(57)【要約】【課題】色素増感型太陽電池において電解液に曝される基板に安価に耐食性を付与する手段を提供すること。【解決手段】厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる基板上に、３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設ける工程を含む、色素増感型太陽電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる基板上に、３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設ける工程を含む、色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる、その上に３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設けるための、色素増感型太陽電池用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池に用いる基板、および色素増感型太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー源として化石燃料を使うことで環境破壊に繋がることが認識され、環境意識の向上に伴ってクリーンなエネルギーとして、太陽エネルギー、風力、水力、地熱などのいわゆる再生可能エネルギーが注目を集めている。中でも太陽エネルギーを利用した太陽光発電が特に注目されており、シリコン型太陽電池の低コスト化に伴って急速に普及している。最近では、より低コストで製造可能な非シリコン型太陽電池も開発されている。色素増感型太陽電池はその代表例であり、次世代の太陽電池として期待されている。
【０００３】
色素増感型太陽電池では、電解液にヨウ素などのハロゲン元素を含む溶液を利用している。そのため、電解液に曝される電極基板、特に光透過性電極に対向して設けられる金属製の対向電極基板が非常に腐食しやすいという問題がある。従って、色素増感型太陽電池の長期信頼性の向上には、電極基板の高耐食化が必要不可欠である。この問題に対し、例えば電極基板の材料として耐食性に優れるチタンを利用することも考えられるが、チタンは高価であるため、実用化のためには製造コストを抑える必要があることを考えると、好ましい材料とはいえない。安価な導電性金属としてはアルミニウムやステンレスが挙げられるが、耐食性に乏しいため、そのままでは電極基板として用いることはできない。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１では、アルミニウムやステンレスなどの金属にチタン、クロム、ニッケルなどから選択される金属による耐腐食性導電層を設けたものを対向電極基板とすることが提案されている。特許文献２〜４においても、同様にアルミニウムやステンレスなどに異種材料からなる腐食防止層を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２９２９１号
【特許文献２】特開２０１１−１０８６６０号
【特許文献３】特開２０１１−１９２４０７号
【特許文献４】特開２００８−５３０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
アルミニウムやステンレスなどに耐食性の高い金属を用いて腐食防止層を設ける場合、十分な耐食性を得るためには腐食防止層に十分な厚みをもたせる必要がある。しかし、耐食性の高い金属は概して高価であるため、コストを下げるためには、そのような腐食防止層はなるべく薄くすることが好ましい。本発明は、色素増感型太陽電池において電解液に曝される基板に安価に耐食性を付与する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上述したような問題を検討した結果、鋼板に無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた基板は、めっき層が比較的薄くても、色素増感型太陽電池の製造過程で熱を加えられることにより十分な耐食性を有するようになることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる基板上に、３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設ける工程を含む、色素増感型太陽電池の製造方法。
（２）厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる、その上に３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設けるための、色素増感型太陽電池用基板。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の基板は、色素増感型太陽電池を製造する過程で熱処理を受けることにより、ヨウ素などのハロゲン元素を含む腐食性の電解液に対して十分な耐食性を有するようになる。本発明によれば、色素増感型太陽電池に組み込んだ際に十分な耐食性を発揮する基板を比較的安価に製造することができる。また、そのような本発明の基板を用いることにより、色素増感型太陽電池の長期信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の基板を用いて製造した色素増感型太陽電池の構成の一例を模式的に表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の色素増感型太陽電池基板は、鋼板である基材に無電解Ｎｉ−Ｐめっき層が設けられていることを特徴とする。本明細書において、鋼板とは、炭素（Ｃ）０．１２％以下、マンガン（Ｍｎ）０．６０％以下、リン（Ｐ）０．０４％以下、硫黄（Ｓ）０．０４％以下、残部（その他不純物を含む）が鉄（Ｆｅ）の組成を有する鋼材からなる板を意味する。
【００１２】
基材の厚みは特に限定されないが、色素増感型太陽電池がフレキシブル性を有するようにする場合には、２５μｍ〜１５０μｍ、特に５０μｍ〜１００μｍの厚さとすることが好ましい。
【００１３】
