(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性が高く、経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】第１電極基材１１上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、電解質を介して上記多孔質層１２および上記触媒層２２が対向するように配置されている色素増感型太陽電池１０であって、上記第１電極基材１１または上記第２電極基材２１のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とする色素増感型太陽電池１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および前記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置されており、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、
前記第１電極基材または前記第２電極基材のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記第２電極基材が前記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、前記第１電極基材が透明性を有する基材であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記第１電極基材が前記ステンレス鋼基材を電極層として有し、前記ステンレス鋼基材表面に、導電性を有するバッファー層を有するものであり、かつ、前記第２電極基材が透明性を有する基材であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および前記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置されており、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、
前記第1電極基材または前記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、
質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記第２電極基材が前記ステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とする請求項４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
前記ステンレス鋼の少なくとも一部がオーステナイト化されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および前記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置され、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、前記第１電極基材または前記第２電極基材のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項８】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および前記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記触媒層が対向するように配置され、前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、前記第1電極基材または前記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有する色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層中のヨウ化物イオンによる電極基材の腐食を防止することができ、高品質で低コストな色素増感型太陽電池に関するものである。
【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、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、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、色素増感型太陽電池が注目され、研究開発が進められている。
【０００３】
色素増感型太陽電池の一般的な構成の一例を図９に示す。図９に例示するように、一般的な色素増感型太陽電池１００は、電極としての機能を備えた第１電極基材１１１、および第１電極基材１１１上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１１２を有する酸化物半導体電極基板１１０と、電極としての機能を備えた第２電極基材１２１、および第２電極基材１２１上に形成された触媒層１２２を有する対極基板１２０とが、多孔質層１１２および触媒層１２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１１０および対極基板１２０の間に酸化還元対を含む電解質層１０３が形成され、色素増感型太陽電池１００の端部がシール剤１０４により封止された構成を有するものである。そして、多孔質層１１２における金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、第1電極基材１１１側から太陽光を受光することによって励起され、励起された電子が第１電極基材１１１へ伝導し、外部回路を通じて第２電極基材１２１へ伝導される。その後、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることによって発電するものである。なお、図９においては、第１電極基材１１１として、透明性を有する第１基材１１１ｂ上に透明電極層１１１ａが形成されている電極基材を用い、第２電極基材１２１として透明性を有する第２基材１２１ｂ上に透明電極層１２１ａが形成されている電極基材を用いた例を示しているが、色素増感型太陽電池においては、太陽光は第１電極基材または第２電極基材のいずれか一方の側から受光されるため、いずれか一方の電極基材が透明性を有する基材であればよい。
【０００４】
また近年、上述した色素増感型太陽電池の大面積化の要望が高まっており、上記第１電極基材または第２電極基材等に用いられる電極層に金属膜を適用することで、大面積素子においても電気の取り出し効率を高めようという試みがなされている。しかしながら、上記色素増感型太陽電池の電解質層にはヨウ化物イオンを含む電解質が使用されるため、上記電極層としては、ヨウ化物イオンに対して長期間安定して優れた耐腐食性を有する金属を用いる必要がある。このような金属としてはチタンや貴金属等を挙げることができるが、これらを色素増感型太陽電池の電極層に用いた場合は、製造コストが高くなるといった問題があった。
【０００５】
そこで、上記電極層の材料としてチタン、貴金属等に替わる安価な材料として、ステンレス鋼を用いることが検討されている（特許文献１）。しかしながら、従来のステンレス鋼を用いた電極層はチタン、貴金属等に比べてヨウ化物イオンに対する耐腐食性に劣り、実用化することができる程度の耐腐食性を有することが困難であるといった問題があった。そのため、色素増感型太陽電池の電極層として、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼が求められている（特許文献２）。
【０００６】
ここで、従来のステンレス鋼としては、一般的にＳＵＳ３０４が用いられており、ＳＵＳ３０４の組成範囲は、非特許文献１に記載されているように、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、Ｐ：０．０４５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：８．００％〜１０．００％、Ｃｒ：１８．００％〜２０．００％である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ  Ｇ４３０３：２００５
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１８７７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼を第１電極基材または第２電極基材の電極層に用いることにより、低コストで、ヨウ化物イオンによる腐食の影響が少なく、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は鋭意研究の結果、ヨウ化物イオンによるステンレス鋼の腐食は、ステンレス鋼に含有されるＮｉが原因であることを見出した。これにより、Ｎｉフリーのステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性に優れたものであることを見出し、本発明を達成するに至ったのである。
【００１１】
すなわち、本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第１電極基材または上記第２電極基材のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。
【００１２】
本発明によれば、色素増感型太陽電池の第１電極基材または第２電極基材が有する電極層として上記ステンレス鋼基材を用いることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い電極層とすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、電極層の材料としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００１３】
