(57)【要約】  本発明の目的は、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池を提供することである。本発明の光電変換素子用電解質は、イオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を含有し、前記炭素材料（Ｂ）が、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）であり、前記炭素材料（Ｂ）の含有量が、前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である光電変換素子用の電解質である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を含有し、
前記炭素材料（Ｂ）が、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）であり、
前記炭素材料（Ｂ）の含有量が、前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である光電変換素子用電解質。
【請求項２】
前記炭素材料（Ｂ１）の１次平均粒子径が、０．０１０〜０．０５０μｍである請求項１に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項３】
前記イオン性液体（Ａ）が、下記式（１）または（２）で表されるカチオンを有する請求項１または２に記載の光電変換素子用電解質。
【化１】
2010074237.tif 000009
（式（１）中、Ｒ1は、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜２０の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ3は存在しない。式（２）中、Ｑは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6およびＲ7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Ｑが酸素原子または硫黄原子の場合、Ｒ7は存在しない。）
【請求項４】
前記イオン性液体（Ａ）が、ヨウ素イオンをアニオンとして有する請求項３に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項５】
更に、前記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料（Ｃ１）を前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項６】
更に、前記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項７】
前記炭素材料（Ｂ）および前記炭素材料（Ｃ）の合計の含有量が、前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である請求項５または６に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項８】
前記炭素材料（Ｂ）と前記炭素材料（Ｃ）との含有量の比率［炭素材料（Ｂ）／炭素材料（Ｃ）］が、９９．９／０．１〜６０／４０である請求項５〜７のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項９】
前記炭素材料（Ｃ１）の１次平均粒子径が、０．５〜１２０μｍである請求項５〜８のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項１０】
透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、
前記光電極に対向して配置される対向電極と、
前記光電極と前記対向電極との間に配された電解質層とを有し、
前記電解質層が、請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子用電解質である光電変換素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光電極に光増感色素を担持させてなる色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、非シリコン系太陽電池が注目され研究開発が進められている。【０００３】
非シリコン系太陽電池の中でも特に、スイスのグレツェルらが開発した色素増感太陽電池は、有機材料を用いた太陽電池の中では光電変換効率が高く、シリコン系太陽電池と比較して製造コストが安い等の利点もあり、新しいタイプの太陽電池として注目を集めている。
しかしながら、色素増感太陽電池は、電気化学電池のため電解質として有機電解液やイオン性液体等が使用されており、有機電解液を用いる場合には、長期使用時に揮発したり枯渇したりすることにより発電効率が低下してしまうという問題があり、また、イオン性液体を用いる場合には、長期使用時の揮発や枯渇は防止できるものの液漏れすることによる構造劣化等の耐久性の問題があった。
そこで、電解液の揮発、液漏れを防ぎ、太陽電池の長期安定性、耐久性確保を目的として、電解質を液状からゲル状、固体状にする研究が行われている。【０００４】
例えば、特許文献１には、「イオン性液体と導電性粒子とを主たる成分として含むゲル状の電解質組成物」が記載されている（［請求項１］［請求項２］）。
また、特許文献２には、「色素増感された半導体粒子からなる多孔性の光電極層、電荷輸送層および対向電極層をこの順序で有する色素増感型光電変換素子であって、電荷輸送層が、ｐ型導電性ポリマーを１乃至５０質量％、炭素材料を５乃至５０質量％、およびイオン液体を２０乃至８５質量％含む固体状の混合物からなることを特徴とする色素増感型光電変換素子。」が記載されている（［請求項１］）。【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電解質組成物を用いた場合は、高いエネルギー変換効率を達成する観点から酸化還元対（レドックス対）等として、特に、ヨウ素を使用した場合、ヨウ素の腐食性により光電変換素子を構成する金属配線（集電電極）、シール材等を腐食したり、ヨウ素の揮発性により電解質の安定性に影響を与えたりする問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／００６４８２号パンフレット
【特許文献２】特開２００７−２２７０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、本発明者は、特許文献２に記載の色素増感型光電変換素子について検討した結果、エネルギー変換効率が十分でないことを明らかとした。
これは、ｐ型導電性ポリマー（例えば、ポリアニリン、ポリピロール等）、炭素材料（例えば、アセチレンブラック等）およびイオン性液体の混合物を電荷輸送層として使用した場合は、炭素材料（特に、アセチレンブラック）自体がイオン性液体を保持する能力（保持能）が低いうえにｐ型導電性ポリマーとの混合することによりその保持能が更に低下しているためと考えられる。【０００８】
そこで、本発明は、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池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】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討した結果、イオン性液体、および、特定のｐＨ値を示す炭素材料を特定割合で含有する光電変換素子用電解質が、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、下記（ａ）〜（ｋ）を提供する。【００１０】
（ａ）イオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を含有し、
上記炭素材料（Ｂ）が、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）であり、
上記炭素材料（Ｂ）の含有量が、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である光電変換素子用電解質。【００１１】
（ｂ）上記炭素材料（Ｂ１）の１次平均粒子径が、０．０１０〜０．０５０μｍである上記（ａ）に記載の光電変換素子用電解質。【００１２】
（ｃ）上記イオン性液体（Ａ）が、下記式（１）または（２）で表されるカチオンを有する上記（ａ）または（ｂ）に記載の光電変換素子用電解質。【００１３】
【化１】
2010074237.tif 000002
【００１４】
