(57)【要約】【課題】電解質層でのレドックスの拡散性の保持、開放電圧の向上によって光電変換効率を高め、また耐久性を向上させた色素増感太陽電池などの光電変換素子を提供する。【解決手段】半導体電極８と、対極９と、両極の間に保持された電解質層４とを備える光電変換素子において、電解質層４に、窒素原子を２つ以上含みかつ置換基を持たない５員環又は６員環の芳香環からなる含窒素複素環化合物（特に好ましくはトリアゾール、ピラゾール）を含有させる。【選択図】   図１
2006134615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素原子を２つ以上含みかつ置換基を持たない５員環又は６員環の芳香環からなる含窒素複素環化合物を含有する光電変換素子。
【請求項２】
前記含窒素複素環化合物がトリアゾール及びピラゾールからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
イオン性液体溶媒を含む電解質層を備え、該電解質層が前記含窒素複素環化合物を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池などとして好適に用いられる光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子として、種々の太陽電池が提案されている。かかる太陽電池の中で色素増感太陽電池は、１９９１年にスイスのローザンヌ大学のグレッツェルらによって開発されたものであり、一般に、導電性基材上に色素を吸着した半導体からなる光電変換層を持つ半導体電極と、該半導体電極に相対向して設けられた導電性基材からなる対極と、これら半導体電極と対極との間に保持された電解質層（電荷輸送層）とを備えてなる。
【０００３】
このような色素増感太陽電池において、従来、開放電圧を上昇させ変換効率を改善するために、４−tert−ブチルピリジンを代表とする含窒素環状塩基を、電解質層を構成する電解液に添加することが行われている。また、４−tert−ブチルピリジン以外にも、種々の環状塩基を添加することが報告されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、含窒素複素環における窒素のα位の炭素上にアルキル基などの置換基を有する化合物を、電解質層に含有させることが開示されている。また、下記特許文献２には、含窒素複素環に置換基として特定のアミノ基を有するアミノピリジン系化合物を、電解質層に含有させることが開示されている。また、下記特許文献３には、電解質層に添加する化合物として、含窒素複素環に置換基を持つピリジン系化合物だけでなく、置換基を持たないピリジンも提案されている。
【特許文献１】特開２０００−９０９９１号公報
【特許文献２】特開２００４−４７２２９号公報
【特許文献３】特開２００３−３３１９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の４−tert−ブチルピリジンに代表される環状塩基を添加する主な理由は、電解液の酸化還元電位の調整、半導体表面への吸着による逆電子移動（電極から電解質層への電子の流れ）の防止機能、及び、電解液中のヨウ素レドックスの拡散係数の調整にある。ここで、酸化還元電位に関しては、色素増感太陽電池のメカニズムから考えて、使用される色素、半導体の種類により最適値が存在するものの、逆電子移動の防止の観点から、何らかの塩基性化合物が必要とされる。一方、電解液中のレドックスの拡散係数に関しては、大きいほうが有効であると考えられているものの、添加する環状塩基により電解液の粘度上昇がみられ、ひいてはレドックスの拡散係数が減少して太陽電池性能が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
この点に関し、上記の特許文献１や特許文献２に開示された環状塩基では、その揮発性を抑制するために、おのずと分子量が大きくなっている。これは、電解液中への混合を考えた場合、電解液粘度の上昇により電解液中のレドックスの拡散係数が低下して、太陽電池の短絡電流が小さくなり、ひいては太陽電池性能の劣化に繋がる。
【０００７】
一方、上記特許文献３に開示されたピリジンは、これらの置換基を持つ複素環に比べて分子量は小さいものの、本発明者の検討したところでは、上記従来の代表的な環状塩基である４−tert−ブチルピリジンの場合と同程度の添加効果が得られるにすぎない。また、ピリジンは沸点が１１５℃と比較的低いことから、電解液の封止が不十分であった場合に揮発しやすく、太陽電池の耐久性を損なう場合がある。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、分子サイズの小さな環状塩基を添加することにより、電解質層でのレドックスの拡散性の保持、開放電圧の向上によって光電変換効率を高めた光電変換素子を提供することを目的とする。また、分子サイズが小さいものでありながら沸点の高い環状塩基を用いることにより、該塩基の揮発を抑えて、上記光電変換効率とともに耐久性を向上させた光電変換素子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】
