＮＨ４）２ＴｉＦ６、特開２００１−２４７３１４号公報に記載の過酸化チタン、特開平１１−２１９７３４号公報に記載の金属アルコキシド・金属錯体・金属有機酸塩が挙げられる。）、特表２００５−５２０３１４号公報に記載の金属有機酸化物（アルコキシドなど）を共存させたスラリーを塗布し加熱処理、光処理などで半導体膜を形成する方法、特開２００３−２８１９８４７号公報に記載の無機系前駆体を共存させたスラリー、及び特開２００５−０５６６２７号公報に記載のスラリーのｐＨと分散させたチタニア粒子の性状を特定した方法が挙げられる。
【０１１２】
これらスラリーには、少量であればバインダーを添加しても良く、バインダーとしては、例えば、特開２００３−１０９６７８号公報または特開２００３−１２３８６１号公報記載のセルロース、特開２００３−２７２７２２号公報に記載のフッ素ポリマー、特開２００４−４７２６１号公報に記載の架橋ゴム、特表２００５−５１６３６５号公報に記載のポリブチルチタネートおよび特開２００５−１３５７９８号公報に記載のカルボキシメチルセルロースなどが挙げられる。
【０１１３】
半導体もしくはその前駆体層の形成に関する技術としては、特開２００３−３０８８９０号公報に記載のコロナ放電、プラズマ、ＵＶなどの物理的な方法で親水化する方法、アルカリ（特開２００４−１１９１２０号公報）やポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸（特開２００５−１６９２２８号公報）などによる化学処理、特開２００３−２９７４４３号公報に記載のポリアニリンなどの接合用中間膜の形成などが挙げられる。
【０１１４】
乾式法としては、蒸着やスパッタリング、エアロゾルデポジション法などが挙げられ、好ましくは、特開２００５−３９０１３号公報、特開２００４−０７４６０９号公報、特許第３２６５４８１号公報、特開２００３−１００３５９号公報および特開２００４−３９２８６号公報に記載の方法が挙げられる。
また、特開２００２−１００１４６号公報および特開２００４−３１１３５４号公報に記載の電気泳動法・電析法を用いても良い。
【０１１５】
また、耐熱基盤上でＤＳＣを一旦作成した後、第１電極２に転写する方法を用いても良い。好ましくは、特開２００２−１８４４７５号公報に記載のＥＶＡを介して転写する方法、特開２００３−９８９７７号公報に記載の紫外線、水系溶媒で除去可能な無機塩を含む犠牲基盤上に半導体層・導電層を形成後、有機基盤に転写後、犠牲基盤を除去する方法などが挙げられる。
【０１１６】
＜感光体＞
本発明の光電変換素子は、前記第１電極２上に、例えば、半導体微粒子分散液を塗布し加熱して得られた多孔質半導体微粒子層に、色素を吸着することにより、感光体（感光層とも称す）を得ることができる。感光体は目的に応じて設計され、単層構成でも多層構成でもよい。一層の感光体中の色素は一種類でも多種の混合でもよいが、そのうちの少なくとも１種は、後述の色素を用いる。本発明の方法により製造される光電変換素子の感光体には、この色素が吸着した半導体微粒子を含む。
【０１１７】
＜色素＞
本発明の光電変換素子に使用できる色素としては、特に制限はないが、有機色素、錯体色素が挙げられ、なかでも金属錯体色素が好ましい。好ましい金属錯体色素としては、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｚｎ金属元素を含む錯体色素が挙げられ、なかでもＲｕ、Ｏｓ金属元素を含む金属錯体色素が好ましく、特に、Ｒｕ金属元素を含む金属錯体色素が好ましい。
【０１１８】
色素としては、例えば、特許第３７３１７５２号、特公表２００２−５１２７２９号、特開２００１−５９０６２号、特開２００１−６７６０号、特許第３４３０２５４号、特開２００３−２１２８５１号、国際公開第２００７／９１５２５号、特開２００１−２９１５３４号、特開２０１２−１２５７０号、特願２０１２−２１１５８７号、特願２０１２−２３２４００号の各公報もしくは明細書などに開示のＲｕ錯体色素、特開平１１−２１４７３０号、特開２０１２−１４４６８８号、特開２０１２−８４５０３号等の各公報に記載のスクアリリウムシアニン色素、特開２００４−０６３２７４号、特開２００５−１２３０３３号、特開２００７−２８７６９４号、特開２００８−７１６４８号、特開２００７−２８７６９４号、国際公開第２００７／１１９５２５号の各公報もしくは明細書に記載の有機色素、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４９，１〜５（２０１０）などに記載のポルフィリン色素、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４６，８３５８（２００７）などに記載のフタロシアニン色素が挙げられる。
【０１１９】
半導体微粒子に色素を吸着させるには、溶液と色素よりなる色素吸着用色素溶液の中に、よく乾燥した半導体微粒子を長時間浸漬するのが好ましい。色素吸着用色素溶液に使用される溶液は、色素が溶解できる溶液なら特に制限なく使用することができる。例えば、エタノール、メタノール、イソプロパノール、トルエン、t-ブタノール、アセトニトリル、アセトン、ｎ−ブタノールなどを使用することができる。その中でも、エタノール、トルエンを好ましく使用することができる。
