(57)【要約】【課題】  透明基板１１上に透明電極層１２と光触媒層１３とが順に積層形成されてなる色素増感太陽電池用の電極基板１の製造工程において、光触媒層の形成工程における透明基板１１の破損を防止するとともに、光触媒層１３が形成された電極基板１の強度を改善すること、あるいは、形成された透明電極層１２と光触媒層１３におけるクラックの発生を防止すること。【解決手段】  ガラス母材４から透明基板１１を切り出す手段、あるいは、電極基板母材５から電極基板１を切り出す手段として、ケミカルエッチング法を用いることとした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感太陽電池用の電極基板であって、透明基板の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成させてなる電極基板の製造方法において、
少なくとも一つの電極基板に対応する部分が含まれるガラス母材を材料として投入する工程と、
ケミカルエッチング法によって電極基板に対応する形状の透明基板を形成する工程と、
を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法において、
ガラス母材から、ケミカルエッチング法によって透明基板を切り出す工程１と、
透明基板の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成する工程２と、
をこの順序で含むことを特徴とする色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法において、
ガラス母材の状態で、電極基板に対応する部分の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成させて電極基板母材を形成する工程１と、
電極基板母材から、ケミカルエッチング法によって透明基板を切り出して電極基板を得る工程２と、
をこの順序で含むことを特徴とする色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法において、前記透明なガラス板材が化学強化ガラスであることを特徴とする色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、色素増感太陽電池に関するものであり、さらに詳しくは、透明なガラス板材の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成してなる色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  再生可能エネルギーの利用手段の代表的なものとして太陽電池が挙げられる。現在、普及が進んでいる太陽電池は主に多結晶シリコン太陽電池であるが、この多結晶シリコン太陽電池よりもコストの面で有利な太陽電池として、色素増感太陽電池に対する期待が高まっており、実用化へ向けた技術開発が進められている。【０００３】  色素増感太陽電池は、例えば特許文献１によって公知となっている通り（本願図４を参照）、透明基板１１０上に透明導電膜１２０を形成してなる透明電極１００の上に光触媒層４００を積層させた積層体に、対向電極２００を対向させて配設して積層させた上で、これらの間に電解質層３００を設けることで構成されている。このように構成された色素増感太陽電池は、透明電極１００側から光が照射されることに伴って、透明電極１００が負極、対向電極２００が正極として起電力を生じる。【０００４】  特許文献１に係る発明は、上述の光触媒層４００の形成方法に関するものであり、その要旨は、従来（特許文献１の以前）の技術では光触媒層を形成する際に、透明電極の全体を４５０℃程度の温度に熱して光触媒層を焼成する必要があったところを、過熱水蒸気を噴霧して光触媒層４００を焼成することとしたことで、透明電極１００の全体を加熱することなく光触媒層４００を選択的に加熱・焼成することが可能となり、これゆえに、透明基板１１０として合成樹脂などの耐熱性の低い材料を使用することが可能となる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３３３７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  特許文献１による光触媒層４００の形成方法によれば、従来（特許文献１の以前）の技術と比べて、光触媒層４００を形成する際の熱による透明基板１１０への悪影響が低減されることが期待できる。しかしながら、高温の過熱水蒸気を光触媒層４００へ向けて噴霧することに伴って、必然的に透明基板１１０も相当の高温に曝されることになると考えられる。