(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力や曲げに対して強い太陽電池を提供する。【解決手段】第１基板と、第１基板上の第１電極と、第１電極上の光活性な層である多孔質半導体層と、多孔質半導体層上の多孔質スペーサ層と、多孔質スペーサ層上にあり、多孔質スペーサ層と物理的に接しており、多孔質スペーサ層を覆う層状の第２電極と、第２電極上の第２基板とを備え、多孔質半導体層は、多孔質半導体層の孔によって形成される第１格子間空間を有し、多孔質スペーサ層は、多孔質スペーサ層の孔によって形成される第２格子間空間を有し、第１および第２格子間空間は互いに流体結合し、電解質で満たされており、多孔質スペーサ層は、片側で第２電極に物理的に接しており、もう一方の片側で多孔質半導体層に物理的に接している光電池。【選択図】図１
2008192603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板、および、好ましくは前記第１基板を覆う層状でありより好ましくは透明な導電酸化物で構成される層状である前記第１基板上の第１電極、
または、前記第１基板および前記第１電極の代わりに第１の基板および第１の電極として働く第１の金属箔と、
前記第１電極上の光活性な層である多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層上の多孔質スペーサ層と、
前記多孔質スペーサ層上にあり、前記多孔質スペーサ層と物理的に接しており、好ましくは前記多孔質スペーサ層を覆う層状である、対極としての第２電極と、
前記第２電極上の第２基板と、
を備え、
前記多孔質半導体層は、前記多孔質半導体層の孔によって形成される第１格子間空間を有し、
前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質スペーサ層の孔によって形成される第２格子間空間を有し、
前記第１および第２格子間空間は互いに流体結合し、電解質で満たされており、
前記多孔質スペーサ層は、片側で前記第２電極に物理的に接しており、もう一方の片側で前記多孔質半導体層に物理的に接していることを特徴とする光電池。
【請求項２】
前記多孔質スペーサ層は、片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記第２電極と物理的に接しており、前記多孔質スペーサ層は、もう一方の片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記多孔質半導体層と物理的に接していることを特徴とする、請求項１に記載の光電池。
【請求項３】
前記多孔質スペーサ層と前記第２電極との間に、前記第２格子間空間以外に電解質の空間容量が存在しないことを特徴とする、請求項１または２に記載の光電池。
【請求項４】
前記多孔質スペーサ層は、半導体性であるか、または、電気的に絶縁である、光学的に透明な物質で構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光電池。
【請求項５】
前記多孔質スペーサ層は、孔の大きさが５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である孔を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光電池。
【請求項６】
前記多孔質スペーサ層は、平均直径が１０ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍの範囲である孔を有する箔であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光電池。
【請求項７】
前記多孔質スペーサ層は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の大きさを有する粒子からできていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光電池。
【請求項８】
前記粒子は半導体粒子または絶縁体粒子であることを特徴とする、請求項７に記載の光電池。
【請求項９】
前記半導体粒子または絶縁体粒子は、
ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＡｌＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＣｕ２Ｏ２、および、ＳｉＯ２（好ましくはシリカビーズまたはガラスビーズ）、
架橋シリコン樹脂、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、および、架橋ポリエステル等の耐熱性ポリマー、
炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウム等の金属炭酸塩、
硫酸カルシウムおよび硫酸バリウム等の金属硫酸塩
より選択される物質、または、物質の組み合わせから構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の光電池。
【請求項１０】
前記多孔質半導体層は、色素増感性であり、前記多孔質スペーサ層は色素増感性でないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の光電池。
【請求項１１】
前記多孔質スペーサ層は前記多孔質半導体層を前記多孔質半導体層の全域で覆っており、そのことによって前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の光電池。
【請求項１２】
前記電池は、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されて前記多孔質半導体層を前記第２電極から電気的に絶縁し、前記多孔質半導体層の隣に配置される、スペーサ箔等のスペーサ構成要素を備えないことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光電池。
【請求項１３】
前記電池は、前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁するために、唯一のスペーサ構成要素として前記多孔質スペーサ層を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の光電池。
【請求項１４】
前記多孔質スペーサ層は、５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する孔の大きさを有することを特徴とする、請求項５〜１３のいずれかに記載の光電池。
【請求項１５】
前記多孔質スペーサ層の前記粒子は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する粒子の大きさを有することを特徴とする、請求項７〜１７のいずれかに記載の光電池。
【請求項１６】
前記多孔質スペーサ層は、１００ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の光電池。
【請求項１７】
前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質半導体層の領域を部分的に覆い、前記多孔質半導体層の領域の他の部分は覆わず、前記多孔質半導体層の被覆領域は、前記多孔質半導体層の全域の５０％を超えることを特徴とする、請求項１〜１０、および請求項１２〜１５のいずれかに記載の光電池。
【請求項１８】
前記多孔質スペーサ層内で、ギャップサイズと孔の大きさとの間の比は、１〜１０００、好ましくは１０〜１００の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の光電池。
【請求項１９】
前記多孔質スペーサ層は、スクリーン印刷、ドクターブレーディング、インクジェット印刷、ドロップキャスティング、スピンコーティング、噴射、静電気による層ごとの組み立て、リフトオフプロセス、無機化、および陽極酸化より選択される方法を介して生成されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の光電池。