【０１２０】
溶液と色素よりなる色素吸着用色素溶液は必要に応じて５０〜１００℃に加熱してもよい。色素の吸着は半導体微粒子の塗布前に行っても塗布後に行ってもよい。また、半導体微粒子と色素を同時に塗布して吸着させてもよい。未吸着の色素は洗浄によって除去する。塗布膜の焼成を行う場合は色素の吸着は焼成後に行うことが好ましい。焼成後、塗布膜表面に水が吸着する前にすばやく色素を吸着させるのが特に好ましい。吸着する色素は１種類でもよいし、数種混合して用いてもよい。例えば、米国特許第４，９２７，７２１号、同第４，６８４，５３７号、同第５，０８４，３６５号、同第５，３５０，６４４号、同第５４６３０５７号、同第５５２５４４０号の各明細書および特開平７−２４９７９０号公報に記載の錯体色素を混合してもよい。光電変換の波長域をできるだけ広くするように、混合する色素が選ばれる。色素を混合する場合は、全ての色素が溶解するようにして、色素吸着用色素溶液とすることが必要である。
【０１２１】
色素の使用量は、全体で、支持体１ｍ２当たり０．０１〜１００ミリモルが好ましく、より好ましくは０．１〜５０ミリモル、特に好ましくは０．１〜１０ミリモルである。この場合、本発明の色素の使用量は５モル％以上とすることが好ましい。
また、色素の半導体微粒子に対する吸着量は半導体微粒子１ｇに対して０．００１〜１ミリモルが好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ミリモルである。
このような色素量とすることによって、半導体微粒子における増感効果が十分に得られる。これに対し、色素量が少ないと増感効果が不十分となり、色素量が多すぎると、半導体微粒子に付着していない色素が浮遊し増感効果を低減させる原因となる。
【０１２２】
また、会合など色素同士の相互作用を低減する目的で無色の化合物を共吸着させてもよい。共吸着させる疎水性化合物としてはカルボキシル基を有するステロイド化合物（例えばコール酸、ピバロイル酸）等が挙げられる。
色素を吸着した後に、アミン類を用いて半導体微粒子の表面を処理してもよい。好ましいアミン類としては４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられる。これらは液体の場合はそのまま用いてもよいし有機溶媒に溶解して用いてもよい。
【０１２３】
＜電荷移動体＞
以下に、電荷移動体について説明する。
電荷移動体４は、色素の酸化体に電子を補充する機能を有する層であり、受光電極７と対極電極９との間に設けられる。代表的な例としては、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体、酸化還元対を有機溶媒に溶解した液体をポリマーマトリクスに含浸したいわゆるゲル電解質、酸化還元対を含有する溶融塩などが挙げられる。
【０１２４】
酸化還元対としては、例えばヨウ素とヨウ化物（例えばヨウ化リチウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム等）との組み合わせ、アルキルビオローゲン（例えばメチルビオローゲンクロリド、ヘキシルビオローゲンブロミド、ベンジルビオローゲンテトラフルオロボレート）とその還元体との組み合わせ、ポリヒドロキシベンゼン類（例えばハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等）とその酸化体との組み合わせ、２価と３価の鉄錯体（例えば赤血塩と黄血塩）の組み合わせ等が挙げられる。これらのうちヨウ素とヨウ化物との組み合わせが好ましい。これらを溶かす有機溶媒としては、非プロトン性の極性溶媒（例えばアセトニトリル、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、１，３−ジメチルイミダゾリノン、３−メチルオキサゾリジノン等）、特開２００２−１１０２６２号公報に記載の含水電解液、特開２０００−３６３３２号公報、特開２０００−２４３１３４号公報および再公表ＷＯ／００−５４３６１号公報に記載の電解質溶媒などが挙げられるが、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトンが好ましい。
【０１２５】
電解質への添加物として、前述の４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンのほか、特開２００３−３３１９８６号公報に記載のピリジンおよびピリジン系化合物、特開２００４−４７２２９号公報、特開２００４−１７１８２１号公報などに記載のアミノピリジン系化合物、特開２００４−２７３２７２号公報に記載のベンズイミダゾール系化合物、特開２００５−３８７１１号公報に記載のアミノトリアゾール系化合物及びアミノチアゾール系化合物、特開２００５−１０８６６３号公報に記載のイミダゾール系化合物、キノリン系化合物（特開２００５−１３５７８２号公報）、アミノトリアジン系化合物（特開２００５−１８３１６６号公報）、尿素誘導体（特開２００３−１６８４９３号公報）、アミド化合物（特開２００４−１０３４０４号公報）、ピリミジン系化合物（特開２００４−２４７１５８号公報）、および窒素を含まない複素環（特開２００５−１６６６１２号公報、特開２００５−１６６６１３号公報、および特開２００５−１６６１５号公報）が挙げられる。