【０００７】  ところで、色素増感太陽電池に用いる透明電極の基材として、合成樹脂からなる板材のみならず、ガラス板材も好適に用い得る。ここで、ガラス板材を用いた透明電極の製造工程として、（１）少なくとも一つの所望する形状の透明電極に対応する部分を含むガラス母材から、透明電極に対応する透明基板を予め切り出した後に、透明導電膜と光触媒層を形成する場合、と、（２）ガラス母材の状態で透明導電膜と光触媒層を形成した後に、所望する形状の透明電極を切り出す場合、の２通りが想定される。【０００８】  （１）の製造工程の場合について、ガラス母材から所望する形状の透明基板を切り出す手段として、カッターホイールなどを用いてガラス母材の表面を削るように切断する「スクライブカット」と呼ばれる手段が広く用いられている。スクライブカットによってガラス母材から透明基板を切り出した場合、切り出された透明基板の破断面付近には、マイクロクラックと呼ばれる微細な傷が残ることが知られている。【０００９】  透明基板としてガラス板材を用いる場合、上述の通り、光触媒層を形成する工程で、一旦、ガラス板材からなる透明基板が高温に曝され、その後、再び常温に戻されることとなる。従って、この工程を経る間に透明基板に対して熱によるストレスが加わることになる。スクライブカットによるマイクロクラックが生じている状態の透明基板に対して上述の光触媒層の形成工程を実施すると、熱によるストレスによってマイクロクラックを基点として亀裂が進行し、最終的に透明基板の破損に至る虞がある。また、破損にまでは至らずとも、進行した亀裂が透明導電膜と光触媒層の形成された透明基板に残存することで、透明基板の強度が著しく損なわれる虞がある。このように強度の損なわれた透明基板を用いて色素増感太陽電池を構成した場合、その色素増感太陽電池の強度が著しく低いものとなる。【００１０】  （２）の製造工程の場合について、透明導電膜と光触媒層が形成された状態のガラス母材（以後、この各層が形成された状態のガラス母材のことを、電極基板母材と称する場合がある）から所望する形状の電極基板を切り出す手段として、上述の製造工程と同様に、スクライブカットが広く用いられる。上述の通り、スクライブカットはガラス母材の表面を削るように切断するものであるが、切断中は、カッターホイールとガラス母材との当接箇所を中心として、振動が発生し、さらには、この振動に伴ってガラス母材の撓みが生じる。このため、透明基板上に形成された透明導電膜と光触媒層にクラックが生じたり、透明基板から透明導電膜と光触媒層が剥離したりする虞がある。とりわけ、ガラス母材から透明基板を切り出す際に無駄になるスクライブカットの切り代を狭く設定した場合、カッターホイールの通過線と透明電極に対応する部分の透明導電膜と光触媒層とが��り接近することになるため、振動やガラス母材の撓みによる影響が顕著となる。【００１１】  このように、従来の色素増感太陽電池用の電極基板の製造工程は、ガラス母材あるいは電極基板母材から、所望する形状の透明基板あるいは透明電極を切り出す手段としてスクライブカットを用いることに起因して、透明電極の破損や強度の劣化、あるいは、透明電極上に形成された透明電極層と光触媒層への悪影響を来たす虞の残るものであった。【００１２】  本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、透明なガラス板材の面上に透明電極層と光触媒層とが順に積層形成されてなる色素増感太陽電池用の電極基板の製造工程において、光触媒層の形成工程での透明基板の破損を防止するとともに、光触媒層が形成された電極基板（透明電極）の強度を改善すること、あるいは、形成された透明電極層と光触媒層にクラックが発生することを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  これらの課題を解決するために、本発明による請求項１記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法は、透明基板の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成させてなる電極基板の製造方法において、少なくとも一つの電極基板に対応する部分が含まれるガラス母材を材料として投入する工程と、ケミカルエッチング法によって電極基板に対応する形状の透明基板を形成する工程と、を含む。【００１４】  また、本発明による請求項２記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法は、請求項１記載の発明に加えて、ガラス母材からケミカルエッチング法によって透明基板を切り出す工程１と、透明基板の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成する工程２と、をこの順序で含むことを特徴とする。