(57)【要約】【課題】曲げることが可能であり、光電変換効率が改善されたフレキシブル太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】円筒形のフレキシブル導波管と、前記フレキシブル導波管の外周面に配置されたフレキシブル対向電極と、前記フレキシブル対向電極の外周面に配置され、増感剤が吸着されているフレキシブル光吸収層と、前記フレキシブル光吸収層の外周面に配置された導電性フレキシブル透明電極と、前記フレキシブル光吸収層と前記フレキシブル対向電極との間に配置されたフレキシブル電解質層と、を具備することを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池およびその製造方法である。【選択図】図２
2006216562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形のフレキシブル導波管と、
前記フレキシブル導波管の外周面に配置されたフレキシブル対向電極と、
前記フレキシブル対向電極の外周面に配置され、増感剤を含むフレキシブル光吸収層と、
前記フレキシブル光吸収層の外周面に配置された導電性フレキシブル透明電極と、
前記フレキシブル光吸収層と前記フレキシブル対向電極との間に配置されたフレキシブル電解質層と、
を具備することを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池。
【請求項２】
円筒形のフレキシブル導波管と、
前記フレキシブル導波管に接するように配置された第１の導電性フレキシブル透明電極と、
前記第１の導電性フレキシブル透明電極の外周面に配置され、第１の増感剤を含む第１のフレキシブル光吸収層と、
前記第１のフレキシブル光吸収層の外周面に配置されたフレキシブル対向電極と、
前記フレキシブル対向電極の外周面に配置され、第２の増感剤を含む第２のフレキシブル光吸収層と、
前記第２のフレキシブル光吸収層の外周面に配置された第２の導電性フレキシブル透明電極と、
前記第１および第２のフレキシブル光吸収層と前記フレキシブル対向電極との間にそれぞれ配置されたフレキシブル電解質層と、
を具備することを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池。
【請求項３】
前記フレキシブル導波管が光ファイバ、空気、導電性ポリマー、導電性ポリマーに炭素ナノチューブを混合した複合材料、または導電性透明電極から形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の円筒形のフレキシブル太陽電池。
【請求項４】
前記フレキシブル導波管が光ファイバまたは空気から形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項５】
前記フレキシブル対向電極が、絶縁性高分子物質および導電性物質から形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項６】
前記絶縁性高分子物質がポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリエチレンナフタレートからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項５に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項７】
前記導電性物質がＩＴＯ、ＦＴＯ、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマーにカーボンナノチューブを混合した複合材料、または二酸化スズであることを特徴とする、請求項５または６に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項８】
前記導電性透明電極が、絶縁性高分子物質および導電性物質から形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項９】
前記絶縁性高分子物質がポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリエチレンナフタレートからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする、請求項８に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項１０】
前記導電性物質がＩＴＯ、ＦＴＯ、または二酸化スズであることを特徴とする、請求項８または９に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項１１】
前記フレキシブル電解質層がゲル相または固相であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のフレキシブル太陽電池。
【請求項１２】
円筒形のフレキシブル導波管にフレキシブル対向電極を形成する物質を塗布する工程と、
得られたフレキシブル対向電極上にフレキシブル電解質層を塗布する工程と、
前記フレキシブル電解質層に増感剤を含む光吸収層を塗布する工程と、
前記光吸収層を塗布した後熱処理し、前記光吸収層上に導電性透明電極を塗布する工程と、
を含むことを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
円筒形フレキシブル導波管に第１の導電性フレキシブル透明電極層を塗布する工程と、
得られた導電性フレキシブル透明電極層の外周面に第１の光吸収層を塗布した後で、前記第１の光吸収層を熱処理する工程と、
前記第１の光吸収層の外周面に第１の増感剤を吸着させる工程と、
前記第１の増感剤の上に電解質層を塗布した後、前記電解質層にフレキシブル対向電極を塗布する工程と、
得られたフレキシブル対向電極上にフレキシブル電解質層を塗布する工程と、
前記フレキシブル電解質層に第２の増感剤を含む第２の光吸収層を塗布する工程と、
前記第２の光吸収層を熱処理した後、前記第２の光吸収層の上に第２の導電性フレキシブル透明電極層を塗布する工程と、
を含むことを特徴とする、フレキシブル太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
導電性フレキシブル透明電極層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、増感剤を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、およびフレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液をそれぞれ製造する工程と、
導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズルの順序で、または第２の導電性フレキシブル透明電極層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２の増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズルの順序で、スラリーまたは溶液の排出ノズルを形成する工程と、
電界紡糸装置を通して前述のそれぞれのスラリーまたは溶液を排出させてワイヤを形成する工程と、
