(57)【要約】【課題】色素増感太陽電池の発電性能と共に、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量を評価可能な評価用試験体を提供する。【解決手段】第一波長と第二波長の光が透過可能な第一基材４３Ａ及び透明導電膜５２Ａと金属酸化膜及び金属酸化膜に担持させた第二波長に吸収ピークを有する増感色素からなる発電層４５と第一波長に吸収ピークを有する酸化還元対を含む電解質４４と第一波長と第二波長の光が透過可能な第二触媒層５３Ｂ、透明導電膜５２Ｂ及び第二基材４３Ｂとが順次積層された発電性能評価部６１と、第一基材４３Ａと透明導電膜５２Ａと第一触媒層５３Ａと電解質４４と第二触媒層５３Ｂと透明導電膜５２Ｂと第二基材４３Ｂとが順次積層された触媒活性評価部６３と、第一基材４３Ａと電解質４４と第二基材４３Ｂとが順次積層された酸化還元対・増感色素濃度評価部６４と、を備える。【選択図】図２
2014229364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一波長と第二波長の光が透過可能な第一基材と、
前記第一基材と間隔をあけて配置され且つ前記第一及び第二の波長の光が透過可能な第二基材と、
前記第一基材と前記第二基材の間に注入された前記第一波長に吸収ピークを有する酸化還元対を含む電解質と、を備え、
前記第一及び第二の基材にそれぞれ第一領域、第二領域、第三領域が区画されており、
前記第一及び第二の基材の少なくとも第一及び第二の領域の板面に透明導電膜が設けられ、
前記第一基材の第一領域の前記透明導電膜に金属酸化膜及び前記金属酸化膜に担持させた前記第二波長に吸収ピークを有する増感色素からなる発電層が設けられ、
前記第一基材の第二領域の前記透明導電膜に前記電解質の触媒能を有する第一触媒層が設けられ、
前記第二基材の前記第一及び第二の領域の前記透明導電膜に前記電解質の触媒能を有する第二触媒層が設けられ、
前記第一及び第二の基材の第一領域が相互に重なる部分が発電層に第二波長の光を照射したときの前記発電層の電気特性を測定するための発電性能評価部とされ、前記第一及び第二の基材の第二領域が相互に重なる部分が前記触媒層の活性を測定するための触媒活性評価部とされ、前記第一及び第二の基材の第三領域が相互に重なる部分が前記第一及び第二の波長の光を用いた分光法によって前記電解質中の前記酸化還元対と前記増感色素の濃度を測定するための酸化還元対・増感色素濃度評価部とされていることを特徴とする評価用試験体。
【請求項２】
前記酸化還元対・増感色素濃度評価部の平面視での面積が３ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の評価用試験体。
【請求項３】
前記第一基材の前記透明導電膜に前記第一及び前記第二の波長の光を透過し且つ前記発電層から取り出される電子の逆流を抑制するブロッキング層が設けられ、
前記第一触媒層及び前記発電層は前記ブロッキング層上に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の評価用試験体。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の評価用試験体を用意する工程と、
前記評価用試験体の発電性能評価部に前記第二波長の光を照射して電気特性を測定することによって発電性能を評価する発電性能評価工程と、
前記評価用試験体の前記触媒活性評価部のおける電気特性を測定することによって触媒活性を評価する触媒活性評価工程と、
前記評価用試験体の前記酸化還元対・増感色素濃度評価部に前記第一及び第二の波長の光を照射して、分光法により前記電解液の前記第一及び第二の波長における分光特性を測定することによって前記電解質中の前記酸化還元対と前記増感色素の各濃度を評価する酸化還元対・増感色素濃度評価工程と、を備え、
前記発電性能評価工程と前記触媒活性評価工程と前記酸化還元対・増感色素濃度評価工程を同時又は順次行うことを特徴とする発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法を色素増感太陽電池の製造設備において実施し、前記発電性能評価工程と前記触媒活性評価工程と前記酸化還元対・増感色素濃度評価工程で得られた評価結果に基づいて前記色素増感太陽電池の製造設備の周辺環境を制御することを特徴とする色素増感太陽電池の製造設備の管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価用試験体、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法、色素増感太陽電池の製造設備の管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光起電力効果を利用して光エネルギーを直接電力に変換可能であり、二酸化炭素等の汚染物質を排出しないクリーンな発電源として太陽電池が注目されている。太陽電池の中でも、色素増感型太陽電池は、高い変換効率を有し、比較的簡易な方法により製造され、かつ原材料単価が安価であるため、次世代太陽電池として期待されている。
【０００３】
一般に知られている色素増感太陽電池は、所謂グレッツェル型として知られているものである。グレッツェル型の色素増感太陽電池（以降、単に色素増感太陽電池という）では、金属酸化膜等の光電極の表面に吸着した増感色素に光が照射されることで発生した電子が増感色素、光電極、透明導電膜、外部回路へと順次流れ、電流として取り出される。電子を放出した増感色素は電解質中の酸化還元対によって還元される。酸化された酸化還元対は、対向導電膜上に形成された触媒層によって還元体に再生される（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
色素増感太陽電池において、電解質中に含まれる酸化還元対の濃度や、光電極表面の増感色素の担持量、触媒層の触媒活性は、発電性能に大きく影響を与えることが分かっている。即ち、電解質中に含まれる酸化還元対の濃度には適正値が存在する。酸化還元対の濃度が適正値より高すぎると透明導電膜や、光電極中を流れる電子が、電解質中の酸化還元対へと逆電子反応を大量に起こしてしまい、好ましくない。また、酸化還元対の濃度が適正値より低すぎると増感色素の還元が起こりにくくなり、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７６９５０号公報
【特許文献２】特開２００９−９９３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，１９９１，３５３，７３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記説明した色素増感太陽電池の光電極と対向電極間の電子のやり取りを担う電解質には、拡散速度が速く、増感色素や触媒層との電子授受に対して、適切な酸化還元電位を有するヨウ素（Ｉ−/Ｉ３−）を含む溶液や化合物が使われることが多い。ヨウ素の吸収スペクトルは波長３６８ｎｍ付近にピークを有しているため、電解質中のヨウ素濃度は電解質に光を照射して波長３６８ｎｍ付近の吸光度を測定することにより評価できる。
