(57)【要約】【課題】製造コストを抑えた太陽電池を提供する。【解決手段】太陽電池１は、基板１２と金箔３０とを有する電極１０と、基板２２と半導体層２４と色素層２６とを有する電極２０と、純度９４ｗｔ％以上の金を含有する金箔３０と、コバルト系、又は、キノン系の電解質により構成された電解質層４０とを有する。電極２０は、透明または半透明な電極シートであり、既定の領域内において、半導体層２４と色素層２６とを設けた領域と、半導体層２４と色素層２６とを設けていない領域とを備えている。よって、太陽電池１は、電極２０面視において、半導体層２４及び色素層２６と、金箔３０とが隣接して交互に配置された状態を確認できる。【選択図】図１
2019009240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極シートと、
第２の電極シートと、
前記第１の電極シートに接着された金属箔と
を有し、
前記金属箔は、前記第１の電極シート、及び、前記第２の電極シートの間に配置されている
色素増感太陽電池。
【請求項２】
コバルト系、又は、キノン系の電解質により構成された電解質層
をさらに有し、
前記金属箔は、純度９４ｗｔ％以上の金を含有した合金の箔シートであり、
前記電解質層は、前記第１の電極シート及び前記金属箔と、前記第２の電極シートとの間に配置されている
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記第２の電極シート上の既定の領域に設けられ、金属酸化物ナノ粒子により構成された半導体層と、
前記半導体層に色素を吸着した色素層と
をさらに有し、
前記第２の電極シートは、透明または半透明な電極シートであり、
前記第２の電極シートは、既定の領域内において、前記半導体層および前記色素層を設けた領域と、当該半導体層および当該色素層を設けていない領域とを備えている
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記第２の電極シート面視において、前記半導体層および前記色素層は、前記金属箔と隣接して交互に配置されている
請求項３に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
透明または半透明である第１の電極シートと、
透明または半透明である第２の電極シートと、
前記第１の電極シートに接着された金属箔と
を有し、
前記金属箔は、前記第１の電極シート、及び、前記第２の電極シートの間に配置され、
前記金属箔は、前記第１の電極シート面視、及び、前記第２の電極シート面視の少なくとも一方において、金属光沢のある色を発色する
金属色素増感太陽電池。
【請求項６】
展延性を有する金属を箔状に延ばす工程と、
接着剤を用いて、導電膜を備えた板材に箔状にした金属シートを接着させる接着工程と
を有する色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記板材と、導電膜を備えた他の板材とを重ね合せる領域内において、該他の板材をマスキングするマスキング工程と、
マスキングした前記他の板材に金属酸化物ナノ粒子を含む溶液を塗布する塗布工程と
をさらに有する
請求項６に記載の色素増感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、色素増感太陽電池および色素増感太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、半導体電極と、対向電極と、前記両極間に保持された電解質層とを備えた光電変換素子であって、前記電解質層が、酸化還元対としてベンゾキノン誘導体及びヒドロキノン誘導体の両方をそれぞれ１．０ｍＭ〜１．０Ｍ、添加剤としてアンモニウム塩を１．０ｍＭ〜２．０Ｍ含有することを特徴とする光電変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９９２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、製造コストを抑えた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】
【０００５】
本発明に係る色素増感太陽電池は、第１の電極シートと、第２の電極シートと、前記第１の電極シートに接着された金属箔とを有し、前記金属箔は、前記第１の電極シート、及び、前記第２の電極シートの間に配置されている。
【０００６】
好適には、コバルト系、又は、キノン系の電解質により構成された電解質層をさらに有し、前記金属箔は、純度９４ｗｔ％以上の金を含有した合金の箔シートであり、前記電解質層は、前記第１の電極シート及び前記金属箔と、前記第２の電極シートとの間に配置されている。
【０００７】
