(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜と、前記透明導電膜の上に設けられた第一の半導体層と、前記第一の半導体層の上に設けられた第二の半導体層と、を備え、
前記第一の半導体層は、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ａ）で形成され、
前記第二の半導体層は、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ｂ）で形成され、
前記粒子群（Ａ）の平均凝集粒子径は、１〜１００μｍであり、
前記粒子群（Ｂ）の平均凝集粒子径は、０．１〜１００μｍであり、
前記粒子群（Ａ）の平均凝集粒子径は、前記粒子群（Ｂ）の平均凝集粒子径よりも大きく、
前記粒子群（Ａ）を構成する半導体粒子の群の平均一次粒子径と、前記粒子群（Ｂ）を構成する半導体粒子の群の平均一次粒子径とは同等である、光電極。
【請求項２】
前記第一の半導体層を構成する半導体と、前記第二の半導体層を構成する半導体とは同じ化合物である、請求項１に記載の光電極。
【請求項３】
色素増感太陽電池用である、請求項１又は２に記載の光電極。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電極を備える、太陽電池。
【請求項５】
透明導電膜の上に第一の半導体層を形成すること、及び
前記第一の半導体層の上に第二の半導体層を形成すること、を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電極の製造方法。
【請求項６】
前記第一の半導体層を、ＡＤ法により形成する、請求項５に記載の光電極の製造方法。
【請求項７】
前記第二の半導体層を、ＡＤ法により形成する、請求項５に記載の光電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電極及びその製造方法並びに太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、色素増感太陽電池は次世代の太陽電池として期待されている。色素増感太陽電池としては、いわゆるグレッツェル型のシステムが知られている。グレッツェル型の色素増感太陽電池（以下、単に「色素増感太陽電池」と言う。）では、金属酸化物半導体粒子の表面に吸着した増感色素に光が照射されることで、電子が発生し、増感色素、光電極、透明導電膜、外部回路へと順次移動し、電流として取り出される。一方、電子を放出した増感色素は電解液中の酸化還元対から電子を受け取って還元される。それと共に、電解液中の酸化還元対は酸化され、対極側へと移動し、対極に形成された触媒層によって還元される。
このような色素増感太陽電池の発電効率を上げるために、光電極において複数の半導体層（例えば、酸化チタンからなる層等）が積層された構造とすることによって、入射光の利用効率を高めることが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板から遠い位置に配置される遠位の半導体層と、基板に近い位置に配置される近位の半導体層とを有する光電極であって、遠位の半導体層に含まれる半導体粒子の平均一次粒子径が、近位の半導体層に含まれる半導体粒子の平均一次粒子径よりも小さい光電極が提案されている。
特許文献２には、複数の半導体層を有する光電極であって、基板に近い位置に、光散乱性の最も低い半導体層（例えば、平均一次粒子径５〜５０ｎｍの半導体粒子からなる層）が配置され、基板から遠い位置に光散乱性の高い半導体層（例えば、平均一次粒子径１００〜５００ｎｍの半導体粒子からなる層）が配置された光電極が提案されている。
【０００４】
特許文献３、特許文献４には、微粒子を凝集させず一次粒子の状態で供給する技術が提案されているが、連続して安定的に供給することが未だに困難である。加えて、異なる粒子径の粒子群からなる半導体層を形成するためには、異なる一次粒子径を有する複数種類の粒子を用意する必要があり、生産性の観点から好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６０１５８２号公報
【特許文献２】特開２００２−２２２９６８号公報
【特許文献３】特開平４−３００６４５号公報
【特許文献４】特開平４−３０１５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた発電性能を有するとともに、生産性に優れた光電極及びその製造方法並びに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】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、以下の光電極が、上記課題を解決できることを見出した。
本発明は以下の態様を有する。
［１］透明導電膜と、前記透明導電膜の上に設けられた第一の半導体層と、前記第一の半導体層の上に設けられた第二の半導体層と、を備え、
