(57)【要約】【課題】耐久性がよい色素増感型太陽電池と、これを容易に形成可能な色素増感型太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】相対向して配置させた２枚の基板のそれぞれ対向する面に設けた電極の少なくとも一方に形成させた金属製の集電線により生起させた電力を導出させる色素増感型太陽電池において、前記基板に対する溶解性を有する液状またはペースト状の導電部材を前記電極上に塗布し、前記導電部材に前記基板を溶解させてその一部をこの基板の内部に潜入させた後に、前記導電部材を固化させて前記集電線を形成させる。前記基板に対する溶解性を有する液状又はペースト状の導電部材を前記電極上に塗布するという簡単な作業で、前記集電線の一部を基板の内部に潜入させて構成させることができ、集電線と基板との密着性を向上させることで耐久性がよくなる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層を挟んで相対向して配置された２枚の基板のそれぞれ対向する面に設けられた電極の少なくとも一方に金属製の集電線が形成され、生起された電力が該集電線により導出されるようになされた色素増感型太陽電池であって、
前記集電線は前記電極の表面に設けられると共に、前記集電線の一部が前記電極を貫通し前記基板の内部に潜入して設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
電解質層を挟んで相対向して配置された２枚の基板のそれぞれ対向する面に設けられた電極の少なくとも一方に金属製の集電線が形成され、生起された電力が該集電線により導出されるようになされた色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記基板に対する溶解性を有する液状またはペースト状の導電部材を前記電極上に塗布し、
前記導電部材が前記電極を貫通し前記基板を溶解させてその一部を該基板の内部に潜入させると共に、前記導電部材を固化させて前記集電線を形成することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐久性に優れ、長期に亘って発電を行うことができる色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池に設けられた電極には、電極よりも電気抵抗が小さな集電線を設けて生起された電力を導出させ、発電効率を高める構成が知られている。この集電線は主に導電性の高い銀や銅を印刷等で所定の形状に形成させる方法が知られているが、色素増感型太陽電池の備える電解液に溶解する、基板の変形により断線する、などの問題が生じる場合があり、その耐久性を向上させるための種々の発明が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、対極基板２と、該対極基板２の一面に設けられた触媒電極４と、該対極基板２の内部に設けられ、該触媒電極４に接続されている正極側集電電極４１と、を備える色素増感型太陽電池において、
上記正極側集電電極４１の上記触媒電極４と接続される側の面に、上記対極基板２の一部を構成し、且つ貫通孔を有する樹脂層が設けられ、該触媒電極４は、該樹脂層の表面及び該貫通孔の内部に設けられ、該触媒電極４と該正極側集電電極４１とは該貫通孔の底面において接続されていることを特徴とする色素増感型太陽電池、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の如き色素増感型太陽電池は、集電電極４１の耐久性は向上するが、これを対極基板２の内部に設ける構成を形成させるために非常に複雑な製法を用いる必要があるという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、耐久性がよい色素増感型太陽電池と、これを容易に形成可能な色素増感型太陽電池の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池は、電解質層を挟んで相対向して配置された２枚の基板のそれぞれ対向する面に設けられた電極の少なくとも一方に金属製の集電線が形成され、生起された電力が該集電線により導出されるようになされた色素増感型太陽電池であって、
前記集電線は前記電極の表面に設けられると共に、前記集電線の一部が前記電極を貫通し前記基板の内部に潜入して設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、集電線が基板の内部に潜入して設けられるので、前記集電線が基板の変形によく追随し、電極から脱離するなどの問題の発生が抑制される。
また、前記集電線が前記電極の表面に設けられると共に、前記集電線の一部が前記電極を貫通して設けられるので、前記集電線と前記電極の接触面積が大きく構成され、これらの間の電気抵抗を小さなものとできる。
【０００９】
また本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法は、電解質層を挟んで相対向して配置された２枚の基板のそれぞれ対向する面に設けられた電極の少なくとも一方に金属製の集電線が形成され、生起された電力が該集電線により導出されるようになされた色素増感型太陽電池の製造方法であって、
前記基板に対する溶解性を有する液状またはペースト状の導電部材を前記電極上に塗布し、
