(57)【要約】ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を有する色素増感太陽電池及びナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を有する色素増感太陽電池の製造方法である。色素増感太陽電池の製造方法は、ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用意するステップ、導電性金属酸化物層の上に多孔質半導電層を付加するステップ、多孔質半導電層の少なくとも一部に色素を付加するステップと、色素の少なくとも一部の近傍に電解液を付加するステップとを有している。
2013511135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感太陽電池であって、
ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層と、
前記導電性金属酸化物層に接触している多孔質半導電層と、
前記多孔質半導電層の少なくとも一部に接触している色素と、
前記色素の少なくとも一部に隣接している電解液と、
を有して成ることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記導電性金属酸化物層が、透明導電性酸化物である、ＣｌをドープしたＳｎＯ２、Ｆ及びＣｌをドープしたＳｎＯ２、ＦをドープしたＳｎＯ２、ＣｄをドープしたＳｎＯ２、ＳｂをドープしたＳｎＯ２、又はこれ等の組合せから成ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ナノウィスカーの各々が、付着部の対応する領域から突出している先端部を有していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ナノウィスカーの平均密度が１平方マイクロメートル当たり１〜１０であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
色素増感太陽電池の製造方法であって、
ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用意するステップと、
前記導電性金属酸化物層の上に多孔質半導電層を付加するステップと、
前記多孔質半導電層の少なくとも一部に色素を付加するステップと、
前記色素の少なくとも一部の近傍に電解液を付加するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願第６１／２６１９３７号（出願日：２００９年１１月１７日）及び米国特許出願第１２／９４３５０７号(出願日：２０１０年１１月１０日)の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、導電性金属酸化物膜及びそれを備えた製品に関し、具体的には導電性金属酸化物膜を備えた色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ガス検知や光学及び電子用途において、ナノワイヤ構造体の有効性が示されている。従来のナノワイヤ構造体の作製方法には化学気相蒸着（ＣＶＤ）法、常圧化学気相蒸着（ＡＰＣＶＤ）法、物理蒸着（ＰＶＤ）法、ゾルゲル法、熱水蒸着法、及び電気化学蒸着法がある。これ等の方法はナノワイヤの大量生産や規則配列又は直線配列ナノワイヤ構造体の作製に有効である。
【０００４】
透明及び／又は導電性の膜を被覆したガラスが、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックプレーンアーキテクチャや携帯電話の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のような表示用途を含む多くの用途において有益である。また、透明及び／又は導電性の膜を被覆したガラスは、例えば、特定の種類の光電池の電極として、太陽電池の分野において有益であると共に、その他多くの急成長している産業分野や用途にも有益である。
【０００５】
透明導電性酸化物（ＴＯＣ）がＬＣＤ表示パネル、低放射率窓ガラス、ごく最近の光（ＰＶ）電池、電子ペーパー、及びその他多くの産業用途に広く用いられている。カドミウム酸化物（ＣｄＯ）が１９０７年に発見された歴史上最初のＴＣＯであるが、現在最も利用されているＴＣＯは、各種表示パネル及び低放射率窓ガラスにそれぞれ見られる、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）及びフッ素ドープ錫酸化物（ＦＴＯ）である。  