【請求項２０】
第１金属箔は、前記第１基板および前記第１電極を同時に用いる代わりに用いられ、
前記第２電極は、半透明なプラチナ層等の半透明な金属層であり、
前記電池は、透明な基板である前記第２基板より構成され、
前記第２基板と前記第２電極との間に、随意に透明な導電酸化物が存在することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の光電池。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに基づいて電池を組み立てる方法であって、
Ａ：
ａ：  第１基板および前記第１基板上の第１電極を提供するか、
または、その代わりに、第１金属箔を提供するステップ、
ｂ：  ステップａの生成物上、すなわち前記第１電極上または前記第１金属箔上に、多孔質半導体層を適用する、
または、その代わりに、ステップａの生成物上、すなわち前記第１金属箔上に、半導体ブロッキング層を適用した後、前記半導体ブロッキング層上に多孔質半導体層を適用するステップ、
ｃ：  ステップｂの生成物を３００℃より高温で焼結するステップ、
ｄ：  ステップｃの生成物内で前記多孔質半導体層を色素増感し、電解質で満たすステップ、
Ｂ：（ステップＡとは分けて実施されるステップ）
ａ’：  第２基板および前記第２基板上の第２電極を提供するか、
または、その代わりに、ステップＡで第１金属箔が提供されない場合のみ、前記第２金属箔を提供するステップ、
ｂ’：  ステップａ’の生成物上、すなわち前記第２電極上または前記第２金属箔上に、多孔質半導体層を適用するステップ、
ｃ’：  ステップｂ’の生成物を乾燥させるステップ、
ｄ’：  ステップｃ’の生成物の多孔質半導体層を電解質で満たすステップ、
Ｃ：（ステップＡおよびステップＢの完了後に実施されるステップ）
ａ’’：  焼結され色素増感され電解質を満たされたステップｄ）の多孔質半導体層、および、乾燥され、電解質を満たされたステップｄ’の多孔質半導体層が、互いに物理的に接触させられ、前記ステップｄの多孔質半導体層、および、前記ステップｄ’の多孔質半導体層を介して、ＡおよびＢの生成物を接触させるステップ、
より構成される方法。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれかに記載の光電池内の多孔質スペーサ層を、光活性な半導体層と前記電池の対極との間の短絡を防ぐため、および、光活性な半導体層と前記電池の対極とを互いに絶縁するため、のいずれかまたは両方の目的で使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電池、光電池の製造方法、および光電池の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶の太陽電池は、約２５％の高さのエネルギー変換効率を示す。Ｓｉベースの結晶は、単結晶ではなく多結晶であり、最も高い効率は約１８％の範囲であり、非結晶Ｓｉを用いると効率は約１２％である。しかし、Ｓｉベースの太陽電池は、非結晶Ｓｉの場合でも製造するのがかなり高価である。したがって、代替となるものが、有機化合物および／または有機化合物と無機化合物の混合物に基づいて開発されてきた。後者の太陽電池は、しばしばハイブリッド太陽電池（ｈｙｂｒｉｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）と称される。有機太陽電池およびハイブリッド太陽電池は、より安価に製造できることが分かっているが、非結晶Ｓｉ太陽電池（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ  ｃｅｌｌ）と比較すると、比較的効率が低いようである。
【０００３】
例えば軽量、広範囲での低コストな製造、環境に配慮した物質、または、フレキシブルな基板（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）等の、それらに潜在的で特有の利点に起因して、効果的な有機デバイスは、技術的および商業的に有用な“プラスチック太陽電池（ｐｌａｓｔｉｃ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）”であることが分かってきた。色素増感ナノ結晶チタニウムジオキサイド（ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｓｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｄｉｏｘｉｄｅ）（多孔質ＴｉＯ２）半導体および酸化還元電解液に基づく近年の太陽電池の進歩は、有機物質における高いエネルギー交換効率の可能性を実証した。（Ｂ．Ｏ−ＲｅｇａｎとＭ．Ｇｒａｅｔｚｅｌ，Ｎａｔｕｒｅ３５３（１９９１，７３７））
【０００４】
分子色素（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｄｙｅｓ）によるナノ結晶ＴｉＯ２の増感作用（ｓｅｎｓｉｔｉｓａｔｉｏｎ）に基づく光電池（色素増感太陽電池、ＤＳＳＣ：Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）は、効果的な光デバイスとして最初に発表されたときから非常に大きな注目を集めている（Ｂ．Ｏ’ＲｅｇａｎとＭ．Ｇｒａｅｔｚｅｌ，上記参照；ＷＯ９１／１６７１９）。現在行われている研究の一部は、フレキシブルな基板上へのそのような電池の潜在的な適用性、および、これと共にフレキシブルな太陽電池の製造の可能性を開発するためのものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
色素増感太陽電池は、ＴｉＯ２のような、ナノポーラスネットワーク（ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ  ｎｅｔｗｏｒｋ）の半導体粒子に付着した色素分子内の電子の光励起に基づいている。電子は、半導体の導電帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｂａｎｄ）に投入され、電荷再結合（ｃｈａｒｇｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）が抑えられた場合は、電子は１つの電極に集められる。一方、色素分子は、対極（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）から電荷導電物質（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）を介して再生される。今まで散発的にしか扱われなかった問題は、活性な多孔質半導体層と対極との分離である。この問題を解決するための標準的な方法は、今まで、スペーサ箔（ｓｐａｃｅｒ  ｆｏｉｌ）の使用であった。スペーサ箔は、例えばプラスチックから作られており、図１ａに示されるように活性な多孔質層の隣に配置された（ｌｏｃａｔｅｄ  ｂｅｓｉｄｅ）。しかし、今までのところ、このことは満足な結果につながっていない。このような方法で構成された太陽電池は非常に圧力に敏感で、特に圧力によって活性な層を効果的に圧縮する対極に圧力がかけられた場合、または、逆の電極に圧力がかけられた場合も同様で、多数のショートカットを引き起こす。さらに、従来技術のスペーサ箔は、電荷転送プロセスに使われるエリアを妨害する。したがって、そのエリアは活性な層に使用可能ではない。最近、フレキシブルな色素増感太陽電池はますます注目されている。これまでのところ、これらは通常、活性な多孔質層の隣に配置されるスペーサ箔で構成されてきた。さらに、そのようなフレキシブルな色素増感太陽電池は、非常に圧力に敏感であり、非常に曲げに対して敏感である。これらの影響の両方によって、最終的には対極が第１の電極と電気的に接続され、そのことによって、ショートカットが再び発生する。