本発明においては、上記第２電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第１電極基材が透明性を有する基材であることが好ましい。上記構成とすることにより、酸化物半導体電極基板側から太陽光を受光することが可能となり、多孔質層中の色素増感剤に、光のロスを最小限にして、光を入射することができる。
【００１４】
本発明においては、上記第１電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、上記ステンレス鋼基材表面に、導電性を有するバッファー層を有するものであり、かつ、上記第２電極基材が透明性を有する基材であることが好ましい。上記多孔質層からステンレス鋼基材へはエネルギー準位の違い（エネルギーギャップを有すること）から電子が流れにくいことがあり、この場合、色素増感型太陽電池の性能が低下する可能性が考えられるが、上記バッファー層を有することにより、上記の色素増感型太陽電池の性能の低下を防止することが可能となる。
【００１５】
本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。
【００１６】
本発明によれば、上記ステンレス鋼補助電極基材を用いることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い透明な電極層とすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、色素増感型太陽電池の電極層としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００１７】
本発明においては、上記第２電極基材が上記ステンレス鋼補助電極基材を有することが好ましい。これにより、発電効率の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
【００１８】
本発明においては、上記ステンレス鋼の少なくとも一部がオーステナイト化されたものであることが好ましい。これにより、上記ステンレス鋼の強度、およびヨウ化物イオンに対する耐腐食性を高いものとすることができる。
【００１９】
本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、上記第１電極基材または上記第２電極基材のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールを提供する。
【００２０】
また、本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されており、上記第1電極基材または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有する色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールを提供する。
【００２１】
本発明によれば、上述した色素増感型太陽電池を有することにより、第１電極基材または第２電極基材が有する電極層をヨウ化物イオンの腐食による影響を受けにくく、経時的な劣化の少ないものとすることができることから、高品質な色素増感型太陽電池モジュールとすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼を第１電極基材または第２電極基材の電極層の材料に用いることにより、ヨウ化物イオンによる腐食の影響が少ないものとすることができることから、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、上述したステンレス鋼は、チタン、貴金属等に比べて安価であるため、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の色素増感型太陽電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の色素増感型太陽電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の色素増感型太陽電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の色素増感型太陽電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の色素増感型太陽電池の他の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の色素増感型太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の色素増感型太陽電池モジュールの他の一例を示す概略断面図である。
【図９】色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池モジュールについてそれぞれ説明する。
【００２５】
Ａ．色素増感型太陽電池
まず、本発明の色素増感型太陽電池について説明する。
ここで、本発明においては、第１電極基材および第２電極基材の両方を示す場合は、単に電極基材と表現する場合がある。また、上記電極基材は、少なくとも電極層を有しているのであれば特に限定されるものではなく、電極層のみからなるものであってもよいし、基材、および基材上に形成された電極層を有するものであってもよいし、上述した構成以外に必要な部材が追加されたものであってもよい。
【００２６】
近年、上述した第１電極基材または第２電極基材に用いられる電極層に金属膜を適用することが検討されている。
しかしながら、色素増感型太陽電池に用いられる電解質には、通常、ヨウ化物イオンが含まれており、上記ヨウ化物イオンは多くの金属材料に対する腐食性が高いことが知られていることから、上記電極層に金属膜を用いる場合は、ヨウ化物イオンによる電極層の腐食が問題となる。上記ヨウ化物イオンが上記金属膜からなる電極層を腐食した場合に発生する問題としては、色素増感型太陽電池の電流値の低下等が挙げられる。この理由については明らかではないが、次のように考えられる。
すなわち、色素増感型太陽電池に用いられる上記金属等からなる電極層がヨウ化物イオンと反応すると、金属ヨウ化物が生成される。また、生成された上記金属ヨウ化物については、電極層表面上に析出する場合、または、上記電極層から溶出した金属イオンと上記ヨウ化物イオンとが電解質層中で反応したときは電解質層中に析出する場合が考えられるが、いずれの場合も電解質層中のヨウ化物イオンが減少したり、電子の授受を阻害するという問題が考えられる。
【００２７】
したがって、色素増感型太陽電池の電極層としては、ヨウ化物イオンと反応が起こりにくい、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い金属材料を用いることが必要である。このような金属材料としては、チタン、貴金属等を挙げることができるが、これらの金属材料はいずれも高価であることから色素増感型太陽電池の製造コストが高くなるといった問題があった。
【００２８】
一方、本発明においては、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼を電極層の材料として用いることにより、上述したＴｉ、貴金属等の金属材料と同等のヨウ化物イオンに対する耐腐食性を示す電極層を上記金属材料に比べて安価に得ることが可能となる。よって、本発明においては、色素増感型太陽電池を低コストで得ることが可能となる。
【００２９】
なお、本発明に用いられるステンレス鋼の組成を分析する際に用いられる分析用試料採取方法及び分析方法は、ＪＩＳ Ｇ０３２１（鋼材の製品分析方法及びその許容変動値）に基づいて行うものとする。
【００３０】
ここで、上記ステンレス鋼がヨウ化物イオンに対して高い耐腐食性を示す理由としては明らかではないが、次のように考えられる。
まず、上記ステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対して耐腐食性の高いＣｒの含有量が多いことから高い耐腐食性を示すことが考えられる。また、上記ステンレス鋼は、ヨウ化物イオンに対して耐腐食性の低いＮｉを含有しないことからも高い耐腐食性を示すことが考えられる。また、上記ステンレス鋼はフェライト系の結晶構造以外にも、少なくとも一部をオーステナイト化させることが可能であり、上記オーステナイト化されたステンレス鋼については、フェライト構造に比べて高い耐腐食性を有することが可能となることから、上記ステンレス鋼はヨウ化物イオンに対して高い耐腐食性を示すことが可能となる。また、一般的なステンレス鋼においては、オーステナイト系を固定化するためには、Ｎｉを必要とするが、本発明に用いられるステンレス鋼はＮによりオーステナイト系を固定化することが可能であり、Ｎｉを含まない構造とすることができることからも、高い耐腐食性を示すことが可能になるものと考えられる。
【００３１】
本発明の色素増感型太陽電池は、上記電極基材の構成により２つの実施態様に大別される。以下、各実施態様について説明する。
【００３２】
Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池
本実施態様の色素増感型太陽電池は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第１電極基材または上記第２電極基材のいずれか一方が、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有し、他方が透明性を有する基材であることを特徴とするものである。
【００３３】
本実施態様によれば、上記第１電極基材または第２電極基材のいずれか一方が上記ステンレス鋼基材を電極層として有することから、上記電解質層中のヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い電極層とすることができるため、電極層の経時的な劣化が少なく、高品質な色素増感型太陽電池とすることが可能となる。また、上記ステンレス鋼は、チタン、貴金属等の電極層の材料に比べて安価であるため、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００３４】