【０１２６】
また、効率を向上するために、電解液の水分を制御する方法をとっても良い。水分を制御する好ましい方法としては、濃度を制御する方法（特開２０００−３２３１８９号公報、特開２００１−７６７７４号公報）、脱水剤を共存させる方法（特開２００２−２３７３３５号公報、特開２００２−２３７３３５号公報）などが挙げられる。
【０１２７】
特開２００４−２３５０１１号公報に記載のごとくヨウ素の毒性軽減のために、ヨウ素とシクロデキストリンの包摂化合物を使用してもよく、特開２００３−２５７０９号公報記載のように逆に水分を常時補給する方法を用いても良い。特許第３４６２１１５号公報に記載のように環状アミジンを用いても良く、酸化防止剤（特開２００４−３９２９２号公報）、加水分解防止剤（特開２００４−１１１２７６号公報）、分解防止剤（特開２００４−１１１２７７号公報）、およびヨウ化亜鉛（特開２００４−１５２６１３号公報）を加えてもよい。
【０１２８】
電解質として溶融塩を用いても良く、好ましい溶融塩としては、イミダゾリウムまはトリアゾリウム型陽イオンを含むイオン性液体（特表平０９−５０７３３４号公報、特開平０８−２５９５４３号公報、特開２００３−０３１２７０号公報、特開２００５−１１２７３３号公報、特開２００５−１１６３６７号公報、特開２００５−１１２７３３号公報、特開２００３−６８３７４号公報、特開２００３−９２１５３号公報、特開２００４−２４１３７８号公報、特開２００５−８５５８７号公報、特開２００４−８７３８７号公報）、オキサゾリウム系（特開２０００−５３６６２号公報）、ピリジニウム系（特開２０００−５８８９１号公報、特開２００１−２３７０５号公報、特開２００１−１６７６３０号公報、特開２００１−２５６８２８号公報、特開２００１−２６６９６２号公報）、グアニジウム系（特開２００１−３５２５３号公報）、およびこれらの組み合わせ（特開２０００−９０９９１号公報、特開２００１−３５５５２号公報）が挙げられる。これらカチオン系に対して特定のアニオンと組み合わせても良く、例えば、特開２００２−７５４４２号公報、特開２００１−７５４４３号公報、特開２００２−１７０４２６号公報、特開２００２−２９８９１３号公報、特開２００２−３６７４２６号公報、特開２００３−０１７１４８号公報などが挙げられる。これらの溶融塩に対しては添加物を加えても良く、好ましい添加物としては、特開２００１−６７９３１号公報、特開２００１−１６０４２７号公報、特開２００２−２８９２６７号公報、特開２００２−２８９２６８号公報、特開２０００−９０９９１号公報、特開２０００−１００４８５号公報、特開２００１−２８３９４３号公報）などに記載のものなどが挙げられる。特開２００２−３１９３１４号公報又は特開２００２−３４３４４０号公報のごとく液晶性の置換基を持っていてもよい。また、特開２００５−１０４８４５号公報、特開２００５−１０４８４６号公報、特開２００５−１７９２５４号公報などに記載の四級アンモニウム塩系の溶融塩を用いても良い。
【０１２９】
これら以外の溶融塩としては、例えば特開２００５−１３９１００号公報、特開２００５−１４５９２７号公報に記載のもの、およびヨウ化リチウムと他の少なくとも１種類のリチウム塩（例えば酢酸リチウム、過塩素酸リチウム等）にポリエチレンオキシドを混合することにより、室温での流動性を付与したもの等が挙げられる。この場合のポリマーの添加量は１〜５０質量％である。また、γ−ブチロラクトンを電解液に含んでいてもよく、これによりヨウ化物イオンの拡散効率が高くなり変換効率が向上する。
【０１３０】
電解質と溶媒からなる電解液にゲル化剤を添加してゲル化させることにより、電解質を擬固体化しても良い。ゲル化剤としては、分子量１０００以下の有機化合物（特開平１１−１８５８３６号公報、特開２０００−３６６０８号公報、特開２０００−５８１４０号公報）、分子量５００−５０００の範囲のＳｉ含有化合物（特開２００３−２０３５２０号公報）、特定の酸性化合物と塩基性化合物から得られる有機塩（特開２００３−２０３５２０号公報）、ソルビトール誘導体（特開２００３−３４６９２８号公報）、ポリビニルピリジン（特開２００４−２２７９２０号公報、特開２００５−０９３３７０号公報）が挙げられる。
【０１３１】
また、マトリックス高分子、架橋型高分子化合物またはモノマー、架橋剤、電解質および溶媒を高分子中に閉じ込める方法を用いても良い。