前述の問題は、太陽電池が所定の領域に広がった場合さらに悪化する。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、１つの電極で圧力が加わることに対して敏感でない改良された太陽電池を提供することである。さらに、太陽電池の電極の曲げに対してそれほど敏感でない改良された太陽電池を提供することは、本発明の目的である。その上さらに、従来技術に従って構成された従来の太陽電池ほど多くのショートカットを示さない太陽電池を提供することは、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的は、第１基板、および、好ましくは前記第１基板を覆う層状でありより好ましくは透明な導電酸化物で構成される層状である前記第１基板上の第１電極、または、前記第１基板および前記第１電極の代わりに第１の基板および第１の電極として働く第１の金属箔と、前記第１電極上の光活性な層である多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層上の多孔質スペーサ層と、前記多孔質スペーサ層上にあり、前記多孔質スペーサ層と物理的に接しており、好ましくは前記多孔質スペーサ層を覆う層状である、対極としての第２電極と、前記第２電極上の第２基板と、を備え、前記多孔質半導体層は、前記多孔質半導体層の孔によって形成される第１格子間空間を有し、前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質スペーサ層の孔によって形成される第２格子間空間を有し、前記第１および第２格子間空間は互いに流体結合し、電解質で満たされており、前記多孔質スペーサ層は、片側で前記第２電極に物理的に接しており、もう一方の片側で前記多孔質半導体層に物理的に接していることを特徴とする光電池、によって達成される。
【０００８】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記第２電極と物理的に接しており、前記多孔質スペーサ層は、もう一方の片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記多孔質半導体層と物理的に接している。
【０００９】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層と前記第２電極との間に、前記第２格子間空間以外に電解質の空間容量が存在しない。
【００１０】
前記多孔質スペーサ層は、半導体性である（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）か、または、電気的に絶縁である、光学的に透明な物質で構成されていることが好ましい。
【００１１】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、孔の大きさが５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である孔を有する。
【００１２】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、平均直径が１０ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍの範囲である孔を有する箔である。
【００１３】
別の一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲（ｆｒｏｍ  １  ｎｍ  ｔｏ  ＜  １  μｍ）、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の大きさを有する粒子からできている。
【００１４】
一実施形態では、前記粒子は半導体粒子または絶縁体粒子であり、前記半導体粒子または絶縁体粒子は、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＡｌＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＣｕ２Ｏ２、および、ＳｉＯ２（好ましくはシリカビーズまたはガラスビーズ）、架橋（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ）シリコン樹脂、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、および、架橋ポリエステル等の耐熱性ポリマー、炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウム等の金属炭酸塩、硫酸カルシウムおよび硫酸バリウム等の金属硫酸塩より選択される物質、または、物質の組み合わせ（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）から構成されていることが好ましい。
【００１５】
一実施形態では、前記多孔質半導体層は、色素増感性であり、前記多孔質スペーサ層は色素増感性でない。
【００１６】
前記多孔質スペーサ層は前記多孔質半導体層を前記多孔質半導体層の全域で覆っており、そのことによって前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁することが好ましい。
【００１７】
一実施形態では、前記電池は、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されて前記多孔質半導体層を前記第２電極から電気的に絶縁し、前記多孔質半導体層の隣に配置される、スペーサ箔等のスペーサ構成要素を備えない。
【００１８】
前記電池は、前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁するために、唯一のスペーサ構成要素として前記多孔質スペーサ層を備えることが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する孔の大きさを有する。
【００２０】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層の前記粒子は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する粒子の大きさを有する。
【００２１】
前記多孔質スペーサ層は、１００ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲の厚みを有することが好ましい。
【００２２】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質半導体層の領域を部分的に覆い、前記多孔質半導体層の領域の他の部分は覆わず、前記多孔質半導体層の被覆領域は、前記多孔質半導体層の全域の５０％を超える。
【００２３】
一実施形態では、前記多孔質スペーサ層内で、ギャップサイズと孔の大きさとの間の比は、１〜１０００、好ましくは１０〜１００の範囲である。
【００２４】
前記多孔質スペーサ層は、スクリーン印刷、ドクターブレーディング、インクジェット印刷、ドロップキャスティング、スピンコーティング、噴射、静電気による層ごとの組み立て（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ−ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ）、リフトオフプロセス、無機化（ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）、および陽極酸化より選択される方法を介して生成されることが好ましい。
【００２５】
一実施形態では、第１金属箔は、前記第１基板および前記第１電極を同時に用いる代わりに用いられ、前記第２電極は、半透明なプラチナ層等の半透明な金属層であり、前記電池は、透明な基板である前記第２基板より構成され、前記第２基板と前記第２電極との間に、随意に透明な導電酸化物が存在する。
【００２６】
本発明の目的は以下のステップから構成される、本発明の一実施形態にかかる電池の組み立て方法によっても達成される。
Ａ：
