(57)【要約】      （修正有）【課題】発電効率と意匠性に優れた色素増感型太陽電池を提供する【解決手段】色素増感型太陽電池１は、透明導電性基板１０と、前記透明導電性基板１０上に配された集電線３１と前記集電線３１を被覆する保護層３２とからなり前記透明導電性基板１０上に描かれたデザインパターンの輪郭部分を構成する隔壁部３０と、前記隔壁部３０の各隔壁間に配される多孔質半導体層２０と、前記各隔壁間に形成された前記多孔質半導体層２０のうち、少なくとも一の隔壁間に形成された前記多孔質半導体層２０に吸着される第一増感色素５０と、前記第一増感色素５０が吸着された前記多孔質半導体層２０以外の多孔質半導体層２０に吸着される第二増感色素５１と、前記透明導電性基板１０上の少なくとも一方辺に形成され、前記集電線３１と接続する電極取出し部４０とを備える色素増感型太陽電池１であるよう構成した。【選択図】図１
2014013716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素を染め分ける色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記透明導電性基板上に間隔を空けて前記多孔質半導体層を印刷法によって複数形成する第一工程と、
前記間隔を空けた箇所に集電線を形成する第二工程と、
前記集電線を保護層で被覆して、前記多孔質半導体層の高さよりも高い隔壁部を形成し、前記複数形成された多孔質半導体層をそれぞれ隔離する第三工程と、
前記隔離された多孔質半導体層のうち隣接する多孔質半導体層に異なる色素増感剤を含浸させる第三工程と、
を少なくとも備える色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素が染め分けられ、前記透明導電性基板上にデザインパターンが描かれた色素増感型太陽電池であって、
前記透明導電性基板と、
前記透明導電性基板上に配された集電線と前記集電線を被覆する保護層とからなり前記透明導電性基板上に描かれたデザインパターンの輪郭部分を構成する隔壁部と、
前記隔壁部の各隔壁間に配される多孔質半導体層と、
前記各隔壁間に形成された前記多孔質半導体層のうち、少なくとも一の隔壁間に形成された前記多孔質半導体層に吸着される第一増感色素と、
前記第一増感色素が吸着された前記多孔質半導体層以外の多孔質半導体層に吸着される第二増感色素と、
前記透明導電性基板上の少なくとも一方辺に形成され、前記集電線と接続し前記第一増感色素および第二増感色素から放出された電子を外部に取り出す電極取出し部と
前記透明導電性基板と対向するように、前記多孔質半導体層上に前記多孔質半導体層とは離間して形成される対向電極と、
前記多孔質半導体層と前記対向電極との間に形成される電荷輸送層と、
前記電荷輸送層が系外に出ないよう前記透明導電性基板と前記対向電極とを封止する封止材とを備える色素増感型太陽電池。
【請求項３】
透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素が染め分けられ、前記透明導電性基板上にデザインパターンが描かれた色素増感型太陽電池であって、
前記透明導電性基板と、
前記透明導電性基板上に配された集電線と前記集電線を被覆する保護層とからなり前記透明導電性基板上に描かれたデザインパターンの輪郭部分を構成する隔壁部と、
前記隔壁部の各隔壁間に配される多孔質半導体層と、
前記各隔壁間に形成された前記多孔質半導体層のうち、少なくとも一の隔壁間に形成された前記多孔質半導体層に吸着される第一増感色素と、
前記第一増感色素が吸着された前記多孔質半導体層以外の多孔質半導体層に吸着される第二増感色素と、
前記透明導電性基板上の少なくとも一方辺に形成される電極取出部と、
前記隔壁部と前記電極取出部と接続し前記第一増感色素および第二増感色素から放出された電子を前記電極取出部まで導くと補助隔壁部と、
前記透明導電性基板と対向するように、前記多孔質半導体層上に前記多孔質半導体層とは離間して形成される対向電極と、
前記多孔質半導体層と前記対向電極との間に形成される電荷輸送層と、
前記電荷輸送層が系外に出ないよう前記透明導電性基板と前記対向電極とを封止する封止材とを備える色素増感型太陽電池。
【請求項４】
前記隔壁部を被覆し、隔壁部と前記対向電極を接続する隔壁保護層を備えた請求項２〜３に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記隔壁部の断面形状が、四角形状である請求項２〜４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に関し、特に意匠性に優れた色素増感型太陽電池、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題・資源問題などを背景に、クリーンエネルギーとしての太陽電池が注目を集めている。しかしながら、従来のシリコン系太陽電池は、製造コストが高い、原料供給が不十分などの課題が残されており、大幅普及には至っていない。また、ＣＩＳ系などの化合物系太陽電池は、極めて高い光電変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、コストや環境負荷などの問題がやはり大幅普及への障害となっている。
