(57)【要約】【課題】精度よく所望の箇所に光増感色素を吸着させるとともに、作業数を低減することができる、色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】透明電極１と、対向電極２と、これら両電極間に配置される電解質層３と、両電極間で且つ透明電極１側に配置される、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２を吸着させて成る光触媒膜４とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、透明電極１に配置された酸化物半導体の膜４１に、多孔質材料から成る多孔質部材５を、近接または接触させて配置する準備工程と、光増感色素４２の溶液を、多孔質部材５に含浸させるとともに多孔質部材５を通過させて、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２の溶液を供給し、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２を吸着させる光増感色素吸着工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質層と、両電極間で且つ透明電極側に配置される、酸化物半導体の膜に光増感色素を吸着させて成る光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、
前記透明電極に配置された前記酸化物半導体の膜に、多孔質材料から成る多孔質部材を、近接または接触させて配置する準備工程と、
前記光増感色素の溶液を、前記多孔質部材に含浸させるとともに前記多孔質部材を通過させて、前記酸化物半導体の膜に前記光増感色素の溶液を供給し、前記酸化物半導体の膜に前記光増感色素を吸着させる光増感色素吸着工程と、を含むことを特徴とする色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項２】
準備工程は、光増感色素の溶液を注入する注入孔部を有する注入位置調節部材を、前記多孔質部材を介して酸化物半導体の膜と対向するように配置するとともに、前記多孔質部材における前記光増感色素の溶液を注入する位置を調節するステップを備え、
光増感色素吸着工程は、前記光増感色素の溶液を前記注入孔部に注入するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項３】
注入位置調節部材は導電性材料から成り、
光増感色素吸着工程は、前記注入位置調節部材と前記透明電極との間に電圧を印加するステップを備えることを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項４】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材と光増感色素の溶液とのうち少なくとも一方を３０℃〜８０℃に維持するように加熱するステップを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項５】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材に圧力を加えることで、前記多孔質部材に含浸された光増感色素の溶液の酸化物半導体の膜への供給を促進するステップを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項６】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材に流体を注入するとともに前記多孔質部材を通過させることで、前記多孔質部材に含浸された光増感色素の溶液の酸化物半導体の膜への供給を促進するステップを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項７】
光増感色素の種類および多孔質部材がそれぞれ複数であり、
前記光増感色素の各種類に対して少なくとも１つの前記多孔質部材を選択し、前記光増感色素の種類ごとに複数グループに分類する工程を備え、
前記グループごとに光増感色素吸着工程を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【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おける光触媒膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法の例として、金属材料からなる被覆層により覆われた基板に、表裏面を貫通する開口部を有する半導体電極形成マスクを、開口部と被覆層とを位置合わせし熱圧着する工程と、半導体電極形成マスクの開口部に半導体電極材料を充填する工程と、半導体電極材料に光増感色素を担持させる工程と、半導体電極形成マスクを剥離する工程と、を備えるものが、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−５９３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法では、半導体電極形成マスクと基板との間にできるわずかな隙間から光増感色素の溶液が侵入し、不要な箇所にまで光増感色素が吸着する惧れがある。