ここで、本実施態様の色素増感型太陽電池としては、具体的には、上記第１電極基材が透明性を有する基材であり、かつ、上記第２電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有する態様（以下、第１態様とする。）と、上記第１電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第２電極基材が透明性を有する基材である態様（以下、第２態様とする。）との２つの態様が考えられる。以下、各態様の色素増感型太陽電池についてそれぞれ説明する。
【００３５】
１．第１態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、上記第１電極基材が透明性を有する基材であり、かつ、上記第２電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有するものである。
【００３６】
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図１は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図１に示すように、本態様の色素増感型太陽電池１０は、透明性を有する基材である第１電極基材１１、および第１電極基材１１上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、ステンレス鋼基材を電極層として有する第２電極基材２１、第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されているものである。また、ステンレス鋼基材は、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるものである。さらに、第１電極基材１１は透明基材１１ｂ、および透明基材１１ｂ上に形成された透明電極層１１ａを有するものである。また、本態様においては、通常、色素増感型太陽電池１０の端部は、シール剤４によって封止がされるものである。
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材について説明する。
【００３７】
（１）対極基板
まず、本態様に用いられる対極基板について説明する。
本態様に用いられる対極基板は、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有するものである。以下、第２電極基材および触媒層についてそれぞれ説明する。
【００３８】
（ａ）第２電極基材
本態様に用いられる第２電極基材は、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有するものである。
【００３９】
ここで、「Ｎｉを含まない」とは、上記ステンレス鋼を得るための製銑・製鋼時に不可避的に混入する量以下であれば、上記ステンレス鋼をヨウ化物イオンに対する耐腐食性に優れたものとすることができる。
【００４０】
上記ステンレス鋼基材に用いられるステンレス鋼においては、Ｃｒの含有量を１８％〜２４％の範囲内としている。上記ステンレス鋼においては、Ｃｒの含有量が１８％未満になると、ステンレス鋼が上記範囲内のＮを含有することが困難となり、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高いステンレス鋼とすることが困難になる。また、本態様において第２電極基材として用いられる程度の耐腐食性を有することができるＣｒの含有量としては最大で２４％であるため、上記範囲とした。また、上記ステンレス鋼においては、Ｃｒは含有量が多い程、Ｎが入りやすくなり、力学的諸特性およびヨウ化物イオンに対する耐腐食性の向上に寄与することができる。
【００４１】
また、上記ステンレス鋼においては、Ｍｏの含有量を０％〜４％の範囲内としている。Ｍｏの添加によりＮの吸収が促進されるだけでなく、耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性も改善されるが、その含有量が４％を超えると、上記組成のステンレス鋼を得るための加工が困難になるからである。
【００４２】
このようなステンレス鋼基材としては、上述した組成を有するものであれば特に限定されるものではなく、フェライト型ステンレス鋼であってもよいし、一部がオーステナイト化したフェライト型ステンレス鋼であってもよいし、全部がオーステナイト化したステンレス鋼であってもよい。なかでも、一部がオーステナイト化したフェライト型ステンレス鋼、または全部がオーステナイト化したステンレス鋼であることが好ましい。上記ステンレス鋼をオーステナイト化させることにより、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性、および上記ステンレス鋼基材の強度を高めることが可能となるからである。
【００４３】
上記ステンレス鋼基材に用いられるステンレス鋼が、少なくとも一部オーステナイト化しているものについては、例えば以下のような加工によって得ることができる。
まず、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内含んだフェライト型ステンレス鋼の基材を準備し、これを窒素ガスを含む不活性ガスと８００℃以上で接触させて窒素吸収処理を行う。これにより、フェライト型ステンレス鋼は全体または一部がオーステナイト化し、強度および耐腐食性に優れ、Ｎｉを含まないステンレス鋼基材とすることができる。
【００４４】
また、本態様に用いられる第２電極基材としては、上記ステンレス鋼基材を電極層として有しているのであれば特に限定されるものではなく、上記ステンレス鋼基材のみを用いてもよいし、基材上に、上記ステンレス鋼基材からなる電極層が配置された基板を用いてもよい。なお、上記基材については、一般的な電極部材に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００４５】
本態様における第２電極基材が上記ステンレス鋼基材のみからなる場合、上記ステンレス鋼基材の膜厚としては、電極層としての機能を有し、かつ、ステンレス鋼基材上に触媒層を形成することにより対極基板として用いることができる程度の膜厚であれば、特に限定されるものではないが、１μｍ〜２００μｍの範囲内、なかでも５μｍ〜１００μｍの範囲内、特に５μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼基材の膜厚が上記範囲を超える場合は、近年要望が高まっている薄膜の色素増感型太陽電池を形成することができないからであり、上記ステンレス鋼基材の膜厚が上記範囲に満たない場合は、対極基板として用いることができる程度の自己支持性を有さないものとなる可能性があるからである。
【００４６】
（ｂ）触媒層
本態様に用いられる触媒層は、上述した第２電極基材上に形成されるものである。
【００４７】
上記第２電極基材に触媒層が形成されていることにより、本態様の色素増感型太陽電池をより発電効率に優れたものにすることができる。このような触媒層の例としては、例えば、上記第２電極基材上にＰｔを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、パラトルエンスルホン酸（ＰＴＳ）およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。
【００４８】
このような触媒層の膜厚としては、上記第２電極基材上に形成することができ、本態様の色素増感型太陽電池を発電効率に優れたものとすることができるのであれば特に限定されるものではないが、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内、なかでも１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内、特に１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記触媒層の膜厚が上記範囲を超える場合は、上記触媒層の材料や、上記触媒層を形成するための時間等が多くかかるため、本態様の色素増感型太陽電池の製造コストが高くなるからである。また、上記範囲に満たない場合は、上記第２電極基材上に触媒層を形成することが困難であるからである。
【００４９】
（２）酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。以下、本態様に用いられる第１電極基材、および多孔質層についてそれぞれ説明する。
【００５０】
（ａ）第１電極基材
本態様に用いられる第１電極基材は、透明性を有する基材である。本態様に用いられる第１電極基材の透明性としては、本態様の色素増感型太陽電池が上記酸化物半導体電極基板側から太陽光を受光することにより機能を発揮することができるように、太陽光を透過することができるものであれば特に限定されるものではないが、全光線透過率５０％以上であることが望ましい。なお、上記第１電極基材の透明性は、ＪＩＳ Ｋ７３６１-１:１９９７に準拠した測定方法により測定した値である。
【００５１】
このような透明性を有する基材としては、通常、透明基材および透明基材上に形成された透明電極層を有するものである。以下、透明基材および透明電極層についてそれぞれ説明する。
【００５２】
（ｉ）透明基材
本態様に用いられる透明基材としては、後述する透明電極層および多孔質層を形成することができる程度の自己支持性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明基材としては、例えば無機透明基材や樹脂製基材を用いることができる。このうち、樹脂製基材は、軽量であり、加工性に優れ、製造コストの低減ができるため好ましい。
【００５３】
上記樹脂製基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂からなる基材等を挙げることができる。なかでも本態様においては二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）が用いられることが好ましい。