【０００３】
一方、色素増感型太陽電池は、安価で高い光電変換効率を得られる太陽電池として着目されている。この色素増感型太陽電池の一般的な構造としては、透明な導電性基板の上に、二酸化チタンなどの酸化物半導体ナノ粒子を用いた多孔膜を形成し、これに増感色素を担持させた半導体電極と、白金スパッタした導電性ガラスなどの対極とを組み合わせ、両極間にヨウ素・ヨウ化物イオンなどの酸化・還元種を含む有機電解液を電荷移送層として充填したものなどを挙げることができる。
【０００４】
なお、上記色素増感型太陽電池については、複数の増感色素を使用して、文字や記号、あるいは図形や絵柄などを色彩豊かに表現したものが知られている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１には、色彩豊かな色素増感型太陽電池を作成するために、１）透明導電膜上に多孔質性半導体層を形成したのち、２）多孔質性半導体層を所定のパターンに除去して、３）除去した部分に隔壁を形成して２種類以上の増感色素を多孔質性半導体層に吸着させる方法が開示されていている。しかし、特許文献１の方法では、製造工程が多段階に及んでしまうという問題があった。また、発電効率の観点から太陽電池と使用する場合には、別途太陽電池に集電線を設けなければならず、かかる場合集電線によって、透明導電性基板上に形成したデザインが損なわれるという問題もあった。
【０００５】
また、特許文献２には、上記色素増感型太陽電池を作成するために、透明導電性基板の上にバンク構造を形成する方法が開示されている。しかし、上記バンク構造はフォトリソ法によって作成されるため、特許文献１の方法と同様に製造工程が他段階に及んでしまうという問題や、多孔質性半導体層を焼結する過程でバンク構造が焼け飛んでしまうという問題があった。また、バンク構造は発電に寄与しないので、バンク構造を有する色素増感型太陽電池は発電面積が小さくなるという問題があった。さらに、太陽電池と使用する場合には、特許文献１の場合と同様に、別途太陽電池に集電線を設けなければならず、透明導電性基板上に形成したデザインが損なわれるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−７５４７２
【特許文献２】特開２００７−１４９６７５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、発電効率と意匠性に優れた色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池を簡便に作成できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００９】
以下に、本発明にかかる実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
本発明の第１態様によれば、透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素を染め分ける色素増感型太陽電池の製造方法であって、前記透明導電性基板上に間隔を空けて前記多孔質半導体層を印刷法によって複数形成する第一工程と、前記間隔を空けた箇所に集電線を形成する第二工程と、前記集電線を保護層で被覆して、前記多孔質半導体層の高さよりも高い隔壁部を形成し、前記複数形成された多孔質半導体層をそれぞれ隔離する第三工程と、前記隔離された多孔質半導体層のうち隣接する多孔質半導体層に異なる色素増感剤を含浸させる第三工程と、を少なくとも備える色素増感型太陽電池の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２態様によれば、透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素が染め分けられ、前記透明導電性基板上にデザインパターンが描かれた色素増感型太陽電池であって、前記透明導電性基板と、前記透明導電性基板上に配された集電線と前記集電線を被覆する保護層とからなり前記透明導電性基板上に描かれたデザインパターンの輪郭部分を構成する隔壁部と、前記隔壁部の各隔壁間に配される多孔質半導体層と、前記各隔壁間に形成された前記多孔質半導体層のうち、少なくとも一の隔壁間に形成された前記多孔質半導体層に吸着される第一増感色素と、前記第一増感色素が吸着された前記多孔質半導体層以外の多孔質半導体層に吸着される第二増感色素と、前記透明導電性基板上の少なくとも一方辺に形成され、前記集電線と接続し前記第一増感色素および第二増感色素から放出された電子を外部に取り出す電極取出し部と、前記透明導電性基板と対向するように、前記多孔質半導体層上に前記多孔質半導体層とは離間して形成される対向電極と、前記多孔質半導体層と前記対向電極との間に形成される電荷輸送層と、前記電荷輸送層が系外に出ないよう前記透明導電性基板と前記対向電極とを封止する封止材とを備える色素増感型太陽電池を提供する。
【００１２】
