(57)【要約】【課題】  微粒子が集積して多孔質状に形成される酸化物半導体層を光電極に有する色素増感太陽電池に関し、特に発電効率の高い色素増感太陽電池を得ることを課題とする。【解決手段】  入射光が照射されると電子を放出する酸化物半導体層(25)は、粒径が１〜５ｎｍである第１半導体粒子(26a)が、集積してなる第1多孔質層(26)と、粒径が第１半導体粒子よりも大きい第２半導体粒子(27a)が第1多孔質層(26)上に集積してなる第２多孔質層(27)と、第1多孔質層(26)及び第２多孔質層(27)の表面に吸着し、前記入射光(U)を吸収して励起する増感色素(28)と、を有することを特徴とする。【選択図】      図２
2006086056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光が照射されると隣接する透明電極層に電子を放出する酸化物半導体層と、
浸漬する前記酸化物半導体層に、電子を供与する電解液と、
前記透明電極層に対向し、前記電解液に接して設けられ、導電性を有する対向電極と、を備える色素増感太陽電池において、
前記酸化物半導体層は、
粒径が１〜５ｎｍの第１半導体粒子が前記透明電極層上に集積してなる第1多孔質層と、
粒径が、第１半導体粒子よりも大きい第２半導体粒子を含む第２多孔質層と、
前記第1多孔質層及び前記第２多孔質層の表面に吸着し、前記入射光を吸収して励起する増感色素と、を有することを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記第1多孔質層の層厚は、０．５〜５μｍであり、前記第２多孔質層の層厚は、２〜５０μｍであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子が集積して多孔質状に形成される酸化物半導体層を光電極に有する色素増感太陽電池に関し、特に発電効率の高い色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
まず、色素増感太陽電池（以下、単に電池と記載する場合もある）の発電効率を向上させる第1の従来技術として、次に示すものが挙げられる。すなわち、入射光が入射する光電極の酸化物半導体層を構成する半導体粒子の粒径を小さくし、酸化物半導体層の比表面積を大きくする技術である。これにより、酸化物半導体層の表面に吸着させる増感色素の量を増加させることができるので、酸化物半導体層の単位厚みにおける吸着した増感色素の密度を高くすることができる。したがって、光電極に入射した入射光は、直進する過程で多くの増感色素を励起するので高効率な電気エネルギの変換が達成される。
【０００３】
次に、色素増感太陽電池の発電効率を向上させる第２の従来技術として、例えば、特許文献１，２に挙げられる技術が開示されている。
これらの従来技術によれば、酸化物半導体層は、微粒子の粒径が異なる複数の多孔質層が積層して構成されている。そして、多孔質層の内部における散乱効果と、隣接する多孔質層の界面における反射効果とを利用して入射光が閉じ込められることにより、光エネルギが高効率で電気エネルギに変換される。
【特許文献１】特開２００２−３５２８６８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５５８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、第１の従来技術においては、半導体粒子の粒径が小さくなれば、半導体粒子間の間隙も小さくなり電解液中でこの間隙を移動するイオンの拡散が抑制されてしまう。したがって、入射光を吸収して増感色素が励起しても、イオンから電子が供与されないので、色素と半導体中の電子とが再結合してしまう。このため、酸化物半導体層を構成する半導体粒子の粒径を小さくしすぎると、逆に、電池の発電効率を低下させることになる。
【０００５】
また、第２の従来技術において、前記した入射光の散乱効果を充分に発揮させるためには、微粒子の粒径が入射光の波長レベルすなわち数１００ｎｍ以上であることが求められる。少なくとも、粒径が１０ｎｍ以下の微粒子からなる多孔質層で酸化物半導体層が構成されている場合においては、このような散乱効果を期待することはできない。