前記ワイヤを熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする、円筒形フレキシブル太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性フレキシブル透明電極層が絶縁性高分子物質および導電性物質を含むことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記フレキシブル対向電極が絶縁性高分子物質および導電性物質を含むことを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記フレキシブル導波管が光ファイバ、空気、導電性ポリマー、導電性ポリマーにカーボンナノチューブを混合した複合材料、または導電性透明電極から形成されることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形のフレキシブル太陽電池およびその製造方法に係り、具体的には、電池が自由に曲がるように柔軟な物質のみで作られ、形状が円筒形であって、照射角に関係なく太陽光の吸収が可能であり、表面積が広く、高効率である、円筒形のフレキシブル太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー問題を解決するために、既存の化石燃料に対する代替物を見つけるための多様な研究が進められている。特に、数十年以内に枯渇すると思われる石油資源を置き換えるために、風力、原子力、太陽力などの自然エネルギーを活用するための広範囲な研究が進められてきている。それらのうち、太陽エネルギーを利用した太陽電池は、他のエネルギー源とは異なり、資源が無限であって環境にやさしいことから期待されている。１９８３年に最初に太陽電池が開発されて以来、最近ではシリコン太陽電池が脚光を浴びている。
【０００３】
しかし、シリコン太陽電池は、製造コストが非常に高価であるために、実用化が困難であり、電池効率を改善することにも、多くの困難さが伴う。これらの問題を克服するために、製造コストが顕著に低い色素増感型太陽電池の開発が積極的になされている。
【０００４】
色素増感型太陽電池は、シリコン太陽電池とは異なり、可視光線を吸収して電子−正孔対を発生させることができる感光性色素分子を含む光起電性の太陽電池である。色素増感型太陽電池はまた、発生した電子を伝達する遷移金属酸化物を含む。これまで公知の色素増感型太陽電池の代表的な例としては、１９９１年にスイスのＧｒａｅｔｚｅｌらにより発表された太陽電池である。Ｇｒａｅｔｚｅｌらによる太陽電池は、色素分子がコーティングされた二酸化チタン（ＴｉＯ２）のナノ粒子から形成された半導体電極、対向電極（白金電極）、およびその電極間の空間に充填された電解質からなる。この電池は、既存のシリコン太陽電池に比べ、単位電力当たりの製造コストが低いため、既存の太陽電池を代替できる可能性があるという点で、大いに注目されている。
【０００５】
図１は、従来の色素増感型太陽電池の構造図である。図１に示すように、色素増感型太陽電池は、半導体電極１０、電解質層１３、および対向電極１４を備える。前記半導体電極１０は、導電性透明電極１１および光吸収層１２からなり、半導体電極１０は、導電性透明基板上に酸化物ナノ粒子のコロイド溶液を塗布し、コートされた基板を高温の電気炉で加熱した後、色素を吸着させることにより形成される。ここで、コロイドがコートされた基板を高温に加熱する目的は、酸化物ナノ粒子間の電気的接触を増大させ、かつコロイド溶液を製造する工程を促進するために添加された高分子などの有機物質を除去し、その除去により光吸収層を安定化させるためである。一般的に、加熱温度は４５０ないし５００℃の範囲で、比較的高温であるが、ガラス基板は、このような高温でも変形なしに用いられうる。それゆえ、ガラス基板は、導電性透明基板として広く用いられている。しかし、ガラス基板で製造された太陽電池を曲げることは、不可能であるため、ガラス基板は、フレキシブルな太陽電池が必要とされる用途ではほとんど使われない。
【０００６】
曲げることが可能な色素増感型太陽電池は、２０００年以降、その関心がますます高まっている。これまでに報告された研究結果によると、フレキシブル太陽電池は、エタノールなどの低温で揮発する溶媒に分散された酸化物ナノ粒子を有するコロイド溶液を塗布した後、塗布されたコロイド溶液を１００℃前後の温度で熱処理して、酸化物ナノ粒子層が形成されたものと、有機分散剤を含むコロイド溶液を塗布した後に、紫外線照射とおよび１００℃前後の温度での加熱とによって分散剤を除去することによって、酸化物ナノ粒子層が形成されたものとに分類される。
【０００７】
しかし、これらの太陽電池は、既存のガラス基板を使用する色素増感型太陽電池に比べ、光電変換効率が低いという問題点がある。
【０００８】
一方、特許文献１には、太陽光を受ける表面積を増大させるために、円筒形または半円筒形に形成された太陽電池が記載されている。しかし、この太陽電池は単に形状を変形させ、電池の設置面積当たりの有効発電面積を増大させたものに過ぎず、そのため実質的な光電変換効率の改良が達成できない。さらに、導電性透明基板としてガラス基板を使用することにより、電池を曲げることが不可能であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−７７５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、曲げることが可能であり、光電変換効率が改善されたフレキシブル太陽電池およびその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】
【００１０】
前記課題を解決するために本発明は、円筒形のフレキシブル導波管と、前記フレキシブル導波管の外周面に配置されたフレキシブル対向電極と、前記フレキシブル対向電極の外周面に配置され、増感剤を含むフレキシブル光吸収層と、前記フレキシブル光吸収層の外周面に配置された導電性フレキシブル透明電極と、前記フレキシブル光吸収層と前記フレキシブル対向電極との間に配置されたフレキシブル電解質層と、を具備することを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池を提供する。
【００１１】
本発明の第２は、円筒形のフレキシブル導波管と、前記フレキシブル導波管に接するように配置された第１の導電性フレキシブル透明電極と、前記第１の導電性フレキシブル透明電極の外周面に配置され、第１の増感剤を含む第１のフレキシブル光吸収層と、前記第１のフレキシブル光吸収層の外周面に配置されたフレキシブル対向電極と、前記フレキシブル対向電極の外周面に配置され、第２の増感剤を含む第２のフレキシブル光吸収層と、前記第２のフレキシブル光吸収層の外周面に配置された第２の導電性フレキシブル透明電極と、前記第１および第２のフレキシブル光吸収層と前記フレキシブル対向電極との間にそれぞれ配置されたフレキシブル電解質層と、を具備することを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池である。
【００１２】
本発明の第３は、円筒形のフレキシブル導波管にフレキシブル対向電極を形成する物質を塗布する工程と、得られたフレキシブル対向電極上にフレキシブル電解質層を塗布する工程と、前記フレキシブル電解質層に増感剤を含む光吸収層を塗布する工程と、前記光吸収層を塗布した後熱処理し、前記光吸収層上に導電性透明電極を塗布する工程と、を含むことを特徴とする、円筒形のフレキシブル太陽電池の製造方法である。