また、半導体電極形成マスクに関する一連の作業、例えば半導体電極形成マスクの作製作業、半導体電極形成マスクの基板への圧着作業、および半導体電極形成マスクの基板からの剥離作業の他、基板に光増感色素が吸着した場合には、クリーニング作業等を必要とするため、作業数を増加させる惧れもある。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、精度よく所望の箇所に光増感色素を吸着させるとともに、作業数を低減することができる、色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法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】
【０００６】
本発明の請求項１に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質層と、両電極間で且つ透明電極側に配置される、酸化物半導体の膜に光増感色素を吸着させて成る光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、前記透明電極に配置された前記酸化物半導体の膜に、多孔質材料から成る多孔質部材を、近接または接触させて配置する準備工程と、前記光増感色素の溶液を、前記多孔質部材に含浸させるとともに前記多孔質部材を通過させて、前記酸化物半導体の膜に前記光増感色素の溶液を供給し、前記酸化物半導体の膜に前記光増感色素を吸着させる光増感色素吸着工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、準備工程は、光増感色素の溶液を注入する注入孔部を有する注入位置調節部材を、前記多孔質部材を介して酸化物半導体の膜と対向するように配置するとともに、前記多孔質部材における前記光増感色素の溶液を注入する位置を調節するステップを備え、光増感色素吸着工程は、前記光増感色素の溶液を前記注入孔部に注入するステップを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項２に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、注入位置調節部材は導電性材料から成り、光増感色素吸着工程は、前記注入位置調節部材と前記透明電極との間に電圧を印加するステップを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１から３のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、光増感色素吸着工程は、多孔質部材と光増感色素の溶液とのうち少なくとも一方を３０℃〜８０℃に維持するように加熱するステップを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１から４のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、光増感色素吸着工程は、多孔質部材に圧力を加えることで、前記多孔質部材に含浸された光増感色素の溶液の酸化物半導体の膜への供給を促進するステップを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１から５のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、光増感色素吸着工程は、多孔質部材に流体を注入するとともに前記多孔質部材を通過させることで、前記多孔質部材に含浸された光増感色素の溶液の酸化物半導体の膜への供給を促進するステップを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１から６のいずれかに記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法において、光増感色素の種類および多孔質部材がそれぞれ複数であり、前記光増感色素の各種類に対して少なくとも１つの前記多孔質部材を選択し、前記光増感色素の種類ごとに複数グループに分類する工程を備え、前記グループごとに光増感色素吸着工程を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法によれば、光増感色素の溶液を、多孔質部材に含浸させて通過させるため、ターゲットである酸化物半導体以外、例えば透明電極などに光増感色素が吸着されることが抑制される。したがって、酸化物半導体への色素の吸着を精度よく行うことができる。また、マスクを不要とするため、マスクに関する一連の作業が不要となり、作業数を低減することができる。さらには、透明電極に光増感色素が吸着しにくくなり、封止材の接着力の低下を抑制でき、色素増感太陽電池の信頼性および耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を示す概略図であり、（ａ）は光増感色素の溶液を注入しはじめた状態を示し、（ｂ）は光増感色素の溶液を多孔質部材に含浸および通過させた状態を示し、（ｃ）は光増感色素を酸化物半導体の膜へ吸着させた状態を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る第１のステップを示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る第３のステップを示す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る第４のステップを示す概略図であり、（ａ）は光増感色素の溶液を多孔質部材に含浸および通過させた状態を示し、（ｂ）は多孔質部材に流体を注入した状態を示す。