式（１）中、Ｒ1は、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜２０の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ3は存在しない。式（２）中、Ｑは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6およびＲ7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Ｑが酸素原子または硫黄原子の場合、Ｒ7は存在しない。【００１５】
（ｄ）上記イオン性液体（Ａ）が、ヨウ素イオンをアニオンとして有する上記（ｃ）に記載の光電変換素子用電解質。【００１６】
（ｅ）更に、上記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料（Ｃ１）を上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する上記（ａ）〜（ｄ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。【００１７】
（ｆ）更に、上記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する上記（ａ）〜（ｅ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。【００１８】
（ｇ）上記炭素材料（Ｂ）および上記炭素材料（Ｃ）の合計の含有量が、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である上記（ｅ）または（ｆ）に記載の光電変換素子用電解質。【００１９】
（ｈ）上記炭素材料（Ｂ）と上記炭素材料（Ｃ）との含有量の比率［炭素材料（Ｂ）／炭素材料（Ｃ）］が、９９．９／０．１〜６０／４０である上記（ｅ）〜（ｇ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。【００２０】
（ｉ）上記炭素材料（Ｃ１）の１次平均粒子径が、０．５〜１２０μｍである上記（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。【００２１】
（ｊ）透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、
上記光電極に対向して配置される対向電極と、
上記光電極と上記対向電極との間に配された電解質層とを有し、
上記電解質層が、上記（ａ）〜（ｉ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質である光電変換素子。【００２２】
（ｋ）上記（ｊ）に記載の光電極に光増感色素を担持させてなる色素増感太陽電池。
【発明の効果】
【００２３】
以下に説明するように、本発明によれば、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる光電変換素子用電解質ならびにその電解質を用いた光電変換素子および色素増感太陽電池を提供することができるため有用である。
また、本発明の光電変換素子用電解質は、ポリアニリン等のｐ型導電性ポリマーを用いなくても高いエネルギー変換効率を達成することができるため、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の光電変換素子の基本構成の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、実施例等で用いた本発明の太陽電池の基本構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の光電変換素子用電解質（以下、単に「本発明の電解質」ともいう。）は、イオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を含有し、上記炭素材料（Ｂ）が、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）であり、上記炭素材料（Ｂ）の含有量が、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である光電変換素子用電解質である。
また、本発明の電解質は、更に、上記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料（Ｃ１）および／または窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を所定量含有するのが好ましい。
次に、本発明の電解質の各成分について詳述する。
【００２６】
〔イオン性液体（Ａ）〕
本発明の電解質に用いるイオン性液体（Ａ）は特に限定されず、従来からの電解質として使用されている任意のイオン性液体を使用することができる。
例えば、大野弘幸編「イオン性液体−開発の最前線と未来−」ＣＭＣ出版（２００３）、「イオン性液体の機能創製と応用」エヌ・ティー・エス（２００４）等に記載されている第４級アンモニウム塩類、イミダゾリウム塩類、ピリジニウム塩類、ピロリジニウム塩類、ピペリジニウム塩類等を使用することができる。
【００２７】
上記イオン性液体（Ａ）は、カチオンおよびその対イオンであるアニオンを有するものである。
ここで、カチオンとしては、具体的には、下記式（１）または（２）で表されるカチオンが好適に例示される。
【００２８】
【化２】
2010074237.tif 000003
【００２９】
式（１）中、Ｒ1は、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜２０の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ3は存在しない。
式（２）中、Ｑは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6およびＲ7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Ｑが酸素原子または硫黄原子の場合、Ｒ7は存在しない。
【００３０】
ここで、上記式（１）中のＲ1の炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、上記式（１）中の窒素原子（アンモニウムイオン）とともに環構造を採るものであるのが好ましい。
次いで、上記式（１）中のＲ1が有していてもよい、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基としては、炭素数１〜１２のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等）、炭素数１〜１２のアルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｎ−ペントキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、１，２−ジメチルブトキシ基等）、炭素数２〜１２のアルキルアルコキシ基（例えば、メチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＯＣＨ3）、エチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ3）、ｎ−プロピレン−イソ−プロポキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ（ＣＨ3）2）、メチレン−ｔ−ブトキシ基（−ＣＨ2−Ｏ−Ｃ（ＣＨ3）3等）であるのが好ましい。また、上記式（１）中のＲ1は、この置換基を２以上有していてもよい。
【００３１】
また、上記式（１）中のＲ2およびＲ3の炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、具体的には、炭素数１〜１２のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等）、炭素数１〜１２のアルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｎ−ペントキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、１，２−ジメチルブトキシ基等）、炭素数２〜１２のアルキルアルコキシ基（例えば、メチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＯＣＨ3）、エチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ3）、ｎ−プロピレン−イソ−プロポキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ（ＣＨ3）2）、メチレン−ｔ−ブトキシ基（−ＣＨ2−Ｏ−Ｃ（ＣＨ3）3等）等が挙げられる。
【００３２】
