(57)【要約】【課題】複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、その光電変換効率を向上するとともに、その重量を軽量化した光電変換素子を提供する。【解決手段】導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材８および第２基材９が網目状に編まれてなる領域からなる作用極５を備えてなる色素増感型光電変換素子１であって、前記網目状に編まれてなる領域の網目の開口率が０．４〜８０％であることを特徴とする色素増感型光電変換素子１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極を備えてなる色素増感型光電変換素子であって、
前記領域における網目の開口率が０．４％以上８０％以下であることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
【請求項２】
前記第１基材および前記第２基材のいずれか一方又は両方がチタン被覆された銅線であり、そのチタン被覆された銅線の直径が１５μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項３】
前記第１基材および前記第２基材のうち、少なくとも一方の基材が、前記領域からその基材の長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部をまとめて電気的に接続された集電部とを有してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の色素増感型光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池などに用いられる光電変換素子に関する。より詳しくは、光電変換効率に優れた構造を有する色素増感型光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、非特許文献１参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上にスズドープ酸化インジウムやフッ素ドープ酸化スズといった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。しかしながら、製造コストが比較的高くなるという問題がある。したがって、そのような高価格の透明導電性基板を用いない、新しい構造の色素増感型太陽電池の研究開発が進められている。
【０００３】
例えば、透明導電性基板の代わりに、金属線を電極として用いた色素増感太陽電池モジュールが開示されている（特許文献１〜５参照）。しかし、導電性に優れる銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）などの金属線は耐食性に劣り、耐食性に優れるチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）などの金属線は導電性に劣るという問題がある。耐食性に劣る金属線を用いた場合には電解液による腐食が起こり太陽電池セルの機能が損なわれる恐れがあり、導電性が劣る金属線を用いた場合には太陽電池セルの内部抵抗が大きくなり光電変換効率が低くなる。また、Ｔｉで被覆されたＣｕ金属線を使用し、それを対極の周囲に巻いた構造の色素増感型太陽電池モジュールが開示されている（特許文献６参照）。しかし、受光面を大きくするために金属線を長くする必要があり、結果として内部抵抗が大きくなる問題がある。このため、比較的短い複数の金属線をメッシュ状に編んだものを作用電極とする色素増感型太陽電池モジュールも提案されている（特許文献７〜１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００７−０１２５４５号公報
【特許文献２】特願２００７−０１２５４４号公報
【特許文献３】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１６３７０号公報
【特許文献５】特開２００８−１０８５０８号公報
【特許文献６】特願２００８−１４７２６２号公報
【特許文献７】特開２００１−２８３９４４号公報
【特許文献８】特開２００１−２８３９４５号公報
【特許文献９】特表２００６−５２１７００号公報
【特許文献１０】特表２００６−５２３３６９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のメッシュ状の作用電極では、金属線に塗布される酸化チタンや、作用極と対極の間に介在する電解液の影響により、互いに交差する金属線どうしの接点における電気抵抗が大きくなり、発電効率が低くなるという問題がある。また、太陽電池セルが大面積化する傾向にある今日、その重量の低減が望まれている。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、その光電変換効率を向上するとともに、その重量を軽量化した光電変換素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極を備えてなる色素増感型光電変換素子であって、前記領域における網目の開口率が０．４％以上８０％以下であることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材および前記第２基材のいずれか一方又は両方がチタン被覆された銅線であり、そのチタン被覆された銅線の直径が１５μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１又は２において、前記第１基材および前記第２基材のうち、少なくとも一方の基材が、前記領域からその基材の長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部をまとめて電気的に接続された集電部とを有してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の色素増感型光電変換素子によれば、作用極の網目の開口率を０．４％以上８０％以下とすることにより、従来の色素増感型光電変換素子よりも、その作用極の単位面積あたりの基材占有面積を減らすことになる。このとき、該単位面積あたりの、第１基材と第２基材とが交差して接する重複部の箇所を減らして内部抵抗を低く抑えることができるので、光電変換効率を向上させることができる。さらに、このとき、該単位面積あたりの重量を軽量化することができ、該単位面積あたりの基材に要するコストを減らすことができる。