【００１５】  本発明による請求項２記載の発明によれば、ガラス母材から所望する形状の透明基板を切り出す手段としてケミカルエッチング法を用いることで、従来のスクライブカットに起因するマイクロクラックの発生を完全に回避することができるため、マイクロクラックに端を発する透明基板の破損や、電極基板の強度の低下を防ぐことができる。【００１６】  また、本発明による請求項３記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法は、請求項１記載の発明に加えて、ガラス母材の状態で電極基板に対応する部分の面上に透明電極層と光触媒層とを順に積層形成させて電極基板母材を形成する工程１と、電極基板母材から、ケミカルエッチング法によって透明基板を切り出して電極基板を得る工程２と、をこの順序で含むことを特徴とする。【００１７】  本発明による請求項３記載の発明によれば、電極基板母材から所望する形状の電極基板を切り出す手段としてケミカルエッチング法を用いることで、従来のスクライブカットに起因する透明導電膜や光触媒層のクラックや、透明基板からの透明導電膜や光触媒層の剥離を完全に回避することができる。【００１８】  尚、本発明による請求項２記載の発明と、請求項３記載の発明は、透明電極層と光触媒層とを順に積層形成する工程と、ガラス母材の状態からケミカルエッチング法によって電極基板もしくは透明基板を切り出す工程の順序の前後関係が互いに逆になっている点のみで相違しており、本発明の最たる特徴点であるケミカルエッチング法を用いる点で共通するものである。【００１９】  本発明による請求項４記載の色素増感太陽電池用の電極基板の製造方法は、透明なガラス板材が化学強化ガラスであることことを特徴とする。【００２０】  本発明による請求項４記載の発明によれば、色素増感太陽電池用の電極基板の基材となる透明基板として、その強度が高いゆえに従来のスクライブカットでは切断することが困難な化学強化ガラスを用いても、ケミカルエッチング法によって容易に切断することができる。
【発明の効果】
【００２１】  本発明によれば、透明なガラス板材の面上に透明電極層と光触媒層とが順に積層形成されてなる色素増感太陽電池用の電極基板の製造工程において、従来のスクライブカットに代えてケミカルエッチング法によってガラス母材、あるいは、電極基板母材を切断することで、光触媒層の形成工程での透明基板の破損を防止するとともに、光触媒層が形成された電極基板（透明電極）の強度を改善すること、あるいは、形成された透明電極層と光触媒層にクラックが発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】発明に係る色素増感太陽電池の構造を示す断面図である。
【図２】本発明に係る色素増感太陽電池用電極基板の製造方法を示す図である。
【図３】本発明に係る色素増感太陽電池用電極基板の別の製造方法を示す図である。
【図４】色素増感太陽電池の構造の公知例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】  本発明の実施例に係る色素増感太陽電池１０、ならびに、色素増感太陽電池１０に用いられる電極基板１の製造方法について、図１ないし図３を用いて説明する。
【００２４】  図１は、本発明に係る製造方法に基づいて得られる色素増感太陽電池用の電極基板１を用いた色素増感太陽電池１０の構造について示した断面図である。色素増感太陽電池１０の構造は、上述の特許文献１などによって公知となっている構造と同じである。すなわち、主に、電極基板１と、電極基板１に対向して配設された対向電極３と、電極基板１と対向電極３との間に封止された電解質層２とから構成されるものである。
【００２５】  電極基板１は、透明なガラス板材からなる透明基板１１の一方の面上に、ＩＴＯ膜（酸化インジウムスズからなる薄膜）からなる透明電極層１２と、酸化チタンからなる酸化物半導体と有機色素とからなる光触媒層１３とをこの順序で積層することで形成されている。電解質層２は、ヨウ素系の電解液である。対向電極３は、透明なガラス板材からなる対向電極基板３２の面上に、ＩＴＯ膜からなる電極層３１を積層することで形成されている。このように構成された色素増感太陽電池１０の電極基板１側に光を照射すると、色素増感太陽電池１０は、電極基板１を負極、対向電極３を正極として起電力を生じる。なお、透明電極層１２、光触媒層１３、電解質層２、電極層３をなす上述の材料名は例示に過ぎず、同等な機能を有する範囲で、適宜、別の材料に置き換えてもよい。