【００１３】
本発明の第４は、円筒形フレキシブル導波管に第１の導電性フレキシブル透明電極層を塗布する工程と、得られた導電性フレキシブル透明電極層の外周面に第１の光吸収層を塗布した後で、前記第１の光吸収層を熱処理する工程と、前記第１の光吸収層の外周面に第１の増感剤を吸着させる工程と、前記第１の増感剤の上に電解質層を塗布した後、前記電解質層にフレキシブル対向電極を塗布する工程と、得られたフレキシブル対向電極上にフレキシブル電解質層を塗布する工程と、前記フレキシブル電解質層に第２の増感剤を含む第２の光吸収層を塗布する工程と、前記第２の光吸収層を熱処理した後、前記第２の光吸収層の上に第２の導電性フレキシブル透明電極層を塗布する工程と、を含むことを特徴とする、フレキシブル太陽電池の製造方法である。
【００１４】
本発明の第５は、導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、増感剤を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、およびフレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液をそれぞれ製造する工程と、導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズルの順序で、または第２の導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２の増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル対向電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル電解質層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の増感剤を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル光吸収層を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル導波管を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズルの順序で、スラリーまたは溶液の排出ノズルを形成する工程と、電界紡糸装置を通して前述のそれぞれのスラリーまたは溶液を排出させてワイヤを形成する工程と、前記ワイヤを熱処理する工程と、を含むことを特徴とする、円筒形フレキシブル太陽電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、曲げることが可能であり、光電変換効率が改善されたフレキシブル太陽電池およびその製造方法が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１７】
図２に示すように、本発明による太陽電池は、円筒形のフレキシブル導波管６、フレキシブル導波管６の周囲を取り囲むフレキシブル対向電極５、フレキシブル対向電極５の周囲を取り囲むフレキシブル電解質層４、およびフレキシブル電解質層４の周囲を取り囲む半導体電極を含む。半導体電極は、導電性フレキシブル透明電極層１、フレキシブル光吸収層２、および増感剤３を含む。
【００１８】
本発明の一実施形態による太陽電池は、円筒形であり、図３に示すように、外界の光源がどこにあろうとも、外界からの光を吸収して、長時間安定的に電気を発生させることが可能である。また、この円筒型太陽電池は、平面形太陽電池と比較して小さい設置面積しか必要としないという利点を有する。さらに、これは中心部に位置したフレキシブル導波管６に、半導体電極などを通過することなく光が入射し、電池の内部で光が散乱および吸収されることを意味しているので、光電変換効率が高まる。特に各要素層を構成する素材が柔軟で曲げることが可能なので、得られる太陽電池は、従来の硬い太陽電池に比べて幅広い応用ができる。
【００１９】
本発明の一実施形態による太陽電池において、その中央に位置するフレキシブル導波管６は、電池の側面から入射した光を屈折および反射させ、入射光をフレキシブル対向電極５に透過させる。すなわち、従来の平面型電池および円筒形電池が、その外部の表面上でのみ光を吸収していたことと異なり、本発明による円筒形の太陽電池では、中央部に位置したフレキシブル導波管６に沿って光の移動および吸収を生じさせ、受け取った光をより効率的に使用することが可能になる。換言すれば、太陽電池の中心部のフレキシブル導波管６の配置は、すべての方向から入射する光の１００％の使用を可能にする。
【００２０】
このような特徴を有するフレキシブル導波管６は、特に制限はなく、電池分野で使われる従来のいかなる導波管も使用可能である。一般的に、導波管を使用する主な目的は、光が外側に漏れないように、光を透過させることであるが、本発明に用いられるフレキシブル導波管６は、光の透過および吸収という２つの目的を同時に満足させうる。このために、フレキシブル対向電極５およびフレキシブル導波管６の屈折率が考慮される；例えば、フレキシブル導波管６に入った光に関して、フレキシブル導波管６の屈折率に対するフレキシブル対向電極５の屈折率の比は１以下になりうる。このことは、より多くの反射を生じさせ、多量の光が電池内部に透過されうることを意味する。屈折率の比が１に近い場合には、より多くの量の光がフレキシブル対向電極５に透過される。他方では、フレキシブル導波管６の屈折率に対するフレキシブル対向電極５の屈折率の比が０に近い場合には、全反射が起きる入射角の範囲が広くなり、フレキシブル対向電極５に透過される光の量は減少するが、フレキシブル導波管６の内側により多くの光が透過されうる。このような特性を満足する曲げることが可能な（柔軟な）導波管６としては、光ファイバ、導電性ポリマー、導電性ポリマーにカーボンナノチューブを混合した複合材料、導電性透明電極などから形成されることが望ましい。また、空気は所望の効果が得られ、対向電極５を形成する透明電極が入射光を適切に吸収および反射させるため、空気自体をフレキシブル導波管６の素材として使用することも可能である。これらのうち、フレキシブル導波管は、空気または光ファイバから形成されることが好ましい。フレキシブル導波管６の直径は、電池の用途によって適切に選択されうるが、光の透過および反射を考慮すれば、１ｍｍないし１０ｍｍとすることが望ましい。
【００２１】
フレキシブル導波管６の周囲に配置されるフレキシブル対向電極５は、図２に示すようにフレキシブル導波管６と接するように配置される。フレキシブル対向電極５は、制限なしに、いなかる柔軟な導電性物質から形成されうる。柔軟な導電性物質の例としては、白金、アルミニウム、金、銀、パラジウム、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、導電性ポリマー、またはこれら物質の組み合わせを含む複合物質が挙げられる。しかし、半導体電極に対面している側に導電層が設置されていれば、絶縁性物質をさらに使用することが好ましい。用いられうる絶縁性物質は、一般的な高分子物質、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリイミド、またはポリエチレンナフタレートなどの透明な高分子物質が挙げられる。これらのうち、ＰＥＴは、他の物質よりも優れた耐熱性および弾性を有し、優れた耐水性を示す。ポリカーボネートは、優れた寸法安定性および光透過性を有し、特に優れた耐衝撃性を示す。さらに、ポリエチレンナフタレートは優れた耐水性を示し、防湿性がある。それゆえ、これらのポリマー物質は電池の用途によって、適切に選択され使用されうる。また、上記の絶縁性高分子物質は単独で使用されても、または２種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