前記第一の半導体層は、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ａ）で形成され、
前記第二の半導体層は、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ｂ）で形成され、
前記粒子群（Ａ）の平均凝集粒子径は、１〜１００μｍであり、
前記粒子群（Ｂ）の平均凝集粒子径は、０．１〜１００μｍであり、
前記粒子群（Ａ）の平均凝集粒子径は、前記粒子群（Ｂ）の平均凝集粒子径よりも大きく、
前記粒子群（Ａ）を構成する半導体粒子の群の平均一次粒子径と、前記粒子群（Ｂ）を構成する半導体粒子の群の平均一次粒子径とは同等である、光電極。
［２］前記第一の半導体層を構成する半導体と、前記第二の半導体層を構成する半導体とは同じ化合物である、［１］に記載の光電極。
［３］色素増感太陽電池用である、［１］又は［２］に記載の光電極。
［４］［１］〜［３］のいずれか一項に記載の光電極を備える、太陽電池。
［５］透明導電膜の上に第一の半導体層を形成すること、及び
前記第一の半導体層の上に第二の半導体層を形成すること、を含む［１］〜［３］のいずれか一項に記載の光電極の製造方法。
［６］前記第一の半導体層を、ＡＤ法により形成する、［５］に記載の光電極の製造方法。
［７］前記第二の半導体層を、ＡＤ法により形成する、［５］に記載の光電極の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光電極によれば、優れた発電性能を有するとともに、生産性に優れた光電極及びその製造方法並びに太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の光電極の一例を示す断面図である。
【図２】本発明にかかる光電極の製造方法に適用可能な製膜装置の概略構成図である。
【図３】本発明の色素増感太陽電池の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の光電極の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の光電極の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜光電極＞
本発明の光電極は、透明導電膜と、第一の半導体層と、第二の半導体層とを備える。
本発明の光電極の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１の光電極１１は、透明基板１と、透明導電膜２と、半導体層３とをこの順で備える。
透明導電膜２は、透明基板１上に形成されている。半導体層３は、透明導電膜２上に形成されている。
半導体層３は、第一の半導体層３ａと、第二の半導体層３ｂとを備える。第一の半導体層３ａは、透明導電膜２と第二の半導体層３ｂとの間に設けられている。即ち、本実施形態の光電極１１においては、透明導電膜２上に第一の半導体層３ａと第二の半導体層３ｂとがこの順に設けられている。
【００１１】
透明基板（透明基材）１としては、透明な可視光透過性を有する基板であれば特に制限されない。透明基板１としては、ガラス基板の他、例えば、透明な樹脂からなる基板またはフィルムもしくはシートが挙げられる。
【００１２】
ガラス基板を構成するガラスとしては、可視光の透過性を有するものが好ましく、ソーダライムガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス等が挙げられる。
【００１３】
透明な樹脂（プラスチック）としては、可視光の透過性を有するものが好ましく、例えば、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等が挙げられる。これらの中でも、可視光の透過性および耐熱性に優れる観点から、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。また、薄くて軽いフレキシブルな色素増感太陽電池を製造する観点からは、透明基板１はプラスチック製の透明基材であることが好ましく、ＰＥＴフィルムであることがより好ましい。
【００１４】
透明導電膜２としては、特に限定されず、従来公知の色素増感太陽電池に用いられる透明導電層が適用可能であり、例えば、金属酸化物で構成される薄膜が挙げられる。
金属酸化物としては、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化ガリウム／酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化チタン等が挙げられる。これらの中でも、比抵抗が小さく、電気伝導率が高いＩＴＯ、並びに、耐熱性および耐候性に優れたＦＴＯが特に好ましい。
【００１５】
第一の半導体層３ａは、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ａ）で形成されている。