本発明の第３態様によれば、透明導電性基板上に配された多孔質半導体層に複数の色素が染め分けられ、前記透明導電性基板上にデザインパターンが描かれた色素増感型太陽電池であって、前記透明導電性基板と、前記透明導電性基板上に配された集電線と前記集電線を被覆する保護層とからなり前記透明導電性基板上に描かれたデザインパターンの輪郭部分を構成する隔壁部と、前記隔壁部の各隔壁間に配される多孔質半導体層と、前記各隔壁間に形成された前記多孔質半導体層のうち、少なくとも一の隔壁間に形成された前記多孔質半導体層に吸着される第一増感色素と、前記第一増感色素が吸着された前記多孔質半導体層以外の多孔質半導体層に吸着される第二増感色素と、前記透明導電性基板上の少なくとも一方辺に形成される電極取出部と、前記隔壁部と前記電極取出部と接続し前記第一増感色素および第二増感色素から放出された電子を前記電極取出部まで導くと補助隔壁部と、前記透明導電性基板と対向するように、前記多孔質半導体層上に前記多孔質半導体層とは離間して形成される対向電極と、前記多孔質半導体層と前記対向電極との間に形成される電荷輸送層と、前記電荷輸送層が系外に出ないよう前記透明導電性基板と前記対向電極とを封止する封止材とを備える色素増感型太陽電池を提供する。
【００１３】
本発明の第４態様によれば、前記隔壁部を被覆し、隔壁部と前記対向電極を接続する隔壁保護層を備えた色素増感型太陽電池を提供する。
【００１４】
本発明の第５態様によれば、前記隔壁部の断面形状は四角形状の色素増感型太陽電池を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発電効率と意匠性に優れた色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池を簡便に作成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】本発明の色素増感型太陽電池の断面図である。
【図５】本発明の色素増感型太陽電池の平面図である。
【図６】本発明の色素増感型太陽電池の製造工程に係る断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
下記で、本発明に係る実施形態を図面に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施例に記載した部位や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る色素増感型太陽電池の平面図である。図２は、図１の色素増感型太陽電池をＡ−Ａ’断面で切断したときの図である。図３は、図１の色素増感型太陽電池をＢ−Ｂ’断面で切断したときの図である。
【００１９】
＜色素増感型太陽電池＞
図１、２に示すように、色素増感型太陽電池１は、透明導電性基板１０上に隔壁部３０を備えている。隔壁部３０は、多孔質半導体層２０をパターン状に間仕切るものである。図１では、多孔質半導体層２０が、隔壁部３０によって第一領域１００から第五領域１０４に間仕切られている。そして、図２に示すように、第一領域１００の多孔質半導体層２０には第一増感色素５０が吸着され、それ以外の領域の多孔質半導体層２０には第一増感色素５０とは色彩が異なる第二増感色素５１が吸着されている。その結果、第一領域のパターン形状（「Ｎ」の形状）が表面に浮かび上がり、デザイン性の高い色素増感型太陽電池１となっている。
【００２０】
また、図１、図３に示すように、上記隔壁部３０は、集電線３１と保護層３２から構成され、上記集電線３１は、透明導電性基板１０の周縁部に形成された電極取出部４０と接続されている。このように構成することで、上記色素増感型太陽電池１は、第一領域１００から第五領域１０４に形成された増感色素から電子を効率的に取り出すことができる。よって、別途色素増感型太陽電池１に集電線３１を設ける必要がなくなる。その結果、実施の形態１の色素増感型太陽電池１は、高い意匠性と、高い発電効率を兼ね備えた色素増感型太陽電池１となっている。
【００２１】
すなわち、実施の形態１において、隔壁部は、多孔質半導体層をパターン状に仕切る機能と、上記で仕切った多孔質半導体層から電子を取り出す機能を備えている。その結果、実施の形態１の色素増感型太陽電池は、隔壁部の他に集電線を設ける必要がないので、高い意匠性と、高い発電効率を兼ね備えた色素増感型太陽電池となっている。
【００２２】
＜透明導電性基板＞
図２に示すように、透明導電性基板１０は、基板１１の上に透明導電膜１２を形成した構成からなっている。
【００２３】
基板は、透明なガラス板やプラスチック板等から成る。基板の厚みは０．１〜５ｍｍ程度である。  
【００２４】