【００５４】
また、上記無機透明基材としては、合成石英基材やガラス基板等を挙げることができる。
【００５５】
また、本態様に用いられる透明基材の厚みは、上記色素増感型太陽電池の用途等に応じて適宜選択することができるものであるが、通常、１０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、特に５０μｍ〜１８００μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１００μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。
【００５６】
また、本態様に用いられる透明基材は、耐熱性、耐候性、水蒸気、その他のガスバリア性に優れたものであることが好ましい。上記透明基材がガスバリア性を有することにより、例えば、本態様の色素増感型太陽電池の経時安定性を高いものとすることができるからである。なかでも本態様においては、酸素透過率が温度２３℃、湿度９０％の条件下において１ｃｃ／ｍ２／ｄａｙ・ａｔｍ以下、水蒸気透過率が温度３７．８℃、湿度１００％の条件下において１ｇ／ｍ２／ｄａｙ以下のガスバリア性を有する透明基材を用いることが好ましい。本態様においては、このようなガスバリア性を達成するために、上記透明基材上に任意のガスバリア層を設けたものを用いてもよい。なお、上記酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置（モダンコントロール（株）製、ＯＸ−ＴＲＡＮ  ２／２０：商品名）を用いて測定した値である。また、上記水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置（モダンコントロール（株）製、ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ  ３／３１：商品名）を用いて測定した値である。
【００５７】
（ｉｉ）透明電極層
本態様に用いられる透明電極層としては、透明性を有し、所定の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明電極層に用いられる材料としては、金属酸化物、導電性高分子材料等を挙げることができる。
【００５８】
上記金属酸化物としては、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、酸化インジウムにスズを添加した化合物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛を添加した化合物（ＩＺＯ）等を挙げることができる。本態様においては、これらのいずれの金属酸化物であっても好適に用いることができるが、なかでもフッ素ドープしたＳｎＯ２（以下、ＦＴＯと称する。）、ＩＴＯを用いることが好ましい。ＦＴＯおよびＩＴＯは、導電性および太陽光の透過性の両方に優れているからである。
一方、上記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリエチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を挙げることができる。また、これらを２種以上混合して用いることもできる。
【００５９】
本態様に用いられる透明電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる材料からなる層が積層された態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層が積層された態様を挙げることができる。
【００６０】
本態様に用いられる透明電極層の厚みは、上記色素増感型太陽電池の用途等に応じて、所望の導電性を実現できる範囲内であれば特に限定されない。なかでも本態様における透明電極層の膜厚としては、通常、５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な透明電極層を形成することが困難となる場合や全光線透過率が低下して良好な光電変換効率を得ることが難しくなる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、透明電極層の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、透明電極層が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
【００６１】
上記透明電極層を上記透明基材上に形成する方法としては、一般的な電極層の形成方法と同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
【００６２】
（ｉｉｉ）その他の構成
上述したように、本態様における第１電極基材は、上述した透明基材および透明電極層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な構成を選択して追加することができる。このような構成としては、例えば、補助電極層を挙げることができる。
【００６３】
上記補助電極層は、導電性材料を用いてメッシュ状に形成された電極層である。上記補助電極層を上述した透明電極層とともに用いることで、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることが可能となる。
【００６４】
本態様に用いられる補助電極層の形成位置としては、上記透明電極層とともに用いることにより、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることができるのであれば特に限定されるものではなく、上記透明基材上に形成された上記透明電極層上に形成されていてもよいし、上記透明基材および上記透明電極層の間に形成されていてもよい。本態様においては、上記補助電極層が上記透明基材および上記透明電極層の間に形成されていることがより好ましい。上記補助電極層が上記透明基材上に形成された上記透明電極層上に形成されている場合に比べて、電解質層中のヨウ化物イオンと接触しにくくなるからである。
【００６５】
本態様に用いられる上記補助電極層の材料としては、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることが可能な材料であれば特に限定されるものではない。
なお、本態様においては、透明基材上に上記補助電極層を形成し、さらに透明電極層を形成した場合であっても、後述する電解質層中に含まれるヨウ化物イオンは上記透明電極層を一部透過して、上記補助電極層と接触するものであることから、上記補助電極層の材料としては、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有することが好ましい。
このような補助電極層に用いられる材料としては、具体的には、チタン、タングステン、モリブデン、クロム、白金などを挙げることができるが、めっきなどを用いて耐腐食表面処理を行った金属であれば、アルミ、ニッケル、銅、鉄、銀およびそれらの合金など一般的な金属種を使用することが出来る。
【００６６】
このような補助電極層の形成方法としては、金属マスクを用いて上記補助電極層をスパッタ法等の蒸着法を用いて形成する方法や、上記補助電極層材料膜を透明基材または透明電極層上に全面形成し、所定のパターン状にエッチングする方法、上記補助電極層材料を金属ペーストとし、上記金属ペーストを透明基材または透明電極層上に印刷する方法等を挙げることができる。
【００６７】
なお、本態様においては、後述する「ＩＩ．第２実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材を上記補助電極層として用いることができる。また、本態様に用いられる補助電極層のメッシュの形状、補助電極層の開口部の比率、およびメッシュピッチと線幅等については、後述する「ＩＩ．第２実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００６８】
本態様に用いられる第１電極基材は、上記補助電極層以外にも必要な部材を選択して追加することができる。
【００６９】
（ｂ）多孔質層
次に、本態様に用いられる多孔質層について説明する。本態様に用いられる多孔質層は、表面に色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有するものであり、上述した第１電極基材上に形成され、かつ、後述する電解質層と接するものである。また、本態様においては、上記第１電極基材は、透明基材および透明電極層を有するものであることから、上記多孔質層は、上記第１電極基材の透明電極層側表面に形成されるものである。
以下、上記多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子、および色素増感剤についてそれぞれ説明する。
【００７０】
（ｉ）金属酸化物半導体微粒子
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等を挙げることができる。これらの金属酸化物半導体微粒子は、多孔性の多孔質層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コストの削減を図ることができるため本態様に好適に用いられる。
【００７１】
なかでも本態様においてはＴｉＯ２からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。ＴｉＯ２は特に半導体特性に優れるからである。
【００７２】
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子の平均粒径としては、多孔質層の比表面積を所望の範囲内にできる程度であれば特に限定されるものではないが、通常、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。平均粒径が上記範囲よりも小さいと各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成してしまう場合があり、また平均粒径が上記範囲より大きいと、多孔質層が厚膜化してしまうだけではなく、多孔質層の多孔度、すなわち比表面積が減少してしまう可能性があるからである。ここで、多孔質層の比表面積が小さくなると、例えば、光電変換するのに十分な色素増感剤を多孔質層に坦持させることが困難になる場合がある。
なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
【００７３】
（ｉｉ）色素増感剤
本態様に用いられる色素増感剤としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン、インドリン、カルバゾール系の色素が挙げられる。本態様においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
【００７４】
（ｉｉｉ）任意の成分
本態様に用いられる多孔質層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本態様に用いられる任意の成分としては、例えば、バインダー樹脂を挙げることができる。上記多孔質層にバインダー樹脂が含有されることにより、本態様に用いられる多孔質層を脆性の低いものにできるからである。
【００７５】
このようなバインダー樹脂としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カプロラクタン等を挙げることができる。
【００７６】
（ｉｖ）その他
本態様に用いられる多孔質層の厚みは、本態様の色素増感型太陽電池の用途に応じて、適宜決定できるものであり特に限定されるものではない。なかでも本態様における多孔質層の厚みは、通常、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。多孔質層の厚みが上記範囲よりも厚いと、多孔質層自体の凝集破壊が起りやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があるからである。また、多孔質層の厚みが上記範囲よりも薄いと厚みが均一な多孔質層を形成するのが困難となったり、色素増感剤が坦持される量が少なくなり、太陽光を十分に吸収できないために性能不良になる可能性があるからである。
【００７７】
（３）電解質層
本態様に用いられる電解質層は、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に形成されるものであり、酸化還元対を含むものである。また、上記多孔質層および触媒層間に位置し、多孔質層から伝導された電荷が、第１電極基材および第２電極基材を介して多孔質層へ輸送される際の輸送を行うものである。
【００７８】
本態様における電解質層に用いられる酸化還元対は、ヨウ素およびヨウ化物の組合せである。
上記酸化還元対として本態様に用いられるヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、例えば、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物と、Ｉ２との組合せを挙げることができる。
【００７９】
本態様における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。
【００８０】
本態様に用いられる電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。上記電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用で室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。
また、上記電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。
さらに、上記電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばＣｕＩ、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
【００８１】
（４）その他の部材
本態様の色素増感型太陽電池は、上述した酸化物半導体電極基板、対極基板、および電解質層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な部材を適宜追加することができる。このような部材としては、色素増感型太陽電池の端部を封止するために用いられるシール剤等を挙げることができる。上記シール剤としては一般的な色素増感型太陽電池に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００８２】
２．第２態様の色素増感型太陽電池
次に、第２態様の色素増感型太陽電池について説明する。
本態様の色素増感型太陽電池は、上記第１電極基材が上記ステンレス鋼基材を電極層として有し、かつ、上記第２電極基材が透明性を有する基材であるものである。
【００８３】
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図２は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、本態様の色素増感型太陽電池１０は、ステンレス鋼基材を電極層として有する第１電極基材１１、および第１電極基材１１上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、透明性を有する基材である第２電極基材２１、および第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されているものである。また、第２電極基材２１は透明基材２１ｂ、および透明基材２１ｂ上に形成された透明電極層２１ａを有するものである。また、本態様においては、通常、色素増感型太陽電池１０の端部は、シール剤４によって封止がされるものである。
また、図２においては、第１電極基材１１はステンレス鋼基材表面にヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有する材料からなるバッファー層１３を有するものである。なお、上記ステンレス鋼基材は図１で説明したステンレス鋼からなるものである。
【００８４】
本態様に用いられる電解質層、およびその他の部材については、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
以下、本態様に用いられる酸化物半導体電極基板および対極基板についてそれぞれ説明する。
【００８５】
（１）酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。
本態様に用いられる多孔質層については、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００８６】
本態様に用いられる第１電極基材は、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるステンレス鋼基材を電極層として有するものである。このようなステンレス鋼基材については、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第２電極基材に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００８７】
また、本態様においては、上記第１電極基材のステンレス鋼基材表面に、導電性を有するバッファー層を有することが好ましい。
【００８８】
上記バッファー層が上記ステンレス鋼基材表面に形成されることにより、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高いものとすることが可能となる。この理由については明らかではないが、次のように推量される。
上記ステンレス鋼基材および金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層ではエネルギー準位の差が大きいため、上記ステンレス鋼基材および多孔質層の間を電子が移動しにくいことが考えられる。
一方、上記ステンレス鋼基材および多孔質層の間に上記バッファー層が形成されることにより、エネルギー準位の差を埋めることができるため、上記バッファー層を介して上記ステンレス鋼基材および上記多孔質層の間を電子が移動しやすくなるものと考えられる。
【００８９】
上記バッファー層の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。本態様においては、なかでも、ヨウ化物イオンに対する耐腐食性を有するものであることが好ましい。このようなバッファー層の材料としては、具体的にはＴｉ、ＩＴＯ、Ｃｒ等を挙げることができる。
【００９０】
また、上記バッファー層の形成方法としては、所定の膜厚を有するバッファー層を上記ステンレス鋼基材表面に形成することができるのであれば特に限定されるものではなく、具体的には、スパッタ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等の蒸着方法を用いることができる。
【００９１】
また、上記バッファー層の膜厚としては、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることができる程度の膜厚であれば特に限定されるものではないが、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
上記バッファー層の膜厚が上記範囲を超える場合は、上記バッファー層の材料や、製造時間が多くかかるため、安価なステンレス鋼基材を電極層として用いた場合も製造コストを抑えることが困難になるからである。
ここで、上記バッファー層の材料を用いて上記範囲内の膜厚のバッファー層を蒸着等で形成する場合には、上記バッファー層は表面粗度の大きな蒸着膜となる。この場合、上記ステンレス鋼基材表面に、上記バッファー層を形成したとしても電解質層に含まれるヨウ化物イオンは、上記バッファー層を透過してステンレス鋼基材に接触することから、本態様に用いられるステンレス鋼基材のヨウ化物イオンに対する高い耐腐食性による効果を大きく発揮することが可能となる。
