(57)【要約】【課題】多孔性膜の製造方法、これを利用する色素増感太陽電池、及び色素増感太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】色素増感太陽電池は、下部電極構造体の上に配置された上部電極構造体と、下部電極構造体と上部電極構造体との間に配置されて下部電極構造体に接触する半導体電極層と、半導体電極層と上部電極構造体との間に介在されて細孔を定義する多孔性高分子膜と、多孔性高分子膜の細孔を満たす電解質と、を含む。【選択図】図６
2010535397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極構造体と、
前記下部電極構造体の上に配置された上部電極構造体と、
前記下部電極構造体と前記上部電極構造体との間に介在されて、前記下部電極構造体に接触する半導体電極層と、
前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間に介在されて、複数の細孔を定義する多孔性高分子膜と、
前記多孔性高分子膜の細孔を満たす電解質と、を含む、色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記多孔性高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物である、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記多孔性高分子膜の細孔の大きさは、１０ｎｍ〜１００ｍｍである、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記多孔性高分子膜は、５ｍｍ〜５０ｍｍの厚さである、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記半導体電極層と前記上部電極構造体とが前記電解質によって電気的に接続されるように、前記複数の細孔は、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間で前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成される、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％である、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記半導体電極層は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つである、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
前記上部電極構造体と前記多孔性高分子膜との間に介在された白金層をさらに含む、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項９】
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち少なくとも１つは、可撓性物質で形成された基板を含む、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１０】
前記可撓性物質は、金属性物質のうち少なくとも１つである、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１１】
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち一方は、可撓性導電性物質で形成された基板を含み、
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち他方は、可撓性透光性高分子物質で形成された基板を含む、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１２】
前記可撓性物質は、ステンレススチール及びアルミニウムを含む金属性物質のうち少なくとも１つである、請求項１１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１３】
前記可撓性導電性物質で形成された基板と前記半導体電極層との間に介在された導電性透明電極をさらに含み、
前記導電性透明電極と前記可撓性導電性物質で形成された基板との間には、絶縁性膜、又は半導体膜がさらに介在される、請求項１１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１４】
下部電極構造体の上に半導体電極層を形成する段階と、
前記半導体電極層の表面に染料層を形成する段階と、
前記染料層が形成された結果物の上に、複数の細孔を定義する多孔性高分子膜を形成する段階と、
前記多孔性高分子膜の上に上部電極構造体を形成する段階と、
前記多孔性高分子膜の複数の細孔に電解質を注入する段階と、を含む色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記多孔性高分子膜の複数の細孔は、１０ｎｍ〜１００ｍｍの大きさを有し、前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成され、
前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％である、請求項１４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記多孔性高分子膜を形成する段階は、
前記染料層が形成された前記半導体電極層の上に、高分子化合物及びそれに混合される溶媒を含むソース溶液を塗布する段階と、
前記溶媒を蒸発させる段階と、を含み、
前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含み、
前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施される、請求項１４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドンメチルピロリドン）である、請求項１６に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記高分子化合物は、前記溶媒に１重量％〜５重量％で溶解される、請求項１６に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記半導体電極層は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つで形成される、請求項１４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記多孔性高分子膜の上に前記上部電極構造体を形成する段階は、
前記下部電極構造体の上に前記半導体電極層及び前記多孔性高分子膜を囲む高分子膜を形成する段階と、
前記高分子膜が形成された結果物の上に前記上部電極構造体を配置する段階と、
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体を圧搾する段階と、を含む、請求項１４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
高分子化合物を準備する段階と、
溶媒に前記高分子化合物を溶解させることによって、ソース溶液を調整する段階と、
前記ソース溶液から前記溶媒を蒸発させることによって、高分子膜を形成する段階と、を含み、
前記溶媒を蒸発させる段階は、前記高分子膜が多孔性構造を有するように、前記ソース溶液と接する大気の湿度が制御される条件で実施される、多孔性膜の製造方法。
【請求項２２】
前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む、請求項２１に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項２３】
前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）である、請求項２２に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項２４】
前記ソース溶液を調整する段階は、前記高分子化合物を前記溶媒に１重量％〜５重量％で溶解させる段階を含む、請求項２３に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項２５】
前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施される、請求項２１に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項２６】
前記高分子膜は、これを連続的に貫通する複数の細孔を有するように形成され、
前記高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％である、請求項２１に記載の多孔性膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性膜の製造方法、これを利用する色素増感太陽電池、及び色素増感太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽から放出される光エネルギーを電気エネルギーへ変換する太陽光発電エネルギー変換システムである。現在主に使われるシリコン太陽電池は、太陽光発電エネルギーを変換させるため、シリコン内に形成されるｐ−ｎ接合ダイオードを利用する。
【０００３】
しかし、電子とホールとの時期尚早の再結合を防止するために、使われるシリコンは、高い純度及び低い欠陥率を有しなければならない。このような技術的要求は、使われる材料の費用の増加を生じるため、シリコン太陽電池の場合、ワット当たりの製造費用が高い。
【０００４】
これに加えて、バンドギャップ以上のエネルギーを有する複数の光子が電流を生成することに寄与するため、シリコン太陽電池のシリコンは、可能な限り低いバンドギャップを有するようにドーパントでドーピングされる。しかし、このように低くなったバンドギャップのため、青色光、又は紫外線により励起された複数の電子は、過度なエネルギーを有するようになって、電流生産に寄与することより熱で消耗される。