また、前記した界面における反射効果を充分に発揮させるためには、界面を複数設ける必要があり、そのためには積層する多孔質層の層数を多くして酸化物半導体層を構成する必要がある。
【０００６】
このように、第２の従来技術において、前記した散乱効果及び反射効果を充分に発揮させるために酸化物半導体層は、粒径の大きな微粒子からなる多孔質層が、多層に亘って積層して構成される必要がある。さらに、酸化物半導体層の層厚方向における増感色素の密度をある程度確保するためには、その層厚が大きくなることが避けられない。その結果、電極間隔が広がり、半導体に注入されたキャリアの損失量が多くなると共に、電解液中を増感色素から対向電極まで往復するイオンの移動行程が長距離化して電池の内部抵抗が大きくなることとなり、満足する発電効率が達成されない場合があった。
以上述べたように、色素増感太陽電池の発電効率を向上させる従来技術では、到達できる発電効率に限界があった。
【０００７】
そこで、本発明は、色素増感太陽電池の発電効率をさらに高いレベルに到達させることを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、請求項１に記載の色素増感太陽電池の発明は、透明電極層、酸化物半導体層、電解液、対向電極を備える色素増感太陽電池において、酸化物半導体層は、粒径が１〜５ｎｍの第１半導体粒子が集積してなる第1多孔質層と、粒径が第１半導体粒子よりも大きい第２多孔質層と、第1多孔質層及び第２多孔質層の表面に吸着する増感色素と、が課題を解決するための手段として具備されることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の色素増感太陽電池によれば、透明電極層を透過して酸化物半導体層に照射される入射光が、まず最初に通過する第１多孔質層は、第１半導体粒子の粒径が１〜５ｎｍと極めて微細であるため、層厚が薄いにもかかわらず充分に大きな比表面積を有している。このため、酸化物半導体層の透明電極層に接している幅狭部分、すなわち第１多孔質層の内部表面には、大量の増感色素が吸着されうる。そして、これら大量の増感色素が入射光を吸収して励起し半導体に電子注入しても、第１多孔質層の層厚が充分薄いので、電解液中のイオンは、励起している増感色素の近くにすぐに移動して電子を供与できるので、増感色素と第１多孔質層中の電子とが再結合することがない。そして、第1多孔質層で光エネルギが吸収されきれずに通り抜けた、入射光の一部は、次に第２多孔質層を通過して、その表面に吸着している増感色素を励起して吸収される。ところで、この第２多孔質層を構成する第２半導体粒子の粒径は、１０〜１００ｎｍであるので、イオンが拡散するのに必要で十分な間隙が確保されているといえる。このため、第２多孔質層の層厚が大きくても、第１多孔質層と対向電極との間を電解液を介して大量に行き来するイオンの移動が妨げられることはない。
【００１０】
したがって、通過する入射光によって励起された増感色素は、それが、第１多孔質層あるいは第２多孔質層の表面に吸着したものであるかにかかわらず、多孔質層中の電子と再結合する前に電解液中のイオンから電子の供与を受けることができる。また第1多孔質層は、層厚が薄いにもかかわらず、増感色素の密度が高いので、入射光は第1多孔質層を通過すると、その光エネルギのほとんどが吸収されることになる。そして、この第1多孔質層を通り抜けて第２多孔質層に入射する入射光は、すでにその光エネルギが相当に減衰しているので、第２多孔質層での吸収により入射光の光エネルギを充分に吸収することが可能である。よって、酸化物半導体層全体としての層厚を薄くすることができるので、透明電極層と対向電極との間隔を狭めることができることとなり、電池の内部抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