また、上記バッファー層は、本態様の色素増感型太陽電池の発電効率を高めることができるのであれば、より薄膜であることが好ましく、その下限としては１ｎｍ程度である。
【００９２】
（２）対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有するものである。本態様に用いられる触媒層については、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００９３】
また、本態様に用いられる第２電極基材は、透明性を有する基材である。このような第２電極基材としては、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第１電極基材と同様とすることができ、具体的には、透明基材および透明電極層を有するものとすることができる。また、上記透明電極層とともに補助電極層を用いてもよい。また、上記補助電極層としては、後述する「ＩＩ．第２実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明するステンレス鋼補助電極基材を上記補助電極層として用いてもよい。上記第２電極基材については、詳しくは、「１．第１態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第１電極基材と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。また、本態様においては上記第２電極基材は、透明基材および透明電極層からなるものであることから、上記触媒層は上記第２電極基材の透明電極層側表面に形成されるものである。
【００９４】
３．その他
本実施態様の色素増感型太陽電池としては、上述した第１態様の色素増感型太陽電池と、第２態様の色素増感型太陽電池とのうち、第１態様の色素増感型太陽電池であることがより好ましい。上記第１態様の色素増感型太陽電池は発電効率により優れたものであるからである。
【００９５】
ＩＩ．第２実施態様の色素増感型太陽電池
本実施態様の色素増感型太陽電池は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記触媒層が対向するように配置されており、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に酸化還元対を含む電解質層が形成されている色素増感型太陽電池であって、上記第1電極基材または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材を有することを特徴とするものである。
【００９６】
本実施態様によれば、上記第１電極基材または第２電極基材の少なくとも一方が、上記ステンレス鋼補助電極基材を有することから、上記電解質層中のヨウ化物イオンに対する耐腐食性の高い透明な電極層として用いることが可能となるため、電極層の経時的な劣化の少ない高品質な色素増感型太陽電池とすることができる。また、色素増感型太陽電池の電極層の材料としてチタンや貴金属等を用いる場合に比べて、上記ステンレス鋼は安価であることから、低コストで色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００９７】
ここで、本実施態様の色素増感型太陽電池としては、具体的には、少なくとも第１電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである態様（以下、第３態様とする。）と、少なくとも第２電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである態様（以下、第４態様とする。）との２つの態様が考えられる。以下、各態様についてそれぞれ説明する。
【００９８】
１．第３態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、少なくとも第１電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
【００９９】
本態様の色素増感型太陽電池について図を用いて説明する。図３は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図３に示すように、本態様の色素増感型太陽電池１０は、透明基材１１ｂおよび透明基材１１ｂ上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材１１ｃを有する第１電極基材１１、および、第１電極基材１１上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、透明基材２１ｂおよび透明基材２１ｂ上に形成された透明電極層２１ａを有する第２電極基材２１および第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されているものである。本態様においては、ステンレス鋼補助電極基材１１ｃは、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるものである。また、通常、色素増感型太陽電池１０の端部は、シール剤４によって封止されるものである。また、第１電極基材１１がステンレス鋼補助電極基材１１ｃを有する場合は、ステンレス鋼補助電極基材１１ｃとともに透明電極層１１ａが用いられることが好ましい（図中では、ステンレス鋼補助電極基材１１ｃ上に透明電極層１１ａが形成されている例について示している）。
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。
【０１００】
（１）酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。ここで、上記多孔質層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１０１】
また、本態様に用いられる第１電極基材は、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
このような第１電極基材の透明性については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１０２】
このような第１電極基材としては、通常、透明基材および透明基材上に形成された上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。なお、透明基材については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。以下、上記ステンレス鋼補助電極基材について説明する。
【０１０３】
（ａ）ステンレス鋼補助電極基材
本態様に用いられるステンレス鋼補助電極基材は、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなり、メッシュ状に形成されているものである。
また、上記ステンレス鋼補助電極基材は、透明基材上に形成され、電極層として働くものである。
【０１０４】
上記ステンレス鋼補助電極基材のメッシュの形状としては、電極層としての機能を有することができ、かつ、メッシュの開口部を太陽光が透過することにより、本実施態様の色素増感型太陽電池が第１電極基材側から太陽光を十分に受光して作動することができるものであることが好ましい。具体的には、三角形の格子状、平行四辺形の格子状、六角形の格子状等を挙げることができる。
【０１０５】
上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚としては、上記第１電極基材が電極層としての機能を有することができるものであれば特に限定されるものではないが、０．０１μｍ〜１０μｍの範囲内、なかでも０．１μｍ〜５μｍの範囲内、特に０．２μｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚が上記範囲を超える場合、本態様に用いられる第１電極基材が、太陽光を透過させるのに必要な所定の透明性を有することが困難となるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材を形成するための材料、時間等が多くかかるため、製造効率が低下したり、製造コストが高くなるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材の膜厚が上記範囲に満たない場合は、上記ステンレス鋼補助電極基材が電極層としての機能を十分に果たさない可能性があるからである。
【０１０６】
本態様に用いられるステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率としては、本実施態様の色素増感型太陽電池が第１電極基材側から太陽光を受光して作動することができるのであれば特に限定されるものではない。このようなステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率としては、１％〜９９．９％の範囲内、なかでも４０％〜９８％の範囲内、特に７０％〜９５％の範囲内であることが好ましい。上記ステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率が上記範囲に満たない場合は、本態様の色素増感型太陽電池が第１電極基材側から太陽光を十分に受光することができないため、発電効率を下げる可能性があるからである。また、上記ステンレス鋼補助電極基材の開口部の比率が上記範囲を超える場合は、上記ステンレス鋼補助電極基材が電極層としての機能を十分に果たさない可能性があるからである。
【０１０７】