透明導電膜は、有機材料や無機材料からなる。有機材料としては、導電性高分子材料を使用できる。上記導電性高分子材料の中でも、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）と３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）を用いて作成される水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を用いることが好ましい。水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）は透明性が高く、導電性も高い。そのため、水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を透明導電膜に用いることによって、色素増感型太陽電池内に外部からの光を効率的に取り込むことができるとともに、色素増感から発生した電子を効率的に電極取出部に輸送することができる。その結果、エネルギー効率の高い色素増感型太陽電池となるためである。また上記に加え、水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）は水溶性であるので、上記透光性基板の上に容易に透明導電膜を形成できるといった長所も有する。
【００２５】
無機材料としては、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、またはニオブドープチタン酸化物などの無機酸化物を使用することができる。なお、透明導電膜の厚みは０．３〜２μｍ程度が好ましい。０．３μｍ未満では、シート抵抗が高くなり、色素増感型太陽電池の直列抵抗が高くなるため、フィルファクター特性が悪くなる傾向がある。この場合、透明導電膜は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スプレー法等によって形成される。
【００２６】
さらに、透明導電膜はアクリル、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニルなどのバインダー樹脂と、導電性ナノファイバーとから構成されていてもよい。この場合、透明導電膜は、塗装やインクジェットなどの方法で設けることができ、透明導電膜の厚みは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で適宜設定可能である。なお、厚みが数十ｎｍより薄いと層としての強度が不足し、厚みが数百ｎｍより厚いと層としての柔軟性がなくなり加工が困難となる。導電性ナノファイバーを構成する材料としては、カーボンナノファイバーのほか、金、銀、白金、銅、パラジウムなどの金属イオンを担持した前駆体表面にプローブの先端部から印加電圧又は電流を作用させ連続的にひき出して作製した金属ナノワイヤや、透光性基板上に原料ガスを導入しＣＶＤ法により作製したグラファイトナノファイバー、ペプチド又はその誘導体が自己組織化的に形成したナノファイバーに金粒子を付加してなるペプチドナノファイバーなどが挙げられる。
【００２７】
＜多孔質半導体層＞
多孔質半導体層２０は、増感色素を吸着し、透明導電性基板１０上に増感色素を保持するものである。
【００２８】
多孔質半導体層としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）が最適であり、他の材料としては、チタン（Ｔｉ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），ニオブ（Ｎｂ），インジウム（Ｉｎ），イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ），ジルコニウム（Ｚｒ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ），カルシウム（Ｃａ），バナジウム（Ｖ），タングステン（Ｗ）等の金属元素の少なくとも１種以上の金属酸化物半導体がよく、例えば、ＴｉＯ２、ＷＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、またはＳｒＴｉＯ３のうち少なくとも１つから成る。また窒素（Ｎ），炭素（Ｃ），フッ素（Ｆ），硫黄（Ｓ），塩素（Ｃｌ），リン（Ｐ）等の非金属元素の１種以上を含有していてもよい。酸化チタン等はいずれも電子エネルギーバンドギャップが可視光のエネルギーより大きい２〜５ｅＶの範囲にあり、好ましい。
【００２９】
多孔質半導体層としては、上記材料からなるとともに内部に微細な空孔を多数有する多孔質のｎ型酸化物半導体層であることが好ましい。さらに上記空孔の直径は、１０〜４０ｎｍであることが好ましい。直径が１０ｎｍ未満の場合、上記交互共重合体の浸透吸着が阻害され、上記交互共重合体について十分な吸着量が得られにくく、また、電解質の拡散が妨げられるために拡散抵抗が増大することから、光電変換効率が低下する傾向がある。４０ｎｍを超えると、多孔質半導体層の比表面積が減少するため上記交互共重合体の吸着量が減少し、さらに、光が透過しにくくなり、上記交互共重合体が光を吸収できなくなる。また、多孔質半導体層に注入された電荷の移動距離が長くなるため電荷の再結合によるロスが大きくなること、さらに、電解質の拡散距離も増大するため拡散抵抗が増大することから、やはり光電変換効率が低下する傾向がある。
【００３０】