また、上記式（２）中、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6およびＲ7の炭素数１〜８のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基としては、具体的には、炭素数１〜８のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等）、炭素数１〜８のアルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソ−プロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｎ−ペントキシ基、ｎ−ヘキソキシ基、１，２−ジメチルブトキシ基等）、炭素数２〜８のアルキルアルコキシ基（例えば、メチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＯＣＨ3）、エチレンメトキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ3）、ｎ−プロピレン−イソ−プロポキシ基（−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ（ＣＨ3）2）、メチレン−ｔ−ブトキシ基（−ＣＨ2−Ｏ−Ｃ（ＣＨ3）3等）等が挙げられる。
【００３３】
上記式（１）で表されるカチオンとしては、例えば、イミダゾリウムイオン、ピリジニウムイオン、ピロリジニウムイオン、ピペリジニウムイオン等が挙げられる。
具体的には、下記式（３）〜（６）のいずれかで表されるカチオンが好適に例示される。
このうち、下記式（３）および（５）で表されるカチオンであるのが、本発明の電解質を用いた光電変換素子（以下、「本発明の光電変換素子」ともいう。）の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から好ましい。
【００３４】
【化３】
2010074237.tif 000004
【００３５】
式（３）〜（６）中、Ｒ8〜Ｒ40は、それぞれ独立に炭素数１〜２０の窒素原子を含んでいてもよい炭化水素基を表す。
より具体的には、以下に示すカチオンが挙げられる。
【００３６】
【化４】
2010074237.tif 000005
【００３７】
上記式（２）で表されるカチオンとしては、例えば、アンモニウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオン等の有機カチオンが挙げられる。
具体的には、以下に示すカチオンが好適に例示される。
このうち、脂肪族４級アンモニウムイオンであるのが、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から好ましい。
【００３８】
【化５】
2010074237.tif 000006
【００３９】
一方、上記イオン性液体（Ａ）が有するアニオンとしては、具体的には、Ｉ-、Ｂｒ-、ＡｌＣｌ4-、Ａｌ2Ｃｌ7-、ＮＯ3-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＨ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＣＯＯ-、ＣＦ3ＳＯ3-、（ＣＮ）4Ｂ-、ＳＣＮ-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（ＣＮ）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、（ＣＮ）3Ｃ-、ＡｓＦ6-、ＳｂＦ6-、Ｆ（ＨＦ）n-、ＣＦ3ＣＦ2ＣＦ2ＣＦ2ＳＯ3-、（ＣＦ3ＣＦ2ＳＯ2）2Ｎ-、ＣＦ3ＣＦ2ＣＦ2ＣＯＯ-等が好適に例示される。
このうち、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる傾向がある理由から、臭素イオン（Ｂｒ-）、ヨウ素イオン（Ｉ-）であるのが好ましく、ヨウ素イオン（Ｉ-）であるのがより好ましい。
【００４０】
イオン性液体（Ａ）としては、例えば、上記で例示されるカチオンおよびアニオンの組み合わせからなるもの等が挙げられる。
中でも、カチオンとしてイミダゾリウムイオンを有し、アニオンとしてヨウ素イオンを有するイオン性液体であるのが好ましい。
本発明においては、イオン性液体（Ａ）の合成方法は特に限定されず、従来公知の方法により、上記で例示されるカチオンおよびアニオンの組み合わせからなる各種のイオン性液体を合成することができる。
【００４１】
このようなイオン性液体（Ａ）としては、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−ペンチルイミダゾリウムアイオダイド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−（（２−メトキシエトキシ）エチル）−３−（（２−メトキシエトキシ）エチル）イミダゾリウムアイオダイド等の合成品のほか、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（東京化成社製）、１−メチル−３−ブチルイミダゾリウムアイオダイド（東京化成社製）、１−メチル−１−メチル−ピロリジニウムアイオダイド（アルドリッチ社製）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（Ｍｅｒｃｋ社製）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムチオシアネート（Ｍｅｒｃｋ社）等を使用することができる。
【００４２】
本発明においては、上記イオン性液体（Ａ）の含有量は、本発明の電解質の総質量に対して５０〜９５質量％であるのが好ましく、６５〜９５質量％であるのがより好ましい。含有量がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
【００４３】
〔炭素材料（Ｂ）〕
上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部含有する炭素材料（Ｂ）は、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）である。
ここで、上記炭素材料（Ｂ１）および上記ホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）をいずれも含有する場合においては、上記含有量（１０〜５０質量部）は、これらの合計の含有量のことをいう。
【００４４】
＜炭素材料（Ｂ１）＞
本発明の電解質に用いる炭素材料（Ｂ１）は、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料である。
上記ｐＨの測定は、具体的には次のようにして行う。まず、炭素材料試料５ｇをビーカーに量り採り、そこに水５０ｍＬを加え、水が沸騰するまで加熱する。次いで、加熱した分散液を室温まで冷却し、炭素材料を静置沈殿させた後に上澄み液を除去し、泥状物を残す。この泥状物中にガラス電極ｐＨ計の電極を入れ、ＪＩＳ Ｚ８８０２-1984規定のｐＨ測定方法により測定する。
【００４５】
本発明においては、このような炭素材料（Ｂ１）を上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部含有することにより、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる。
これは、詳細には明らかではないが、一般的なカーボンブラック（アセチレンブラック）や黒鉛に比べて酸性に寄った炭素材料を用いることにより、炭素材料の表面に官能基として存在する酸性基（以下に例示するフェノール性水酸基、カルボキシ基等）から誘導されるアニオン（例えば、カルボキシラート、フェノラート等）が、上述したイオン性液体（Ａ）のカチオンと相互作用を生じているためと考えられる。また、炭素材料の表面官能基の存在により、一般的なカーボンブラック（アセチレンブラック）や黒鉛に比べて親水性になると考えられ、上述したイオン性液体（Ａ）中への分散が容易なことも理由として考えられる。
また、本発明の光電変換素子用電解質の経時安定性を高くし、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、上記炭素材料（Ｂ１）の含有量は、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１５〜５０質量部であるのが好ましく、２５〜４５質量部であるのがより好ましい。
【００４６】
更に、本発明においては、上記炭素材料（Ｂ１）の１次平均粒子径が０．０１０〜０．０５０μｍであるのが好ましく、０．０１０〜０．０３５μｍであるのがより好ましい。１次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、１次平均粒子径とは、通常の炭素材料（例えば、ファーネスカーボンブラック等）の１次平均粒子径を測定する方法で測定された値であり、本発明においては、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径を意味する。
