(57)【要約】【課題】専門家以外の者が製造しても、性能に関して高い再現性で、色素増感色素増感太陽太陽電池を製造できる方法を提供する。【解決手段】導電性基板および色素増感された半導体微粒子層を含む光電極部材、導電性基板を含む対向電極部材、並びに酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる色素増感型太陽電池作製キットであって、光電極部材の導電性基板が透明ポリマーフイルムおよび透明導電性層からなる透明導電性基板であり、かつ対向電極部材の導電性基板が鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板であることを特徴とする色素増感型太陽電池作製キットを用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板および色素増感された半導体微粒子層を含む光電極部材、導電性基板を含む対向電極部材、並びに酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる色素増感型太陽電池作製キットであって、光電極部材の導電性基板が透明ポリマーフイルムおよび透明導電性層からなる透明導電性基板であり、かつ対向電極部材の導電性基板が鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板であることを特徴とする色素増感型太陽電池作製キット。
【請求項２】
さらに、電解液の封止材料を含む請求項１に記載の色素増感型太陽電池作製キット。
【請求項３】
さらに、テープ上の金属端子を含む請求項１に記載の色素増感型太陽電池作製キット。
【請求項４】
対向電極部材の導電性基板が、ステンレス箔からなる請求項１に記載の色素増感型太陽電池作製キット。
【請求項５】
透明ポリマーフイルムおよび透明導電性層からなるフレキシブルな透明導電性基板および色素増感された半導体微粒子層を含む光電極部材、鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板を含む対向電極部材、並びに酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる太陽電池作製キットから太陽電池を作製する方法であって、対向電極部材の金属箔からなる不透明導電性基板の上に黒鉛を含む導電性酸化還元触媒層を形成する工程、光電極部材の半導体微粒子層と対向電極部材の導電性酸化還元触媒層との少なくとも一方の層の上に、電解液を滴下する工程、そして、半導体微粒子層と導電性酸化還元触媒層とが対面するように光電極部材と対向電極部材とを貼り合わせる工程からなることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
光電極部材の色素増感された半導体微粒子層が導電性基板の一方の面の中央領域に設けられており、対向電極部材の導電性酸化還元触媒層が導電性基板の一方の面の中央領域に設けられている請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
光電極部材の導電性基板の半導体微粒子層が設けられている面の上記中央領域を除く縁部と、対向電極部材の導電性基板の導電性酸化還元触媒層が設けられている面の上記中央領域を除く縁部とを、両面に粘着性を有するテープで接着し、これにより、光電極部材と対向電極部材とを貼り合わせると共に、滴下した電解液を封止する請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなるフレキシブルな不透明導電性基板、導電性酸化還元触媒層、酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる電荷輸送層、色素増感された半導体微粒子層、透明導電性層、そして透明ポリマーフイルムがこの順序で積層されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項９】
酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる電荷輸送層が、両面に粘着性を有するテープにより封止されている請求項８に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１０】
さらに長尺状の金属端子が透明導電性層に接続している請求項８に記載の色素増感型太陽電池。
