(57)【要約】【課題】抵抗値が十分に低く、しかも電解液による腐食の問題もなく、色素増感型太陽電池の光電変換効率の向上に有効な色素増感型太陽電池用電極を提供する。【解決手段】基板１１と透明導電膜１３との間に透明導電膜１３よりも抵抗値の低い金属又は合金のメッシュよりなる補助電極１２を設けた色素増感型太陽電池用電極１０。対向電極としてこの電極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】
基板上に透明導電膜が形成されてなる色素増感型太陽電池用電極において、
該基板と透明導電膜との間に、該透明導電膜よりも抵抗値の低い導電体を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項２】
請求項１において、該導電体が金属又は合金の薄膜であることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項３】
請求項１において、該導電体が金属又は合金のメッシュよりなることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、該基板が透明樹脂フィルムよりなることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該導電体及び透明導電膜がスパッタ法により形成されたものであることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、において、該透明導電膜が反応性スパッタ法により形成されたものであることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、該透明導電膜上に白金薄膜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電極。
【請求項８】
請求項７において、該白金薄膜がスパッタ法により形成されたものであることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、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ることを特徴とする色素増感型太陽電池用電極。
【請求項１０】
請求項９において、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電極。
【請求項１１】
請求項１０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電極。
【請求項１２】
請求項１０又は１１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電極。
【請求項１３】
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１２のいずれか１項に記載の電極であ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して好適な電極と、このような電極を対向電極として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３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３に示す如く、ガラス基板等の基板１上にＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等の透明導電膜２が設けられ、この透明導電膜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やＦＴＯ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】
色素増感型太陽電池の対向電極や半導体電極の基板上に設ける透明導電膜として、ＩＴＯ等の金属酸化物膜よりも抵抗値の低い金属又は合金膜を形成すると、電解液中のヨウ素等により、この膜が腐食を受けるため、このような膜を形成することはできない。このため、従来においては、対向電極や半導体電極の透明導電膜としては、ＩＴＯ等の金属酸化物膜が採用されているが、このような金属酸化物膜よりなる透明導電膜は、抵抗値が十分に低いものではなく、このことが色素増感型太陽電池の光電変換効率を下げる原因となっている。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、抵抗値が十分に低く、しかも電解液による腐食の問題もなく、色素増感型太陽電池の光電変換効率の向上に有効な色素増感型太陽電池用電極と、この電極を用いた色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【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電極は、基板上に透明導電膜が形成されてなる色素増感型太陽電池用電極において、該基板と透明導電膜との間に、該透明導電膜よりも抵抗値の低い導電体を設けたことを特徴とする。
【０００７】
基板と透明導電膜との間に、この透明導電膜よりも抵抗値の低い導電体を設けることにより、この導電体（以下、この導電体を「補助電極」と称す場合がある。）で電極の低抵抗化を図ることができる。この補助電極は、透明導電膜により保護されているため、電解液により腐食を受けることはない。
【０００８】
この補助電極としては、金属又は合金の薄膜、或いは金属又は合金のメッシュが好ましい。
【０００９】
本発明の色素増感型太陽電池用電極は、基板が透明樹脂フィルムよりなるフィルムタイプの電極に好適である。
【００１０】
また、補助電極及び透明導電膜はスパッタ法により形成されたものであることが好ましく、透明導電膜は、特に反応性スパッタ法により形成されたものであることが好ましい。スパッタ法であれば、透明樹脂フィルム等の耐熱性の低い基板にも、良好な低抵抗膜を低温成膜することができる。
【００１１】
本発明の色素増感型太陽電池用電極は、透明導電膜上に白金薄膜が設けられた対向電極に好適であり、この白金薄膜もスパッタ法により形成されたものであることが好ましい。
【００１２】
この対向電極においては、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際に半導体電極と対向する面の少なくとも非周縁部に、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が好ましい。
【００１３】
即ち、色素増感型太陽電池において、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４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。
【００１４】
対向電極の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ることにより、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となる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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電極を用いたものであり、低抵抗で耐久性に優れた電極により、良好な光電変換効率で発電することができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は、本発明の色素増感型太陽電池用電極の実施の形態を示す斜視図であり、図２は別の実施の形態を示す断面図である。
【００２１】
