(57)【要約】【課題】  複数の太陽電池素子を備え、太陽電池素子間を接続するインターコネクトを太陽電池素子間以外の基板端部に設けることによって、簡単な構造で直列構造が形成でき、半導体電極の面積を大きくすることができる色素増感型太陽電池を提供することを課題とする。【解決手段】  本色素増感型太陽電池は対向して配設される基板２１及び透光性基板２２と、基板上に配列される２以上の太陽電池素子３と、各太陽電池素子を直列及び／又は並列に接続するインターコネクト４と、各太陽電池素子及びインターコネクトを区画するセパレータ５と、基板及び透光性基板上に形成され、各太陽電池素子及びインターコネクトを接続する集電電極６１、６２と、を備えることを特徴とする。基板２１、２２間を接続するインターコネクト等が太陽電池素子及びセパレータ内に設けられず、独立に設けられているため電解質による腐食がなく、半導体電極の面積を大きくすることができる。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配設される１組の基板２１及び透光性基板２２と、該基板２１上に配列される２以上の太陽電池素子３と、該各太陽電池素子３を直列及び／又は並列に接続するインターコネクト４と、該各太陽電池素子３及びインターコネクト４を区画するセパレータ５と、該基板２１及び該透光性基板２２上に形成され、該各太陽電池素子３及びインターコネクト４を接続する集電電極と、を備えることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
上記太陽電池素子３は、上記基板２１の一面側に配設された触媒電極３１と、上記透光性基板２２の一面側に配設された増感色素を有する半導体電極３２と、該半導体電極３２の少なくとも一部に含有され、且つ該半導体電極３２と該触媒電極３１との間に充填された電解質３３と、を備える請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
上記透光性基板２２側に形成される集電電極６２は、多数の金属線を平行に配列して形成される請求項１又は２記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
上記金属線は、タングステン線である請求項３記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
上記基板２１はセラミック製であり、該基板２１側に形成される集電電極６１は、タングステン粉体の焼結物である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池に関する。更に詳しくは、本発明は、複数の太陽電池素子を備え、太陽電池素子間を接続するインターコネクトを太陽電池素子間以外の基板端部に設けることによって、簡単な構造で直列構造が形成でき、半導体電極の面積を大きくすることができる色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）等を用いた太陽電池が実用化され、主力技術となっている。これらの太陽電池では光電変換の効率も２０％近くあり優れている。しかし、シリコン系太陽電池は素材製造にかかるエネルギーコストが高く、環境負荷などの面でも課題が多く、価格及び材料供給等における制限もある。一方、Ｇｒａｔｚｅｌ等により提案された色素増感型太陽電池が安価な太陽電池として注目されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照。）。この太陽電池は、増感色素を担持させたチタニア多孔質電極と対極との間に電解質を介在させた構造を有し、現行のシリコン系太陽電池に比べて光電変換効率は低いものの、材料、製法等の面で大幅なコストダウンが可能である。
【０００３】
しかし、使用する電解質は、ヨウ素等の電極部材等に対する反応性が高いものである。このため、一つの色素増感型太陽電池に複数の太陽電池素子を具備し、これら素子を接続するインターコネクトをセル間に配置する場合、インターコネクトを構成する材料は耐食性を持つ必要があるが、耐蝕性の高いタングステン及びチタン等の材料は加工性が悪く利用し難い。また、耐蝕性の低い一般的な集電材を使用すると、その材料を被覆する保護層を設ける必要があり、且つ充分な耐久性を得るためには太陽電池の基板平面方向に保護層を幅広く設ける必要がある。その結果、太陽電池素子の数が多くなる程太陽電池素子間の発電に寄与しない面積が大きくなる。
【０００４】
また、１つの基板の表面に半導体電極及び触媒電極を交互に設けることによって各太陽電池素子の直列接続を１基板上のみでできるようにし、基板間の電極を接続するインターコネクトを不要とする色素増感型太陽電池が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
しかし、半導体電極側から受光する太陽電池素子と触媒電極側から受光する太陽電池素子とでは発電性能に差が生じるため、太陽電池全体の発電性能が制限されてしまう問題があった。更に、２枚の基板のそれぞれに半導体電極及び触媒電極を共に設ける必要があるため、製造工程が煩雑となる問題があった。
