【手続補正書】
【提出日】平成24年9月24日(2012.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記目的を果たすため、本発明の色素増感太陽電池の一態様は、第１の基板と、前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板の第１の面に形成された第１の電極であって、前記第１の面は前記第２の基板の第２の面と対向する、第１の電極と、前記第１の電極上に配された電子捕集−色素層と、前記第２の面に配され、前記第１の基板と対向する面が拡散反射面として形成されている触媒層と、前記電子捕集−色素層と前記触媒層との間に配された電子供給剤と、を備える、ことを特徴とする。
また、前記目的を果たすため、本発明の色素増感太陽電池の一態様は、第１の電極と、前記第１の電極と対向する第２の電極と、前記第１の電極の第１の面上に配された電子捕集−色素層と、前記第１の面は前記第２の電極の第２の面と対向し、前記第２の面上に配され、前記第１の電極と対向する表面が拡散反射面として形成されている触媒層と、前記電子捕集−色素層と前記触媒層との間に配された電子供給剤と、を備える、ことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
ここで本実施形態では、本色素増感太陽電池に透明基板１０側から入射し、電子捕集−色素層３０を透過した光を、拡散反射させることで再利用して発電効率を高めるため、触媒層６０の表面は、拡散反射面となっている。このため、対向基板４０には微細な凹凸が形成されている。この凹凸は、例えば溶液によるエッチング等化学的手法により形成しても良いし、例えばサンドブラスト等物理的手法により形成しても良い。微細な凹凸が形成された対向基板４０上に、導電膜５０、及び白金から成る触媒層６０を形成することで拡散反射面が形成される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
透明基板１０と対向基板４０とは、透明基板１０の電子捕集−色素層３０が形成されている面と、対向基板４０の触媒層６０が形成されている面と、がそれぞれ対向し、対向する面の間に例えば１０〜５０μｍ程度の間隙を有する様に、対向する面の周縁部でシール材７０によって貼り合わされている。前記間隙には、電解質である電子供給剤８０が封入されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ここで励起された電子捕集−色素層３０中の色素の電子は、例えばワイドギャップ半導体である酸化チタン等で構成される電子捕集−色素層３０中の電子捕集剤に受け渡される。即ち、色素は酸化する。電子捕集剤が受け取った電子は、透明導電膜２０に移動する。一方、電子を失った色素は、触媒層６０を有する導電膜５０と接している電子供給剤８０の例えばＩ−から、電子を供給される。即ち、色素は電子供給剤８０により還元される。３Ｉ−は電子を色素に供給するとＩ３−となる。従って、電子供給剤８０の例えばＩ３−は、導電膜５０から電子を受け取ろうとする。このとき、透明導電膜２０と導電膜５０との間には、電位差が発生する。透明導電膜２０と導電膜５０との間に外部回路が接続されていれば、透明導電膜２０に移動した電子は、外部回路を介して導電膜５０に移動する。そして、この電子は電子供給剤８０の例えばＩ３−に移動し、Ｉ３−は３Ｉ−となる。電子を失った色素は、電子供給剤８０の例えばＩ−から電子を供給される。この様に、透明導電膜２０と導電膜５０との間に、外部回路を接続することによって、外部回路は光を吸収した本実施形態に係る色素増感太陽電池から、電流を取り出すことができる。即ち、本色素増感太陽電池は電池として機能する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
対向基板４０には化学研磨によって凹凸を形成した。凹凸を形成した対向基板４０の表面形状を図３に示す。図３（ａ）は平面図を、図３（ｂ）は斜視図を、それぞれ示す。この凹凸面の、中心線平均粗さＲａは０．１３７μｍ、十点平均高さＲｚは０．６９２μｍであった。ここで、中心線平均粗さＲａは、注目する長さを抜き取り、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線とによって囲まれた部分の面積を、前記注目する長さで割った値を表す。また、十点平均高さＲｚは、断面曲線の基準長さにおいて、高い方から５つの山頂の高さの平均値と、低い方から５つの谷底の深さの平均値との差の値を表す。なおＲａは０．１４μｍ±０．１μｍ、Ｒｚは０．７μｍ±０．３μｍが望ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
比較例に比べて本実施例の変換効率ηが高い理由として以下が考えられる。透明基板１０側から入射し、電子捕集−色素層３０中の色素に吸収されずに触媒層６０に到達した光は、触媒層６０表面で反射され、再び電子捕集−色素層３０に入射する。この際、比較例の場合には、触媒層６０表面が鏡面であるため、反射光は直進し、電子捕集−色素層３０内を通る光路は短い。このため、一部の光は色素に吸収されるが、その他の多くの光は吸収されずに透過してしまう。これに比べて、本実施例の場合には、触媒層６０表面は拡散反射面であるため、拡散反射され電子捕集−色素層３０内を通る光路が長くなる。このため、比較例の場合より色素に吸収される光の割合が増加すると考えられる。このため、変換効率ηが高くなったと考えられる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
以上の通り、本実施形態に係る色素増感太陽電池では、触媒層６０表面が拡散反射面となっているため、反射光のうちの色素に吸収される割合が、触媒層６０表面が鏡面の場合よりも高くなる。このため、変換効率ηが高くなる。即ち、本実施形態に依れば色素増感太陽電池の性能が向上する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
［変形例］
色素増感太陽電池の性能を上昇させるためには、電子捕集−色素層３０の構成を工夫することも有意義である。即ち、図６に示す様に、電子捕集剤３２を構成するアナターゼ型の酸化チタンに、粒径が異なる２種類の酸化チタンを用いればいい。例えば、大きな粒径を有する電子捕集剤３２を電子伝達用電子捕集粒子（第２の電子捕集粒子）３４と呼び、小さな粒径を有する電子捕集剤３２を色素吸着用電子捕集粒子（第１の電子捕集粒子）３６と呼ぶ事にする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に本変形例の色素増感太陽電池の実施例について説明する。ここでは、電子伝達用電子捕集粒子３４及び色素吸着用電子捕集粒子３６として、直径が異なる２種類の電子捕集剤３２としての酸化チタンを用いた本実施例の色素増感太陽電池と、直径が１種類の電子捕集剤３２としての酸化チタンを用いた比較例の色素増感太陽電池と、の性能を比較した。比較したのは、見かけの最大電力に対する実際の電力の比であるフィルファクター（ＦＦ）の値である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