【００４７】
このような炭素材料（Ｂ１）としては、例えば、フェノール性水酸基、カルボキシ基、キノン基、ラクトン基等の酸性基を付着又は結合させた酸性カーボンブラック；顔料カーボンブラック；カラーカーボンブラック；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４８】
ここで、上記酸性カーボンブラックに用いられる水酸基等を付着等させるカーボンブラックは特に限定されず、オイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック（ガスブラック）等の通常用いられているカーボンブラックを用いることができる。
また、水酸基等を付着等する方法としては、例えば、通常行われているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理等や、特開２００４−２３８３１１号公報に開示されている方法等が挙げられる。
【００４９】
また、上記酸性カーボンブラックとしては、カーボンブラック表面に酸性基（上記で例示したフェノール性水酸基、カルボキシ基等）を多数有するチャンネルブラック（ガスブラック）そのものを用いることもできるが、市販品を使用することができ、具体的には、例えば、三菱化学社製の＃２２００Ｂ（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０１８μｍ）、＃１０００（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０１８μｍ）、＃９７０（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０１６μｍ）、ＭＡ７７（ｐＨ：２．５、１次平均粒子径：０．０２３μｍ）、ＭＡ７（ｐＨ：３、１次平均粒子径：０．０２４μｍ）、ＭＡ８（ｐＨ：３、１次平均粒子径：０．０２４μｍ）、ＭＡ１１（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０２９μｍ）、ＭＡ１００（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０２４μｍ）、ＭＡ１００Ｒ（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：０．０２４μｍ）、ＭＡ１００Ｓ（ｐＨ値：３．５、１次平均粒子径：０．０２４μｍ）、ＭＡ２３０（ｐＨ：３、１次平均粒子径：０．０３０μｍ）、ＭＡ２００ＲＢ（ｐＨ：３、１次平均粒子径：０．０３０μｍ）およびＭＡ１４（ｐＨ：３、１次平均粒子径：０．０４０μｍ）；
【００５０】
デグサエボニック社製のSpecial Black６（ｐＨ：２．５、１次平均粒子径：１７ｎｍ）、Special Black５（ｐＨ：３．０、１次平均粒子径：２０ｎｍ）、Special Black４（ｐＨ：３．０、１次平均粒子径：２５ｎｍ）、Special Black４Ａ（ｐＨ：３．０、１次平均粒子径：２５ｎｍ）、Special Black５５０（ｐＨ：２．８、１次平均粒子径：２５ｎｍ）、Special Black１００（ｐＨ：３．３、１次平均粒子径：５０ｎｍ）、Special Black２５０（ｐＨ：３．１、１次平均粒子径：５６ｎｍ）、Special Black３５０（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：３１ｎｍ）、Printex１５０Ｔ（ｐＨ：４．０、１次平均粒子径：２９ｎｍ）、Color Black ＦＷ１（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：１３ｎｍ）、Color Black ＦＷ１８（ｐＨ：４．５、１次平均粒子径：１５ｎｍ）、Color Black ＦＷ２８５（ｐＨ：３．５、１次平均粒子径：１１ｎｍ）、Color Black Ｓ１７０（ｐＨ：４．５、１次平均粒子径：１７ｎｍ）、Color Black Ｓ１６０（ｐＨ：４．５、１次平均粒子径：１７ｎｍ）、Color Black ＦＷ２００（ｐＨ：２．５、１次平均粒子径：１３ｎｍ）、Color Black ＦＷ２（ｐＨ：２．５、１次平均粒子径：１３ｎｍ）およびColor Black ＦＷ２Ｖ（ｐＨ：２．５、１次平均粒子径：１３ｎｍ）；
【００５１】
東海カーボン社製のトーカブラック＃８３００Ｆ（ｐＨ：５．０、１次平均粒子径：１６ｎｍ）およびトーカブラック＃８５００Ｆ（ｐＨ：５．５、１次平均粒子径：１４ｎｍ）；等を使用することができる。
【００５２】
これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
これらのうち、本発明の光電変換素子用電解質の経時安定性を高くし、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、ｐＨが３〜５．５のものであるのが好ましい。
【００５３】
＜ホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）＞
本発明の電解質に用いるホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）は特に限定されず、その具体例としては、ホウ素変性アセチレンブラック（デンカブラックＢＭＡＢ、比表面積：５０ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：３５ｎｍ、比抵抗：１×１０-2Ω・ｃｍ、電気化学工業社製）等が挙げられる。
【００５４】
本発明においては、このようなホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）を上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部含有することにより、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる。
これは、詳細には明らかではないが、上記ホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）が、ホウ素の導入により親水性を有しているため、上述したイオン性液体（Ａ）との親和性が高くなり、イオン性液体（Ａ）中への分散も容易となり、上記イオン性液体（Ａ）とともに、電荷移動の促進に寄与することができるためと考えられる。なお、上記ホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）は、炭素結合中にホウ素が組み込まれているため、ホール輸送性を有しており、この点からも電荷移動の促進に寄与することができると考えられる。
また、本発明の光電変換素子用電解質の経時安定性を高くし、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、上記ホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）の含有量は、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１５〜５０質量部であるのが好ましく、２５〜４５質量部であるのがより好ましい。
【００５５】
〔他の炭素材料（Ｃ）〕
本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、他の炭素材料（Ｃ）として、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料（Ｃ１）および／または窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有するのが好ましい。
ここで、上記炭素材料（Ｃ１）およびカーボンブラック（Ｃ２）をいずれも含有する場合においては、上記含有量（１０質量部未満）は、これらの合計の含有量のことをいう。
【００５６】
＜炭素材料（Ｃ１）＞
本発明の電解質に用いることができる炭素材料（Ｃ１）は、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料である。
ここで、比表面積とは、ＪＩＳ Ｋ１４７７に規定された方法に従い、窒素吸着によるＢＥＴ法を用いて測定した測定値をいう。
【００５７】
また、本発明においては、上記炭素材料（Ｃ１）の比表面積は、１１００〜３２００ｍ2／ｇであるのが好ましく、１２００〜２８００ｍ2／ｇであるのがより好ましい。比表面積がこの範囲であると、金属酸化物半導体多孔質膜へのイオン性液体（Ａ）の充填と電解質中のイオン性液体（Ａ）の適度な保持が容易となるため、本発明の光電変換素子の光電変換効率が更に良好となる。
【００５８】