【０００５】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ誌（第３５３巻、ｐｐ．７３７−７４０、１９９１年）
【特許文献１】特開平１−２２０３８０号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００２／０５２６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、複数の太陽電池素子を備え、太陽電池素子間を接続するインターコネクトを太陽電池素子間以外の基板端部に設けることによって、簡単な構造で直列構造が形成でき、半導体電極の面積を大きくすることができる色素増感型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】
【０００７】
本発明の色素増感型太陽電池は、以下の通りである。
１．対向して配設される１組の基板２１及び透光性基板２２と、該基板２１上に配列される２以上の太陽電池素子３と、該各太陽電池素子３を直列及び／又は並列に接続するインターコネクト４と、該各太陽電池素子３及びインターコネクト４を区画するセパレータ５と、該基板２１及び該透光性基板２２上に形成され、該各太陽電池素子３及びインターコネクト４を接続する集電電極と、を備えることを特徴とする色素増感型太陽電池。
２．上記太陽電池素子３は、上記基板２１の一面側に配設された触媒電極３１と、上記透光性基板２２の一面側に配設された増感色素を有する半導体電極３２と、該半導体電極３２の少なくとも一部に含有され、且つ該半導体電極３２と該触媒電極３１との間に充填された電解質３３と、を備える上記１．記載の色素増感型太陽電池。
３．上記透光性基板２２側に形成される集電電極６２は、多数の金属線を平行に配列して形成される上記１．又は上記２．記載の色素増感型太陽電池。
４．上記金属線は、タングステン線である上記３．記載の色素増感型太陽電池。
５．上記基板２１はセラミック製であり、該基板２１側に形成される集電電極６１は、タングステン粉体の焼結物である上記１．乃至４．のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
【発明の効果】
【０００８】
本各発明の色素増感型太陽電池によれば、基板２１、２２間を接続するインターコネクト４等が太陽電池素子３及びセパレータ５内に設けられず、独立に設けられているため電解質による腐食の問題がなく、耐腐食性の制約がなく低抵抗で安価な材質の導電材料を用いることができる。また、セパレータ５内等にインターコネクト４を設ける場合よりも、インターコネクト４を保護するための場所を必要としないため、光を受ける半導体電極３２の面積をより広く確保することができ、より多く発電することができる。
また、基板２１側に触媒電極３１を設け、透光性基板２２側に半導体電極３２を設ける太陽電池素子３を用いる場合は、各太陽電池素子３の発電性能を均一にすることが容易であり、色素増感型太陽電池の発電性能を安定させることができる。
更に、多数の金属線を平行に配列した集電電極６２を透光性基板２２に用いる場合は、透光性を著しく損なうことなく、高い導電性を得ることができ、電池の内部抵抗を低くすることができる。
また、金属線にタングステン線を用いる場合は、腐食性の高い電解質を用いても腐食されにくく、耐久性を高くすることができる。
更に、基板２１側に形成される集電電極６１がタングステン粉体の焼結物である場合は、透光性基板２２側の集電電極６２の形成可能な形状に制限があっても集電電極６１のパターンを集電電極６２の直下に位置するよう自由に形成することができるため必要な配線を容易におこなうことができる。
特に、このような集電電極６１は、多数のタングステン線を平行に配列して形成される集電電極６２を用いる場合に適する。このような集電電極６２は、形状が直線状に制限されるため、集電電極６２の位置に合わせてインターコネクト４を配設し、そのインターコネクト４を接続するように、集電電極６２のパターンに屈曲部を形成するのが好ましい。このような屈曲部と耐腐食性とを備えるパターンの集電電極６１を形成するには、タングステン粉体の焼結物が適する。更に、基板２１がセラミック製であるため、集電電極６１をタングステン粉体の焼結によって形成しても基板２１の変形等がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１〜９を例にして本発明の色素増感型太陽電池を詳細に説明する。
上記「基板２１」は、透光性を有していてもよいし、透光性を有していなくてもよい。透光性を有していない基板２１は、例えばセラミックスにより形成することができる。セラミック基板は強度が大きく、この基板が支持基板となって優れた耐久性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。セラミック基板の形成に用いられるセラミックは特に限定されず、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック及び炭化物系セラミック等の各種セラミックスを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。セラミックスとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等が好ましく、アルミナが特に好ましい。