多孔質半導体層は、粒状体、または針状体，チューブ状体，柱状体等の線状体またはこれら種々の線状体が集合してなるものであることにより、増感色素を吸着する表面積が増え、光電変換効率を高めることができる。多孔質半導体層は、空孔率が２０〜８０％であることが好ましく、４０〜６０％であることがより好ましい。多孔質化により、緻密体である場合と比較して、光作用極層としての表面積を１０００倍以上に高めることができ、光吸収と光電変換と電子伝導を効率よく行うことができるためである。
【００３１】
なお、多孔質半導体層の空孔率は、ガス吸着測定装置を用いて窒素ガス吸着法によって試料の等温吸着曲線を求め、ＢＪＨ（Barrett-Joyner-Halenda）法，ＣＩ（Chemical Ionizati-on）法，ＤＨ（Dollimore-Heal）法等によって空孔容積を求め、これと試料の粒子密度から得ることができる。
【００３２】
多孔質半導体層の形状は、その表面積が大きくかつ電気抵抗が小さいものがよく、例えば微細粒子もしくは微細線状体からなるのがよい。その平均粒径もしくは平均線径は５〜５００ｎｍであるのがよく、より好適には１０〜２００ｎｍである。平均粒径もしくは平均線径が５ｎｍ未満であると材料の微細化ができず、５００ｎｍを超えると接合面積が小さくなり、光電流が著しく小さくなるためである。
【００３３】
なお、多孔質半導体層を微粒子の多孔質から構成することにより、微細孔に上記交互共重合体を担持し表面が凹凸状となり光閉じ込め効果をもたらすため、光電変換効率をより高めることができる。
【００３４】
また、多孔質半導体層の厚みは１〜１５μｍであることが好ましい。厚みが１μｍ未満であると光電変換作用が著しく小さくなって実用に適さず、１５μｍを超えて厚みが厚くなると、多孔質半導体層と対向電極の絶縁が困難になる。
【００３５】
さらに、多孔質半導体層は、酸化物半導体微粒子の焼結体から成るとともに、酸化物半導体微粒子の平均粒径が透光性基板側より厚み方向に漸次大きくなっていることが好ましく、例えば多孔質半導体層が酸化物半導体微粒子の平均粒径が異なる２層の積層体からなることが好ましい。具体的には、透明導電膜上に平均粒径が小さい酸化物半導体微粒子を用い、その形成した半導体層の上に平均粒径が大きい酸化物半導体微粒子（散乱粒子）を用いることで、平均粒径が大きい多孔質半導体層によって光散乱と光反射による光閉じ込め効果が生じ、光電変換効率を高めることができる。
【００３６】
より具体的には、平均粒径が小さい酸化物半導体微粒子として、平均粒径が約２０ｎｍのものを１００ｗｔ％（重量％）使用し、平均粒径が大きい酸化物半導体微粒子として、平均粒径が約１０ｎｍのものを１０ｗｔ％、および平均粒径が約４００ｎｍのものを９０ｗｔ％混合して使用する。これらの重量比、平均粒径、それぞれの膜厚を変えることによって、最適な光閉じ込め効果が得られる。
【００３７】
＜隔壁部＞
図１、２で示すように、隔壁部３０は、集電線３１が保護層３２よって被覆された構成からなる。
【００３８】
なお、隔壁部３０の断面形状は、四角形状が好ましい。集電線の被覆効果が高くなるためである。また、隔壁部の面積を小さくして多孔質半導体層の面積を大きくできるので、発電効果を高めることができるからである。
【００３９】
集電線は、多孔質半導体層と電極取出部とを電気的に接続するために形成され、導電粒子とガラス微粒子とから構成される。この場合、導電性粒子が７０〜９５重量％程度含有されていることが好ましい。導電性粒子の含有量が７０重量％未満では、導電性が悪くなり、９５重量％を超えると、印刷パターン形成が困難となる。また、導電性粒子の平均粒径は０．５〜１５μｍが好ましい。０．５μｍ未満では、導電率への寄与が小さくなり、１５μｍを超えると、望ましいパターン精度が得られ難くなる。なお、集電線として銀ペーストを用いることもできる。
【００４０】
なお、導電粒子としては、アルミニウム，クロム，ニッケル，コバルト及びチタンなどが挙げられる。ガラス微粒子としては、低融点ガラスが挙げられる。
【００４１】
集電線の幅は２０〜１４０μｍが好ましい。２０μｍ未満では集電線の抵抗値が高くなり、１４０μｍを越えると発電効率が下がる。集電線の厚みは、０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。０．５μｍ未満であると抵抗値が高くなり、１０μｍを越えると集電線の形成が困難となる。さらには対向電極との距離が広がり効率が悪くなったり、多孔質半導体層での散乱強度の低下が発生し易くなる。１４０μｍを超えると、電解質において電流損失が増大し易くなる。
【００４２】
保護層は、電荷移動層の電解質から集電線を保護するものである。保護層は、Ｂｉ２Ｏ３，ＺｎＯ，Ｂ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＭｇＯ等を含むガラスから構成される。集電線を覆う保護層の幅は１００〜３００μｍが好ましい。１００μｍ未満では、集電線がパターン精度の不具合で電解質液層に露出し易くなり、３００μｍを超えると、受光面積が小さくなる。
【００４３】
＜電極取出部＞
電極取出部は、集電線から電子を受け取り、導線を介して電子を対向電極（カソード側）へと移動させる部材である。なお、電極取出部の材質、厚み、形成方法は、集電線と同じである。
【００４４】
＜取出部保護層＞