マトリックス高分子として好ましくは、含窒素複素環を主鎖あるいは側鎖の繰り返し単位中に持つ高分子およびこれらを求電子性化合物と反応させた架橋体（特開平１１−１２６９１７号公報、特開２０００−８６７２４号公報など）、トリアジン構造を持つ高分子、ウレイド構造をもつ高分子（特開２０００−２５１５３２号公報）、液晶性化合物を含むもの（特開２０００−３１９２６０号公報、特開２００２−２４６０６６号公報）、エーテル結合を有する高分子（特開２０００−１５０００６号公報、特開２００２−６３８１３号公報、特開２００１−３３８７００号公報、特開２００２−７５４８０号公報）、ポリフッ化ビニリデン系（特開２００３−３０３６２８号公報）、メタクリレート・アクリレート系（特開２００１−２８２７６号公報、特開２００１−２１０３９０号公報）、熱硬化性樹脂（特開２００２−３６３４１４号公報、特開２００２−３０５０４１号公報）、架橋ポリシロキサン（特開２００２−２１６８６１号公報）、ＰＶＡ（特開２００２−１７５８４１号公報）、ポリアルキレングリールとデキストリンなどの包摂化合物（特開２００４−３２７２７１号公報）、含酸素または含硫黄高分子（特開２００５−１０８８４５号公報）を添加した系、天然高分子（特開２００５−７１６８８号公報）などが挙げられる。これらにアルカリ膨潤型高分子（特開２００２−１７５４８２号公報）、一つの高分子内にカチオン部位とヨウ素との電荷移動錯体を形成できる化合物を持った高分子（特開２００５−６３７９１号公報）などを添加しても良い。
【０１３２】
マトリックスポリマーとして２官能以上のイソシアネートを一方の成分として、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基などの官能基と反応させた架橋ポリマーを含む系を用いても良い。例えば、特開２０００−２２８２３４号公報、特開２００２−１８４４７８号公報、特開２００２−２８９２７１号公報および特開２００３−３０３６３０号公報）が挙げられる。また、ヒドロシリル基と二重結合性化合物による架橋高分子（特開２００３−５９５４８号公報）、ポリスルホン酸またはポリカルボン酸などを２価以上の金属イオン化合物と反応させる架橋方法（特開２００３−８６２５８号公報）などを用いても良い。
【０１３３】
上記擬固体の電解質との組み合わせで好ましく用いることができる溶媒としては、特定のリン酸エステル（特開２０００−１００４８６号公報、特開２００３−１６８３３号公報）、エチレンカーボネートを含む混合溶媒（特開２００４−８７２０２号公報）、特定の比誘電率を持つ溶媒（特開２００４−３３５３６６号公報）、及び特開２００３−１６８３３号公報及び特開２００３−２６４０１１号公報に記載の溶媒などが挙げられる。
【０１３４】
固体電解質膜あるいは細孔に液体電解質溶液を保持させても良く、その方法として好ましくは、導電性高分子膜（特開平１１−３３９８６６号公報）、繊維状固体（特開２０００−３５７５４４号公報）、フィルタなどの布上固体（特開２００１−３４５１２５号公報）が挙げられる。特開２００３−１５７９１４号公報に記載のゲル電解質と導電性樹脂対極の特定の組み合わせを用いても良い。
【０１３５】
以上の液体電解質及び擬固体電解質の代わりにｐ型半導体あるいは正孔輸送材料などの固体電荷輸送系を用いても良い。Ｐ型半導体として好ましくは、ＣｕＩ（特開２００１−１５６３１４号公報、特開２００１−１８５７４３号公報、特開２００１−１８５７４３号公報、特開２００１−２３０４３４号公報、特開２００３−２７３３８１号公報、特開２００３−２３４４８５号公報、特開２００３−２４３６８１号公報、特開２００３−２３４４８６号公報）、ＣｕＳＣＮおよびｐ−ＳｂＡｌ（特開２００３−２５８２８４号公報）が挙げられる。これら正孔輸送材料の製造方法として好ましくは、特開２００３−３３１９３８号公報、特開２００１−１６８３５９号公報、特開２００１−１９６６１２号公報、特開２００１−２５７３７０号公報、特開２００２−２４６６２３号公報、特開２００２−２４６６２４号公報および特開２００３−２８９１５１号公報が挙げられる。
【０１３６】
本発明の色素を吸着させた半導体微粒子の感光層に隣接して、正孔輸送体が設けられた積層体を用いることにより、光電変換効率が高い色素増感太陽電池を得ることができる。正孔輸送体としては特に制限されないが、有機正孔輸送材を使用することができる。正孔輸送体として好ましくは、ポリチオフェン（特開２０００−１０６２２３号公報、特開２００３−３６４３０４号公報）、ポリアニリン（特開２００３−２６４３０４号公報）、ポリピロール（特開２０００−１０６２２４号公報、特開２００３−２６４３０４号公報）およびポリシラン（特開２００１−５３５５５号公報、特開２００１−２０３３７７号公報）などの導電性高分子および２個の環がＣ、Ｓｉなど四面体構造をとる中心元素を共有するスピロ化合物（特表平１１−５１３５２２号公報、特表２００１−５２５１０８号公報）、トリアリールアミンなどの芳香族アミン誘導体（特開平１１−１４４７７３号公報、特開平１１−３３９８６８号公報、特開２００３−１２３８５６号公報、特開２００３−１９７９４２号公報、特開２００４−３５６２８１号公報）、トリフェニレン誘導体（特開平１１−１７６４８９号公報）、含窒素複素環誘導体（特開２００１−８５０７７号公報、特開２００１−８５７１３号公報）、液晶性シアノ誘導体（特許第３５０５３８１号公報）が挙げられる。
【０１３７】