【００２２】
絶縁性物質は、導電性物質が塗布されてもよい。導電性物質は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素がドープされたＩＴＯ（ＦＴＯ）、カーボンナノチューブ、導電性ポリマー、導電性ポリマーにカーボンナノチューブを混合した複合材料、または二酸化スズなどの透明な物質が望ましい。これは、内部のフレキシブル導波管６から透過した光がフレキシブル対向電極５を通過し、増感剤３に到達しなければならないためである。白金、金、および炭素は、光を反射したり吸収したりするため、内部のフレキシブル導波管６から透過した光が増感剤３に到達することを妨害しうる。しかし、かかる導電性物質が前述の絶縁性物質の表面全体に塗布されるのではなく、一定のパターンで形成され、光が透過できる領域を確保するならば、白金、金、およびカーボンなどの物質はまた、導電性物質として機能するために、絶縁性物質上に塗布されうる。
【００２３】
フレキシブル対向電極５をフレキシブル導波管６上に形成した後、フレキシブル対向電極５と接するようにフレキシブル電解質層４が形成される。フレキシブル電解質層４は、電解質を含む。フレキシブル電解質層はまた、半導体電極の一部であるか、または電解質に浸潤しているフレキシブル光吸収層２を含む。電解質とは、液相、ゲル相、固相などの柔軟な素材が望ましく、円筒形に製造できるゲル相または固相がより望ましい。また、電解質は正孔運搬機能を有するものならば、いかなるものでも制限なく使用可能であるが、具体的には、例えばヨウ化１−メチル−３−オクチル−イミダゾリウム、ならびにＬｉＩおよびＩ２の少なくとも一方を、３−メトキシプロピオニトリル、またはＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液などのヨウ素系レドックス電解質が使用されうる。
【００２４】
フレキシブル電解質層４の周囲には、半導体電極が形成され、前記半導体電極は、導電性フレキシブル透明電極層１、フレキシブル光吸収層２、および増感剤３を含む。
【００２５】
前記導電性フレキシブル透明電極層１としては、前述のフレキシブル対向電極５のように、曲げることが可能な（柔軟な）導電性の透明な素材から形成され、絶縁性高分子物質および導電性から形成されることが好ましく、例えば、高分子などの絶縁性物質上に導電性物質が塗布されたものが使用されうる。この場合、絶縁性物質として使用される高分子としては、前述のようなポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ポリイミド、またはポリエチレンナフタレートなどの透明な高分子物質が望ましく、高分子は導電性物質が塗布されうる。上記絶縁性高分子物質は、単独で使用されても、または２種以上混合されてもよい。この目的に好適な導電性物質としては、導電性、透明性、特に優れた耐熱性を有するという点から、ＩＴＯ、ＦＴＯ、酸化スズなどが望ましい。この点に関して、ＦＴＯは優れた導電性および透明性を有する。
【００２６】
前述のフレキシブル光吸収層２は、シリコン、化合物半導体、またはペロブスカイト構造を有する化合物などの半導体成分からなる半導体微粒子を含む。これら半導体微粒子は、光励起下で導電帯中の電子が、アノード電流を提供するキャリアの役割を果たすｎ型半導体であることが望ましい。具体的には、半導体微粒子は酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化ストロンチウム、酸化チタンストロンチウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズなどの金属酸化物から形成されることが望ましい。さらに具体的には、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＳｒＯ３などが望ましい。特に望ましくは、アナターゼ型またはルチル型のＴｉＯ２である。使われうる金属酸化物は、前述の例に限定されるものではなく、これらは単独でまたは２種以上混合して使用されうる。半導体微粒子は、表面に吸着された増感剤分子が、さらに多くの光を吸収できるように大きな表面積を有しうる。そのため、半導体微粒子の粒径は５ないし３０ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００２７】
前記金属酸化物を用いて、フレキシブル光吸収層２を形成するためには、金属酸化物前駆体および溶媒からコロイド溶液を調製した後、コロイド溶液をフレキシブル電解質層４に塗布し、金属酸化物の粒子の接触および充填を引き起こすように焼成される。この場合、増感剤分子が十分に吸着されて、十分な電子伝達効果を得るために、フレキシブル光吸収層２の厚さは、５ないし３０μｍほどの範囲が望ましい。しかし、フレキシブル光吸収層２が円筒形に形成される場合、前記コロイド溶液の粘度が十分でないため、得られるフレキシブル光吸収層２十分な厚さで形成されない。この点について、前記コロイド溶液の粘度を上げるために、バインダなどを添加することが可能であり、基板に前記コロイド溶液を塗布した後、塗布された基板は高温で焼成するよりも、むしろ低温で乾燥されることが望ましい。また、一回の塗布で十分な厚さのフレキシブル光吸収層２が形成されない場合には、所望の厚さのフレキシブル光吸収層２を形成させるために、前記コロイド溶液を数回塗布し乾燥する工程を繰り返すことが可能である。
【００２８】
前述のフレキシブル光吸収層２は、その表面上に増感剤３が吸着されているが、増感剤３の分子は、光を吸収して、基底状態（Ｓ／Ｓ＋）から励起状態（Ｓ＊／Ｓ＋）への電子移動を受け、電子−正孔対を形成する。励起状態の電子は、金属酸化物の導電帯に注入され、電極に移動して起電力を発生させる。
【００２９】
増感剤３は、太陽電池の分野で一般的に用いられるいかなる物質であってもよく、なかでも、ルテニウム錯体が望ましい。しかし、電荷分離機能を有し増感作用を示すものであるならば、特に限定されるものではなく、このような物質の例としてはルテニウム錯体に加えて、例えばローダミンＢ、ローズベンガル、エオシン、エリスロシンなどのキサンチン色素、キノシアニン、クリプトシアニンなどのシアニン色素、フェノサフラニン、カブリブルー、チオシン、メチレンブルーなどの塩基性色素、クロロフィル、亜鉛ポルフィリン、マグネシウムポルフィリンなどのポルフィリン化合物、その他アゾ色素、フタロシアニン化合物、Ｒｕトリスビピリジルなどの錯化合物、アントラキノン系色素、キノリン系色素などを挙げることができ、これらは単独でまたは２種以上混合して使用できる。前記ルテニウム錯体の例としては、ＲｕＬ２（ＳＣＮ）２、ＲｕＬ２（Ｈ２Ｏ）２、ＲｕＬ３、ＲｕＬＬ’（ＳＣＮ）２、ＲｕＬ２などを含む（式中、Ｌは、２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレートを表す）。
【００３０】
なお前記増感剤３は、フレキシブル光吸収層２の中に含まれて存在してもよい。また、図７に示すように、フレキシブル光吸収層２の内側または外側に増感剤層が存在する形態であってもよい。
【００３１】