取出部保護層は、電荷輸送層から電極取出部を保護するものである。なお。取出部保護層４１の材質、厚み、形成方法は、保護層と同じである。
【００４５】
＜第一増感色素および第二増感色素＞
第一増感色素、第二増感色素は電子を多孔質半導体層に放出するとともに、色素増感型太陽電池の表面に多様な色彩を付与するものである。従って、第一増感色素と第二増感色素は、増感作用を有し、色彩が異なっていれば特に限定されない。
【００４６】
そのような、第一増感色素、第二増感色素としては、有機色素または金属錯体色素を使用することができ、有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられ、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。例えば、酸化物半導体膜だけでは、可視光（４００〜８００ｎｍ程度の波長）を殆ど吸収できないが、ルテニウム錯体を担持させることにより、大幅に可視光まで取り込んで光電変換できるようになる。
【００４７】
＜電荷輸送層＞
電荷輸送層は、対向電極（カソード側）から供給された電子を、上記増感色素に供与する層である。
【００４８】
電荷輸送層の材質としては、液状電解質もしくはゲル状電解質を用いることが好ましい。電荷の輸送特性に優れる液状電解質もしくはゲル状電解質を用いることによって、光電変換効率が向上する。また、電荷輸送層はポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール，ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体，ペンタセン誘導体，ペリレン誘導体，トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤から成るものであってもよい。
【００４９】
なお、電荷輸送層はヨウ素／ヨウ化物塩，臭素／臭化物塩，コバルト錯体およびフェロシアン化カリウム等を含む。
【００５０】
電荷輸送層の厚みは１〜５００μｍであることが好ましい。５００μｍを超えると電荷輸送時に抵抗が大きくなり、色素増感型太陽電池の高効率化ができない。
【００５１】
＜対向電極＞
対向電極は、カソード電極を構成するものであり、透明導電性基板から送られてきた電子を電荷輸送層に供与するものである。なお、対向電極は基板の上に、導電層と触媒層がこの順番で形成された構成からなっている。
【００５２】
基板は、ガラス板やプラスチック板等から成り、厚みは０．１〜２０ｍｍ程度である。
【００５３】
導電層の材質としては、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、スズドープインジウム（ＩＴＯ）アルミドープ亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ亜鉛（ＧＺＯ）、ニオブドープ酸化チタン（ＮＴＯ）などが挙げられる。上記の中でも、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることが好ましい。フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることによって、色素増感型太陽電池の変換効率が向上する。
【００５４】
導電層の厚みは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満では、高い導電度を得ることができない。１０μｍを超えると、色素増感型太陽電池が光を透過することができない。なお導電層はケミカルベーパーディポジション（ＣＶＤ）、スプレー熱分解法（ＳＰＤ）、スパッタリングなどの方法によって、基板の上に形成される。
【００５５】
触媒層の材質としては、白金、炭素、ポリチオフェン誘導体などが挙げられる。上記の中でも、白金を用いることが好ましい。白金を用いることによって、変換効率と透明性が向上する。触媒層の厚みは０．１〜１００ nｍであることが好ましい。０．１μｍ未満では、電荷輸送層を構成する材料を還元できない。１００μｍを超えると、コストがかかりすぎる。さらには、光を透過する色素増感型太陽電池を作成することができない。なお、触媒層はドクターブレード、スクリーン印刷、スプレー塗布、インクジェットなどの方法によって、導電層の上に形成される。
【００５６】
＜封止材＞
封止材は、電荷輸送層を色素増感型太陽電池内に封止する部材である。封止材が電荷輸送層を封止するため、光電変換素子の光照射および高温加熱に対する耐久性及び信頼性を有効に保持できる。即ち、電荷輸送層が光照射および高温加熱によって色素増感型太陽電池から漏出するのを有効に抑えることができる。
【００５７】
封止材の材質としては、アクリレート系のＵＶ硬化樹脂、ポリエチレン，ポリプロピレン，エポキシ樹脂，フッ素樹脂またはシリコーン樹脂等の樹脂接着剤、もしくはガラスフリット，セラミックス等の無機接着剤を挙げることができる。
【００５８】
封止材の厚み（高さ）は、０．５〜５００μｍであることが好ましい。０．５μｍ未満では、多孔質半導体層の厚さが０．５μｍ以下となり、色素が光を十分吸収できなくなってしまう。なお、５００μｍを超えると、電荷輸送層が５００μｍ近くになり、内部抵抗が大きくなる。なお、封止部材はホットプレス、ＵＶ硬化などの方法によって形成される。