ＴＣＯは本来バンドギャップの大きい半導体であり、一般に不純物を添加することによって導体とされる通常伝導帯直下のフェルミレベル、ΔＥ〜ｋＴ、が最小のｎ型半導体である。実用的なｐ型ＴＣＯ（即ち、ＣｕＡｌＯ２）が最初に実現されたのは１９９７年後半であり、その時から次世代の「透明エレクトロニクス」が出現した。しかし、最近大いに注目を集めている光発電における透明電極として、高性能なＴＣＯが必要とされている。
【０００６】
色素増感太陽電池は、多孔質支持媒体（通常、金属酸化物であり、チタニアが最も一般的）が色素によって「増感」される太陽電池の一種であり、色素が光を吸収すると励起電子が支持媒体の伝導帯に移動できるものである。そこから電子は（太陽光に付随して生じる）導電性スーパストレートに到達するまで拡散する必要があり、その後外部回路を周回することができる。光が色素に到達するためには導電性スーパストレートは透明でなければならない。
【０００７】
色素増感太陽電池の効率に影響を及ぼす幾つかの基本的な問題がある。特に重要な問題の1つは、色素から金属酸化物に対する注入によって生じた電子を透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の電極に到達させる問題である。金属酸化物に到達した電子は、この層には事実上電界が存在しないため、あらゆる方向に拡散する。その結果、電極に到達する前に多くの電子が（欠陥サイト）にトラップされる。このようにして、装置の効率が低下する。これを抑制する1つの方法は、各々の電子が生成される位置と導電性電極との間の経路を短縮することである。しかし、実際の膜厚を薄くせずに経路を短縮することが課題となる。何故なら、膜厚を薄くすると光経路中における色素の量が低下し、入射単位パワー（光）当たりの生成電子数が低減するからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＴＣＯ用途に有用な導電性金属酸化物を、例えば、色素増感太陽電池に備えることが有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に記載の導電性金属酸化物層を備えた太陽電池は、前記従来の太陽電池の1つ以上の欠点に対処したものである。
【００１０】
1つの実施の形態は、色素増感太陽電池であって、ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層と、導電性金属酸化物層に接触している多孔質半導電層と、多孔質半導電層の少なくとも一部に接触している色素と、色素の少なくとも一部に隣接している電解液とを有して成ることを特徴とする太陽電池である。
【００１１】
ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を有する色素増感太陽電池は、層厚を薄くせずに半導電層内の電子経路長をどのようにして短縮するかという課題に対処することができるものである。
【００１２】
別の実施の形態は色素増感太陽電池の製造方法であって、
ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用意するステップと、
導電性金属酸化物層の上に多孔質半導電層を付加するステップと、
多孔質半導電層の少なくとも一部に色素を付加するステップと、
色素の少なくとも一部の近傍に電解液を付加するステップと、
を有して成ることを特徴とする方法である。
【００１３】
本発明のその他の特徴及び効果が以下の詳細な説明に述べてあり、当業者にとって詳細な説明を読むことにより容易に理解できると共に、詳細な説明、添付クレーム、及び添付図面に記載の本発明を実施することによって認識できる。
【００１４】
前記概要説明及び以下の詳細な説明は、本発明の例示に過ぎず、特許請求した本発明の本質及び特徴を理解するための要旨又は骨格の提供を意図したものである。
【００１５】
添付図面は本発明の理解を深めるためのものであり、本明細書に組み込まれその一部を構成するものである。図面は本発明の1つ以上の実施の形態を示すものであり、本明細書の記述と合わせて本発明の原理及び作用の説明に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明は以下の詳細な説明又は詳細な説明と添付図面とを組み合わせることによって理解することができる。
【図１】例示的なＤＳＳＣの構成を示す図。
【図２】1つの実施の形態によるＤＳＳＣの作製に用いられた例示的なＦＴＯの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像。
【図３】ナノウィスカーを備えたＦＴＯと平坦なＦＴＯを備えた例示的な色素増感太陽電池の電流対電圧（Ｉ／Ｖ）特性を示すグラフ。
