(57)【要約】【課題】色素増感型太陽電池の半導体電極に対面配置された場合の変形の問題がなく、半導体電極との間隔を一定に保つことができ、しかも色素増感型太陽電池の組み立て作業性にも優れた色素増感型太陽電池用対向電極を提供する。【解決手段】半導体電極と対向する面に、半導体電極との接触防止用のドットスペーサ１４を設けた対向電極１０。この対向電極１０を用いた色素増感型太陽電池。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感型太陽電池において、電解質を介して色素増感型半導体電極と対面配置される対向電極であって、
該半導体電極と対向する面の少なくとも非周縁部に、該半導体電極との接触防止用の、絶縁性材料よりなるスペーサが設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池用対向電極。
【請求項２】
請求項１において、該スペーサがドット状であることを特徴とする色素増感型太陽電池用対向電極。
【請求項３】
請求項１又は２において、基材フィルムと、該基材フィルム上に設けられた導電膜と、該導電膜上に設けられた前記スペーサとを備えることを特徴とする色素増感型太陽電池用対向電極。
【請求項４】
請求項３において、透明基材フィルムと、該透明基材フィルム上に設けられた透明導電膜と、該透明導電膜上に設けられた前記スペーサとを備えることを特徴とする色素増感型太陽電池用対向電極。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該スペーサが透明絶縁性材料よりなることを特徴とする色素増感型太陽電池用対向電極。
【請求項６】
色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質とを有する色素増感型太陽電池において、該対向電極が請求項１ないし５のいずれか１項に記載の対向電極であることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項７】
色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質とを有する色素増感型太陽電池において、該半導体電極と対向電極との間の少なくとも非周縁部に絶縁性材料よりなるスペーサが設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色素増感型太陽電池用対向電極及び色素増感型太陽電池に係り、特に色素増感型太陽電池において、電解質を介して色素増感型半導体電極と対面配置される対向電極と、このような対向電極を備える色素増感型太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
増感色素を吸着させた酸化物半導体を電極に用いて太陽電池を構成することは既に知られている。図２は、このような色素増感型太陽電池の一般的な構造を示す断面図である。図２に示す如く、ガラス基板等の基板１上に透明電極２が設けられ、この透明電極２上に分光増感色素を吸着させた金属酸化物半導体膜３が形成されている。この色素増感型半導体電極４と対向して間隔をあけて対向電極５が配置されており、図示しない封止材により色素増感型半導体電極４と対向電極５との間に電解質６が封入されている。７は、半導体電極４と対向電極５との間隔を維持するために周縁部に設けられた絶縁性のスペーサである。
【０００３】
色素吸着半導体膜３は、通常、色素を吸着させた酸化チタン薄膜よりなり、この酸化チタン薄膜に吸着されている色素が可視光によって励起され、発生した電子を酸化チタン微粒子に渡すことによって発電が行われる。対向電極４は、ガラス又はプラスチック等の基板上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）やＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）等の透明導電膜が形成され、この透明導電膜上に、透明導電膜と増感色素との間の電子の授受を促進させるための触媒としての白金膜又は炭素膜が、透過率を低下させない程度の膜厚に形成されたものである。また、電解質６としては、酸化還元性物質、例えば、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２などの金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせ、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２などの金属臭化物と臭素の組み合わせ、好ましくは、金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせよりなる酸化還元性物質を，プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物等の溶媒に溶解してなる電解液が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような色素増感型太陽電池を組み立てる際には、半導体電極４と対向電極５とを、周縁にスペーサ７を配置して対面させ、半導体電極４と対向電極５との間隙に電解液を注入して封止するが、この組み立てには煩雑な作業を要する。