酸化還元対は、電子のキャリアになるので、ある程度の濃度が必要である。好ましい濃度としては合計で０．０１モル／ｌ以上であり、より好ましくは０．１モル／ｌであり、特に好ましくは０．３モル／ｌ以上である。この場合の上限には特に制限はないが、通常５モル／ｌ程度である。
【０１３８】
＜対向電極基板＞
対向電極基板９は第２電極５および透明基板６からなる。
透明基板６はガラスもしくはプラスチック基板が好ましい。透明基板６は実質的に透明であることが好ましい。実質的に透明であるとは光の透過率が１０％以上であることを意味し、５０％以上であることが好ましく、８０％以上が特に好ましい。透明基板６上には、表面に光マネージメント機能を施してもよく、例えば、特開２００３―１２３８５９号公報に記載の高屈折膜および低屈性率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜、特開２００２―２６０７４６号公報に記載のライトガイド機能が挙げられる。
【０１３９】
使用することが可能なプラスチックとしては、テトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、環状ポリオレフィン、ブロム化フェノキシ等を例示することができる。
【０１４０】
第２電極５は、導電性の金属酸化物をスパッタしたもの、またはメッシュ電極であることが好ましい。金属酸化物としてはスズ酸化物が好ましく、インジウム-スズ酸化物、フッ素ドープド酸化物が特に好ましい。このときの導電性の金属酸化物の量は、ガラスもしくはプラスチック基板１ｍ２当たりの０．１〜１００ｇが好ましい。金属酸化物の厚さは０．０１〜３０μｍであることが好ましく、０．０３〜２５μｍであることが更に好ましく、特に好ましくは０．０５〜２０μｍである。
【０１４１】
メッシュ電極は導電性メッシュ材料からなる。好ましいメッシュ材料としては、金属（ステンレス、チタン、パラジウム、白金、銅、銀、アルミニウム、ニッケルおよびそれらの合金など）および導電性ポリマー（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン）を含む。メッシュ電極０．１μｍ〜５００μｍの範囲の平均直径で、約４０％〜９５％の範囲の開口面積を有する。
【０１４２】
対向電極基板９上には、紫外光を遮断する機能を持たせることが好ましい。例えば、特開２００１−１８５２４２号公報に記載の紫外光を可視光に変えることができる蛍光材料を前記透明基板６であるプラスチック基板の内部または表面に存在させる方法が挙げられる。また、別の好ましい方法して、紫外線吸収剤を用いる方法も挙げられる。好ましい態様として例えば、特開平１１−３４５９９１号公報、特開２００２−２５６３４号公報、特開２００３−２１７６９号公報、特開２００４−２２７８４３号公報、特開２００４−３４９１２９号公報、特開２００２−１３４１７８号公報および特開２００３−１００３５８号公報に開示のものが挙げられる。
対向電極基板９上には、特開平１１−２５０９４４号公報、特開２００３−３０８８９２号公報および特開２００３−２８２１６３号公報に記載の機能を付与してもよい。
【０１４３】
導電膜の抵抗値はセル面積が大きくなると大きくなるため、集電電極を配置してもよい。好ましい集電電極の形状および材質としては、特開平１１−２６６０２８号公報、特開２００５−１０８４６７号公報、特開２００３−２０３６８１号公報、特開２００４−１４６４２５号公報、特開２００４−１２８２６７号公報、特開２００４−１６４９７０号公報、特開２００４−３２７２２６号公報、特開２００４−１６４９５０号公報、特開２００５−７８８５７号公報、特開２００５−１９７１７６号公報、特開２００４−１６４９５０号公報、特開２０００−２８５９７７号公報、特開２００２−３１４１０８号公報および特開２００３−１２３８５８号公報に記載のものが挙げられる。
【０１４４】
特開２０００−２８５９７４号公報に記載のように、透明基板６であるプラスチック基板と対向電極基板９の間にガスバリア膜および／またはイオン拡散防止膜を配置しても良い。ガスバリア層としては、樹脂膜（例えば、特開２０００−２８２１６３号公報、特開２００５−１４２０８６号公報）または、無機膜（特開２００５−１４２０８６号公報）のどちらでもよい。
【０１４５】
本発明は、特許第４２６０４９４号公報、特開２００４−１４６４２５号公報、特開２０００−３４０２６９号公報、特開２００２−２８９２７４号公報、特開２００４−１５２６１３号公報、特開平９−２７３５２号公報に記載の光電変換素子、色素増感太陽電池に適用することができる。また、特開２００４−１５２６１３号公報、特開２０００−９０９８９号公報、特開２００３−２１７６８８号公報、特開２００２−３６７６８６号公報、特開２００３−３２３８１８号公報、特開２００１−４３９０７号公報、特開２０００−３４０２６９号公報、特開２００５−８５５００号公報、特開２００４−２７３２７２号公報、特開２０００−３２３１９０号公報、特開２０００−２２８２３４号公報、特開２００１−２６６９６３号公報、特開２００１−１８５２４４号公報、特表２００１−５２５１０８号公報、特開２００１−２０３３７７号公報、特開２０００−１００４８３号公報、特開２００１−２１０３９０号公報、特開２００２−２８０５８７号公報、特開２００１−２７３９３７号公報、特開２０００−２８５９７７号公報、特開２００１−３２００６８号公報等に記載の光電変換素子、色素増感太陽電池に適用することができる。