ａ：  第１基板および前記第１基板上の第１電極を提供するか、
または、その代わりに、第１金属箔を提供するステップ
ｂ：  ステップａの生成物上、すなわち前記第１電極上または前記第１金属箔上に、多孔質半導体層を適用する、
または、その代わりに、ステップａの生成物上、すなわち前記第１金属箔上に、半導体ブロッキング層（ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を適用した後、前記半導体ブロッキング層上に多孔質半導体層を適用するステップ
ｃ：  ステップｂの生成物を３００℃より高温で焼結するステップ
ｄ：  ステップｃの生成物内で前記多孔質半導体層を色素増感し、電解質で満たすステップ
Ｂ：（ステップＡとは分けて実施されるステップ）
ａ’：  第２基板および前記第２基板上の第２電極を提供するか、
または、その代わりに、ステップＡで第１金属箔が提供されない場合のみ、前記第２金属箔を提供するステップ
ｂ’：  ステップａ’の生成物上、すなわち前記第２電極上または前記第２金属箔上に、多孔質半導体層を適用するステップ
ｃ’：  ステップｂ’の生成物を乾燥させるステップ
ｄ’：  ステップｃ’の生成物の多孔質半導体層を電解質で満たすステップ、
Ｃ：（ステップＡおよびステップＢの完了後に実施されるステップ）
ａ’’：  焼結され色素増感され電解質を満たされたステップｄ）の多孔質半導体層、および、乾燥され、電解質を満たされたステップｄ’の多孔質半導体層が、互いに物理的に接触させられ、前記ステップｄの多孔質半導体層、および、前記ステップｄ’の多孔質半導体層を介して、ＡおよびＢの生成物を接触させるステップ
【００２７】
本発明の目的は、前述された光電池内の多孔質スペーサ層を、光活性な半導体層と前記電池の対極との間の短絡を防ぐため、および、光活性な半導体層と前記電池の対極とを互いに絶縁するため、のいずれかまたは両方の目的で使用することによっても達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本稿で用いられるように、「活性な層（ａｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）」という用語は、光吸収（ｌｉｇｈｔ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）、電荷分離（ｃｈａｒｇｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、および電荷転送プロセスに伴って生じる光電池内の層を示す。「活性」は、本稿では「光活性（ｐｈｏｔｏａｃｔｉｖｅ）」と同じ意味で用いられる。そのような光活性な層は、多くの場合光活性な多孔質層であり、より詳細には、光活性な多孔質半導体層（ｐｏｒｏｕｓ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｙｅｒ）である。
【００２９】
本稿で用いられるように、電極が一面で層に接触している場合、電極は、層に「物理的に接している（ｉｎ  ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｗｉｔｈ）」と称される。この用語は、例えば多孔質スペーサ層等の他の層の上に位置してその層に１つの表面で接触する、透明な導電酸化物の層または金属の層等の、層状の電極を示すことが好ましい。本質的に、そのような配置は、互いに重なった２つの層の積層板（ｌａｍｉｎａｔｅ）として示される。いくつかの実施形態では、電極（例えば第１または第２の電極）は金属箔であってもよい。
【００３０】
本稿で用いられるように、「格子間空間（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｓｐａｃｅ）」という用語は、多孔質層内の孔によって作り出され、形成される空間のことを示す。格子間空間は、本質的には結合された（ｌｉｎｋ  ｔｏｇｅｔｈｅｒ）孔のネットワークである。２つの格子間空間は、本稿では互いに「流体結合される（ｉｎ  ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ）」と称されている。ある格子間空間に気体または液体のような流体が存在すれば、流体は、２つの格子間空間の間の物理的な障壁なく、他の格子間空間に移動できる。すなわち、２つの格子間空間は互いに連通しており、格子間空間内の化学種（例えば、溶媒分子または電解質等）の移動は、拡散によってのみ制限され、固体の物理的な障壁によっては制限されない。
【００３１】
本稿で用いられるように、「電解質の空間容量（ｖｏｉｄ  ｖｏｌｕｍｅ）」という用語は、格子間空間でない電解質によって占められるあらゆる盛り込み体積（ｂｕｌｋ  ｖｏｌｕｍｅ）を示す。
【００３２】
本稿で用いられるように、「ギャップサイズ（ｇａｐ  ｓｉｚｅ）」という用語は、光活性な多孔質層の表面から対極（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）までの距離を示す（例えば、図１ａおよび図１ｂを参照）。光活性な多孔質層または光活性な多孔質半導体層は、光活性な電極の一部を形成しているとみなされてもよい。
【００３３】
本稿で用いられるように、多孔質粒子層に関して用いられる「焼結（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）」という用語は、例えば半導体粒子層等の熱処理段階を示し、その過程では、１または複数の後述されるプロセスが発生する。焼結ブリッジ（ｓｉｎｔｅｒ−ｂｒｉｄｇｅ）の形成によって接触する粒子が増加し、元の粒子はもはや識別可能である必要がなくなる多孔質ネットワークが形成され、さらに孔を円滑にする。概して、本発明の一実施形態にかかるあらゆる焼結プロセスは、半導体層に適用される場合、３００℃より高い温度を伴う。
【００３４】
本稿で用いられるように、「焼結」は半導体層の「乾燥（ｄｒｙｉｎｇ）」と対照をなす。そのような「乾燥」は、主として、例えば溶媒等の、あらかじめ半導体層に存在するあらゆる液体構成要素または低い沸点を有する物質／固体の除去を含む。通常、そのような「乾燥」は、２５０℃より低い温度で起こる。
【００３５】
多孔質スペーサ層（ｐｏｒｏｕｓ  ｓｐａｃｅｒ  ｌａｙｅｒ）が対極と第１の電極または光活性な層との間に、効果的に、電気的に絶縁する障壁（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  ｂａｒｒｉｅｒ）を作ることは、本発明の基礎をなす本質的な考え方である。一方、同時に、多孔質スペーサ層は、対極と直接接し、そうすることによって、多孔質スペーサ層と対極との間に存在するギャップ体積または盛り込み体積の形成を不可能とする。そのようなギャップ体積によって、電池は、再び、対極または前面電極（ｆｒｏｎｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）上の加圧に対して敏感になる結果となる。
【００３６】
本明細書で、時々、別の層によって接触されるまたは覆われる層の「全域（ｅｎｔｉｒｅ  ａｒｅａ）」が参照される。本稿で用いられるように、この用語は、接触が起こる面の表面上にあり、そのような面に平行な架空の平面（ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ  ｐｌａｎｅ）の領域を示す。言い換えれば、その層は、表面が平坦な平面であるかのように扱われる。そして、そのような平坦な平面の領域が、「全域」という用語が示す領域である。「全域」の「一部分」または「複数の部分」だけが覆われているかまたは接触されている場合、このことは、通常、そのような架空の平面の領域の割合で示される。本稿で用いられるように、「前述の多孔質半導体層の被覆領域（ｃｏｖｅｒｅｄ  ａｒｅａ）が多孔質半導体層全域の５０％を越える」という表現は、多孔質半導体層の表面の架空の平面の領域の５０％を超える領域が覆われていることを示す。このように、特に断りがない限り、「全域」または「領域」という用語は、通常、前述されたような架空の平面の領域のことを示し、粒子の特性によってさらに大きな表面領域を有する場合がある多孔質半導体層／多孔質スペーサ層の、実際の表面領域を示すのではない。