次に、請求項２に記載の色素増感太陽電池の発明においては、前記第1多孔質層の層厚は、０．５〜５μｍであり、前記第２多孔質層の層厚は、２〜５０μｍであることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の色素増感太陽電池によれば、入射光の光エネルギの大半を第1多孔質層で吸収することが可能となり、かつ電解液中のイオンが第1多孔質層の内部に侵入して励起している増感色素のもとへ、電子が再結合する前に到達することが可能となる。そして、第1多孔質層を通り抜けた入射光の一部は、第２多孔質層を通過する過程においてその光エネルギのほとんどが吸収されることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、微粒子が集積して多孔質状に形成される酸化物半導体層を光電極に有する色素増感太陽電池において、高効率で入射光の光エネルギを吸収できるので、高い光電変換効率が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の色素増感太陽電池の実施形態について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本実施形態に係る色素増感太陽電池１０を示す側面断面図である。図２は、図１におけるＡ矢視部を示す拡大図である。
【００１５】
色素増感太陽電池１０は、図１に示すように、入射光Ｕが入射する光電極２０と、対向電極４０と、これらの周辺部に介在して内部に密閉した空間を形成するスペーサ５０ａ，５０ｂと、この空間に充填される電解液３０とからなる。そして、色素増感太陽電池１０は、照射された入射光Ｕの光エネルギを電気エネルギに変換して、光電極２０及び対向電極４０に結線する外部負荷６０に電力を供給するものである。
【００１６】
光電極２０は、図１に示すように、透明基板２２及び導電性光透過膜２３からなる透明電極層２１と、第１多孔質層２６及び第２多孔質層２７からなる酸化物半導体層２５とから構成される。
このうち、透明電極層２１は、照射された入射光Ｕを、その光エネルギを減衰させることなく透過させる機能と、酸化物半導体層２５が放出する電子を結線で導いて外部負荷６０に伝達させる機能とを有するものである。
そして、透明電極層２１は、板厚が０．１〜１ｍｍの板状で、ガラス製またはプラスチック製の透明基板２２における片面に、膜厚が２．５〜１０μｍの導電性光透過膜２３が公知の方法によりコーティングされて形成されている。
【００１７】
ところで、導電性光透過膜２３は、電気伝導性を有し、入射光Ｕに対する透過性、及び透明基板２２に対する密着性に優れるもので、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム−スズ酸化物）が好ましく用いられる。また、導電性光透過膜２３はＩＴＯに限定されず、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明導電膜を用いることができる。
【００１８】
また、酸化物半導体層２５は、透明電極層２１の導電性光透過膜２３側に接して設けられ、入射光Ｕが照射されると、導電性光透過膜２３に電子を放出するものである。そして、酸化物半導体層２５は、透明電極層２１に境界を接する幅狭部分が、第１多孔質層２６で構成され、さらに第１多孔質層２６の上に第２多孔質層２７が積層されて、その主面が対向電極４０に対向するように設けられている。
【００１９】
そして、図２に示すように、第１多孔質層２６は、粒径が１〜５ｎｍ、好ましくは２〜４ｎｍの範囲に含まれるＴｉＯ2（以下、チタニアという）の第１半導体粒子２６ａが集積して形成される層厚が０．５〜５μｍ、望ましくは２〜４μｍの多孔質層である。
【００２０】
そして、第２多孔質層２７は、第１半導体粒子２６ａよりも粒径が大きい、好ましくは１０〜１００ｎｍ、さらに好ましくは２０〜５０ｎｍの範囲に含まれる粒径を有するチタニアの第２半導体粒子２７ａが集積して形成される層厚が２〜５０μｍ、好ましくは５〜２０μｍの多孔質状の膜である。
【００２１】
なお、前記したように定めた粒径の範囲を有する第１半導体粒子２６ａ、第２半導体粒子２７ａは、それぞれ第１多孔質層２６、第２多孔質層２７を構成する主成分であって、これらの範囲を逸脱する粒径を有するものが介在する場合を排除する訳ではない。また、第２多孔質層２７は、比表面積を大きくすることを目的として、イオンの移動を妨げない程度に、第２半導体粒子２７ａよりも粒径の小さい半導体粒子（例えば第１半導体粒子２６ａ）を含んでいてもよい。