【図４】ナノウィスカーを備え、シート抵抗が異なるＦＴＯ（電極）を有する例示的な色素増感太陽電池のＩ／Ｖ特性を比較したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付図面に例を示す本発明の各種実施の形態について詳細に説明する
本明細書において、「サブストレート」及び「スーパストレート」という用語は区別せずに使用され、色素増感太陽電池の構成に応じてサブストレート又はスーパストレートを意味する。例えば、サブストレートは色素増感太陽電池に組み立てられると、その光入射側のスーパストレートとなる。スーパストレートは衝撃及び環境劣化から材料を保護すると共に、太陽スペクトルの適切な波長を透過させる。また、多数の色素増感太陽電池を色素増感太陽電池モジュールとすることができる。
【００１８】
本明細書において、「隣接」という用語は極めて接近していることを意味する。隣接構造体は物理的に接触していてもいなくてもよい。隣接構造体は間に別の層及び／又は構造体を有していてもよい。
【００１９】
本明細書において、「平坦」という用語は地形学的に略平坦な表面を有していることを意味する。
【００２０】
実施の形態において例示的な数値範囲が示してあるが、各々の数値範囲は、その両端を含む当該範囲内における少数点以下を含むあらゆる数値を包含するものである。
【００２１】
１つの実施の形態は、図１に示す色素増感太陽電池１００である。太陽電池１００はナノウィスカー１４を備えた導電性金属酸化物層１２と、導電性金属酸化物層に接触している多孔質半導電層２２と、多孔質半導電層２２の少なくとも一部に接触している色素と、色素の少なくとも一部に隣接している電解液１６とを有している。
【００２２】
図２はナノウィスカー１４備えた例示的な導電性金属酸化物層１２のＳＥＭ像である。この例におけるスーパストレート１０はガラス・スーパストレートである。この例における導電性金属酸化物層はフッ素をドープした錫酸化物（ＦＴＯ）である。
【００２３】
１つの実施の形態において、多孔質半導電層が最長ナノウィスカーの長さより大きい厚さを有している。本実施の形態において、ナノウィスカーが多孔質半導電層に覆われている。
【００２４】
１つの実施の形態において、導電性金属酸化物層が、透明導電性酸化物である、ＣｌをドープしたＳｎＯ２、Ｆ及びＣｌをドープしたＳｎＯ２、ＦをドープしたＳｎＯ２、ＣｄをドープしたＳｎＯ２、ＳｂをドープしたＳｎＯ２、又はこれ等の組合せから成っている。
【００２５】
１つの実施の形態による、図１に示す太陽電池は、導電性金属酸化物層１２に隣接しているスーパストレート１０を更に有している。
【００２６】
１つの実施の形態による、図１に示す太陽電池は、電解液のスーパストレートと反対側に隣接している対電極１８を更に備えている。例えば、対電極１８は白金導電層から成ることができる。１つの実施の形態において、太陽電池は対電極に隣接しているサブストレート２０を更に有している。１つの実施の形態によれば、このサブストレートはガラスから成ることができる。
【００２７】
１つの実施の形態において、スーパストレートがガラス、プラスチック、非ガラス質結晶性固体、又はこれ等の組合せから成っている。スーパストレートは透明とすることができる。例えば、スーパストレートはガラス層から成っている。別の実施の形態において、スーパストレートはガラス・スーパストレートである。
【００２８】
１つの実施の形態によれば、多孔質半導電層が金属酸化物であるチタニア、酸化亜鉛、又はこれ等の組合せから成っている。１つの実施の形態において、導電性金属酸化物層と多孔質半導電層との組合せが多孔質である。
【００２９】
１つの実施の形態において、電解液は色素と物理的に接触していてもよい。一部の実施の形態において、色素が多孔質半導電層の孔を被覆している。１つの実施の形態において、色素の大部分が多孔質半導電層内に浸透し包含されている。
【００３０】
１つの実施の形態において、ナノウィスカーの平均径が１ナノメートル〜１００ナノメートル、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜３０ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜２０ｎｍである。１つの実施の形態において、ナノウィスカーの平均径が１０ｎｍ〜３０ｎｍである。図１に示す１つの実施の形態において、各々のナノウィスカーが付着部２８の対応する位置から突出している先端部３０を有している。付着部の領域はスーパストレート又は導電性金属酸化物層であってよい。１つの実施の形態において、ナノウィスカーの平均長が０超〜１マイクロメートルである。１つの実施の形態において、ナノウィスカーの平均密度が１平方マイクロメートル当たり１〜１０、例えば、１平方マイクロメートル当たり１〜５である。