【０００５】
また、半導体電極４と対向電極５との間に電解液を注入したユニットは、図３に示す如く、対向電極５のそり等の変形により、対向電極５と半導体電極４との間隔がばらつき、場合によっては、対向電極５と半導体電極４とが接触して短絡に到ることがある。この対向電極５の変形は、色素増感型太陽電池が大面積化した場合、スペーサ７による電極間隔の保持が困難となり、特に著しい。また、近年、色素増感型太陽電池の薄肉、軽量化等の要望から、対向電極５として基材フィルム上に導電膜を形成したものが適用されるようになってきているが、このようなフィルムタイプの対向電極にあっては、そり等の変形が起こり易く、しかもその変形量も大きいため、スペーサ７，７間の電極間隔を一定に保つことが難しい。このような電極間隔のばらつきは、色素増感型太陽電池の光電変換効率のばらつきにつながり、著しい場合には、短絡のために発電不良となる。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、色素増感型太陽電池の半導体電極に対面配置された場合の変形の問題がなく、半導体電極との間隔を一定に保つことができ、しかも色素増感型太陽電池の組み立て作業性にも優れた色素増感型太陽電池用対向電極と、この対向電極を用いたことにより、半導体電極と対向電極との間隔を一定に保ち、安定かつ良好な光電変換効率で発電することが可能な、組み立て作業性に優れた色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の色素増感型太陽電池用対向電極は、色素増感型太陽電池において、電解質を介して色素増感型半導体電極と対面配置される対向電極であって、該半導体電極と対向する面の少なくとも非周縁部に、該半導体電極との接触防止用の、絶縁性材料よりなるスペーサが設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の対向電極は、半導体電極と対向する面の非周縁部にも、半導体電極との接触防止用の絶縁性材料よりなるスペーサが設けられているため、このスペーサにより対向電極の変形を防止し、対向電極と半導体電極との間隔を一定に保つことが可能である。
【０００９】
また、このスペーサの高さを制御することにより、電極間距離の微調整も可能となり、これにより光電変換効率の向上を図ることもできる。
【００１０】
しかも、対向電極にスペーサが設けられていることから、別途スペーサを用いることなく太陽電池の組み立てを行うこともでき、組み立てに必要な部品点数が減ることにより、太陽電池を容易に組み立てることができるようになる。
【００１１】
本発明において、このスペーサはドット状のスペーサ（以下「ドットスペーサ」と称す。）であることが好ましく、また、このスペーサは透明絶縁性材料よりなることが好ましい。
【００１２】
本発明の対向電極は、特に基材フィルムを用いたフィルムタイプの対向電極に好適である。
【００１３】
本発明の色素増感型太陽電池は、色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質とを有する色素増感型太陽電池において、該対向電極として、このような本発明の対向電極を用いたものであり、電極間隔を一定に保つことにより、安定かつ良好な光電変換効率で発電することができると共に、別途スペーサを用いることなく、良好な作業性のもとに容易に組み立てることができる。
【００１４】
なお、電極間隔を一定に保つことにより、安定かつ良好な光電変換効率で発電することができるという効果は、色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質とを有する色素増感型太陽電池において、該半導体電極と対向電極との間の少なくとも非周縁部に絶縁性材料よりなるスペーサを設けた請求項７の色素増感型太陽電池によっても達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の色素増感型太陽電池用対向電極及び色素増感型太陽電池の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の色素増感型太陽電池用対向電極の実施の形態を示す断面図である。
【００１７】
図１の色素増感型太陽電池用対向電極１０は、基材フィルム１１の上に透明導電膜１２が形成され、この透明導電膜１２上に白金（Ｐｔ）薄膜１３が形成され、更に、このＰｔ薄膜１３上に絶縁性ドットスペーサ１４が形成されたものである。
【００１８】
基材フィルム１１としては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、アクリル、その他、透明樹脂フィルムや、ＰＩ、ＰＳＳ等のエンプラ系フィルム等の厚さ１２μｍ〜２ｍｍ程度のものが用いられる。
【００１９】