【０００８】
また、光電極の表面に担持させる増感色素には、ルテニウム錯体が用いられることが多い。ルテニウム錯体は、シアニンやクロロフィル等の有機色素と比較して吸収波長帯が広い上、光励起の寿命が長く、励起電子が半導体へ注入された後に生じる酸化種を安定させる。ルテニウム錯体の吸収スペクトルは、波長５２０ｎｍ付近にピークを有している。そのため、電解質に光を照射したときの波長５２０ｎｍ付近の吸光度から電解質中の増感色素の濃度を測定することよって、光電極の表面から電解質に溶出した増感色素の量を評価できる。
【０００９】
しかしながら、従来の色素増感太陽電池においては、セルを構成する透明電極の全面に光電極とその表面に担持された前記ルテニウム錯体からなる発電層が形成され、対向電極の全面に触媒層が形成されている。対向電極の触媒層には、酸化還元反応に対する触媒能が高い上、安定しており、導電性が高い点から、白金が用いられている。このような場合、波長３６８ｎｍ付近、５２０ｎｍ付近の光を透明電極側又は対向電極側からセルに照射しても発電層や対向電極側の触媒層に吸収、反射されるため、電解質中のヨウ素濃度及び光電極の表面から電解質に溶出した増感色素の量を正確に評価できない。即ち、従来の色素増感太陽電池では発電性能を測定できるものの、発電性能と共に触媒層の触媒活性や電解質中に含まれる酸化還元対の濃度、発電層から電解質に溶出した増感色素の量を評価できない問題があった。そのため、色素増感太陽電池の製造工程において発電性能の低下が生じた場合にその原因を解明できず、色素増感太陽電池の生産性及び信頼性が低下する虞があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、色素増感太陽電池の製造工程において、色素増感太陽電池の発電性能と共に、触媒層の触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量を評価できる評価用試験体、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法、色素増感太陽電池の製造設備の管理方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の評価用試験体は、第一波長と第二波長の光が透過可能な第一基材と、前記第一基材と間隔をあけて配置され且つ前記第一及び第二の波長の光が透過可能な第二基材と、前記第一基材と前記第二基材の間に注入された前記第一波長に吸収ピークを有する酸化還元対を含む電解質と、を備え、前記第一及び第二の基材にそれぞれ第一領域、第二領域、第三領域が区画されており、前記第一及び第二の基材の少なくとも第一及び第二の領域の板面に透明導電膜が設けられ、前記第一基材の第一領域の前記透明導電膜に金属酸化膜及び前記金属酸化膜に担持させた前記第二波長に吸収ピークを有する増感色素からなる発電層が設けられ、前記第一基材の第二領域の前記透明導電膜に前記電解質の触媒能を有する第一触媒層が設けられ、前記第二基材の前記第一及び第二の領域の前記透明導電膜に前記電解質の触媒能を有する第二触媒層が設けられ、前記第一及び第二の基材の第一領域が相互に重なる部分が発電層に第二波長の光を照射したときの前記発電層の電気特性を測定するための発電性能評価部とされ、前記第一及び第二の基材の第二領域が相互に重なる部分が前記触媒層の活性を測定するための触媒活性評価部とされ、前記第一及び第二の基材の第三領域が相互に重なる部分が前記第一及び第二の波長の光を用いた分光法によって前記電解質中の前記酸化還元対と前記増感色素の濃度を測定するための酸化還元対・増感色素濃度評価部とされていることを特徴とする。
また、本発明の評価用試験体は、前記酸化還元対・増感色素濃度評価部の平面視での面積が３ｍｍ２以上であることが好ましい。
更に、本発明の評価用試験体は、前記第一基材の前記透明導電膜に前記第一及び前記第二の波長の光を透過し且つ前記発電層から取り出される電子の逆流を抑制するブロッキング層が設けられ、前記第一触媒層及び前記発電層は前記ブロッキング層に設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法は、上記の評価用試験体を用意する工程と、前記評価用試験体の発電性能評価部に前記第二波長の光（を含む疑似太陽光等）を照射して電気特性を測定することによって発電性能を評価する発電性能評価工程と、前記評価用試験体の前記触媒活性評価部のおける電気特性を測定することによって触媒活性を評価する触媒活性評価工程と、前記評価用試験体の前記酸化還元対・増感色素濃度評価部に前記第一及び第二の波長の光を照射して、分光法により前記電解液の前記第一及び第二の波長における分光特性を測定することによって前記電解質中の前記酸化還元対と前記増感色素の各濃度を評価する酸化還元対・増感色素濃度評価工程と、を備え、前記発電性能評価工程と前記触媒活性評価工程と前記酸化還元対・増感色素濃度評価工程を同時又は順次行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明の色素増感太陽電池の製造設備の管理方法は、上記の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法を色素増感太陽電池の製造設備において実施し、前記発電性能評価工程と前記触媒活性評価工程と前記酸化還元対・増感色素濃度評価工程で得られた評価結果に基づいて前記色素増感太陽電池の製造設備の周辺環境を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の評価用試験体、及び、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法によれば、色素増感太陽電池の製造工程において、色素増感太陽電池の発電性能と共に、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量を正確に評価できる。その結果、色素増感太陽電池の製造工程において発電性能の低下が生じた場合に、前記評価の結果から発電性能低下の原因を解明できる。
【００１５】
また、色素増感太陽電池の製造設備の管理方法によれば、前記評価用試験体、及び、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法により得られた色素増感太陽電池の製造工程における発電性能の低下の原因をふまえて色素増感太陽電池の製造設備の周辺環境を制御できる。これにより、色素増感太陽電池の生産性を高め、歩留まりよく色素増感太陽電池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態である評価用試験体を示す平面図である。
【図２】本発明の実施形態である評価用試験体を示す図であって、図１に示すＧ−Ｇ´線で矢視した場合の断面図である。
【図３】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態である評価用試験体の製造工程を示す断面図である。