【００２２】
このように、酸化物半導体層２５が、第１多孔質層２６と第２多孔質層２７とから構成されることにより、酸化物半導体層２５は、透明電極層２１と境界を接する幅狭部分（第１多孔質層２６）の比表面積を相対的に大きくすることができ、この部分の増感色素２８の吸着密度を向上させることができる。
【００２３】
さらに、第１多孔質層２６を構成する第１半導体粒子２６ａがチタニアであるとすると、粒径が１〜５ｎｍといった極めて微細なチタニアの微粒子は、凝集し易く、塊となることが知られている。このような塊となったチタニアの微粒子は、ナノサイズのアナターゼ型チタニア微結晶が稠密に充填され、各微結晶の結晶面同士が直接接しているチタニア微結晶集合体を形成している。このため、第１多孔質層２６においては、チタニア層を通して電子の移動が迅速に行われることとなり、電池の高効率化に寄与することになる。
【００２４】
また、前記したチタニア微粒子の塊と塊の間はある程度の隙間が空いており、ＴＥＭの観察では、塊の大きさが、１０〜１５ｎｍ程度に対して、隙間が３〜５ｎｍであることが判っている。この隙間の大きさは、後記するヨウ素イオンやI3-イオンの拡散が行われるのに充分な大きさである。従って、第１半導体粒子２６ａの粒径が小さいことは、第１多孔質層２６が０．５〜５μｍの薄膜でイオンの拡散距離が短いことも含め、第１多孔質層２６におけるイオンの移動を阻害する要因にはならない。なお、拡散に要する時間は拡散距離の二乗に比例するものであり、例えば、拡散距離が1/100になると、拡散時間は1/10000になる。
【００２５】
一方、第２多孔質層２７では、前記した粒径の範囲内の第２半導体粒子２７ａ，２７ａ…が形成する隙間は、ヨウ素イオンやI3-イオンの拡散が迅速に行われるのに充分な大きさで確保されているといえる。このため、第２多孔質層２７の内部を、第１多孔質層２６の方向に移動したり、対向電極４０の方向に移動したりするイオンを妨げることがない。
【００２６】
ここで、第１半導体粒子２６ａの粒径が下限の１ｎｍ以下であると、後記する光電極２０の作成する際に、増感色素２８の分散したゲルを酸化物半導体層２５の内部表面に浸透させようとしても、第１半導体粒子２６ａ，２６ａ…の間隙が狭すぎて増感色素２８の拡散が不充分となり第１多孔質層２６の内部表面に増感色素２８を充分に吸着させることができない。そして、第１半導体粒子２６ａの粒径が上限の５ｎｍ以上であると、酸化物半導体層２５の透明電極層２１に接する幅狭部分の比表面積が小さくなり、吸着する増感色素２８の密度が低下するため望まれる光電変換効率が得られない。
【００２７】
また、第２半導体粒子２７ａの粒径が下限の１０ｎｍ以下であると、第２多孔質層２７の内部に浸透した電解液３０中を移動するイオンの移動速度が遅くなり電池の内部抵抗を上昇させてしまう。さらに、第２半導体粒子２７ａの粒径が上限の１００ｎｍを超えると、第２多孔質層２７の比表面積が低下するので、所望の光電変換効率を得るためには第２多孔質層２７の層厚を大きくしなければならず、その結果、透明電極層２１と対向電極４０との電極間隔が大きくなり電池の内部抵抗を上昇させてしまう。
【００２８】
ここで、第１多孔質層２６の層厚の下限が０．５μｍであることは、後記する光電極２０を作成する際に、一回の成膜処理で形成される最低厚みであることによる。そして、第１多孔質層２６の層厚の上限が５μｍ以上であると、第１多孔質層２６の内部に浸透した電解液３０中を移動するイオンの移動速度は極めて遅いため、透明電極層２１との境界近傍までイオンが移動するのに時間がかかってしまう。このため、入射光Ｕを吸収して励起しても電子の供与を受けられずに、第１多孔質層２６中の電子とが再結合してしまう増感色素２８が増大し、望まれる光電変換効率が得られない。
【００２９】
また、第２多孔質層２７の層厚の下限が２μｍ以下であることは、後記する光電極２０を作成する際に、一回の成膜処理で形成される最低厚みであるからである。そして、第２多孔質層２７の層厚が上限の５０μｍを超えると、透明電極層２１と対向電極４０との電極間隔が大きくなり電池の内部抵抗を上昇し望まれる光電変換効率が得られない。
【００３０】