【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作製キットに関する。また、本発明は、色素増感型太陽電池作製キットを用いて色素増感型太陽電池を製造する方法にも関する。さらに、本発明は、色素増感型太陽電池にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題が深刻化し、石油に替わる代替エネルギーが注目されている。そのため、教育の場においても太陽エネルギーの利用が取り上げられている。教育の場では、学校の実験室でも作製できる太陽電池が注目されている。
【０００３】
特許文献１に、色素増感型太陽電池が提案されている。色素増感型太陽電池は、自然の光合成と同様に色素により光を吸収し、電気化学反応により発電を行う有機太陽電池の一つである。
特許文献２には、従来のガラス基板に代えて、プラスチック基板を用いた色素増感型太陽電池が開示されている。プラスチック基板には、軽量でフレキシブルであるとの特徴がある。
非特許文献１には、光電極側に金属基板を用い、対向電極側にプラスチック基板を用いた色素増感型太陽電池が開示されている。この場合、光電極側に不透明な金属基板を用いるため、対向電極側から光を照射する。
【０００４】
色素増感型太陽電池は、簡単に作製でき、薄膜シリコンに近いエネルギー変換効率が得られ、安価であるとの特徴がある。これらの特徴から、次世代の太陽電池として、色素増感型太陽電池が広く研究されている。また、これらの特徴は、教育の場で作製する太陽電池としても、大きな利点になる。そのため、学習教材や研究用途において、色素増感型太陽電池の組み立てキットに対する需要が高まっている。
非特許文献２は、市販されている色素増感型太陽電池の組み立てキットのホームページである。色素増感型太陽電池の組み立てキットについては、特許文献３にも記載がある。
【０００５】
【特許文献１】米国特許４９２７７２１号明細書
【特許文献２】特開２００５−０５６６２７号公報
【特許文献３】特開２００６−１０８０８０号公報
【非特許文献１】カン（M.G. Kang）、パク（N.G. Park）、チャン（S.H. Chang）、キム（K.M. Kim）、ケミストリー・レターズ（Chemistry Letters）、３４巻、８０４頁、２００５年
【非特許文献２】西野田電工株式会社、“花力発電キット”、[online]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nisinoda-electronics.co.jp/kit.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
色素増感型太陽電池は、他の太陽電池と比較して作製が容易で材料が安価であって、教育の場で作製する太陽電池として優れた特徴を有している。従来の色素増感型太陽電池の組み立てキットは、それらの特徴を利用している。
しかし、教育の場で作製する場合、色素増感型太陽電池の製造工程をさらに容易かつ安全に（特に、けがをしないように）する必要がある。また、キットを用いる色素増感型太陽電池の作製は、専門家以外の者が行うため、作製される色素増感型太陽電池の性能（感度や光電変換効率）が低い場合が多い。
【０００７】
本発明の目的は、専門家以外の者が製造しても、高い性能の色素増感型太陽電池を製造できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、導電性基板（１１）および色素増感された半導体微粒子層（１２）を含む光電極部材（１）、導電性基板（２１）を含む対向電極部材（２）、並びに酸化還元系を構成する電解質を含む電解液（３）からなる色素増感型太陽電池作製キットであって、光電極部材（１）の導電性基板（１１）が透明ポリマーフイルム（１１１）および透明導電性層（１１２）からなる透明導電性基板であり、かつ対向電極部材（２）の導電性基板（２１）が鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板であることを特徴とする色素増感型太陽電池作製キットを提供する。
【０００９】
色素増感型太陽電池作製キットは、さらに電解液の封止材料（５）を含むことができる。色素増感型太陽電池作製キットは、テープ状の金属端子（７）を含むこともできる。