【００３１】
１つの実施の形態において、導電性金属酸化物層の厚さが３マイクロメートル以下、例えば、２マイクロメートル以下、例えば、１マイクロメートル以下、例えば、５００ナノメートル以下、例えば、１００ナノメートル以下、例えば、５０ナノメートル以下である。別の実施の形態において、導電性金属酸化物層の厚さが１０ナノメートル〜１０００ナノメートル、例えば、１０ナノメートル〜５００ナノメートルである。
【００３２】
一部の実施の形態において、導電性金属酸化物層のナノウィスカーが多孔質半導電層内に侵入することにより、（電子が発生する）多孔質半導電層表面の点から導電性金属酸化物層（電子収集部）表面の点までの平均長が大幅に短縮される。この電子発生点から収集点までの距離の短縮により、生成された電子がトラップされそのエネルギーが無駄になる確率が低下する。この喪失電子の減少がそのまま色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）の効率向上につながる。  
一部の実施の形態において、多孔質半導電層に侵入したＴＣＯのナノウィスカーが透明であるため、例えば、チタニアが導光路として機能し層を通して更に多くの光を届けることができる。このことは光を効率的に供給する点において有益である。
【００３３】
別の実施の形態は色素増感太陽電池の製造方法であって、
ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用意するステップと、
導電性金属酸化物層に多孔質半導電層を付加するステップと、
多孔質半導電層の少なくとも一部に色素を付加するステップと、
色素の少なくとも一部の近傍に電解液を付加するステップと、
を有している。
【００３４】
１つの実施の形態において、導電性金属酸化物層を用意するステップが加水分解反応によって導電性金属酸化物層を形成するステップを有している。
【００３５】
１つの実施の形態において、導電性金属酸化物層を用意するステップが、例えば、金属ハロゲン化物のような金属酸化物先駆体及び溶媒から成る溶液を用意するステップと、溶液のエアロゾル液滴を用意するステップと、エアロゾル液滴を加熱ガラス・スーパストレートに塗布し、金属酸化物先駆体を導電性金属酸化物層形成のための金属酸化物に変換し、例えば、ガラス・スーパストレートにＴＣＯ層を形成するステップとを有している。
【００３６】
溶媒が水から成る場合、加水分解反応が可能である。加水分解反応において、金属ハロゲン化物が水と反応してそれぞれの酸化物に変化する。溶媒がアルコールのみから成る場合には、酸素存在下において、アルコールが蒸発／及び燃焼するフラッシュ反応が起こる。例えば、塩化錫のような金属ハロゲン化物が酸素と反応してそれぞれの酸化物を形成する。１つの実施の形態において、酸化物が焼結されて導電性金属酸化物層が形成される。一部の実施の形態において、導電性金属酸化物層は透明である。
【００３７】
１つの実施の形態によれば、溶液が水から成っている。一部の実施の形態において、溶液の溶媒が水である。
【００３８】
１つの実施の形態において、金属酸化物先駆体が錫先駆体である場合、塩化錫（ＳｎＣｌ２）、四塩化錫（ＳｎＣｌ４）、及びその組合せから選択される。錫先駆体は溶液の５〜３５重量パーセント、例えば、１３〜２５重量パーセント、例えば、５〜２０重量パーセント、例えば、溶液の１３重量パーセント以上である。
【００３９】
一部の実施の形態において、溶液がドーパントの先駆体を更に含んでいる。ドーパントの先駆体は、例えば、ＨＦ、ＮＨ４Ｆ、ＳｂＣｌ３、及びこれ等の組合せから選択することができる。
【００４０】
１つの実施の形態によれば、エアロゾル液滴を用意するステップが溶液を霧化するステップを有している。１つの実施の形態によれば、溶液を霧化するステップが、アトマイザにおいて、溶液中にアルゴン、ヘリウム、窒素、一酸化炭素、窒素及び酸素中の水素から選択されるガスを流すステップを有している。別の実施の形態によれば、溶液を霧化するステップが、アトマイザを通して外気を流すステップを有している。一部の実施の形態において、溶液の霧化速度が毎分２リットル（Ｌ／分）〜７Ｌ／分、例えば、３Ｌ／分である。一部の実施の形態において、霧化速度は塗布の規模に依存することができる。１つの実施の形態において、エアロゾル液滴のメディアン液滴径が１マイクロメートル未満、例えば、１０ナノメートル〜９９９ナノメートル、例えば、５０ナノメートル〜４５０ナノメートルである。
【００４１】
