(57)【要約】【課題】コストの低減を図ることができるとともに、特性の向上を図ることのできる色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池を提供すること。【解決手段】色素増感太陽電池１は、色素増感半導体層１２および電解質層１３を間に備えた第１電極対と、色素増感半導体層２４および電解質層２３を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池である。色素増感太陽電池１では、透光性電極層１１、色素増感半導体層１２、電解質層１３、集電層１９、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、第２電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成している。【選択図】図３
2008257895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性電極層、色素増感半導体層、電解質層、および対極層がこの順に配置された色素増感太陽電池の製造方法において、
少なくとも、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層をこの順序あるいは逆の順序で積層することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項２】
少なくとも、
前記対極層の上層側に前記電解質層を形成するための層を形成する電解質層形成工程と、
当該電解質層を形成するための層の上層側に前記色素増感半導体層を形成するための半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層の上層側に前記透光性電極層を積層する透光性電極層形成工程と、
をこの順序で行うことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項３】
少なくとも、前記電解質層形成工程、前記半導体層形成工程、および前記透光性電極層形成工程を行った後、
前記半導体層に対して色素を保持させることを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記電解質層形成工程では、電解液を保持するための多孔性絶縁層を形成し、
少なくとも、前記電解質層形成工程、前記半導体層形成工程、および前記透光性電極層形成工程を行った後、前記多孔性絶縁層に前記電解液を保持させることを特徴とする請求項２または３に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記透光性電極層、前記色素増感半導体層、前記電解質層、および前記対極層がこの順に配置された第１セル構造体に対して、
透光性電極層に色素増感半導体層および電解質層が積層された第２セル構造体を、前記第１セル構造体の前記透光性電極層側に接合してタンデム構造とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項６】
透光性電極層、色素増感半導体層、電解質層、および対極層がこの順に配置された色素増感太陽電池において、
前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層は、この順序あるいは逆の順序で積層されてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項７】
第１色素増感半導体層および第１電解質層を間に備えた第１電極対と、第２色素増感半導体層および第２電解質層を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池において、
少なくとも、第１透光性電極層、前記第１色素増感半導体層、前記第１電解質層、第２透光性電極層、前記第２色素増感半導体層、前記第２電解質層、および対極層がこの順に配置され、
前記第２透光性電極層は、前記第１透光性電極と前記第１電極対を構成しているとともに、前記対極層と前記第２電極対を構成していることを特徴とする色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感を利用した色素増感太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感太陽電池は、図５(ａ)に示すように、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置された構造を備えており、透光性電極層２５としては、例えば、ガラス基板などからなるアノード基板１１０の表面に成膜されたＩＴＯ(Indium Tin Oxide)やＳｎＯ2：Ｆ(ＦＴＯ層／フッ素ドープ酸化錫)などが用いられる。また、対極層２１としては、例えば、カソード基板２１０の表面に透光性導電膜２１１と金属膜２１２とを積層したものなどを用いることができる(例えば、特許文献１参照)。
【０００３】