【００１０】
基板２１がセラミックスからなる場合、その厚さは特に限定されないが、１００μｍ〜５ｍｍとすることができ、３００μｍ〜４ｍｍ、特に５００μｍ〜２ｍｍ、更に７００μｍ〜１．５ｍｍとすることができる。セラミック基板の厚さが１００μｍ〜５ｍｍ、特に５００μｍ以上であれば、この強度の大きい基板が支持基板となり、優れた耐久性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
【００１１】
透光性を有する基板２１は、ガラス及び樹脂シート等を用いて形成することができる。この基板２１が樹脂シートからなるとき、この樹脂シートの形成に用いる樹脂としては、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等のポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチリデンノルボルネン等の各種の熱可塑性樹脂が挙げられる。基板２１の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、透光性の指標である下記の透過率が６０〜９９％、特に８５〜９９％となる厚さであることが好ましい。
ここでいう透光性とは、波長４００〜９００ｎｍの可視光の透過率が１０％以上であることを意味する。この透過率は６０％以上、特に８５％以上であることが好ましい。以下、透光性の意味及び好ましい透過率はすべて同様である。
透過率（％）＝（透過した光量／入射した光量）×１００
【００１２】
基板２１に対向して配置される上記「透光性基板２２」としては、上記基板２１が透光性を有する場合と同様にガラス、樹脂シート等からなる基板が挙げられる。樹脂シートは特に限定されず、上記の各種の樹脂からなるシートが挙げられる。
基板２１は、ガラス、樹脂及びセラミックス等により形成することができ、透光性基板２２は、ガラス及び樹脂等により形成することができるが、基板２１側からの入射光が望めない場合、基板２１はセラミック基板であり、透光性基板２２はガラス基板であることが好ましい。また、基板２１はアルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等からなるセラミック基板であり、透光性基板２２はガラス基板であることがより好ましく、基板２１はアルミナ基板であり、透光性基板２２はガラス基板であることが特に好ましい。
透光性基板２２の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、上記の透過率が６０〜９９％、特に８５〜９９％となる厚さであることが好ましい。
【００１３】
上記「インターコネクト４」は、各太陽電池素子３を直列及び／又は並列に接続するために、基板２１及び透光性基板２２上の集電電極６間を接続する配線である。インターコネクト４は任意の導電体を用いることができ、例えば金属、炭素及び導電性プラスティックを用いることができる。また、導電体を混入した導電性接着剤及び導電性ゴム等も用いることができる。これら導電性接着剤及び導電性ゴムを用いる場合は、基板２１及び透光性基板２２間の間隔に幅があっても断線しにくく、導通を維持することが容易である。
尚、インターコネクト４は太陽電池素子３及びセパレータ５内に設けることはないため、電解質３３による腐食を受けることはなく、特に耐腐食性を求める必要はない。
【００１４】
上記「セパレータ５」は、各太陽電池素子３及びインターコネクト４が接触しないように、基板２１及び透光性基板２２間の空間を区画するものである。セパレータ５は、太陽電池素子３に含まれる電解質３３が区画外へ漏出しなければよく、材質として樹脂及びガラス等を例示することができる。
セパレータ５に用いる樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。更に、この封着はガラスによりおこなうこともでき、特に長期の耐久性を必要とする太陽電池では、ガラスにより封着することが好ましい。
【００１５】
上記「集電電極」は、太陽電池素子３の触媒電極３１及び半導体電極３２と、インターコネクト４とに接続される配線である。集電電極を設けることで、触媒電極３１及び半導体電極３２の導電性の低さを補い、電池の内部抵抗を低くすることができる。
基板２１側の集電電極６１は、透光性の有無を問わず金属及び炭素等からなる任意の導電体を用いることができる。このうち、金属においてはタングステン、チタン及びニッケル等の耐食性に優れたものが好ましい。
また、基板２１がセラミック製等の耐熱性の材質であるとき、基板２１側の集電電極６１をタングステン粉体の焼結物を用いて形成することができる。この焼結物は任意の方法で形成することができるが、例えばタングステン粉体を含むペースト等を用いて基板２１に印刷形成し、その後焼成することによって形成することができる。また、基板２１の未焼成体上にタングステン粉体を含むペースト等を所定のパターンに塗布し、その後一体焼成することによって形成することができる。