前記導電部材が前記電極を貫通し前記基板を溶解させてその一部を該基板の内部に潜入させると共に、前記導電部材を固化させて前記集電線を形成することを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法によれば、前記基板に対する溶解性を有する液状又はペースト状の導電部材を前記電極上に塗布するという簡単な作業で、前記導電部材に前記基板を溶解させてその一部を該基板の内部に潜入させることができ、この後前記導電部材を固化させて前記集電線を形成させることで、前記電極の表面に設けた前記集電線を前記電極を貫通してその一部を前記基板に潜入するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、電極上に設けた集電線の耐久性を良好なものとできる。
【００１２】
また、本発明に係る色素増感型太陽電池の製造方法によれば、耐久性が良好な集電線を電極上に容易に形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す（イ）は平面図であり、（ロ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１（ロ）の要部を拡大した断面図である。
【図３】従来の色素増感型太陽電池の要部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図面において、１は透明基板であり、２は対極基板である。
本実施形態に於ける色素増感型太陽電池は、互いに相対向するように配された透明基板１と対極基板２と、各基板の間に電解質を含む電解質層４とを備え、電解質層４は周りの隙間に封止材５を充填することによって封止されている。
【００１５】
透明基板１の表面には透明電極１１が積層され、対極基板２の表面には対極電極２１が積層され、これら２つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置されている。すなわち封止材５によって封止された電解質層４が透明基板１と対極基板２とに積層された透明電極１１と対極電極２１に接触することで、透明電極１１を負の電極とし、対極電極２１を正の電極とした太陽電池セルを構成している。また、このとき前記電解質層４内には電解質が充填されているとともに、透明電極１１側に半導体粒子層３が形成されている。
【００１６】
透明基板１の形成に用いられる材料としては、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂等を用いることができ、また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
本実施形態では、板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を透明基板１として用いている。
【００１７】
透明電極１１の形成については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板１表面に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板１に貼着したりする等して形成することができる。
本実施形態では、透明基板１上にＩＴＯをスパッタ蒸着させて透明電極１１を形成している。
【００１８】
対極基板２の形成に用いられる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合には前記の透明基板１と同様の材料を用いることができる。
本実施形態では、板体に形成した環状ポリオレフィン樹脂を透明基板１として用いている。
【００１９】
対極電極２１の形成については、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用いて、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により対極基板２上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを対極基板２に貼着したりする等して形成することができる。
本実施形態では、対極基板２上にＩＴＯをスパッタ蒸着させ、その上から白金やカーボンを再度スパッタ蒸着させる、あるいは導電性高分子ポリマー(３,４エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を塗布して、対極電極２１を形成している。
【００２０】
電解質層４の形成については、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液やアセトニトリルにＴＰＡＩおよびＤＭＰＩｍＩを加えた混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系などを特に限定されずに用いることができる。
本実施形態では、アセトニトリルを溶媒として、ＴＰＡＩおよびＤＭＰＩｍＩを加えた液体電解質を用いて電解質層４を形成している。
【００２１】
半導体粒子層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導錯体などが挙げられる。
本実施形態では、ＺｎＯの薄膜にルテニウムビピリジウム錯体を担持させて半導体粒子層３を形成している。
【００２２】
封止材５の原料としては、電解質層４の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂、光硬化型アクリレート系樹脂等が挙げられる。