好適には、前記第２の電極シート上の既定の領域に設けられ、金属酸化物ナノ粒子により構成された半導体層と、前記半導体層に色素を吸着した色素層とをさらに有し、前記第２の電極シートは、透明または半透明な電極シートであり、前記第２の電極シートは、既定の領域内において、前記半導体層および前記色素層を設けた領域と、当該半導体層および当該色素層を設けていない領域とを備えている。
【０００８】
好適には、前記第２の電極シート面視において、前記半導体層および前記色素層は、前記金属箔と隣接して交互に配置されている。
【０００９】
また、本発明に係る色素増感太陽電池は、透明または半透明である第１の電極シートと、透明または半透明である第２の電極シートと、前記第１の電極シートに接着された金属箔とを有し、前記金属箔は、前記第１の電極シート、及び、前記第２の電極シートの間に配置され、前記金属箔は、前記第１の電極シート面視、及び、前記第２の電極シート面視の少なくとも一方において、金属光沢のある色を発色する。
【００１０】
また、本発明に係る色素増感太陽電池の製造方法は、展延性を有する金属を箔状に延ばす工程と、接着剤を用いて、導電膜を備えた板材に箔状にした金属シートを接着させる接着工程とを有する。
【００１１】
好適には、前記板材と、導電膜を備えた他の板材とを重ね合せる領域内において、該他の板材をマスキングするマスキング工程と、マスキングした前記他の板材に金属酸化物ナノ粒子を含む溶液を塗布する塗布工程とをさらに有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における太陽電池１の構成を例示する図である。
【図２】太陽電池１の製造方法（Ｓ５０）を説明するためのフローチャートである。
【図３】金属薄膜を接着する接着方法を説明する図である。
【図４】太陽電池１の形態を例示する斜視図（Ａ）及び部分拡大図（Ｂ）である。
【図５】図４の太陽電池１の形態をより詳細に示す６面図及び部分拡大図である。
【図６】実施例及び比較例における太陽電池の発電特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
まず、本実施形態における太陽電池１の構成を説明する。
図１は、実施形態における太陽電池１の構成を例示する図である。図１（Ａ）は太陽電池１の内部構造を例示する模式図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に例示する太陽電池１のＺ矢視図である。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）に例示する太陽電池１の電極２０の断面構造を例示する模式図である。
図１（Ａ）に例示するように、本実施形態における太陽電池１は、電極１０、電極２０、及び、電解質層４０を有する、色素増感型太陽電池である。太陽電池１は、電極１０と電極２０との間に電解質層４０を備え、これらが積層することにより構成されている。また、図１（Ｂ）に例示するように、太陽電池１は、電極２０面視において、半導体層２４及び色素層２６と、金箔３０とが隣接し交互に配置されている。
【００１６】
（電極１０）
電極１０は、基板１２と、金箔３０とにより構成された対向電極基板である。電極１０は、接着剤により、基板１２上の表面に金箔３０を接着して構成されている。この接着剤は、金箔３０を基板１２の表面に接着する液体状またはシート状の接着剤であり、導電性のあるものが好適である。
基板１２は、透明または半透明の部材で構成されており、透光性を有する。具体的には、基板１２は、透明または半透明のシート材又は板材の表面に、透明な金属膜（透明導電膜（ＩＴＯ））等を付着させた透明電極基板である。なお、基板１２は、本発明に係る第１の電極シートの一例である。
【００１７】
金箔３０は、金を主とした合金を箔状にした金属箔であり、本発明に係る金属箔の一例である。ここで、合金を箔状にした金属箔とは、打ち延ばし法によって合金を箔状にした金属箔、及び、圧延法によって合金を箔状にした金属箔の両方を含む概念である。なお、本実施形態の金箔３０は、打ち延ばし法により合金を箔状にした金箔である。金箔３０は、純度９４ｗｔ％以上の金、銀、及び、銅を含有した合金を箔状にした金シート材である。そのため、金箔３０は、金属光沢のある黄色系色（いわゆる金色）に発色する。なお、金属光沢のある色は、使用する金属や合金の成分、又は、メッキ加工に使用する金属の種類によって異なる。
金箔３０には、５毛色（純度約９８ｗｔ％の金を含有）、１号色（純度約９７ｗｔ％の金を含有）、２号色（純度約９６ｗｔ％の金を含有）、３号色（純度約９５ｗｔ％の金を含有）、及び、４号色（純度約９４ｗｔ％の金を含有）があり、本実施形態の金箔３０は、４号色の金箔である。４号色の金箔は、具体的には純度約９４ｗｔ％の金、純度約５ｗｔ％の銀、及び、純度約１ｗｔ％の銅を含有した合金を箔状にしている。金箔３０は、合金における金の含有量を純度約９９ｗｔ％未満とすることにより、純度約９９ｗｔ％以上の金を含有する合金に比べて、加工しやすい適度な硬度と、展性及び延性とを備えることができる。