本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池は、電池の外部を保護するために、保護層をさらに含むことができる。前記保護層は、紫外線、可視光線、および赤外線を吸収してはならない。
【００３２】
本発明の一実施形態による円筒形フレキシブル太陽電池の製造方法としては、特に限定されるものではなく、液コーティング法、または電界紡糸法が用いられうる。
【００３３】
前記液コーティング法は、円筒形のフレキシブル導波管６にフレキシブル対向電極５を構成する物質を塗布した後、その上にフレキシブル電解質層４を塗布する。次に、増感剤３が吸着されたフレキシブル光吸収層２を、電解質層４の上に形成した後、この電池アセンブリは光吸収層２を安定化させるために熱処理される。必要ならば、フレキシブル光吸収層２が数回塗布された後で熱処理することができる。次に、フレキシブル光吸収層２の上に導電性フレキシブル透明電極層１を塗布した後、必要ならば、保護層をさらに形成し、本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池が完成する。
【００３４】
前記電界紡糸法は、導電性フレキシブル透明電極層１を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を排出するノズル、フレキシブル光吸収層２を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を排出するノズル、増感剤３を含むスラリーまたは溶液を排出するノズル、フレキシブル電解質層４を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を排出するノズル、フレキシブル対向電極５を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を排出するノズル、フレキシブル導波管６を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を排出するノズルの順序で、スラリーまたは溶液の排出ノズルを形成し、それぞれのスラリーまたは溶液を排出させてワイヤを形成した後、前記ワイヤを熱処理し、本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池が完成する。各要素層については、前述の通りである。
【００３５】
前記液コーティング法または電界紡糸法を用いて、本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池を製造することが可能であるが、液コーティング法は、ワイヤ状に円筒形のフレキシブル太陽電池を製造する場合、およびフレキシブル導波管６が光ファイバ、導電性ポリマー、導電性ポリマーにカーボンナノチューブを混合した複合材料、または導電性透明電極から構成される場合に有用であり、前記電界紡糸法は、フレキシブル導波管６が空気などの気相から構成されている場合に特に有用である。すなわち、図４に示したように、電界紡糸法で前記スラリーまたは溶液の排出ノズルを配置する工程で、鉱油からなる中心部が形成されるようにスラリーまたは溶液を排出した後、鉱油が熱処理により揮発すると、図５に示したように、中心部が空洞となっているチューブ状の円筒形のフレキシブル太陽電池、すなわち、フレキシブル導波管として用いられる空気が充填されている中心部を有する円筒形のフレキシブル太陽電池が製造される。フレキシブル導波管として空気が充填された中心部を有する円筒形のフレキシブル太陽電池の光吸収の過程は、図６に示した通りである。
【００３６】
このような目的に用いられる鉱油は、一般的に用いられる工業用鉱油から選択されうるが、これに制限されない。鉱油は、スラリーの調製工程で、中心軸の役割を十分に果たすことができるように、十分な粘度を有することが望ましく、高温の熱処理でいかなる残留物も残らずに揮発されうるものが望ましい。
【００３７】
本発明の他の実施形態によれば、円筒形のフレキシブル太陽電池は、二重層構造を有する。二重層構造を有する太陽電池は、内部のフレキシブル導波管から透過した太陽光をより効率的に変換するために、第２の半導体電極を具備しており、図７に示したように、中心から外側に向かって、導波管６、第１の導電性フレキシブル電極層１ａ、第１のフレキシブル光吸収層２ａ、第１の増感剤３ａ、第１のフレキシブル電解質層４ａ、フレキシブル対向電極５、第２の電解質層４ｂ、第２の増感剤３ｂ、第２のフレキシブル光吸収層２ｂ、および第２の導電性フレキシブル電極層１ｂを有する。二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池の光吸収の過程は図８に示している。この場合、光吸収の工程が、電池の外側表面および電池の内部表面上で同時になされ、光電変換効率の向上が期待されうる。
【００３８】
さらに具体的には、本発明の一実施形態による二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池は、図７に表したように、円筒形のフレキシブル導波管６、前記フレキシブル導波管６に接するように配置された第１のフレキシブル導電性透明電極１ａ、前記フレキシブル導電性透明電極１ａの外周面に配置されて第１の増感剤３ａを含む第１のフレキシブル光吸収層２ａ、前記第１のフレキシブル光吸収層２ａの外周面に配置されたフレキシブル対向電極５、前記フレキシブル対向電極５の外周面に配置されて第２の増感剤３ｂが吸着されている第２のフレキシブル光吸収層２ｂ、前記第２のフレキシブル光吸収層２ｂの外周面に配置された第２の導電性フレキシブル透明電極１、および前記フレキシブル光吸収層２ａ、２ｂと前記対向電極５との間にそれぞれ配置された第１のフレキシブル電解質層４ａ、第２のフレキシブル電解質層４ｂを具備する。
【００３９】
前記二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池を構成する各層については、前述した通りであり、その製造方法は次の通りである。
【００４０】
前記二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池の製造方法は、円筒形のフレキシブル導波管６に第１の導電性フレキシブル透明電極層１ａを塗布する工程と、得られた第１の導電性フレキシブル透明電極層１ａの外周面に第１のフレキシブル光吸収層２を塗布し、熱処理する工程と、前記第１のフレキシブル光吸収層２ａの外周面に第１の増感剤３ａを吸着させる工程と、前記第１の増感剤３ａの外周面に第１のフレキシブル電解質層４ａを塗布した後、フレキシブル対向電極５を塗布する工程と、得られた対向電極５上に第２のフレキシブル電解質層４ｂを塗布する工程と、前記第２のフレキシブル電解質層の上に第２の増感剤３ｂが吸着されている第２のフレキシブル光吸収層２ｂを塗布する工程と、前記第２のフレキシブル光吸収層２ｂを熱処理した後、第２の導電性フレキシブル透明電極層１を塗布する工程と、を含む。
【００４１】