第一の半導体層３ａを構成する半導体としては、従来公知の材料が適用可能であり、増感色素および金属イオンを吸着可能な材料であればよく、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等が挙げられる。
第二の半導体層３ｂは、半導体粒子の凝集粒子の粒子群（Ｂ）で形成されている。
第二の半導体層３ｂを構成する半導体としては、従来公知の材料が適用可能であり、上記第一の半導体層３ａを構成するものと同様の半導体が挙げられる。
第一の半導体層３ａを構成する半導体と、第二の半導体層３ｂを構成する半導体とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００１６】
第一の半導体層３ａを形成する粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、１〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
第二の半導体層３ｂを形成する粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径は、０．１〜１００μｍが好ましく、０．１〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径は、粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径よりも大きい。
粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径と粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径との比は、（粒子群（Ｂ）の平均粒子径）／（粒子群（Ａ）の平均粒子径）で表して、１未満であり、０．０１〜０．９であることが好ましく、０．１〜０．９であることがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
なお、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径を求める方法としては、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置の測定により得られた体積平均径の分布のピーク値として決定する方法や、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって複数の凝集粒子の長径を測定し、その測定値を平均する方法が挙げられる。なかでも、ＳＥＭ観察によって測定することが好ましい。
なお、本明細書において「凝集粒子」とは、半導体粒子の最小単位（一次粒子）が複数個凝集して形成されている粒子（二次粒子）を意味する（アグリゲート状態）。
【００１７】
本発明において、粒子群（Ａ）を構成する半導体粒子の平均一次粒子径（ａ）と、及び粒子群（Ｂ）を構成する半導体粒子の平均一次粒子径（ｂ）とは同等であることが好ましい。
本明細書において「同等」とは、平均一次粒子径を比較した際に±１０％の範囲内であることを意味する。具体的には、（ａ）／（ｂ）が０．９０〜１．１０のことをいう。
前記粒子群（Ａ）、又は前記粒子群（Ｂ）を構成する半導体粒子の群の平均一次粒子径は、その半導体粒子を用いて、透明基板１に多孔質層を成膜する方法によって、好適な範囲が異なる場合がある。平均一次粒子径は、１ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましく、１ｎｍ〜５００ｎｍがより好ましく、１０ｎｍ〜５００ｎｍがさらに好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
なお、半導体粒子の群の平均一次粒子径を求める方法としては、例えば、レーザー回折式粒度分布測定装置の測定により得られた体積平均径の分布のピーク値として決定する方法や、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察によって複数の半導体粒子の長径を測定し、その測定値を平均する方法が挙げられる。なかでも、ＳＥＭ観察によって測定することが好ましい。
なお、本明細書において「一次粒子径」とは、半導体粒子の最小単位（一次粒子）の粒径である。
【００１８】
第一の半導体層の厚みは、０．１〜１００μｍが好ましく、０．５〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
第二の半導体層の厚みは、０．１〜１００μｍが好ましく、０．５〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
第一の半導体層の厚みと第二の半導体層の厚みとの比率は、（第一の半導体層の厚み）／（第二の半導体層の厚み）で表して、０．０１〜１００であることが好ましく、０．１〜１０であることがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