【００１８】
また、金箔３０の厚みは、約０．２μｍ（マイクロメートル）以下であり、具体的には、約０．０５μｍ（マイクロメートル）以上０．１５μｍ（マイクロメートル）以下である。金箔３０は、打ち延ばしにより箔状にするため、金箔３０の部分によって厚みにばらつきが生じる。そのため、平均すると金箔３０の厚みは、約０．1μｍ（マイクロメートル）（＝１００ｎｍ）である。
また、金箔３０の全体には、箔状に打ち延ばす過程で設けられた複数の穴が存在する。金箔３０に設けられた穴の数は、１ｃｍ２当たり約１００個の穴が設けられている。また、金箔３０に設けられた穴の大きさは、約０．０３ｍｍ２以上約０．０４ｍｍ２以下程度の大きさである。
このように、金箔３０は、箔シートの凹凸と、箔シートに設けられた複数の微細穴とによって、表面積を大きくしている。そのため、金箔３０は、後述する電解質層４０との接触面積を増やすことができる。
【００１９】
（電極２０）
電極２０は、基板２２と、半導体層２４と、色素層２６とにより構成されている。電極２０は、基板２２の一方の面に、半導体層２４と色素層２６とを備えている。
基板２２は、基板１２と実質的に同様の構成であり、透明または半透明の部材で構成されており、透光性を有する。具体的には、基板２２は、透明または半透明のシート材又は板材の表面に、透明な金属膜（透明導電膜（ＩＴＯ））等を付着させた透明電極基板である。基板２２は、本発明に係る第２の電極シートの一例である。
【００２０】
半導体層２４は、基板２２上の既定の領域に設けられた、金属酸化物ナノ粒子を吸着した金属酸化物ナノ粒子の層である。具体的には、半導体層２４は、基板２２に酸化チタンのナノ粒子を吸着（例えば化学吸着又は物理吸着）して形成した酸化チタンの層である。半導体層２４は、基板２２上における基板１２と基板２２とを重ね合せた領域内において、絵や図形といった模様を示すよう基板２２に設けられている。なお、本実施形態の半導体層２４は、図１（Ｃ）に例示するように、基板１２と基板２２とを重ね合せた領域内において、半導体層２４の形成された領域と、半導体層２４の形成されていない領域との組み合わせによって波紋模様を形成している。
【００２１】
色素層２６は、半導体層２４に吸着し設けた色素の層である。そのため、色素層２６は、図１（Ｃ）に例示するように、基板１２と基板２２とを重ね合せた領域内において、半導体層２４と同様に、色素層２６の形成された領域と、色素層２６の形成されていない領域との組み合わせによって波紋模様を形成している。
色素層２６を構成する色素には、金属を含む有機色素と、金属を含まない有機色素とがある。金属含む有機色素とは、例えば、ルテニウム化合物（ルテニウム錯体）を含むルテニウム系の有機色素（以下、ルテニウム系色素）である。また、金属を含まない有機色素とは、例えば、カルバゾール系の有機色素（以下、カルバゾール系色素）である。なお、本実施形態の色素層２６は、カルバゾール系色素である。本実施形態の色素層２６は、金属を含まない有機色素であるカルバゾール系色素を採用することにより、希少金属であるルテニウム系色素に比べて資源的制約が少ない。
【００２２】
（電解質層４０）
電解質層４０は、電極１０及び電極２０の間に配置された電解質の層である。電解質層４０は、正極からの電子を受け取り、酸化状態の色素を還元する役割を果たすため、拡散速度が速く、酸化還元電位の低いものが適している。電解質層４０を形成する電解質としては、例えば、コバルト系、キノン系、又は、ヨウ素系の電解質が挙げられる。なお、本実施形態の電解質層４０を形成する電解質は、コバルト系、又は、キノン系の電解質である。ヨウ素系の電解質は、金属部材である金箔３０を腐食させる虞があるため、本実施形態の電解質層４０を形成する電解質は、コバルト系、又は、キノン系の電解質である。コバルト系の電解質とは、例えば、ビス[2,6-ジ(1H-ピラゾール-1-イル)ピリジン]コバルト(II)ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドとビス[2,6-ジ(1H-ピラゾール-1-イル)ピリジン]コバルト(III)トリス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドである。また、キノン系の電解質とは、例えば、2,5-ジーt-ブチルキノンである。
このように、本実施形態における太陽電池１は、電極１０、電極２０、及び、電解質層４０により構成されている。
【００２３】
次に、本実施形態における太陽電池１の製造方法を説明する。
図２は、太陽電池１の製造方法（Ｓ５０）を説明するためのフローチャートである。
図２に示すように、ステップ５００（Ｓ５００）において、製造者は、純度９４ｗｔ％以上の金を主とした合金を約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚みとなるまで打ち延ばし、箔状に形成する（すなわち、金箔３０）。