【０００５】
なお、光子がキャプチャリングされる可能性を増加させるためには、ｐ型層は、十分に厚くなければならないが、このような厚いｐ型層は、励起された電子がｐ−ｎ接合に到達する前に正孔と再結合する可能性を増加させるため、シリコン太陽電池の効率は、約７〜１５％の付近でとどまる。
【０００６】
一方、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒａｔｚｅｌ、Ｍｏｈａｍｍａｄ  Ｋ．Ｎａｚｅｅｒｕｄｄｉｎ、及びＢｒｉａｎ  Ｏ’Ｒｅｇａｎは、１９９１年に、「グレッチェルセル（Ｇｒａｔｚｅｌ  ｃｅｌｌ）」で知られた、光合成反応原理に基づいた色素増感太陽電池（Ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ：ＤＳＣ）を提案した（特許文献１）。
【０００７】
そのグレッチェルセルを原型とした色素増感太陽電池は、太陽光発電エネルギー変換のために、ｐ−ｎ接合ダイオードでなく染料物質及び遷移金属酸化物層を利用する光電気化学システムである。具体的に、色素増感太陽電池は、染料及び遷移金属酸化物を含む半導体電極、白金又は炭素でコーティングされた対向電極、及びこれらの電極の間の電解質で構成される。
【０００８】
このような色素増感太陽電池は、使われる材料が低価であり、その製造方法が単純であるので、シリコン太陽電池に比べて生産費用が低価である。これに加えて、色素増感太陽電池のエネルギー変換効率は、シリコン太陽電池の効率と似ているため、シリコン太陽電池に比べてワット当たりの製造費用が低い。特に、材料に対する最近の多くの研究によって、色素増感太陽電池は、エネルギー変換効率の増加及び製造費用の節減のような商業的要求を充足させることができると期待されている。
【０００９】
一方、色素増感太陽電池の場合、電解質は、所定の封入材によって、半導体電極と対向電極との間に密封される。しかし、封入材の破損は、電解質の漏れ及びこれによる環境汚染及び製品寿命の短縮を招くことがある。したがって、電解質の漏れを予防できる技術が色素増感太陽電池を実用化させるために要求されている。このような技術的要求を充足させるために、最近ゲル型電解質又は固体電解質を使用する色素増感太陽電池が提案されているが、これらは、製品性能の側面において、液体電解質を使用する場合に比べて劣ると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５３５０６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、液体を安定的に保存することができる多孔性膜の製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、液体電解質が漏出することを予防できる色素増感太陽電池の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、液体電解質の漏れを予防できる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】
【００１４】
本発明の一実施形態は、多孔性膜の製造方法を提供する。この方法は、高分子化合物を調整し、溶媒に前記高分子化合物を溶解させることによってソース溶液を調整し、前記ソース溶液から前記溶媒を蒸発させることによって高分子膜を形成する段階を含む。この場合、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記高分子膜が多孔性構造を有するように、前記ソース溶液と接する大気の湿度が制御される条件で実施される。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むことができ、前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）でありうる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によると、前記ソース溶液を調整する段階は、前記高分子化合物を前記溶媒に１重量％〜５重量％に溶解させる段階を含むことができ、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施できる。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態によると、前記高分子膜は、これを連続的に貫通する細孔を有するように形成される。このとき、前記高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００１８】
本発明の他の実施形態は、色素増感太陽電池を提供する。この色素増感太陽電池は、下部電極構造体の上に配置された上部電極構造体、前記下部電極構造体と上部電極構造体との間で前記下部電極構造体に接触するように形成された半導体電極層、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間に介在されて複数の細孔を定義する多孔性高分子膜、及び前記多孔性高分子膜の細孔を満たす電解質を含む。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、前記多孔性高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物でありうる。また、前記多孔性高分子膜の細孔の幅は、１０ｎｍ〜１００ｍｍであって、前記多孔性高分子膜の厚さは、５ｍｍ〜５０ｍｍでありうる。
【００２０】
本発明の他の実施形態によると、前記半導体電極層と前記上部電極構造体が前記電解質により電気的に接続するように、前記複数の細孔は、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間で前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成される。前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔等の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００２１】
本発明のさらに他の実施形態は、色素増感太陽電池の製造方法を提供する。この方法は、下部電極構造体の上に半導体電極層を形成し、前記半導体電極層の表面に染料層を形成し、前記染料層が形成された結果物の上に細孔を定義する多孔性高分子膜を形成して、前記多孔性高分子膜の上に上部電極構造体を形成した後、前記多孔性高分子膜の複数の細孔に電解質を注入する段階を含むことができる。
【００２２】
本発明の一実施形態によると、前記多孔性高分子膜の複数の細孔は、１０ｎｍ〜１００ｍｍの大きさを有し、前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成され、前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００２３】
本発明の他の実施形態によると、前記多孔性高分子膜を形成する段階は、前記染料層が形成された前記半導体電極層上に高分子化合物及びそれに混合された溶媒を含むソース溶液を塗布した後、前記溶媒を蒸発させる段階を含むことができる。この場合、前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むことができ、前記溶媒に溶解する前記高分子化合物は１重量％〜５重量％でありうる。前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を含むことができる。本発明によると、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、高分子化合物を含むソース溶液は、制御される湿度条件で乾燥される。この場合、生成される高分子膜は、優れた毛細管現象を提供できる多孔性構造、又は多孔性のヘチマスポンジ構造に形成される。このような優れた毛細管現象ゆえに、本発明の多孔性高分子膜は、実験の結果を通じて示すように、液状物質の漏れを防止することに効果的である。
【００２５】
その結果、本発明によれば、色素増感太陽電池の多孔性高分子膜に液体電解質を保持するため、液体電解質が漏れることによって発生する環境汚染及び製品寿命の短縮のような技術的問題を予防できる。
【００２６】
これに加えて、色素増感太陽電池の電気的性能は、本発明による多孔性高分子膜の存在によって劣化されないことが実験で明らかになった。すなわち、本発明によれば、液体電解質が本発明による多孔性高分子膜の中に保持されても、本発明による色素増感太陽電池の性能は、劣化されない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を説明するための断面図である。
【図２】本発明による多孔性高分子膜を製造する方法を説明するための工程順序図である。
【図３】本発明による多孔性高分子膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明による多孔性高分子膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための工程順序図である。
【図６】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明による色素増感太陽電池の電気的特性を示すグラフである。
【発明の実施するための形態】
【００２８】
添付の図面は、本発明をより理解するために提供し、説明に組み込み、説明の一部を構成する。図面は、説明とともに本発明の例示的な実施形態を示し、本発明の趣旨の説明に役立つ。
【００２９】
以下、本発明のより好ましい実施形態をより詳しく添付の図面を参照して説明する。
しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されずに他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで説明される実施形態は、開示された内容が徹底であり、完全になるように、また、当業者にとって本発明の思想が十分に伝えることができるように提供される。また、説明のために示される参照数字は順序を制限するものではない。図面において、膜及び領域の寸法は、説明を明確にするために誇張されている。全体を通して同様の要素には同一の参照番号を付している。