【００５９】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る色素増感型太陽電池１の断面図である。基本的な構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでは相違点についてのみ説明する。図４に示すように実施の形態２では、隔壁部３０の上に隔壁保護層３３が形成され、その隔壁保護層３３が対向電極７０まで達している。そして、隔壁保護層３３が、各隔壁間３０に形成された多孔質半導体層２０と電荷輸送層６６を間仕切っている。このように構成することで、集電線３１が保護層３２と隔壁保護層５１で二重に被覆されるので、電荷輸送層６０による集電線３１の腐食をより確実に防止することができる。
【００６０】
＜隔壁保護層＞
隔壁保護層の材質としては、ポリエチレン，ポリプロピレン，エポキシ樹脂，フッ素樹脂またはシリコーン樹脂等の樹脂接着剤、もしくはガラスフリット，セラミックス等の無機接着剤を挙げることができる。
【００６１】
隔壁保護層の幅は、３００〜２０００μｍであることが好ましい。３００μｍ未満では、集電保護層を被服できなくなる。なお、２０００μｍを超えると、発電面積が小さくなるので発電効率が低下してしまう。
【００６２】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係る色素増感型太陽電池１の平面図である。基本的な構成は、実施の形態１と同様であるので、ここでは相違点についてのみ説明する。図５に示すように実施の形態３では、隔壁部３０が透明導電性基板１０の上に独立して形成されている。そして、隔壁部３０と電極取出部４０を連結するために補助隔壁部９０が隔壁部３０と電極取出部４０とに接続している。このように構成することで、隔壁部３０は電極取出部４０から独立して形成されるので、よりデザイン性の高い色素増感型太陽電池１となる。
【００６３】
なお、隔壁補助部９０は集電補助線９１と保護補助層９２からなっている。また、集電補助線９１は保護補助層９２によって被覆されている。補助集電線９１と補助保護層９２の材質、大きさについては、それぞれ集電線３１、保護層３２を構成するものと同じである。
【００６４】
次に、実施の形態１に係る色素増感型太陽電池１の製造方法について説明する。
＜色素増感型太陽電池の製造方法＞
色素増感型太陽電池１を得る方法としては、以下の各工程を含む。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、透明導電性基板１１の一方面上に透明導電膜１２を形成して透明導電性基板１０を得る。
【００６６】
透明導電膜としては、インジウムスズ酸化物かフッ素ドープしたスズ酸化物からなるのが好ましい。安価であり高温焼結工程において不活性であるためである。
【００６７】
次に、図６（ｂ）に示すように、透明導電膜１２上に多孔質半導体層２０をパターン形成する。
【００６８】
なお、多孔質半導体層は、酸化物半導体を高分子および溶剤に分散させたペーストを印刷し、焼結させることにより形成する。例えば、多孔質半導体層が酸化チタンからなる場合、以下のようにして形成される。まず、ＴｉＯ２のアナターゼ粉末に酢酸を添加した後、脱イオン水とエタノールともに混練し、溶媒と高分子で安定化させた酸化チタンのペーストを調製する。調製したペーストをスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法によって透明導電膜上に一定速度で塗布し、大気中で４００〜６００℃で、１０〜６０分、好適には２０〜４０分加熱処理することにより、多孔質半導体層を得る。
【００６９】
次に、図６（ｃ）に示すように、多孔質半導体層２０の形成されていない箇所に、隔壁部３０を形成する。隔壁部３０は集電線３１を透明導電性基板１０の上に形成したのち、保護層３２が集電線３１を被覆するようにして形成する。このように構成することで、多孔質半導体層２０は、前の工程と本工程で２回焼成されることになるので、多孔質半導体層２０中に含まれる不純物を殆ど取り除くことができる。その結果、多孔質半導体層の純度が高くなるので、発電効率の高い色素増感型太陽電池１となる。
【００７０】
集電線の形成は、導電粒子とガラス微粒子を配合しペースト状にしたものを、スクリーン印刷法などの印刷法を用いて透明導電性基板上に形成し、加熱、焼成して、導電粒子を融着させることにより完了する。焼成の条件としては、特に限定されるものではないが、例えば、５００〜５５０℃の温度で、１〜４時間かけて行う。
【００７１】
保護層の形成は、集電線の上に低融点ガラス等からなるペーストを印刷法などによって形成し、その後、乾燥、焼結して完了する。集電線と保護層とからなる隔壁部の厚みは多孔質半導体層の厚みより厚くなるよう行う。隔壁部の厚みが多孔質半導体層の厚みより厚ければ、次の増感色素を多孔質半導体層に含浸させる過程で、各区画に異なる増感色素を容易に含浸させることができる。
【００７２】
