(57)【要約】      （修正有）【課題】光電変換層にダメージを与えないことで、十分な発電効率が得られ、信頼性の低下を防止することができる色素増感型太陽電池とその製造方法を提供する。【解決手段】透明基板１４上に第１の導電層１６と多孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層に増感色素を吸着させて光電変換層１８を形成し、光入射側部材１２を得る。また、透明基板１９上に第２の導電体層２０と光反射層２２を形成して裏面側部材２４を得る。前記光入射側部材１２と裏面側部材２４を、前記光電変換層１８と光反射層２２が対向するように重ね合せる。このように、光電変換層１８が形成されている電極（導電層１６）と対向する電極（導電層２０）上に光反射層２２を形成することで、光電変換層１８にダメージを与えないため、発電効率や信頼性を損なわずに、色素増感型太陽電池１０を得ることができる。【選択図】図１
2014212019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の表面に、第１の導電層を形成する工程と、
前記第１の導電層上に、多孔質半導体層を形成する工程と、
前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬し、該多孔質半導体層に色素を吸着させることにより光電変換層を形成する工程と、
によって、光入射側部材を作製する工程と、
他の基板の表面に、第２の導電層を形成する工程と、
前記第２の導電層上に、光反射層を形成して裏面側部材を作製する工程と、
前記光入射側部材の光電変換層と、前記裏面側部材の光反射層とが対向するように重ね合せ、前記光電変換層及び光反射層を電解液に含浸するとともに、前記重ね合せた端部を封止する工程と、
を含む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】
ガラス基板又はプラスチック基板の表面に、スパッタ法によりＩＴＯ導電層を形成する工程と、
前記ＩＴＯ導電層上に、ＴｉＯ２粒子を主材料とする第１の多孔質半導体層をスクリーン印刷法により形成する工程と、
前記第１の多孔質半導体層を色素溶液に浸漬し、前記第１の多孔質半導体層に色素を吸着させることにより光電変換層を形成する工程と、
によって光入射側部材を作製する工程と、
他の基板の表面に、スパッタ法により他の導電層を形成する工程と、
前記他の導電層上に、前記第１の多孔質半導体層に用いるＴｉＯ２粒子よりも粒径の大きいＴｉＯ２粒子を主材料とする第２の多孔質半導体層をスクリーン印刷法により形成して光反射層を形成し、裏面側部材を作製する工程と、
前記光入射側部材の光電変換層と、前記裏面側部材の光反射層とが対向するように重ね合せ、前記光電変換層及び光反射層をヨウ素溶液に含浸させるとともに、前記重ね合せた端部を熱可塑性樹脂で封止する工程と、
を含む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３】
請求項１又は２記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項４】
透明基板と、
第１の導電層と、
多孔質半導体層に色素を吸着させた光電変換層と、
光反射層と、
第２の導電層と、
が順に積層された構造を有する色素増感型太陽電池であって、
前記第２の導電層と前記光反射層とが接着していることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換層と、前記光反射層とが接していることを特徴とする請求項４記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
前記光電変換層と、前記光反射層とが接していないことを特徴とする請求項４記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
前記光反射層が、多孔質体層によって形成されているときに、
前記多孔質半導体層の平均空孔寸法が、前記多孔質体層の平均空孔寸法よりも小さいことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の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、色素増感型太陽電池及びその製造方法に関し、更に具体的には、光電変換効率と信頼性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池（Dye-sensitized solar cells）は、増感色素が担持された半導体層（発電層）を形成した発電電極（負極）と、対向電極（正極）とを対向させ、対向させた電極間に電解質を含有した電解液を内包した構造となっている。色素増感型太陽電池に光が照射されると、発電層である酸化チタンに吸着した色素が電子励起を起こし、励起電子が酸化チタンの伝導体に注入され、電子が酸化チタンから透明導電膜であるＩＴＯやＦＴＯに移動し、電流として取り出すことができる。このような色素増感太陽電池において光電変換効率を高めるために、発電層を小粒径の半導体層と大粒径の半導体層の２層構成とし、大粒径の半導体層を光反射層として利用することで、光電変換層（発電層）に多くの光を照射させるようにした構造が知られている。