【００３０】
本明細書において、ある膜が他の膜又は基板の上にあると言及される場合、それは、他の膜又は基板の上に直接形成されるか、またはこれらの間に第３の膜が介在されうることを意味する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を説明するための断面図である。
【００３２】
図１を参照すると、本発明の実施形態による色素増感太陽電池１００は、下部電極構造体１０、上部電極構造体５０、及びこれらの間に介在されて下部電極構造体１０と接触する半導体電極層２０を備える。
【００３３】
下部電極構造体１０は、下部基板１２及び下部基板１２の一表面にコーティングされた下部電極層１４を備え、上部電極構造体５０は、上部基板５２及び上部基板５２の一表面にコーティングされた上部電極層５４を備える。この場合、下部電極構造体１０及び上部電極構造体５０は、下部電極層１４及び上部電極層５４が対向するように配置される。
【００３４】
本発明の一実施形態では、下部基板１２及び上部基板５２をガラスで形成することができる。本発明の他の実施形態では、下部基板１２及び上部基板５２を可撓性物質で形成することができる。例えば、下部基板１２及び上部基板５２のうち少なくとも１つは、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つを含むことができる。これに加えて、下部基板１２が金属性物質で形成される場合、下部基板１２と下部電極層１４との間には、絶縁性膜、又は半導体膜をさらに介在できる。同様に、上部基板５２が金属性物質で形成される場合、上部基板５２と上部電極層５４との間には、絶縁性膜、又は半導体膜をさらに介在できる。一方、下部基板１２が金属性物質で形成される場合、上部基板５２を透光性の高分子物質で形成することができる。同様に、上部基板５２が金属性物質で形成される場合、下部基板１２を透光性の高分子物質で形成することができる。
【００３５】
下部電極層１４及び上部電極層５４は、透明な導電性物質で形成することができる。例えば、下部電極層１４は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＳｎＯ２：Ｆ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができ、上部電極層５４は、下部電極層１４と同じ材料で形成することができ、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。
【００３６】
半導体電極層２０は、遷移金属酸化物を含む金属酸化物のうち１つで形成することができる。例えば、半導体電極層２０は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つでありうる。
【００３７】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、約５ｍｍ〜３０ｍｍの厚さのチタニウム酸化膜であってもよい。この場合、チタニウム酸化膜は、そのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光によって照射されると、チタニウム酸化膜の内部の電子は、伝導帯へ遷移され、価電子帯には、ホールが生成される。このような電子及びホールは、酸化又は還元反応に関連するか、或いは再結合して熱を生成する。具体的に、伝導帯の電子は、酸素のような酸化剤を還元させ、価電子帯のホールは、還元剤を酸化させる。特に、ホールは、チタニウム酸化膜の表面に吸着された水の分子、又はイオンを酸化させることによって、ヒドロキシルラジカルを生成する。このようなヒドロキシルラジカルは、高い反応性を有するために、難分解性有機物を酸化させて分解させることができる。
【００３８】
半導体電極層２０の表面には、染料分子を有する染料層が形成される。染料層に太陽光が照射されると、励起された複数の電子は、半導体電極層２０の伝導帯へ注入され、下部電極層１４へ伝達される。このために、染料層は、ルテニウム錯体であってもよい。例えば、染料物質は、Ｎ７１９（Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ２  ｐｒｏｔｏｎｓ）であってもよい。しかし、ここで例示されなくても多様な既知の染料のうち少なくとも１つが本発明による色素増感太陽電池用として使われることもできる。例えば、Ｎ７１２、Ｚ９０７、Ｚ９１０、及びＫ１９等のような染料物質が本発明による色素増感太陽電池用として使われることができる。
【００３９】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、ナノ結晶チタニウム酸化物（ｎｃＴｉＯ２）で形成された粒子で構成されることができる。この場合、ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の各々は、分離された状態で形成される。しかし、励起された複数の電子が下部電極層１４へ伝達されるように、これらは、少なくとも１つの隣接するｎｃＴｉＯ２ナノ粒子と物理的に接触するように形成される。染料層を構成する染料分子は、ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の表面に吸着される。ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の直径は、約３ｎｍ〜３０ｎｍとすることができる。
【００４０】
本発明によると、上部電極層５４と半導体電極層２０との間には、複数の細孔を有する多孔性高分子膜３０が介在され、多孔性高分子膜３０の複数の細孔は、電解質（図示せず）で満たされる。
【００４１】
本発明の一実施形態によると、多孔性高分子膜３０は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物のうち少なくとも１つでありうる。本発明による色素増感太陽電池が連続的に電流を生成できるように、半導体電極層２０と上部電極層５４は、電解質を通じて電気的に接続する。上部電極層５４と半導体電極層２０との電気的接続のために、複数の細孔は、多孔性高分子膜３０を連続的に貫通する構造で形成され、約１０ｎｍ〜１００ｍｍの大きさを有するように形成される。
【００４２】
本発明の一実施形態によると、多孔性高分子膜３０の体積に対する細孔の体積の比率は、約３０％〜８０％であり、多孔性高分子膜３０は、約５ｍｍ〜５０ｍｍの厚さで形成することができる（この場合、多孔性高分子膜３０は、幅に比べてその厚さが薄いので、細孔は、多孔性高分子膜３０の厚さより大きい場合もある）。しかし、このような体積比率及び多孔性高分子膜３０の厚さは、必要に応じて変化することは、自明である。多孔性高分子膜３０に対する細孔の体積比率が約３０％〜８０％の範囲の場合、多孔性高分子膜３０は、図３に示すように、優れた毛細管現象を提供する多孔性のヘチマスポンジ構造で形成することができる。多孔性高分子膜３０が、このように優れた毛細管現象を提供するように生成されたので、電解質の漏れ可能性は、本発明による色素増感太陽電池で減少できる。
【００４３】
電解質は、酸化還元ヨウ化物電解質でありうる。本発明の一実施形態によると、電解質は、０．６Ｍ  ブチルメチルイミダゾリウム、０．０２Ｍ  Ｉ２、０．１Ｍ  チオシアン酸グアニジン、及び０．５Ｍ  ４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを含むアセトニトリル溶液でありうる。しかし、例示していない多様な電解質のうち１つを本発明による色素増感太陽電池用電解質として使うことができる。例えば、電解質は、アルキルイミダゾリウムヨウ化物、又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物を含むことができ、ＴＢＰ（ｔｅｒｔ−ブチルピリジン）、ＢＩ（ベンズイミダゾール）、及びＭＮＢＩ（Ｎ−メチルベンズイミダゾール）を表面添加剤としてさらに含むことができる。アセトニトリル、プロピオニトリル、又はアセトニトリルとバレロニトリルとの混合液を溶媒として使うことができる。
【００４４】
これに加えて、上部電極層５４の上には、電解質内の三ヨウ化物をヨウ化物に還元させる過程を促進させるための触媒層５６をさらに形成することができる。触媒層５６は、白金Ｐｔ層であり、約５μｇ／ｃｍ２〜１０μｇ／ｃｍ２の量で上部電極層５４上に形成できる。
【００４５】
一方、半導体電極層２０を通し下部電極層１４へ伝達された励起された複数の電子は、上部電極層５４及び電解質を通じて染料分子へ伝達されれる。色素増感太陽電池は、このような電子循環体系を通じて持続的に電流を生成する。このような電子循環体系のために、上部電極層５４と下部電極層１４は、所定の配線構造体６０を通じて接続することができ、配線構造体６０の上には、電子のエネルギーが消耗される負荷６２を配置することができる。
【００４６】
図２は、本発明による多孔性高分子膜を製造する方法を説明するための工程順序図である。
【００４７】
図２を参照すると、工程（Ｓ１）では、ソース物質２０１と溶媒２０２とを混合することによって、多孔性高分子膜を形成するためのソース溶液２０３を調整する。
【００４８】
本発明の一実施形態によると、ソース物質２０１は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物とすることができ、溶媒２０２は、アセトン、又は、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）とすることができる。本発明によると、ソース溶液２０３に溶解されるソース物質２０１の量は、約１〜５重量％とすることができる。
【００４９】
続いて、工程（Ｓ２）では、ソース溶液２０３を乾燥させることによって、ソース物質２０１で形成される多孔性高分子膜３０を形成する。本発明によると、ソース溶液２０３を乾燥させる過程は、ソース溶液２０３を囲む大気の湿度が約３０％〜約７０％である条件で実施できる。本発明の一実施形態によると、乾燥過程は、約４０％〜６０％の湿度条件で実施できる。
【００５０】
