(57)【要約】【課題】  発電効率が高く、適度な剛性を有することによりハンドリング性の高い色素増感型太陽電池用電極及びこの電極を備えてなる色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】  色素増感型太陽電池用電極１０は、耐熱性高分子フィルム１１と汎用フィルムとしてのフッ素樹脂フィルム１６とを接着剤１５で積層一体化させてなる基材フィルムと、該基材フィルム上に形成されたメッシュ状補助電極１２、透明導電膜１３及び色素吸着半導体膜１４とを有する。接着剤１５は紫外線吸収剤を含有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材フィルム上に半導体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、該基材フィルムは、一方の面に該半導体膜が形成された耐熱性高分子フィルムと、該耐熱性高分子フィルムの他方の面に積層された汎用フィルムとを備えて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２】
請求項１において、該汎用フィルムはフッ素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３】
請求項２において、フッ素樹脂フィルムと該耐熱性高分子フィルムとが紫外線吸収剤を含有した接着剤層を介して接着さ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４】
請求項１において、該汎用フィルムは、非フッ素樹脂フィルムとフッ素樹脂フィルムとの積層フィルムよりなり、該フッ素樹脂フィルムが前記耐熱性高分子フィルムと反対側に配置さ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５】
請求項４において、該非フッ素樹脂フィルムは、ＰＥＴ，ＰＣ，ＰＭＭＡ又はポリアミドフィルム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４又は５において、該フッ素樹脂フィルムと非フッ素樹脂フィルムとが紫外線吸収剤を含有した接着剤層を介して積層さ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７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、該耐熱性高分子フィルムがポリイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイドフィルム）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８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用電極を備えてなる色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色素増感型太陽電池及びその電極に係り、特に電極のフィルムコストを低減することができる該電極と、これを用いた色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ガラス基板又はフィルム基板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が形成されることにより色素増感型半導体電極が形成される。この半導体膜３と対向して間隔をあけて対向電極４が配置されており、封止材５により色素増感型半導体電極と対向電極４との間に電解質６が封入されている。
【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、この酸化チタン膜はゾルゲル法により成膜される。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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
色素増感型太陽電池用電極を低コストなものとしたり柔軟なものとするために、その基板１としてフィルムを用いるようにした場合、該フィルムとして汎用フィルムを用いると、フィルムの耐熱性が低いため半導体膜を低温で作製しなくてはならず、製造効率が低くなる。一方、フィルムとしてポリイミド、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン樹脂）等の耐熱性の高いフィルムを用いることが考えられるが、これらの材料は非常に高価である上に、光の吸収があるため、太陽電池用のフィルムとしては適していない。また、光学吸収の影響を少なくし、且つ低コスト化を図るために上記耐熱性フィルムを薄くすると、フィルムの剛性が著しく低くなり、ハンドリングし難いものとなる。
【０００５】