また、前記作用極の網目の開口率を０．４％以上８０％以下とすることにより、作用極と対極とを介在する電解質が作用極の開口部を透過して、電解質の拡散効率を高めることができるので、光電変換効率を向上させることができる。
本発明の色素増感型光電変換素子において、前記第１基材および前記第２基材がＴｉ被覆されたＣｕ線（以下、Ｔｉ被覆Ｃｕ線という。）であり、そのＴｉ被覆Ｃｕ線の直径が１５μｍ以上１５０μｍ以下である場合、前記網目状に編まれてなる領域の屈曲性を向上することができる。
本発明の色素増感型光電変換素子において、前記第１基材および前記第２基材のうち、少なくとも一方の基材が、前記網目状に編まれてなる領域からその基材の長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部をまとめて電気的に接続された集電部とを有してなる場合、該集電部を有する基材から直接集電することが可能になるので、光電変換効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の概略構成図である。
【図２】本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の断面図である。
【図３】本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例について詳細に説明する。
【００１１】
図１〜３に示すように、本発明に係る色素増感型光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた集電部３とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する集電用配線部４を介して集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の網目構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。網目構造の作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９と、該第１基材８と第２基材９の周囲に配されて増感色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成されており、該多孔質酸化物半導体層１３は、増感色素とともに電解質１８をも含浸している。
第１基材８と第２基材９とはともに線状をなし、これら第１基材８と第２基材９とが編まれることで矩形の網目構造からなる領域をなしている。この網目構造の拡大図を図１（Ｂ）に示す。
【００１２】
図１（Ｂ）では、複数の第１基材８が横線をなし、複数の第２基材９が縦線をなしている。ここで、第１基材８の線径をα１と表し、隣り合う第１基材８間の隙間幅をα２と表し、第２基材９の線径をβ１と表し、隣り合う第２基材９間の隙間幅をβ２と表す。このとき、網目構造の作用極５の網目の開口率Ｕは、次のように求められる。
作用極５の網目状の領域の縦横の長さをそれぞれＸ、Ｙと表し、その領域における第１基材８の本数をｐとし、その領域における第２基材９の本数をｑとすると、縦の開口幅Ｌは、Ｌ＝Ｘ−α１×ｐの計算式で求められ、横の開口幅Ｗは、Ｗ＝Ｙ−β１×ｑの計算式で求めれ、開口率Ｕは、Ｕ＝（Ｌ×Ｗ）÷（Ｘ×Ｙ）×１００％の計算式で求められる。すなわち、開口率Ｕは、作用極５の網目状領域の単位面積における第１基材８及び第２基材９の占有しない部分の面積比率である。なお、開口率Ｕが０％となるのは、前記隙間幅α２または前記隙間幅β２が０であり、縦の開口幅Ｌと横の開口幅Ｗとの積が０となる場合である。
本発明に係る色素増感型光電変換素子１は、前記網目状に編まれてなる領域の網目の開口率Ｕが０．４％以上８０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
つぎに、図１〜３に示すように、対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を挟んで作用極５と重ね合わされている。また対極６は、集電部３と対となる接続部６ａを有しており、この接続部６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、２枚の上張り１４により挟まれており、２枚の上張り１４内は電解質１８で満たされている。発電部２は４辺において、熱圧着部１２によって封止されており、これにより電解質１８が上張り１４内に封入されている。
【００１４】
また、作用極５を構成する複数の第１基材８の全てが、作用極５より延長されることで外方へ引き出され集電用配線部４となり、外部においてその端部がまとめられて電気的に接続された集電部３となる。
【００１５】
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
図１で例示した色素増感型光電変換素子１では、第１基材８および第２基材９として、Ｔｉで被覆されたＣｕ線からなるワイヤが使用されている。導電性の高いＣｕ線からなる中心線を、耐食性の高いＴｉで被覆することにより、該ワイヤで構成される作用極５の内部抵抗を抑えると同時に、該ワイヤの電解液による腐食を抑制することができる。
作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる領域を有している。その第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが接触するように編まれ、矩形をなす網目状構造を有している。このとき、該領域の網目の開口率Ｕが０．４％以上８０％以下となるように、隣り合う第１基材８どうしの隙間幅α２及び隣り合う第２基材９どうしの隙間幅β２は所望の幅に調整される。