また、色素増感太陽電池としては、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置された２つのセル５０を積層したタンデム型のものが提案されており、かかるタンデム型の色素増感太陽電池では、色素増感半導体層２４および電解質層２３を間に備えた第１電極対と、色素増感半導体層２４および電解質層２３を間に備えた第２電極対とを積層した構造を有している。従って、タンデム型の色素増感太陽電池では、２つのセルの各色素増感半導体層２４において異なる波長領域に感応する色素を用いれば、２つのセルの双方での光電効果を利用できるので、高い開放電圧を得ることができるという利点がある。
【特許文献１】特開２００３−３０８８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、色素増感太陽電池は、従来、セルが１つのもの、２つのもののいずれにおいても、図５(ｂ)を参照して説明する工程により製造するため、生産性が低く、コストが高いという問題点がある。すなわち、従来の色素増感太陽電池を製造する場合には、図５(ｂ)に示すように、カソード基板２１０の表面に透光性導電膜２１１および薄い金属膜２１２を積層してカソード電極体５２を形成する一方、アノード基板１１０の表面に透光性導電膜２５、色素増感半導体層２４および電解質層２３を積層してアノード電極体５１を形成し、しかる後に、カソード電極体５２とアノード電極体５１とを接合する必要があるため、製造工程数が多いという問題点がある。また、タンデム型の色素増感太陽電池を製造する場合には、２つのカソード電極体５２と、２つのアノード電極体５１を交互に接合する必要があるため、製造工程数が多いという問題点がある。
【０００５】
また、従来の製造方法によってタンデム型の色素増感太陽電池を製造すると、低コスト化および薄型化が困難であるとともに、十分な特性を得ることができないという問題点がある。すなわち、図５(ａ)、(ｂ)から分かるように、タンデム型の色素増感太陽電池では、２枚のアノード基板および２枚のカソード基板の計４枚の基板を積層するため、厚さ寸法が、例えば１．０ｍｍ以上と厚く、かつ、基板代が嵩むという問題点がある。また、４枚の基板の各々に透光性電極層を形成する必要があるため、その点でも製造コストが嵩むという問題点がある。さらに、従来のタンデム型の色素増感太陽電池では、２つの色素増感半導体層のうち、光の入射側とは反対側に位置する色素増感半導体層に光が届くには、計３枚の基板および計３層分の透光性電極層を光が透過する必要があり、その間の光損失が大きい。また、従来のタンデム型の色素増感太陽電池において、セル内での電子の移動経路を辿ると、透光性電極層の中央側から外周側に電子が移動した後、別の透光性電極層では外周側から中央に電子が移動する必要があり、電子の移動経路が例えば５〜１０ｃｍと長い分、内部抵抗が大きいという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、コストの低減を図ることができる色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池を提供することにある。
【０００７】
次に、本発明の課題は、コストの低減を図ることができるとともに、特性の向上を図ることのできる色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明では、透光性電極層、色素増感半導体層、電解質層、および対極層がこの順に配置された色素増感太陽電池の製造方法において、少なくとも、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層をこの順序あるいは逆の順序で積層していくことを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、例えば、少なくとも、前記対極層の上層側に前記電解質層を形成するための層を形成する電解質層形成工程と、当該電解質層を形成するための層の上層側に前記色素増感半導体層を形成するための半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層の上層側に前記透光性電極層を積層する透光性電極層形成工程と、をこの順序で行う。
【００１０】
本発明では、色素増感太陽電池に用いるセル構造体を形成する際、少なくとも、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層をこの順序あるいは逆の順序で積層するため、カソード電極体とアノード電極体とを別々に形成した後に接合するという工程を行う必要がない。従って、製造工程を連続的に行うことができるので、生産性を向上することができ、コストの低減を図ることができる。
【００１１】
本発明においては、少なくとも、前記電解質層形成工程、前記半導体層形成工程、および前記透光性電極層形成工程を行った後、前記半導体層に対して色素を保持させることが好ましい。このように構成すると、半導体層に対して色素を保持させた後、透光性電極層形成工程を行う場合と比較して、透光性電極層を形成する際、半導体層から色素が脱離するなどの問題を回避することができる。