【０１４６】
＜＜光電変換素子、色素増感太陽電池の製造方法＞＞
本発明の光電変換素子とそれを具備した色素増感太陽電池は、前述のようにして、少なくとも、アルミニウム層と、該アルミニウム層の少なくとも一方の表面を陽極酸化してなるポーラス構造を有する絶縁層１６とからなり、該絶縁層１６が室温で圧縮方向の歪みを有する基板を作製する。
【０１４７】
作製した基板１上に、第１電極２、色素が吸着された多孔質半導体微粒子層を有する感光体３、電荷移動体４、および対極９を含む各材料を設け、積層構造とすることで、光電変換素子１００とそれを具備した色素増感太陽電池を作製する。
【０１４８】
このとき、受光電極７は、色素、好ましくは金属錯体色素を含有する色素溶液を使用して色素吸着電極を製造することが好ましい。
このような色素溶液には、色素が溶媒に溶解されてなり、必要により共吸着剤や他の成分を含んでもよい。
【０１４９】
共吸着剤としては酸性基（好ましくは、カルボキシル基もしくはその塩の基）を１つ以上有する共吸着剤が好ましく、脂肪酸やステロイド骨格を有する化合物が挙げられる。脂肪酸は、飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でもよく、例えばブタン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ヘキサデカン酸、ドデカン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が挙げられる。
【０１５０】
ステロイド骨格を有する化合物として、コール酸、グリココール酸、ケノデオキシコール酸、ヒオコール酸、デオキシコール酸、リトコール酸、ウルソデオキシコール酸等が挙げられる。好ましくはコール酸、デオキシコール酸、ケノデオキシコール酸であり、さらに好ましくはケノデオキシコール酸である。
【０１５１】
色素溶液に使用する溶媒としては、特開２００１−２９１５３４号公報に記載の溶媒が挙げられるが特に限定されない。本発明においては有機溶媒が好ましく、さらにアルコール類、アミド類、ニトリル類、アルコール類、炭化水素類および、これらの２種以上の混合溶媒が好ましい。混用溶媒としては、アルコール類と、アミド類、ニトリル類、アルコール類又は炭化水素類から選択される溶媒との混合溶媒が好ましい。さらに好ましくはアルコール類とアミド類、アルコール類と炭化水素類の混合溶媒、特に好ましくはアルコール類とアミド類の混合溶媒である。具体的にはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドが好ましい。
【０１５２】
色素溶液は共吸着剤を含有することが好ましく、共吸着剤としては、ステロイド骨格を有する化合物が好ましい。
ここで、色素溶液は、光電変換素子や色素増感太陽電池を作製する際に、この溶液をこのまま使用できるように、金属錯体色素や共吸着剤が濃度調整されているものが好ましい。本発明においては、色素を０．００１〜０．１質量％含有することが好ましい。
【０１５３】
色素溶液は、水分含有量を調整することが特に好ましく、従って、本発明においては水の含有量（含有率）を０〜０．１質量％に調整することが重要である。
同様に、光電変換素子や色素増感太陽電池における電解液の水分含有量の調整も、本発明の効果を効果的に奏するために重要であり、このため、この電解液の水分含有量（含有率）を０〜０．１質量％に調整することが好ましい。この電解液の調整は、色素溶液で行なうのが特に好ましい。
【実施例】
【０１５４】
以下、本発明を実施例に基づき、更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１５５】
実施例１
下記の手順で光電変換素子を含む色素増感太陽電池を製作し、色素増感太陽電池の出力〔Ｐｍａｘ（ｍＷ）〕について評価した。
【０１５６】
〔基板の作製〕
（１）基板の作製
以下に示す２種類の金属基板１５に対して、下記表１に示す条件（電解液濃度と温度）で行い、一定電圧で定電圧電解することにより、金属基板の両面に陽極酸化処理を行い、絶縁層１６として陽極酸化皮膜を形成した。その後、下記表１に示すアニール条件（温度と時間）でアニール処理を行った。なお、アニール処理は、空気中で赤外線ランプにより行い、加熱昇温速度１℃／秒で、一定時間保持した。このように、陽極酸化皮膜にアニール処理を行うことにより、下記表１に示す本発明の基板Ｎｏ．１０１〜１１３および比較の基板Ｎｏ．ｃ０１〜ｃ０４の各基板１を作製した。
【０１５７】
金属基板［Ａ］：単材
厚み４０μｍの高純度Ａｌ（Ａｌ純度：４Ｎ）
金属基板［Ｂ］：クラッド材
高純度Ａｌ（Ａｌ純度：４Ｎ）／フェライト系ステンレス鋼（材質：ＳＵＳ４３０）／高純度Ａｌ（Ａｌ純度：４Ｎ）＝３０μｍ厚／６０μｍ厚／３０μｍ厚
【０１５８】