図３及び図４は、本発明による多孔性高分子膜を撮影した電子顕微鏡写真である。具体的に、図３及び図４に示す電子顕微鏡写真の試料は、異なる湿度条件でソース溶液が乾燥されたことを除くと、同一な方法（すなわち、図２を参照して先に説明した多孔性高分子膜の製造方法）を通じて用意された。このとき、図３及び図４の試料は、各々４０％及び１５％の湿度条件で用意された。
【００５１】
図３及び図４を比較すると、４０％の湿度条件で乾燥する方法を通じて形成される多孔性高分子膜は、多くの細孔を有する多孔性のヘチマスポンジ構造で形成された。反面、１５％の湿度条件で乾燥する方法を通じて形成される多孔性高分子膜は、細孔がほとんどない構造で形成された。
【００５２】
下の表１は、ソース溶液の乾燥段階（Ｓ２）での湿度条件と生成された多孔性高分子膜の電解質維持能力との間の関係を測定した実験結果を表す。以下、電解質を維持する能力を電解質維持能力と称する。表１で試料１及び２は、図３及び図４に示す試料と同一な方法を使用して用意した。すなわち、下の表１の試料１及び試料２は、各々４０％及び１５％の湿度条件で試料１及び試料２のソース溶液を乾燥したことを除くと、同一な方法を通じて用意した。表１の試料３は、通常の多孔性構造体の膜である。
【００５３】
実験は、次のような方法で実施した。（相異なる容器の底に形成される）試料１、試料２及び試料３の中に同一の量の電解質を注入した後、容器を逆さまに回し、電解質が流れるか否かを観察した。表１を参照すると、試料１の場合、電解質が流れる現象は観察されないが、試料２及び試料３の場合には電解質が流れる現象が観察された。このような実験結果から、電解質維持能力は、試料１が試料２、又は試料３に比べて優秀であることが分かる。図３及び図４に示す膜の形態の差から、試料１と試料２との間のこのような電解質維持能力の差は、これらの試料１及び試料２が毛細管現象を提供できる多孔性構造であるか、否かによることがわかる。
【００５４】
【表１】
2010535397.tif 000003
【００５５】
このような点で、多孔性高分子膜を生成するための湿度条件は、本発明者らによって実験された４０％の湿度条件を含む範囲であることが分かる。このような湿度条件の上限と下限とは、追加的な実験を通じて決定することができ、このような追加的な実験は、この分野に従事する通常の技術的知識を有する者であれば、誰でも容易に実行できる。
【００５６】
図５は、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための工程順序図である。図６は、図５の実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００５７】
図５及び図６を参照すると、工程（Ｓ１０）で、下部電極構造体１０を準備する。下部電極構造体１０は、下部基板１２、及び下部基板１２の一表面にコーティングされた下部電極層１４を備える。下部電極層１４は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。
【００５８】
本発明によると、下部基板１２は、ガラス、又は可撓性物質で形成することができる。このような可撓性物質は、上述したように、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つで形成することができる。
【００５９】
続いて、工程（Ｓ２０）で、下部電極構造体１０の上に半導体電極層２０を形成する。半導体電極層２０は、遷移金属酸化物を含む金属酸化物のうち１つで形成することができる。例えば、半導体電極層２０は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つで形成することができる。
【００６０】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、約３ｎｍ〜３０ｎｍの大きさを有するチタニウム酸化物粒子で形成することができ、下部電極構造体１０の上に約５ｍｍ〜３０ｍｍの厚さでコーティングされる。例えば、半導体電極層２０を形成する段階は、二酸化チタンナノ粒子を含む粘性のコロイドを下部電極構造体１０の上にコーティングした後、所定の熱処理段階を通じてチタニウム酸化物粒子のみを下部電極構造体１０の上に残す段階を含むことができる。
【００６１】
具体的に、二酸化チタンナノ粒子を含む粘性のコロイドを調整する段階は、液状の二酸化チタンコロイドを調整し、液状の二酸化チタンコロイドから溶媒を蒸発させた後、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキサイドのうち少なくとも１つを添加する段階を含むことができる。
【００６２】
液状の二酸化チタンコロイドは、約２２０℃の維持されたオートクレーブの中で、チタニウムイソプロポキシド及び酢酸を水熱合成させることによって得ることができる。溶媒を蒸発させる段階は、二酸化チタンの含有量が約１０〜１５重量％になるまで実施され、本発明の半導体電極層２０を構成する二酸化チタンナノ粒子は、この過程を通じて液状の二酸化チタンコロイドの中で生成される。ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドの添加によって、二酸化チタンナノ粒子が含まれた溶液は、粘性を有する。添加されたポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドは、熱処理段階を通じて除去されることによって、下部電極構造体１０の上には、二酸化チタンナノ粒子が残る。このような熱処理段階は、約４５０℃〜５５０℃の温度条件で実施できる。
【００６３】
続いて、工程Ｓ３０で、半導体電極層２０の表面に、染料物質を含む染料層を形成する。染料層を形成する段階は、半導体電極層２０が形成された下部電極構造体１０を染料を含むアルコール溶液の中に約２４時間の間に漬す段階を含む。以後、半導体電極層２０を備える下部電極構造体１０をアルコール溶液から拾い上げる後、アルコールで洗浄する段階をさらに含むことができる。
【００６４】
染料は、ルテニウム錯体を用いることができる。例えば、染料は、Ｎ７１９（Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ２  ｐｒｏｔｏｎｓ）を用いることができる。しかし、例示されない多様な染料物質のうち少なくとも１つを本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。例えば、Ｎ７１２、Ｚ９０７、Ｚ９１０、及びＫ１９等のような広く知られた染料を本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。
【００６５】
染料層が形成された結果物の上に多孔性高分子膜３０を形成する（Ｓ４０）。多孔性高分子膜３０は、先に図２を参照して説明した方法を通じて形成することができる。具体的に、多孔性高分子膜３０を形成する段階は、結果物をポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むソース溶液２０３の中に短い時間（例えば、１秒）で漬す段階、及び結果物を拾い上げ、約４０％〜６０％の湿度を有する雰囲気で乾燥させる段階（図５参照）を含むことができる。
【００６６】
続いて、図１を参照して、多孔性高分子膜３０の上に上部電極構造体５０を形成する（Ｓ５０）。上部電極構造体５０は、上部基板５２、及び上部基板５２の一表面にコーティングされた上部電極層５４を備える。上部基板５２は、ガラス、又は可撓性物質で形成することができる。このような可撓性物質は、上述したように、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つを含むことができる。上部電極層５４は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。これに加えて、上部電極層５４上には、触媒層５６をさらに形成することができる。本発明の一実施形態によると、触媒層５６は、上部電極層５４上に約５μｇ／ｃｍ２〜１０μｇ／ｃｍ２の厚さで塗布される白金層を用いることができる。
【００６７】
一方、上部電極構造体５０は、触媒層５６及び上部電極層５４が多孔性高分子膜３０又は半導体電極層２０と対向されるように付着される。このような付着段階は、下部電極構造体１０と上部電極構造体５０との間に高分子膜４０を形成した後、約１００℃〜１４０℃の温度で約１気圧〜３気圧の圧力に下部及び上部基板１２，５２を圧搾させる段階を含むことができる。このとき、高分子膜４０としては、ＳＵＲＬＹＮＴＭという商品名でＤｕＰｏｎｔ社が販売する製品を使うことができる。
【００６８】
以後、所定の注入口（図示せず）を通じて下部及び上部基板１２，５２の間へ電解質を注入する（Ｓ６０）。電解質は、酸化還元ヨウ化物電解質を用いることができる。本発明の一実施形態によると、電解質は、０．６Ｍ  ブチルメチルイミダゾリウム、０．０２Ｍ  Ｉ２、０．１Ｍ  チオシアン酸グアニジン、及び０．５Ｍ  ４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを含むアセトニトリル溶液を用いることができる。しかし、例示されない多様な電解質のうち１つを本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。例えば、電解質は、アルキルイミダゾリウムヨウ化物、又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物をさらに含むことができ、ＴＢＰ（ｔｅｒｔ−ブチルピリジン）、ＢＩ（ベンゾイミダゾール）、及びＮＭＢＩ（Ｎ−メチルベンゾイミダゾール）を表面添加剤としてさらに含むことができ、アセトニトリル、プロピオニトリル、又はアセトニトリルとバレロニトリルとの混合液を溶媒として使うことができる。
【００６９】
図７は、本発明による色素増感太陽電池の電気的特性を測定したグラフである。
【００７０】
比較のために、従来の方法及び本発明の方法を通じて各々製作された２つの色素増感太陽電池がこの実験で使われた。本発明の方法を通じて製作された色素増感太陽電池は、４０％の湿度条件で形成された多孔性高分子膜３０（図１）を備える反面、従来の方法による色素増感太陽電池は、これを含まない。このような多孔性高分子膜３０の有無を除外すると、実験に使われた２つの色素増感太陽電池は、同一な構造である。
【００７１】