更に、本発明においては、上記炭素材料（Ｃ１）の１次平均粒子径が０．５〜１２０μｍであるのが好ましく、０．８〜８０μｍであるのがより好ましい。１次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、１次平均粒子径とは、通常の炭素材料（例えば、活性炭やファーネスカーボンブラック等）の１次平均粒子径を測定する方法で測定された値であり、本発明においては、炭素材料を中性洗剤含有水溶液で分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置（例えば、ＳＡＬＤ２０００Ｊ（登録商標、島津製作所製）等）を用いて測定された５０％体積累積径（Ｄ５０）を意味する。
【００５９】
更にまた、本発明においては、上記炭素材料（Ｃ１）の比抵抗が１×１０-4〜５×１０2Ω・ｃｍであるのが好ましく、１×１０-2〜１×１０2Ω・ｃｍであるのがより好ましく、５×１０-2〜５０Ω・ｃｍであるのが更に好ましい。比抵抗がこの範囲であると、表面グラファイト化が進行していないことから上述したイオン性液体（Ａ）との濡れ性が良く、イオン性液体（Ａ）の保持能が高い炭素材料となる。
【００６０】
このような炭素材料（Ｃ１）としては、具体的には、例えば、活性炭（比表面積：１０００〜２８００ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：０．５〜１２０μｍ、比抵抗：１．０×１０-1Ω・ｃｍ）、ホウ素含有多孔質炭素材料（比表面積：１０００〜２０００ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：０．５〜１００μｍ、比抵抗：１×１０-1Ω・ｃｍ）、窒素含有多孔質炭素材料（比表面積：１０００〜２０００ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：０．５〜１００μｍ、比抵抗：１×１０-1Ω・ｃｍ）等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６１】
これらのうち、入手が容易である理由から活性炭であるのが好ましい。
活性炭は、特に限定されず、公知の炭素電極等で用いられる活性炭粒子を使用することができ、その具体例としては、ヤシ殻、木粉、石油ピッチ、フェノール樹脂等を水蒸気、各種薬品、アルカリ等を用いて賦活した活性炭粒子が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００６２】
＜カーボンブラック（Ｃ２）＞
本発明の電解質に用いることができるカーボンブラック（Ｃ２）は、窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上であれば特に限定されない。なお、本発明においては、上記炭素材料（Ｃ１）は、カーボンブラック（Ｃ２）には含まれないものとする。
ここで、窒素吸着比表面積は、カーボンブラックがゴム分子との吸着に利用できる表面積の代用特性であり、カーボンブラック表面への窒素吸着量をＪＩＳ Ｋ６２１７−７:2008「第７部：ゴム配合物−多点法窒素比表面積及び統計的厚さ比表面積の求め方」に従い測定した値である。
【００６３】
また、本発明においては、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる理由から、窒素吸着比表面積が９０〜２００ｍ2／ｇのカーボンブラックを用いるのが好ましく、１００〜１８０ｍ2／ｇのカーボンブラックを用いるのがより好ましい。
【００６４】
更に、本発明においては、上記カーボンブラック（Ｃ２）は、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが７〜１３のカーボンブラックであるのが好ましく、より好ましくはｐＨが７〜１１のカーボンブラックである。
上記ｐＨの測定は、上記炭素材料（Ｂ１）において説明したのと同様、具体的には次のようにして行う。まず、カーボンブラック試料５ｇをビーカーに量り採り、そこに水５０ｍＬを加え、水が沸騰するまで加熱する。次いで、加熱した分散液を室温まで冷却し、カーボンブラックを静置沈殿させた後に上澄み液を除去し、泥状物を残す。この泥状物中にガラス電極ｐＨ計の電極を入れ、ＪＩＳ Ｚ８８０２-1984規定のｐＨ測定方法により測定する。
【００６５】
このようなカーボンブラック（Ｃ２）としては市販品を用いることができる。
具体的には、例えば、ＳＡＦ（Ｎ１３４、窒素吸着比表面積：１５１ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．３、キャボットジャパン社製）、ＩＳＡＦ（Ｎ２３４、窒素吸着比表面積：１１７ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、キャボットジャパン社製）、ＩＳＡＦ（Ｎ２２０、窒素吸着比表面積：１１９ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、キャボットジャパン社製）、ＩＳＡＦ（Ｎ２１９、窒素吸着比表面積：１０６ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、東海カーボン社製）、ＨＡＦ（Ｎ３３９、窒素吸着比表面積：９３ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、東海カーボン社製）等が挙げられる。
【００６６】
本発明においては、上記カーボンブラック（Ｃ２）の１次平均粒子径が５〜３０ｎｍであるのが好ましく、５〜２５ｎｍであるのがより好ましい。１次平均粒子径がこの範囲であると、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。
ここで、１次平均粒子径とは、上記炭素材料（Ｂ１）において説明したのと同様、カーボンブラック粒子を電子顕微鏡で観察して求めた算術平均径を意味する。
【００６７】
本発明においては、このような炭素材料（Ｃ）を用いることにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。これは、上記炭素材料（Ｃ）が上述したイオン性液体（Ａ）を十分保持した電解質を形成し、その電解質から後述する金属酸化物半導体多孔質膜中にイオン性液体（Ａ）を十分に充填することができるためであると考えられる。
また、表面積の大きい炭素材料（Ｃ）は、上述したイオン性液体（Ａ）を出し入れできるこのようなスポンジのような機能を有するため、各界面、すなわち電解質と後述する金属酸化物半導体多孔質膜間との界面、炭素粒子間の界面、電解質と対向電極との界面に形成されるイオン性液体（Ａ）が局在した層（イオン性液体層）の形成を抑えることができると考えられる。特に、カーボンブラック（Ｃ２）はストラクチャーも発達しているため電子伝導性が向上し、これらの結果から、光電変換素子の開放電圧が高くなったためと考えられる。ここで、開放電圧とは、電源端子に電流が流れていないときの端子間の電圧をいい、電極に逆向きの電圧（バイアス電圧）をかけ、徐々にバイアス電圧を大きくした際に、光を照射して発生する電流が、このバイアス電圧に逆らって流れなくなった時（電流値がゼロの時）の電圧値をいう。
なお、電解質中にイオン性液体が存在しないと光電変換素子用の電解質として機能しないが、例えば、特許文献２に記載の色素増感型光電変換素子においては、イオン性液体は、上述した界面間に電荷輸送能が低いイオン性液体層を形成し、光電変換効率を低下させる抵抗成分となる可能性があることが分かった。
【００６８】
また、本発明においては、上記炭素材料（Ｃ）を含有する場合、その含有量は上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満であり、１〜８質量部であるのが好ましい。
更に、金属酸化物半導体多孔質膜へのイオン性液体（Ａ）の充填と上述したスポンジの機能や電荷移動等を高める観点から、上記炭素材料（Ｂ）および上記炭素材料（Ｃ）の合計の含有量が、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部となるのが好ましく、１５〜５０質量部であるのがより好ましく、２５〜４５質量部であるのが更に好ましい。
また、同様の観点から、上記炭素材料（Ｂ）と上記炭素材料（Ｃ）との含有量の比率［炭素材料（Ｂ）／炭素材料（Ｃ）］が、９９．９／０．１〜６０／４０となるのが好ましく、９９／１〜６５／３５となるのがより好ましく、９８／２〜７０／３０となるのが更に好ましい。
【００６９】
本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の光電変換効率をより向上させる観点から、酸化還元対（レドックス対）を添加することができる。
酸化還元対としては、色素増感太陽電池において一般的に使用されているまたは使用することができる任意のものを本発明の目的を損なわない範囲で用いることができる。