【００３７】
本稿で用いられるように、「耐熱性ポリマー（ｈｅａｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｔ  ｐｏｌｙｍｅｒ）」という用語は、熱影響下で位置的に安定（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ  ｓｔａｂｌｅ）なポリマーのことを示す。好適には、光電池の作動温度（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）の温度領域で位置的に安定なポリマーのことを示す。さらに好適には、「耐熱性ポリマー」は、８０℃以上（ｕｐ  ｔｏ  ａｎｄ  ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ８０）の温度領域で位置的に安定なポリマーである。
【００３８】
本稿で用いられるように、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲の大きさを有する粒子は、時々「ナノ粒子」と称されることもある。
【００３９】
多孔質スペーサ層の半導体粒子または絶縁体粒子は、前述のあらゆる半導体物質または絶縁体物質、あるいは、前述のあらゆる物質の組み合わせ（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で構成されてもよい。同様に、それぞれが異なる半導体物質または絶縁体物質で構成される異なる粒子、または、コアシェル構造を有する異なる粒子が存在してもよいという意味で、２以上の種類の粒子が存在してもよい。ナノ粒子のそのようなコアシェル構造は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって既知である。
【００４０】
本発明にかかる電池の組み立て方法では、ステップＣは、ステップＡおよびステップＢの生成物の重ね合わせ（ｓａｎｄｗｉｃｈｉｎｇ）を含む。そのような重ね合わせは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって既知であり、例えば、２つの生成物を互いに物理的に接触させて配置し、接着剤（ｇｌｕｅ）またはガラスシール（ｇｌａｓｓ  ｓｅａｌ）等で、それらを一緒に固定（ｃｌａｍｐｌｉｎｇ）または密封（ｓｅａｌｉｎｇ）等することによって、それらを一緒に保持することで達成される。
【００４１】
本稿で用いられているように、色素増感光電池は時々「色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ：Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）」とも称される。
【００４２】
本発明に関して用いられる基板は、ガラス、プラスチック、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：ＰｏｌｙＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈａｃｒｙｌＡｔｅ）、および他の物質等のような透明な基板である。基板は、硬くてもよいし、フレキシブルでもよい。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、フレキシブルな基板には多くの種類があることは明白である。例えば、フレキシブルな基板には、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリイミド（カプトン：ｋａｐｔｏｎ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ＯＨＰ（オーバーヘッドトランスペアレンシ：ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）、およびＴｉ箔、Ｐｔ箔、Ａｌ箔、ステンレススチールのような金属箔等が用いられてもよい。しかし、これらの例に限定される訳ではない。
【００４３】
本発明で使用できる電極は、基板上に層として適用される金属電極、および／または、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物：Ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（フッ素錫酸化物：ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、ＡＴＯ（アンチモン錫酸化物：ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような透明な導電酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ）である。フレキシブルな太陽電池の場合、一方の、または、もう一方の基板およびその基板上に存在する電極は、要求される導電性のみでなく、基板の支えとして機能するために十分な硬さを有する金属箔によって置き換えられることができる。フレキシブルな太陽電池が裏から光を照射される色素増感太陽電池であった場合、表の電極および基板は前述された金属箔で形成される。一方、もう一方の電極は、単独の、または、透明な導電酸化物と組み合わされたＰｔのような、半透明な金属層で形成され、その上にはさらに透明な基板が置かれる。そのような裏面照射ＤＳＳＣ（ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ＤＳＳＣ）の概略図は、図４に示されている。
【００４４】
基板または電極上の多孔質半導体層のような多孔質層を適用する方法は多数存在する。例えば、スクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ドクターブレーディング（ｄｏｃｔｏｒ  ｂｌａｄｉｎｇ）、インクジェット印刷（ｉｎｋ−ｊｅｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、ドロップキャスティング（ｄｒｏｐ  ｃａｓｔｉｎｇ）、スピンコーティング（ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）、噴射（ｓｐｒａｙｉｎｇ）、層ごとの組み立て（ｌａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ−ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ）、リフトオフプロセス（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ−ｐｒｏｃｅｓｓ）、および陽極酸化（ａｎｏｄｉｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）等の方法であり、それらは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者には良く知られた方法である。
【００４５】
本稿で用いられる「光活性な層である多孔質半導体層」は、光吸収、電荷分離、および電荷転送プロセスに伴って生じる半導体粒子の層である。通常、半導体粒子の層は、半導体粒子からできており、半導体粒子は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に知られている物質または物質の組み合わせ（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）で構成される。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、そのような光活性な多孔質半導体層を製造するために各種の半導体粒子が用いられることは明らかである。そのような物質の例は、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＡｌＯ２、ＳｒＴｉＯ３、および、ＳｒＣｕ２Ｏ２等であるが、これらに限定はされない。