【図１１】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１２】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１３】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１４】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１５】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１６】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１７】実施例１における評価用試験体の製造工程を示す図であって、（ａ）〜（ｃ）は断面図である。
【図１８】実施例１における評価用試験体を示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＨ−Ｈ´線で矢視した場合の断面図である。
【図１９】比較例１における評価用試験体を示す平面図である。
【図２０】比較例２における評価用試験体を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態である評価用試験体、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法、色素増感太陽電池の製造設備の管理方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。
【００１８】
本発明の実施形態である評価用試験体１０１は、色素増感太陽電池等の光電変換素子における発電性能と共に、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、発電層４５から電解質に溶出した増感色素の量の評価に用いられるものである。図１及び図２に示すように、評価用試験体１０１は、発電性能評価部６１と、触媒活性評価部６３と、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４と、を備えている。また、評価用試験体１０１は、第一基材４３Ａと、第二基材４３Ｂと、電解質４４と、透明導電膜５２Ａ，５２Ｂと、発電層４５と、第一触媒層５３Ａと、第二触媒層５３Ｂと、を少なくとも備えて構成されている。更に、評価用試験体１０１は、ブロッキング層６０を備えていることが好ましい。
以下、各構成要素について順次説明する。
【００１９】
第一基材４３Ａは、電解質４４に含まれる酸化還元対の吸収ピーク波長λ１（第一波長）の光と、発電層４５の金属酸化膜の表面に担持されている増感色素の吸収ピーク波長λ２（第二波長）の光が透過可能な材質によって構成されている。
【００２０】
第二基材４３Ｂは、第一基材４３Ａと間隔をあけて配置されており、第一基材４３Ａと同様に酸化還元対の吸収ピーク波長λ１の光と、増感色素の吸収ピーク波長λ２の光が透過可能な材質によって構成されている。
【００２１】
本実施形態では、酸化還元対として、拡散速度が速く、増感色素や触媒層との電子授受に対して、適切な酸化還元電位を有するヨウ素（Ｉ−/Ｉ３−）が用いられることが好ましい。また、増感色素として、吸収波長帯が広い上、光励起の寿命が長く、励起電子が半導体へ注入された後に生じる酸化種を安定させるルテニウム錯体が用いられることが好ましい。ヨウ素の吸収ピーク波長λ１は３６８ｎｍ付近であり、ルテニウム錯体の吸収ピーク波長λ２は発電層４５に照射される太陽光の可視波長のうち５２０ｎｍ付近である。従って、第一基材４３Ａ及び第二基材４３Ｂの媒質としては、波長λ１，λ２の光を透過可能なガラス、樹脂等が好適である。このようなガラスとしては、例えば、ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス及び白板ガラスなどの一般的なガラスが挙げられる。また、樹脂としては、例えば、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂及びポリアミド樹脂が挙げられる。
【００２２】
第一基材４３Ａは、発電性能評価部６１を形成するための第一領域７１Ａと、触媒活性評価部６３を形成するための第二領域７３Ａと、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４を形成するための第三領域７４Ａと、に区画されている。また、第二基材４３Ｂは、発電性能評価部６１を形成するための第一領域７１Ｂと、触媒活性評価部６３を形成するための第二領域７３Ｂと、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４を形成するための第三領域７４Ｂと、に区画されている。
【００２３】
なお、第二基材４３Ｂと透明導電膜５２Ｂの一部には、図９に示すように第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂとの間に形成される内部空間Ｓに電解質４４を注入するための注入穴４９が一時的に設けられる。注入穴はダイヤモンドドリル等で直径１ｍｍ程度の穴として形成され、電解質４４の内部空間Ｓへの注入がなされた後に、注入穴４９は光照射処理や熱硬化処理等により封止されている。
【００２４】
電解質４４は、図２に示すように第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂの間に注入されており、色素増感太陽電池のセルにおいて電気を流すための酸化還元反応を生ずる酸化還元対を含む物質である。このような酸化還元対としては、前述のようにヨウ素が挙げられる。ヨウ素を含む電解質４４としては、例えば、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、ガンマブチロラクトン等の非水系溶媒、もしくはエチルメチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド等のイオン液体に、ヨウ化リチウム等のヨウ化塩物と、ヨウ素とが混合されてなる溶液等が挙げられる。
【００２５】
電解質４４は、その側方を封止材４７により封止されている。
【００２６】
図２に示すように、透明導電膜５２Ａ，５２Ｂはそれぞれ、第一基材４３Ａ、第二基材４３Ｂの板面に形成されており、透明電極、対向電極を構成するものである。透明導電膜５２Ａ，５２Ｂの材質としては、例えば、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化ガリウム／酸化亜鉛（ＧＺＯ）等が挙げられる。但し、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４においては分光測定を行うための波長λ１，λ２の光が透過可能であればよいので、第一基材４３Ａの第三領域７４Ａ及び第二基材４３Ｂの第三領域７４Ｂの板面の透明導電膜５２Ａ，５２Ｂは省略されていてもよい。
【００２７】