なお、本明細書において「厚み」とは層の最も厚みのある部分を測定した値を意味する。
半導体層の厚みは、触針式の段差計等を使用して測定することができる。
【００１９】
＜光電極の製造方法＞
本発明の光電極の製造方法は、透明導電膜の上に第一の半導体層を形成すること、及び前記第一の半導体層の上に第二の半導体層を形成すること、を含む。
【００２０】
透明導電膜の上に第一の半導体層を形成する方法としては、半導体粒子の凝集粒子を含むペーストを透明導電膜上に焼成することにより半導体層を形成する方法であってもよいし、半導体粒子の凝集粒子を搬送ガスにより透明導電膜上に吹き付けることにより半導体層を形成する方法であってもよい。
この際用いられる凝集粒子の粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、１〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径の調節方法としては、半導体粒子（一次粒子）をエタノール等の溶媒に分散させた後、溶媒を留去した後乾燥させて凝集粒子を得て、続いて粉砕用ミル装置等で凝集粒子を粉砕する方法等が挙げられる。
半導体粒子の凝集粒子を吹き付ける方法としては、例えば、搬送ガスにより半導体粒子を加速するエアロゾルデポジション法（以下、単に「ＡＤ法」という）、静電力により半導体粒子を加速する静電微粒子コーティング法（静電スプレー法）、コールドスプレー法等が挙げられる。なかでもＡＤ法が好ましい。
【００２１】
第一の半導体層の上に第二の半導体層を形成する方法としては、上記第一の半導体層の形成方法と同様である。
第二の半導体層を形成する凝集粒子の粒子群（Ｂ）の平均粒子径は、０．１〜１００μｍが好ましく、０．１〜５０μｍがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
透明導電膜の上に第一の半導体層を形成する方法と、第一の半導体層の上に第二の半導体層を形成する方法とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００２２】
粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径は、粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径よりも大きい。
粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径と粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径との比は、（粒子群（Ｂ）の平均粒子径）／（粒子群（Ａ）の平均粒子径）で表して、１未満であり、０．０１〜０．９であることが好ましく、０．１〜０．９であることがより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、優れた発電性能が得られやすくなる。
【００２３】
図２は、ＡＤ法を適用可能な製膜装置６０の構成図である。但し、ＡＤ法による製膜装置は、基材に前記半導体粒子を吹き付けることができる装置であればよく、図２に示す構成に限定されない。
【００２４】
製膜装置６０は、ガスボンベ５５と、搬送管５６と、ノズル５２と、基台６３と、製膜室５１と、を備えている。
ガスボンベ５５には、搬送ガスが充填されている。搬送ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられる。ガスボンベ５５には、搬送管５６の一端が接続されている。
搬送管５６には、前段側から順に、マスフロー制御器５７と、エアロゾル発生器５８と、搬送ガス中の半導体粒子の凝集粒子群５４の分散具合を適度に調整できる解砕器５９及び分級器６１ａ、６１ｂとが設けられている。
ノズル５２は、図示略の開口部が基台６３上の基材５３に対向するように配置されている。ノズル５２には、搬送管５６の他端が接続されている。
基台６３の上面７２には、基材５３の一方の面７３が当接するように、基材５３が載置されている。また、基材５３の他方の面７１（製膜面）はノズル５２の開口部に対向している。
製膜室５１には、製膜室５１を減圧するための真空ポンプ６２が接続されている。
【００２５】
ガスボンベ５５から供給される搬送ガスは、搬送管５６に供給される。搬送管５６に設けられたマスフロー制御器５７により、ガスボンベ５５から搬送管５６に供給される搬送ガスの流量が調整される。エアロゾル発生器５８に装填された半導体粒子は、マスフロー制御器５７から供給された搬送ガス中に分散され、解砕器５９へ搬送される。粉砕器５９で所望の大きさに粉砕された半導体粒子は、分級器６１ａ、又は６１ｂへ搬送される。分級器６１ａ、６１ｂにより、平均粒子径が異なる凝集粒子群５４に仕分けされる。半導体粒子の凝集粒子群５４を含む搬送ガスは、ノズル５２の開口部から基材５３に噴射される。ノズル５２から搬送ガスと共に噴射される半導体粒子の凝集粒子群５４は、製膜面に衝突し、半導体粒子の凝集粒子群５４からなる半導体層が製膜される。