【００１６】
開口率Ｕとしては、光電変換効率をより高める観点から、０．５％以上７０％以下が好ましく、２５％以上７０％以下がより好ましく、４０％以上７０％以下がさらに好ましい。開口率Ｕを高めることにより、作用極５と対極６とを介在する電解液に含まれるヨウ素イオン等の電解質１８の拡散効率が高まり、光電変換効率を高めることができる。さらに、開口率Ｕを高めることにより、前記網目状に編まれてなる領域における第１基材８と第２基材９との重複部の箇所を減らして、該領域の内部抵抗を抑えて光電変換効率を高めることができる。
また、開口率Ｕとしては、光電変換素子の軽量性を高める観点から、２５％以上８０％以下が好ましく、４０％以上８０％以下がより好ましく、６０％以上８０％以下がさらに好ましい。開口率Ｕを高めることにより、前記網目状に編まれてなる領域の単位面積あたりの基材の本数を低減することができ、該領域の軽量性を高めることができるとともに、その製造コストを低減することができる。
【００１７】
前記網目状に編まれてなる領域の製織方法としては、図１に例示した平織りに限定されず、綾織り、朱子織り等の一般的な布の製織方法と同様の方法を適用できる。その平織りは、織り機上で、第２基材９からなる複数の縦線が一本ずつ交互に上下に分けられ、その上下に分かれた複数の縦線の間に第１基材８からなる横糸が通され、筬で打ち込まれる工程が１サイクルとなる。次のサイクルでは、複数の縦線の上下を前回のサイクルと入れ換えて再び一本ずつ交互に上下に分けられて、その間に横線が通され、筬で打ち込まれる。このようにして織られる場合、製織時の縦線どうしの間隔、縦線と横線の張り具合、および筬の打ち込み具合を適宜調整することにより、前記隙間幅α２及び前記隙間幅β２を所望の幅に調整することができ、前記網目状に編まれてなる領域に所望の開口率Ｕをもたせることができる。
【００１８】
第１基材８と第２基材９とは、それらが編まれてなる領域において、互いに直交するように編まれていることが好ましい。互いに直行して編まれることにより、第１基材８と第２基材９の重複部における重複面積（第１基材８と第２基材９との接する面積）を最少とし、当該作用極５の内部抵抗を抑えることができる。
【００１９】
また、前記網目状に編まれてなる領域は、複数の第１基材８及び複数の第２基材９が編まれてなることによって、第１基材８及び第２基材９が編まれずに構成されたものよりも屈曲性及び構造的強度に優れる。
【００２０】
第１基材８および第２基材９の中心線の材料としては、純Ｃｕに限られず、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）等の比重の軽い金属、Ａｇ等の導電性の高い金属、又はこれらの金属とＣｕとの合金が好適なものとして挙げられる。さらに、該中心線として、前記金属で被覆した金属線を使用することもでき、例えば純Ｃｕで被覆したアルミニウム（Ａｌ）線を中心線としてもよい。
該中心線を被覆する材料としては、Ｔｉに限られず、Ｗやプラチナ（Ｐｔ）等の耐食性の高い金属、又はそれらの金属の合金を用いてもよい。耐食性の高い金属を用いることにより、電解質１８による第１基材８及び第２基材９の腐食を抑制することができる。これらの材料は中心線の材料として用いることもできるが、導電性を高める観点から、前記中心線の材料として例示したものがより好ましい。
【００２１】
Ｔｉ被覆Ｃｕ線の製造方法としては、公知の方法で行うことができる。例えば、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕ線を挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得ることができる。
このような線引き加工法により作製されたＴｉ被覆Ｃｕ線は、スパッタ法やめっき加工法等によって製造されたものよりも被覆層の密着性に優れ、その製造コストを低く抑えることができる。
【００２２】
第１基材８及び第２基材９の線径（直径）としては、前記網目状に編まれてなる領域を構成できる太さであればよく、用いる基材の材料の屈曲性及び構造的強度によって適宜調整することができ、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下でよい。
該基材がＴｉ被覆Ｃｕ線である場合は、その線径（直径）は、１５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上７０μｍ以下がさらに好ましく、３０μｍ以上５０μｍ以下が特に好ましい。上記範囲の下限値以上とすることにより、前記製織における基材のキンクを抑制することができるため前記網目状に編まれてなる領域の製造が容易となる。また、上記範囲の上限値以下とすることにより、前記網目状に編まれてなる領域の屈曲性、柔軟性、及び可とう性をより高めることができる。
【００２３】
図１に示した発電部２において、周囲の４辺のうち側方に位置する辺をそれぞれ第１辺２０、第２辺２１とし、上下に位置する辺をそれぞれ第３辺２２、第４辺２３とすると、各第２基材９は、第３辺２２から第４辺２３まで延在しているとともに、複数の第２基材９が第１辺２０から第２辺２１まで、所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、第３辺２２から第４辺２３まで所定本数列設されているとともに、第１辺２０から集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。第１基材８のうち、第２辺２１と集電部３との間の部分は、集電用配線部４となり、作用極５にて発生した電子は、この集電用配線部４を介して集電部に集められる。
延長された第１基材８は、発電部２の外部で集電構造をなすように結線処理が施される。結線する手段としては、特に限定はされず、例えば、導電性のある板材上に全ての第１基材８を半田付けするなどして結線してもよい。
【００２４】
第１基材８および第２基材９のうち、網目状構造をなす部分には、その表面に多孔質酸化物半導体層１３が配されており、その表面には少なくとも一部に増感色素及び電解質１８が担持されている。第１基材８のうち、集電用配線部４には多孔質酸化物半導体層１３が配されることはない