【００２６】  図２は、本発明による色素増感太陽電池１０用の電極基板１の第一の製造方法に係る実施例を示した図である。図２（ａ）は、電極基板１における透明基板１１をなすガラス板材の材料としての状態であるガラス母材４を示している。この例では、同図において破線で示す通り、ガラス母材４は４枚の電極基板１に対応する部分を含んでいる。
【００２７】  図２（ｂ）は、ガラス母材４から１枚の透明基板１１を切り出した状態を示している。ここで、図２（ａ）に示すガラス母材４の状態から、図２（ｂ）に示す透明基板１１を切り出す手段として公知なケミカルエッチング法を用いている。すなわち、ガラス母材４の状態において、破線で示される電極基板１に対応する部分の両面にフッ酸に対して耐性のあるコーティング（図示しない）を施した上で、フッ酸からなるエッチング液によってコーティングされていない部分のガラスを溶解させることで透明基板１１を切り出し、その後、透明基板１１のコーティングを除去することで透明基板１１を得ることができる。
【００２８】  このように、ガラス母材４から透明基板１１を切り出す手段として、ガラスを溶解させて所望する形状の透明基板１１を切り出すケミカルエッチング法を用いることで、従来のスクライブカットを用いた場合と異なり、透明基板１１の切断面（端面）付近に電極基板１の強度に悪影響を来たすマイクロクラックが生じることがない。また、ガラス母材４として、スクライブカットでは切断することが困難な化学強化処理が施されたガラス板材を用いる場合であっても、容易に透明基板１１を切り出すことができる。
【００２９】  図２（ｃ）は、切り出した透明基板１１の片面上に、公知な手段を用いて透明電極層１２と光触媒層１３とをこの順序で積層形成して完成した電極基板１を示している。同図において、透明電極層１２と光触媒層１３の範囲が電極基板１の外形よりも若干小さくなっている例を示しているが、これらは電極基板１の全面、あるいは、ほぼ全面に形成されるものであってよい。
【００３０】  図３は、本発明による色素増感太陽電池１０用の電極基板１の第二の製造方法に係る実施例を示した図である。図３（ａ）は、電極基板１をなすガラス板材の材料としての状態であるガラス母材４を示しており、図２（ａ）に示した第一の実施例の場合と同一のものである。ガラス母材４が４枚の電極基板１に対応する部分を含んでいる点も、第一の実施例と同一である。
【００３１】  図３（ｂ）は、ガラス母材４に含まれる電極基板１に対応する部分において、公知な手段を用いて透明電極層１２と光触媒層１３とをこの順序で積層形成した電極基板母材５の状態を示している。
【００３２】  図３（ｃ）は、電極基板母材５の状態から、第一の実施例の場合と同様に、ケミカルエッチング法によって切り出して完成した電極基板１を示している。本図に示される電極基板１は、図２（ｃ）に示した第一の実施例によって得られるものと構成が同一である。
【００３３】  このように、電極基板母材５から電極明基板１を切り出す手段としてケミカルエッチング法を用いることで、従来のスクライブカットを用いた場合と異なり、振動やガラスの撓みに起因する透明電極層１２と光触媒層１３のクラックや剥離が生じることがない。また、第一の例の場合と同様に、透明基板１１として化学強化処理が施されたガラス母材４を用いる場合であっても、容易に透明基板１１を切り出すことができる。
【００３４】  第一の実施例と、第二の実施例とを対比すると、第一の実施例では、ガラス母材４の状態から、透明電極層１２と光触媒層１３を形成する前に、透明基板１１を切り出す順序であるのに対して、第二の実施例では、ガラス母材４の状態で透明電極層１２と光触媒層１３を形成して電極基板母材５を形成した後に、電極基板１を切り出す順序とした点で、第一の実施例と相違する。この点を除いて、第一の実施例と第二の実施例とは一致する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】  本発明は、色素増感太陽電池を構成するための電極基板の製造工程において、好適に利用することが可能である。また、本発明によって得られる透明電極基板は、色素増感太陽電池の負極を構成する電極基板として好適に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】  １  電極基板
１１  透明基板
１２  透明電極層
１３  光触媒層
２  電解質層
３  対向電極
３１  電極層
３２  対向電極基板
４  ガラス母材
５  電極基板母材
１０  色素増感太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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