上述の製造方法に加えて、電界紡糸装置が、円筒形のフレキシブル太陽電池の製造に用いられうる。その製造方法は、導電性フレキシブル透明電極層１ａおよび１ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル光吸収層（金属酸化物層）２ａおよび２ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液、増感剤３ａおよび３ｂを含むスラリーまたは溶液、フレキシブル電解質層４ａおよび４ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液、フレキシブル対向電極５を構成する物質を含むスラリーまたは溶液、およびフレキシブル導波管６を構成する物質を含むスラリーまたは溶液をそれぞれ調製する工程と、第２の導電性フレキシブル透明電極層１ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル光吸収層２ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２の増感剤３ｂを含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第２のフレキシブル電解質層４ｂを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル対向電極５を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル電解質層４ａを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の増感剤３ａを含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１のフレキシブル光吸収層２ａを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、第１の導電性フレキシブル透明電極１ａを構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、フレキシブル導波管６を構成する物質を含むスラリーまたは溶液の排出ノズル、の順序でスラリー排出ノズルを形成する工程と、電界紡糸装置を通して、前述のスラリーまたは溶液を排出させてワイヤを形成した後、前記ワイヤを熱処理する工程と、を含む。
【００４２】
前記製造方法の具体的な工程については、二重層構造を有しない本発明のフレキシブル太陽電池の製造方法で述べた方法と同様の方法である。
【００４３】
本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池の作動は次の通りである。
【００４４】
本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池の外側表面を通して、または内部のフレキシブル導波管６を通して太陽光が吸収されると、太陽光は、増感剤３が化学的に吸着されたフレキシブル光吸収層２に達し、前記増感剤３中の電子は基底状態から励起状態に励起し、電子−正孔対を形成する。励起状態の電子は、フレキシブル光吸収層２の導電帯に注入された後、粒子間の界面を介してＩＴＯ、ＦＴＯ、または二酸化スズなどから形成されているフレキシブル光吸収層２に隣接している導電性フレキシブル透明導電性電極層１に運ばれる。運ばれた電子は、前記導電性フレキシブル透明導電性電極層に連結された導線を通してフレキシブル対向電極５に移動する。電子移動の結果として、酸化された増感剤分子は、フレキシブル電解質層４内のヨウ素イオンの酸化により提供される電子を受け取って再び還元され、酸化されたヨウ素イオンは、フレキシブル対向電極５に達した電子により順々に還元されて色素増感太陽電池の作動が完了する。
【００４５】
太陽電池の作動において、エネルギー変換効率は、光の吸収により発生した電子の量にそのまま比例する。それゆえ、多量の電子を発生させるためには、多量の光吸収が必要となる。太陽電池が円筒形で形成された場合、太陽光の入射角に関係なく安定した光吸収が可能である。特に、電池の外側だけではなく、電池の内側から光を吸収できるように、導波管を中心部に配置させると、太陽光の吸収量が増加し、多量の電子が発生し、太陽電池のエネルギー変換効率を向上させることができる。換言すれば、安定的な多量の光の吸収が可能となる。
【００４６】
加えて、太陽電池を構成するすべての要素が、曲げることが可能な（柔軟な）素材を使用しているため、本発明による太陽電池は商用的な利用を含めた多くの応用を有する。本発明による太陽電池の多様な応用例が図９、図１０、および図１１に示されている。図９は、単にアレイ状に配列された本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池を示し、図１０は、織物状に配列された本発明の一実施形態による円筒形のフレキシブル太陽電池を示す。図１１は、分枝状に配列された太陽電池を示す。本発明による太陽電池は、太陽光の入射角による制限を受けず、その形態にも制約がない。したがって、本発明による太陽電池は、その応用分野が幅広くなる。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１）
長さ５ｃｍ、直径１ｍｍの光ファイバの表面上に、ＰＥＴ溶液、およびＩＴＯをイソプロパノールに分散させたスラリーを順次に塗布して円筒形のフレキシブル対向電極を形成した。ここに、ゲル状の電解質として、０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと、４０ｍＭ  Ｉ２とを、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を作製して、前記フレキシブル対向電極の表面上に円筒状に塗布した。
【００４９】
別途、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を、２２０℃に保ったオートクレーブに加え、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を調製した。得られた溶液の溶媒を、二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００５０】
フレキシブル電解質層が形成された後に得られたものの表面上に、前記二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、１５０℃で熱処理した。次に増感剤である、０．２ｍＭのシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液に、１５０℃の熱処理後に得られたものを２４時間浸漬させた後、乾燥させて増感剤である色素を吸着させた。その後、もう一度前記二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、約１５０℃の温度で１時間さらに熱処理し、約１０μｍの厚さのフレキシブル光吸収層を形成した。
【００５１】
次に、二酸化チタン層上にＩＴＯを含むスラリーを塗布した後、ＰＥＴ溶液を塗布した。最後に、１ｍｍの厚さに保護層を形成し、目的とするワイヤ状の円筒形のフレキシブル太陽電池を製造した。
【００５２】
（実施例２）
まず、フレキシブル対向電極を構成する物質、フレキシブル電解質層を構成する物質、フレキシブル光吸収層を構成する物質、増感剤、および導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を、それぞれ調製した。
【００５３】
前記フレキシブル対向電極および導電性フレキシブル透明電極としては、それぞれ、ＰＥＴおよびＩＴＯを使用した。フレキシブル電解質層としては、０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと４０ｍＭ  Ｉ２とを、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を使用した。前記増感剤としては、０．２ｍＭの濃度であるシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液を使用した。