例えば、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウム塩等の金属錯体；ジスルフィド化合物とメルカプト化合物との硫黄化合物；ヒドロキノン；キノン；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７０】
また、本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の短絡電流を向上させる観点から、無機塩および／または有機塩を添加することができる。
無機塩、有機塩としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属塩等を挙げることができ、具体的には、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化マグネシウム、ヨウ化カルシウム、トリフルオロ酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸ナトリウム、チオシアン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、六フッ化りん酸リチウム、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
無機塩、有機塩の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、従来通りとすることができる。
【００７１】
また、本発明の電解質は、本発明の光電変換素子の開放電圧を向上させる観点から、ピリジン類、ペンズイミダゾール類を添加することができる。
具体的には、メチルピリジン、エチルピリジン、プロピルピリジン、ブチルピリジン等のアルキルピリジン類；メチルイミダゾール、エチルイミダゾール、プロピルイミダゾール等のアルキルイミダゾール類；メチルベンズイミダゾール、エチルベンズイミダゾール、プロピルベンズイミダゾール等のアルキルベンズイミダゾール類；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
ピリジン類、ペンズイミダゾール類の添加量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、従来通りとすることができる。
【００７２】
本発明の電解質は、有機溶媒を添加してもよく、その具体例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の炭酸エステル類；エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル類；エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール類；プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、シアノエチルエーテル等のニトリル類；ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類；ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン極性溶媒類；等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
有機溶媒の含有量は、特に限定されず、本発明の目的を損なわない限り、従来通りとすることができる。
【００７３】
本発明の電解質の製造方法は特に限定されず、例えば、上述したイオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）ならびに所望により含有する炭素材料（Ｃ）を混合し、ボールミル、サンドミル、顔料分散機、すりつぶし機、超音波分散機、ホモジナイザー、プラネタリーミキサー、ホバートミキサー、ロール、ニーダー等を用いて室温下または加熱下（例えば４０〜１５０℃）で十分に混合し、均一に分散（混練）させることにより製造することができる。
ここで、上記混合には、必要に応じて有機溶剤（例えば、トルエン等）を併用し、混合後に有機溶剤を真空留去する方法を用いてもよい。
また、上述した炭素材料（Ｃ）を含有する場合、上記混合に際して、上記イオン性液体（Ａ）を上記炭素材料（Ｃ）中に十分含浸させることを目的として、上記炭素材料（Ｃ）は、予めボールミル、ジェットミル等の既知の粉砕機で微粉砕させたものを用いてもよい。また、同様の目的として、上述したイオン性液体（Ａ）、炭素材料（Ｂ）および炭素材料（Ｃ）の混合物に対して室温下または加熱下（例えば、４０〜１５０℃）で減圧処理を施してもよい。
【００７４】
本発明においては、本発明の電解質の製造は、上述した炭素材料（Ｃ）を含有する場合、上述したイオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を混合して分散体（例えば、ペースト状の分散体）を得た後に、上述した炭素材料（Ｃ）を混合して調製するのが好ましい。
このような方法で調製することにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。これは、上記炭素材料（Ｂ）が上記イオン性液体（Ａ）中に偏在し、上記炭素材料（Ｂ）が上記イオン性液体（Ａ）のカチオンと相互作用したりするためと考えられる。
【００７５】
次に、本発明の光電変換素子および色素増感太陽電池について、図１を用いて詳述する。図１は、本発明の光電変換素子の基本構成の一例を示す模式断面図である。
【００７６】
本発明の光電変換素子は、透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、上記光電極に対向して配置される対向電極と、上記光電極および上記対向電極の間に配された電解質層とを有する光電変換素子である。
【００７７】
＜光電極＞
上記光電極は、例えば、図１に示すように、透明基板１と透明導電膜２と酸化物半導体多孔質膜３により構成されている。
ここで、透明基板１は、光透過性が良好なものが好ましく、その具体例としては、ガラス基板の他、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、環状オレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、トリアセチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂基板（フィルム）が挙げられる。
【００７８】
また、透明導電膜２としては、具体的には、例えば、アンチモンやフッ素がドープされた酸化スズ、アルミニウムやガリウムがドープされた酸化亜鉛、スズがドープされた酸化インジウム等の導電性金属酸化物が挙げられる。
また、透明導電膜２の厚さは、０．０１〜１．０μｍ程度であるのが好ましい。
更に、透明導電膜２を設けるための方法は特に限定されず、例えば、塗布法、スパッタリング法、真空蒸着法、スプレーパイロリシス法、化学気相成長法（ＣＶＤ）、ゾルゲル法等が挙げられる。
【００７９】
次いで、酸化物半導体多孔質膜３は、酸化物半導体微粒子の分散液を透明導電膜２上に塗布することによって得られる。
上記酸化物半導体微粒子としては、具体的には、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ等が挙げられ、これらを１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００８０】
上記分散液は、上記酸化物半導体微粒子と分散媒とをサンドミル、ビーズミル、ボールミル、３本ロールミル、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、ヘンシェルミキサー、ジェットミル等の分散機で混合することにより得られる。
また、上記分散液は、分散機で混合して得た後、使用（塗布）直前に、超音波ホモジナイザー等を用いて超音波処理を施すのが好ましい。使用直前に超音波処理を施すことにより、本発明の光電変換素子の光電変換効率がより良好となる。これは、使用直前に超音波処理を施した分散液を用いて形成した酸化物半導体多孔質膜に対して、上述したイオン性液体（Ａ）が充填されやすいためと考えられる。
更に、上記分散液には、分散液中の上記酸化物半導体微粒子の再凝集を防ぐために、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤等を添加してもよく、分散液の増粘のために、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール等の高分子やセルロース系の増粘剤等を添加してもよい。
【００８１】