対向電極部材（２）の導電性基板（２１）は、ステンレス箔からなることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、透明ポリマーフイルム（１１１）および透明導電性層（１１２）からなるフレキシブルな透明導電性基板（１１）および色素増感された半導体微粒子層（１２）を含む光電極部材（１）、鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板（２１）を含む対向電極部材（２）、並びに酸化還元系を構成する電解質を含む電解液（３）からなる太陽電池作製キットから太陽電池を作製する方法であって、対向電極部材（２）の金属箔からなる不透明導電性基板（２１）の上に黒鉛を含む導電性酸化還元触媒層（２２）を形成する工程、光電極部材（１）の半導体微粒子層（１２）と対向電極部材（２）の導電性酸化還元触媒層（２２）との少なくとも一方の層の上に、酸化還元系を構成する電解質を含む電解液（３）を滴下する工程、そして、半導体微粒子層（１２）と導電性酸化還元触媒層（２２）とが対面するように光電極部材（１）と対向電極部材（２）とを貼り合わせる工程からなることを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法も提供する。
【００１１】
光電極部材（１）の色素増感された半導体微粒子層（１２）が導電性基板（１１）の一方の面の中央領域に設けられており、対向電極部材（２）の導電性酸化還元触媒層（２２）が導電性基板（２１）の一方の面の中央領域に設けられていることが好ましい。
光電極部材（１）の導電性基板（１１）の半導体微粒子層（１２）が設けられている面の上記中央領域を除く縁部と、対向電極部材（２）の導電性基板（２１）の導電性酸化還元触媒層（２２）が設けられている面の上記中央領域を除く縁部とを、両面に粘着性を有するテープ（５）で接着し、これにより、光電極部材（１）と対向電極部材（２）とを貼り合わせると共に、滴下した電解液（３）を封止することができる。
【００１２】
さらに本発明は、鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなるフレキシブルな不透明導電性基板（２１）、導電性酸化還元触媒層（２２）、酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる電荷輸送層（３）、色素増感された半導体微粒子層（１２）、透明導電性層（１１２）、そして透明ポリマーフイルム（１１１）がこの順序で積層されていることを特徴とする太陽電池も提供する。
酸化還元系を構成する電解質を含む電解液からなる電荷輸送層（３）は、両面に粘着性を有するテープ（５）により封止されていることが好ましい。
さらに長尺状の金属端子が透明導電性層に接続していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、光電極部材の導電性基板として透明ポリマーフイルムおよび透明導電性層からなる透明導電性基板を使用し、対向電極部材の導電性基板として鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板を用いることを特徴とする。
光電極部材の導電性基板として、透明ポリマーフイルムおよび透明導電性層からなる透明導電性基板を使用することにより、光を損失することなく高い発電出力が得られる。透明ポリマーフイルムに設ける透明導電性層は、金属よりも抵抗が高いとの問題がある。しかし、抵抗が高い問題は、金属端子（例、金属箔のテープ）を透明導電性層に接続させることにより解決することができる。
【００１４】
一方、対向電極部材の導電性基板として用いる鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなる不透明導電性基板は、抵抗が低く、電圧損失が少ないため、高い発電出力が得られる。また、導電性酸化還元触媒層を容易に不透明導電性基板に形成できるとの利点がある。すなわち、金属箔の上を鉛筆でこするだけで、容易に黒鉛を含む導電性酸化還元触媒層を形成することができる。
電解液は酸化還元系を構成する電解質を含むため、電解液が金属箔を腐食する可能性がある。太陽電池を実用化する場合、耐久性が非常に重視される。耐久性を考慮して、金属箔を導電性基板に用いることは、ほとんど検討されていなかったと思われる。しかし、教育の場で作製する色素増感型太陽電池作製キットでは、実用的な製品と比較すると、耐久性を重視する必要がない。従って、本発明においては、金属箔からなる基板を用いることで、高い発電出力との効果が得られ、耐久性が相対的に低いことは実際には問題とならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、色素増感型太陽電池作製キットの模式図である。