なお、本実施形態において第１半導体粒子２６ａ，第２半導体粒子２７ａを構成する化合物はチタニア（ＴｉＯ2）であるとしたが、増感色素２８から電子の注入が効率よく行われ、光エネルギから電気エネルギへの変換が効率よく実効される化合物であれば、特に限定されるものではない。
このため、酸化物半導体層２５（第１半導体粒子２６ａ，第２半導体粒子２７ａ）を構成する化合物は、チタニア（ＴｉＯ2）の他に、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）等を用いることができる。
【００３１】
そして、増感色素２８は、酸化物半導体層２５の内部表面、すなわちこれを構成する第１半導体粒子２６ａ及び第２半導体粒子２７ａの表面に、単分子層状に吸着しているものである。このように吸着する増感色素２８のうち、酸化物半導体層２５の内部表面に直接化学結合する増感色素２８のみが増感作用を示す。
この増感作用とは、入射光Ｕの光エネルギを吸収して増感色素２８が、酸化物半導体層２５を構成する化合物（チタニア）の伝導体のレベルよりも約０．２ｅＶ高いエネルギまで励起することにより、電子が増感色素２８から酸化物半導体層２５に注入される作用である。
【００３２】
そして、本発明に用いられる増感色素２８は、例えば、ルテニウム錯体、特にルテニウムビピリジン錯体、フタロシアニン、シアニン、メロシアニン、ポルフィリン、クロロフィル、ピレン、メチレンブルー、チオニン、キサンテン、クマリン、ローダミン等の金属錯体ないしは有機色素ならびにそれらの誘導体を用いることができる。
【００３３】
ところで、増感色素２８の単分子層の一層分では入射光Ｕを完全に吸収することは、当然に出来ないので、入射光Ｕの吸収効率を向上させるためには、入射光Ｕが進行路上に単分子層が多層に存在させて入射光Ｕが突き抜けないようにする必要がある。そのためには、酸化物半導体層２５の比表面積を大きくすればよく、構成する半導体微粒子の粒径を小さくさせたり、酸化物半導体層２５の層厚を厚くしたりすることが有効である。しかし、酸化物半導体層２５の層厚が厚くなると、透明電極層２１と対向電極４０との間隔が広がり、電池の内部抵抗が大きくなり、光電変換効率を低下させる原因になり得ることは、すでに述べた通りである。
【００３４】
また、電解液３０は、第１，第２半導体粒子２６ａ，２７ａへ電子注入を果した励起後の増感色素２８に電子を供与することができるイオンが含まれていれば特に限定されないが、Ｉ-／Ｉ3-を含むヨウ素系の電解液３０が好ましく用いられる。その他、Ｂｒ-／Ｂｒ3-系、キノン／ハイドロキノン系などの電解質をアセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネートなどの電気化学的に不活性な溶媒（およびこれらの混合溶媒）に溶かしたものを使用してもよい。
【００３５】
そして、対向電極４０は、固定板４２の片面に白金材質等の導電膜４１がコーティングされて形成されるものである。そして、この対向電極４０及び光電極２０が、それぞれ導電膜４１及び酸化物半導体層２５の面を内側に向けて所定間隔で対向するように、かつ形成される内部空間が密閉状態となるように、その周辺部分にスペーサ５０ａ，５０ｂが設けられている。
【００３６】
次に、図１を参照して本実施形態に係る色素増感太陽電池１０の動作原理について説明する。まず、色素増感太陽電池１０の光電極２０に入射光Ｕが入射すると、この入射光Ｕは、透明電極層２１では吸収されることなくほとんどが透過して酸化物半導体層２５に到達する。そして、導電性光透過膜２３と境界を接する第１多孔質層２６の表面に吸着する増感色素２８に入射光Ｕが当ると、この増感色素２８は入射光Ｕの光エネルギの一部を吸収して励起する。この励起が、第１半導体粒子２６ａの伝導体のレベルよりも約０．２Ｖ高いエネルギまで到達すると、増感色素２８から第１半導体粒子２６ａへ電子が注入される。
【００３７】