集電電極６１をタングステン粉体の焼結物を用いると、透光性基板２２側の集電電極６２の形成可能な形状に制限があっても集電電極６１の一端側を集電電極６２の直下に位置するように屈曲部等を備えたパターンを形成し、これらを接続するインターコネクト４を設けることができるため、必要な配線を容易におこなうことができる。特に、多数のタングステン線を平行に配列して形成される集電電極６２は、直線状に制限されるため、タングステン粉体の焼結物を用いた集電電極６１が適する。更に、基板２１がセラミック製であるため、集電電極６１をタングステン粉体の焼結によって形成しても基板２１の変形等がない。尚、集電電極６２のパターン形状は特に限定されない。
【００１６】
また、透光性基板２２側の集電電極６２は、透光性を有する構成であればよく、簾状、格子状及びスリットを多数形成した形状等の任意のパターンからなる導電体、透光性導電膜、並びに導電体及び透光性導電膜を併用したもの等を例示することができる。
このうち、簾状のパターンからなる導電体、特に、多数の金属線を平行に配列した集電電極が好ましい（例えば図６を参照）。この例として直径が１〜１００μｍ（特に好ましくは５〜５０μｍ、更に好ましくは１０〜２０μｍ）のタングステン等の耐食性の高い材質からなる細線を一定間隔で簾のように平行に配列することを挙げることができる。この間隔は、任意に選択することができるが、小さければ入射光を遮り、大きければ集電電極としての効果が低くなる。従って隣接する金属線間の隙間を１０〜５００μｍ（特に好ましくは２０〜２００μｍ、更に好ましくは３０〜１００μｍ）とするのが好ましい。
【００１７】
透光性導電膜の材質は特に限定されず、導電性酸化物からなる薄膜、金属薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム及び酸化亜鉛等が挙げられる。また、金属としては、白金、金、銅、アルミニウム、ロジウム及びインジウム等が挙げられる。この透光性導電膜の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、表面抵抗が１００Ω／ｃｍ２以下、特に１〜１０Ω／ｃｍ２となる厚さであることが好ましい。
透光性導電膜の形成方法は特に限定されず、例えば金属、導電性酸化物等の微粒子を含有するペーストを、基板２１及び／又は透光性基板２２の表面に塗布して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。また、透光性導電膜は、金属、導電性酸化物等を用いたスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等により形成することもできる。
尚、基板２１側の集電電極６１を透光性にする場合は、透光性基板２２側の集電電極６２と同様の構成にすることができる。
【００１８】
上記「太陽電池素子３」は、増感色素を有する半導体電極３２を具備する太陽電池素子であり、この構成の例として、基板２１の一面側に配設された触媒電極３１と、透光性基板２２の一面側に配設された増感色素を有する半導体電極３２と、半導体電極３２の少なくとも一部に含有され、且つ半導体電極３２と触媒電極３１との間に充填された電解質３３と、を備えることを挙げることができる（例えば図１を参照）。
太陽電池素子３同士の接続は、直列接続及び並列接続のいずれであってもよい。また、直列接続及び並列接続を組み合わせてもよいし、一部の太陽電池素子３が独立していてもよい。
【００１９】
上記「触媒電極３１」は、基板２１の一面側に配設される（図１及び図８〜９参照）。この触媒電極３１は、触媒活性を有する物質、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、透光性導電膜等の形成に用いられる導電性酸化物及び導電性プラスティックのうちの少なくとも１種により形成することができる。触媒活性を有する物質としては、白金、ロジウム等の貴金属（但し、金及び銀は電解質等に対する耐腐食性が低いため好ましくない。以下、電解質等が接触し得る部分には同様に銀は好ましくない。）、カーボンブラック等が挙げられ、これらは併せて導電性を有する。触媒電極３１は、触媒活性を有し、且つ電気化学的に安定な貴金属により形成することが好ましく、触媒活性が高く、電解質に対する耐腐食性が高い白金を用いることが特に好ましい。
【００２０】
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いる場合、触媒電極３１に混合されて用いられる金属としては、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル及びタングステン等が挙げられる。更に、触媒電極３１に混合されて用いられる導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。更に、この導電性高分子としては、導電性を有さない樹脂に各種の導電性物質を配合して調製したものが挙げられる。この導電性を有さない樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリオレフィン及びポリ塩化ビニル等が挙げられる。