(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】鋼板である基材に、厚さが１０μｍ以下の電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた後、８００℃以上の温度で熱処理することにより、耐食性を有する色素増感型太陽電池用基板を得る。基材の厚みは５０μｍ〜１００μｍが好ましい。めっき方法は一般的な方法を適用できる。熱処理は８５０℃以上９５０℃以下の温度で１５分以下の時間とすることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが１０μｍ以下の電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板を８００℃以上の温度で熱処理して得られる、色素増感型太陽電池用基板。
【請求項２】
鋼板に、厚さが１０μｍ以下の電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた後、８００℃以上の温度で熱処理することを含む、色素増感型太陽電池用基板の製造方法。
【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そ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は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、鋼板に電解Ｎｉめっきまたは電解Ｎｉ−Ｐめっきを施した後に熱処理することで、耐食性を有する色素増感型太陽電池用基板を安価に提供できることを見出した。本発明の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）厚さが１０μｍ以下の電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた鋼板を８００℃以上の温度で熱処理して得られる、色素増感型太陽電池用基板。
【０００９】
（２）鋼板に、厚さが１０μｍ以下の電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた後、８００℃以上の温度で熱処理することを含む、色素増感型太陽電池用基板の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、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色素増感型太陽電池用基板を比較的安価に製造することができる。本発明の耐食性を有する色素増感型太陽電池用基板によれば、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】
【００１１】
【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】
【００１２】
本発明の色素増感型太陽電池用基板は、まず鋼板である基材に電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設け、それを次いで熱処理することにより得られる。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。
【００１３】
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。
【００１４】
基材に施す電解Ｎｉめっきまたは電解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。電解Ｎｉめっきに用いるめっき浴としては、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸を主成分とするワット浴、スルファミン酸ニッケルとホウ酸を主成分とするスルファミン酸浴などが挙げられる。電解Ｎｉ−Ｐめっきに用いるめっき浴としては、硫酸ニッケル、塩化ニッケルおよびホウ酸に加えてクエン酸塩と亜リン酸またはその塩を主成分とするめっき浴が挙げられる。
【００１５】
電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚みは、薄すぎると、めっき浴中に生じた気泡などに起因してピンホールが発生し、基材が腐食性の電解液と接触し、孔食腐食を招いてしまう。電解Ｎｉめっき層の厚みは３μｍ以上、特に４μｍ以上とすることが好ましく、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、電解Ｎｉ−Ｐめっき層のＰ濃度は５〜１３ｗｔ％、特に８〜１２ｗｔ％、とりわけ９〜１１ｗｔ％とするのが好ましい。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。
【００１６】
電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層の厚みは、厚すぎると経済性の観点から好ましくないため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。
【００１７】
基材上に設けられた電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層は、熱処理することによりその耐食性が著しく向上する。電解めっきで形成しためっき層には少なからずピットやピンホールなどの欠陥が発生してしまうため、電解めっきのみで十分な耐食性を実現するには数１０μｍの厚さのめっき層を形成する必要があるといわれている。しかし、十分な温度で熱処理することにより、めっき層の結晶化が促され、孔食の原因となる欠陥をほぼ完全に無くすことができるため、比較的厚みが薄いめっき層でも十分な耐食性を実現することが可能となる。また、高温での熱処理により基材とめっき層の間に合金層が形成され、めっき層の耐食性はより向上する。
【００１８】
電解Ｎｉめっき層または電解Ｎｉ−Ｐめっき層を設けた基板の熱処理は、８００℃以上、特に８５０℃以上の温度で、１分以上、特に５分以上の時間をかけて行うことが好ましい。熱処理は、経済性や生産性の観点から、温度は９５０℃以下とすることが好ましく、時間は１５分以下とすることが好ましい。熱処理は、めっき層の酸化を防ぐためにＮ２−Ｈ２ガスなどの還元雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１９】
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、反対側には基材上に電解Ｎｉめっきまたは電解Ｎｉ−Ｐめっきとそれに続く熱処理により設けられた耐食層を有する耐食性基板（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。耐食性基板は、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、電解Ｎｉめっきまたは電解Ｎｉ−Ｐめっきとそれに続く熱処理により設けられた耐食層は、そのような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はない。本発明により得られる耐食性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１〜４）
厚さ２５０μｍの鋼板に電解Ｎｉめっき（ワット浴）または電解Ｎｉ−Ｐめっき（Ｐ濃度：１０％）を厚さ４μｍとなるように施した。次いで、得られた基板をＮ２−Ｈ２ガスの還元雰囲気下、９００℃で１０分間熱処理した。実施例２および４については、色素増感型太陽電池の製造時に加えられる熱を想定し、さらに大気雰囲気下、５００℃で６０分間熱処理した。
【００２２】
（比較例１〜４）
厚さ５０μｍの鋼板に電解Ｎｉめっき（スルファミン酸浴）を厚さ２μｍとなるよう施した。比較例１については熱処理を一切行わなかった。比較例３および４については、Ｎ２−Ｈ２ガスの還元雰囲気下、９００℃で１０分間熱処理した。また比較例２および比較例４（前記の熱処理後）については、大気雰囲気下、５００℃で６０分間熱処理した。
【００２３】
（比較例５〜６）
厚さ２５０μｍの鋼板に電解Ｎｉめっき（ワット浴）または電解Ｎｉ−Ｐめっき（Ｐ濃度：１０％）を厚さ４μｍとなるように施した。いずれも熱処理を一切行わなかった。
【００２４】
（比較例７〜８）
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７については、大気雰囲気下、５００℃で６０分間熱処理した。比較例８については一切熱処理を行わなかった。
【００２５】
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。
【表１】
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【図１】
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