さらに、入射光Ｕは、第１多孔質層２６の内部を進行しつつ、次々と第１多孔質層２６の内部表面に吸着している増感色素２８を励起して電子を第１半導体粒子２６ａへ注入していく。この注入された注入電子は、第１半導体粒子２６ａが前記したように微結晶の結晶面同士が直接接しているチタニア微結晶集合体を形成しているため、極めて迅速に導電性光透過膜２３に導かれることになる。このため第１多孔質層２６の表面に吸着している増感色素２８は、次々に入射してくる入射光Ｕに対して励起動作のスピードを向上させることができ、結果的に、大量の注入電子がチタニア層に注入されて導電性光透過膜２３に導かれることになる。
このようにして、入射光は、第１多孔質層２６の内部を進行する過程で、大部分が光エネルギから電気エネルギに変換されるので、第２多孔質層２７との界面に達するまでにはその光エネルギの大半は消失することとなる。
【００３８】
ところで、増感色素２８は、入射光Ｕを吸収して励起してもそのままの状態で放置されると注入された電子が増感色素２８と再結合することにより注入電子は失活してしまう。そこで、このような電子の再結合が増感色素２８で起こる前に、その周りを取り囲んでいる電解液３０中のイオンが移動して電子を供与する必要がある。
【００３９】
ところで、第１多孔質層２６は、これを形成する第１半導体粒子２６ａ，２６ａ…が微細であることにより、イオンの拡散抵抗が大きく移動速度が遅いことが懸念される。しかし、前記したように、イオンは、第１半導体粒子２６ａ，２６ａ…の微粒子同士が凝集して形成された塊の隙間を移動するため、励起した増感色素２８のもとに即座に到達して電子を供与することができる。さらに、第１多孔質層２６は、透明電極層２１に接する表層部分に層厚が薄く構成されているので、このため、大量に増感色素２８が励起しても、注入電子と再結合する前に、イオンを増感色素２８のもとに行き渡らせることができる。これにより、第１多孔質層２６の内部表面で励起した増感色素２８からチタニア層に注入された大量の電子のほとんどは、再結合すること無く導電性光透過膜２３に導かれることになる。
【００４０】
そして、第１多孔質層２６を通り抜けて第２多孔質層２７に入射した入射光Ｕは、前記したのと同様のプロセスにより第２多孔質層２７の内部表面に吸着した増感色素２８を励起させて電子が注入される。なお、第２多孔質層２７は、これを形成する第２半導体粒子２７ａ，２７ａ…が大きいので、電解液３０が浸透する間隙が広くイオンが自由に移動することができる。従って、当然に、第２多孔質層２７の内部表面に吸着する増感色素２８に対してだけでなく、第１多孔質層２６の内部表面に吸着する増感色素２８に対しても、電子を供与するためのイオンの移動を妨げることはない。
【００４１】
そして、酸化物半導体層２５の内部表面に吸着した増感色素２８に電子を供与して酸化されたイオンは、今度は、反対の対向電極４０の方向に向かって第１，第２多孔質層２６，２７の間隙に浸透する電解液３０中を移動する。そして、酸化されたイオンが、対向電極４０に到達すると導電膜４１から電子を受容することにより還元される。このように、イオンが電解液３０の中を、酸化物半導体層２５の内部表面に吸着する増感色素２８と、対向電極４０との間を何回も往復して酸化・還元反応を繰り返ことにより、光電極２０と対向電極４０との間に電位勾配が発生する。そして、導電性光透過膜２３と導電膜４１とが外部負荷６０を介して短絡されると、この外部負荷６０に電力が供給されることになる。
【００４２】
以上述べたように、本発明における色素増感太陽電池は、極めて微細な第１半導体粒子２６ａにより第１多孔質層２６が形成されているので、層の厚み方向における増感色素２８の密度が向上され、第１多孔質層２６における注入電子の伝導性に優れ、かつ電極間（光電極２０、対向電極４０の間に充填された電解液３０）を行き交うイオンの移動性にも優れ、電極間隔を狭くして電池の内部抵抗を小さくすることができ、高い光電変換効率が達成される。
【実施例】
【００４３】
以下に、実施例を示し本発明に係る光増感太陽電池の作成の詳細について説明する。
（第１多孔質層２６の原料となる第１チタニアゲルの作成）
まず、BASF社のトリブロックコポリマーF127:HO-(CH2CH2O)106-(CH2C(CH)3H2O)70-(CH2CH2O)106Hを１０ wt ％含む水溶液を作った。具体的には、30 ｍｌ の蒸留水に２ M の塩酸を0.2 ｇ 加え、そこにF127 を3 ｇ 溶解させた。