【０００３】
図３(A)には、背景技術の色素増感型太陽電池１００の構造が示されている。同図に示すように、基板１０４の上に導電層１０６を形成した透明電極１０２、光電変換層１０８、光反射層１１０が順に積層された光電極に、対向電極１１２が対向配置されている。前記光電変換層１０８は多孔質半導体からなり、前記光反射層１１０は、前記光電変換層１０８を構成する多孔質半導体よりも粒径が大きい多孔質体よりなる。このような構造を有する色素増感型太陽電池は、例えば、下記特許文献１に開示されている。当該特許文献１によれば、光反射層を光電変換層に隣接させることで、入射される光を効率よく光電変換層に集めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１９１８９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、前記図３(A)に示す色素増感型太陽電池１００を作製するにあたり、導電層１０６の上に、光電変換層１０８として小粒径のＴｉＯ２層を形成した後、その上に、光反射層１１０として大粒径のＴｉＯ２層を形成しようとすると、大粒径のＴｉＯ２層を形成する際に使用される溶剤が、下層の小粒径のＴｉＯ２層に浸透する（図３(B)の矢印参照）。すると、(1)小粒径ＴｉＯ２層（光電変換層１０８）に定着した色素を溶解する，(2)小粒径ＴｉＯ２層（光電変換層１０８）と透明電極１０２との界面１２０の密着性を阻害する（剥離させる）要因となる。そのため、発電効率や信頼性の低下といった特性劣化を招くという不都合がある。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目したもので、光電変換層にダメージを与えないことで、十分な発電効率が得られ、信頼性の低下も防止することができる色素増感型太陽電池とその製造方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は、透明基板の表面に、第１の導電層を形成する工程と、前記第１の導電層上に、多孔質半導体層を形成する工程と、前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬し、該多孔質半導体層に色素を吸着させることにより光電変換層を形成する工程と、によって、光入射側部材を作製する工程と、他の基板の表面に、第２の導電層を形成する工程と、前記第２の導電層上に、光反射層を形成して裏面側部材を作製する工程と、前記光入射側部材の光電変換層と、前記裏面側部材の光反射層とが対向するように重ね合せ、前記光電変換層及び光反射層を電解液に含浸するとともに、前記重ね合せた端部を封止する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
他の発明の色素増感型太陽電池の製造方法は、ガラス基板又はプラスチック基板の表面に、スパッタ法によりＩＴＯ導電層を形成する工程と、前記ＩＴＯ導電層上に、ＴｉＯ２粒子を主材料とする第１の多孔質半導体層をスクリーン印刷法により形成する工程と、前記第１の多孔質半導体層を色素溶液に浸漬し、前記第１の多孔質半導体層に色素を吸着させることにより光電変換層を形成する工程と、によって光入射側部材を作製する工程と、他の基板の表面に、スパッタ法により他の導電層を形成する工程と、前記他の導電層上に、前記第１の多孔質半導体層に用いるＴｉＯ２粒子よりも粒径の大きいＴｉＯ２粒子を主材料とする第２の多孔質半導体層をスクリーン印刷法により形成して光反射層を形成し、裏面側部材を作製する工程と、前記光入射側部材の光電変換層と、前記裏面側部材の光反射層とが対向するように重ね合せ、前記光電変換層及び光反射層をヨウ素溶液に含浸させるとともに、前記重ね合せた端部を熱可塑性樹脂で封止する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の色素増感型太陽電池は、前記いずれかの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【００１０】
他の発明の色素増感型太陽電池は、透明基板と、第１の導電層と、多孔質半導体層に色素を吸着させた光電変換層と、光反射層と、第２の導電層と、が順に積層された構造を有する色素増感型太陽電池であって、前記第２の導電層と前記光反射層とが接着していることを特徴とする。
【００１１】