また、上記ステンレス鋼補助電極基材の線幅、およびメッシュピッチとしては、上記第１電極基材が電極としての機能を有することができるものであれば特に限定されず、用いられる色素増感型太陽電池の形状に合わせて適宜選択されるものであるが、上記ステンレス鋼補助電極基材の線幅としては、０．０２μｍ〜１０ｍｍの範囲内、なかでも１μｍ〜２ｍｍの範囲内、特に１０μｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましく、上記ステンレス鋼補助電極基材のメッシュピッチとしては、１μｍ〜５００μｍの範囲内、なかでも５μｍ〜１００μｍの範囲内、特に１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【０１０８】
上記ステンレス鋼補助電極基材に用いられるステンレス鋼については、「Ｉ．第１態様の色素増感型太陽電池」のステンレス鋼基材の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１０９】
このようなステンレス鋼補助電極基材の形成方法としては、上述した「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した補助電極層の形成方法と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１０】
（２）その他の構成
本態様の第１電極基材は、透明基材およびステンレス鋼補助電極基材を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常、上記ステンレス鋼補助電極基材とともに透明電極層が用いられる。これにより、電極層としての機能を大幅に向上させることができるからである。このような透明電極層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１１】
本態様において、上記透明電極層を有する場合は、例えば図３に示すように、透明基材１１ｂ上に形成されたステンレス鋼補助電極基材１１ｃ上に透明電極層１１ａが形成されていてもよいし、また図４に示すように透明基材１１ｂ上に透明電極層１１ａが形成され、透明電極層１１ａ上にステンレス鋼補助電極基材１１ｃが形成されていてもよい。
【０１１２】
また、図４に示すように、透明基材１１ｂ上に透明電極層１１ａが形成され、透明電極層１１ａ上にステンレス鋼補助電極基材１１ｃが形成されている場合は、ステンレス鋼補助電極基材１１ｃ表面にバッファー層１３が形成されていることが好ましい。ここで、上記バッファー層が形成されていることが好ましい理由、および上記バッファー層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、図４において説明していない符号については図３と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１１３】
本態様に用いられる第１電極基材は、上記透明電極層、およびバッファー層以外にも必要な部材を適宜追加することができる。
【０１１４】
（２）対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第２電極基材、および第２電極基材上に形成された触媒層を有するものである。本態様に用いられる触媒層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
本態様の色素増感型太陽電池は、第１電極基材が透明性を有する基材であることから、第２電極基材については、透明性を有する基材と透明性を有しない基材とのいずれも用いることが可能である。上記第２電極基材としては、例えば透明性を有する基材の場合は、後述する「２．第４態様の色素増感型太陽電池」の項で説明する第２電極基材や、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した透明基材および透明電極層からなる基材等を挙げることができる。
また、透明性を有しない基材の場合は、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したステンレス鋼基材を挙げることができる。
【０１１６】
（３）電解質層
本態様に用いられる電解質層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１７】
２．第４態様の色素増感型太陽電池
本態様の色素増感型太陽電池は、少なくとも第２電極基材が、透明性を有する基材であり、かつ、上記ステンレス鋼補助電極基材を有するものである。
【０１１８】
本態様の色素増感型太陽電池を図を用いて説明する。図５は本態様の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
図５に示すように、本態様の色素増感型太陽電池１０は、透明基材１１ｂおよび透明基材１１ｂ上に形成された透明電極層１１ａを有する第１電極基材１１、および、第１電極基材１１の透明電極層１１ａ上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、透明基材２１ｂ、透明基材２１ｂ上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材２１ｃ、およびステンレス鋼補助電極基材２１ｃ上に形成された透明電極層２１ａを有する第２電極基材２１および第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されているものである。本態様においては、ステンレス鋼補助電極基材１１ｃは、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるものである。また、通常、色素増感型太陽電池の端部は、シール剤４によって封止されるものである。
【０１１９】
以下、本態様の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。
【０１２０】
（１）対極基板
本態様に用いられる対極基板は、第２電極基材および上記第２電極基材上に形成された触媒層を有するものである。上記触媒層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１２１】
本態様に用いられる第２電極基材は、透明性を有する基材であり、かつ、上述したステンレス鋼補助電極基材を有するものである。このような第２電極基材としては、通常、透明基材およびステンレス鋼補助電極基材を有するものである。このような透明基材およびステンレス鋼補助電極基材については、「１．第３態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１２２】
本態様に用いられる第２電極基材においては、例えば、図６に示すように、第２電極基材２１の構成が、透明基材２１ｂ、透明基材２１ｂ上に形成されたステンレス鋼補助電極基材２１ｃ、およびステンレス鋼補助電極基材２１ｃ上に形成された触媒層２２を有する構成であっても、電極として十分に機能することができるものであるが、より高い機能を付与するために、図５に示すように、ステンレス鋼補助電極基材２１ｃとともに透明電極層２１ａを用いることができる。なお、図６において、説明していない符号については図５と同様とすることができるのでここでの説明は省略する。
【０１２３】
なお、図示しないが、上記ステンレス鋼補助電極基材および透明電極層をともに用いる場合は、透明基材上に透明電極層が形成され、上記透明電極層上にステンレス鋼補助電極基材が形成されていてもよい。このような構成の場合、上記触媒層はステンレス鋼補助電極基材表面に形成される。
【０１２４】
このような透明電極層および上記ステンレス鋼補助電極基材および透明電極層の配置については、「１．第３態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１２５】
また、本態様に用いられる第２電極基材においては、第２電極基材上に形成される触媒層が、「１．第３態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したバッファー層と同様の機能を有することから、上記ステンレス鋼補助電極基材上にバッファー層を形成する必要はない。
【０１２６】
（２）酸化物半導体電極基板
本態様に用いられる酸化物半導体電極基板は、第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有するものである。ここで、上記多孔質層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１２７】
また、本態様の色素増感型太陽電池は、上記第２電極基材が透明性を有する基材であることから、第１電極基材については、透明性を有する基材と透明性を有しない基材とのいずれも用いることが可能である。上記第１電極基材としては、例えば透明性を有する基材の場合は、上述した「１．第３態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した第１電極基材や、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明した透明基材および透明電極層からなる基材等を挙げることができる。
また、透明性を有しない場合は、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したステンレス鋼基材を挙げることができる。
【０１２８】
（３）電解質層
本態様に用いられる電解質層については、「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１２９】
３．その他
本実施態様の色素増感型太陽電池としては、上述した第３態様の色素増感型太陽電池と、第４態様の色素増感型太陽電池とのうち、第４態様の色素増感型太陽電池であることがより好ましい。上記第４態様の色素増感型太陽電池は発電効率により優れたものであるからである。
【０１３０】
ＩＩＩ．その他
本発明の色素増感型太陽電池の製造方法としては、上述した構成を有する色素増感型太陽電池を形成することができるのであれば特に限定されるものではなく、例えば、上記酸化物半導体電極基板と、上記対極基板とを多孔質層および触媒層が対向するように配置してシール剤で封止し、次いで液体状またはゲル状の電解質を酸化物半導体電極基板および対極基板の間に注入することによって電解質層を形成することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