発電層４５は、色素増感太陽電池に用いられる金属酸化膜と金属酸化膜に担持させた増感色素によって構成されている。金属酸化膜は、多孔質構造を形成し得る金属酸化物材料からなる。ナノオーダーの多孔質構造を形成できる上に、増感色素からの電子授受に対し適切なエネルギー準位を有していることや、安定性、安全性などの観点から、金属酸化膜の金属酸化物材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）が好適である。
【００２８】
増感色素は、金属酸化膜の表面に吸着しており、太陽光等の光が評価用試験体１０１の外方から第一基材４３Ａを透過して照射された際に、波長λ２をピークとして太陽光を吸収し、金属酸化膜に電子を放出する。酸化チタンのようにバンドギャップが広く、紫外域にしか吸収体を持たない金属酸化物材料からなる金属酸化膜は、増感色素から電子を受け取る。増感色素としては、例えばルテニウム錯体、シアニンやクロロフィルといった有機色素が挙げられる。吸収する波長域が広い上に、光励起の寿命が長く、金属酸化膜に導かれた電子が安定する点から、増感色素としては、ルテニウム錯体が好適であり、具体的にはシス−ジ（チオシアナト）−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）、該シス−ジ（チオシアナト）−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）のビス−テトラブチルアンモニウム塩、トリ（チオシアナト）−（４，４’，４’’−トリカルボキシ−２，２’：６’，２’’−ターピリジン）ルテニウムのトリス−テトラブチルアンモニウム塩等が挙げられる。ルテニウム錯体の吸収ピーク波長λ２は、５２０ｎｍ付近である。
【００２９】
第一触媒層５３Ａは、触媒活性評価部６３を形成するための第一基材４３Ａの第二領域７３Ａの板面に形成されている。第一触媒層５３Ａは、電解質４４の酸化還元対に対して還元能を有し、電解質４４を介して対向する第二触媒層５３Ｂとの交換電流密度を測定するために設けられているものである。
【００３０】
第二触媒層５３Ｂは、発電性能評価部６１及び触媒活性評価部６３を形成するための第二基材４３Ｂの第一領域７１Ｂ及び第二領域７３Ｂの板面に形成されている。第二触媒層５３Ｂは、電解質４４の酸化還元対に対して還元能を有する。第一領域７１Ｂの第二触媒層５３Ｂは、電解質４４の酸化還元対を継続的に還元するために設けられているものである。また、第二領域７３Ｂの第二触媒層５３Ｂは、第一触媒層５３Ａと共に交換電流密度を測定するために設けられているものである。
【００３１】
第一触媒層５３Ａ及び第二触媒層５３Ｂの材質としては、酸化還元反応に対する触媒能が高く、安定であり、導電性が高い点から、例えば白金やカーボンが挙げられる。具体的には、第一触媒層５３Ａ及び第二触媒層５３Ｂは、メタノール、エタノール等の溶媒に塩化白金酸などの白金前駆体等を溶かした溶液を塗布して焼成する方法や、白金をターゲット源に用いたスパッタリング法などを用いることによって形成されている。
【００３２】
ブロッキング層６０は、図２に示すように第一基材４３Ａの透明導電膜５２Ａの上に形成されている。ブロッキング層６０は、増感色素から金属酸化膜に移動して透明導電膜５２Ａに取り出される電子が電解質４４へ逆流することを阻害するために設けられているものである。このように色素増感太陽電池において開放電圧や曲線因子を極限まで増大させる点ではブロッキング層６０が形成されていることが好ましいが、評価用試験体１０１では省略されていてもよい。また、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４は分光測定を行うための波長λ１，λ２の光が透過可能であればよいため、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４のみブロッキング層６０が省略されていてもよい。ブロッキング層６０の材質としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ３）等が挙げられる。
【００３３】
発電性能評価部６１及び触媒活性評価部６３には、透明導電膜５２Ａ，５２Ｂを接続する配線（図示略）と、電気特性測定装置（図示略）が設けられている。電気特性測定装置は、負荷電源や電流計、電圧計等によって構成されている。これらの配線と電気特性測定装置により疑似太陽光等照射条件下で、発電性能評価部６１の透明導電膜５２Ａ，５２Ｂ間に電圧を印加することで発電性能を測定値として得られる。また、暗所条件下で、透明導電膜５３Ａ，５３Ｂ間に、低速で電圧印加を行い（例えば１０ｍＶ／ｓｅｃ以下、好ましくは５ｍＶ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１ｍＶ／ｓｅｃ以下）、得られたＩ−Ｖ測定値を、電流Ｉの絶対値変換、ターフェル変換等を行うことで、触媒活性の指標値である交換電流密度の測定値を得ることができる。
【００３４】
発電性能評価部６１は、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂの各第一領域７１Ａ，７１Ｂが相互に重なる部分で構成されている。発電性能評価部６１では、発電層４５に太陽光等の少なくとも波長λ２を含む光が照射されると、発電層４５の金属酸化膜に担持された増感色素が光を吸収する。光吸収により増感色素は基底状態から励起状態になり、その後酸化される。金属酸化膜に注入された電子は、金属酸化物材料内を移動し、透明導電膜５２Ａに取り出される。透明導電膜５２Ａに取り出された電子は、配線を通って透明導電膜５２Ｂ及び第二触媒層５３Ｂへと順次移動する。一方で、酸化された増感色素は、酸化還元対であるヨウ化物イオン（Ｉ−）から電子を受け取り、基底状態に還元される。ヨウ化物イオンは酸化されて三ヨウ化物イオンになり、三ヨウ化物イオンは第二触媒層５３Ｂから電子を受け取り、ヨウ化物イオンに戻る。このような一連のサイクルにより、発電性能評価部６１では色素増感太陽電池と同様に電気が流れる。従って、波長λ2を有する光照射下で配線に設けられた電気特性測定装置により印加電圧が加われば発電層４５のＩ−Ｖ特性が得られる。
【００３５】
触媒活性評価部６３は、発電性能評価部６１に隣接して設けられ、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂの各第二領域７３Ａ，７３Ｂが相互に重なる部分で構成されている。触媒活性評価部６３では、電解質４４を挟んで第一触媒層５３Ａと第二触媒層５３Ｂが対向している。従って、配線及び電気特性測定装置を用いて暗所条件下で透明導電膜５３Ａ，５３Ｂ間に、低速で電圧印加を行い（例えば１０ｍＶ／ｓｅｃ以下、好ましくは５ｍＶ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１ｍＶ／ｓｅｃ以下）、得られたＩ−Ｖ測定値を、電流Ｉの絶対値変換、ターフェル変換等を行うことでこれらの触媒層間における交換電流密度が得られる。
【００３６】