主要な形態の一つは、前記光電変換層と、前記光反射層とが接していること，あるいは、前記光電変換層と、前記光反射層とが接していないことを特徴とする。他の形態は、前記光反射層が、多孔質体層によって形成されているときに、前記多孔質半導体層の平均空孔寸法が、前記多孔質体層の平均空孔寸法よりも小さいことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、透明基板上に第１の導電層と多孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体に色素を吸着させて光電変換層を形成した光入射側部材と、他の基板上に第２の導電層と光反射層を形成した裏面側部材とを、前記光電変換層と光反射層が対向するように重ね合せることとした。このように、光電変換層が形成されている電極と対向する電極上に光反射層を形成することで、光電変換層にダメージを与えないため、発電効率や信頼性を損なうことなく、色素増感型太陽電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池を示す図であって、(A)は実施例１の断面図，(B)は実施例２の断面図である。
【図２】前記実施例１の色素増感型太陽電池の製造工程を示す図である。
【図３】背景技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
最初に、図１(A)及び図２を参照しながら本発明の実施例１を説明する。図１(A)は本実施例の色素増感型太陽電池の断面図である。図２は、本実施例の色素増感型太陽電池の製造工程の一例を示す図である。図１(A)に示すように、本実施例の色素増感型太陽電池１０は、透明基板１４と、その上に形成された導電層１６及び光電変換層１８により、光入射側部材１２が形成され、透明基板１９の上に、導電層２０と光反射層２０を形成した裏面側部材２４と対向している。前記光電変換層１８及び光反射層２２は電解液２６に浸漬されており、周囲が封止材２８によって封止（シーリング）されている。本実施例の色素増感型太陽電池１０では、光反射層２２は、透明電極側の光電変換層１８上に直接形成されてはおらず、透明電極と対向する電極側（すなわち、導電層２０側）に形成されており、その後に、光電変換層１８と対向するように配置される。
【００１６】
前記透明基板１４としては、例えば、ガラス基板やプラスチック基板が用いられる。また、光入射側の導電層１６としては、例えばＩＴＯが用いられる。光電変換層１８は、多孔質半導体に増感色素を吸着させたものであって、多孔質半導体としては、例えば、ＴｉＯ２が用いられる。増感色素としては、例えば、Ｎ７１９が用いられる。裏面側部材を構成する透明基板１９としては、前記透明基板１４と同様の材料が用いられる。また、導電層２０としては、前記導電層１６と同様のＩＴＯが用いられ、光反射層２２としては、例えば、前記光電変換層１８を構成するＴｉＯ２粒子よりも粒径が大きいＴｉＯ２粒子からなる多孔質半導体層が用いられる。前記導電層１６，２０としては、前記ＩＴＯのほか、金属細線などを用いるようにしてもよい。また、前記電解液２６としては、例えば、ヨウ素溶液が用いられ、封止材２８としては、熱可塑性樹脂やＵＶ硬化樹脂などが用いられる。
【００１７】
次に、本実施例の色素増感型太陽電池の製造工程の一例について、図２を参照して説明する。まず、光入射側部材１２の作製手順を説明する。図２(A-1)に示すように、ガラス基板又はプラスチック基板からなる透明基板１４を用意し、その上に、図２(A-2)に示すように、スパッタ法によりＩＴＯ（導電層１６）を形成する。次に、前記ＩＴＯからなる導電層１６上に、ＴｉＯ２粒子を主材料とし、バインダーとして、エチルセルロースやポリビニルブチラートなどの高分子材料がＴｉＯ２に対して数％程度配合された多孔質半導体層３０を、スクリーン印刷法により形成する（図２(A-3)）。そして、前記多孔質半導体層３０を色素溶液に漬けて色素を吸着させて、図２(A-4)に示すように光電変換層１８を形成することで、光入射側部材１２が得られる。
【００１８】
次に、光入射側部材１２と対向する裏面側部材２４の作製は、図２(B-1)に示すように、ガラス基板又はプラスチック基板からなる透明基板１９を用意し、その上に、図２(B-2)に示すように、スパッタ法により導電層２０を形成する。前記導電層２０の上には、必要に応じて、触媒層（図示せず）となるＰｔスパッタ膜等を形成する。そして、前記導電層２０（又は図示しない触媒層）の上に、図２(B-3)に示すように、前記多孔質半導体層３０に用いるＴｉＯ２粒子よりも粒径の大きいＴｉＯ２粒子を主材料とする多孔質半導体層（光反射層２２）をスクリーン印刷法により形成し、裏面側部材２４を得る。スクリーン印刷法により多孔質半導体層（光反射層２２）を導電層２０上に形成するため、樹脂の重合作用によって両者が完全に接着される。前記樹脂には、例えば、光電変換層のＴｉＯ２層と同様に、バインダーとして、エチルセルロースやポリビニルブチラートなどの高分子材料がＴｉＯ２に対して数％程度配合されている。そして、図２(C)に示すように、前記光電変換層１８と光反射層２２が所定の間隔をおいて対向するように配置し、図２(D)に示すように、これらの縁部を熱可塑性樹脂（封止材２８）で封止するとともに、形成された空間に電解液２６としてヨウ素溶液を封止することで、光電変換層１８及び光反射層２２がそれぞれ電解液２６に浸漬され、色素増感型太陽電池１０が完成する。