【００１２】
本発明において、前記電解質層形成工程では、例えば、電解液を保持する多孔性絶縁層を形成し、少なくとも、前記電解質層形成工程、前記半導体層形成工程、および前記透光性電極層形成工程を行った後、前記多孔性絶縁層に前記電解液を保持させる構成を採用することができる。このように構成すると、前記半導体層形成工程および前記透光性電極層形成工程を安定して行うことができる。
【００１３】
本発明において、色素増感太陽電池をタンデム構造とする場合、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層、前記電解質層、および前記対極層がこの順に配置された第１セル構造体(ボトムセル)に対して、透光性電極層に色素増感半導体層および電解質層が積層された第２セル構造体(トップセル)を、前記第１セル構造体の前記透光性電極層側に接合することを特徴とする。このように構成すると、必要最小限の接合工程でタンデム型の色素増感太陽電池を製造できるので、生産性を向上することができ、コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る方法で製造した場合、透光性電極層、色素増感半導体層、電解質層、対極層がこの順に配置された色素増感太陽電池において、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層は、この順序あるいは逆の順序で積層されてなる構造を有している。
【００１５】
また、本発明では、第１色素増感半導体層および第１電解質層を間に備えた第１電極対と、第２色素増感半導体層および第２電解質層を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池において、少なくとも、第１透光性電極層、前記第１色素増感半導体層、前記第１電解質層、第２透光性電極層、前記第２色素増感半導体層、前記第２電解質層、および対極層がこの順に配置され、前記第２透光性電極層は、前記第１透光性電極と前記第１電極対を構成しているとともに、前記対極層と前記第２電極対を構成していることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るタンデム型の色素増感太陽電池において、前記第２透光性電極層は、前記第１透光性電極と前記第１電極対を構成しているとともに、前記対極層と前記第２電極対を構成しており、２つのセル(トップセルおよびボトムセル)の間で共通化されている。このため、２つのセルの間に基板がないので、少ない枚数の基板でタンデム型の色素増感太陽電池を構成することができる。また、透光性電極の形成回数が少なくてよい。それ故、コストを低減することができるとともに、タンデム型の色素増感太陽電池の薄型化を図ることができる。また、光の入射側とは反対側に位置する第２色素増感半導体層に光が届くまでに透過する基板の枚数や透光性電極層の層数が少ないので、その間の光損失が少ない。また、セル内での電子の移動経路は、カソードからアノードに向けて直進するものと見なすことができるので、電子の移動経路が短い分、内部抵抗が小さいという利点がある。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の色素増感太陽電池の製造方法では、セル構造体を形成する際、少なくとも、前記透光性電極層、前記色素増感半導体層を形成するための半導体層、前記電解質層を形成するための層、および前記対極層をこの順序あるいは逆の順序で積層し、カソード電極体とアノード電極体とを別々に形成した後に接合するという方法を行わない、従って、製造工程を連続的に行うことができるので、生産性を向上することができ、コストの低減を図ることができる。
【００１８】
また、本発明のタンデム型の色素増感太陽電池では、第２透光性電極層が２つのセル(トップセルおよびボトムセル)の間で共通化されているため、２つのセルの間に基板がない。従って、少ない枚数の基板でタンデム型の色素増感太陽電池を構成することができるとともに、透光性電極の形成回数が少なくてよい。それ故、コストを低減することができるとともに、タンデム型の色素増感太陽電池の薄型化を図ることができる。また、光の入射側とは反対側に位置する第２色素増感半導体層に光が届くまでに透過する基板の枚数や透光性電極層の層数が少ないので、その間の光損失が少ない。また、セル内での電子の移動経路は、カソードからアノードに向けて直進するものと見なすことができるので、電子の移動経路が短い分、内部抵抗が小さいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に参照する図面においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る色素増感太陽電池の基本構成を示す説明図である。図１において、本形態の色素増感太陽電池１は、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、ＩＴＯやＦＴＯ層などにより構成されている。