【００５４】
フレキシブル光吸収層としては、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に維持されるオートクレーブに加え、水熱合成法により二酸化チタンコロイド溶液を製造した。得られた溶液内で二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで溶媒を蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００５５】
図４に示したような電界紡糸装置を使用して、導電性フレキシブル透明電極形成用のスラリーを排出するノズル、フレキシブル光吸収層形成用の溶液を排出するノズル、増感剤の溶液を排出するノズル、フレキシブル電解質層形成用の溶液を排出するノズル、フレキシブル対向電極形成用のスラリーを排出するノズル、鉱油を排出するノズルの順序で、排出ノズルを形成した。ノズルから排出されるスラリーまたは溶液の量を調節して、形成されるワイヤの太さを調節した。得られたワイヤを１００℃で１時間熱処理し、中央部の鉱油を揮発させ、チューブ状の円筒形のフレキシブル太陽電池を製造した。
【００５６】
（実施例３）
長さ５ｃｍ、直径１ｍｍの光ファイバの表面上に、ＰＥＴ溶液、およびＩＴＯをイソプロパノールに分散させたスラリーを順次に塗布して円筒形の導電性フレキシブル透明電極を形成した。ここに、ゲル状の電解質として、０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと４０ｍＭ  Ｉ２とをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を作製して、前記導電性フレキシブル透明電極の表面上に円筒状に塗布した。
【００５７】
別途、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に保ったオートクレーブに加え、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を調製した。得られた溶液の溶媒を、二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００５８】
フレキシブル電解質層が形成された後に得られたものの表面上に、前記二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、１５０℃で熱処理した。次に、増感剤である０．２ｍＭのシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液に、１５０℃の熱処理後に得られたものを２４時間浸漬させた後、乾燥させて増感剤として色素を吸着させた。
【００５９】
次に、色素を吸着させた後に得られたものの表面上にＰＥＴ溶液、およびＩＴＯを含むスラリーを順次塗布して、フレキシブル対向電極を形成した。ここに、ゲル状の電解液として、０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと４０ｍＭ  Ｉ２とをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を使用して前記フレキシブル対向電極の表面上に円筒形に塗布した。
【００６０】
別途、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に保ったオートクレーブに加え、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を製造した。得られた溶液の溶媒を、前記二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで溶媒を蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００６１】
フレキシブル電解質層が形成された後に得られたものの表面上に前記二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、１５０℃で熱処理した。次に増感剤である、０．２ｍＭのシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液に２４時間浸漬させた後、乾燥させて増感剤を吸着させ、約１０μｍの厚さのフレキシブル光吸収層を形成した。次に、前記フレキシブル光吸収層上に、ＩＴＯを含むスラリーを塗布した後、ＰＥＴ溶液を塗布してフレキシブル対向電極を形成した後、ゲル状の電解質として０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと４０ｍＭ  Ｉ２とをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を使用して前記で塗布したＰＥＴの表面上に円筒形に塗布した。
【００６２】
別途、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に保ったオートクレーブに加え、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を調製した。得られた溶液の溶媒を、二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００６３】
フレキシブル電解質層が形成された後に得られたものの表面上に、二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、１５０℃で熱処理した。次に、増感剤である０．２ｍＭのシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液に、１５０℃の熱処理後に得られたものを２４時間浸漬させた後、乾燥させて増感剤を吸着させた。その後、もう一度前記二酸化チタンコロイド溶液を塗布した後、約１５０℃の温度で１時間さらに熱処理し、約１０μｍの厚さのフレキシブル光吸収層を形成した。
【００６４】
次に、増感剤を吸着させた二酸化チタン層上にＩＴＯを含むスラリーを塗布した後、ＰＥＴ溶液を塗布した。最後に、１ｍｍの厚さに保護層を形成し、目的とするワイヤ状の円筒形のフレキシブル太陽電池を製造した。
【００６５】
（実施例４）
まず、フレキシブル対向電極を構成する物質、フレキシブル電解質層を構成する物質、フレキシブル光吸収層を構成する物質、増感剤、および導電性フレキシブル透明電極を構成する物質を含むスラリーまたは溶液を、それぞれ調製した。
【００６６】
前記フレキシブル対向電極および導電性フレキシブル透明電極としては、それぞれＰＥＴおよびＩＴＯを使用した。フレキシブル電解質層としては、０．８Ｍ  ヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと４０ｍＭ  Ｉ２とをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を使用した。前記増感剤としては、０．２ｍＭ濃度を有するシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液を使用した。
【００６７】