本発明に係る光電変換素子は、窒素原子を２つ以上含みかつ置換基を持たない５員環又は６員環の芳香環からなる含窒素複素環化合物を含有するものである。
【００１０】
本発明に係る光電変換素子においては、前記含窒素複素環化合物がトリアゾール及びピラゾールからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る光電変換素子においては、イオン性液体溶媒を含む電解質層を備え、該電解質層が前記含窒素複素環化合物を含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、窒素原子を２つ以上含みかつ置換基を持たない５又は６員環の芳香環化合物を使用している。該化合物は従来一般的に使用されている４−tert−ブチルピリジンよりも分子サイズが小さいため、このような小さい環状塩基を含有させることにより、電解質層でのレドックスの拡散性を保持しつつ、開放電圧を向上させることができ、光電変換効率を高めることができる。
【００１３】
また、特にかかる環状塩基としてトリアゾール又はピラゾールを用いた場合、光電変換効率がとりわけ高い。しかも、これらの環状塩基は分子サイズが小さいものでありながら沸点が高いので、該環状塩基の揮発を抑えることができ、耐久性も向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明に係る光電変換素子の詳細について説明する。
【００１５】
本発明において使用する含窒素複素環化合物は、窒素原子を２つ以上含む５員環又は６員環の芳香環からなり、該芳香環に置換基を持たないものである。
【００１６】
一般に、電解質層のレドックス拡散係数を上げるための方策としては、電解質層を構成する電解液中の使用溶媒の粘度を下げるか、もしくは添加物を含む電解液全体での粘度を下げる必要があるが、任意の溶媒系において適用可能にするためには、電解液粘度を極力上げる（限界電流値を下げる）ことのない塩基性化合物を選定する必要がある。そのためには、添加する塩基性化合物の粘度を極力小さくすること、つまり分子サイズの極力小さな塩基性化合物を添加することが好ましい。本発明では、かかる塩基性化合物として、置換基を持たない、従って分子サイズの小さな環状塩基を用いたので、電解質層のレドックスの拡散性を保持しつつ、開放電圧を向上することができる。また、分子サイズが小さいと、色素分子が吸着された半導体表面への塩基性化合物の吸着性に関し、色素の立体障害が抑制されるので、この点からも光電変換性能の向上に繋がる。
【００１７】
一方で、置換基を持たない含窒素複素環化合物であっても、ピリジンのような窒素原子を１つしか含まないものでは、後述する実験結果に示されるように、現在標準的に使用されている４−tert−ブチルピリジンと同程度の添加効果しか得られない。これに対し、本発明によれば、窒素原子を２つ以上含ませることにより、４−tert−ブチルピリジン以上の添加効果を発揮させることができる。
【００１８】
このような含窒素複素環化合物としては、例えば、下記化学式により表されるものが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても、２種以上併用してもよい。なお、以下に示すものは窒素数が２又は３のものであるが、窒素数は４以上であってもよい。
【化１】
2006134615.tif 000003
【００１９】
これらの含窒素複素環化合物の分子サイズ（ＭＯＰＡＣ 計算モデルＡＭ１による計算値）は、例えば、ピラゾールが０．４２６ｎｍ、イミダゾールが０．４３８ｎｍ、１，２，４−トリアゾールが０．４２９ｎｍ、ピラジンが０．４２９ｎｍ、１，３，５−トリアジンが０．４２１ｎｍであるように、従来の４−tert−ブチルピリジンの分子サイズである０．６６３ｎｍと比較して十分に小さい。本発明では、このように分子サイズの小さな環状塩基を用いることにより上記作用効果が得られるものと考えられ、含窒素複素環化合物の分子サイズは０．４〜０．６ｎｍであることが好ましい。また、分子量としては８１以下であることが好ましく、この値は上記特許文献１〜３に開示された置換基を持つ複素環化合物に比べて明らかに小さいものである。
【００２０】
また、上記列挙の含窒素複素環化合物の沸点は、例えば、ピラゾールが１８６〜１８８℃、イミダゾールが２５５℃、１，２，４−トリアゾールが２６０℃、ピリダジンが２０８℃、ピリミジンが１２４℃である。これらの値は、上記特許文献３に開示されたピリジンの沸点１１５℃と比べると、ほぼ同一の分子量でありながら高い。これは、その分子構造に由来すると考えられるが、沸点が高いことは、光電変換素子の電解液の封止が不十分であった場合に発生する、添加物の揮発の抑制効果につながるので、光電変換素子の延命効果につながる。そのため、本発明では、含窒素複素環化合物の沸点ができるだけ高いこと、具体的に１５０℃以上であることが好ましい。