１つの実施の形態によれば、エアロゾル液滴を噴霧するステップが、アトマイザからエアロゾル液滴を受け取るよう構成され、ガラスサブストレートの近傍に配置された１つ以上の噴霧器からエアロゾル液滴を噴霧するステップを有している。
【００４２】
エアロゾル噴霧器の形状は任意であり、被覆されるスーパストレートの形状及び面積に依存する。エアロゾル液滴を噴霧するステップが、スーパストレートに対し、噴霧器を１つ以上の方向に平行移動、例えば、三次元デカルト座標系において、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、又はこれらを組合せた方向に平行移動するステップを有することができる。
【００４３】
１つの実施の形態において、エアロゾル液滴を噴霧するステップが、エアロゾル液滴を例えば、加熱炉又は加熱板のような加熱区域に流すステップを有している。加熱区域にエアロゾル液滴の流れを受けるようスーパストレートを配置し液滴がスーパストレートに蒸着されるようにすることができる。
【００４４】
１つの実施の形態において、スーパストレートがガラス板の形態を成している。別の実施の形態において、スーパストレートが平坦であり、色素増感太陽電池のスーパストレート又はサブストレートとして使用することができる。
【００４５】
１つの実施の形態によれば、色素増感太陽電池の製造方法が、摂氏４００度から５３０度に加熱されたスーパストレートにエアロゾル液滴を噴霧するステップを有している。一部の実施の形態において、この温度範囲の上限がガラスサブストレートの軟化点に依存している。一般に、導電性金属酸化物層は、例えば、ガラス・スーパストレートの軟化点より低い温度において付加される。１つの実施の形態によれば、導電性金属酸化物層が大気圧において形成される。
【００４６】
１つの実施の形態において、多孔質半導電層を付加するステップが、アルコール、例えばエタノール、のような溶媒を用いて、金属酸化物粉末のスラリーを作成し、スラリーを導電性金属酸化物層の上に成形するステップを有している。１つの実施の形態において、ドライ・エアロゾル・デポジションによってスラリーを堆積させることができる。
【００４７】
また、１つの実施の形態によれば、形成後、多孔質半導電層を焼結するステップを更に有している。  
ナノウィスカーは本明細書に述べるナノリキッド化学析出法のような湿式エアロゾル化学析出法を用いて、ＳｎＯ２を主成分とする透明導電層に成長させることができる。一般に、ナノウィスカーは析出温度が４００℃〜５３０℃において見られる。低温度（４００℃未満）においては、低部の径が５０ｎｍ〜１００ｎｍ、先端の径が２０ｎｍの針状構造体が成長する。高析出温度（５００℃）において、平均径が１０ｎｍ〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍのナノウィスカーが成長する。
【実施例】
【００４８】
前記方法により、フッ素ドープ錫酸化物（ＦＴＯ）を被覆したガラス・スーパストレートのサンプルを用意した。ナノウィスカー電極と平坦なＴＣＯ電極のＤＳＳＣの性能に与える影響を比較するため、これ等のスーパストレートのうち、同等のシート抵抗を有するが形態が異なる代表サンプルを選択した。比較実験用に選択した２つのサンプルのシート抵抗は〜２７Ω/□であった。
【００４９】
ＦＴＯ被膜を形成するための条件によって、最終的な導電性金属酸化物層構造が得られた。ＦＴＯのナノウィスカー密度、絶対高さ、及びアスペクト比が、ナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用いて作製された色素増感太陽電池の効率にすべて影響を与える。例えば、ナノウィスカーが、例えば、多孔質チタニア膜から成る所望の多孔質半導電層の高さを超えないことが望ましい。また、ナノウィスカーの寸法が大き過ぎないことが好ましい。ナノウィスカーが長過ぎるとチタニア膜から突出し、システムが局部短絡する可能性が増し、広すぎると色素含有チタニアが占めるべき場所を占有し、効率（略光波長と同じ径又は長さが好ましい）が低下する。本実施例におけるナノウィスカーを備えたＦＴＯ層のナノウィスカー密度は〜５×１０６／ｍｍ２即ち５／μｍ２であった。ナノウィスカーの平均長は〜１μｍであった。
【００５０】
前記サンプルを用いて以下の手順で色素増感太陽電池を作製した。ＦＴＯ被覆スーパストレートをプラズマクリーナで洗浄し表面の汚れを除去した。洗浄したＦＴＯ被覆スーパストレートをスーパストレートの長さを超えて延びる塗布器のガイドレール下部のレベル・プラットフォームに載置した。関連する厚さが同じガラスサンプルをＦＴＯ被覆スーパストレートの隣に載置し、ＦＴＯ被覆スーパストレートで塗布器のキューブが開始及び終了しないようキューブの利用可能スペースを広げた。これにより、ＦＴＯ被覆スーパストレート上に形成されるチタニア膜の有効部分が拡大する。チタニアの粉末をエタノールでスラリー状にし、塗布器キューブを用いてサブストレートの上に成形した。