【００２６】
本発明の光電極の製造方法は、半導体層に増感色素を吸着させる工程を含んでいてもよい。
増感色素を吸着させる方法としては、色素溶液に半導体層３を浸漬することにより、または、色素溶液を半導体層３に噴霧もしくは滴下することにより、半導体層３に増感色素を吸着させる方法が挙げられる。
【００２７】
増感色素は、半導体層３に物理的または化学的に吸着させることが可能な色素であれば特に制限されず、従来公知の色素増感太陽電池に用いられている増感色素を用いることができる。
増感色素としては、例えば、Ｎ３、Ｎ７１９（レッドダイ）またはＮ７４９（ブラックダイ）と一般に呼ばれるルテニウムを含むルテニウム系色素、あるいは、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、インドリン系、キサンテン系、カルバゾール系、ペリレン系、ポルフィリン系、フタロシアニン系、メロシアニン系、カテコール系、スクアリリウム系等の各種有機色素等が挙げられる。さらに、これらの色素を組み合わせたドナー−アクセプター複合色素等が挙げられる。
【００２８】
増感色素としては、化学構造中にカルボキシ基を有するものが好ましい。半導体層３は酸化物半導体からなるため、カルボキシ基が半導体層３に対してエステル結合または水素結合を形成することができる。これにより、増感色素と半導体層３との吸着性を高めて、増感色素が半導体層３から脱離することを抑制できる。
増感色素は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
色素溶液における色素濃度は、特に限定されないが、通常、０．０５ｍｍｏｌ／Ｌ〜１ｍｍｏｌ／Ｌであることが好ましく、０．１ｍｍｏｌ／Ｌ〜０．５ｍｍｏｌ／Ｌであることがより好ましい。
溶媒としては、アセトニトリル、２−メチル−２−プロパノール等が挙げられる。
【００３０】
色素溶液を吸着させる工程は、乾燥雰囲気下で行うことが好ましく、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことがより好ましい。ここで、「乾燥雰囲気」とは、気体中の水分含量が本発明の効果を妨げないように低減されていることを指す。このようにして、色素溶液への水分混入を抑制することにより、増感色素の担持阻害が一層抑制され、一層良好な状態で増感色素を担持させることができる。
【００３１】
色素溶液を用いて半導体層３に増感色素を吸着（担持）させた後、半導体層３をアルコール等の溶媒で過剰な色素を軽く洗浄してもよい。
【００３２】
＜太陽電池＞
本発明の太陽電池の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図３の太陽電池は、光電極に増感色素を吸着させてなる光電極１１と、対極１２と、空間５と、封止剤４とを備える。光電極１１と対極１２の間が封止材４によって封止され、空間５には電解液又は固体電解質が封入されている。  
【００３３】
電解液は特に限定されず、例えば、公知の色素増感太陽電池の電解液が適用できる。電解液には、酸化還元対（電解質）が溶解されており、フィラーや増粘剤などの他の添加剤を含んでいてもよい。また、電解液に代えて公知の固体電解質を適用してもよい。
前記固体電解質は、ゲル状又は固体状の何れかの状態である。ゲル状又は固体状の電解質を用いることにより、色素増感太陽電池から電解液が漏出する虞がなくなる。
【００３４】
対極１２は特に限定されず、従来公知の対極が適用可能であり、例えば、金属板や導電性基板、導電性シート等が適用できる。例えば、ガラス基板７上に白金等の金属からなる金属膜６が形成された電極が挙げられる。
【００３５】
封止材４の種類は特に限定されず、公知の色素増感太陽電池で使用されている封止樹脂を適用できる。封止樹脂としては、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられる。
前記封止材の厚みは特に限定されず、光電極と対極が所定の間隔を置いて離隔し、空間５が所定の厚みとなるように適宜調整される。
【００３６】
＜太陽電池の製造方法＞
本発明の太陽電池は、本発明の光電極を用いること以外は、常法により製造することができる。例えば、光電極と対極の間に電解液又は固体電解質を配置して封止し、必要に応じて引き出し配線を光電極及び／又は対極に電気的に接続することにより、太陽電池を作製することができる。
【００３７】
以上、説明した通り、本発明の光電極は、第一の半導体層を構成する粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径が、第二の半導体層を構成する粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径よりも大きい。また、入射光側に対し、粒子群（Ａ）から構成される第一の半導体層と、粒子群（Ｂ）から構成される第二の半導体層が積層された構成を有することにより、優れた発電性能を有する。この効果は次のように推察される。
粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径が粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径よりも大きいことにより、図４に示すように入射した光１００が粒子ドメインの多い粒子群（Ｂ）１０２により散乱される。散乱光２００は、粒子群（Ａ）１０１により吸収されるため、発電性能が向上しやすくなるものと考えられる。あるいは、粒子群（Ａ）１０１により反射された光が、粒子ドメインの多い粒子群（Ｂ）１０２により吸収されるため、発電性能が向上しやすくなるものと考えられる。
【００３８】
本発明の光電極における半導体層３は第一の半導体層３ａと第二の半導体層３ｂとを備える２層構造に限定されず、図５に示すように、第二の半導体層３ｂの上に第三の半導体層３ｃを設けて３層構造としてもよい。
この場合、第一の半導体層を構成する粒子群（Ａ）の平均凝集（二次）粒子径と、第二の半導体層を構成する粒子群（Ｂ）の平均凝集（二次）粒子径と、第三の半導体層を構成する粒子群（Ｃ）の平均凝集（二次）粒子径との関係が、粒子群（Ａ）の平均粒子径＞粒子群（Ｂ）の平均粒子径＞粒子群（Ｃ）の平均粒子径となることが好ましい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
平均一次粒子径１５ｎｍの酸化チタン粒子１５ｇに５０ｍＬのエタノールを加え、撹拌後、エタノールを留去して酸化チタン粒子を乾燥させた。その後得られた酸化チタンの凝集粒子を粉砕用ミル装置で粉砕し、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が１１μｍ程度になるように調整した。
これとは別に、上記と同じ酸化チタン粒子粒子（平均一次粒子径１５ｎｍ）を用いて、酸化チタン粒子１５ｇに、５０ｍＬのエタノールを加え、撹拌後、エタノールを留去して酸化チタン粒子を乾燥させた。その後得られた酸化チタンの凝集粒子を粉砕用ミル装置で粉砕し、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が７μｍ程度になるように調整した。
ガラス基板の表面に、ＦＴＯからなる透明導電膜が製膜された導電性ガラス基板を用いた。導電性ガラス基板上に、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が１１μｍの酸化チタン粒子をＡＤ法により吹き付けて、第一の半導体層を形成した。次いで、第一の半導体層の上に、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が７μｍの酸化チタン粒子をＡＤ法により吹き付けて、第二の半導体層を形成し、色素吸着前の光電極を得た。なお、ＡＤ法の成膜時間を制御し、各半導体層の膜厚は第一の半導体層が５μｍ、第二の半導体層が５μｍになるように調整した。
【００４１】
＜光透過率の測定＞
透明導電膜が製膜された導電性ガラス基板を用いた場合の光透過率を１００％とし、導電性ガラス基板上に、第一及び第二の半導体層を形成した光電極の光透過率を測定した。
紫外線可視分光測定により、色素吸着前の光電極の光透過率（波長：５５０ｎｍ）を測定した。
【００４２】
＜発電性能の評価＞
１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド（ＭＰＩｍＩ）を所定量秤量して、ビーカーに投入した。
次いで、ＭＰＩｍＩを含むビーカー内に、溶媒として、γ−ブチロラクトンを添加し、ＭＰＩｍＩの濃度が１．０ｍｏｌ／Ｌの溶液を調製した。
次いで、その溶液に、ヨウ素を添加した後、超音波により、その溶液を５分間撹拌し、電解液を得た。
アセトニトリルと２−メチル−２−プロパノールを、質量比で１：１の割合で含む混合溶媒に、増感色素のＮ７１９を溶解して、増感色素のＮ７１９の濃度が０．３ｍｍｏｌ／Ｌの色素溶液を調製した。
この色素溶液に、得られた色素吸着前の光電極を浸漬することにより、半導体層の表面に増感色素を吸着させた。
増感色素の吸着が完了した光電極を、色素溶液から取り出し、アセトニトリルで洗浄した。
次いで、対極として、ガラス基板上に白金からなる薄膜が形成されたものを用意し、光電極の半導体層に対向するように、対極を配置し、電解液の注入口を残して、光電極と対極の周囲を熱可塑性樹脂を用いて熱封止した。
次いで、封止材により封止されていない注入口から、光電極と対極の隙間に、上記の電解液を注入した後、注入口を、熱可塑性樹脂を用いて封止し、図３に示す色素増感太陽電池を得た。
なお、半導体層の表面への増感色素の吸着、および、色素増感太陽電池の組立は、窒素雰囲気下で行った。