本発明に従う色素増感型太陽電池作製キットは、光電極部材（１）、対向電極部材（２）および電解液（３）からなる。
【００１６】
光電極部材（１）は、導電性基板（１１）および色素増感された半導体微粒子層（１２）からなる。図１に示すように、色素増感された半導体微粒子層（１２）は、導電性基板（１１）の一方の面の中央領域に設けられていることが好ましい。光電極部材（１）の導電性基板（１１）は、透明ポリマーフイルム（１１１）および透明導電性層（１１２）からなる。
図１に示すように、光電極部材（１）の色素増感された半導体微粒子層（１２）は、導電性基板（１１）の一方の面の中央領域に（縁部を除き）設けることが好ましい。半導体微粒子層（１２）を設ける領域（導電性基板（１１）の一方の面の中央領域）は、厳密な意味の中央である必要はなく、図１に示すように一方に偏っていてもよい。
【００１７】
対向電極部材（２）は、導電性基板（２１）からなる。対向電極部材（２）は、さらに導電性酸化還元触媒層を必要とする。ただし、導電性酸化還元触媒層は、鉛筆のような手段を用いて黒鉛を含む層として容易に形成できる。そのため、必ずしも、色素増感型太陽電池作製キットに、導電性酸化還元触媒層（またはその材料）を含める必要はない。
電解液（３）は、酸化還元系を構成する電解質の溶液であることが好ましい。図１に示すように、電解液（３）はボトル（例、点眼瓶）に入れて提供することが好ましい。
【００１８】
図２は、色素増感型太陽電池作製キットを用いて、色素増感型太陽電池を製造する方法を説明するためのフローチャートである。
図２に示す製造方法では、最初に（ａ→ｂ）対向電極部材（２）の金属箔からなる不透明導電性基板（２１）の上（一方の面の中央領域）に、鉛筆（４）を用いて黒鉛を含む導電性酸化還元触媒層（２２）を形成する。次に（ｂ→ｃ）導電性基板（２１）の導電性酸化還元触媒層（２２）が設けられている面の上記中央領域を除く縁部に、両面に粘着性を有するテープ（５）を接着する。そして（ｃ→ｄ）導電性酸化還元触媒層（２２）の上に、スポイト（６）を用いて酸化還元系を構成する電解質を含む電解液（３）を滴下する。最後に、（ｄ＋ｅ→ｆ）光電極部材（１）を半導体微粒子層（１２）と導電性酸化還元触媒層（２２）とが対面するように光電極部材（１）と対向電極部材（２）とを貼り合わせることにより、色素増感型太陽電池を製造する。
【００１９】
図２の（ｂ）に示すように、対向電極部材（２）の導電性酸化還元触媒層（２２）は、導電性基板（２１）の一方の面の中央領域に設けることが好ましい。導電性酸化還元触媒層（２２）を設ける領域（導電性基板（２１）の一方の面の中央領域）は、厳密な意味の中央である必要はなく、図の（ｂ）に示すように一方に偏っていてもよい。また、導電性酸化還元触媒層（２２）は、領域の全てを覆う（鉛筆の場合は塗り潰す）必要はなく、図２の（ｂ）に示すように部分的に覆う（鉛筆の場合は書き込む）程度で充分である。
【００２０】
図２に示すように、半導体微粒子層（１２）と導電性酸化還元触媒層（２２）とが重ね合わせると実質的に一致する形状を有することができる。なお、「重ね合わせると実質的に一致する形状を有する」とは、両者が最も重複するように重ね合わせた場合、一方の形状が他方の形状とは重複しない面積がいずれも、一方の面積全体の３０％未満（好ましくは２０％未満、さらに好ましくは１０％未満、最も好ましくは５％未満）であることを意味する。
図２に示すように、光電極部材（１）の導電性基板（１１）の縁部と、対向電極部材（２）の導電性基板（２１）の縁部とを、両面に粘着性を有するテープ（５）で接着することにより、光電極部材（１）と対向電極部材（２）とを貼り合わせると共に、滴下した電解液（３）を封止することができる。
【００２１】
図３は、本発明に従い製造した色素増感型太陽電池の斜視図と断面模式図である。断面模式図は、斜視図の色素増感型太陽電池をＸ−Ｘ’方向に切断した断面の模式図である。