実験では、色素増感太陽電池の各々の光起電力及び光電流がキセノンランプ（Ｏｒｉｅｌ、９１１９３）を光源として使用して測定された。キセノンランプの太陽条件は、標準太陽電池を使用して補正された。
【００７２】
図７を参照すると、色素増感太陽電池は、ほぼ同様なＩ−Ｖ特性を有する。
【００７３】
下の表２は、本発明による色素増感太陽電池の太陽光発電エネルギー変換効率を測定した結果を表す。表２において、試料１及び試料４は、本発明、及び従来技術による色素増感太陽電池であり、各々は、図７の実験で使われた試料である。また、表２で試料２は、１５％の湿度条件で形成された高分子膜を備える色素増感太陽電池であり、試料３は、通常的な多孔性膜を採用した色素増感太陽電池である。
【００７４】
表２を参照すると、試料１及び試料４は、同じ太陽光発電エネルギー変換効率（８％）を有し、試料２及び試料３は、各々試料１及び４に比べて小さい２．３％及び７．８％の効率を有する。
【００７５】
【表２】
2010535397.tif 000004
【００７６】
先に説明したように、電解質の漏れを防止するために使用されるゲル型電解質及び固体電解質を使用する色素増感太陽電池は、劣化しやすい性能を有する。これと異なりに、図７及び上の表２の実験結果から、本発明の多孔性高分子膜を備える色素増感太陽電池は、電気的性能での劣化を防ぐことが分かる。
【図１】
2010535397.tif 000005
【図２】
2010535397.tif 000006
【図３】
2010535397.tif 000007
【図４】
2010535397.tif 000008
【図５】
2010535397.tif 000009
【図６】
2010535397.tif 000010
【図７】
2010535397.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月15日(2010.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔性膜の製造方法、及びこれを利用する色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽から放出される光エネルギーを電気エネルギーへ変換する太陽光発電エネルギー変換システムである。現在主に使われるシリコン太陽電池は、太陽光発電エネルギーを変換させるため、シリコン内に形成されるｐ−ｎ接合ダイオードを利用する。
【０００３】
しかし、電子とホールとの時期尚早の再結合を防止するために、使われるシリコンは、高い純度及び低い欠陥率を有しなければならない。このような技術的要求は、使われる材料の費用の増加を生じるため、シリコン太陽電池の場合、ワット当たりの製造費用が高い。
【０００４】
これに加えて、バンドギャップ以上のエネルギーを有する複数の光子が電流を生成することに寄与するため、シリコン太陽電池のシリコンは、可能な限り低いバンドギャップを有するようにドーパントでドーピングされる。しかし、このように低くなったバンドギャップのため、青色光、又は紫外線により励起された複数の電子は、過度なエネルギーを有するようになって、電流生産に寄与することより熱で消耗される。
【０００５】
なお、光子がキャプチャリングされる可能性を増加させるためには、ｐ型層は、十分に厚くなければならないが、このような厚いｐ型層は、励起された電子がｐ−ｎ接合に到達する前に正孔と再結合する可能性を増加させるため、シリコン太陽電池の効率は、約７〜１５％の付近でとどまる。
【０００６】
一方、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒａｔｚｅｌ、Ｍｏｈａｍｍａｄ  Ｋ．Ｎａｚｅｅｒｕｄｄｉｎ、及びＢｒｉａｎ  Ｏ’Ｒｅｇａｎは、１９９１年に、「グレッチェルセル（Ｇｒａｔｚｅｌ  ｃｅｌｌ）」で知られた、光合成反応原理に基づいた色素増感太陽電池（Ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ：ＤＳＣ）を提案した（特許文献１）。
【０００７】
そのグレッチェルセルを原型とした色素増感太陽電池は、太陽光発電エネルギー変換のために、ｐ−ｎ接合ダイオードでなく染料物質及び遷移金属酸化物層を利用する光電気化学システムである。具体的に、色素増感太陽電池は、染料及び遷移金属酸化物を含む半導体電極、白金又は炭素でコーティングされた対向電極、及びこれらの電極の間の電解質で構成される。
【０００８】
このような色素増感太陽電池は、使われる材料が低価であり、その製造方法が単純であるので、シリコン太陽電池に比べて生産費用が低価である。これに加えて、色素増感太陽電池のエネルギー変換効率は、シリコン太陽電池の効率と似ているため、シリコン太陽電池に比べてワット当たりの製造費用が低い。特に、材料に対する最近の多くの研究によって、色素増感太陽電池は、エネルギー変換効率の増加及び製造費用の節減のような商業的要求を充足させることができると期待されている。
【０００９】
一方、色素増感太陽電池の場合、電解質は、所定の封入材によって、半導体電極と対向電極との間に密封される。しかし、封入材の破損は、電解質の漏れ及びこれによる環境汚染及び製品寿命の短縮を招くことがある。したがって、電解質の漏れを予防できる技術が色素増感太陽電池を実用化させるために要求されている。このような技術的要求を充足させるために、最近ゲル型電解質又は固体電解質を使用する色素増感太陽電池が提案されているが、これらは、製品性能の側面において、液体電解質を使用する場合に比べて劣ると報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５３５０６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、液体を安定的に保存することができる多孔性膜の製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、液体電解質が漏出することを予防できる色素増感太陽電池の製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、液体電解質の漏れを予防できる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】
【００１４】
本発明の一実施形態は、多孔性膜の製造方法を提供する。この方法は、高分子化合物を調整し、溶媒に前記高分子化合物を溶解させることによってソース溶液を調整し、前記ソース溶液から前記溶媒を蒸発させることによって高分子膜を形成する段階を含む。この場合、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記高分子膜が多孔性構造を有するように、前記ソース溶液と接する大気の湿度が制御される条件で実施される。
【００１５】
本発明の一実施形態によると、前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むことができ、前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）でありうる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によると、前記ソース溶液を調整する段階は、前記高分子化合物を前記溶媒に１重量％〜５重量％に溶解させる段階を含むことができ、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施できる。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態によると、前記高分子膜は、これを連続的に貫通する細孔を有するように形成される。このとき、前記高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００１８】
本発明の他の実施形態は、色素増感太陽電池を提供する。この色素増感太陽電池は、下部電極構造体の上に配置された上部電極構造体、前記下部電極構造体と上部電極構造体との間で前記下部電極構造体に接触するように形成された半導体電極層、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間に介在されて複数の細孔を定義する多孔性高分子膜、及び前記多孔性高分子膜の細孔を満たす電解質を含む。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、前記多孔性高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物でありうる。また、前記多孔性高分子膜の細孔の幅は、１０ｎｍ〜１００μｍであって、前記多孔性高分子膜の厚さは、５μｍ〜５０μｍでありうる。
【００２０】
本発明の他の実施形態によると、前記半導体電極層と前記上部電極構造体が前記電解質により電気的に接続するように、前記複数の細孔は、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間で前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成される。前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔等の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００２１】
本発明のさらに他の実施形態は、色素増感太陽電池の製造方法を提供する。この方法は、下部電極構造体の上に半導体電極層を形成し、前記半導体電極層の表面に染料層を形成し、前記染料層が形成された結果物の上に細孔を定義する多孔性高分子膜を形成して、前記多孔性高分子膜の上に上部電極構造体を形成した後、前記多孔性高分子膜の複数の細孔に電解質を注入する段階を含むことができる。
【００２２】
本発明の一実施形態によると、前記多孔性高分子膜の複数の細孔は、１０ｎｍ〜１００μｍの大きさを有し、前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成され、前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％でありうる。
【００２３】