【００２４】
ステップ５０５（Ｓ５０５）において、製造者は、接着剤を用いて、打ち延ばした金箔３０を基材１２に接着する。（電極１０の作製）
【００２５】
ステップ５１０（Ｓ５１０）において、製造者は、基板１２と基板２２とを重ね合せる領域内において、基板２２の一方の面にマスキング材を配置する。製造者は、酸化チタンのナノ粒子を含む混合溶液（以下、酸化チタン混合溶液）を塗布する領域と塗布しない領域と組み合わせた波紋模様を形成するよう、マスキング材を配置する。
【００２６】
ステップ５１５（Ｓ５１５）において、製造者は、マスキングした基板２２の面に、酸化チタン混合溶液を塗布し、基板２２のマスキング材のない領域に酸化チタンを吸着させる。
【００２７】
ステップ５２０（Ｓ５２０）において、製造者は、基板２２に塗布した酸化チタン混合溶液を乾燥させる。これにより、基板２２の表面上に酸化チタンの層（すなわち、半導体層２４）が形成される。
次に、製造者は、半導体層２４を形成後に、基材２２からマスキング材を剥離する。
【００２８】
ステップ５２５（Ｓ５２５）において、製造者は、基板２２に形成された半導体層２４に色素溶液を塗布し、半導体層２４の表面に色素を吸着させる。色素溶液は、カルバゾール系色素を含んだ溶液である。
次に、製造者は、半導体層２４の表面に塗布した色素溶液を乾燥させる。製造者は、塗布した色素溶液を乾燥させることにより、半導体層２４の表面にカルバゾール系色素からなる色素層２６を形成させる。（電極２０の作製）
【００２９】
ステップ５３０（Ｓ５３０）において、製造者は、電極１０と電極２０と重ね合せる。製造者は、電極１０の金箔３０を接着した面と、電極２０の半導体層２４及び色素層２６を形成した面と対向させ重ね合せる。
【００３０】
ステップ５３５（Ｓ５３５）において、製造者は、重ね合せた電極１０と電極２０との隙間に電解質溶液を滴下注入し、電極１０と電極２０との間に電解質層４０を形成する。電解質溶液は、コバルト系、又は、キノン系の電解質を含んだ溶液である。製造者は、電解質溶液注入後に封止して太陽電池１を得る。
【００３１】
このように、本実施形態の製造方法によれば、金箔３０を含む太陽電池１を製造することができる。また、図１（Ｂ）に例示する半導体層２４および色素層２６と、金箔３０との組み合わせにより模様を備えた、太陽電池１を製造することができる。
なお、本実施形態の製造方法のＳ５１０からＳ５２５までにおいて、手作業による方法によって実現してもよし、スクリーン印刷法やジェット印刷法にて実現してもよい。また、本実施形態の製造方法は、電極１０の製造工程（Ｓ５００からＳ５０５までの製造工程）と、電極２０の製造工程（Ｓ５１０からＳ５２５までの製造工程）との製造順序を入れ替えてもよい。
【００３２】
図３は、金属薄膜を接着する接着方法を説明する図である。
蒸着法またはスパッタ法である従来技術では、図３（Ａ）に例示するように、蒸着装置を使用し、高温処理により真空中で蒸着源となる金属塊を蒸発させ、基板１２に金属薄膜を形成し、電極基板を形成していた。  
一方で、本発明に係る実施形態では、図３（Ｂ）に例示するように、製造者は、接着剤を用いて打ち延ばした金箔３０を基材１２に接着する。これにより、従来技術である蒸着法またはスパッタ法に比べて、金属を蒸発させることなく金属膜を形成することができる。
また、従来技術の蒸着法では金の使用量が多いため、金属の膜厚が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下となるのに対し、本発明の金箔厚１００ｎｍとなるため、従来技術の蒸着法の方が膜が厚くなる。つまり、本発明の方が金の合金を多量に消費することなく効率的に、薄膜を基材１２上に形成することができる。
よって、本発明では、従来のように高額な蒸着装置は必要ないためコストが軽減される。
【００３３】
（実施例）
以下、上記実施形態の実施例を説明する。
図４は、太陽電池１の形態を例示する斜視図（Ａ）及び部分拡大図（Ｂ）である。
図５は、図４の太陽電池１の形態をより詳細に示す６面図及び部分拡大図である。
図４及び図５に例示するように、太陽電池１は、透明または半透明の部材で形成した基板１２及び基板２２の間に、半導体層２４、色素層２６、及び、金箔３０を配置している。そのため、正面図及び背面図において、これら２つの基板を介して、基板１２及び基板２２の間に配置された半導体層２４及び色素層２６と、金箔３０とを視認することができる。つまり、太陽電池１は、両面において、金色の金箔３０を視認することができる。
具体的には、正面図、及び、部分拡大図において、太陽電池１は、基板２２を介して、半導体層２４及び色素層２６と、金箔３０とが隣接し交互に配置されており全体として波紋模様を視認できる。また、背面図において、太陽電池１は、基板１２を介して、金箔３０を視認できる。