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を示す概略図であり、光増感色素を酸化物半導体の膜へ吸着させた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を説明する。なお、この説明には、色素増感太陽電池の発電の最小単位である光電変換素子を例として用いる。
【００１６】
まず、実施の形態に係る色素増感太陽電池（光電変換素子）の概略構成を図１を用いて説明する。
この色素増感太陽電池は、図１に示すように、負極としての透明電極１と、正極としての対向電極２と、これら両電極１，２間に配置される電解質層３と、両電極１，２間で且つ透明電極１側に配置される光触媒膜４とが具備されている。なお、光触媒膜は、色素増感太陽電池（光電変換素子）を構成する層の１つを示す場合には光触媒層と称される。また、光触媒層は、光増感色素４２が光を受けることで光励起電子を発生させて透明電極１に注入され、透明電極１から外部回路を通じて対向電極に移動することで電気を発生させるため、発電に寄与する層として発電層と称されることもある。
【００１７】
上記透明電極１は、図１に示すように、透明基板１１およびこの透明基板１１の表面に配置された透明導電膜１２から構成されており、また対向電極２は、透明基板２１およびこの透明基板２１の表面に配置された透明導電膜２２から構成されている。なお、本発明における「配置」とは、透明基板１１、２１の表面に直接的に透明導電膜１２、２２を形成する場合、および別途形成した透明導電膜１２、２２を、透明基板１１、２１の表面に位置させる場合を含む。また、透明導電膜１２、２２を形成する方法は、特に限定されず、既存の方法であればよい。
【００１８】
上記各透明基板１１，２１としては、合成樹脂板、ガラス板などが適宜使用されるが、軽量化および低価格化の観点から、ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）フィルムなどの熱可塑性樹脂が好ましい。なお、ポリエチレン・ナフタレートの他に、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィンなどを使用することもできる。
【００１９】
また、透明導電膜１２，２２として、好ましくは、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）が使用され、この他に、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの導電性酸化物半導体を含む薄膜を使用することができる。
【００２０】
本発明においては、対向電極２として、透明基板２１の表面に透明導電膜２２を形成したものとして説明したが、アルミニウム、銅、スズなどの金属シートを用いることもできる。この他、アルミニウム、銅、スズなどの金属またはカーボン製のメッシュ状電極にゲル状固体電解質を保持させることにより対向電極２を構成してもよい。さらに透明基板２１の片面に導電性接着剤層を当該透明基板２１を覆うように形成し、この接着剤層を介して、別途形成されたブラシ状カーボンナノチューブ群を当該透明基板２１側に転写することで、対向電極２を構成してもよい。
【００２１】
上記電解質層３としては、例えばヨウ素系電解液が使用される。具体的には、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解されたものが用いられる。なお、電解質層３は、電解液に限られるものではなく、固体電解質であってもよい。
【００２２】
上記固体電解質としては、ＤＭＰＩｍＩ（ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物）が例示され、この他、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２などの金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドなど４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物とＩ２とを組み合わせたもの、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２などの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモニウムブロマイドなど４級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物とＢｒ２とを組み合わせたものなどを適宜使用することができる。
【００２３】