【００２１】
本発明で使用する含窒素複素環化合物としては、５員環であることがより好ましい。５員環の芳香環の方がより低分子量でありながら、沸点が高いからである。該含窒素複素環化合物として、特に好ましいのはトリアゾール、ピラゾールである。トリアゾール、ピラゾールは、上記列挙の化合物の中でも、電解質層でのレドックスの拡散性保持効果、及び開放電圧の向上効果が高く、従って、光電変換効率がとりわけ高いからである。また、沸点も高いので、揮発抑制効果も高く、そのため耐久性にも優れている。
【００２２】
本発明の光電変換素子は、半導体電極と、対極と、両極間に保持された電解質層とを備えてなるものである。好ましくは、導電性基材上に色素を吸着した半導体からなる光電変換層を持つ半導体電極と、該半導体電極に相対向して設けられた導電性基材からなる対極と、これら半導体電極と対極との間に保持された電解質層とを備えてなる色素増感型光電変換素子である。
【００２３】
上記含窒素複素環化合物は、電解質層内部に含有され、あるいはまた、例えば色素増感型光電変換素子の場合、半導体表面に吸着させた状態で存在する。通常は、電解質層を構成する電解液に添加され、該電解液を半導体電極と対極との間に封入することで、電解液中に含まれる含窒素複素環化合物の一部が半導体表面に吸着されるため、含窒素複素環化合物は、電解質層内部と半導体表面（即ち、電解質層と半導体電極との界面）の双方に存在している。上記含窒素複素環化合物の電解液への添加量は特に限定されないが、電解液中の濃度で、０．０５〜５ｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、より好ましくは０．１〜２ｍｏｌ／Ｌである。
【００２４】
電解質層を構成する電解液は、電解質と溶媒と上記含窒素複素環化合物とを含んでなる。電解質としては、ヨウ素分子とヨウ化物との組み合わせ、臭素分子と臭化物との組み合わせの他、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩などの金属錯体、ポリ硫酸ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどが挙げられる。その中でも、ヨウ素分子と、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２などの金属ヨウ化物やイミダゾリウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイドなどの４級アンモニウム化合物のヨウ素塩とを組み合わせた電解質が好ましい。電解質の濃度は、通常０．１〜１０ｍｏｌ／Ｌであり、より好ましくは０．１〜５ｍｏｌ／Ｌである。
【００２５】
上記溶媒としては、溶質成分を溶解できる化合物であれば、特に制限はないが、電気化学的に不活性で、比誘電率が高くかつ粘度が低い溶媒（及びひれらの混合溶媒）が好ましい。例えば、有機溶媒として、メトキシプロピオニトリルやアセトニトリルなどのニトリル化合物、γ−ブチロラクトンやバレロラクトンなどのラクトン化合物、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、ジオキサンやジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテルなどのエーテル類、メタノール、エタノールなどのアルコール類などが挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は２種以上混合して使用することができる。
【００２６】
また、上記溶媒としては、イオン性液体、即ち溶融塩を用いることもできる。イオン性液体としては、「Inorg. Chem.」1996, 35, p1168-1178、「Electrochemistry」2002.2, p130-136、特表平９−５０７３３４号公報、特開平８−２５９５４３号公報などに開示されている公知の電池や太陽電池などにおいて一般的に使用することができるものであれば、特に限定されないが、室温（２５℃）より低い融点を有する塩か、または室温よりも高い融点を有しても、他の溶融塩や溶融塩以外の添加物を溶解させることにより室温で液状化する塩が好ましく用いられる。
【００２７】
具体的には、溶融塩のカチオンとしては、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、イソオキサゾリウム、チアジアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、ピリミジニウム、ピリダジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、及びこれらの誘導体が好ましく、特に好ましくは、アンモニウム、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、スルホニウムである。