【００３４】
（発電特性の評価）
図６は、実施例及び比較例における太陽電池の性能を比較したデータである。
図６（Ａ）は、実施例及び比較例における太陽電池の発電特性を示す曲線グラフである。また図６（Ｂ）は、実施例及び比較例における太陽電池の対向電極基板の発電効率を示す表である。
光源である疑似太陽（１０００Ｗ／ｍ２）の下、金箔を備えた太陽電池１（本実施例）と、従来技術の蒸着法により形成された金の薄膜を備えた太陽電池（比較例）との発電特性をそれぞれ比較した。
なお、測定条件として、本実施例の太陽電池１、及び、比較例の太陽電池ともに、１０ｃｍ×１０ｃｍの太陽電池セルとし、コバルト錯体を電解質層とし、ＭＫ−２色素（2-Cyano-3-[5'''-(9-ethyl-9H-carbazol-3-yl)-3',3'',3''',4-tetra-n-hexyl-[2,2',5',2'',5'',2''']-quarter thiophenyl-5-yl]acrylic acid）を色素層としている。また、半導体層における酸化チタン膜厚は５μｍ（マイクロメートル）、面積１６ｍｍ２である。
図６（Ａ）の発電特性を示す曲線グラフに示すように、本実施例のグラフの方が、比較例のグラフに比べて発電することが確認できた。
また、得られた結果に基づいて両者の発電効率を算出した結果、図６（Ｂ）に示すように、本実施例の太陽電池１は１．８３％であるのに対して、比較例の太陽電池は１．６５％であり、本実施例の方が高い発電効率であることが確認できた。したがって、本発明に係る実施例の太陽電池１は、従来技術により形成された太陽電池より優れたの性能を示することが確認できた。本実施例の太陽電池１の金箔は、比較例の金の薄膜に比べて、表面積が大きいため、反応する場所が増加したと考えられる。
【００３５】
（対向電極基板の評価）
図６（Ｃ）は、実施例及び比較例における太陽電池の対向電極基板の抵抗値を示す表である。
また、上記本実施例、及び、比較例両者の太陽電池セル（１０ｃｍ×１０ｃｍ）の対向電極基板を用いて、抵抗値を算出した。その結果、図６（Ｃ）に示すように、本実施例の太陽電池１の対向電極金箔基板の抵抗値は５０Ωであり、比較例の太陽電池の対向電極蒸着金膜基板の抵抗値は１００Ωであった。これより、本実施例の対向電極金箔基板の方が抵抗値が低いことが確認できた。したがって、本発明に係る実施例の太陽電池１の対向電極金箔基板は、従来技術により形成された太陽電池の対向電極蒸着金膜基板より抵抗値が低いことが確認できた。本実施例の太陽電池１の対向電極金箔基板は、比較例の対向電極蒸着金膜基板に比べて、金分子同士が繋がっているため、抵抗値が低減したと考えられる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態の太陽電池１は、電極基板に金箔を接着することにより、従来技術である蒸着法またはスパッタ法に比べて、金属を多量に消費することなく効率的に金属膜を形成することができるため資源の節約となる。また、蒸着法またはスパッタ法のように、高額な蒸着装置や高温処理も不要であり、製造コストも抑えられる。
また、本実施形態の太陽電池１の対向電極基板によれば、蒸着法等により形成された対向電極基板と同等以上の発電効率を維持することができる。
また、太陽電池１は、電極２０面視において、半導体層２４及び色素層２６を形成した領域と、半導体層２４及び色素層２６を形成していない領域から視認できる金箔３０とが隣接し交互に配置することにより、色素色および金色の組み合わせによる色彩と、半導体層２４及び色素層２６の配置形状による模様とを結合させたデザインとすることにより、意匠性を向上させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態の太陽電池１は、金属箔の一例として金箔である場合を説明したが、これに限定するものではなく、貴金属である銀を箔状にした銀箔、または、白金（プラチナ）を箔状にしたプラチナ箔を採用してもよい。銀箔、及び、プラチナ箔を採用した場合、太陽電池１の両面において、基板１２及び基板２２を介して、金属光沢のある白色系色または灰色系色（いわゆる銀色）を視認することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…太陽電池
１０、２０…電極
１２、２２…基板
２４…半導体層
２６…色素層
３０…金箔
４０…電解質層
【図１】
2019009240.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019009240.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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