上記ののようにして作製した各基板１について、絶縁層１６を形成する陽極酸化皮膜の歪みの大きさ、ヤング率を測定し、内部応力を算出した。また、絶縁破壊試験を行い、絶縁破壊電圧を評価した。
【０１５９】
（歪み量）
歪みの大きさは、絶縁層１６を形成する陽極酸化皮膜の長さを計測し、その後、金属基板１５を溶解して取り除いた後の陽極酸化皮膜の長さを測定し、金属基板１５を取り除く前後の陽極酸化皮膜の長さに基づいて歪みの大きさを求めた。
【０１６０】
（ヤング率）
ヤング率は、フィッシャーインスツルメンツ社製  ＰＩＣＯＤＥＮＴＯＲ（登録商標） ＨＭ５００Ｈを用いて、陽極酸化膜表面から０．５μｍ、圧子を推し込むことにより測定した。
【０１６１】
（内部応力）
上記で得られた歪みの大きさとヤング率を用いて、内部応力（＝歪み量×ヤング率）を求めた。
【０１６２】
（絶縁破壊電圧）
基板１の絶縁性については、ロールツーロールハンドリング耐性を含めて評価するため、アニール後の各試料を、予め曲率半径８０ｍｍの治具に、絶縁破壊試験を行う面が凸面となるように沿わせ、直交する２方向で、各々１０回ずつ曲げ歪を加えた後に絶縁試験を行った。
上記の曲げ試験を行った後に、各基板１について、それぞれ５ｃｍ×５ｃｍの大きさに試験片を切り出し、各試験片に直径が３ｃｍの上部金電極を形成した。
各試験片に、上部金電極を形成した後、上部電極とアルミ基板の間に電圧を印加し、１０Ｖ刻みで徐々に印加電圧を上昇させた。絶縁破壊が起こった電圧を絶縁破壊電圧とした。
なお、印加電圧が１０００Ｖの段階でも絶縁破壊を起こさなかった基板１は、絶縁破壊電圧の欄に１０００Ｖ以上と記載した。
【０１６３】
得られた結果をまとめて表１に示す。
曲げ試験を行った後に、絶縁破壊試験を行っており、本発明の基板はいずれも絶縁性が優れているが、比較の基板はいずれも絶縁性を失っている。これは、本発明の基板例は圧縮応力が働いて、曲げ試験後もクラックが入らないが、比較の基板は曲げ試験によってクラックが発生したものと推定される。圧縮応力があることで、曲げてもクラックが入りにくく、フレキシブルな基板となり、ロールツーロールハンドリングが可能となる。
【０１６４】
【表１】
2014164846.tif 000003
【０１６５】
〔光電変換素子の作製〕
以下に示す手順により、光電変換素子を作成した。
【０１６６】
（ペーストの調製）
（ペーストＡ）球形のＴｉＯ２粒子（アナターゼ、平均粒径；２５ｎｍ、以下、球形ＴｉＯ２粒子Ａという）とを硝酸溶液に入れて撹拌することによりチタニアスラリーを調製した。次に、チタニアスラリーに増粘剤としてセルロース系バインダーを加え、混練してペーストを調製した。
（ペースト１）球形ＴｉＯ２粒子Ａと、球形のＴｉＯ２粒子（アナターゼ、平均粒径；２００ｎｍ、以下、球形ＴｉＯ２粒子Ｂという）とを硝酸溶液に入れて撹拌することによりチタニアスラリーを調製した。次に、チタニアスラリーに増粘剤としてセルロース系バインダーを加え、混練してペースト（ＴｉＯ２粒子Ａの質量：ＴｉＯ２粒子Ｂの質量＝３０：７０）を調製した。
（ペースト２）ペーストＡに、棒状ＴｉＯ２粒子（アナターゼ、直径；１００ｎｍ、アスペクト比；５、以下、棒状ＴｉＯ２粒子Ｃという）を混合し、棒状ＴｉＯ２粒子Ｃの質量：ペーストＡの質量＝３０：７０のペーストを調製した。
【０１６７】
（半導体電極の作製）
前述の方法で作製した本発明の基板Ｎｏ．１０１〜１１３および比較の基板Ｎｏ．ｃ０１〜ｃ０４に対して、ロールツーロールハンドリング耐性を含めて評価するため、前述の曲げ試験を行った後に、第１電極としてチタン電極を付与し、そして、このチタン電極上に、上述のペースト１をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その後、空気中、４５０℃の条件のもとで焼成した。更に、ペースト２を用いてこのスクリーン印刷と焼成とを繰り返すことにより、第１電極上に半導体電極（受光面の面積；１０ｍｍ×１０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層厚；６μｍ、光散乱層の層厚；４μｍ、光散乱層に含有される棒状ＴｉＯ２粒子Ｃの含有率；３０質量％）を形成し、色素を含有していない光電極を作製した。
【０１６８】
（比較半導体電極の作製）
基板［Ａ］、［Ｂ］とチタン電極の代わりにＩＴＯをスパッタしたＰＥＮ（ポリエチレンテレフタレート）を用いて、この上に上述のペースト１をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その後、空気中、１５０℃の条件のもとで焼成した。なお、１５０℃よりも高い温度で焼成したものは基盤に変形を生じ、セルの作製に用いることができなかった。更に、ペースト２を用いてこのスクリーン印刷と焼成とを繰り返すことにより、第１電極上に半導体電極（受光面の面積；１０ｍｍ×１０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層厚；６μｍ、光散乱層の層厚；４μｍ、光散乱層に含有される棒状ＴｉＯ２粒子Ｃの含有率；３０質量％）を形成し、色素を含有していない光電極を作製した。