そして、上記光触媒膜４は、光増感色素４２が吸着された酸化物半導体の膜４１により形成されている。酸化物半導体としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）などが用いられ、光増感色素４２としては、ビピリジン構造若しくはターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、またはエオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素などが用いられる。
【００２４】
ここで、本発明の色素増感太陽電池（光電変換素子）を組み立てる方法を簡単に説明する。表面に後述の方法により酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２が吸着された光触媒膜４が形成された透明電極１と対向電極２とを位置合わせした後、両電極１，２間を熱融着フィルム（図示せず）や封止材（図示せず）などで密封し、そして透明電極１または対向電極２に予め設けておいた孔（図示せず）や隙間（図示せず）から、液体の電解質を両電極１，２間に注入すればよい。なお、光増感色素４２が吸着した透明電極１、すなわち不純物を含む透明電極１は、封止材の接着力を低下させる。その結果、使用時に、この接着箇所から大気中の水分等が光電変換素子の内部に浸入し、色素増感太陽電池の信頼性および耐久性の低下を招く惧れがある。したがって、本発明は、光増感色素４２の透明電極１への吸着を抑制することを目的の１つとしている。
【００２５】
以下、本発明の要旨である、本発明の実施の形態に係る光触媒膜４の形成方法について説明する。
酸化物半導体の膜４１は、図１に示すように、透明電極１上に配置される。酸化物半導体の膜４１の形成方法は既存の方法を用いればよく、特に制限されない。本発明においては、酸化物半導体の膜４１は、粒子の平均直径が２０ｎｍの酸化チタン微粒子とt−ブタノールと水とを攪拌・混合してペースト状にし、透明電極１に塗布し、焼成することによって作製される。上記塗布の方法としては、スキージ法やスクリーン印刷法が例示される。なお、酸化物半導体の膜４１の厚さは４〜１０μｍであることが好ましい。
【００２６】
また、上記攪拌・混合時に、酸化チタンの結合をより強化するために、光触媒の前駆体の溶液をさらに加えても構わない。光触媒の前駆体としては、例えばチタン（ＩＶ）イソプロポキシド（ＴＴＩＰ）をプロパノールに溶解させたものが挙げられる。
【００２７】
光増感色素４２の溶液は、ルテニウム系色素をエタノール（脱水）に溶かして作製される。なお、溶媒としては、例えば、エタノール以外のアルコールやアセトニトリルなどを用いても構わない。また、光増感色素４２の適正濃度は、０．０４〜０．３ｍｏｌ／ｍ３であり、本発明においては０.１ｍｏｌ／ｍ３を採用した。
【００２８】
なお、固体電解質を用いる場合には、両電極１，２間に光触媒膜４および電解質層３が挟まれるように重ね合わせた後、その周縁部同士を加熱し接着すればよい。加熱の方法については、通常用いられる方法であればよく、特に制限されない。例えば、金型を用いて成型した後に金型を加熱して伝導熱によって加熱する方法や、プラズマ波（波長の長いもの）、マイクロ波、可視光（６００ｎｍ以上）や赤外線等のエネルギービームを照射によって加熱する方法が挙げられる。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について、図２〜５を用いて説明する。
【００２９】
本発明の第１実施形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜４の形成方法は、透明電極１に配置された酸化物半導体の膜４１に、多孔質材料から成る多孔質部材５を、近接または接触させて配置する準備工程と、光増感色素４２の溶液を、多孔質部材５に含浸させるとともに多孔質部材５を通過させて、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２の溶液を供給し、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２を吸着させる光増感色素吸着工程を備える。
【００３０】
準備工程において、光増感色素４２の溶液の供給のターゲットである酸化物半導体の膜４１に、多孔質部材５を近接または接触させることによって、多孔質部材５と酸化物半導体の膜４１との間の距離が短くなり、光増感色素吸着工程において、光増感色素４２の溶液は、多孔質部材５に含浸され、多孔質部材５を通過して酸化物半導体の膜４１へ供給されることによって、光増感色素４２の溶液の供給経路が定まる。したがって、光増感色素４２の溶液が供給される領域および方向が安定し、酸化物半導体の膜４１以外、例えば透明電極１への供給がされにくくなる。さらには、透明電極１に光増感色素４２が吸着しにくくなるため、封止材の接着力の低下を抑制でき、色素増感太陽電池の信頼性および耐久性が向上する。なお、「近接させる」とは、対象物との離間距離が数ｍｍ程度となる状態をいう。
【００３１】
多孔質部材５としては、液体を含浸かつ通過可能な構造を備えていればよく、特に制限されない。本発明においては、多孔質材料として、高分子（例えば、ポリウレタン、ＰＶＡ、ポリプロピレン、ポリエチレン、オレフィン系など）やセラミック多孔体から成るスポンジのようなものとすることが好ましい。