本発明は、発電効率が高く、しかも適度な剛性を有することによりハンドリングし易い色素増感型太陽電池用電極及びこの電極を備えてなる色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明（請求項１）の色素増感型太陽電池用電極は、基材フィルム上に半導体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、該基材フィルムは、一方の面に該半導体膜が形成された耐熱性高分子フィルムと、該耐熱性高分子フィルムの他方の面に積層された汎用フィルムとを備えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２の色素増感型太陽電池用電極は、請求項１において、該汎用フィルムはフッ素樹脂フィルムよりなることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３の色素増感型太陽電池用電極は、請求項２において、フッ素樹脂フィルムと該耐熱性高分子フィルムとが紫外線吸収剤を含有した接着剤層を介して接着されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４の色素増感型太陽電池用電極は、請求項１において、該汎用フィルムは、非フッ素樹脂フィルムとフッ素樹脂フィルムとの積層フィルムよりなり、該フッ素樹脂フィルムが前記耐熱性高分子フィルムと反対側に配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５の色素増感型太陽電池用電極は、請求項４において、該非フッ素樹脂フィルムは、ＰＥＴ，ＰＣ，ＰＡＡＭ又はポリアミドフィルムであることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６の色素増感型太陽電池用電極は、請求項４又は５において、該フッ素樹脂フィルムと非フッ素樹脂フィルムとが紫外線吸収剤を含有した接着剤層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項７の色素増感型太陽電池用電極は、請求項１ないし６のいずれか１項において、耐熱性高分子フィルムがポリイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド），ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）又はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明（請求項８）の色素増感型太陽電池は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用電極を備えてなるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明（請求項１）の色素増感型太陽電池用電極では、基材フィルムが耐熱性高分子フィルムと汎用フィルムとの積層体よりなり、この耐熱性高分子フィルム上に半導体膜が形成されているため、半導体を高温で形成することができ、色素増感型太陽電池用電極を効率よく製造することができる。
【００１５】
本発明では、耐熱性高分子フィルムを薄くして、耐熱性高分子フィルムのコストを低減すると共に、耐熱性高分子フィルムによる光の吸収量を減少させることができる。なお、本発明では、耐熱性高分子フィルムが汎用フィルムと積層されているため、耐熱性高分子フィルムの厚さを小さくしても、汎用フィルムの厚さを調整することにより、基材フィルムが適度な剛性を有し、取り扱い（ハンドリング）が容易なものとなる。
【００１６】
請求項２の色素増感型太陽電池用電極は、汎用フィルムとしてフッ素樹脂フィルムを用いているため、このフッ素樹脂フィルムを色素増感型太陽電池用電極の最表面に配置することにより、色素増感型太陽電池用電極が耐候性及び防汚性に優れたものとなる。また、このフッ素樹脂フィルムは一般に低屈折率であるため、これを最表面に配置した場合、色素増感型太陽電池用電極は、低屈折率層（フッ素樹脂フィルム）と、その下側の高屈折率層（耐熱性高分子フィルム）との積層構造のものとなり、反射防止機能を有するようになる。
【００１７】
請求項３の色素増感型太陽電池用電極は、接着剤が紫外線吸収剤を含有しているため、別個に紫外線吸収層を設ける必要がなくなり、色素増感型太陽電池用電極の構造が簡略化されると共に製造コストが低くなる。
【００１８】
請求項４の色素増感型太陽電池用電極は、汎用フィルムを非フッ素樹脂フィルムとフッ素樹脂フィルムとの積層フィルムとしているため、このフッ素樹脂フィルムを色素増感型太陽電池用電極の最表面に配置することにより、上記請求項２のように汎用フィルムをフッ素樹脂フィルムとした場合と同様に、耐候性、防汚性、反射防止特性等の効果を得ることができる。また、この請求項４の色素増感型太陽電池用電極にあっては、フッ素樹脂フィルムと非フッ素樹脂フィルムの厚さをそれぞれ調整することにより、フィルム特性を調整することができる。
【００１９】
非フッ素樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリアミド等が好ましく（請求項５）、これらを用いることによりフィルムコストを一段と低減することが可能となる。
【００２０】