【００２８】
また、溶融塩のアニオンとしては、ＡｌＣｌ４−、Ａｌ２Ｃｌ７−などの金属塩化物、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−、Ｆ（ＨＦ）ｎ−、ＣＦ３ＣＯＯ−などのフッ素含有物、ＮＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、Ｃ６Ｈ１１ＣＯＯ−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＯＳＯ２−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＨ３ＳＯ２−、（ＣＨ３Ｏ）２ＰＯ２−などの非フッ素化合物、ヨウ素、臭素などのハロゲン化物などが挙げられる。
【００２９】
イオン性液体溶媒としては、上記の中でも、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムカチオン（ＥＭＩｍ＋）と、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドアニオン（ＴＦＳＩ−）とからなる１−エチル−３−メチルイミダゾリウム−ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（ＥＭＩｍＴＦＳＩ）を用いることが特に好ましい。
【００３０】
上記半導体電極については、導電性基材上に多孔性半導体層を形成し、該多孔性半導体層に色素を吸着させることにより上記光電変換層を形成することができる。
【００３１】
上記導電性基材としては、透明導電膜を持つ基材が用いられ、該基材としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板などが挙げられ、中でも透明性が高く表面抵抗の低いガラス基板（透明基板）が特に好ましい。また、透明導電膜としては、特に限定されるものではないが、例えばＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）、ＳｎＯ２などの透明導電膜が好ましい。これら電極は真空蒸着等の方法で形成可能であり、膜厚等は適宜選択することができる。
【００３２】
上記多孔性半導体層を構成する多孔性半導体としては、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、などの公知の半導体が挙げられ、これらの多孔性半導体は、２種類以上を混合して用いることもできる。これらの中でも、変換効率、安定性、安全性の点から酸化チタンが特に好ましい。このような酸化チタンの例としては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの種々の酸化チタン、含酸化チタン複合体などが挙げられ、これらは１種類又は２種類以上が適宜使用可能であり、アナターゼ型酸化チタンが特に好ましい。
【００３３】
多孔性半導体は、粒子状、膜状など種々の形態のものを用いることができるが、導電性基材上に形成された膜状の多孔性半導体であることが好ましい。かかる膜状の多孔性半導体を導電性基材上に形成する方法としては、公知の種々の方法を使用することができる。
【００３４】
具体的には、（１）導電性基材上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗布し、乾燥・焼成する方法、（２）導電性基材上に所望の原料ガスを用いたＣＶＤ法またはＭＯＣＶＤ法などにより半導体膜を成膜する方法、（３）原料固体を用いたＰＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法またはゾル−ゲル法などにより半導体膜を形成する方法、および、（４）電気化学的酸化還元反応により形成する方法などが挙げられる。
【００３５】
なお、多孔性半導体膜の膜厚は、５〜２５μｍ程度が望ましい。また変換効率を向上させるためには、膜状の多孔性半導体に、後述する色素をより多く吸着させることが必要である。このために、膜状の多孔性半導体は比表面積が大きなものが望ましく、具体的には１０〜２００ｍ２／ｇ程度が好ましい。
【００３６】
上述の粒子状の半導体としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば１ｎｍ〜５００ｎｍ程度の平均粒径を有する単一または化合物半導体の粒子などが使用可能である。また、この半導体粒子を懸濁させるために使用される溶媒の例としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶媒、イソプロピルアルコールなどのアルコール系、イソプロピルアルコール／トルエンなどの混合溶媒、水などが挙げられる。
【００３７】