【００４６】
発明者は、従来技術のスペーサ箔を避けることによって、効果的に電荷分離、および電荷転送プロセスのために利用可能な光活性な領域が拡大され、一方、同時に、短絡（ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔｉｎｇ）の頻度は減じられることを発見した。このことは、光活性な層と対極とのセパレータ、および／または、絶縁体として働く光活性な層ではない多孔質スペーサ層の存在によって、本発明に基づいて達成される。発明者は、そのような多孔質スペーサ層の使用は、作動中の色素増感太陽電池で短絡が発生する確立を低下するという利点を有することを発見した。
【００４７】
そのような多孔質スペーサ層から構成されるフレキシブルな光電池の製品は、短絡に関して０％の失敗率を引き起こす。一方、そのような多孔質スペーサ層を備えないフレキシブルな光電池は、短絡が原因で５０％以上の失敗率を引き起こす。
【００４８】
基本概念は、図１ｂに示されている。それは、（ｉ）活性な多孔質層の全域または大部分、および、対極の全域または大部分、の少なくともいずれかの上で、光活性な多孔質層と対極との間の電気的な分離を可能とし、（ｉｉ）電解質中のイオンが光活性な多孔質層と対極との間を自由に移動することを可能とする、物質を使用する。これらの課題（ｔａｓｋ）は、２つの電極間のギャップ（すなわち、光活性な層の表面と対極との間の領域）を大部分、または完全に満たすチャネルを有する多孔質物質によって実現される。孔の大きさは、ギャップサイズ程度であるか、または、２つの電極の間より小さい必要がある。例えば、１つのチャネル間の距離がギャップを横断する拡散経路より大きい場合、この余分な距離は、電池の性能に悪影響を与える可能性があり、特に、小さな電流密度および電池の充填率に制限された拡散を引き起こす可能性がある。
【００４９】
これら全ての要件をすべて満たすことが分かった物質の一例は、ナノポーラスＴｉＯ２である。ナノポーラスＴｉＯ２は、通常、単一の粒子間の良好な電気的接触を確実にするために、４００℃より高温で焼結される。ナノポーラスＴｉＯ２が対極に適用され、粒子が低音で良好に機械的に接触させられると、このＴｉＯ２層は活性な多孔質層に直接接触させられ、電流（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｕｒｒｅｎｔ）は、活性な多孔質層と対極との間で、多孔質物質を介して流れない。物質の多孔率（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）を十分に高くすることを確実とするために、すなわち、活性な多孔質層と対極との間に十分に接触されたチャネルが存在することを確実にするために、通常、有機物質がナノ粒子に加えられる。その後、有機物質を高温で燃焼した後に残された空間は、多孔質層の多孔率を決定する。多孔質スペーサ層の処理温度が低い場合は、ＴｉＯ２の有機フリー懸濁液（ｏｒｇａｎｉｃ−ｆｒｅｅ  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）が使用され、多孔率は、高い焼結温度でなく、粒子の大きさおよびナノ粒子の集合度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）によって単に調整されてもよい。
【００５０】
次に、図を参照する。図１には、標準的なスペーサ箔を使用した光電池（図１ａ）と本発明にかかる光電池の実施形態（図１ｂおよび図１ｃ）との比較が示されている。標準的なスペーサ箔を使用した光電池は、活性な多孔質層と電極との間に空間体積（ｖｏｉｄ  ｖｏｌｕｍｅ）を有している。一方、本発明にかかる光電池には、そのような空間体積が存在せず、したがって、圧力の影響に対して感度が低いことが分かる。多孔質スペーサ層のナノ粒子の直径は、光活性な多孔質層のナノ粒子の直径と同一であってもよいし（図１ｃ）、異なってもよい（図１ｂ）。全ての孔は電解質で満たされている。
【００５１】
図２には、標準的なスペーサを用いた電池、および、多孔質スペーサ層を用いた本発明にかかる電池のＪ−Ｖ特性が示されている。
【００５２】
図３には、スペーサ箔を用いた電池、および、本発明にかかる電池の光起電変数（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が示されている。
【００５３】
図４には、多孔質スペーサ層を用いる裏面照射色素増感太陽電池（ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ＤＳＳＣ：Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）の概略図が示されている。
【００５４】
図５には、外部からフレキシブルな電池に圧力が掛けられたときの、標準的なスペーサ箔を使用した従来技術に基づいたフレキシブルな電池が示されている。加圧による光活性な半導体層と電極との間の接触（丸で囲まれた部分）は、短絡を引き起こし、その結果、フレキシブルな電池は故障する。
【００５５】
図６には、標準的なスペーサを用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた電池、および、多孔質スペーサ層を用いた本発明にかかる電池のＪ−Ｖ特性が示されている。
【００５６】
図７には、スペーサ箔（「標準的なスペーサ」）を用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた（光活性な多孔質層の１／４が標準的なスペーサによって覆われている）電池、および、本発明にかかる電池（すなわち多孔質スペーサ層を用いた電池）の光起電変数（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が示されている。
【００５７】
本発明は、説明のために示される以下の実施例を参照してさらに詳細に記載される。しかし、これらの実施例は、本発明を限定はしない。
【実施例１】
【００５８】
ＴｉＯ２を一例に挙げると、ＴｉＯ２懸濁液は、以下のように合成される。チタン（ＩＶ）イソプロポキシドは、同じモル量の酢酸と反応させられる。水を加えると、白色固体が沈殿する。白色沈殿は、再び分散させられ、溶液に硝酸が加えられる。溶液は、ぺプチゼーションを完了させるために加熱される。その後、１９０℃で６時間、密閉されたチタン圧力容器内で水熱合成が行われる。超音波洗浄処理を行い、ＴｉＯ２含有量の調整を行い、１−プロパノールおよびエタノールを追加して、合成は完了する。
【００５９】
多孔質スペーサを有するＤＳＳＣは、以下のように組み立てられる。３０ｎｍの厚みを有するバルクＴｉＯ２のブロッキング層がＦＴＯ上に形成される（ガラス上で約１００ｎｍ）。１０μｍの厚みを有する半導体粒子の多孔質層がブロッキング層上にスクリーン印刷され、４５０℃で３０分間焼結される。赤色色素分子（Ｎ３  ｂｉｓ−ＴＢＡ）はエタノール（０．３ｍＭ）内の溶体（ｓｏｌｕｔｉｏｎ）から自己集合性（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ）を介して粒子に吸収され、多孔質層は、I−／Ｉ３−を酸化還元偶（ｒｅｄｏｘ  ｃｏｕｐｌｅ）として含む電解質（１５ｍＭ）で満たされる。多孔質ＴｉＯ２スペーサ層は、反射プラチナ裏面電極（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｐｌａｔｉｎｕｍ  ｂａｃｋ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）上に、ＴｉＯ２を水に懸濁させた懸濁液（ｗａｔｅｒ  ｂａｓｅｄ  ＴｉＯ２  ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）をドクターブレーディングする方法によって適用される。多孔質スペーサ層は、１５０℃で乾燥され、約５μｍの厚さになる。この対極も、前述された電解質で満たされ、その後に直接的に活性な多孔質層に重ね合わされる。