【００３２】
また、多孔質部材５の形状および大きさは、光増感色素４２を吸着させる領域の大きさに応じて決定されればよい。本実施形態においては、多孔質部材５は直方体であり、酸化物半導体の膜４１全体に光増感色素４２を吸着させるため、酸化物半導体の膜４１（表面）と対向する多孔質部材５の面は、酸化物半導体の膜４１（表面）と同一である。また、多孔質部材５の厚みについても、光増感色素４２を吸着させる量によって、適宜設定すればよいが、本発明においては、数ｍｍ〜数十ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
光増感色素吸着工程は、注入、含浸・通過、吸着の３つの段階を備える。具体的には、図２（ａ）に、多孔質部材５に光増感色素４２の溶液が注入される注入段階を示し、図２（ｂ）に、多孔質部材５に光増感色素４２の溶液が含浸され、その一部が多孔質部材５を通過し、酸化物半導体の膜４１へ到達する、含浸・通過段階を示し、図２（ｃ）に、酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２が吸着された吸着段階を示す。
【００３４】
まず、注入段階について、図２（ａ）に示すように、多孔質部材５の上方に、底面側に放出管６１が設けられた光増感色素４２の溶液を貯留する槽６を位置させ、放出管６１から光増感色素４２の溶液を放出し、多孔質部材５の上方から光増感色素４２の溶液を注入する。なお、注入の方法はこれに限定されるものではなく、既存の方法を用いればよい。例えば、所定量の光増感色素４２の溶液を滴下して供給しても構わないし、槽６の放出管６１の先端に、光増感色素４２の溶液を噴霧する噴霧口を設け、多孔質部材５に散布するようにしても構わない。また、例えば槽６から延びる注入用の細管を、多孔質部材５の内部に刺し込んで注入しても構わない。なお、注入の量は、酸化物半導体の膜４１の酸化物半導体の粒子量や表面の面積等に併せて適宜設計されればよい。
【００３５】
次に、含浸・通過段階において、図２（ｂ）に示すように、注入された光増感色素４２の溶液は多孔質部材５に含浸され、その一部が多孔質部材５の孔（図示せず）を通過し、酸化物半導体の膜４１へ到達し、酸化物半導体の膜４１へ光増感色素４２の溶液が供給される。
【００３６】
最終的に、図２（ｃ）に示すように、酸化物半導体の膜４１へと供給された光増感色素４２と、酸化物半導体とが化学結合することにより、酸化物半導体に光増感色素４２が吸着される。この後、酸化物半導体の膜４１を乾燥させ、溶媒を蒸発させて光触媒膜４が形成される。
【００３７】
このように、光増感色素吸着工程が含浸・通過させる段階を有することによって、光増感色素４２の溶液を供給する領域および方向が、多孔質部材５を介することにより安定して維持される。したがって、ターゲットとする酸化物半導体の膜４１以外に、光増感色素４２の溶液が供給されることが抑制される。また、マスクが不要となるため、マスクに関する一連の作業が不要となり、作業数が低減されるという効果も奏する。さらには、透明基電極１に光増感色素４２が吸着しにくくなるので、組み立て時に封止材の接着力の低下を抑制でき、色素増感太陽電池の信頼性および耐久性が向上する。
【００３８】
一般に、製造効率向上の観点から、１つの透明電極１に複数の光触媒膜４を形成し、最終的にはモジュールと呼称される複数の光電変換素子の集合体を製造する場合がある。本実施形態においては、このような場合にも対応するため、光増感色素４２の溶液の注入位置を調節可能な構成を備えていることが望ましい。
【００３９】
したがって、準備工程は、光増感色素４２の溶液を注入する注入孔部７１を有する注入位置調節部材７を、多孔質部材５を介して酸化物半導体の膜４1と対向するように配置するとともに、多孔質部材５における光増感色素４２の溶液を注入する位置を調節するステップを備え、光増感色素吸着工程は、光増感色素４２の溶液を注入孔部７１に注入するステップを備える。
【００４０】
この構成によって、光増感色素４２の溶液の注入位置を調節することができるため作業効率が向上し、より効率よく酸化物半導体の膜４１に光増感色素４２を吸着させることができる。また、光増感色素４２が透明電極１に吸着されることをより抑制することができる。
【００４１】
本実施形態において、平板状の注入位置調節部材７は、槽６と多孔質部材５との間で、かつ多孔質部材５側に配置されている。より好ましくは、図３に示すように、注入位置調節部材７は多孔質部材５に当接して配置される。そして、注入位置調節部材７には、複数の酸化物半導体の膜４１の配置と対応するように、複数の注入孔部７１が設けられる。また、槽６の放出管６１は、複数の注入孔部７１と連通するような位置に複数形成される。なお、必ずしも槽６の放出管６１と注入孔部７１とが接続されている必要はなく、例えば放出管６１の内周面を仮想延長した場合、この仮想延長面が注入孔部７１の内方に位置するように配置されていればよい。
【００４２】
これによって、図３に示すように、光増感色素４２の溶液の注入位置が、注入位置調節部材７の注入孔部７１によってガイドされるため、不必要な箇所に光増感色素４２の溶液が供給されることを抑制することができる。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、光増感色素４２の酸化物半導体の膜４１への吸着を促進するステップを備えていることが好ましい。以下、第１〜４のステップについて、図３〜５を用いて説明する。