図３に示すように、本発明に従う太陽電池は、鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む金属箔からなるフレキシブルな不透明導電性基板（２１）、導電性酸化還元触媒層（２２）、酸化還元系を構成する電解質の溶液からなる電荷輸送層（３）、色素増感された半導体微粒子層（１２）、透明導電性層（１１２）、そして透明ポリマーフイルム（１１１）がこの順序で積層されている。不透明導電性基板（２１）と導電性酸化還元触媒層（２２）とは、対向電極部材（２）を構成する。透明導電性層（１１２）と透明ポリマーフイルム（１１１）とは、透明導電性基板（１１）を構成する。そして、透明導電性基板（１１）と色素増感された半導体微粒子層（１２）とは光電極部材（１）を構成する。
図３に示す太陽電池は、両面に粘着性を有するテープ（５）により、光電極部材（１）と対向電極部材（２）とが接着されている。両面に粘着性を有するテープ（５）には、  酸化還元系を構成する電解質の溶液からなる電荷輸送層（３）を封止する機能もある。テープ（５）の粘着剤は、室温（例えば、２５℃）において粘着性を示すことが好ましい。言い換えると、従来技術に多く用いられている熱溶融性の封止剤ではなく、加熱しなくても室温で使用可能である粘着剤であることが好ましい。
図３に示す太陽電池は、さらに長尺状の金属端子（７）が取り付けられている。金属端子（７）は、光電極部材（１）の透明導電性基板（１１）の透明導電性層（１１２）に接続している。長尺状の金属端子（７）として、導電性粘着剤が着いた金属テープを用いることが好ましい。金属テープを透明導電性基板（１１）の縁部（透明導電性層（１１２）上）に貼り付けることによって、容易に長尺状の金属端子（７）を形成することができる。金属端子を構成する金属は、アルミニウムまたは銅が好ましい。
【００２２】
（光電極部材）
本発明において、光電極部材は、透明導電性層を設けた透明ポリマーフイルム（透明導電性基板）および色素増感された半導体微粒子層からなる。
光電極の透明ポリマーフイルムに用いるポリマーには、無着色で透明性が高く、耐熱性が高く、耐薬品性ならびにガス遮断性に優れ、さらに低コストであることが求められている。ポリマーの例は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）を含む。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は、化学的に安定でありかつ入手が容易であるため、好ましい。ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が最も好ましい。
【００２３】
透明導電性層は、金属（例、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム）、炭素、導電性金属酸化物（例、酸化スズ、酸化亜鉛）または複合金属酸化物（例、インジウム−スズ酸化物、インジウム−亜鉛酸化物）から形成できる。導電性金属酸化物は、高い光学的透明性を有するため、好ましい。インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛およびインジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）がさらに好ましい。インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）は、耐熱性と化学安定性に優れ、最も好ましい。
透明導電性層は、低い表面抵抗値を有する必要がある。具体的な表面抵抗値は１０Ω／□以下が好ましく、３Ω／□以下がさらに好ましく、１Ω／□以下が最も好ましい。
【００２４】
半導体微粒子層は、ナノサイズの細孔が内部に網目状に形成された、いわゆるメソポーラスな半導体膜からなることが好ましい。半導体微粒子層を形成する半導体材料として、金属酸化物および金属カルコゲニドを使用することが好ましい。
金属酸化物および金属カルコゲニドを構成する金属元素の例は、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉛、アンチモン、ビスマスを含む。
【００２５】