また、この基材フィルム１１上に形成する透明導電膜１２は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ等の透明導電膜であって、その膜厚は、通常１００〜１０００ｎｍ程度である。
【００２０】
この透明導電膜１２上に形成されるＰｔ薄膜１３は、透明性を損なうことがないように、通常０．２〜１０ｎｍ程度の厚さに形成される。なお、このＰｔ薄膜の代りに炭素膜を形成しても良い。
【００２１】
絶縁性ドットスペーサ１４は、透明絶縁性材料より形成されることが好ましく、このような透明絶縁性ドットスペーサ１４を形成する透明絶縁性材料としては、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリウレタン等の樹脂や、接着材や粘着材に用いられる材料、印刷用の透明インキ等の１種又は２種以上が挙げられる。
【００２２】
絶縁性ドットスペーサ１４は、色素増感型太陽電池において、半導体電極と対向電極との間に確保すべき電極間隔と同程度の高さに形成される。
【００２３】
個々の絶縁性ドットスペーサ１４の形状には特に制限はなく、図１に示すような円錐台形状の他、角錐台形状、円柱形状、角柱形状であっても良い。
【００２４】
絶縁性ドットスペーサ１４の形成割合が少な過ぎるとドットスペーサ１４を形成したことによる対向電極の変形防止、電極間隔の維持効果を十分に得ることができず、多過ぎると対向電極１０の有効電極面積が減少し、光電変換効率を低下させる原因となる。従って、絶縁性ドットスペーサの形成割合は、対向電極１０に用いた基材フィルム１１の種類による変形のし易さや、対向電極１０の面積による変形のし易さ等によっても異なるが、対向電極１０の電極面積に対するドットスペーサ１４の底面積（電極面への投影面積）の合計の割合が１％以下となるように形成することが好ましい。
【００２５】
なお、個々のドットスペーサ１４の高さは、必ずしも同一である必要はなく、部分的に異なる高さのドットスペーサ１４を形成することも可能である。また、個々のドットスペーサ１４の形状や大きさ（電極面への投影面積）も必ずしも同一である必要はなく、部分的に異なっていても良い。
【００２６】
前述の透明絶縁性材料を用いて、このようなドットスペーサ１４を形成する方法としては、例えば透明導電膜１２及びＰｔ薄膜１３を形成した基材フィルム１１に対して、スクリーン印刷法で形成する方法が挙げられる。
【００２７】
なお、本発明において、対向電極１０に形成するスペーサは、対向電極の導電性面積を大きく低減することなく、半導体電極との接触を防止し得るようなものであれば良く、図１に示すようなドットスペーサの他、線状（直線状又は曲線状）、或いは、格子状、或いは、これらを組み合わせたスペーサであっても良い。この場合においても、スペーサの形成割合（面積割合）は、前述の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
なお、本発明の対向電極は、その電極面の全面にわたって、ドットスペーサ１４等のスペーサを設けても良く、電極面の非周縁部のみ設けても良い。即ち、ドットスペーサ１４等のスペーサを電極面の非周縁部のみに設け、周縁部には、図２に示すような従来のスペーサ７を設けても良い。
【００２９】
周縁部に従来と同様のスペーサを設ける場合、非周縁部に設けるスペーサは必ずしも保持すべき電極間隔と同等の高さである必要はなく、その高さよりも若干低くしても、電極同士の接触は十分に防止することができる。また、本発明に係るスペーサを対向電極の電極面に全面的に設ける場合には、周縁部に設ける従来の別部品のスペーサが不要となり、太陽電池の組み立てが容易となる。
【００３０】
本発明の色素増感型太陽電池は、このような本発明の対向電極を用いて常法に従って容易に組み立てられる。この際、上述の如く、別部品としてのスペーサを不要とすることもでき、組み立て作業性に優れる。
【００３１】
なお、本発明は、特に変形し易い基材フィルムを用いたフィルムタイプの対向電極に好適であるが、何らこれに限定されずガラス基板を用いた対向電極にも適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、色素増感型太陽電池の対向電極の変形を防止して、半導体電極と対向電極との間隔を一定に保つことにより、色素増感型太陽電池の光電変換効率を安定かつ良好なものとすると共に、色素増感型太陽電池の組み立てを容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池用対向電極の実施の形態を示す断面図である。
【図２】色素増感型太陽電池の一般的な構造を示す断面図である。
【図３】従来の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  透明電極
３  色素吸着半導体膜
４  色素増感型半導体電極
５  対向電極
６  電解質
７  スペーサ
１０  色素増感型太陽電池用対向電極
１１  基材フィルム
１２  透明導電膜
１３  Ｐｔ薄膜
１４  絶縁性ドットスペーサ
【図１】
2004296203.tif 000003
【図２】
2004296203.tif 000004
【図３】
2004296203.tif 000005