＜第１のステップ＞
第１実施形態に係る第１のステップについて図３を用いて説明する。
【００４４】
注入位置調節部材７が導電性材料から成り、光増感色素吸着工程は、注入位置調節部材７と透明電極１との間に電圧を印加するステップを備える。
この構成によって、注入位置調節部材７と透明電極１との間に、電界を発生させたことによって、光増感色素４２を酸化物半導体の膜４１に吸着されることを促進する。具体的には、図３に示すように、直流電源８に接続されて電圧が印加され、透明電極１を負に、注入位置調節部材７を正に帯電させるため、多孔質部材５に含浸された光増感色素４２は透明電極１側へ引きつけられる。したがって、光増感色素４２は透明電極１に配置される酸化物半導体の膜４１に吸着されやすくなる。なお、本実施形態においては、導電性材料については特に限定されないが、金属を採用している。
＜第２のステップ＞
第１実施形態に係る第２のステップについて説明する。
【００４５】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材５と光増感色素４２の溶液とのうち少なくとも一方を３０℃〜８０℃に維持するように加熱するステップを備える。
この構成によって、多孔質部材５と光増感色素４２の溶液の少なくとも一方が加熱されることで、光増感色素４２と酸化物半導体の化学結合が活性化されるため、酸化物半導体の膜４１への光増感色素４２の吸着が促進される。
【００４６】
多孔質部材５を加熱する方法については、既存の方法が用いられればよく、特に制限されない。例えば、加熱装置を用いて多孔質部材５を温めればよい。
光増感色素４２の溶液を加熱する方法についても、既存の方法が用いられればよく、特に制限されない。例えば、光増感色素４２の溶液を納めた槽６を加熱し、光増感色素４２の溶液を温める方法や、光増感色素４２の溶液を納めた槽６内に、金属のような熱伝導性の高い材料から成る部材を設け、当該部材を加熱し、その輻射熱で光増感色素４２の溶液を温めても構わない。
【００４７】
なお、３０℃〜８０℃とは、光増感色素４２と酸化物半導体との化学結合が活性化される適正な温度範囲である。
＜第３のステップ＞
第１実施形態に係る第３のステップについて、図４を用いて説明する。
【００４８】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材５に圧力を加えることで、多孔質部材５に含浸された光増感色素４２の溶液の酸化物半導体の膜４１への供給を促進するステップを備える。
この構成によって、多孔質部材５に含浸された光増感色素４２の溶液が、物理的に酸化物半導体の膜４１へ移動させられる。そのため、光増感色素４２は酸化物半導体の膜４１へ効率よく吸着され、吸着時間の短縮を図ることができる。
【００４９】
多孔質部材５の加圧方法については、直接的な加圧でも間接的な加圧でもよく、通常用いられる方法であればよい。本実施形態においては、酸化物半導体の膜４１の損傷を防止する観点から、多孔質部材５を間接的に加圧する方法を採用する。具体的には、図４に示すように、多孔質部材５と槽６との間に位置する注入位置調節部材７を加圧板として機能させ、多孔質部材５と酸化物半導体の膜４１との間に支持板９を設け、注入位置調節部材７および支持板９によって、多孔質部材５を挟み込むように加圧する。このとき、支持板９は固定させたまま、外力Ｆによって注入位置調節部材７を多孔質部材５側へ移動させるため、酸化物半導体の膜４１の損傷を防止することができる。
【００５０】
ここで、支持板９は多孔質部材５と酸化物半導体の膜４１との間に位置しているため、当然、光増感色素４２の溶液は、支持板９を通過して、酸化物半導体の膜４１に供給される。すなわち、支持板９はメッシュ構造や孔部といった、光増感色素４２の溶液が通過することのできる構成を備えていることが好ましい。例えば、支持板９が多孔質部材５よりも剛性の高い多孔質材料で形成されていても構わない。
＜第４のステップ＞
第１実施形態に係る第４のステップについて、図５を用いて説明する。
【００５１】
光増感色素吸着工程は、多孔質部材５に流体１０２を注入するとともに多孔質部材５を通過させることで、多孔質部材５に含浸された光増感色素４２の溶液の酸化物半導体の膜４１への供給を促進するステップを備える。
【００５２】
流体１０２が多孔質部材５に注入されることにより、多孔質部材５に含浸された光増感色素４２の溶液が酸化物半導体の膜４１へ物理的に移動させられ、光増感色素４２の吸着が促進される。このため、光増感色素４２は酸化物半導体の膜４１へ効率よく吸着される。
【００５３】
本実施形態において、流体１０２としては水分含有量の少ないものが好ましく、ドライエアや窒素などが好ましい。
また、流体１０２を注入する方法としては、光増感色素４２を多孔質部材５に含浸させた後で流体１０２を注入しても構わないし、光増感色素４２の溶液と流体１０２とを同時に多孔質部材５に注入しても構わない。本実施形態においては、後者の方法を採用している。
【００５４】