更に、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂及びフェノール樹脂等が挙げられる。また、導電性物質も特に限定されず、カーボンブラック、アルミニウム、ニッケル、クロム及びタングステン等の金属、ポリアニリン、ポリピロール及びポリアセチレン等の導電性プラスティックなどが挙げられる。導電性物質としては、導電性と触媒活性とを併せて有する貴金属及びカーボンブラックが特に好ましい。導電性物質は１種のみを用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いる場合、上記の触媒活性を有する物質の含有量は、金属、導電性酸化物、導電性高分子等を１００質量部（以下、「部」という。）とした場合に、１〜９９部、特に５０〜９９部であることが好ましい。
【００２１】
このように、触媒電極３１は、導電性及び触媒活性を有する物質により形成することができる。また、触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも１種により形成することもできる。更に、触媒電極３１は、１種の材料のみからなる層でもよく、２種以上の材料からなる混合層でもよい。また、触媒電極３１は、単層でもよく、金属層、導電性酸化物層、導電性高分子層、並びに金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの２種以上からなる混合層のうちの２層以上からなる多層の触媒電極でもよい。この触媒電極３１の厚さは特に限定されないが、単層及び多層のいずれの場合も、３ｎｍ〜１０μｍ、特に３ｎｍ〜２μｍとすることができる。触媒電極３１の厚さが３ｎｍ〜１０μｍであれば、十分に抵抗の低い触媒電極３１とすることができる。
【００２２】
触媒活性を有する物質からなる触媒電極３１は、触媒活性を有する物質の微粒子を含有するペーストを、基板２１等の表面に塗布して形成することができる。また、触媒活性を有する物質を含有する金属、導電性酸化物からなる触媒電極３１も、触媒活性を有する物質の場合と同様の方法により形成することができる。この塗布方法としては、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。更に、これらの触媒電極３１は、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等により、基板２１等の表面に金属等を堆積させて形成することもできる。
【００２３】
また、触媒活性を有する物質を含有する導電性高分子からなる触媒電極３１は、導電性高分子と、粉末状又は繊維状等の触媒活性を有する物質とを、バンバリーミキサ、インターナルミキサー、オープンロール等の装置により混練して調製した樹脂組成物をフィルムに成形し、このフィルムを基板２１等の表面に接合して形成することもできる。更に、樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散させて調製した溶液又は分散液を基板２１等の表面に塗布し、乾燥して、溶媒を除去し、必要に応じて加熱して形成することもできる。尚、触媒電極３１が混合層であるときは、含有される材料の種類に応じて、上記の各種の方法等のうちの適宜の方法により形成することができる。
【００２４】
上記「半導体電極３２」は、透光性基板２２の一面側に配設される（図１、７及び９参照）。この半導体電極３２を構成する半導体電極基体は、金属酸化物、金属硫化物等により形成することができる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル及びジルコニア等が挙げられる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム及びチタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。更に、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛及び硫化ビスマス等が挙げられる。
【００２５】
半導体電極基体の作製方法は特に限定されず、例えば、金属酸化物、金属硫化物等の半導体微粒子を含有するペーストを、透光性基板２２等の表面に塗布して未焼成半導体電極基体を形成し、その後、焼成することにより作製することができる。ペーストの塗布方法も特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等が挙げられる。このようにして作製された半導体電極基体は半導体微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００２６】
また、半導体電極基体は、透光性基板２２等の表面に、金属酸化物、金属硫化物等の半導体微粒子及び少量の有機高分子等が分散されたコロイド溶液を塗布して未焼成半導体電極基体を形成し、その後、乾燥し、次いで、加熱して有機高分子を分解させて除去する等の工程により作製することもできる。このコロイド溶液も、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法により塗布することができる。この方法により作製した半導体電極基体も半導体微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００２７】