請求項６の色素増感型太陽電池用電極は、接着剤が紫外線吸収剤を含有しているため、新たに紫外線吸収層を設ける必要がなくなり、色素増感型太陽電池用電極の構造が簡略化されると共に製造コストが低くなる。
耐熱性高分子フィルムとしては、ポリイミド、ＰＥＳ、ＰＡＩ，ＰＥＥＫ，ＰＰＳ等が好ましい（請求項７）。
【００２１】
本発明の色素増感型太陽電池は、かかる本発明の色素増感型太陽電池用電極を用いているものであり、製造コストの低減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２３】
図１（ａ）は実施の形態に係る色素増感型太陽電池用電極の製造途中の断面図であり、図１（ｂ）は製造された色素増感型太陽電池用電極１０の断面図である。
【００２４】
この色素増感型太陽電池用電極１０は、図１（ｂ）の通り、耐熱性高分子フィルム１１と汎用フィルムとしてのフッ素樹脂フィルム１６とを接着剤１５で積層一体化させてなる基材フィルムと、該基材フィルム上に形成されたメッシュ状補助電極１２、透明導電膜１３及び色素吸着半導体膜１４とを有する。なお、この実施の形態では、フッ素樹脂フィルム１６としてはＰＴＦＥフィルムが用いられている。
【００２５】
この色素増感型太陽電池用電極１０を製造するには、図１（ａ）のように、耐熱性高分子フィルム１１の一方の面（図１の下面）に、メッシュ状の補助電極１２、透明導電膜１３及び半導体膜１４をこの順で形成する。この耐熱性高分子フィルム１１は耐熱性が高いため、補助電極１２、透明導電膜１３及び半導体膜１４を耐熱性高分子フィルム１１の耐熱性の範囲内においてできる限り高温で形成することにより、効率良くこれらを形成することができる。
【００２６】
次に、図１（ｂ）の通り、耐熱性高分子フィルム１１の他方の面（図１の上面、即ち透明導電膜１３等が形成されていない面）に紫外線吸収剤を含有した接着剤１５を介してフッ素樹脂フィルム１６を接着する。このようにして、色素増感型太陽電池用電極１０が製造される。
【００２７】
この色素増感型太陽電池用電極１０の半導体膜１４に色素を吸着させた後、対向電極、電解質等を用いて図３の構造の色素増感型太陽電池が製造される。
【００２８】
この実施の形態に係る色素増感型太陽電池用電極は、上記の通り、耐熱性高分子フィルム１１を用いているため、半導体膜１４等を高温で形成することができ、製造効率に優れる。また、耐熱性高分子フィルム１１を薄くすることにより、比較的高価な耐熱性高分子フィルムの使用量を少なくして耐熱性高分子フィルムのコストを低減させることができる。さらに、耐熱性高分子フィルム１１による光の吸収量を減少させ、発電効率を高めることができる。この耐熱性高分子フィルム１１が汎用フィルムとしてのフッ素樹脂フィルム１６に積層されているため、このフッ素樹脂フィルム１６の厚さを調整することにより、色素増感型太陽電池用電極１０を適度な剛性のものとし、取り扱いが容易なものとすることができる。
【００２９】
この実施の形態にあっては、汎用フィルムとしてフッ素樹脂フィルム１６を用いており、且つこのフッ素樹脂フィルム１６が最表面を構成しているため、耐候性が高く、防汚性を有する。さらに、低屈折率のフッ素樹脂フィルム１６が高屈折率の耐熱性高分子フィルム１１と積層されることにより、光の反射防止機能も有する。
【００３０】
この実施の形態にあっては、接着剤１５が紫外線吸収剤を含有しているため、新たに紫外線吸収層を設ける必要がなくなり、色素増感型太陽電池用電極１０の構造が簡略化され、これにより製造コストを低減させることが可能となる。
【００３１】
上記のフッ素樹脂フィルムとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、４−フッ化エチレン−６−フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、２−エチレン−４−フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリ３−フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）及びポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等を用いることができる。
【００３２】
上記の耐熱性高分子フィルム１１としては、ポリイミド、ＰＳＳ、ＰＥＳ、ＰＡＩ，ＰＥＥＫ，ＰＰＳ等が用いられる。
【００３３】
補助電極１２としては、パターンエッチングされた銅箔などが用いられる。
【００３４】
上記透明導電膜１３としては、Ｉｎ２Ｏ３やＳｎＯ２の導電性金属酸化物薄膜を形成したものや金属等の導電性材料からなる基板が用いられる。導電性金属酸化物の好ましい例としては、Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎ（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２：Ｓｂ、ＳｎＯ２：Ｆ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｆ、ＣｄＳｎＯ４を挙げることができる。