対極層２１は、ガラス基板や金属基板などのカソード基板２１０の表面に成膜されたＩＴＯやＦＴＯ層などの透光性導電膜２１１の表面に白金などの薄い金属膜２１２(集電層)が積層されたものが用いられている。電解質層２３は、例えば、シリコン酸化物粒子層などからなる多孔性絶縁層２３０(電解質層２３を形成するための層)に対して、Ｉ-／Ｉ3-、Ｂｒ-／Ｂｒ3-、Ｃｏ2+／Ｃｏ3+などの酸化還元対を備えた電解液が保持された構成などを有している。色素増感半導体層２４は、多孔性酸化物半導体層２４０(色素増感半導体層２４を形成するための層)に、ルテニウム有機錯体などの有機金属錯体系色素、メロシアニン系色素、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素、シアニン系色素などの色素が保持された構成、例えば、多孔性の酸化チタン層や酸化亜鉛層にルテニウム有機錯体やメロシアニン系色素が保持された構成を備えており、本形態では、色素増感ｎ型半導体層が用いられている。
【００２１】
このように構成した色素増感太陽電池１において、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０(半導体層)、電解質層２３を形成するための多孔性絶縁層２３０、および対極層２１は、この順序あるいは逆の順序で積層してなる層である。
【００２２】
すなわち、本形態では、色素増感太陽電池１を製造する際、カソード基板２１０に対して、塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などにより、透光性導電膜２１１、および白金などの薄い金属膜２１２を積層して対極層２１を形成した後、まず、電解質層形成工程において、対極層２１の上に多孔性絶縁層２３０を分散液やコロイド液を用いた塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより積層する。
【００２３】
次に、半導体層形成工程において、多孔性絶縁層２３０(電解質層２３)の上層側に、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０を分散液やコロイド液を用いた塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成する。
【００２４】
次に、透光性電極層形成工程において、多孔性酸化物半導体層２４０の上層側に透光性電極層２５を分散液やコロイド液を用いた塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより積層する。
【００２５】
しかる後には、多孔性酸化物半導体層２４０に色素を保持させて色素増感半導体層２４を形成するとともに、多孔性絶縁層２３０に電解液を含浸して電解質層２３を形成する。
【００２６】
このように、本形態では、色素増感太陽電池１を製造する際、少なくとも、対極層２１、電解質層２３を形成するための多孔性絶縁層２３０、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０、および透光性電極層２５をこの順序で積層するため、カソード電極体とアノード電極体とを別々に形成した後に接合するという工程を行う必要がない。従って、本形態によれば、製造工程を連続的に行うことができるので、色素増感太陽電池１の生産性を向上することができ、コストの低減を図ることができる。
【００２７】
［実施の形態１の具体的構成例１］
図２(ａ)は、本発明の実施の形態１の具体的構成例１に係る色素増感太陽電池１の概略構成を示す説明図である。
【００２８】
図２(ａ)において、本形態の色素増感太陽電池１は、実施の形態１と同様、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、ＦＴＯ層などにより構成されている。対極層２１は、銅、アルミニウム、銀、ニッケル、コバルト、鉄、チタン、ステンレス等の金属基板自身によって構成されている。電解質層２３は、多孔性絶縁層２３０に対して、ヨウ素イオンなどを含む電解液が保持された構成などを有している。色素増感半導体層２４は、多孔性の酸化チタン層や酸化亜鉛層などの多孔性酸化物半導体層２４０にルテニウム有機錯体やメロシアニン系色素などの色素が保持された構成を備えており、本形態では、色素増感ｎ型半導体層が用いられている。
【００２９】
このように構成した色素増感太陽電池１において、本形態では、まず、電解質層形成工程において、金属基板自身からなる対極層２１の上層側に多孔性絶縁層２３０を積層する。次に、半導体層形成工程において、多孔性絶縁層２３０(電解質層２３)の上層に色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０を塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより積層する。次に、透光性電極層形成工程において、多孔性酸化物半導体層２４０の上層側に透光性電極層２５を塗布法、ゾル−ゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより積層する。次に、多孔性酸化物半導体層２４０に色素を保持させて色素増感半導体層２４を形成するとともに、多孔性絶縁層２３０に電解液を含浸して電解質層２３を形成する。しかる後に、色素増感半導体層２４および電解質層２３の周りを囲むように保護用の樹脂層４１を形成する。