【００５１】
本実施例では、チタニアとしてＤｅｇｕｓｓａ Ｐ２５を用い、スラリーを作製するため、エタノールに６．７重量パーセントの増量剤を入れた。チタニアを計量してエタノールに入れ、２分間十分に撹拌した。次にこの縣濁液を１０〜１５分間超音波分解しチタニアのナノ粒子を分散した。チタニア膜の最終厚はレイダウン・ギャップ高及びスラリー内のチタニアの体積分率によって決定できる。ガイドレールによってＦＴＯ被覆スーパストレートをレベル・プラットフォームに固定した状態で、望ましい塗布器のギャップ（この場合３７μｍ）がスーパストレートの反対方向であってユーザに向いた側の下部に生じるよう塗布器のキューブをスーパストレートの前の別のガラス片に載置した。塗布器のキューブのガラス上面からの深さ少なくとも１／８インチ（３．１７５ｍｍ）までチタニアのスラリーで満たした。ギャップが１／８インチ（３．１７５ｍｍ）未満の場合、レイダウンの幅が影響を受け膜の中心から端部にかけて厚さが変化する。塗布器のキューブをガラス及びガイドレールに軽く押圧した。
【００５２】
スーパストレートの長さ全体にわたり塗布器のキューブを着実に押圧した。この定常運動により多孔質チタニア層が生成され、乾燥及び焼結後、着色処理してＤＳＳＣに組み込んだ。乾燥時間は１００℃の乾燥オーブンで略１５分であった。次に、加熱炉内において４５０℃で多孔質半導電層を焼結した。焼結は、チタニア層を備えたＦＴＯ被覆スーパストレートを室温の加熱炉に入れ、８℃／分の速度で２５０℃まで上昇させ、３０分間２５０℃の温度を保持した後、８℃／分の速度で２５０℃から４５０℃まで上昇させ、３０分間４５０℃の温度を保持した後、８℃／分の速度で４５０℃から５０℃に低下させることによって実施した。次に焼結サンプルを加熱炉から取り出し室温にまで冷却した。
【００５３】
次に、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社が販売しているルテニウム・ビピリジルを主成分とするＲｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５（Ｎ３とも言う）を用いて、焼結多孔質チタニア層に着色処理を施した。多孔質チタニア層をルテニウム色素溶液（無水エタノール１００ｍＬ当たり２０ｍｇの色素）に２０時間浸漬した。２０時間浸漬した後、色素溶液からサンプルを取り出し、無水エタノールで洗浄して窒素ガス流によって乾燥した。
【００５４】
多孔質チタニア層に着色処理を施した後、チタニア層の周端部にガスケットを取り付けるための余地を設けるために必要なトリミングを行った。トリミングは片歯カミソリを用いてチタニアを慎重に削り取ることによって実施した。所望であれば、着色処理を行う前にトリミングを実施することができるが、一般に着色処理に続いてチタニアのトリミングを行うことがより好都合である。着色チタニアの方形パッチ（１ｃｍ×１ｃｍ）をアクティブセル領域として残した。
【００５５】
本実施例において、背面電極用白金膜である白金層を多孔質チタニア層と同様の方法で作製した。塗布器キューブを用い、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社が販売しているＰｔペーストである、Ｐｔ触媒Ｔ/ＳＰを薄膜状のＴＣＯシート・オンガラス（この場合、市販のＦＴＯ被覆１７３７）に厚さ５０μｍ塗布した。次に、膜を３０分間４００℃に加熱しペーストの他の成分を取り除いて白金膜を形成した。
【００５６】
太陽電池を組み立てるためのガスケット材料として、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社が販売しているＳＸ１１７０−６０（厚さ６０マイクロメートルの膜（ポリマー））を使用した。ガスケット材料の細片を切り取ってチタニアに突接する周縁部に嵌合するよう着色チタニアのサンプルに取り付け、チタニア・パッチの対角線上の隅部にギャップを残した。これは、４枚のガスケット材料細片を切り取ることによって実施した。１ｃｍ×１ｃｍのパッチを備えた２インチ（略５０．８ｍｍ）×１インチ（略２５．４ｍｍ）のスーパストレートに対し、４枚のガスケット細片の内の２枚の細片の幅が０．３インチ（略７．６２ｍｍ）、長さがスーパストレートの１辺から別の辺に達するのに十分な１インチ（略２５．４ｍｍ）である。別の２枚は幅が０．３インチ（略７．６２ｍｍ）、長さが別の２つの端部の大部分に延ばすために０．３インチ（略７．６２ｍｍ）であり、対向する隅部に０．１インチ（略２．５４ｍｍ）の充填用及び空気逃がし用のギャップを残した。その結果、ガスケット・パターンは、それぞれ一方が他方より短い２つの定規から成る２つの差し金に似たものとなった。チタニア・パッチの対向隅部を覆い、電解液を充填するために、別の２つの対向隅部を開放した。