これらの半導体電極を用いて以下の手順に従って作製したセルを比較セルＲとした。
【０１６９】
（色素吸着）
次に、半導体電極（色素吸着電極の前駆体）に下記色素Ｒ−１を以下のようにして吸着させた。先ず、マグネシウムエトキシドで脱水した無水ブタノールとジメチルホルムアミドの１：１（体積比）の混合物を溶媒として、下記表１に記載の金属錯体色素を３×１０−４モル／Ｌとなるように溶解し、さらに共吸着剤として、ケノデオキシコール酸とコール酸の等モル混合物を金属錯体色素１モルに対して２０モル加え、各色素溶液を調製した。次に、この溶液に半導体電極を４０℃で１０時間浸漬し、引き上げ後５０℃で乾燥させることにより、半導体電極に色素が約２×１０−７ｍｏｌ／ｃｍ２吸着した光電極４０をそれぞれ完成させた。
【０１７０】
【化１】
2014164846.tif 000004
【０１７１】
（光電変換素子の組み立て）
次に、対極として上記の光電極と同様の形状と大きさを有する塩化白金酸で処理したＩＴＯをスパッタしたＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）シート、電解液として、ヨウ素０．１Ｍ、ヨウ化リチウム０．０５Ｍ、４−ｔ−ブチルピリジン０．２５Ｍを含むヨウ素系レドックスプロピオニトリル溶液を調製した。更に、半導体電極の大きさに合わせた形状を有するデュポン社製のスペーサーＳ（商品名：「サーリン」）を準備し、光電極４０と対極ＣＥを、スペーサーＳを介して対向、熱圧着させ、内部に上記の電解質を充填して各光電変換素子（電池Ｎｏ．１０１〜１１３、ｃ０１〜ｃ０４）をそれぞれ完成させた。これらの光電変換素子の色素増感太陽電池の性能を下記のようにして評価した。
【０１７２】
（評価実験１）
電池特性試験を行い、上記色素増感太陽電池の短絡電流密度（Ｊｓｃ  単位ｍＡ／ｃｍ２）、開放電圧（Ｖｏｃ  単位ｖ）、フィルファクター（ＦＦ）を求め、電池出力を入射エネルギーで除することにより光電変換効率〔η（％）〕を測定した。電池特性試験は、ソーラーシミュレーター（ペクセル・テクノロジーズ株式会社製ＰＥＣ−Ｌ１２）を用いた。特性評価はペクセル・テクノロジーズ株式会社製Ｉ−Ｖ特性計測装置（ＰＥＣＫ２４００−Ｎ）を用いた。評価は同一条件に付き、５個のセルを作製し、光電変換効率評価結果はこれらの平均値として示した。また、バラツキは標準偏差によって評価した。得られた結果を下記の評価基準で評価した。
【０１７３】
初期変換効率評価基準
Ａ：光電変換効率が比較セルＲに対し１．３倍以上のもの
Ｂ：１．１倍以上１．３倍未満のもの
Ｃ：１．１倍未満のもの
なお、下記表２には初期性能として示す。
【０１７４】
初期効率バラツキ評価基準
Ａ：０．０７未満 のもの
Ｂ：０．０７以上０．１５未満のもの
Ｃ：０．１５以上のもの
なお、下記表２には性能のバラツキとして示す。
【０１７５】
（評価実験２）
ナガセケムテック製レジンＸＮＲ−５５１６を用いて作製した光電変換素子の色素増感太陽電池の外周および電解液注入口を封止し、硬化した。この色素増感太陽電池を、６５℃の環境下に２００時間放置する前後の光電変換効率を測定し、その比を劣化率とした。評価は同一条件に付き、５個のセルを作成し、劣化率の評価結果はこれらの平均値として示した。また、バラツキは標準偏差によって評価した。得られた結果を下記の評価基準で評価した。
【０１７６】
劣化率評価基準
Ａ：劣化率がマイナスのもの（良化したもの）
Ｂ：１００〜９０％のもの
Ｃ：９０％未満のもの
なお、表２には熱耐久性として示す。
【０１７７】
劣化率バラツキ評価基準
Ａ：２％未満のもの
Ｂ：２％以上５％未満のもの
Ｃ：５％以上のもの
なお、表２には熱耐久性のバラツキとして示す。
【０１７８】
各々の色素増感太陽電池に対して得られた結果をまとめて下記表２に示す。
【０１７９】
【表２】
2014164846.tif 000005
【０１８０】
上記表２から明らかなように、本発明の光電変換素子の色素増感太陽電池はいずれも、光電変換効率が優れ（初期の光電変換効率）、しかも耐久性が高く、特にそれらのバラツキが小さいことがわかる。
これは、曲げ試験を経た基板に、色素増感太陽電池素子を作製したところ、絶縁性が優れた本発明の基板は、クラックがないと思われるために性能が良く、バラツキも殆どないが、絶縁性がなく、クラックが生じていると思われる比較例の基板は、性能のバラツキが大きいと推定される。
【符号の説明】
【０１８１】
１  基板
２  第１電極
３  感光体
４  電荷移動体
５  第２電極
６  透明基板
７  受光電極
８  外部回路
１２  基材（金属基材）
１４  アルミニウム基材（Ａｌ基材）
１５  金属基板
１６  絶縁層
１００  光電変換素子
【図１】
2014164846.tif 000006
【図２】
2014164846.tif 000007
【図３】
2014164846.tif 000008
【図４】
2014164846.tif 000009
【図５】
2014164846.tif 000010
【図６】
2014164846.tif 000011