【００３０】
このように構成した色素増感太陽電池１では、透光性電極層２５、および金属基板からなる対極層２１によってアノードおよびカソードが各々、形成される。
【００３１】
［実施の形態１の具体的構成例２］
図２(ｂ)は、本発明の実施の形態１の具体的構成例２に係る色素増感太陽電池１の概略構成を示す説明図である。
【００３２】
図２(ｂ)において、本形態の色素増感太陽電池１は、実施の形態１と同様、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、電解質層２３、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、ＦＴＯ層などにより構成されている。対極層２１は、ガラス基板などからなるカソード基板２１０の表面を覆う絶縁膜２９上に形成された白金などの薄い金属膜などからなる。また、カソード基板２１０の表面には、対極層２１と同時形成されたアノード端子部２６が形成されており、アノード端子部２６と対極層２１とは絶縁層３１で分離されている。電解質層２３は、多孔性絶縁層２３０に対して、ヨウ素イオンなどを含む電解液が保持された構成などを有している。色素増感半導体層２４は、多孔性酸化物半導体層２４０に色素が保持された構成を備えており、本形態では、色素増感ｎ型半導体層が用いられている。
【００３３】
このように構成した色素増感太陽電池１を製造するにあたっては、カソード基板２１０に対して、絶縁膜２９および白金などの薄い金属膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて金属膜をパターニングし、対極層２１およびアノード端子部２６を形成する。また、対極層２１およびアノード端子部２６との間を絶縁層３１で埋める。次に、電解質層形成工程において、対極層２１の上層に多孔性絶縁層２３０を積層する。次に、半導体層形成工程において、多孔性絶縁層２３０(電解質層２３)の上層側に、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０を形成する。次に、多孔性酸化物半導体層２４０の上層に透光性電極層２５を積層する。その際、透光性電極層２５を多孔性酸化物半導体層２４０および多孔性絶縁層２３０の側面部の一部も覆うように形成し、透光性電極層２５をアノード端子部２６に電気的に接続する。次に、多孔性酸化物半導体層２４０に色素を保持させて色素増感半導体層２４を形成するとともに、多孔性絶縁層２３０に電解液を含浸して電解質層２３を形成する。しかる後に、色素増感半導体層２４および電解質層２３の側面のうち、露出している部分を保護用の樹脂層４１により覆う。
【００３４】
このように構成した色素増感太陽電池１では、カソード基板２１０上に形成された対極層２１およびアノード端子部２６を各々、カソードおよびアノードとして用いる。
【００３５】
［実施の形態２］
図３(ａ)、(ｂ)は各々、本発明の実施の形態２に係るタンデム型の色素増感太陽電池の基本構成を示す説明図、およびその製造方法を示す説明図である。
【００３６】
図３(ａ)において、本形態の色素増感太陽電池１は、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)および電解質層１３(第１電解質層)を間に備えた第１電極対と、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)および電解質層２３(第２電解質層)を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池である。本形態においては、透光性電極層１１(第１透光性電極層)、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)、電解質層１３(第１電解質層)、集電層１９、透光性電極層２５(第２透光性電極層)、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)、第２電解質層２３(第２電解質層)、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成している。
【００３７】
透光性電極層１１は、ガラス基板などからなるアノード基板１１０の表面に成膜されたＦＴＯ層などにより構成されている。対極層２１は、ガラス基板や金属基板などのカソード基板２１０の表面に成膜されたＦＴＯ層などの透光性導電膜２１１と、その表面に積層された白金などの薄い金属膜２１２とからなる。電解質層１３、２３はいずれも、多孔性絶縁層１３０、２３０に対して、ヨウ素イオンなどを含む電解液が保持された構成などを有している。色素増感半導体層１２、２４はいずれも、多孔性酸化物半導体層１２０、２４０に色素が保持された構成、例えば、多孔性の酸化チタン層や酸化亜鉛層に、ルテニウム有機錯体やメロシアニン系色素などの色素が保持された構成を備えており、本形態では、色素増感ｎ型半導体層が用いられている。ここで、色素増感半導体層１２、２４に用いた色素は各々、異なる波長帯域の光に感応する。例えば、色素増感半導体層１２に用いた色素は短波長領域に感応し、色素増感半導体層２４に用いた色素は近赤外領域に感応する。