酸化還元対・増感色素濃度評価部６４は、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂの各第三領域７４Ａ，７４Ｂが相互に重なる部分で構成されている。酸化還元対・増感色素濃度評価部６４では、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂのうち一方の基材の電解質４４とは反対側の板面から、分光測定を行うための波長λ１，λ２の光が板面方向に対して略垂直な方向で同時又は順次に入射する。電解質４４には、酸化還元対と発電層４５から電解質４４に溶出した増感色素が含まれている。従って、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂのうち他方の基材の電解質４４とは反対側の板面から出射した波長λ１，λ２の光の受光することにより、電解質４４の波長λ１，λ２における吸光度が取得され、電解質４４中の酸化還元対及び増感色素の濃度が得られる。
【００３７】
分光測定を行うための波長λ１，λ２の光が酸化還元対・増感色素濃度評価部６４の厚み方向において遮られることなく透過される点から、酸化還元対・増感色素濃度評価部６４の平面視での面積は３ｍｍ２以上であることが好ましい。
【００３８】
次いで、本実施形態の評価用試験体１０１を用いた発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法について説明する。この評価方法は、評価用試験体を用意する工程と、発電性能評価工程と、触媒活性評価工程と、酸化還元対・増感色素濃度評価工程と、を備えている。以下、各工程について順次説明する。
【００３９】
［評価用試験体を用意する工程］
図３に示すように、第一基材４３Ａとして例えばポリエチレン樹脂のフィルムを用意し、第一基材４３Ａを第一領域７１Ａと第二領域７３Ａと第三領域７４Ａに区画する。続いて、例えばスパッタ法や印刷法を用いて、第一基材４３Ａの一方の板面にＦＴＯ等の透明導電膜５２Ａを形成する。
【００４０】
次に、図４に示すように、例えばスパッタ法や印刷法を用いて、酸化チタン等からなるブロッキング層６０を形成する。但し、ブロッキング層６０の形成は省略してもよい。
【００４１】
次に、図５に示すように、第一基材４３Ａの第一領域７１Ａのブロッキング層６０の上に発電層４５を形成する。発電層４５は、第一領域７１Ａのブロッキング層６０の上に金属酸化膜を形成した後、金属酸化膜に増感色素を担持させることにより形成できる。金属酸化膜の形成手法は、特に制限されるものではなく、例えば金属酸化物材料を含むペーストを印刷、加熱処理を行う方法、金属酸化物材料を含む溶液をスピンコートしてから加熱処理を行う方法、金属酸化物材料を粉体状にしてＡＤ法やコールドスプレー法等の粉体吹付法により成膜する方法等が挙げられる。また、増感色素を金属酸化膜に担持させる方法としては、例えば金属酸化膜を増感色素の溶液に浸漬させる方法等が挙げられる。該溶液の増感色素の濃度、浸漬時間、浸漬させる金属酸化膜の表面状態、金属酸化膜を前記溶液に浸漬させた後の温湿度などの条件は、発電層４５が用いられる用途に応じて適宜決定すればよい。
【００４２】
続いて、第一基材４３Ａの第二領域７３Ａのブロッキング層６０の上に第一触媒層５３Ａを形成する。第一触媒層５３Ａは、例えば塩化白金酸などの白金前駆体をメタノール、エタノール等の溶媒に溶かした溶液を第一基材４３Ａの第二領域７３Ａのブロッキング層６０の上に塗布して、これを焼成する方法や、白金をターゲット源に用いたスパッタリング法などを用いることにより形成できる。
【００４３】
次に、図６に示すように、後に電解質４４を注入する内部空間Ｓの側方に適当な厚みを有する光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂との混合物等の封止材４７を配置する。ここで、適当な厚みとは、図２に示す電解質４４の厚みと同程度の厚みを示す。
【００４４】
次に、図７に示すように、第二基材４３Ｂとして例えばポリエチレン樹脂のフィルムを用意し、第二基材４３Ｂを、第一基材４３Ａの第一領域７１Ａと第二領域７３Ａと第三領域７４Ａにそれぞれ対応させるようにして第一領域７１Ｂと第二領域７３Ｂと第三領域７４Ｂに区画する。続いて、例えばスパッタ法や印刷法を用いて、第二基材４３Ｂの一方の板面にＦＴＯ等の透明導電膜５２Ｂを形成する。この後、第二基材４３Ｂ及び透明導電膜５２Ｂの一部に、ダイヤモンドドリル等を用いて後に電解質４４を第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂとの間に注入するための注入穴４９を設けておく。
【００４５】
次に、図８に示すように、第二基材４３Ｂの第一領域７１Ｂ及び第二領域７３Ｂの透明導電膜５２Ｂの上に第二触媒層５３Ｂを形成する。第二触媒層５３Ｂは、第一触媒層５３Ａと同様の方法によって形成できる。
【００４６】
次に、図９に示すように、図８に示す第二基材４３Ｂの第二触媒層５３Ｂを発電層４５及び第一触媒層５３Ａの方に向けて、第二基材４３Ｂを図６に示す第一基材４３Ａと対向させて配置する。即ち、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂの第一領域７１Ａ，７１Ｂ、第二領域７３Ａ，７３Ｂ及び第三領域７４Ａ，７４Ｂがそれぞれ相互に重なるように配置する。その後、封止材４７を適切な硬化処理により硬化させる。封止材４７の硬化処理としては、例えば紫外線を対向基板４３側から照射した後、約８０℃の温度下で保持及び静置する方法が挙げられる。
【００４７】
次に、図１０に示すように、第一基材４３Ａと封止材４７と第二基材４３Ｂによって囲まれて形成された内部空間Ｓに注入穴４９を通じて電解質４４を注入する。その後、注入穴４９上に図示しない封止材を挿入し、この封止材を適切な硬化工程により硬化させて注入穴４９を封止する。注入穴４９を封止するための封止材には、封止材４７と同じものを用いてもよく、封止材４７と異なるものを用いてもよい。
以上の工程により、図１及び図２に示すように発電性能評価部６１と触媒活性評価部６３と酸化還元対・増感色素濃度評価部６４とを備えた評価用試験体１０１が完成する。
【００４８】
［発電性能評価工程］
評価用試験体１０１の発電性能を評価するために、先ず発電性能評価部６１の透明導電膜５２Ａ，５２Ｂを配線により接続し、この配線に電気特性測定装置を設ける。続いて、疑似太陽光ＡＭ（エアマス）１．５照射条件下において、電気特性測定装置から印加電圧を透明導電膜５２Ｂに加えて電解質４４での酸化還元反応を生じさせ、発電層４５からの電流をブロッキング層６０、透明導電膜５２Ａ及び配線を介して電気特性測定装置に取り込む。印加電圧を変化させながら、発電層４５からの電流を測定することにより、発電層４５のＩ−Ｖ特性を正確に測定できる。
【００４９】
［触媒活性評価工程］
評価用試験体１０１における触媒活性を評価するために、先ず触媒活性評価部６３の透明導電膜５２Ａ，５２Ｂを配線により接続し、この配線に電気特性測定装置を設ける。続いて、電気特性測定装置から暗所条件下で透明導電膜５３Ａ，５３Ｂ間に、低速で電圧印加を行い（例えば１０ｍＶ／ｓｅｃ以下、好ましくは５ｍＶ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１ｍＶ／ｓｅｃ以下）、得られたＩ−Ｖ測定値を、電流Ｉの絶対値変換、ターフェル変換等を行うことで交換電流密度等の電気特性を取得する。