【００１９】
このようにして製造した色素増感型太陽電池１０では、光電変換層１８が形成されている電極（導電層１６）と対向する電極（導電層２０）上に光反射層２２を形成することで、背景技術のように、光電変換層１８にダメージを与えることがない。すなわち、光電変換層１８に定着した色素を溶解したり、光電変換層１８と導電層１６の界面１７の密着性が低下したりすることがないため、発電効率や信頼性の低下といった特性劣化が生じない（後述の実施例２における発電効率データ参照）。
【００２０】
実施例１によれば、透明基板１４上に第１の導電層１６と多孔質半導体層３０を形成し、該多孔質半導体層３０に色素を吸着させて光電変換層１８を形成した光入射側部材１２と、透明基板１９上に第２の導電体層２０と光反射層２２を形成した裏面側部材２４とを、前記光電変換層１８と光反射層２２が対向するように重ね合せることとした。このように、光電変換層１８が形成されている電極（導電層１６）と対向する電極（導電層２０）上に光反射層２２を形成することで、光電変換層１８にダメージを与えないため、発電効率や信頼性を損なわずに、色素増感型太陽電池１０を得ることができる。
【実施例２】
【００２１】
次に、図１(B)を参照しながら本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする。前記実施例１では、光電変換層１８と光反射層２２が接触していない構成としたが、図１(B)に示す本実施例の色素増感型太陽電池５０のように、光電変換層１８と光反射層２２が接触するようにしてもよい。このような形態とする場合であっても、光反射層２２は、光電変換層１８上に直接形成するのではなく、前記実施例１と同様に、導電層２０上にスクリーン印刷法などによって形成してから光電変換層１８に対向配置される。光電変換層１８と光反射層２２は、重ね合せるだけである。本実施例の効果は、基本的には上述した実施例１と同様であり、発電効率や信頼性が良好な色素増感型太陽電池が得られる。
【００２２】
以下の表１には、上述した実施例１（図１(A)の形態），本実施例（図１(B)の形態）、比較例（図３の形態）の発電効率等に関するデータが示されている。表１中、「発電効率２」とは、８５℃、８５％ＲＨ条件下で２４時間放置後の発電効率を示し、「保持率」は、（発電効率２／発電効率）×１００（％）を示している。
【表１】
2014212019.tif 000003
表１からは、実施例１及び実施例２ともに、光電変換層上に直接光入射層を形成した比較例と比べて、発電効率、発電効率２、保持率ともに良好であることが分かる。
【００２３】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法，材質は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例１では、光反射層２２にも多孔質半導体を用いることとしたが、必ずしも半導体である必要はなく、光を反射できるものであればよい。
(3)前記実施例１では、光電変換層１８を構成する粒子よりも、光反射層２２を構成する粒子の径を大きくすることとしたが、光電変換層を構成する多孔質半導体層の平均空孔寸法が、光反射層を構成する多孔質体の平均空孔寸法よりも小さくなるようにしても、同様の効果が得られる。
(4)前記実施例１では、光電変換層１８と光反射層２２の周囲を封止してから電解液２６に浸漬することとしたが、これも一例であり、光電変換層１８と光反射層２２を電界液２６に含浸させてから周囲を封止するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、透明基板上に第１の導電層と多孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体に色素を吸着させて光電変換層を形成した光入射側部材と、他の基板上に第２の導電体層と光反射層を形成した裏面側部材とを、前記光電変換層と光反射層が対向するように重ね合せることとした。このように、光電変換層が形成されている電極と対向する電極上に光反射層を形成することで、光電変換層にダメージを与えないため、色素増感型太陽電池の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１０：色素増感型太陽電池
１２：光入射側部材
１４：透明基板
１６：導電層
１７：界面
１８：光電変換層
１９：透明基板
２０：導電層
２２：光反射層
２４：裏面側部材
２６：電解液
２８：封止材
３０：多孔質半導体層
５０：色素増感型太陽電池
１００：色素増感型太陽電池
１０２：透明電極
１０４：基板
１０６：導電層
１０８：光電変換層
１１０：光反射層
１１２：対向電極
１２０：界面
【図１】
2014212019.tif 000004
【図２】
2014212019.tif 000005
【図３】
2014212019.tif 000006