【００３８】
このように構成した色素増感太陽電池１において、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０(半導体層)、電解質層２３を形成するための多孔性絶縁層２３０、および対極層２１は、この順序あるいは逆の順序で積層してなる層である。
【００３９】
すなわち、本形態では、色素増感太陽電池１を製造する際、図３(ｂ)に示すように、カソード基板２１０に対して、透光性導電膜２１１、白金などの薄い金属膜２１２を形成して対極層２１を形成した後、まず、電解質層形成工程において、多孔性絶縁層２３０を形成する。次に、半導体層形成工程において、多孔性絶縁層２３０(電解質層２３)の上層側に、色素増感半導体層２４を形成するための多孔性酸化物半導体層２４０を形成する、次に、透光性電極層形成工程において、多孔性酸化物半導体層２４０の上層側に透光性電極層２５を積層する。次に、透光性電極層２５の上層に、白金などの薄い金属膜を集電層１９として積層し、セル構造体２０(第１セル構造体)を形成する。そして、多孔性酸化物半導体層２４０に色素を保持させて第２色素増感半導体層２４を形成するとともに、多孔性絶縁層２３０に電解液を含浸して第２電解質層２３を形成し、セル構造体２０を形成する。
【００４０】
一方、アノード基板１１０側では、ＦＴＯ層などからなる透光性電極層１１を形成した後、色素増感半導体層１２を形成するための多孔性酸化物半導体層１２０(半導体層)、電解質層１３を形成するための多孔性絶縁層１３０をこの順序で形成し、第２セル構造体２０を形成する。また、セル構造体１０(第２セル構造体)でも、多孔性酸化物半導体層１２０に色素を保持させて色素増感半導体層１２を形成するとともに、多孔性絶縁層１３０に電解液を含浸して電解質層１３を形成しておく。
【００４１】
しかる後に、セル構造体１０、２０を接合し、タンデム型の色素増感太陽電池１を得る。なお、電解質層１３を形成するにあたっては、多孔性絶縁層１３０に電解液を含浸した構造に代えて、枠状のスペーサを配置し、その内側に電解液が充填、保持されている構造を採用してもよい。
【００４２】
このように構成した色素増感太陽電池１において、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成しており、２つのセル(トップセルおよびボトムセル)の間で共通化されている。このため、２つのセルの間に基板がないので、少ない枚数の基板でタンデム型の色素増感太陽電池１を構成することができる。また、透光性電極の形成回数が少なくてよい。それ故、コストを低減することができるとともに、タンデム型の色素増感太陽電池１を例えば０．２ｍｍ以下にまで薄型化することができる。また、光の入射側とは反対側に位置する色素増感半導体層２４に光が届くまでに透過する必要のある基板の枚数や透光性電極層２５の層数が少ないので、その間の光損失が少ない。また、セル内での電子の移動経路は、カソードからアノードに向けて、例えば０．３μｍ程度の距離を直進するものと見なすことができるので、電子の移動経路が短い分、内部抵抗が小さいという利点がある。
【００４３】
［実施の形態２の具体的構成例１］
図４(ａ)は、本発明の実施の形態２の具体的構成例１に係るタンデム型の色素増感太陽電池１の概略構成を示す説明図である。本形態は基本的な構成が、図３を参照して説明した構成と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【００４４】
図４(ａ)において、本形態のタンデム型の色素増感太陽電池１は、実施の形態２と同様、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)および電解質層１３(第１電解質層)を間に備えた第１電極対と、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)および電解質層２３(第２電解質層)を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池である。本形態においては、透光性電極層１１(第１透光性電極層)、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)、電解質層１３(第１電解質層)、集電層１９、透光性電極層２５(第２透光性電極層)、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)、第２電解質層２３(第２電解質層)、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成している。