本実施形態では、封止材５に光硬化型アクリレート系樹脂を用い、封止材５によって電解質層４内の電解質を封止させるとともに、互いに対向するように配した透明基板１と対極基板２とを固定させている。
【００２３】
半導体粒子層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導錯体、インドリン系有機色素、ダブルロダニン系有機色素などが挙げられる。
本実施形態では、ＺｎＯの薄膜にダブルロダニン系有機色素を担持させて半導体粒子層３を形成している。
【００２４】
透明基板１に積層された透明電極１１には、集電線６が設けられている。集電線６は生起された電力を透明電極１１から集電して色素増感型太陽電池の発電効率を高めるために設けられている。
集電線６の形成方法としては、主に導電性の高い銀や銅を素材として、これらの微細な粉末を液体に混入した液状またはペースト状に調整したものを印刷等によって配線の形状に形成させる方法が知られている。
図３は従来の色素増感型太陽電池の要部を拡大した断面図であり、透明電極１１上に形成される集電線６は、透明電極の表面に密着して設けられる。
【００２５】
図１は本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す（イ）は平面図であり、（ロ）はＡ−Ａ断面図である。本実施形態において、透明電極１１の表面に設けられた集電線６は、その一部が透明電極１１の層を貫通し、透明基板１の内部に潜り込むように形成されている。このように形成されることで、集電線６は透明基板１に強固に固定され、これに伴い集電線６と透明電極１１との界面が強固に固着されるので、透明基板１が外力や湿気の吸湿による膨潤などによって変形しても、集電線６が透明電極１１から容易に脱離することがなく、耐久性が向上する。
【００２６】
上記の集電線６の製造方法を説明すると、集電線６を形成する導電部材として、金、銀、動、ニッケル、パラジウム、ロジウム、白金、クロム、ルテニウム、イリジウム等の導電性を有する金属粉末を含有する液状、又はペースト状の導電部材を用意する。この導電部材中には、透明基板１の溶解性を有する溶剤とバインダーを含有させ、前記の溶剤を揮発させた後、バインダーを固化させて固体状の導電性を有する集電線６を形成するように構成させている。本実施形態では、銀の粉末を含有する導電部材を用いている。
前記の溶剤は透明基板１の溶解性を有すれば特に限定されず、一例として、キシレン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、エチルエーテル、1,2−ジクロロエタン、メチルメタクリレート等を用いることができる。本実施形態では、環状ポリオレフィン樹脂製に対する溶解性を有するキシレンを含有させて、導電部材をペースト状に形成させている。
また前記のバインダーは、導電部材を固体状に形成するものであれば特に限定されず、エポキシ、フェノール、ポリイミド、ウレタン、シリコーン、塩化ビニル、などの樹脂等を用いることができる。本実施形態では、エポキシ樹脂をバインダーとして含有させ、前記の溶剤の揮発後に１４５℃で５時間加熱させることで前記の導電部材を固化させるように構成させている。
【００２７】
上記の導電部材を、透明基板１上に設けた透明電極１１の表面に、集電線６を形成する形状に塗布する。塗布された導電部材は、透明電極１１が有するピンホールを通じて浸透した後、含有する溶剤が透明基板１を溶解させ、その内部へ導電部材が潜り込む。次に、透明基板１を１４５℃で５時間加熱させ、前記のバインダーを固化させて集電線６を形成させる。
【００２８】
一般的に用いられるペースト状の導電部材に含有する溶剤成分は、透明電極１１に浸透して透明基板を溶解させるほどの強い溶解性を持たず、透明電極１１表面に塗布されて固化させた場合には、図３に示すように透明電極１１の表面に密着するように集電線６を形成させる。
本発明の実施形態では、導電部材中にキシレンを加えて、導電部材全体の３〜５重量％含有させるように調整することで、導電部材により強い溶解性を持たせ、図１に示すように集電線６を透明基板１の内部に潜入させて形成可能に構成させている。これによって、図２に示すように集電線６の一部が透明電極１１を貫通して透明基板１の内部に入り込むように形成されるので、集電線６と透明電極１１および透明基板１との物理的な結合が強化され、外力などによる変形や湿気などによる劣化によって集電線６と透明電極１１との界面の電気抵抗増加が抑制され、色素増感型太陽電池の発電効率の低下を防ぐことができる。
導電部材に含有させる透明基板１の溶解性を有する溶剤の種類と量は、上記の例に限るものではなく、透明基板１の材質や集電線６を潜入させる深さなどに応じて適宜調整可能である。
【００２９】
前記に示した例では、集電線６を透明電極１１のみに設けているが、対極電極２１のみに設けても良く、両方にそれぞれ設けてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１    透明基板
１１  透明電極
２    対極基板
２１  対極電極
３    半導体粒子層
４    電解質層
５    封止材
６    集電線
【図１】
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【図２】
2011028858.tif 000004
【図３】
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