半導体電極３２の厚さは特に限定されないが、０．１〜１００μｍとすることができ、１〜５０μｍ、特に２〜４０μｍ、更に５〜３０μｍとすることが好ましい。この半導体電極３２の厚さが０．１〜１００μｍであれば、光電変換が十分になされ、発電効率が向上する。また、半導体電極３２は、その強度並びに透光性基板２２等との密着性を向上させるため熱処理することが好ましい。熱処理の温度及び時間は特に限定されないが、熱処理温度は４０〜７００℃、特に１００〜５００℃、熱処理時間は１０分〜１０時間、特に２０分〜５時間とすることが好ましい。尚、透光性基板２２として樹脂シートを用いるときは、樹脂が熱劣化しないように適温で熱処理することが好ましい。
【００２８】
半導体電極３２が有する上記「増感色素」としては、光電変換の作用を向上させる錯体色素及び有機色素を用いることができる。錯体色素としては金属錯体色素が挙げられ、有機色素としてはポリメチン色素、メロシアニン色素等が挙げられる。金属錯体色素としてはルテニウム錯体色素及びオスミウム錯体色素等が挙げられ、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。更に、光電変換がなされる波長域を拡大し、光電変換効率を向上させるため、増感作用が発現される波長域の異なる２種以上の増感色素を併用することもできる。この場合、照射される光の波長域と強度分布とによって併用する増感色素の種類及びそれらの量比を設定することが好ましい。また、増感色素は半導体電極３２に結合するための官能基を有することが好ましい。この官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、シアノ基等が挙げられる。
【００２９】
半導体電極基体に増感色素を付着させる方法は特に限定されず、例えば、増感色素を有機溶媒に溶解させた溶液に半導体電極基体を浸漬し、溶液を含侵させ、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることができる。また、この溶液を、半導体電極基体に塗布し、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることもできる。この塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更に、この溶液は、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の印刷法により塗布することもできる。
【００３０】
増感色素の付着量は半導体電極１ｇに対して０．０１〜１ミリモル、特に０．５〜１ミリモルであることが好ましい。付着量が０．０１〜１ミリモルであれば、半導体電極における光電変換が効率よくなされる。また、半導体電極に付着しなかった増感色素が電極周辺に遊離していると、変換効率が低下することがある。そのため、増感色素を付着させる処理の後、半導体電極を洗浄して余剰の増感色素を除去することが好ましい。この除去は、洗浄槽を用いてアセトニトリル等の極性溶媒及びアルコール系溶媒などの有機溶媒で洗浄することによりおこなうことができる。また、電極基体に多くの増感色素を付着させるためには、半導体電極を加熱して、浸漬、塗布等の処理をおこなうことが好ましい。この場合、半導体電極の表面に水が吸着するのを避けるため、加熱後、常温に降温させることなく４０〜８０℃で速やかに処理することが好ましい。
【００３１】
上記「電解質３３」は、半導体電極３２の少なくとも一部に含有され、且つ半導体電極３２と触媒電極３１との間に充填される。電解質３３は、通常、半導体電極３２の全体に含有され、また、半導体電極３２と触媒電極３１との間の全体に充填される。
電解質としては、（１）Ｉ２とヨウ化物、（２）Ｂｒ２と臭化物、（３）フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、（４）ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、（５）ビオロゲン色素、（６）ヒドロキノン−キノン、などを含有する電解質が挙げられる。（１）におけるヨウ化物としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などが挙げられる。また、（２）における臭化物としては、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の４級アンモニウム化合物の臭素塩などが挙げられる。これらの電解質のうちでは、Ｉ２と、ＬｉＩ及びピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩と、を組み合わせてなる電解質が特に好ましい。これらの電解質は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００３２】