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体は、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。この酸化チタンの膜厚は約５μｍとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、１μｍ〜５０μｍであってよい。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体としては酸化チタンに限ることはなく、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）など様々な半導体電極が制限なく使用可能である。
【００２５】
増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等の有機色素などを適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
【００２６】
多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子及び導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
【００２７】
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
また、揮発性電解液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。
【００２８】
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４−，ＰＦ６−，（ＨＦ）ｎ−、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
【００２９】
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００３０】
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００３１】
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。
また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。
特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００３２】
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。
【００３３】
対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となるＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。
対極６の構成は、上述したようなＰｔ被膜Ｔｉ板に限るものではなく、Ｐｔ板、またはＰｔを被膜した金属板であってよい。あるいは、カーボン板、またはカーボンを被膜した金属板であってよい。
対極６の厚みは例えば４０μｍでよく、その被膜の厚みは例えば３０ｎｍでよく、それぞれ特に限定されない。
【００３４】
作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなるセパレータ１０が挿入されている。セパレータ１０の材質は、ポリエチレンなどのポリオレフィンであり、厚さは２０μｍ以下であることが好ましいが、電解液に耐え、作用極５と対極６とを絶縁可能であれば、これらに限定はされない。
【００３５】
さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、２枚の上張り１４に挟まれる構成となっており、これにより電解質１８を封止している。
上張り１４は、作用極５の網目状構造部分、および対極６と略同形状の矩形形状をなしており、その４辺において熱圧着部１２が形成されている。
上張り１４の材料としては、ガスバリア性が高く、電解質１８に対して化学的耐性をもち、光透過性を有するものであれば特に制限されない。そのような材料としては、例えばＰＥＴ等の樹脂を基板とする高ガスバリアフィルム、ガラス板、無アルカリガラス板等が挙げられる。前記高ガスバリアフィルムは、柔軟性、屈曲性が高いので、電極部２に屈曲性を持たせる場合に好適である。また、前記ガラス板及び無アルカリガラス板は、ガスバリア性、化学的耐性、光透過性に優れるので、電極部２の耐久性を高めることができる。なお、前記２枚の上張り１４のうち、対極６側の上張り１４は、光透過性を有さなくてもよい。
【００３６】
上述したような構成の色素増感型光電変換素子１は、集電部３に電気機器などの接続導体を介して接続した場合、透光性の上張り１４を通して太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が著しく向上する。
また、発電部２は、網目状構造の作用極５、薄板状の対極６、および無アルカリガラス板からなる上張り１４の組合せであるため、耐久性に優れた光電変換素子の製造が可能となる。
【００３７】
上述した色素増感型光電変換素子１は、第１基材８の一端が延在して集電部３が形成されているが、該集電部３は複数設けることができる。例えば、第１基材８の両端を延在して２つの集電部３が発電部２を挟むように設けてもよく、第２基材９の一端又は両端を延在して、同様に集電部３を設けてもよい。複数の集電部３を設けることにより、第１基材８及び第２基材９に発生した電子の取り出し効率を高めて、光電変換素子１の光電変換効率を高めることができる。
【００３８】
[実施例１〜７、比較例１〜３]
図１〜３に示す構造の光電変換素子を以下のとおり作製した。
まず、表１に示す線径のＴｉ被覆Ｃｕ線を、縦線と横線とが互いに直交するように織機により網目状に製織し、表１に示す開口率の網目状に編まれてなる領域からなる矩形（５ｃｍ×５ｃｍ）の作用極を、１０種類作製した。なお、縦横に織られるＴｉ被覆Ｃｕ線のうち横線の一端は、集電部形成のため、発電部に対して外方に引き出されるように、他端に対して十分長くなるように製織した。これらの各作用極の製織性を以下の基準で評価し、その結果を表１に併記した。