基材に施す無電解Ｎｉ−Ｐめっきの方法は特に限定されず、当業者に知られた一般的な方法を利用することができる。無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、水溶性ニッケル塩、有機酸塩やアンモニウム塩などのニッケルの錯化剤を含有し、次亜リン酸又は次亜リン酸ナトリウムなどの次亜リン酸塩を還元剤として用いた公知のめっき浴、および公知のめっき条件を採用して行うことができる。
【００１４】
無電解Ｎｉ−Ｐめっきは、めっき液中の化学反応により発生したガスの気泡などに起因するピンホールやピットなどの欠陥が比較的少なく、ある程度の厚みでめっきを施すことで耐食性に優れためっき層を形成することができる。しかし、あまりにめっき層の厚みが薄すぎると、後に述べる熱処理によってもその欠陥を修復することが難しくなり、基材が腐食性の電解液と接触して、孔食腐食を招いてしまう。無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚みは２μｍ以上、特に３μｍ以上、とりわけ４μｍ以上とすることが好ましい。なお、本明細書におけるめっき層の厚みは蛍光Ｘ線（Ｒｉｇａｋｕ・ＺＳＸ１０００ｅ）によって測定したものである。また、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層のＰ濃度は５〜１５ｗｔ％、特に１０〜１４ｗｔ％とするのが好ましい。無電解Ｎｉ−Ｐめっき層におけるＰ濃度を調整する方法は当業者に知られている。
【００１５】
また、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚みは、厚くすることで耐食性は増すが、めっきに要する時間が長くなることで生産性の低下を招き、さらにコスト高の要因ともなるため好ましくない。無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚みは１０μｍ以下とし、特に８μｍ以下、とりわけ６μｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
無電解Ｎｉ−Ｐめっき層は、熱処理を行うことで、２〜１０μｍ程度の厚みであっても十分な耐食性を有するようにすることができる。これは、熱処理によりめっき層の再結晶化が促され、孔食の原因となる欠陥が無くなること、および熱処理により基材とめっき層の間に合金層が形成されることによるものと考えられる。熱処理は３００℃以上、特に４００℃以上、とりわけ５００℃以上の温度で行うことが好ましい。
【００１７】
図１は本発明の基板を用いて製造した色素増感型太陽電池の構成の一例を模式的に表した図である。光が入射する面には透明電極が設けられた透明基板が配置され、透明電極には多孔質ＴｉＯ２層が設けられている。一方、反対側には基材表面に耐食層が設けられて構成される耐食性基板（本発明の基板）が配置され、耐食性基板にはカーボンなどからなる導電性触媒層が設けられている。そして透明基板と耐食性基板の間には、ヨウ素などのハロゲン元素を含む溶液である電解液が保持されている。
【００１８】
このような色素増感型太陽電池の製造時、導電性触媒層は耐食性基板上に３００℃以上の温度で焼結することにより設けられる。本発明の基板は、その際の熱により無電解Ｎｉ−Ｐめっき層が熱処理され、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚さが１０μｍ以下であっても十分な耐食性を有するようになることを意図したものである。従って、本発明は別の側面において、厚さが１０μｍ以下の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板からなる基板に、３００℃以上の温度での熱処理を経て導電性触媒層を設ける工程を含む、色素増感型太陽電池の製造方法に関する。このような、導電性触媒層の焼結を兼ねて行われる基板の無電解Ｎｉ−Ｐめっき層の熱処理は、耐食性を十分なものとする目的で、３０分以上、特に４０分以上、とりわけ５０分以上かけて行われることが好ましい。
【００１９】
本発明の基板は、図１に示した構造からもわかるように、導電性触媒層を透過した腐食性の電解液と直接接触することになるが、基板表面に、導電性触媒層を焼結する際に熱処理された無電解Ｎｉ−Ｐめっき層からなる耐食層を有するため、腐食性の電解液に対して耐食性を有し、長期間太陽電池を使用しても基板に孔食などが発生することがない。本発明の基板を用いることにより、色素増感型太陽電池の長期信頼性の向上を図ることができる。また、本発明の耐食性基板は比較的安価に製造することができ、色素増感型太陽電池の製造コストの削減に寄与する。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２１】
１．試料の作製
（実施例１〜２）
厚さ５０μｍの鋼板に無電解Ｎｉ−Ｐめっき（Ｐ濃度：１２％）を厚さ２．５μｍまたは４μｍとなるように施した。次いで、得られた基板を大気雰囲気下、５００℃で６０分間熱処理した。
【００２２】
（比較例１）
無電解Ｎｉ−Ｐめっきの代わりに電解Ｎｉめっき（スルファミン酸浴）を厚さ２μｍとなるように施した以外は実施例１および２と同様にした。
【００２３】
（比較例２〜３）
対照として市販の鋼板（厚さ３０μｍのＳＵＳ３０４または厚さ１００μｍのＳＵＳ３１６Ｌ）を用いた。比較例２については、大気雰囲気下、５００℃で６０分間熱処理した。比較例３については一切熱処理を行わなかった。
【００２４】
２．腐食試験
腐食液として、色素増感型太陽電池の電解液を想定して、３−メトキシプロピオニトリルを溶媒とする０．０５ｍｏｌ／Ｌヨウ素溶液を用意した。腐食液を３０ｍＬ入れたガラス容器にシリコンで端面および裏面を被覆した試料片を入れた。該容器を５０℃の恒温槽に入れて１２０時間静置した。浸漬後の試料片の表面状態を目視で確認するとともに、浸漬前後の試験片の重量変化に基づいて腐食量を測定した。腐食による試験片の減量が５％以下の場合に耐食性良好と判断した。試験結果を表１にまとめた。
【００２５】
【表１】
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【図１】
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