上記分散液としては、酸化チタンペーストＳＰ１００、ＳＰ２００（いずれも昭和電工社製）、酸化チタン微粒子Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｔ（ソーラロニクス社製）、Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ（ソーラロニクス社製）、チタニア塗布ペーストＰＥＣＣ０１（ペクセル・テクノロジーズ社製）、チタニア粒子ペーストＰＳＴ−１８ＮＲ（日揮触媒化成）、チタニア粒子ペーストＰＳＴ４００Ｃ（日揮触媒化成）等の市販品を用いることも可能である。
【００８２】
上記分散液を透明導電膜上に塗布する方法としては、例えば、公知の湿式成膜法を用いることができる。
湿式成膜法としては、具体的には、例えば、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法等が挙げられる。
【００８３】
また、上記分散液を透明導電膜上に塗布後、微粒子間の電子的なコンタクトの向上、透明導電膜との密着性の向上、膜強度の向上を目的として、加熱処理、化学処理、プラズマ、オゾン処理等を行うのが好ましい。
加熱処理の温度としては、４０℃〜７００℃であるのが好ましく、４０℃〜６５０℃であるのが好ましい。また、加熱処理の時間としては、特に制限はないが、通常は１０秒〜２４時間程度である。
化学処理としては、具体的には、例えば、四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキ処理、カルボン酸誘導体を用いた化学吸着処理、三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理等が挙げられる。
【００８４】
＜対向電極＞
上記対向電極とは、図１に示すように、光電極４に対向して配置される電極５であり、例えば、金属基板、表面に導電膜を有するガラス基板や樹脂基板等を用いることができる。
金属基板としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属を用いることができる。樹脂基板としては、光電極４を構成する透明基板１で例示した基板（フィルム）に加えて、不透明あるいは透明性に劣る一般的な樹脂基板も用いることができる。
また、表面に設ける導電膜としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、チタン等の金属；炭素；酸化スズ；アンチモンやフッ素がドープされた酸化スズ；酸化亜鉛；アルミニウムやガリウムがドープされた酸化亜鉛；スズがドープされた酸化インジウム；等の導電性金属酸化物；等が挙げられる。導電膜の厚さや形成方法は、光電極４を構成する透明導電膜２と同様のものを挙げることができる。
【００８５】
本発明においては、対向電極５として、基板上に導電性高分子膜を形成させた電極や導電性高分子フィルム電極を用いてもよい。
導電性高分子としては、具体的には、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン等が挙げられる。
基板上に導電性高分子膜を形成させる方法は、通常湿式成膜法として知られているディッピング法やスピンコーティング法等を用いて、高分子分散液から基板上に導電高分子膜を形成することができる。
導電性高分子分散液としては、特開２００６−１６９２９１号公報で開示したポリアニリン分散液や市販品であるポリチオフェン誘導体水分散液（バイトロンＰ、バイエル社製）、三菱レイヨン社製（アクアセーブ、ポリアニリン誘導体水溶液）等を用いることができる。
また、基板が上記導電基板である場合、上記手法に加えて電解重合法によっても基板上に導電性高分子膜を形成させることができる。導電性高分子フィルム電極は、電解重合法によって電極上に形成された導電性高分子フィルムを電極から剥離した自立性フィルムまたは導電性高分子分散液から通常湿式成膜法として知られているキャスティング法やスピンコーティング法等を用いて形成された自立性フィルム等を用いることもできる。ここで言う導電性高分子分散液は、導電性高分子微粒子が溶媒中に分散している状態と導電性高分子が溶媒中に溶解している状態とが混在しているものを、便宜上導電性高分子分散液としている。
【００８６】
＜電解質＞
上記電解質層は、図１に示すように、光電極４および対向電極５の間に設けられる電解質層６であり、本発明の光電変換素子においては、上述した本発明の電解質を用いる。
【００８７】
本発明の光電変換素子は、上述した本発明の電解質を用いているため、ヨウ素を実質的に含まなくても高いエネルギー変換効率を達成することができる。
【００８８】
本発明の色素増感太陽電池は、上述した本発明の光電変換素子を構成する光電極に光増感色素を担持させた光電変換素子の一種である。
ここで、光増感色素としては、可視光領域および／または赤外光領域に吸収を持つ色素であれば特に限定されなく、金属錯体又は有機色素等を用いることができる。
具体的には、ビピリジン構造やターピリジン構造などの配位子が配位したルテニウム錯体色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素等を用いることができる。担持させる方法に特に制限はないが、上記色素を、例えば、水、アルコール類に溶解させ、色素溶液に酸化物半導体多孔質膜３を浸漬または色素溶液を酸化物半導体多孔質膜３に塗布することにより担持される。
【実施例】
【００８９】
以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。【００９０】
（実施例１〜１８、比較例１〜８）
＜電解質の調製＞
混合容器中で、下記第１表に示すイオン性液体および炭素材料を下記第１表に示す組成比で、ビーズミル（ロッキングＲＭ０２、セイワ技研社製）を用いて６０分間撹拌混合した。
具体的には、実施例１では、３０ｍＬ混合容器に、４５０ｍｇの炭素材料１と、１．５ｇのイオン性液体と、トルエン１５ｍＬと、ジルコニアビーズ（直径３ｍｍ）１０ｇとを投入し、ビーズミル（ロッキングＲＭ０２、セイワ技研社製）を用いて６０分間撹拌混合した。
次いで、混合後の分散液からトルエンを真空留去することにより電解質を得た。
なお、実施例２〜１８および比較例１〜８に関しては、炭素材料および混合組成比が異なる以外は、実施例１と同じ方法で行った。【００９１】
＜色素増感太陽電池の作製＞
透明導電性ガラス（ＦＴＯガラス、表面抵抗１５Ω／□、日本板硝子社製）上に、酸化チタンペーストTi-Nanoxide D（Solaronix社製）を塗布し、室温下で乾燥させた後、４５０℃の温度で３０分間焼結することにより、透明導電性ガラス上に酸化チタン多孔質膜が形成された光電極を作製した。
作製した光電極を、ルテニウム錯体色素（シス−（ジチオシアナート）−Ｎ，Ｎ′−ビス（２，２′−ビピリジル−４，４′−ジカルボキシリックアシッド）ルテニウム（ＩＩ）錯体）（Ruthenium 535-bisTBA、Solaronix社製）のエタノール溶液（濃度３×１０-4ｍｏｌ／Ｌ）に４時間浸漬させた。
その後、アセトニトリルで洗浄し、暗所において窒素気流下で乾燥することにより光電極の酸化チタン電極に増感色素を担持させたものを光電極として用いた。
光増感色素を担持させた光電極上に調製した上記電解質を塗りつけ、これと、透明導電性ガラス基板（導電面にスズがドープされた酸化インジウム、シート抵抗：８Ω／□、日本板硝子社製）表面にスパッタリング法で厚さ約１００ｎｍの白金薄膜を形成させた白金対向電極とを張り合わせた後、クリップで固定することにより、色素増感太陽電池を得た。【００９２】
得られた色素増感太陽電池の光電変換効率を以下に示す方法により測定し、評価した。その結果を第１表に示す。【００９３】
＜光電変換効率＞
図２に示すように、光源としてソーラーシミュレーターを用い、ＡＭ１．５の擬似太陽光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光強度で光電極側から照射し、電流電圧測定装置（ケースレーインスツルメンツ社製デジタルソースメーター２４００）を用いて変換効率を求めた。【００９４】
【表１】
2010074237.tif 000007
【００９５】
【表２】
2010074237.tif 000008
【００９６】
第１表中の各成分は下記のとおりである。
・イオン性液体Ａ１：１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、東京化成社製
・炭素材料Ｂ１−１：Color Black ＦＷ１（ｐＨ：４．５、１次平均粒子径：１３ｎｍ、比抵抗：５×１０-１Ω・ｃｍ、デグサ社製）
・炭素材料Ｂ１−２：Special Black５（ｐＨ：３．０、１次平均粒子径：２０ｎｍ、比抵抗：１．５Ω・ｃｍ、デグサ社製）
・炭素材料Ｂ１−３：トーカブラック＃８３００Ｆ（ｐＨ：５．０、１次平均粒子径：１６ｎｍ、比抵抗：７×１０-１Ω・ｃｍ、東海カーボン社製）
・炭素材料Ｂ１−４：トーカブラック＃８５００Ｆ（ｐＨ：５．５、１次平均粒子径：１４ｎｍ、比抵抗：５×１０-１Ω・ｃｍ、東海カーボン社製）
・炭素材料Ｂ２−１：ホウ素変性アセチレンブラック（デンカブラックＢＭＡＢ、比表面積：５０ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：３５ｎｍ、比抵抗：１×１０-2Ω・ｃｍ、電気化学工業社製）