本実施例と従来例とのそれぞれについて３回計測した結果、ＦＦ値は、本実施例に係る色素増感太陽電池では、４４．４±１．３（平均±標準偏差）、従来例に係る色素増感太陽電池では、２５．６±０．３（平均±標準偏差）となった。即ち本実施例のＦＦ値は、従来例に比較して７４％の上昇となった。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この様な違いが現れた理由として以下が考えられる。図７（ａ）に従来例の電子捕集−色素層３０の模式図を示す通り、従来例では、図７（ａ）中白抜き矢尻Ａで指し示す様に、色素３８から放出された電子ｅ−は、電子捕集剤３２を構成する直径が小さい粒子を多く伝って、透明導電膜２０に伝達される。従って電子ｅ−は、電子捕集剤３２内の粒子の接合部分を多く越える必要がある。このため、電子捕集剤３２中に形成される電気接続路の抵抗が高くなって、電子が伝達されにくい。更に、図７（ａ）中白抜き矢尻Ｂで指し示す様に、色素３８同士が会合し、それが電子捕集剤３２を構成する粒子間に浸入し、電子捕集剤３２を構成する粒子同士が接触しない部分ができることがある。そして、この様に電子捕集剤３２を構成する粒子同士が接触しない部分では、電子ｅ−が伝達されないことになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
これに対して、図７（ｂ）に本実施例の電子捕集−色素層３０の模式図を示す通り、本実施例では、色素３８から放出された電子ｅ−は、少数の直径が大きな電子伝達用電子捕集粒子３４を伝って、透明導電膜２０に伝達される。従って、電子ｅ−が越える必要のある電子伝達用電子捕集粒子３４の接合部分は少ない。また、電子伝達用電子捕集粒子３４の直径は大きく、１個あたりの表面積が大きいため、電子伝達用電子捕集粒子３４間の接合は良好に成されている。このため、電子捕集剤３２中に形成される電気接続路の抵抗が図７（ｂ）の場合よりも低くなって、電子が伝達されやすい。また、色素吸着用電子捕集粒子３６が多く存在するので、表面積は大きく、ラフネスファクターは、１０００以上と、色素増感太陽電池において必要であるといわれている値以上と成っている。このため、十分な数の色素３８が電子捕集剤３２に吸着されている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
１０…透明基板（第１の基板）、２０…透明導電膜（第１の電極）、３０…電子捕集−色素層、３２…電子捕集剤、３４…電子伝達用電子捕集粒子（第２の電子捕集粒子）、３６…色素吸着用電子捕集粒子（第１の電子捕集粒子）、３８…色素、４０…対向基板（第２の基板）、５０…導電膜（第２の電極）、５５…白金下地層、６０…触媒層、７０…シール材、８０…電子供給剤。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板の第１の面に形成された第１の電極であって、前記第１の面は前記第２の基板の第２の面と対向する、第１の電極と、
前記第１の電極上に配された電子捕集−色素層と、
前記第２の面に配され、前記第１の基板と対向する面が拡散反射面として形成されている触媒層と、
前記電子捕集−色素層と前記触媒層との間に配された電子供給剤と、
を備える、
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記第２の面は、粗面を含み、
前記拡散反射面は、前記拡散反射面の形状が前記粗面の形状に追従するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記粗面は、フロスト加工面、ケミカルエッチング面及び／又はサンドブラスト面である、
ことを特徴とする請求項２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
前記第２の基板と前記触媒層との間に配置され、前記触媒層に接するとともに前記触媒層の表面積を増加させるように成膜された下地層を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記触媒層は白金を含み、
前記下地層はチタンを含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
前記電子捕集−色素層は、酸化チタンを含む電子捕集剤を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
前記色素は、
励起状態と基底状態とを有しており、
前記励起状態の前記色素は、前記電子捕集剤よりも高いエネルギー準位を有し、
前記基底状態の前記色素は、前記電子供給剤よりも低いエネルギー準位を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
【請求項８】
第１の電極と、
前記第１の電極と対向する第２の電極と、
前記第１の電極の第１の面上に配された電子捕集−色素層と、
前記第１の面は前記第２の電極の第２の面と対向し、前記第２の面上に配され、前記第１の電極と対向する表面が拡散反射面として形成されている触媒層と、
前記電子捕集−色素層と前記触媒層との間に配された電子供給剤と、
を備える、
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項９】
前記電子捕集−色素層は、電子捕集剤と色素とを含んで一つの層をなし、
前記電子捕集剤は、第１の粒径範囲内の粒径を有する第１の電子捕集粒子と第２の粒径範囲内の粒径を有する第２の電子捕集粒子とが混合されて形成され、前記第２の粒径範囲の最小値は前記第１の粒径範囲の最大値よりも大きい、
ことを特徴とする請求項８に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１０】
前記第１の電子捕集粒子は、前記色素を吸着するように構成されており、
前記第２の電子捕集粒子は、前記色素から放出された電子を前記第１の電極に伝達するように構成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１１】
前記第２の電子捕集粒子の平均的な直径は、前記第１の電子捕集粒子の平均的な直径の１０倍以上である、
ことを特徴とする請求項９に記載の色素増感型太陽電池。