【００６０】
対応するＪ−Ｖ特性および光起電変数（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）は、それぞれ、図２および図３に示されている。標準的なスペーサと多孔質スペーサとでほぼ同じ効率が得られるが、多孔質スペーサは、作動中ＤＳＳＣのショートカットの可能性を消滅させる利点を有する。この場合では使用されているナノポーラス物質が不透明であるため、非常に低い短絡電流密度（ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）が観測される。結果として、活性な多孔質層を通る第１の行程（ｔｒａｖｅｌ）で獲得されなかった光は、主に散乱プロセス（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって失われる。一方、標準的なスペーサの場合、光のこの部分は、対極で反射され、光活性な多孔質層を２度通る。
【００６１】
しかし、更なる利点は、ナノポーラスＴｉＯ２の光学特性は、粒子の大きさおよび集合度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）によって調整可能な点である。低い集合度および小さい粒子サイズば、透明なフィルムをもたらす。裏面照射ＤＳＳＣの場合、透明な多孔質スペーサ層は利点を増す（図４）。
【実施例２】
【００６２】
ＴｉＯ２懸濁液の合成は、実施例１に記載された手順に従って行われる。
【００６３】
多孔質スペーサを有するＤＳＳＣは、以下のように組み立てられる。色素吸収物質と同様、ブロッキング層および多孔質層も実施例１で記載されたのと同様の手順に従って準備される。多孔質層は、酸化還元偶としてのI−／Ｉ３−と共に、ポリエチレンオキサイド（３重量％）、プロピレンカーボネート、およびエチレンカーボネートの混合物（ｍｉｘｔｕｒｅ）に基づくポリマーゲル状電解質によって浸透される。Ｉ３−の濃度は、１５ｍＭであり、プロピレンカーボネートのエチレンカーボネートに対する比率は１に等しい。
【００６４】
多孔質ＴｉＯ２スペーサ層は、反射プラチナ裏面電極上に、ＴｉＯ２を水に懸濁させた懸濁液をドクターブレーディングする方法によって適用される。多孔質スペーサ層は、１５０℃で乾燥され、約２μｍの厚さになる。この対極も、前述された電解質で満たされ、その後に直接的に活性な多孔質層に重ね合わされる。標準的なスペーサとして２μｍの厚みを有する箔が用いられる。
【００６５】
対応するＪ−Ｖ特性および光起電変数は、それぞれ、図６および図７に示されている。標準的なスペーサと多孔質スペーサとでほぼ同じ効率が得られる。電池内では活性な多孔質領域の１／４が標準的なスペーサ層で覆われており、効率において劇的な減少が存在し、結果として電流密度においても劇的な減少が存在する。
【００６６】
図６には、標準的なスペーサを用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた電池、および、多孔質スペーサ層を用いた本発明にかかる電池のＪ−Ｖ特性が示されている。
【００６７】
図７には、スペーサ箔を用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた電池、および、本発明にかかる電池の光起電変数が示されている。
【００６８】
明細書、特許請求の範囲、および／または添付図面で開示された本発明の特徴は、単独であっても、それらの組み合わせであっても、様々な形において本発明を理解するための構成要素でありうる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１には、標準的なスペーサ箔を使用した光電池（図１ａ）と本発明にかかる光電池の実施形態（図１ｂおよび図１ｃ）との比較が示されている。
【図２】図２には、標準的なスペーサを用いた電池、および、多孔質スペーサ層を用いた本発明にかかる電池のＪ−Ｖ特性が示されている。
【図３】図３には、スペーサ箔を用いた電池、および、本発明にかかる電池の光起電変数（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が示されている。
【図４】図４には、多孔質スペーサ層を用いる裏面照射色素増感太陽電池（ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ  ＤＳＳＣ：Ｄｙｅ−Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）の概略図が示されている。
【図５】図５には、外部からフレキシブルな電池に圧力が掛けられたときの、標準的なスペーサ箔を使用した従来技術に基づいたフレキシブルな電池が示されている。
【図６】図６には、標準的なスペーサを用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた電池、および、多孔質スペーサ層を用いた本発明にかかる電池のＪ−Ｖ特性が示されている。
【図７】図７には、スペーサ箔（「標準的なスペーサ」）を用いた電池であって内部で光活性な多孔質層がスペーサ箔によって部分的に覆われた（光活性な多孔質層の１／４が標準的なスペーサによって覆われている）電池、および、本発明にかかる電池（すなわち多孔質スペーサ層を用いた電池）の光起電変数（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が示されている。
【図１】
2008192603.tif 000003
【図２】
2008192603.tif 000004
【図３】
2008192603.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008192603.tif 000008
【図７】
2008192603.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月20日(2008.2.20)
【手続補正１】
【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基板、および、好ましくは前記第１基板を覆う層状でありより好ましくは透明な導電酸化物で構成される層状である前記第１基板上の第１電極、
または、前記第１基板および前記第１電極の代わりに第１の基板および第１の電極として働く第１の金属箔と、
前記第１電極上の光活性な層である多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層上の多孔質スペーサ層と、
前記多孔質スペーサ層上にあり、前記多孔質スペーサ層と物理的に接しており、好ましくは前記多孔質スペーサ層を覆う層状である、対極としての第２電極と、
前記第２電極上の第２基板と、
を備え、
前記多孔質半導体層は、前記多孔質半導体層の孔によって形成される第１格子間空間を有し、
前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質スペーサ層の孔によって形成される第２格子間空間を有し、
前記第１および第２格子間空間は互いに流体結合し、電解質で満たされており、
前記多孔質スペーサ層は、片側で前記第２電極に物理的に接しており、もう一方の片側で前記多孔質半導体層に物理的に接していることを特徴とする光電池。
【請求項２】
前記多孔質スペーサ層は、片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記第２電極と物理的に接しており、前記多孔質スペーサ層は、もう一方の片側で、前記多孔質スペーサ層の全域で前記多孔質半導体層と物理的に接していることを特徴とする、請求項１に記載の光電池。
【請求項３】
前記多孔質スペーサ層と前記第２電極との間に、前記第２格子間空間以外に電解質の空間容量が存在しないことを特徴とする、請求項１または２に記載の光電池。
【請求項４】
前記多孔質スペーサ層は、半導体性であるか、または、電気的に絶縁である、光学的に透明な物質で構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光電池。
【請求項５】