低融点ガラス等からなる保護層の焼結は、基板の歪点よりも２０℃以上低い熱処理温度で行われることが望ましい。低融点ガラスの熱処理温度と基板の歪点との差が２０℃未満であると、熱処理温度が制御しにくくなり、熱処理温度のばらつきが基板に変形や割れといった悪影響を与えるおそれが生じる。また、低融点ガラスの熱処理温度と基材の歪点との差が過剰に大きい場合には、使用可能な低融点ガラスが少なくなり保護層の材料の選択肢が狭くなる。
【００７３】
また、低融点ガラス等からなる保護層の熱処理温度は、例えば４００℃〜５５０℃、より好ましくは、４３０℃〜５３０℃に調整される。保護層の熱処理温度が５５０℃を越えると、基材に悪影響を与えるおそれが生じる。また、保護層の熱処理温度が４００℃未満であると、保護層の材料の選択肢が狭くなる。保護層は、前述した低融点ガラスの他に、各種樹脂としてもよい。この場合には、使用する樹脂の融点＋５０℃程度の熱処理温度が好ましく、例えば２００℃〜３５０℃の範囲とすればよい。なお、保護層の焼成装置としては、公知の適切な方法を用いることができ、例えば、熱風循環オーブンやベルト炉を用いることができる
【００７４】
次に、図６（ｄ）に示すように、ディスペンサ２００を用いて、種類の異なる増感色素（例えば、第一増感色素５０、第二色素増感５１）を多孔質半導体層２０上の各区画に吸着させる。
【００７５】
種類の異なる増感色素（例えば、第一増感色素５０、第二色素増感５１）の形成は、インクジェット法を用いて種類の異なる増感色素を各区画に印刷し、増感色素を多孔質半導体層上に吸着させることで完了する。なお、吸着後、余分な増感色素と残った液剤を除去するため、全体をエタノールですすぎ洗浄し、窒素でブロー乾燥する。なお、この製造方法では、異なる種類の増感色素を異なる区画に塗布することが出来る。そのため、解像度３００ｄｐｉ もしくはそれ以上の高画像品質の光電変換素子を作ることが出来る。
【００７６】
また、多孔質半導体層に増感色素（例えば、第一増感色素５０、第二色素増感５１）を効率的に吸着させるためには、増感色素に少なくとも１個以上のカルボキシル基，スルホニル基，ヒドロキサム酸基，アルコキシ基，アリール基，ホスホリル基等を置換基として有することが有効である。これら置換基は増感色素自体を多孔質半導体層に強固に化学吸着させることができ、励起状態の増感色素から多孔質の半導体層へ容易に電荷移動できるものであるためである。色素を吸着させる方法としては、例えば基板上に形成された多孔質半導体層を、増感色素を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。
【００７７】
多孔質半導体層に増感色素を吸着させる際の増感色素を溶解させる溶液の溶媒としては、エタノール等のアルコール類，アセトン等のケトン類，ジエチルエーテル等のエーテル類，アセトニトリル等の窒素化合物等を１種または２種以上混合したものが挙げられる。溶液中の増感色素の濃度は５×１０−５〜２×１０−３ｍｏｌ／ｌ（ｌ（リットル）：１０００ｃｍ３）程度が好ましい。
【００７８】
多孔質半導体層に増感色素を吸着させる際、溶液及び雰囲気の温度の条件は特に限定するものではなく、例えば、大気圧下もしくは真空中、室温もしくは基板加熱の条件が挙げられる。増感色素の吸着にかける時間は増感色素及び溶液の種類、溶液の濃度、増感色素の溶液の循環量等により適宜調整することができる。これにより、増感色素を多孔質半導体層に吸着させることができる
【００７９】
次に、図６（ｅ）に示すように、透明導電性基板１０の周縁部に封止材８０を形成したのち、透明導電性基板１０と対向電極７０を貼り合せ封止する。なお、封止材の材質、形成方法は上述の通りである。
【００８０】
最後に、図６（ｆ）に示すように、透明導電性基板１０と対向電極７０の間にできた隙間に電解液を注入し、電荷輸送層６０を形成して、色素増感型太陽電池１を得る。なお、電荷輸送層の材質は上述の通りである。
【００８１】
上記方法によれば、透明導電性基板上に多孔質性半導体層を形成して、多孔質性半導体層を所定のパターンに除去したのち、除去した部分に隔壁部を形成するといった工程や、バンク構造を形成するといった工程を経ることなくして多孔質半導体層に複数の増感色素を染め分けできる。従って、色彩豊かな色素増感型太陽電池を簡便に作成することができる製造方法である。
【符号の説明】
【００８２】
１：色素増感型太陽電池
１０：透明導電性基板
１１：透明基板
１２：透明導電膜
２０：多孔質半導体層
３０：隔壁部
３１：集電線
３２：保護層
３３：隔壁保護層
４０：電極取出部
４１：取出部保護層
５０：第一色素増感
５１：第二色素増感
６０：電荷輸送層
７０：対向電極
８０：封止材
９０：補助隔壁部
９１：補助集電線
９２：補助保護層
１００：第一多孔質半導体領域
１０１：第二多孔質半導体領域
１０２：第三多孔質半導体領域
１０３：第四多孔質半導体領域
２００：ディスペンサ 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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