電解質３３は、各種の添加剤等とともに溶媒に配合し、電解質溶液として用いることができる。この溶媒は、粘度が低く、イオン易動度が高く、十分なイオン伝導性を有するものであることが好ましい。このような溶媒としては、（１）エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、（２）３−メチル−２−オキサゾリジノン等の複素環化合物、（３）ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル類、（４）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、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、（５）メタノール、エタノール、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、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のモノアルコール類、（６）エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、（７）アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、（８）ジメチルスルフォキシド、スルフォラン等の非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの溶媒は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００３３】
更に、電解質３３として常温溶融塩を用いることができる。この場合は、溶媒を用いて電解質溶液とすることができる。また、電解質を単独で用いることもできる。この常温溶融塩としては、ヨウ化物の常温溶融塩を用いることができる。このヨウ化物の常温溶融塩としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、ピラゾリジウム塩、イソチアゾリジニウム塩及びイソオキサゾリジニウム塩等の各種の常温溶融塩が挙げられる。ヨウ化物の常温溶融塩のうちではイミダゾリウム塩が好ましい。これらの常温溶融塩は種類の異なる２種以上を併用することもできる。
【００３４】
電解質溶液を用いる場合、この溶液は、基板２１、透光性基板２２及びセパレータ５によって形成される空間に電解質溶液を注入し、含有させ、充填させることができる。この空間への電解質溶液の注入は、基板２１の側からでも、透光性基板２２の側からでもよく、穿孔し易い側に注入口を設け、この注入口から注入することが好ましい。尚、注入口は１個でよいが、空気抜きのため更に他の孔を設けることもできる。このように空気抜きのための孔を設けることで、電解質溶液をより容易に注入することができる。
【００３５】
尚、太陽電池素子３を構成する要素は上記に限られず、例えば、光散乱粒子からなる光散乱層を設けることができる。光散乱層を設けることによって発電に利用されなかった光を散乱させて再度半導体電極３２に向かわせて発電することができる。
光散乱層を設ける位置は任意に選択することができ、半導体電極３２と基板２１の間の任意の位置に設けることができる。また、触媒電極３１及び／又は半導体電極３２に光散乱粒子を含有させて光散乱層とすることができる。この光散乱粒子としては、光発電に用いることができる波長の光を散乱させることができる任意の粒子を用いることができる。この粒子としては、金属酸化物等からなるものが挙げられる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル及びジルコニア等が挙げられる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム及びチタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。
【００３６】
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法は特に限定されず、例えば、基板２１及び透光性基板２２の太陽電池素子形成面に集電電極６１、６２及びセパレータ５を形成し、また、基板２１の一面側に触媒電極３１を形成し、透光性基板２２の一面側に半導体電極３２を形成し、その後、触媒電極３１と半導体電極３２とを対向させてセパレータ５を介して基板２１及び透光性基板２２を接合し、次いで、半導体電極３２の少なくとも一部等に電解質３３を含有させる方法を挙げることができる。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例により本発明の色素増感型太陽電池を具体的に説明する。
本実施例は図１及び図９に示すように、長尺の太陽電池素子３を平行に配列し、直列接続した色素増感型太陽電池である。この色素増感型太陽電池は、以下の手順に従って作製した。
（１）基板２１側の作製