図１の色素増感型太陽電池用電極１０は、基材フィルム１１上に金属又は合金のメッシュよりなる補助電極１２が設けられ、この上に透明導電膜１３が形成されている。また、図２の色素増感型太陽電池用対向電極１０Ａは、基材フィルム１１上に補助電極１２が設けられ、この上に透明導電膜１３が形成され、この透明導電膜１３上に白金（Ｐｔ）薄膜１４が形成され、更に、このＰｔ薄膜１４上に絶縁性材料よりなるドットスペーサ１５が形成されている。
【００２２】
基材フィルム１１としては、透明性、複屈折の点で優れていることから、ポリカーボネート、ポリメチルメタアクリレート、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルムが用いられ、その厚さは通常１２μｍ〜２ｍｍ程度である。
【００２３】
補助電極１２を形成する金属又は合金としては、透明導電膜１３よりも抵抗値の低い材料であれば良く、特に制限はないが、一般的には、Ａｇ、Ａｇ合金（Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｎｄ、Ａｇ／Ａｕ等）、Ｃｕ、Ｃｕ合金等の１種又は２種以上が用いられる。
【００２４】
補助電極１２は、透明性を損なわない程度に薄膜状に形成しても良いが、そのような薄膜状に形成した膜状補助電極では、十分な低抵抗化の効果を得ることができないことから、図１に示す如く、メッシュ状に形成することが好ましい。このメッシュ状補助電極１２の線形や目開きについては特に制限はないが、線径が過度に細く、目開きが過度に大きいと十分な低抵抗化効果を得ることができず、逆に線径が過度に太く、目開きが過度に小さいと電極の透明性が損なわれる。従って、メッシュ状補助電極１２の線径は１〜１００μｍ、目開き（電極面積に対する開口部の面積割合）は８０％以上とすることが好ましい。
【００２５】
なお、薄膜状補助電極を形成する場合、その厚さは１〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００２６】
補助電極１２上に形成する透明導電膜１３は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ２等の透明導電膜であって、その膜厚は、通常１００〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。特に、Ｉ２に対する腐食に強いＳｎＯ２系の透明導電膜が好ましい。
【００２７】
補助電極１２は、前述の金属又は合金よりなるターゲットを用いてスパッタ法により形成することが好ましい。透明導電膜１３も、スパッタ法により形成することが好ましく、特に酸素雰囲気ガスを用いた反応性スパッタ法で形成することが好ましい。スパッタ法であれば、基材フィルム１１の耐熱温度以下の低温で、補助電極１２及び透明導電膜１３を連続的に形成することができ、効率的である。
【００２８】
図１に示す電極１０は、透明導電膜上に更に色素吸着半導体膜を形成して色素増感型太陽電池の半導体電極とすることもできる。また、図２に示す如く、更にＰｔ薄膜１４を形成して色素増感型太陽電池の対向電極とすることもできる。
【００２９】
図２の対向電極１０Ａにおいて、この透明導電膜１３上に形成されるＰｔ薄膜１４は、透明性を損なうことがないように、通常０．１〜１０ｎｍ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。
【００３０】
このＰｔ薄膜１４もスパッタ法により形成することにより、補助電極１２、透明導電膜１３及びＰｔ薄膜１４を連続的に低温成膜することができ効率的である。
【００３１】
図２の対向電極１０Ａにおける絶縁性ドットスペーサ１５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１５を形成する透明絶縁性材料としては、アクリル、ポリエステル、ポリウレタン等の樹脂等の１種又は２種以上が挙げられる。
【００３２】
絶縁性ドットスペーサ１５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。
【００３３】
個々の絶縁性ドットスペーサ１５の形状には特に制限はなく、図２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。
【００３４】
絶縁性ドットスペーサ１５の形成割合が少な過ぎるとドットスペーサ１５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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａの電極面積に対するドットスペーサ１５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。
【００３５】
なお、個々のドットスペーサ１５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１５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１５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。
【００３６】
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１５を形成する方法としては、例えば補助電極１２、透明導電膜１３及びＰｔ薄膜１４を形成した基材フィルム１１に対して、スクリーン印刷で形成する方法が挙げられる。
【００３７】
なお、本発明において、対向電極１０Ａに形成するスペーサは、対向電極の導電性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２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。
【００３８】
このようなドットスペーサ１５等のスペーサは、対向電極の電極面の全面にわたって設けられても良く、電極面の非周縁部のみに設けられても良い。即ち、ドットスペーサ１５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３に示すような従来のスペーサ７を設けても良い。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明の色素増感型太陽電池は、このような本発明の電極を用いて常法に従って容易に組み立てられる。特に図２に示す対向電極を用いた場合には、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。
【００４１】
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電極にも適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、低抵抗で耐久性に優れた色素増感型太陽電池用電極により、光電変換効率に優れた色素増感型太陽電池が提供される。
【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斜視図である。
【図２】別の実施の形態を示す色素増感型太陽電池用電極の断面図である。
【図３】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４】従来の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  透明導電膜
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電極
１０Ａ  色素増感型太陽電池用対向電極
１１  基材フィルム
１２  補助電極
１３  透明導電膜
１４  Ｐｔ薄膜
１５  絶縁性ドットスペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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