また例えば、上記酸化物半導体電極基板の多孔質層上に固体状の電解質層材料を塗布して乾燥させることにより固体電解質層を形成し、ついで、上記酸化物半導体電極基板および対極基板を上記固体電解質層および触媒層が対向するように接触させて配置することにより色素増感型太陽電池を製造する製造方法を挙げることができる。
【０１３１】
なお、上記に挙げた色素増感型太陽電池の製造方法はいずれも一例であり、本発明においては、他の一般的な色素増感型太陽電池の製造方法を用いることが可能である。
【０１３２】
Ｂ．色素増感型太陽電池モジュール
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、「Ａ．色素増感型太陽電池」の項で記載した色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とするものである。
【０１３３】
本発明の色素増感型太陽電池モジュールとしては、上述した「Ｉ．第１実施態様の色素増感型太陽電池」を用いた態様（以下、第３実施態様の色素増感型太陽電池モジュールと称する。）と、「ＩＩ．第２実施態様の色素増感型太陽電池」を用いた態様（以下、第４実施態様の色素増感型太陽電池モジュールと称する。）との２つの実施態様を挙げることができる。
【０１３４】
本発明における第３実施態様の色素増感型太陽電池モジュールについて図を用いて説明する。図７は、本発明の第３実施態様の色素増感型太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池モジュール２０は、透明性を有する基材である第１電極基材１１、および上記第１電極基材１１上に形成され、色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、ステンレス鋼基材を電極層として有する第２電極基材２１、および第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されている色素増感型太陽電池１０が並列に複数連結されているものである。また、ステンレス鋼基材は、質量％でＣｒを１８％〜２４％の範囲内、Ｍｏを０％〜４％の範囲内、Ｎを０．３％〜１．５％の範囲内で含み、かつＮｉを含まないステンレス鋼からなるものである。また、各色素増感型太陽電池１０はシール剤４によって封止されているものである。なお、図７においては、第２電極基材２１がステンレス鋼基材を電極層として有し、第１電極基材が透明基材１１ｂ、および透明基材１１ｂ上に形成された透明電極層１１ａを有する基材である場合について示しているが、図示はしないが、第１電極基材がステンレス鋼基材を電極層として有し、第２電極基材が透明性を有する基材であってもよい。また、図示しないが、本発明の第３実施態様の色素増感型太陽電池モジュールとしては、色素増感型太陽電池が直列に複数連結されていてもよい。
【０１３５】
また、本発明における第４実施態様の色素増感型太陽電池モジュールについて図を用いて説明する。図８は、本発明の第４実施態様の色素増感型太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池モジュール２０は、透明基材１１ｂおよび透明基材１１ｂ上に形成された透明電極層１１ａを有する第１電極基材１１、および、第１電極基材１１の透明電極層１１ａ上に形成された色素増感剤が表面に坦持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、透明基材２１ｂおよび透明基材２１ｂ上に形成されたメッシュ状のステンレス鋼補助電極基材２１ｃを有する第２電極基材２１および第２電極基材２１上に形成された触媒層２２を有する対極基板２とが、多孔質層１２および触媒層２２が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に酸化還元対を含む電解質層３が形成されている色素増感型太陽電池１０が並列に複数連結されているものである。また、ステンレス鋼補助電極基材は、上述したステンレス鋼基材と同様のステンレス鋼からなるものである。また、各色素増感型太陽電池１０はシール剤４によって封止されているものである。なお、図８においては、第２電極基材２１のみがステンレス鋼補助電極基材を有する色素増感型太陽電池を用いた場合について示しているが、図示はしないが、上記色素増感型太陽電池としては第１電極基材のみがステンレス鋼補助電極基材を有するものを用いてもよいし、第１電極基材および第２電極基材の両方がステンレス鋼補助電極基材を有するものであってもよい。また、図示しないが、本発明の第４実施態様の色素増感型太陽電池モジュールとしては、色素増感型太陽電池が直列に複数連結されていてもよい。
【０１３６】
本発明によれば、上述したいずれの実施態様の色素増感型太陽電池が用いられた場合も、電極層が電解質層中のヨウ化物イオンの腐食による影響を受けにくく、経時的な劣化の少ないものであることから、高品質な色素増感型太陽電池モジュールとすることができる。
【０１３７】
本発明に用いられる色素増感型太陽電池については、「Ａ．色素増感型太陽電池」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１３８】
本発明において、複数個の色素増感型太陽電池が連結された態様としては、本発明の色素増感型太陽電池モジュールにより所望の起電力を得ることができるものであれば特に限定されるものではない。このような態様としては、個々の色素増感型太陽電池が直列に連結された態様であってもよく、あるいは並列で連結されたものであってもよい。
【０１３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１４０】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【０１４１】
［実施例］
面積１５ｍｍ×１５ｍｍで厚みが４ｍｍのガラス基材（透明基材）上にＦＴＯを膜厚２００ｎｍでスパッタ形成して透明電極層を形成することにより、透明性を有する第１電極基材を作製した。次に、上述した第１電極基材の透明電極層上にTi-Nanoxide D-SP（solarronix製）を４ｍｍ角、膜厚が１０μｍとなるように塗布し、５００℃で１時間焼成させて、多孔質層形成用層を形成した。次に、上記多孔質層形成用層が形成された第１電極基材を、増感色素としてルテニウム錯体（Dyesol製N719）を濃度が３×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリルとｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させた色素坦持用塗工液に、室温にて２０時間浸漬して、多孔質層形成用層に色素増感剤を坦持させて多孔質層とした。次いで、上記多孔質層が形成された上記第１電極基材を色素坦持用塗工液から引きあげ、付着している色素坦持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾することにより、酸化物半導体電極基板を得た。
【０１４２】
0.6M hexyl metyl imidazolum iodide（富山薬品）、0.03M I2 (Aldrich)、0.1M n-metyl benzoimidazol (Aldrich)を混合し、電解質液を調製した。この電解液に１２ｎｍのシリカ粒子（日本アエロジル株式会社）を５ｗｔ％添加することによりゲル状の電解質を作製した。
【０１４３】
第２電極基材の電極層として面積１５ｍｍ×１５ｍｍ、膜厚が５０μｍで、上述した組成のステンレス鋼ＮｉＦＳＹ（明道メタル株式会社）を準備し、上記第２電極基材上に白金を２００Åスパッタして、触媒層を製膜した。これにより、対極基板を得た。
【０１４４】
上記酸化物半導体電極基板の多孔質層と、対極基板の触媒層とが対向するように配置し、電解質をスクリーン印刷法を用いて多孔質層上に塗布したあと、多孔質層周辺を５０μｍの熱可塑性樹脂フィルムで固定、融着させて、色素増感型太陽電池を得た。
【０１４５】
［比較例］
第２電極基材としてステンレス鋼ＳＵＳ３０４（ニラコ製）にした以外は実施例１と同様にして、色素増感型太陽電池を作製した。
【０１４６】
［評価］
（性能評価）
得られた色素増感型太陽電池を疑似太陽光（１００ｍＷ/ｃｍ２、ＡＭ（ＡｉｒＭａｓｓ） １．５）を光源として、分光高度計CEP-2000（分光計器株式会社）を用いて電流電圧特性を測定することにより、その光電変換効率を求めた。なお、この光電変換率を色素増感型太陽電池作製直後の光電変換率とする。
その結果、実施例で作製した色素増感型太陽電池は光電変換効率η＝３．０％であった。また、比較例で作製した色素増感型太陽電池は光電変換効率η＝２．７％であった。
【０１４７】
（耐久性評価）
上記色素増感型太陽電池を暗所６５℃のオーブン中に保存し、２００時間ごとに取り出して上述した性能評価を行った。１０００時間経過後の性能評価の結果、実施例で作製した色素増感型太陽電池の対極基板の性能維持率は９５％であった。一方、比較例で作製した色素増感型太陽電池の対応電極基板の性能維持率は５０％であり、耐久性が大幅に向上することが分かった。なお、性能維持率は、色素増感型太陽電池作製直後の光電変換率に対する１０００時間経過後の光電変換率を百分率で表したものである。
【符号の説明】
【０１４８】
１    …  酸化物半導体電極基板
１１  …  第１電極基材
１２  …  多孔質層
１３  …  バッファー層
２    …  対極基板
２１  …  第２電極基材
２２  …  触媒層
３    …  電解質層
４    …  シール剤
１０  …  色素増感型太陽電池
２０  …  色素増感型太陽電池モジュール
【図１】
2011192405.tif 000003
【図２】
2011192405.tif 000004
【図３】
2011192405.tif 000005
【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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