平板でアルミナ製の基板２１上に、基板側集電電極６１となるタングステンペーストを触媒電極３１及びインターコネクト４を接続できるパターンでスクリーン印刷法によって塗布した。次いで、マッフル炉で５００℃３０分間焼成して集電電極６１を形成した（図２を参照）。その後、集電電極６１上に触媒となる白金ペースト（Solaronix社製、Pt-Catalyst TSP）をスパッタリングで形成した（図３を参照）。次いで、厚さ５０μｍの熱硬化性樹脂シートを積層して所定の高さの未硬化セパレータ５’を形成した（図４を参照）。集電電極６１パターンは、図９に示すようにインターコネクト４を介して集電電極６２と接続できるよう、図２に示すように屈曲部Ｌを一端側に備えている。
【００３８】
（２）半導体電極３２を設けた透光性基板２２の作製
ガラス板製基板２２の一面に集電電極６２の一部となるＦＴＯ製透明導電膜６２２を、半導体電極３２及びインターコネクト４を接続できるパターンで形成した（図５を参照）。次いで、このパターン上に直径１０μｍのタングステン線６２１を、パターンの長尺方向に３０μｍ間隔で平行に配列し仮止めを行った（図１、６を参照）。その後、粒径が５〜３００ｎｍのチタニア粒子を含有するペースト（Ti-Nanoxide D/SP 13um/300um）をスクリーン印刷法によって塗布し、１２０℃、３０分乾燥して未焼成半導体電極基体を形成した。次いで、マッフル炉で５００℃３０分間焼成した。
その後、ルテニウム有機錯体（[Ru2,2bipyridil-4,4-dicarboxylate(TBA)2(NCS)2]）をアセトニトリル・t-ブタノール混合溶媒に溶解させ、５×１０−４Ｍアセトニトリル・t-ブタノール溶液を調製した。この溶液に、半導体電極基体を１８時間浸漬し、電極表面に増感色素となるルテニウム錯体を担持させ、半導体電極３２を積層した透光性基板２２を作製した（図７を参照）。
【００３９】
（３）基板２１及び透光性基板２２の接合
次いで、基板２１のインターコネクト４の形成位置に、熱硬化性樹脂に銅粉末が配合された導電性接着剤を塗布した（図８を参照）。その後、基板２１及び透光性基板２２を図９に示すように対向させ、加熱することによってインターコネクト４となる導電性接着剤、及び未硬化セパレータ５’を硬化させて、セパレータ５及びインターコネクト４を形成した。
次いで、これらによって形成される空間にヨウ素電解液を別途設けた注入口から注入した後、接着剤を充填して注入口を封止し、図１に示す本色素増感型太陽電池１を作製した。
尚、ヨウ素電解液は、ブチロニトリルに、０．１モルのヨウ化リチウム、０．０５モルのヨウ素、０．５モルの４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン及び０．６モルの１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨーダイドを溶解させたものを用いた。
【００４０】
尚、本発明では、上記の実施例の記載に限られず、目的、用途等によって、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、電解質３３としては、不揮発性のイミダゾリウム塩等のイオン性液体及びこのイオン性液体をゲル化させたもの、並びにヨウ化銅、チオシアン化銅等の固体を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施例の色素増感型太陽電池において、太陽電池素子の構造を説明するための模式断面図である。
【図２】基板上に集電電極が形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図３】基板上に集電電極及び触媒電極が形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図４】基板上に集電電極、触媒電極及び未硬化セパレータが形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図５】透光性基板上に透光性導電膜からなる集電電極が形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図６】透光性基板上に平行に配列された金属線及び透光性導電膜からなる集電電極が形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図７】透光性基板上に集電電極及び半導体電極が形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図８】基板上に集電電極、触媒電極、未硬化セパレータ及び未硬化インターコネクトが形成された状態を説明するための模式平面図である。
【図９】基板及び透光性基板を接合するときの、インターコネクト及び集電電極の組合せを説明するための模式平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１；色素増感型太陽電池、２１；基板、２２；透光性基板、３；太陽電池素子、３１；触媒電極、３２；半導体電極、３３；電解質、４；インターコネクト、５；セパレータ、６１；基板側集電電極、６２；透光性基板側集電電極。
【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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