上述の多孔性半導体の乾燥および焼成は、使用する導電性基材や半導体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気などを適宜調整して行う。一般的な例では、大気下または不活性ガス雰囲気下、５０〜８００℃程度の温度範囲内で、１０秒から１２時間程度行う。この乾燥および焼成は、単一の温度で１回のみ行ってもよく、または温度を変化させて２回以上行うこともできる。
【００３８】
多孔性半導体層上に光増感剤として機能する色素を吸着させる方法としては、例えば導電性基材上に形成された多孔性半導体層を、色素を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。
【００３９】
ここで使用することができる色素は、種々の可視光領域および赤外光領域に吸収を持つものであって、半導体層に強固に吸着させるために、色素分子中にカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などのインターロック基を有するものが好ましい。インターロック基は、励起状態の色素と半導体の導電体との間の電子移動を容易にする電気的結合を供給するものである。これらインターロック基を含有する色素としては、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などが挙げられる。
【００４０】
色素を溶解するために用いる溶媒の例としては、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、アセトニトリルなどの窒素化合物、クロロホルムなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチルなどのエステル類などが挙げられる。溶液中の色素濃度は、使用する色素および溶媒の種類により適宜調整することができ、吸着機能を向上させるためには、ある程度高濃度である方が好ましい。例えば、５×１０−５ｍｏｌ／Ｌ以上の濃度が好ましい。
【００４１】
色素を溶解した溶液中に半導体を浸漬する際の、溶液および雰囲気の温度および圧力は特に限定されるものではなく、例としては室温程度かつ大気圧下が挙げられ、浸漬時間は、使用する色素、溶媒の種類、溶液の濃度などにより適宜調整することが好ましい。なお、吸着を効果的に行うには加熱下にて浸漬を行えばよい。
【００４２】
上記対極を構成する導電性基材としては、上記した半導体電極を構成する導電性基材と同様のものを用いることができる。但し、半導体電極で透明である場合、対極を構成する導電性基材は透明基材である必要はない。対極には、通常、半導体電極と相対する面に、レドックス反応の濃度過電圧を下げるため、白金などの貴金属が担持される。白金の担持方法としては、スパッタリング法、スプレー法、ディップ法など公知の種々の方法を採用することができる。
【００４３】
図１は、本発明の一実施形態に係る色素増感太陽電池の基本構造を示す断面模式図である。図示するように、この色素増感太陽電池は、光透過性を有する透明基板（１）、この透明基板（１）の表面に形成された光透過性を有する透明導電膜（２）、および、透明導電膜（２）上に形成された色素を吸着した多孔性半導体層である光電変換層（３）からなる半導体電極（８）と、この半導体電極（８）と相対向する位置に設けられた対極（９）と、半導体電極（８）と対極（９）との間に保持された電解質層（４）とを備えてなる。対極（９）は、導電膜（６）が形成された透明基板又は支持基板（７）からなり、この導電膜（６）の表面に白金触媒層（５）が形成されている。そして、本実施形態では、上記した含窒素複素環化合物が、電解質層（４）の内部に含有され、また光電変換層（３）の半導体表面に吸着した状態で存在している。
【００４４】
かかる構造を持つ太陽電池において、透明基板（１）側から太陽光が照射されると、太陽光は、透明基板（１）、透明導電膜（２）を透過して、光電変換層（３）に吸着された色素に照射され、色素は光を吸収して励起する。この励起によって発生した電子は光電変換層（３）から透明導電膜（２）に移動する。透明導電膜（２）へ移動した電子は、外部回路を通じて対極（９）に移動し、対極（９）から電荷輸送層（４）を通って色素に戻る。このようにして電流が流れ、太陽電池を構成することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
上記した図１に示す積層構造を持つ色素増感太陽電池（受光面の面積：１ｃｍ２）を次のようにして作製した。
【００４７】
ガラス基板（透明ガラス）（１）上にフッ素ドープされたＳｎＯ２導電膜（２）を形成した透明電極上に、チタニアペースト（SOLARONIX社製、商品名「Ti-Nanoxide D」）を用いて、スキージ法により塗布し、乾燥（１００℃、５分間）させた。その後、４５０℃×３０分の条件にて大気焼成をすることにより、光電変換層（３）を形成した。
【００４８】