・カーボンブラック１：ＨＡＦ（Ｎ３２６、窒素吸着比表面積：８４ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、東海カーボン社製）
・カーボンブラック２：Printex Ｘ２５（窒素吸着比表面積：４５ｍ2/ｇ、ｐＨ：９．０、１次平均粒子径：５６ｎｍ、比抵抗：１．５×１０-１Ω・ｃｍ、デグサ社製）
・カーボンブラック３：アセチレンブラック（窒素吸着比表面積：６８ｍ2/ｇ、ｐＨ：９．５、１次平均粒子径：３５ｎｍ、比抵抗：３×１０-２Ω・ｃｍ、電気化学工業社製）
・炭素材料Ｃ１−１：活性炭（ＮＫ２６１、比表面積：２３００ｍ2／ｇ、１次平均粒子径：５μｍ、比抵抗：１．５×１０-1Ω・ｃｍ、クラレケミカル社製）
・炭素材料Ｃ２−１：ＳＡＦ（Ｎ１３４、窒素吸着比表面積：１５１ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．３、平均粒子径：１９ｎｍ、キャボットジャパン社製）
・炭素材料Ｃ２−２：ＩＳＡＦ（Ｎ２３４、窒素吸着比表面積：１１７ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、平均粒子径：２３ｎｍ、キャボットジャパン社製）
・炭素材料Ｃ２−３：ＨＡＦ（Ｎ３３９、窒素吸着比表面積：９３ｍ2／ｇ、ｐＨ：７．５、平均粒子径：２４ｎｍ、東海カーボン社製）【００９７】
上記第１表に示す結果から明らかなように、イオン性液体（Ａ）および所定のｐＨ値の炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）を特定割合で含有するように調製した実施例１〜８の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は４．６〜５．３％と十分に高くなることが分かった。これは、導電性材料であるアセチレンブラックを用いて調製した比較例７の電解質よりも１．５倍以上も優れていることを示す意外な結果である。特に、炭素材料（Ｂ１）およびホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）を併用した実施例８の電解質は、光電変換効率が５．３％と十分に高くなることが分かった。
また、所定の比表面積を有する炭素材料（Ｃ）を更に含有する実施例９〜１８の電解質は、ヨウ素を実質的に含まなくても、光電変換効率は５．０〜５．７％と十分に高くなることが分かった。これは、炭素材料（Ｃ）に代えて同様の組成比で通常のカーボンブラックを含有する比較例８の電解質より１．２倍以上も優れていることを示す意外な結果である。特に、炭素材料（Ｂ１）およびホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）の併用系に炭素材料（Ｃ）を配合した実施例１７および１８の電解質は、光電変換効率が５．７％と十分に高くなることが分かった。
【符号の説明】
【００９８】
１：透明基板
２：透明導電膜
３：酸化物半導体多孔質膜
４：光電極
５：対向電極
６：電解質層
１１：透明基板
１２：透明導電膜（ＩＴＯ、ＦＴＯ）
１３：金属酸化物
１４：電解質
１５：白金薄膜
１６：透明導電膜（ＩＴＯ、ＦＴＯ）
１７：基板
１８：対向電極
【図１】
2010074237.tif 000010
【図２】
2010074237.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン性液体（Ａ）および炭素材料（Ｂ）を含有し、
前記炭素材料（Ｂ）が、ＪＩＳ Ｚ８８０２規定のｐＨ測定方法により測定したｐＨが２〜６を示す炭素材料（Ｂ１）および／またはホウ素変性アセチレンブラック（Ｂ２）であり、
前記炭素材料（Ｂ）の含有量が、前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である光電変換素子用電解質。
【請求項２】
前記炭素材料（Ｂ１）の１次平均粒子径が、０．０１０〜０．０５０μｍである請求項１に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項３】
前記イオン性液体（Ａ）が、下記式（１）または（２）で表されるカチオンを有する請求項１または２に記載の光電変換素子用電解質。
【化１】
2010074237.tif 000012
（式（１）中、Ｒ1は、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい炭化水素基を表し、炭素数１〜２０のヘテロ原子を含んでいてもよい置換基を有していてもよい。Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜２０の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、窒素原子が二重結合を含む場合、Ｒ3は存在しない。式（２）中、Ｑは、窒素原子、酸素原子、リン原子または硫黄原子を表し、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6およびＲ7は、それぞれ独立に水素原子または炭素数１〜８の炭化水素基を表し、ヘテロ原子を含んでいてもよい。ただし、Ｑが酸素原子または硫黄原子の場合、Ｒ7は存在しない。）
【請求項４】
前記イオン性液体（Ａ）が、ヨウ素イオンをアニオンとして有する請求項３に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項５】
更に、前記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、比表面積が１０００〜３５００ｍ2／ｇの炭素材料（Ｃ１）を前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項６】
前記炭素材料（Ｃ１）の１次平均粒子径が、０．５〜１２０μｍである請求項５に記載の光電変換素子用電解質。
【請求項７】
更に、前記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する請求項１〜６のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項８】
前記炭素材料（Ｂ）および前記炭素材料（Ｃ）の合計の含有量が、前記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である請求項５〜７のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項９】
前記炭素材料（Ｂ）と前記炭素材料（Ｃ）との含有量の比率［炭素材料（Ｂ）／炭素材料（Ｃ）］が、９９．９／０．１〜６０／４０である請求項５〜８のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【請求項１０】
透明導電膜および金属酸化物半導体多孔質膜を有する光電極と、
前記光電極に対向して配置される対向電極と、
前記光電極と前記対向電極との間に配された電解質層とを有し、
前記電解質層が、請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子用電解質である光電変換素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光電極に光増感色素を担持させてなる色素増感太陽電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
（ｆ）上記炭素材料（Ｃ１）の１次平均粒子径が、０．５〜１２０μｍである上記（ｅ）に記載の光電変換素子用電解質。
（ｇ）更に、上記炭素材料（Ｂ）以外の他の炭素材料（Ｃ）として、窒素吸着比表面積が９０ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック（Ｃ２）を上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０質量部未満含有する上記（ａ）〜（ｆ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
（ｈ）上記炭素材料（Ｂ）および上記炭素材料（Ｃ）の合計の含有量が、上記イオン性液体（Ａ）１００質量部に対して１０〜５０質量部である上記（ｅ）〜（ｇ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
（ｉ）上記炭素材料（Ｂ）と上記炭素材料（Ｃ）との含有量の比率［炭素材料（Ｂ）／炭素材料（Ｃ）］が、９９．９／０．１〜６０／４０である上記（ｅ）〜（ｈ）のいずれかに記載の光電変換素子用電解質。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2010074237.tif 000013
2010074237.tif 000014