前記多孔質スペーサ層は、孔の大きさが５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である孔を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光電池。
【請求項６】
前記多孔質スペーサ層は、平均直径が１０ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍの範囲である孔を有する箔であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光電池。
【請求項７】
前記多孔質スペーサ層は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の大きさを有する粒子からできていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光電池。
【請求項８】
前記粒子は半導体粒子または絶縁体粒子であることを特徴とする、請求項７に記載の光電池。
【請求項９】
前記半導体粒子または絶縁体粒子は、
ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ５、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＷＯ３、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｕＡｌＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＣｕ２Ｏ２、および、ＳｉＯ２（好ましくはシリカビーズまたはガラスビーズ）、
架橋シリコン樹脂、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、および、架橋ポリエステル等の耐熱性ポリマー、
炭酸マグネシウムおよび炭酸カルシウム等の金属炭酸塩、
硫酸カルシウムおよび硫酸バリウム等の金属硫酸塩
より選択される物質、または、物質の組み合わせから構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の光電池。
【請求項１０】
前記多孔質半導体層は、色素増感性であり、前記多孔質スペーサ層は色素増感性でないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の光電池。
【請求項１１】
前記多孔質スペーサ層は前記多孔質半導体層を前記多孔質半導体層の全域で覆っており、そのことによって前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の光電池。
【請求項１２】
前記電池は、前記第１電極と前記第２電極の間に配置されて前記多孔質半導体層を前記第２電極から電気的に絶縁し、前記多孔質半導体層の隣に配置される、スペーサ箔等のスペーサ構成要素を備えないことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光電池。
【請求項１３】
前記電池は、前記多孔質半導体層を前記第２電極から絶縁するために、唯一のスペーサ構成要素として前記多孔質スペーサ層を備えることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の光電池。
【請求項１４】
前記多孔質スペーサ層は、５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは５ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する孔の大きさを有することを特徴とする、請求項５〜１３のいずれかに記載の光電池。
【請求項１５】
前記多孔質スペーサ層の前記粒子は、１ｎｍ〜１μｍで1μｍより小さい範囲、好ましくは１ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ、最も好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で分布する、または単分散する粒子の大きさを有することを特徴とする、請求項７〜１４のいずれかに記載の光電池。
【請求項１６】
前記多孔質スペーサ層は、１００ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜１０μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の光電池。
【請求項１７】
前記多孔質スペーサ層は、前記多孔質半導体層の領域を部分的に覆い、前記多孔質半導体層の領域の他の部分は覆わず、前記多孔質半導体層の被覆領域は、前記多孔質半導体層の全域の５０％を超えることを特徴とする、請求項１〜１０、および請求項１２〜１５のいずれかに記載の光電池。
【請求項１８】
前記多孔質スペーサ層内で、ギャップサイズと孔の大きさとの間の比は、１〜１０００、好ましくは１０〜１００の範囲であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の光電池。
【請求項１９】
前記多孔質スペーサ層は、スクリーン印刷、ドクターブレーディング、インクジェット印刷、ドロップキャスティング、スピンコーティング、噴射、静電気による層ごとの組み立て、リフトオフプロセス、無機化、および陽極酸化より選択される方法を介して生成されることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の光電池。
【請求項２０】
第１金属箔は、前記第１基板および前記第１電極を同時に用いる代わりに用いられ、
前記第２電極は、半透明なプラチナ層等の半透明な金属層であり、
前記電池は、透明な基板である前記第２基板より構成され、
前記第２基板と前記第２電極との間に、随意に透明な導電酸化物が存在することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の光電池。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに基づいて電池を組み立てる方法であって、
Ａ：
ａ：  第１基板および前記第１基板上の第１電極を提供するか、
または、その代わりに、第１金属箔を提供するステップ、
ｂ：  ステップａの生成物上、すなわち前記第１電極上または前記第１金属箔上に、多孔質半導体層を適用する、
または、その代わりに、ステップａの生成物上、すなわち前記第１金属箔上に、半導体ブロッキング層を適用した後、前記半導体ブロッキング層上に多孔質半導体層を適用するステップ、
ｃ：  ステップｂの生成物を３００℃より高温で焼結するステップ、
ｄ：  ステップｃの生成物内で前記多孔質半導体層を色素増感し、電解質で満たすステップ、
Ｂ：（ステップＡとは分けて実施されるステップ）
ａ’：  第２基板および前記第２基板上の第２電極を提供するか、
または、その代わりに、ステップＡで第１金属箔が提供されない場合のみ、前記第２金属箔を提供するステップ、
ｂ’：  ステップａ’の生成物上、すなわち前記第２電極上または前記第２金属箔上に、多孔質半導体層を適用するステップ、
ｃ’：  ステップｂ’の生成物を乾燥させるステップ、
ｄ’：  ステップｃ’の生成物の多孔質半導体層を電解質で満たすステップ、
Ｃ：（ステップＡおよびステップＢの完了後に実施されるステップ）
ａ’’：  焼結され色素増感され電解質を満たされたステップｄ）の多孔質半導体層、および、乾燥され、電解質を満たされたステップｄ’の多孔質半導体層が、互いに物理的に接触させられ、前記ステップｄの多孔質半導体層、および、前記ステップｄ’の多孔質半導体層を介して、ＡおよびＢの生成物を接触させるステップ、
より構成される方法。
【請求項２２】
請求項１〜２０のいずれかに記載の光電池内の多孔質スペーサ層を、光活性な半導体層と前記電池の対極との間の短絡を防ぐため、および、光活性な半導体層と前記電池の対極とを互いに絶縁するため、のいずれかまたは両方の目的で使用すること。
【外国語明細書】
2008192603000001.pdf