フレキシブル光吸収層としては、チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に保ったオートクレーブに加え、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を製造した。得られた溶液の溶媒を、二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を調製した。
【００６８】
図４に示したような電界紡糸装置を使用して、導電性フレキシブル透明電極形成用のスラリーを排出するノズル、フレキシブル光吸収層形成用の溶液を排出するノズル増感剤の溶液を排出するノズル、フレキシブル電解質層形成用の溶液を排出するノズル、フレキシブル対向電極形成用のスラリーを排出するノズル、フレキシブル電解質層形成用の溶液を排出するノズル、増感剤の溶液を排出するノズル、フレキシブル光吸収層形成用の溶液を排出するノズル、鉱油を排出するノズルの順序で、排出ノズルを形成した。ノズルから排出されるスラリーまたは溶液の量を調節して、形成されるワイヤの太さを調節した。得られたワイヤを１００℃で１時間熱処理して、中央部の鉱油を揮発させ、チューブ状の円筒形のフレキシブル太陽電池を製造した。
【００６９】
（比較例）
チタンイソプロポキシドおよび酢酸を２２０℃に保ったオートクレーブに添加して、熱水合成法により二酸化チタンコロイド溶液を作製した。得られた溶液の溶媒を、二酸化チタンの含有量が１２質量％になるまで蒸発させ、ナノレベルの粒子サイズ（粒径が約５ないし３０ｎｍの範囲である）を有する二酸化チタンコロイド溶液を製造した。
【００７０】
次に、前記二酸化チタンコロイド溶液に、ヒドロキシプロピルセルロース（分子量８０，０００）を添加した後、２４時間撹拌して二酸化チタンコーティング用スラリーを調製した。次に、前記二酸化チタンコーティング用スラリーを、ＩＴＯがコーティングされており、光透過率が８０％である導電性透明ガラス基板上にドクターブレード法でコーティングした後、約４５０℃の温度で１時間熱処理して有機高分子を除去して酸化物ナノ粒子間の接触および充填がなされるようにして、導電性透明基板を１０ミクロンの厚さで得た。前記導電性透明基板の表面上には、約６ミクロンの厚さの二酸化チタン層が形成された。
【００７１】
次に、前記二酸化チタン層を含む前記導電性透明基板を、０．２ｍＭのシスジチオシアネート−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシレート）ルテニウム溶液に２４時間浸漬させた後で乾燥させ、増感剤を前記導電性透明基板上に吸着させた。
【００７２】
別途、ＩＴＯがコーティングされた導電性透明ガラス基板上に、白金をコーティングして対向電極を製造した。次に、正極である対向電極と負極である半導体電極を組み立てた。正極および負極を組み立てる場合には、正極および負極の導電性表面が電池内部に向かい合うように、すなわちＰｔ層と二酸化チタン層とを対向させるように配置した。正極と負極との間にＳＵＲＬＹＮ（登録商標、ＤｕＰｏｎｔ社製）から形成された約４０μｍの厚さの高分子膜を置き、約１００ないし１４０℃の加熱プレート上で、約１ないし３気圧で正負両極を密着させた。熱及び圧力により、前記高分子膜は２つの電極の表面に密着された。
【００７３】
次に、正極の表面に形成された微細孔を介し、正負両極間の空間に電解質溶液を充填し、従来の色素増感型太陽電池を完成した。前記電解質溶液は０．８Ｍのヨウ化１，２−ジメチル−３−オクチル−イミダゾリウムと、０．０４Ｍ  Ｉ２とをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解させたＩ３−／Ｉ−の電解質溶液を使用した。
【００７４】
（評価）
前記実施例１ないし実施例４、比較例１で製造した色素増感型太陽電池の光電変換効率を測定するために、光電圧及び光電流を測定した。
【００７５】
光源としては、キセノンランプ（Ｏｒｉｅｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製、０１１９３）を使用し、前記キセノンランプの太陽光照射条件（ＡＭ  １．５）は、標準太陽電池（Ｆｒｕｎｈｏｆｅｒ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  Ｓｏｌａｒｅ  Ｅｎｇｅｒｉｅｓｓｙｓｔｅｍｅ社製、Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ  Ｎｏ．Ｃ−ＩＳＥ３６９、Ｔｙｐｅ  ｏｆ  ｍａｔｅｒｉａｌ：Ｍｏｎｏ−Ｓｉ＋ＫＧフィルタ）を使用して補正した。測定した光電流−電圧曲線から計算された電流密度Ｉｓｃ、電圧Ｖｏｃ、および充填係数（ＦＦ：Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を用いて、各サンプルの光電変換効率ηｅが得られ、その結果を下記表１に表した。光電変換効率の計算式は、下記数式１の通りである。
【００７６】
【数１】
2006216562.tif 000003
【００７７】
【表１】
2006216562.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の円筒形のフレキシブル太陽電池およびその製造方法は、例えばエネルギー関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】従来の色素増感型太陽電池の構造を表す概略図である。
【図２】本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池の構造を表す概略図である。
【図３】本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池の光吸収の過程を表す模式図である。
【図４】電界紡糸装置を表す図面である。
【図５】電界紡糸法で製造した本発明の円筒形のフレキシブル太陽電池の一実施形態を表す図面である。
【図６】導波管が空気である本発明の円筒形のフレキシブル太陽電池の断面を表す図面である。
【図７】本発明による二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池の一実施形態を表す図面である。
【図８】本発明による二重層構造を有する円筒形のフレキシブル太陽電池の光吸収の過程を表す模式図である。
【図９】本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池の応用例を示す図面である。
【図１０】本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池の応用例を示す図面である。
【図１１】本発明による円筒形のフレキシブル太陽電池の応用例を示す図面である。
【符号の説明】
【００８０】
１、１ａ、１ｂ    導電性フレキシブル透明電極、
２、２ａ、２ｂ    フレキシブル光吸収層、
３、３ａ、３ｂ    増感剤、
４、４ａ、４ｂ    フレキシブル電解質層、
５    フレキシブル対向電極、
６    フレキシブル導波管、
１０    半導体電極、
１１    導電性透明基板、
１２    光吸収層、
１３    電解質層、
１４    対向電極。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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