半導体材料は、ｎ型の無機半導体が好ましい。ｎ型の無機半導体の例は、ＴｉＯ２、ＴｉＳｒＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＷＯ３、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｎＳｅ、ＫＴａＯ３、ＦｅＳ２およびＰｂＳを含む。ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＷＯ３およびＮｂ２Ｏ３が好ましく、チタン酸化物、亜鉛酸化物、スズ酸化物およびこれらの複合体がさらに好ましく、二酸化チタンが最も好ましい。半導体の一次粒子は、平均粒径が１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが好ましく、４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２６】
半導体微粒子層は、色素によって増感されている。色素増感半導体微粒子層において、層内を空孔が占める体積分率で示される空孔率は、５０％以上８５％以下であることが好ましく、６５％以上８５％以下であることがさらに好ましい。
半導体微粒子層は、２種類以上の微粒子群を含むことができる。２種類以上の微粒子群は、例えば、粒径分布が異なることができる。粒径分布が異なる２種類以上の微粒子群を含む場合、最も小さい粒子群の平均サイズは１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下がさらに好ましい。この超微粒子群に対して、平均粒径が２００ｎｍを越える比較的大きな粒子群を５乃至３０質量％の割合で添加することが好ましい。大きな粒子群は、光吸収を高める目的で用いられる。
【００２７】
光電極部材は、透明導電性層を設けた透明ポリマーフイルム（透明導電性基板）および色素増感された半導体微粒子層からなり、透明導電性層は実質的に無機酸化物のみから構成され、色素増感半導体微粒子層は実質的に半導体粒子と色素のみから構成されていることが好ましい。具体的には、導電性層および色素増感半導体微粒子層から、無機酸化物、半導体粒子および色素を除いた固形分の質量が、導電性層および色素増感半導体微粒子層の全質量に占める割合は、３％未満が好ましく、１％未満がさらに好ましい。
【００２８】
本発明は、専門家以外の者が学習用キットから太陽電池を製造する場合に、特に有効である。光電極部材の製造についても、専門家ではない学習者に作業を行わせることができる。学習者が作業する場合、光電極部材は高温処理を必要としない低温製膜の技術により作製することが好ましい。低温製膜は、例えばプレス法、水熱分解法、泳動電着法、バインダーフリーコーティング法によって行うことができる。バインダーフリーコーティング法は、ポリマーのようなバインダー材料を用いずに、粒子分散液をコーティングして作製する方法である。
【００２９】
簡便な製造工程の観点から、バインダーフリーコーティング法が特に好ましい。バインダーフリーコーティング法は、コーティング剤として用いる半導体粒子の分散液（ペースト）が、半導体粒子の結合のために添加される無機または有機のバインダーを実質的にほとんど含まないことを特徴とする。バインダーを実質的にほとんど含まないことは、ペーストの組成において、半導体を除く固形分でありバインダー材料を含める固形分が、半導体の全量に対して占める含量が１質量％以下であることを意味する。
【００３０】
半導体粒子の増感には、各種の有機系または金属錯体系の色素を用いることができる。増感色素は、有機色素（例、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、キサンテン色素、スクワリリウム色素、ポリメチン色素、クマリン色素、リボフラビン色素、ペリレン色素）および金属錯体色素（例、フタロシアニン錯体、ポルフィリン錯体）を含む。金属錯体色素を構成する金属の例は、ルテニウムおよびマグネシウムを含む。クマリン色素のような有機色素は、「機能材料」，２００３年，６月号，Ｐ５−１８、および「ジャーナル・オブ・ケミカル・フィジカル・ケミストリー・Ｂ（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ）」、２００３年、第１０７巻、５９７〜６０６頁に記載がある。
【００３１】
学習用キットの場合、実用的な太陽電池と異なり、高い光熱変換効率を追求する必要はない。光熱変換効率よりも、安全性、安価および学習者の興味を優先して、色素を選択することもできる。そのように考えると、天然の色素、特に植物の色素（例えば、花や果実に含まれるアントシアニン類や葉に含まれるクロロフィル類）を用いることが好ましい。また、通常の用途で多用されている問題ない着色剤（例、エオシン）を用いてもよい。特に安全性を重視する場合は、食品添加物として使用が認められている色素から選択することが好ましい。