次に、第１半導体粒子２６ａとなるチタンアルコキシドのテトライソプロピルオルトチタネート(TIPT)とアセチルアセトン(ACA)とをモル比で１ ：１ で混合した。具体的には、3.4g のTIPTと1.2 ｇ のACA を混合した。
そして、４０ ℃で、前記したように作成したF127 の水溶液と、TIPT とACA の混合溶液とを混合し、２４時間攪拌して透明な液を得た。透明になった液を８０ ℃の空気恒温槽中で攪拌しないで３ 日放置して液をゲル化させ、第１チタニアゲル得た。
【００４４】
（第２多孔質層２７の原料となる第２チタニアゲルの作成）
前記した第１チタニアゲルに、第２半導体粒子２７ａとしてDegussa P-25（日本アエロジル社）を８ｗｔ ％及び１１ｗｔ ％になるように混合し、室温で２４ 時間攪拌し、均一な２種類の濃度の異なる第２チタニアゲル（8wt%），（11wt%）を得た。
【００４５】
（光電極２０の作成）
シート抵抗が2 Ω/□のITO 透明導電膜（Indium-Tin Oxide ）（ジオマテック社製）の上にセロテープ（登録商標）を所定の幅を空けて貼り、第１チタニアゲルを空いた部分にのせ、ガラス棒で押し伸ばし、乾燥後１０ 分間４５０ ℃で焼成して薄膜を得る。この工程を２回繰返し、第１多孔質層２６を得る。次に、この第１多孔質層２６の上に同様の方法で、セロテープ（登録商標）をスペーサとして、第２チタニアゲル（8wt%）を塗布し、乾燥後１０ 分間４５０ ℃で焼成する工程を２回繰り返し、さらに第２チタニアゲル（11wt%）を塗布し、乾燥後１０ 分間４５０ ℃で焼成する工程を１回行い、第２多孔質層２７を得た。更にその上に入射光を散乱反射させる目的で、直径100 nmで長さ300 nm のチタニアナノロッドを1 層塗布した。その後、最終的に４５０ ℃で１ 時間焼成して、酸化物半導体層２５を形成した。このようにして、作成された酸化物半導体層２５は、粒径が２〜５ｎｍの第１半導体粒子２６ａから構成される第一多質孔質層と、Degussa P-25と第１半導体粒子２６ａの混合粒子により構成される第二多質孔質層から構成され、全体として２５μｍの層厚をなす。
酸化物半導体層２５の焼成完了後、３ ×10-4 M の濃度のルテニウム色素N719 のエタノール溶液に作成した酸化物半導体層２５を20 時間浸漬し、増感色素２８をその内部表面に吸着させた。
【００４６】
（色素増感太陽電池１０の作成）
ITO 透明導電膜に白金を蒸着させた対向電極４０と光電極２０とを向かい合うように重ね合わせて、電極間に電解液３０を満たし色素増感太陽電池１０を構成した。なお、セルサイズは5 mm ×5 mmとし、電解液３０は、0.6M DMPII(1,2-Dimethyl-3-propylimidazoliumiodide) 0.1M LiI, 0.05M I2 and 0.5M TBP(tert-butylpyridine) を Acetonitrile に溶解したものを用いた。
【００４７】
（測定結果）
光電極２０側から入射光Ｕを照射し、色素増感太陽電池１０の性能を測定した。この入射光Ｕは、Oriel 社製の擬似太陽光(100 mW/cm 2 )を用い、北斗電工製のポテンショスタットで電流−電圧曲線を測定した。その結果、短絡電流密度20.14 mA, 開放電圧 0.756 V, フィルファクター 0.679, 光電変換効率10.34 ％という測定結果を得た。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係る色素増感太陽電池を示す側面断面図である。
【図２】図１におけるＡ矢視部を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    色素増感太陽電池
２０    光電極
２１    透明電極層
２２    透明基板
２３    導電性光透過膜
２５    酸化物半導体層
２６    第１多孔質層
２６ａ  第１半導体粒子
２７    第２多孔質層
２７ａ  第２半導体粒子
２８    増感色素
３０    電解液
４０    対向電極
５０ａ，５０ｂ  スペーサ
６０    外部負荷
Ｕ      入射光
【図１】
2006086056.tif 000003
【図２】
2006086056.tif 000004