【００４５】
本形態において、対極層２１は、ステンレスなどの金属基板２１ａの表面に白金などの薄い金属膜２１２が形成された構成になっている。また、本形態において、色素増感半導体層１２はその周りが電解質層１３により覆われている。また、色素増感半導体層２４および電解質層２３の周りは保護用の樹脂層４３により覆われ、色素増感半導体層１２および電解質層１３の周りは保護用の樹脂層４４により覆われている。
【００４６】
このように構成した色素増感太陽電池１においても、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成しており、２つのセル(トップセルおよびボトムセル)の間で共通化されているため、コストを低減することができるとともに、タンデム型の色素増感太陽電池１の薄型化を図ることができるなど、実施の形態２と同様な効果を奏する。
【００４７】
［実施の形態２の具体的構成例２］
図４(ｂ)は、本発明の実施の形態２の具体的構成例２に係るタンデム型の色素増感太陽電池１の概略構成を示す説明図である。
【００４８】
図４(ｂ)において、本形態のタンデム型の色素増感太陽電池１は、実施の形態２と同様、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)および電解質層１３(第１電解質層)を間に備えた第１電極対と、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)および電解質層２３(第２電解質層)を間に備えた第２電極対とを有するタンデム型の色素増感太陽電池である。本形態においては、透光性電極層１１(第１透光性電極層)、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)、電解質層１３(第１電解質層)、集電層１９、透光性電極層２５(第２透光性電極層)、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)、第２電解質層２３(第２電解質層)、および対極層２１がこの順に配置されており、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成している。
【００４９】
本形態において、対極層２１は、ステンレスなどの金属基板２１ａの表面に白金などの薄い金属膜２１２が形成された構成になっている。また、本形態において、色素増感半導体層１２、電解質層２３、集電層１９、透光性電極層２５、色素増感半導体層２４、および電解質層２３は、周りが共通の樹脂層４５により覆われている。
【００５０】
このように構成した色素増感太陽電池１においても、透光性電極層２５は、透光性電極層１１と第１電極対を構成しているとともに、対極層２１と第２電極対を構成しており、２つのセル(トップセルおよびボトムセル)の間で共通化されているため、コストを低減することができるとともに、タンデム型の色素増感太陽電池１の薄型化を図ることができるなど、実施の形態２と同様な効果を奏する。
【００５１】
［その他の実施の形態］
本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、図１に示す色素増感太陽電池１を製造する際、対極層２１、多孔性絶縁層２３０、多孔性酸化物半導体層２４０、および透光性電極層２５の順序で形成したが、透光性電極層２５をアノード基板上に形成した後、透光性電極層２５の上層に多孔性酸化物半導体層２４０、多孔性絶縁層２３０、および対極層２１をこの順序で形成してもよい。また、図３に示すタンデム型の色素増感太陽電池１を製造する際、透光性電極層１１(第１透光性電極層)、色素増感半導体層１２(第１色素増感半導体層)、電解質層１３(第１電解質層)、集電層１９、透光性電極層２５(第２透光性電極層)、色素増感半導体層２４(第２色素増感半導体層)、第２電解質層２３(第２電解質層)、および対極層２１をこの順序あるいは逆の順序で連続的に形成してもよい。なお、電極材料の種類などによっては、集電層１９などを省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る色素増感太陽電池の基本構成を示す説明図である。
【図２】(ａ)、(ｂ)は各々、本発明の実施の形態１の具体的構成例を示す説明図である。
【図３】(ａ)、(ｂ)は各々、本発明の実施の形態２に係る色素増感太陽電池の基本構成を示す説明図、およびその製造方法を示す説明である。
【図４】(ａ)、(ｂ)は各々、本発明の実施の形態２の具体的構成例を示す説明図である。
【図５】(ａ)、(ｂ)は各々、従来の色素増感太陽電池の基本構成を示す説明図、およびその製造方法を示す説明である。
【符号の説明】
【００５３】
１  色素増感太陽電池
１１  透光性電極層
１２、２４  色素増感半導体層
１３、２３  電解質層
２１  対極層
【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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