色素は、溶液として用いることが好ましい。溶液の溶媒は、水を含むことが好ましい。色素溶液は、２０質量％以上の水を含むことが好ましく、５０質量％以上の水を含むことがさらに好ましい。
【００３２】
（電荷輸送層）
電荷輸送層は、酸化還元系（oxidation-reduction system, redox system）を構成する電解質を含む電解液から構成する。
電荷輸送層の厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上７０μｍ以下がさらに好ましい。
【００３３】
電解液の酸化還元系としては、ハロゲンとハロゲン化物（例、Ｉ２とヨウ化物、Ｂｒ２と臭化物）や金属錯体（例、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン）を用いることができる。ヨウ化物の例は、金属ヨウ化物（例、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ）および第四級アンモニウム化合物のヨウ素塩（例、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド）を含む。臭化物の例は、金属臭化物（例、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ）および第四級アンモニウム化合物の臭素塩（例、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド）を含む。
ハロゲンとハロゲン化物を含む電解液が好ましく、Ｉ２とヨウ化物とを含む電解液がさらに好ましい。ヨウ化物は、ＬｉＩ、ＫＩおよび第四級アンモニウム化合物のヨウ素塩が好ましい。第四級アンモニウム化合物のヨウ素塩は、ピリジニウムヨーダイドおよびイミダゾリウムヨーダイドが好ましい。
【００３４】
電解液に用いる溶媒は、水を含むことが好ましい。電解液の溶媒は、２０質量％以上の水を含むことが好ましく、５０質量％以上の水を含むことがさらに好ましい。水と有機溶媒とを混合してもよい。水と混合する有機溶媒は、アルコール（例、エタノール）および多価アルコール（例、エチレングリコール、ポリエチレングリコール）が好ましい。有機溶媒（例、カーボネート、アルコール、多価アルコール、エーテル、ラクトン、ニトリル、スルホキシド）を電解液の溶媒として用いてもよい。２種以上の有機溶媒を混合して用いてもよい。
【００３５】
（対向電極部材）
本発明において、対向電極部材は、金属箔からなる不透明導電性基板および導電性酸化還元触媒層からなる。
金属箔は、鉄、アルミニウムおよびチタンからなる群より選ばれる金属を６０質量％以上含む。言い換えると、金属箔は、鉄、アルミニウム、チタンまたはそれらの合金からなる。金属は鉄であることが好ましく、金属箔はステンレス箔であることが特に好ましい。
【００３６】
導電性酸化還元触媒層は、導電性に加えて、電荷輸送層の酸化還元系の酸化還元反応に対する触媒機能を有する物質（導電性酸化還元触媒）で構成する。導電性酸化還元触媒の例には、炭素材料（例、黒鉛）、導電性ポリマー、白金、酸化スズおよび酸化亜鉛が含まれる。
鉛筆（黒鉛）で導電性酸化還元触媒層を形成することが好ましい。鉛筆で導電性酸化還元触媒層を形成する場合は、対向電極としてステンレス箔を用いることが好ましい。
【００３７】
（学習用キットの構成）
本発明は、例えば、以下の１〜１０からなる部品でキットを構成できる。
【００３８】
１。光電極部材（ポリマーフイルム上に導電性層を設け、その上に色素増感された半導体微粒子層を設けたもの）
２。対向電極部材のステンレス基板
３。酸化還元系を含む電荷輸送層の塗布液が入った点眼瓶
４。Ｂの鉛筆（導電性酸化還元触媒層の形成に使用）
５。両面テープ（光電極部材と対向電極部材との積層に使用）
６。スポイト
７。導電テープ
８。みの虫クリップ（集電用）
９。電子オルゴール
１０。乾電池（電圧が不足する場合の補充用）
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
（１）光電極部材の作製
ＩＴＯ−ＰＥＮフイルム（厚さ：２００μｍ、表面抵抗：１５Ω／ｃｍ２、ペクセル・テクノロジーズ（株））を、１２．５ｃｍ×５ｃｍの大きさに切断した。