【００５０】
［酸化還元対・増感色素濃度評価工程］
評価用試験体１０１の電解質４４中の酸化還元対の濃度及び電解質４４に溶出した増感色素の量を評価するために、先ず図示しない分光測定用の光源から第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂのうち一方の基材の電解質４４とは反対側の板面に波長λ１，λ２の光を前記板面に対して略垂直な方向から同時又は順次入射させる。続いて、第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂのうち他方の基材の電解質４４とは反対側の板面から出射した波長λ１，λ２の光の受光し、入射光と透過光の各強度から電解質４４の波長λ１，λ２における吸光度を算出する。波長λ１における吸光度から電解質４４中の酸化還元対の濃度が算出でき、波長λ２における吸光度から電解質４４中の増感色素の濃度が算出できる。
【００５１】
本実施形態の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法においては、上記説明した発電性能評価工程と触媒活性評価工程と酸化還元対・増感色素濃度評価工程を同時に行ってもよく、順次行ってもよい。各測定工程で得られた結果を総合的に分析することによって、評価用試験体１０１の発電性能評価部６１と同様の構成を備えた色素増感太陽電池のセルにおける発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量を評価できる。
【００５２】
次いで、上記の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法に基づく本実施形態の色素増感太陽電池の製造設備の管理方法について説明する。
【００５３】
図示しない色素増感太陽電池の製造設備は、上記説明した発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法の各工程と同様の工程を実施できる設備である。但し、色素増感太陽電池の第一基材４３Ａ及び第二基材４３Ｂはそれぞれ、第一領域、第二領域及び第三領域に区画されない。また、色素増感太陽電池は板面方向に一つ又は複数のセルを備えており、セルの側方は封止材４７によって区切られて封止されている。セルは色素増感太陽電池の発電部として機能するものである。従って、色素増感太陽電池の第一基材４３Ａの封止材４７の形成箇所以外の電解質４４側の板面全体に、透明導電膜５２Ａ、ブロッキング層６０、発電層４５が順次形成される。また、色素増感太陽電池の第二基材４３Ｂの封止材４７との接合箇所以外の電解質４４側の板面全体に、透明導電膜５２Ｂ、第二触媒層５３Ｂが順次形成される。即ち、評価用試験体１０１の発電性能評価部６１には、色素増感太陽電池のセルと同様の構成が設けられる。
【００５４】
色素増感太陽電池の製造設備の管理方法では、上記の色素増感太陽電池の製造設備において、色素増感太陽電池のセルの各構成要素の材質、形成方法及び形成時の周辺環境と、評価用試験体１０１の発電性能評価部６１の各構成要素の材質、形成方法及び形成時の周辺環境を同一に揃える。色素増感太陽電池のセル及び評価用試験体１０１の発電性能評価部６１以外の構成要素については、それぞれの構成要素に適した材質を用いて、適切な形成方法及び周辺環境を設定・実施しながら、並行して製造する。
【００５５】
色素増感太陽電池と評価用試験体１０１における各構成要素の形成段階において、上記説明した発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法を実施し、得られた結果に基づいて色素増感太陽電池の製造設備の周辺環境を制御する。例えば、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法によって得られた評価結果が所定の条件に該当しない場合は、色素増感太陽電池の製造設備の周辺環境にフィードバック制御をかけて、前記所定の条件を満たすように前記周辺環境を変更してもよい。
【００５６】
ここで、本実施形態の評価用試験体１０１によれば、第一基材４３Ａ、透明導電膜５２Ａ、ブロッキング層６０、発電層４５、電解質４４、第二触媒層５３Ｂ、透明導電膜５２Ｂ、第二基材４３Ｂが順次積層された発電性能評価部６１において電解質４４及び発電層４５の酸化還元反応を継続的に生じさせることができ、Ｉ−Ｖ特性等の電気特性が得られる。また、第一基材４３Ａ、透明導電膜５２Ａ、ブロッキング層６０、第一触媒層５３Ａ、電解質４４、第二触媒層５３Ｂ、透明導電膜５２Ｂ、第二基材４３Ｂが順次積層された触媒活性評価部６３において第一及び第二の触媒層５３Ａ，５３Ｂ間の電気特性が得られる。更に、第一基材４３Ａ、透明導電膜５２Ａ、ブロッキング層６０、電解質４４、透明導電膜５２Ｂ、第二基材４３Ｂが順次積層された酸化還元対・増感色素濃度評価部６４において電解質４４の波長λ１，λ２の各波長における吸光度が得られる。前記の電気特性、吸光度の取得は同時に行われてもよく、順次行われてもよい。このように電気特性と吸光度が一つの評価用試験体１０１を用いて取得されることにより、色素増感太陽電池のセルと同様の構造における発電性能、触媒活性、電解質４４中の酸化還元対及び電解質４４に溶出した増感色素の量についての正確な評価が非破壊で行われる。
【００５７】
本実施形態の評価用試験体１０１において、発電性能評価部６１と触媒活性評価部６３と酸化還元対・増感色素濃度評価部６４の各領域の透明導電膜５２Ａの上にブロッキング層６０が形成されれば、増感色素から金属酸化膜に移動して透明導電膜５２Ａに取り出される電子の電解質４４への逆流が阻害される。これにより、発電性能等についてのより正確な評価が行われる。
【００５８】
また、本実施形態の発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法によれば、発電性能評価部６１と触媒活性評価部６３と酸化還元対・増感色素濃度評価部６４とを備えた評価用試験体１０１を用いて、Ｉ−Ｖ特性等の電気特性を取得すると共に、第一及び第二の触媒層５３Ａ，５３Ｂ間の電気特性と、電解質４４の吸収特性を取得できる。これらの測定結果を解析することにより評価用試験体１０１の発電性能、触媒活性、電解質４４中の酸化還元対及び電解質４４に溶出した増感色素の量を正確に評価できる。
【００５９】
更に、本実施形態の色素増感太陽電池の製造設備の管理方法では、発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量の評価方法で得られた評価結果により、発電層４５をはじめとする色素増感太陽電池のセルを構成するために必要な各構成要素が所定の条件で製造されているかを正確に見極めることができる。また、所定の条件で製造されておらずに色素増感太陽電池の発電性能が低下した場合にはその原因を前記評価結果から解明して製造設備にフィードバックできる。その結果、色素増感太陽電池の生産性を格段に高めて、色素増感太陽電池を歩留まりよく製造できる。評価用試験体１０１自体は、発電性能評価部６１の他に触媒活性評価部６３と酸化還元対・増感色素濃度評価部６４とを備えており、色素増感太陽電池等の光電変換素子としては機能しないが、上述のように色素増感太陽電池等の光電変換素子の生産性及び歩留まりを高めるためには必要不可欠なものといえる。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００６２】