【００５７】
白金で被覆した側を下にしてガスケットに向くようにし、組み立てたばかりのガスケット内においてチタニア電極が白金によって完全に覆われるようにガスケット上部に対電極を配した。電池の組立てにおいて、ＴＣＯ被覆サブストレートに各々の電極から自由にアクセスして外部回路の線を取り付けるための十分な余地が得られるよう２つの電極（オンスーパストレート・チタニア及びオンサブストレート・プラチナ）を配置及び配向することが重要であった。新しく組み立てた太陽電池をクランプで挟み静かに圧力を加えた。Ｏｆｆｉｃｅｍａｔｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのバインダー・クリップ、ＢＣ−５０及びＢＣ−２０を組み合わせて使用し、太陽電池の分離防止およびガスケットのヒートシーリングを促進するために適切な圧力を加えた。
【００５８】
電解液の充填及び空気逃がしのために意図的に残した２つのギャップを除き、ガスケットが軟化しギャップを残さず太陽電池の２つの半部分が封止されるまで、これ等のクランプ固定した太陽電池を乾燥オーブン又はその他適切な加熱源により略７分間１２５℃に加熱した。これより長く加熱するとガスケット材料が軟化し過ぎて２つの電極間のギャップが大幅に小さくなる。ガスケットの軟化及び封止は１００℃〜１２５℃の温度で実施することができ、温度が低い場合は加熱時間が長くなる。２つの電極がガスケットにより電池として封止された後、電池をオーブンから取り出し室温にまで冷却しその時点でクランプを取り外した。
【００５９】
最終組立てに使用する電解液を当技術分野で周知の方法によって作製した。ガスケット間に設けられた充填スペースに電解液を引き込むことによって電池を充填した。毛管現象によって充填スペースに到達するまで電解液が引き込まれるため、別の充填スペースによって空気が逃がされる。すべての空気が電解液によって置換された後、太陽電池を封止した。封止にはＡｄｈｅｓｉｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の高温ホット接着剤を使用した。充填孔の両方を完全に覆うように接着剤を塗布し少なくとも４時間かけて固めた。
【００６０】
組立て後、外部回路に取り付けた抵抗負荷を変化させ、各々の負荷に対し電圧及び電流を測定することによって、色素増感太陽電池の電流対電圧（Ｉ／Ｖ）特性を測定した。図３は平坦な導電性金属酸化物層を用いて作製した太陽電池及びナノウィスカーを備えた導電性金属酸化物層を用いて作製した太陽電池から得られたＩ／Ｖ特性をそれぞれ線３８及び線３６で示す図であり、本実施例では、導電性金属酸化物層はいずれも同等のシート抵抗を有するＦＴＯ層である。
【００６１】
図３はナノウィスカーを備えたＦＴＯが平坦なＦＴＯに対し効率が向上していることを示している。ＦＴＯの厚さを大きくしてシート抵抗を低減することによって全体の性能を向上させることができる。本実施例においては、実用上所望される値より高いシート抵抗を有している。これによって、ある程度電池の効率が低下したものである。しかし、図４に示すように、より厚いベース層に基づく、ナノウィスカーを備えたＦＴＯの更なる試験において電池の効率が改善されている。線４０はシート抵抗が低いナノウィスカーを備えたＦＴＯを用いた太陽電池の効率を示している。
【００６２】
本発明の精神及び範囲を逸脱せずに本発明に対し各種改善及び変更が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、本発明は添付クレーム及びその均等物の範囲に属する限り、本発明に対する改善及び変更も包含するものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０    スーパストレート
１２    導電性金属酸化物層
１４    ナノウィスカー
１６    電解液
１８    対電極
２０    サブストレート
２２    多孔質半導電層
２８    付着部
３０    先端部
１００  太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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