本発明の他の実施形態によると、前記多孔性高分子膜を形成する段階は、前記染料層が形成された前記半導体電極層上に高分子化合物及びそれに混合された溶媒を含むソース溶液を塗布した後、前記溶媒を蒸発させる段階を含むことができる。この場合、前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むことができ、前記溶媒に溶解する前記高分子化合物は１重量％〜５重量％でありうる。前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を含むことができる。本発明によると、前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、高分子化合物を含むソース溶液は、制御される湿度条件で乾燥される。この場合、生成される高分子膜は、優れた毛細管現象を提供できる多孔性構造、又は多孔性のヘチマスポンジ構造に形成される。このような優れた毛細管現象ゆえに、本発明の多孔性高分子膜は、実験の結果を通じて示すように、液状物質の漏れを防止することに効果的である。
【００２５】
その結果、本発明によれば、色素増感太陽電池の多孔性高分子膜に液体電解質を保持するため、液体電解質が漏れることによって発生する環境汚染及び製品寿命の短縮のような技術的問題を予防できる。
【００２６】
これに加えて、色素増感太陽電池の電気的性能は、本発明による多孔性高分子膜の存在によって劣化されないことが実験で明らかになった。すなわち、本発明によれば、液体電解質が本発明による多孔性高分子膜の中に保持されても、本発明による色素増感太陽電池の性能は、劣化されない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を説明するための断面図である。
【図２】本発明による多孔性高分子膜を製造する方法を説明するための工程順序図である。
【図３】本発明による多孔性高分子膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明による多孔性高分子膜を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための工程順序図である。
【図６】本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明による色素増感太陽電池の電気的特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付の図面は、本発明をより理解するために提供し、説明に組み込み、説明の一部を構成する。図面は、説明とともに本発明の例示的な実施形態を示し、本発明の趣旨の説明に役立つ。
【００２９】
以下、本発明のより好ましい実施形態をより詳しく添付の図面を参照して説明する。
しかし、本発明は、ここで説明される実施形態に限定されずに他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで説明される実施形態は、開示された内容が徹底であり、完全になるように、また、当業者にとって本発明の思想が十分に伝えることができるように提供される。また、説明のために示される参照数字は順序を制限するものではない。図面において、膜及び領域の寸法は、説明を明確にするために誇張されている。全体を通して同様の要素には同一の参照番号を付している。
【００３０】
本明細書において、ある膜が他の膜又は基板の上にあると言及される場合、それは、他の膜又は基板の上に直接形成されるか、またはこれらの間に第３の膜が介在されうることを意味する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池を説明するための断面図である。
【００３２】
図１を参照すると、本発明の実施形態による色素増感太陽電池１００は、下部電極構造体１０、上部電極構造体５０、及びこれらの間に介在されて下部電極構造体１０と接触する半導体電極層２０を備える。
【００３３】
下部電極構造体１０は、下部基板１２及び下部基板１２の一表面にコーティングされた下部電極層１４を備え、上部電極構造体５０は、上部基板５２及び上部基板５２の一表面にコーティングされた上部電極層５４を備える。この場合、下部電極構造体１０及び上部電極構造体５０は、下部電極層１４及び上部電極層５４が対向するように配置される。
【００３４】
本発明の一実施形態では、下部基板１２及び上部基板５２をガラスで形成することができる。本発明の他の実施形態では、下部基板１２及び上部基板５２を可撓性物質で形成することができる。例えば、下部基板１２及び上部基板５２のうち少なくとも１つは、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つを含むことができる。これに加えて、下部基板１２が金属性物質で形成される場合、下部基板１２と下部電極層１４との間には、絶縁性膜、又は半導体膜をさらに介在できる。同様に、上部基板５２が金属性物質で形成される場合、上部基板５２と上部電極層５４との間には、絶縁性膜、又は半導体膜をさらに介在できる。一方、下部基板１２が金属性物質で形成される場合、上部基板５２を透光性の高分子物質で形成することができる。同様に、上部基板５２が金属性物質で形成される場合、下部基板１２を透光性の高分子物質で形成することができる。
【００３５】
下部電極層１４及び上部電極層５４は、透明な導電性物質で形成することができる。例えば、下部電極層１４は、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＳｎＯ２：Ｆ（ＦＴＯ）、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができ、上部電極層５４は、下部電極層１４と同じ材料で形成することができ、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。
【００３６】
半導体電極層２０は、遷移金属酸化物を含む金属酸化物のうち１つで形成することができる。例えば、半導体電極層２０は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つでありうる。
【００３７】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、約５μｍ〜３０μｍの厚さのチタニウム酸化膜であってもよい。この場合、チタニウム酸化膜は、そのバンドギャップ以上のエネルギーを有する光によって照射されると、チタニウム酸化膜の内部の電子は、伝導帯へ遷移され、価電子帯には、ホールが生成される。このような電子及びホールは、酸化又は還元反応に関連するか、或いは再結合して熱を生成する。具体的に、伝導帯の電子は、酸素のような酸化剤を還元させ、価電子帯のホールは、還元剤を酸化させる。特に、ホールは、チタニウム酸化膜の表面に吸着された水の分子、又はイオンを酸化させることによって、ヒドロキシルラジカルを生成する。このようなヒドロキシルラジカルは、高い反応性を有するために、難分解性有機物を酸化させて分解させることができる。
【００３８】
半導体電極層２０の表面には、染料分子を有する染料層が形成される。染料層に太陽光が照射されると、励起された複数の電子は、半導体電極層２０の伝導帯へ注入され、下部電極層１４へ伝達される。このために、染料層は、ルテニウム錯体であってもよい。例えば、染料物質は、Ｎ７１９（Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ２  ｐｒｏｔｏｎｓ）であってもよい。しかし、ここで例示されなくても多様な既知の染料のうち少なくとも１つが本発明による色素増感太陽電池用として使われることもできる。例えば、Ｎ７１２、Ｚ９０７、Ｚ９１０、及びＫ１９等のような染料物質が本発明による色素増感太陽電池用として使われることができる。
【００３９】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、ナノ結晶チタニウム酸化物（ｎｃＴｉＯ２）で形成された粒子で構成されることができる。この場合、ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の各々は、分離された状態で形成される。しかし、励起された複数の電子が下部電極層１４へ伝達されるように、これらは、少なくとも１つの隣接するｎｃＴｉＯ２ナノ粒子と物理的に接触するように形成される。染料層を構成する染料分子は、ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の表面に吸着される。ｎｃＴｉＯ２ナノ粒子の直径は、約３ｎｍ〜３０ｎｍとすることができる。
【００４０】
本発明によると、上部電極層５４と半導体電極層２０との間には、複数の細孔を有する多孔性高分子膜３０が介在され、多孔性高分子膜３０の複数の細孔は、電解質（図示せず）で満たされる。
【００４１】
本発明の一実施形態によると、多孔性高分子膜３０は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物のうち少なくとも１つでありうる。本発明による色素増感太陽電池が連続的に電流を生成できるように、半導体電極層２０と上部電極層５４は、電解質を通じて電気的に接続する。上部電極層５４と半導体電極層２０との電気的接続のために、複数の細孔は、多孔性高分子膜３０を連続的に貫通する構造で形成され、約１０ｎｍ〜１００μｍの大きさを有するように形成される。
【００４２】
本発明の一実施形態によると、多孔性高分子膜３０の体積に対する細孔の体積の比率は、約３０％〜８０％であり、多孔性高分子膜３０は、約５μｍ〜５０μｍの厚さで形成することができる（この場合、多孔性高分子膜３０は、幅に比べてその厚さが薄いので、細孔は、多孔性高分子膜３０の厚さより大きい場合もある）。しかし、このような体積比率及び多孔性高分子膜３０の厚さは、必要に応じて変化することは、自明である。多孔性高分子膜３０に対する細孔の体積比率が約３０％〜８０％の範囲の場合、多孔性高分子膜３０は、図３に示すように、優れた毛細管現象を提供する多孔性のヘチマスポンジ構造で形成することができる。多孔性高分子膜３０が、このように優れた毛細管現象を提供するように生成されたので、電解質の漏れ可能性は、本発明による色素増感太陽電池で減少できる。
【００４３】