（実施例１）
＜透明導電膜の形成＞
第一基材４３Ａとしてサイズ（以降、サイズは平面視で縦寸法×横寸法を表すものとする）２５ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板を用意し、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように第一基材４３Ａの一面に透明導電膜５２ＡとしてＦＴＯを形成して表面抵抗を１０Ω／ｓｑとした。
＜ブロッキング層の形成＞
次に、５０ｍＭの四塩化チタン水溶液中に第一基材４３Ａ上の透明導電膜５２Ａを７０℃で６時間浸漬し、エタノールで洗浄して５００℃で３０分焼成することで透明導電膜５２Ａの上にＴｉＯ２からなるブロッキング層６０を形成した。
【００６３】
＜第一触媒層の形成＞
次に、スパッタ法によりマスクを用いて図１２（ａ）及び（ｂ）に示すようにブロッキング層６０の所定の位置に、白金からなる第一触媒層５３Ａを形成した。
【００６４】
＜金属酸化膜の形成＞
次に、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すようにブロッキング層６０の第一触媒層５３Ａとは異なる所定の位置に、酸化チタンの多孔質膜からなる金属酸化膜８１を形成した。金属酸化膜８１を形成する際には、平均粒径１５ｎｍの酸化チタン粒子が１９質量％、エチルセルロースが９質量％、テルピネオールが７２質量％であるペーストをスクリーン法でサイズ４ｍｍ×４ｍｍの面積でブロッキング層６０の所定の位置に塗布した。次に、空気雰囲気下において５００℃で３０分間焼成し、前記ペーストを酸化チタンの多孔質膜とした。
【００６５】
＜発電層の形成＞
次に、アセトニトリルとｔｅｒｔ−ブタノールとの質量比１：１の混和液にルテニウム系色素を０．１ｍＭの濃度で溶解させた色素溶液中に、金属酸化膜８１を備えた第一基材４３Ａを浸漬させることによってルテニウム系色素である増感色素を金属酸化膜８１の表面に吸着させた。これにより、金属酸化膜８１を図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように発電層４５とした。
【００６６】
＜対向電極の形成＞
次に、第二基材４３Ｂとしてサイズ２５ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板を用意し、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように第二基材４３Ｂの一面に透明導電膜５２ＢとしてＦＴＯを形成して表面抵抗を１０Ω／ｓｑとした。その後、スパッタ法によりマスクを用いて図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように発電層４５及び第一触媒層５３Ａの形成位置に対応可能な透明導電膜５２Ｂの所定の位置に、白金からなる第二触媒層５３Ｂを形成した。なお、第二基材４３Ｂと透明導電膜５２Ｂの一部に、次の工程で第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂとの間の内部空間Ｓに電解質４４を注入するための注入穴４９を予め設けた。
【００６７】
＜評価用試験体の組立＞
次に、図１７（a）に示すように第二触媒層５３Ｂを発電層４５及び第一触媒層５３Ａに対向させるようにして第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂとを間隔をあけて配置した。続いて、図１７（ｂ）に示すように第一基材４３Ａと第二基材４３Ｂとの間に厚み３０μｍの樹脂性ガスケットからなる封止材４７を設けた。その後、封止材４７を８０℃で３０分間加熱して硬化させた。次に、図１７（ｃ）に示すように注入穴４９から内部空間Ｓに電解質４４を注入して、注入穴４９上に、樹脂性ガスケットからなる図示略の封止材を塗布後、８０℃で３０分間加熱することで注入穴４９を封止した。このようにして、図１８（ａ）及び（ｂ）に示す評価用試験体を組み立てた。電解質４４には、表１に示す３種類の組成の電解質４４Ａ〜４４Ｃを用いた。
【００６８】
【表１】
2014229364.tif 000003
ここで、ＭＰＩ−Ｉは１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージドであり、γＢＬはガンマブチロラクトンである。
【００６９】
＜Ｉ−Ｖ特性の測定＞
作製した評価用試験体の透明導電膜５２Ａ，５２Ｂを図示しない配線で接続し、電気特性測定装置を設けた。電気特性測定装置には、市販のソーラーシミュレーターを用いた。評価用試験体の発電性能を定量的に評価するためにエアマス（ＡＭ）１．５で光電変換効率η、短絡電流密度ＪＳＣ、開放電圧ＶＯＣ、曲線因子ＦＦを測定した。これらの項目の測定結果を表２に示す。
＜交換電流密度の測定＞
次に、評価用試験体の触媒活性を定量的に評価するために交換電流密度の測定を行った。交換電流密度は、第一触媒層５３Ａと第二触媒層５３Ｂとの間に０．６Ｖ〜−０．６Ｖの電圧を１ｍＶ／ｓｅｃで印加して電流を測定し、得られた電流−電圧曲線の電流を絶対値化してターフェル変換することによって算出した。交換電流密度の測定結果を表２に示す。
＜酸化還元対・増感色素濃度の測定＞
次に、電解質４４中の酸化還元対の濃度と電解質４４に溶出した増感色素の量を定量的に評価するために、電解質４４の分光測定を行った。電解質４４の分光測定では、評価用試験体の発電層４５、第一触媒層５３Ａ、第二触媒層５３Ｂのいずれも形成されていない部分に波長３６８ｎｍと波長５２０ｎｍの光を評価用試験体の厚み方向に照射して吸光度を測定した。各波長における吸光度の測定結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】
2014229364.tif 000004
【００７１】
続いて、電解質４４として表１に示す電解質４４Ｂを用いた評価用試験体に対して８５℃耐熱試験を行った。具体的には、評価用試験体を８５℃の高温下で３００時間以上放置し、１００時間経過後と３００時間経過後に上記のＩ−Ｖ特性の測定、交換電流密度の測定、及び、酸化還元対・増感色素濃度の測定と同様の測定を実施した。耐熱試験実施前と耐熱試験において１００時間経過後及び３００時間経過後の測定結果を表３に示す。
【００７２】
【表３】
2014229364.tif 000005
【００７３】
＜発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対及び電解質に溶出した増感色素の量の評価＞