ソーラーシミュレーターを用い、光強度１００ｍＷ／ｃｍ２の疑似太陽光照射下における、光電変換効率（％）を測定することにより、色素増感型太陽電池の発電性能を評価した。
【００４３】
［実施例２］
実施例１と同様にして、平均一次粒子径１５ｎｍの酸化チタン粒子を用いて平均凝集（二次）粒子径が５μｍ程度の凝集粒子の粒子群を得た。
ガラス基板の表面に、ＦＴＯからなる透明導電膜が製膜された導電性ガラス基板を用いた。導電性ガラス基板上に、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が１１μｍの酸化チタン粒子をＡＤ法により吹き付けて、第一の半導体層を形成した。次いで、第一の半導体層の上に、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が７μｍの酸化チタン粒子をＡＤ法により吹き付けて、第二の半導体層を形成した。更に、第二の半導体層の上に、凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が５μｍの酸化チタン粒子をＡＤ法により吹き付けて、第三の半導体層を形成し、色素吸着前の光電極を得た。なお、ＡＤ法の成膜時間を制御し、各半導体層の膜厚は第一の半導体層が５μｍ、第二の半導体層が５μｍ、第三の半導体層が２μｍになるように調整した。なお、ＡＤ法による製膜は、図２に示す成膜装置を用いて行った。
得られた光電極を用いて、実施例１と同様にして光透過率を測定した。
得られた光電極を用いて、実施例１と同様にして色素増感太陽電池を製造し、発電性能を評価した。
【００４４】
［比較例１］
ガラス基板の表面に、ＦＴＯからなる透明導電膜が製膜された導電性ガラス基板を用いた。ＡＤ法によって、導電性ガラス基板上に、平均一次粒子径が１５ｎｍの酸化チタン粒子を吹き付けて、第一の半導体層を形成した。次いで、ＡＤ法によって、第一の半導体層の上に、平均一次粒子径が２００ｎｍの酸化チタン粒子を吹き付けて、第二の半導体層を形成し、色素吸着前の光電極を得た。なお、ＡＤ法の成膜時間を制御し、各半導体層の膜厚は第一の半導体層が５μｍ、第二の半導体層が５μｍになるように調整した。
【００４５】
［比較例２］
ガラス基板の表面に、ＦＴＯからなる透明導電膜が製膜された導電性ガラス基板を用いた。ＡＤ法によって、導電性ガラス基板上に、平均一次粒子径が２００ｎｍの酸化チタン粒子を吹き付けて、第一の半導体層を形成した。次いで、ＡＤ法によって、第一の半導体層の上に、平均一次粒子径が１５ｎｍの酸化チタン粒子を吹き付けて、第二の半導体層を形成し、色素吸着前の光電極を得た。なお、ＡＤ法の成膜時間を制御し、各半導体層の膜厚は第一の半導体層が５μｍ、第二の半導体層が５μｍになるように調整した。
得られた光電極を用いて、実施例１と同様にして光透過率を測定した。
得られた光電極を用いて、実施例１と同様にして色素増感太陽電池を製造し、発電性能を評価した。
【００４６】
実施例１〜２、及び比較例１〜２の評価結果を表１に示す。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
実施例１、２では、第一の半導体層を構成する凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径が、第二、第三の半導体層を構成する凝集粒子の粒子群の平均凝集（二次）粒子径と異なることにより、光透過率が低下し（光ロスが減少し）、優れた発電性能が得られた。特に半導体層を３層構造にした実施例２では２層構造の実施例１よりも光透過率が低下し、優れた発電性能が得られた。実施例１、２の光電極は、単一の一次粒子径を有する半導体粒子を使用したため、製造しやすいものであった。実施例１の光透過率及び発電性能は、第一の半導体層に含まれる半導体粒子の群の平均一次粒子径と、第二の半導体層に含まれる半導体粒子の群の平均一次粒子径とが異なる一次粒子径を有する二種類の半導体粒子を用いた比較例１よりも、光透過率が低く、発電効率が高いものであった。また、比較例１では、半導体粒子を、一次粒子のまま、連続して安定的に供給することが困難であり、生産性に劣るものであった。
比較例２は比較例１に対し、光透過率が減少したが、発電性能が低下した。また、比較例２では、半導体粒子を、一次粒子のまま、連続して安定的に供給することが困難であり、生産性に劣るものであった。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・透明基板、２・・・透明導電膜、３ａ・・・第一の半導体層、３ｂ・・・第二の半導体層、３・・・半導体層、４・・・封止材、５・・・空間、６・・・金属膜、７・・・ガラス基板、１０・・・色素増感太陽電池、１１・・・光電極、１２・・・対極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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