電解質は、酸化還元ヨウ化物電解質でありうる。本発明の一実施形態によると、電解質は、０．６Ｍ  ブチルメチルイミダゾリウム、０．０２Ｍ  Ｉ２、０．１Ｍ  チオシアン酸グアニジン、及び０．５Ｍ  ４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを含むアセトニトリル溶液でありうる。しかし、例示していない多様な電解質のうち１つを本発明による色素増感太陽電池用電解質として使うことができる。例えば、電解質は、アルキルイミダゾリウムヨウ化物、又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物を含むことができ、ＴＢＰ（ｔｅｒｔ−ブチルピリジン）、ＢＩ（ベンズイミダゾール）、及びＭＮＢＩ（Ｎ−メチルベンズイミダゾール）を表面添加剤としてさらに含むことができる。アセトニトリル、プロピオニトリル、又はアセトニトリルとバレロニトリルとの混合液を溶媒として使うことができる。
【００４４】
これに加えて、上部電極層５４の上には、電解質内の三ヨウ化物をヨウ化物に還元させる過程を促進させるための触媒層５６をさらに形成することができる。触媒層５６は、白金Ｐｔ層であり、約５μｇ／ｃｍ２〜１０μｇ／ｃｍ２の量で上部電極層５４上に形成できる。
【００４５】
一方、半導体電極層２０を通し下部電極層１４へ伝達された励起された複数の電子は、上部電極層５４及び電解質を通じて染料分子へ伝達されれる。色素増感太陽電池は、このような電子循環体系を通じて持続的に電流を生成する。このような電子循環体系のために、上部電極層５４と下部電極層１４は、所定の配線構造体６０を通じて接続することができ、配線構造体６０の上には、電子のエネルギーが消耗される負荷６２を配置することができる。
【００４６】
図２は、本発明による多孔性高分子膜を製造する方法を説明するための工程順序図である。
【００４７】
図２を参照すると、工程（Ｓ１）では、ソース物質２０１と溶媒２０２とを混合することによって、多孔性高分子膜を形成するためのソース溶液２０３を調整する。
【００４８】
本発明の一実施形態によると、ソース物質２０１は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物とすることができ、溶媒２０２は、アセトン、又は、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）とすることができる。本発明によると、ソース溶液２０３に溶解されるソース物質２０１の量は、約１〜５重量％とすることができる。
【００４９】
続いて、工程（Ｓ２）では、ソース溶液２０３を乾燥させることによって、ソース物質２０１で形成される多孔性高分子膜３０を形成する。本発明によると、ソース溶液２０３を乾燥させる過程は、ソース溶液２０３を囲む大気の湿度が約３０％〜約７０％である条件で実施できる。本発明の一実施形態によると、乾燥過程は、約４０％〜６０％の湿度条件で実施できる。
【００５０】
図３及び図４は、本発明による多孔性高分子膜を撮影した電子顕微鏡写真である。具体的に、図３及び図４に示す電子顕微鏡写真の試料は、異なる湿度条件でソース溶液が乾燥されたことを除くと、同一な方法（すなわち、図２を参照して先に説明した多孔性高分子膜の製造方法）を通じて用意された。このとき、図３及び図４の試料は、各々４０％及び１５％の湿度条件で用意された。
【００５１】
図３及び図４を比較すると、４０％の湿度条件で乾燥する方法を通じて形成される多孔性高分子膜は、多くの細孔を有する多孔性のヘチマスポンジ構造で形成された。反面、１５％の湿度条件で乾燥する方法を通じて形成される多孔性高分子膜は、細孔がほとんどない構造で形成された。
【００５２】
下の表１は、ソース溶液の乾燥段階（Ｓ２）での湿度条件と生成された多孔性高分子膜の電解質維持能力との間の関係を測定した実験結果を表す。以下、電解質を維持する能力を電解質維持能力と称する。表１で試料１及び２は、図３及び図４に示す試料と同一な方法を使用して用意した。すなわち、下の表１の試料１及び試料２は、各々４０％及び１５％の湿度条件で試料１及び試料２のソース溶液を乾燥したことを除くと、同一な方法を通じて用意した。表１の試料３は、通常の多孔性構造体の膜である。
【００５３】
実験は、次のような方法で実施した。（相異なる容器の底に形成される）試料１、試料２及び試料３の中に同一の量の電解質を注入した後、容器を逆さまに回し、電解質が流れるか否かを観察した。表１を参照すると、試料１の場合、電解質が流れる現象は観察されないが、試料２及び試料３の場合には電解質が流れる現象が観察された。このような実験結果から、電解質維持能力は、試料１が試料２、又は試料３に比べて優秀であることが分かる。図３及び図４に示す膜の形態の差から、試料１と試料２との間のこのような電解質維持能力の差は、これらの試料１及び試料２が毛細管現象を提供できる多孔性構造であるか、否かによることがわかる。
【００５４】
【表１】
2010535397.tif 000012
【００５５】
このような点で、多孔性高分子膜を生成するための湿度条件は、本発明者らによって実験された４０％の湿度条件を含む範囲であることが分かる。このような湿度条件の上限と下限とは、追加的な実験を通じて決定することができ、このような追加的な実験は、この分野に従事する通常の技術的知識を有する者であれば、誰でも容易に実行できる。
【００５６】
図５は、本発明の一実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための工程順序図である。図６は、図５の実施形態による色素増感太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【００５７】
図５及び図６を参照すると、工程（Ｓ１０）で、下部電極構造体１０を準備する。下部電極構造体１０は、下部基板１２、及び下部基板１２の一表面にコーティングされた下部電極層１４を備える。下部電極層１４は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。
【００５８】
本発明によると、下部基板１２は、ガラス、又は可撓性物質で形成することができる。このような可撓性物質は、上述したように、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つで形成することができる。
【００５９】
続いて、工程（Ｓ２０）で、下部電極構造体１０の上に半導体電極層２０を形成する。半導体電極層２０は、遷移金属酸化物を含む金属酸化物のうち１つで形成することができる。例えば、半導体電極層２０は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）、及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つで形成することができる。
【００６０】
本発明の一実施形態によると、半導体電極層２０は、約３ｎｍ〜３０ｎｍの大きさを有するチタニウム酸化物粒子で形成することができ、下部電極構造体１０の上に約５μｍ〜３０μｍの厚さでコーティングされる。例えば、半導体電極層２０を形成する段階は、二酸化チタンナノ粒子を含む粘性のコロイドを下部電極構造体１０の上にコーティングした後、所定の熱処理段階を通じてチタニウム酸化物粒子のみを下部電極構造体１０の上に残す段階を含むことができる。
【００６１】
具体的に、二酸化チタンナノ粒子を含む粘性のコロイドを調整する段階は、液状の二酸化チタンコロイドを調整し、液状の二酸化チタンコロイドから溶媒を蒸発させた後、ポリエチレングリコール、及びポリエチレンオキサイドのうち少なくとも１つを添加する段階を含むことができる。
【００６２】
液状の二酸化チタンコロイドは、約２２０℃の維持されたオートクレーブの中で、チタニウムイソプロポキシド及び酢酸を水熱合成させることによって得ることができる。溶媒を蒸発させる段階は、二酸化チタンの含有量が約１０〜１５重量％になるまで実施され、本発明の半導体電極層２０を構成する二酸化チタンナノ粒子は、この過程を通じて液状の二酸化チタンコロイドの中で生成される。ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドの添加によって、二酸化チタンナノ粒子が含まれた溶液は、粘性を有する。添加されたポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドは、熱処理段階を通じて除去されることによって、下部電極構造体１０の上には、二酸化チタンナノ粒子が残る。このような熱処理段階は、約４５０℃〜５５０℃の温度条件で実施できる。
【００６３】
続いて、工程Ｓ３０で、半導体電極層２０の表面に、染料物質を含む染料層を形成する。染料層を形成する段階は、半導体電極層２０が形成された下部電極構造体１０を染料を含むアルコール溶液の中に約２４時間の間に漬す段階を含む。以後、半導体電極層２０を備える下部電極構造体１０をアルコール溶液から拾い上げる後、アルコールで洗浄する段階をさらに含むことができる。
【００６４】
染料は、ルテニウム錯体を用いることができる。例えば、染料は、Ｎ７１９（Ｒｕ（ｄｃｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ２  ｐｒｏｔｏｎｓ）を用いることができる。しかし、例示されない多様な染料物質のうち少なくとも１つを本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。例えば、Ｎ７１２、Ｚ９０７、Ｚ９１０、及びＫ１９等のような広く知られた染料を本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。
【００６５】
染料層が形成された結果物の上に多孔性高分子膜３０を形成する（Ｓ４０）。多孔性高分子膜３０は、先に図２を参照して説明した方法を通じて形成することができる。具体的に、多孔性高分子膜３０を形成する段階は、結果物をポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含むソース溶液２０３の中に短い時間（例えば、１秒）で漬す段階、及び結果物を拾い上げ、約４０％〜６０％の湿度を有する雰囲気で乾燥させる段階（図５参照）を含むことができる。
【００６６】