次いで、光電変換層に色素を吸着させて半導体電極（８）を得た。詳細には、増感色素としてルテニウム錯体Ｎ７１９（SOLARONIX社製、商品名「Ruthenium535-bis TBA」、cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'bipyridyl-4,4'dicarboxylato)-ruthenium(II) bis-tetrabuthylammonium）を用い、エタノール溶液（色素の濃度：０．５ｍｍｏｌ／Ｌ）を調製した。この溶液に光電変換層を形成した透明電極を浸漬し、所定の条件のもとで増感色素を吸着させた。
【００４９】
また、対極（９）としてスパッタ法により白金が蒸着された透明導電性ガラス電極を作製した。
【００５０】
また、電解質層（４）を構成する電解液を、表２に示す各塩基性化合物について、有機溶媒系とイオン性液体溶媒系の２種類をそれぞれ作製した。各溶媒系での電解液組成は表１に示す通りである。
【表１】
2006134615.tif 000004
【００５１】
電解液の調製は、窒素雰囲気下でＥＭＩｍＩもしくはＤＭＰＩｍＩ、塩基性化合物、ＬｉＩ、Ｉ２、及び溶媒を秤量し、混合した後、超音波照射を行い、続いて、７０℃にて加熱することにより行った。
【００５２】
そして、光電変換層（３）の大きさに合わせた形状を有する三井デュポンポリケミカル社製のスペーサーＳ（商品名：「ハイミラン」、４０μm）を準備し、図１に示すように半導体電極（８）と対極（９）とをスペーサーを介して対向させ、内部に上記の電解液を充填して電解質層（４）を形成することで、色素増感型太陽電池を完成させた。
【００５３】
（太陽電池特性評価方法）
作製した太陽電池セルは、ＡＭフィルターを具備したキセノンランプのソーラーシュミレーターＸＥＳ−５０２Ｓ（関西科学機械株式会社より購入）にて、ＡＭ１．５Ｇのスペクトル調整後、１００ｍＷ／ｃｍ２の照射条件下で、ポテンシオスタットによる負荷特性（Ｉ−Ｖ特性）を評価した。太陽電池の評価値は、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、短絡電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）、形状因子ＦＦ（−）、変換効率η（％）であり、最終的な太陽電池の性能の良否は、変換効率の大小で評価した。得られた太陽電池性能の結果を表２に示す。
【表２】
2006134615.tif 000005
【００５４】
表２に示すように、ピリジンを添加した比較例３，７では、４−tert−ブチルピリジンを添加した比較例２，６と同程度の太陽電池性能しか得られなかった。また、４−ジメチルアミノピリジンを添加した比較例４，８では、開放電圧は上昇したものの、短絡電流が減少して、結果として変換効率は、未添加の場合に比べても低下していた。これは、塩基性化合物を添加すると、開放電圧の上昇は認められても、これとトレードオフの関係で短絡電流が少なくなるのが一般的であり、短絡電流が低下するのは塩基性化合物の添加による粘度上昇が要因であると考えられる。従って、４−ジメチルアミノピリジンの場合、その添加による粘度上昇が大きいものと推察される。また、ジメチルアミノピリジンの場合、側鎖のアミノ基のために塩基性が強く、塩基性が強すぎるとヨウ素との複合体形成により、有効なレドックス濃度が低下することが考えられ、このことも性能低下につながったものと考える。
【００５５】
これに対し、イミダゾールやトリアジンを添加した場合、少なくとも有機溶媒系の電解液においては（実施例１，４）、従来の４−tert−ブチルピリジンを添加した比較例２に対して、明らかな太陽電池性能の向上効果が認められた。
【００５６】
また、ピラゾールやトリアゾールを添加した実施例２，３，６，７では、４−tert−ブチルピリジンを添加した比較例２，６に対して、大幅に太陽電池性能の向上効果が得られた。特に、イオン性液体溶媒であるＥＭＩｍＴＦＳＩを用いた電解液においては、４−tert−ブチルピリジンに対する向上効果が、有機溶媒系の電解液における向上効果よりも大きく、即ち、イオン性液体溶媒系において特異的な性能向上が確認された。
【００５７】
更に、実施例１〜３及び５〜７で使用したイミダゾール、ピラゾール、トリアゾールは、ピリジンに比べて沸点が大幅に高いので、仮に太陽電池セルの電解液の封止が不十分であった場合でも、揮発しにくく、従って、太陽電池の延命を図ることができることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係る光電変換素子は、色素増感太陽電池として好適に用いられるものであり、更に太陽電池だけでなく、光センサーなどとしても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係る色素増感太陽電池の基本構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…透明基材
２…透明導電膜
３…光電変換層
４…電解質層
５…白金触媒層
６…透明導電膜
７…透明基材もしくは支持基材
８…半導体電極
９…対極
【図１】
2006134615.tif 000006