（製織性の評価基準）
製織後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損がなかった：○
製織後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損があった：×
【００３９】
【表１】
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【００４０】
つづいて、各例の作用極の前記網目状に編まれてなる領域を、ＴｉＯ２ペースト（Solaronix社製；Ti Nanoxide−T）に浸漬し、つぎに引き上げて乾燥し、再び浸漬するという一連の工程を３回繰り返した。つづいて、ＴｉＯ２が塗布された前記網目状に編まれてなる領域を、電気炉で５００℃、１時間焼結して多孔質ＴｉＯ２膜付きの前記網目状に編まれてなる領域を得た。そのＴｉＯ２の膜厚はおよそ１０μｍであった。なお、各例の作用極に焼結したＴｉＯ２膜は、いずれも同量であった。
【００４１】
次に、各例の作用極のＴｉＯ２膜付の網目状に編まれてなる領域を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般にはＮ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置してＴｉＯ２表面に色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄し、これを作用極とした。
【００４２】
一方、厚さ２００μｍの圧延Ｔｉ板の片面にＰｔ被膜を物理蒸着により形成したものを対極とした。この対極を無アルカリガラス上に設置し、対極の上に厚さ１ｍｍのＰＥＴフィルムをセパレーターとして設置し、そのセパレーターの上に前記作用極を設置し、前記作用極の上に無アルカリガラスを設置した。このように無アルカリガラスによって上下をカバーされたセルの４つの側面のうち、３つの側面を熱圧着剤によって封じた。
【００４３】
つぎに、セルの封止していない１つの側面から、メトキシアセトニトリルを溶媒とする揮発性電解質を注入してセル内を満たした後、その側面を熱圧着剤によって封止して、セルを完全に密封した。
なお、セルの側面を封止する際、作用極を構成するＴｉ被覆Ｃｕ線のうち、長い横線の一端側を、セルの外へ引き出してから、セルを封止した。引き出された複数の横線は銅板にはんだ付けして集電部とした。また、作用極および対極の熱圧着部には、あらかじめアイオノマー樹脂を接着しておき、封止後の電解液の漏洩を防ぐようにした。
【００４４】
＜光電変換効率の評価＞
以上のようにして作製された実施例１〜７および比較例１〜３の各色素増感型光電変換素子のセルに対して、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）を用いて光を照射し、電流電位曲線を測定し、その光電変換効率を求めた。その結果を表１に併記した。
【００４５】
以上の結果から、本発明に係る実施例１〜７の色素増感型光電変換素子は、比較例１〜３の色素増感型光電変換素子に比べて、いずれも光電変換効率に優れることが明らかである。
また、本発明に係る実施例１〜７の色素増感型光電変換素子の作用極の開口率は、比較例１〜３の色素増感型光電変換素子の作用極の開口率よりも高いため、単位面積あたりの作用極の重量について、実施例の方が比較例よりも軽くなることは明らかである。したがって、本発明に係る実施例１〜７の色素増感型光電変換素子は、比較例１〜３の色素増感型光電変換素子に比べて、いずれも軽量性に優れることが明らかである。
【００４６】
＜屈曲性の評価＞
前述と同様に、実施例１〜７および比較例１〜３の１０種類の作用極を作製した。ただし、ＭＩＴ試験機の規格に合わせるため、その網目状に編まれてなる領域のサイズを１０ｍｍ×１８５ｍｍに変更した。この作用極の製織性を以下の基準で評価した。
（製織性の評価基準）
製織後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損がなかった：○
製織後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損があった：×
【００４７】
さらに、この作用極に対して、ＭＩＴ屈曲試験を以下の条件で行い、各作用極の屈曲性を以下の基準で評価し、その結果を表１に併記した。
（ＭＩＴ屈曲試験条件）
屈曲角度は２７０°、屈曲回数は３万回、屈曲速度は毎分１７５回、張力は５００ｇｆ、曲率半径は１ｍｍで行った。
（屈曲性の評価基準）
試験後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損がなかった：○
試験後の当該作用極の網目状構造を目視検査し、折れ曲がりや破損があった：×
【００４８】
以上の結果から、本発明に係る実施例１〜７の色素増感型光電変換素子のうち、実施例１〜６の作用極の屈曲性が優れることは明らかである。したがって、当該実施例の色素増感型光電変換素子の作製に使用された無アルカリガラスを、例えばＰＥＴ等を基板とする高ガスバリア性のフィルムに換えた場合、当該実施例の色素増感型光電変換素子の屈曲性が優れることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…色素増感型光電変換素子、２…発電部、３…集電部、４…集電用配線部、５…作用極、６…対極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１２…熱圧着部、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…上張り、１５…網目状構造部、１８…電解質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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