続いて、図１を参照して、多孔性高分子膜３０の上に上部電極構造体５０を形成する（Ｓ５０）。上部電極構造体５０は、上部基板５２、及び上部基板５２の一表面にコーティングされた上部電極層５４を備える。上部基板５２は、ガラス、又は可撓性物質で形成することができる。このような可撓性物質は、上述したように、ステンレススチール、又はアルミニウムのような金属性物質のうち少なくとも１つを含むことができる。上部電極層５４は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＦＴＯ、ＺｎＯ、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも１つで形成することができる。これに加えて、上部電極層５４上には、触媒層５６をさらに形成することができる。本発明の一実施形態によると、触媒層５６は、上部電極層５４上に約５μｇ／ｃｍ２〜１０μｇ／ｃｍ２の厚さで塗布される白金層を用いることができる。
【００６７】
一方、上部電極構造体５０は、触媒層５６及び上部電極層５４が多孔性高分子膜３０又は半導体電極層２０と対向されるように付着される。このような付着段階は、下部電極構造体１０と上部電極構造体５０との間に高分子膜４０を形成した後、約１００℃〜１４０℃の温度で約１気圧〜３気圧の圧力に下部及び上部基板１２，５２を圧搾させる段階を含むことができる。このとき、高分子膜４０としては、ＳＵＲＬＹＮＴＭという商品名でＤｕＰｏｎｔ社が販売する製品を使うことができる。
【００６８】
以後、所定の注入口（図示せず）を通じて下部及び上部基板１２，５２の間へ電解質を注入する（Ｓ６０）。電解質は、酸化還元ヨウ化物電解質を用いることができる。本発明の一実施形態によると、電解質は、０．６Ｍ  ブチルメチルイミダゾリウム、０．０２Ｍ  Ｉ２、０．１Ｍ  チオシアン酸グアニジン、及び０．５Ｍ  ４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを含むアセトニトリル溶液を用いることができる。しかし、例示されない多様な電解質のうち１つを本発明による色素増感太陽電池のために使うことができる。例えば、電解質は、アルキルイミダゾリウムヨウ化物、又はテトラ−アルキルアンモニウムヨウ化物をさらに含むことができ、ＴＢＰ（ｔｅｒｔ−ブチルピリジン）、ＢＩ（ベンゾイミダゾール）、及びＮＭＢＩ（Ｎ−メチルベンゾイミダゾール）を表面添加剤としてさらに含むことができ、アセトニトリル、プロピオニトリル、又はアセトニトリルとバレロニトリルとの混合液を溶媒として使うことができる。
【００６９】
図７は、本発明による色素増感太陽電池の電気的特性を測定したグラフである。
【００７０】
比較のために、従来の方法及び本発明の方法を通じて各々製作された２つの色素増感太陽電池がこの実験で使われた。本発明の方法を通じて製作された色素増感太陽電池は、４０％の湿度条件で形成された多孔性高分子膜３０（図１）を備える反面、従来の方法による色素増感太陽電池は、これを含まない。このような多孔性高分子膜３０の有無を除外すると、実験に使われた２つの色素増感太陽電池は、同一な構造である。
【００７１】
実験では、色素増感太陽電池の各々の光起電力及び光電流がキセノンランプ（Ｏｒｉｅｌ、９１１９３）を光源として使用して測定された。キセノンランプの太陽条件は、標準太陽電池を使用して補正された。
【００７２】
図７を参照すると、色素増感太陽電池は、ほぼ同様なＩ−Ｖ特性を有する。
【００７３】
下の表２は、本発明による色素増感太陽電池の太陽光発電エネルギー変換効率を測定した結果を表す。表２において、試料１及び試料４は、本発明、及び従来技術による色素増感太陽電池であり、各々は、図７の実験で使われた試料である。また、表２で試料２は、１５％の湿度条件で形成された高分子膜を備える色素増感太陽電池であり、試料３は、通常的な多孔性膜を採用した色素増感太陽電池である。
【００７４】
表２を参照すると、試料１及び試料４は、同じ太陽光発電エネルギー変換効率（８％）を有し、試料２及び試料３は、各々試料１及び４に比べて小さい２．３％及び７．８％の効率を有する。
【００７５】
【表２】
2010535397.tif 000013
【００７６】
先に説明したように、電解質の漏れを防止するために使用されるゲル型電解質及び固体電解質を使用する色素増感太陽電池は、劣化しやすい性能を有する。これと異なりに、図７及び上の表２の実験結果から、本発明の多孔性高分子膜を備える色素増感太陽電池は、電気的性能での劣化を防ぐことが分かる。
【手続補正２】
【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】
下部電極構造体と、
前記下部電極構造体の上に配置された上部電極構造体と、
前記下部電極構造体と前記上部電極構造体との間に介在されて、前記下部電極構造体に接触する半導体電極層と、
前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間に介在されて、複数の細孔を定義する多孔性高分子膜と、
前記多孔性高分子膜の細孔を満たす電解質と、を含む、色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記多孔性高分子膜は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む高分子化合物である、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記多孔性高分子膜の細孔の大きさは、１０ｎｍ〜１００μｍである、請求項１又は２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記多孔性高分子膜は、５μｍ〜５０μｍの厚さである、請求項１から３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記半導体電極層と前記上部電極構造体とが前記電解質によって電気的に接続されるように、前記複数の細孔は、前記半導体電極層と前記上部電極構造体との間で前記多孔性高分子膜を連続的に貫通するように形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
前記多孔性高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％である、請求項１から５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記半導体電極層は、チタニウム酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、ニオビウム酸化物（Ｎｂ２Ｏ５）及び亜鉛酸化物（ＺｎＯ）のうち１つである、請求項１から６のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
前記上部電極構造体と前記多孔性高分子膜との間に介在された白金層をさらに含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項９】
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち少なくとも１つは、可撓性物質で形成された基板を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１０】
前記可撓性物質は、金属性物質のうち少なくとも１つである、請求項９に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１１】
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち一方は、可撓性導電性物質で形成された基板を含み、
前記上部電極構造体及び前記下部電極構造体のうち他方は、可撓性透光性高分子物質で形成された基板を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１２】
前記可撓性物質は、ステンレススチール及びアルミニウムを含む金属性物質のうち少なくとも１つである、請求項１１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１３】
前記可撓性導電性物質で形成された基板と前記半導体電極層との間に介在された導電性透明電極をさらに含み、
前記導電性透明電極と前記可撓性導電性物質で形成された基板との間には、絶縁性膜、又は半導体膜がさらに介在される、請求項１１又は１２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１４】
高分子化合物を準備する段階と、
溶媒に前記高分子化合物を溶解させることによって、ソース溶液を調整する段階と、
前記ソース溶液から前記溶媒を蒸発させることによって、高分子膜を形成する段階と、を含み、
前記溶媒を蒸発させる段階は、前記高分子膜が多孔性構造を有するように、前記ソース溶液と接する大気の湿度が制御される条件で実施される、多孔性膜の製造方法。
【請求項１５】
前記高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデン重合体、又はその共重合体を含む、請求項１４に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項１６】
前記溶媒は、アセトン、又はＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）である、請求項１５に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項１７】
前記ソース溶液を調整する段階は、前記高分子化合物を前記溶媒に１重量％〜５重量％で溶解させる段階を含む、請求項１６に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項１８】
前記溶媒を蒸発させる段階は、前記ソース溶液と接する大気の湿度が３０％〜７０％である条件で実施される、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の多孔性膜の製造方法。
【請求項１９】
前記高分子膜は、これを連続的に貫通する複数の細孔を有するように形成され、
前記高分子膜の体積に対する前記細孔の体積の比率は、３０％〜８０％である、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の多孔性膜の製造方法。
【国際調査報告】
2010535397.tif 000014
2010535397.tif 000015