より具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、多孔質部材５に注入位置調節部材７を介して光増感色素４２の溶液を含浸させる。次に、槽６を退避させ、図５（ｂ）に示すように、注入位置調節部材７の上方に流体噴射装置１０を位置させるとともに、流体噴射装置１０の噴射ノズル１０１と注入孔部７１とが連通するような位置に配置する。噴射ノズル１０１から噴射された流体１０２は、光増感色素４２の溶液が含浸された多孔質部材５に、注入孔部７１を介して注入される。このため、流体１０２の持つ運動エネルギーによって、光増感色素４２の溶液の多孔質部材５の通過が促進され、酸化物半導体の膜４１へ到達しやすくなり、光増感色素４２の吸着が促進される。
【００５５】
ここまで、第１〜４のステップについて説明してきたが、光増感色素４２の吸着をさらに促進するために、上記第１〜４のステップを組み合わせることや、別の公知の光増感色素４２の吸着を促進する方法を組み合わせることは、当然構わない。
【００５６】
第１〜４のステップを全て組み合わせて得られた光触媒膜４を用いて１００ｍｍ角の色素増感太陽電池を形成し、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の標準光源照射により、電力変換効率を計測した。すると、電流密度は８.２５ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は０.７１Ｖ、フィルファクタは０．６７、変換効率は３．９１％という結果を得た。
［第２実施形態］
本発明の色素増感太陽電池の第２実施形態について、図６および７を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を用い、説明を省略する。
【００５７】
光増感色素４２の種類および多孔質部材５がそれぞれ複数であり、光増感色素４２の各種類に対して少なくとも１つの多孔質部材５を選択し、光増感色素４２の種類ごとに複数グループに分類するステップを備え、グループごとに光増感色素吸着工程を行う。
【００５８】
この構成によって、複数の光増感色素４２が吸着された光触媒膜４を形成することができ、詳細な色彩や模様等を付したデザイン性の高い色素増感太陽電池を形成することができる。
【００５９】
本実施形態においては、１つの透明電極１に対して、複数の光触媒膜４が形成される。すなわち、図７に示すように、１つの透明電極１に既存の方法によって形成された、複数の酸化物半導体の膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃを配置し、各酸化物半導体の膜に複数の多孔質部材５ａ，５ｂ，５ｃを近接または接触させて配置する。複数種類の光増感色素４２ａ，４２ｂ，４２ｃの溶液は、種類ごとに複数の槽６ａ，６ｂ，６ｃに納められる。本実施形態では、３種類の光増感色素で３つの光触媒膜４ａ，４ｂ，４ｃを形成する場合を示す。なお、本実施形態においても、多孔質部材５ａ，５ｂ，５ｃの形状および大きさは、第１実施形態と同様に、酸化物半導体の膜４１ａ，４１ｂ，４１ｃの形状および大きさに合わせて、適宜決定すればよい。
【００６０】
光増感色素４２ａ，４２ｂ，４２ｃの各種類に対して少なくとも１つの多孔質部材５ａ，５ｂ，５ｃを選択し、光増感色素４２ａ，４２ｂ，４２ｃの種類ごとに複数グループＡ，Ｂ，Ｃに分類する。本実施形態においては、光増感色素４２ａ，４２ｂ，４２ｃに対して、多孔質部材５ａ，５ｂ，５ｃがこの順にグループＡ，Ｂ，Ｃとされる。そして、図７に示すように、各グループに属する多孔質部材５ａ，５ｂ，５ｃの上方に、そのグループに対応する光増感色素４２ａ，４２ｂ，４２ｃが納められた槽６ａ，６ｂ，６ｃが配置され、グループごとに光増感色素吸着工程が行われ、１つの透明電極１に複数の色彩を有する光触媒膜４ａ，４ｂ，４ｃが形成される。
【００６１】
本実施形態によれば、透明電極１における酸化物半導体の膜４１の配置や、光増感色素４２の種類およびそれらの組み合わせが自在となるため、より細やかで複雑な色彩や模様等のデザインを有する色素増感太陽電池の形成が可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、単一の光増感色素４２のみから成るものを例として説明したが、所望の色彩を得るために複数の光増感色素４２を混合したものを１種類として、１つの槽６に納めて用いても構わない。また、所望の色彩を得るため、酸化物半導体の膜４１に一度色素吸着工程を行ったのち、別の光増感色素４２を用いて、再び色素吸着工程を行っても構わない。
【符号の説明】
【００６３】
１      透明電極
１１    透明基板
１２    透明導電膜
３      電解質層
４      光触媒膜
４１    酸化物半導体の膜
４２    光増感色素
５      多孔質部材
６      槽
６１    放出管
７      注入位置調節部材（加圧板）
７１    注入孔部
８      直流電源
９      支持板
１０    流体噴射装置
１０１  噴射ノズル
１０２  流体
【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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【図７】
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