表２に示す結果から、初期発電性能は、波長３６８ｎｍにおける吸光度、即ち電解質４４中の酸化還元対の濃度に大きく影響を受けることがわかる。また、表３に示すように、８５℃耐熱試験において経過時間が多くなる程、波長３６８ｎｍにおける吸光度、即ち電解質４４の酸化還元対の濃度が減少するのに対し、波長５２０ｎｍにおける吸光度、即ち電解質４４中の増感色素の濃度と交換電流密度、即ち触媒活性は殆ど変化してない。このことから、電解質４４の溶媒としてγＢＬを用いた場合は、８５℃の高温下で電解質４４中の酸化還元対であるヨウ素の濃度が減少し、このことが発電性能の低下の原因になると考えられる。
【００７４】
（実施例２）
評価用試験体の組立において、電解質４４として表４に示す３種類の組成の電解質４４Ｄ〜４４Ｆを用いること以外は、実施例１と同様の工程及び条件で評価用試験体を作製した。
【００７５】
【表４】
2014229364.tif 000006
ここで、ＭＰＩ−Ｉは１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージドであり、ＥＭＩ−ＦＳＩは１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミドである。
【００７６】
作製した評価用試験体について、実施例１と同様にＩ−Ｖ特性の測定、交換電流密度の測定、酸化還元対・増感色素濃度の測定を行った。これらの項目の測定結果を表５に示す。
【００７７】
【表５】
2014229364.tif 000007
【００７８】
＜発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対及び電解質に溶出した増感色素の量の評価＞
表５に示す結果から、本実施例の評価用試験体においても、初期発電性能は、波長３６８ｎｍにおける吸光度、即ち電解質４４中の酸化還元対の濃度に大きく影響を受けることがわかる。
【００７９】
（実施例３）
次に、電解質４４として表４に示す電解質４４Ｆを用いた実施例２の評価用試験体に対して実施例１と同様に８５℃耐熱試験を行った。その後、実施例２と同様にＩ−Ｖ特性の測定、交換電流密度の測定、酸化還元対・増感色素濃度の測定を行った。これらの項目の測定結果を表６に示す。
【００８０】
【表６】
2014229364.tif 000008
【００８１】
＜発電性能、触媒活性、電解質中の酸化還元対及び電解質に溶出した増感色素の量の評価＞
表６に示すように、８５℃耐熱試験において経過時間が多くなる程、波長３６８ｎｍにおける吸光度及び交換電流密度が減少する一方で波長５２０ｎｍにおける吸光度が増加した。このことから、電解質４４の溶媒としてＥＭＩ−ＦＳＩを用いた場合は、８５℃の高温下で電解質４４中の酸化還元対であるヨウ素の濃度が減少すると共に、発電層４５から脱離する増感色素の量が増え、更に触媒層の触媒活性が低下することが発電性能の低下の原因になると考えられる。
【００８２】
上記説明した評価結果から、実施例１〜３の評価用試験体によれば発電性能に加えて触媒活性と電解質４４中の酸化還元対の濃度、電解質４４に溶出した増感色素の量を同時に且つ非破壊で評価できることを確認した。その結果、実施例１〜３の評価用試験体と並行して色素増感太陽電池を製造し、その製造工程中に発電性能の低下が発生した際には、評価用試験体における触媒活性、電解質中の酸化還元対及び電解質に溶出した増感色素の量の評価結果に基づいて色素増感太陽電池の発電性能の低下の原因を解明できる。
【００８３】
（比較例１）
対向電極の形成において、図１９に示すように透明導電膜５２Ｂのセルを構成する部分全面に第二触媒層５３Ｂを形成すること以外は、実施例１と同様の工程及び条件で評価用試験体を作製した。
【００８４】
作製した評価用試験体について、実施例１と同様にＩ−Ｖ特性の測定、交換電流密度の測定、酸化還元対・増感色素濃度の測定を試みた。しかしながら、白金からなる透明導電膜５２Ｂにおける波長３６８ｎｍの光の吸収及び反射により、波長３６８ｎｍにおける吸光度を測定できなかった。従って、電解質４４中の酸化還元対の濃度を正確に評価することが不可能であり、色素増感太陽電池の製造工程中に発電性能の低下が発生してもその原因を追究することは難しい。
【００８５】
（比較例２）
次に、金属酸化膜及び発電層の形成において、透明導電膜５２Ａのセルを構成する部分全面に金属酸化膜８１を形成し、この金属酸化膜８１の表面に増感色素を吸着させること以外は、実施例１と同様の工程及び条件で評価用試験体を作製した。
【００８６】
作製した評価用試験体について、実施例１と同様にＩ−Ｖ特性の測定、交換電流密度の測定、電解質中の酸化還元対・増感色素濃度の測定を試みた。しかしながら、ルテニウム錯体からなる増感色素における波長５２０ｎｍの光の吸収により、波長５２０ｎｍにおける吸光度を測定できなかった。従って、発電層４５から電解質４４に脱離した増感色素の量を正確に評価することが不可能であり、色素増感太陽電池の製造工程中に発電性能の低下が発生してもその原因を追究することは難しい。
【００８７】
上記説明したように、比較例１及び比較例２の評価用試験体では電解質４４の波長３６８ｎｍ，５２０ｎｍにおける吸光度を測定することができなかった。そのため、電解質４４中の酸化還元対の濃度、電解質４４に溶出した増感色素の量を正確に評価することは困難であった。従って、比較例１及び比較例２の評価用試験体と並行して色素増感太陽電池を製造し、その製造工程中に発電性能の低下が発生しても、その原因を解明できないといえる。
【００８８】
以上より、本発明によれば、評価用試験体及び並行して製造する色素増感太陽電池の発電性能と共に、触媒活性、電解質中の酸化還元対の濃度、電解質に溶出した増感色素の量を評価できることを確認した。
【符号の説明】
【００８９】
４３Ａ…第一基材、４３Ｂ…第二基材、４４…電解質、４５…発電層、５２Ａ，５２Ｂ…透明導電膜、５３Ａ…第一触媒層、５３Ｂ…第二触媒層、６０…ブロッキング層、６１…発電性能評価部、６３…触媒活性評価部、６４…酸化還元対・増感色素濃度評価部、７１…第一領域、７３…第二領域、７４…第三領域、８１…金属酸化膜、１０１…評価用試験体
【図１】
2014229364.tif 000009
【図２】
2014229364.tif 000010
【図３】
2014229364.tif 000011
【図４】
2014229364.tif 000012
【図５】
2014229364.tif 000013
【図６】
2014229364.tif 000014
【図７】
2014229364.tif 000015
【図８】
2014229364.tif 000016
【図９】
2014229364.tif 000017
【図１０】
2014229364.tif 000018
【図１１】
2014229364.tif 000019
【図１２】
2014229364.tif 000020
【図１３】
2014229364.tif 000021
【図１４】
2014229364.tif 000022
【図１５】
2014229364.tif 000023
【図１６】
2014229364.tif 000024
【図１７】
2014229364.tif 000025
【図１８】
2014229364.tif 000026
【図１９】
2014229364.tif 000027
【図２０】
2014229364.tif 000028