スチロール製角形ケースの本体を裏返しにして、平らな台に置いた。ＩＴＯ−ＰＥＮフイルムの導電性層（ＩＴＯ）面を上にして、このケースの上に載せた。フイルムの四辺から５ｍｍ幅の部分を隠すように４本のメンディングテープを貼り、フイルムをケースに固定した。
【００４０】
低温成膜用二酸化チタンペースト（ペクセル・テクノロジーズ（株））２ｍｌをスポイトでとり、テープで囲まれた中央領域の上端面に載せた。
二酸化チタンペーストを、スチロール製角形ケースの蓋の短辺をテープに押しつけながら、一定の速度で上から下に引き、均一に広げた。ペーストを室温で乾燥させることにより、半導体微粒子層を形成した。
【００４１】
テープを剥がし、フイルムをケースからはずした。はさみを使い、フイルムの長辺を３．５ｃｍ幅に切断した。
切り取った３．５ｃｍ×５ｃｍのフイルムに対して、つまようじを用いて、３．５ｃｍの両端から５ｍｍ、５ｃｍの一端から５ｍｍ、５ｃｍのもう一端から１．５ｃｍの部分の半導体微粒子層を削り取った。残っている半導体微粒子層のサイズは、１．５ｃｍ×４ｃｍであった。
【００４２】
フイルムを、シャーレ中のブルーベリージュース（果汁８０％）の消毒用エタノール（アルコール分約８０％）の希釈液に、１０分間浸漬し、二酸化チタン微粒子にブルーベリーの色素を吸着させた。
【００４３】
（２）電解液の調製
ヨウ化リチウム（０．４ｍｏｌ／リットル）、ヨウ素（０．０４ｍｏｌ／リットル）およびヨウ化テトラブチルアンモニウム（０．４ｍｏｌ／リットル）を、ポリエチレングリコール（ポリエチレングリコール２００、和光純薬（株）製）に溶解し、ヨウ素系電解液を得た。
ヨウ素系電解液は、点眼瓶に入れた。
【００４４】
（３）キットの準備
（１）で作製した光電極部材および（２）で調製したヨウ素系電解液（酸化還元系を含む電荷輸送層の塗布液）が入った点眼瓶に加えて、対向電極部材用のステンレス基板、Ｂの鉛筆、両面テープ、スポイト、導電テープ、みの虫クリップ、電子オルゴールおよび単三電池を用意して、キットを準備した。
【００４５】
（４）色素増感型太陽電池の作製
最初に、ステンレス基板の片面の中央領域をＢの鉛筆で塗り潰した。
次に、鉛筆で塗り潰した領域を除く縁部に、両面テープを貼り付けた。そして、鉛筆で塗り潰した領域の上に、スポイトを用いてヨウ素系電解液を滴下した。最後に、光電極部材を両面テープを用いて、半導体微粒子層と鉛筆で塗り潰した領域とが対面するようにステンレス基板に貼り合わせた。最後に、導電テープを光電極部材の透明導電性基板の縁部に貼り付けることによって、長尺状の金属端子を形成した。
【００４６】
（５）色素増感型太陽電池の評価
作製した太陽電池、オルゴールおよび単三電池をみの虫クリップで接続した。暗い室内では、単三電池の電圧だけでは電力が不足し、オルゴールは鳴らなかった。これらを明るい場所に移したところ、太陽電池が機能し、オルゴールが鳴りだした。
作製した太陽電池は、両面テープにより電解液が封止されており、太陽電池の作製および評価において、液漏れは認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の色素増感型太陽電池作製キットを使用すると、色素増感型太陽電池を容易に製造することができる。本発明では、加熱処理のような処理が難しい工程を含まないため、学校の授業時間においても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】色素増感型太陽電池作製キットの模式図である。
【図２】色素増感型太陽電池作製キットを用いて、色素増感型太陽電池を製造する方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明に従い製造した色素増感型太陽電池の斜視図と断面模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  光電極部材
１１  導電性基板
１１１  透明ポリマーフイルム
１１２  透明導電性層
１２  色素増感された半導体微粒子層
２  対向電極部材
２１  導電性基板
２２  導電性酸化還元触媒層
３  電解液（電荷輸送層）
４  鉛筆
５  両面に粘着性を有するテープ（封止材料）
６  スポイト
７  長尺状の金属端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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