【００３５】
上記半導体膜１４としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化アンチモン、酸化ニオブ、酸化インジウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウムなどの公知の半導体の１種又は２種以上を用いることができる。特に、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ましい。酸化チタンとしてはアナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の酸化チタン或いは水酸化チタン、含水酸化チタンが含まれるが、特に本発明ではアナターゼ型酸化チタンが好ましい。また金属酸化物半導体膜は微細な結晶構造を有することが好ましい。
【００３６】
酸化物半導体膜１４に吸着させる有機色素（分光増感色素）は、可視光領域及び／又は赤外光領域に吸収を持つものであり、種々の金属錯体や有機色素の１種又は２種以上を用いることができる。分光増感色素の分子中にカルボキシル基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン基、カルボキシアルキル基の官能基を有するものが半導体への吸着が速いため、好ましい。また、分光増感の効果や耐久性に優れているため、金属錯体が好ましい。金属錯体としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフィル、ヘミン、特開平１−２２０３８０号公報、特表平５−５０４０２３号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄、亜鉛の錯体を用いることができる。有機色素としては、メタルフリーフタロシアニン、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン色素を用いることができる。シアニン系色素としては、具体的には、ＮＫ１１９４、ＮＫ３４２２（いずれも日本感光色素研究所（株）製）が挙げられる。メロシアニン系色素としては、具体的には、ＮＫ２４２６、ＮＫ２５０１（いずれも日本感光色素研究所（株）製）が挙げられる。キサンテン系色素としては、具体的には、ウラニン、エオシン、ローズベンガル、ローダミンＢ、ジブロムフルオレセインが挙げられる。トリフェニルメタン色素としては、具体的には、マラカイトグリーン、クリスタルバイオレットが挙げられる。
【００３７】
有機色素（分光増感色素）を半導体膜１４に吸着させるためには、有機色素を有機溶媒に溶解させて調製した有機色素溶液中に、常温又は加熱下に酸化物半導体膜を基板ととも浸漬すれば良い。前記の溶液の溶媒としては、使用する分光増感色素を溶解するものであれば良く、具体的には、水、アルコール、トルエン、ジメチルホルムアミドを用いることができる。
【００３８】
上記の接着剤１５としては、耐熱性高分子フィルム１１とフッ素樹脂フィルム１６とを接着できるものであればよく、任意の接着剤が用いられるが、例えばＥＶＡ系接着フィルムなどを用いることができる。その他、塗工式の接着剤を用いてもよい。
【００３９】
色素増感型太陽電池を構成する対向電極としては、導電性を有するものであれば良く、任意の導電性材料が用いられるが、電解質のＩ３−イオン等の酸化型のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。このようなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン、コバルト、ニッケル、クロム等が挙げられる。
【００４０】
電解質としては、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等を用いることができるが、これに限定されない。
【００４１】
図２は別の実施の形態に係る色素増感型太陽電池用電極１０Ａの断面図である。
【００４２】
この色素増感型太陽電池用電極１０Ａは、基材フィルムが耐熱性高分子フィルム１１と、ＰＥＴフィルム等の非フッ素樹脂フィルム１８と、該非フッ素樹脂フィルム１８に接着剤１７を介して接着されたフッ素樹脂フィルム１６とで構成されている。耐熱性高分子フィルム１１と、汎用フィルムを構成する非フッ素樹脂系高分子フィルム１８とは接着剤１５によって接着されている。
【００４３】
この基材フィルム上に補助電極１２、透明導電膜１３及び半導体膜１４が形成されている。これら補助電極１２、透明導電膜１３及び半導体膜１４の構成は図１の色素増感型太陽電池用電極１０と同様である。
【００４４】
耐熱性高分子フィルム１１及びフッ素樹脂フィルム１６は図１と同様のものが用いられる。非フッ素樹脂フィルム１８としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が好適であるが、ＰＣ，ＰＭＭＡ，ポリアミド等も用いられる。
【００４５】
接着剤１７としては、上記接着剤１５と同様にＥＶＡ系接着フィルム等の接着フィルムや各種の塗工式のもの等を用いることができる。この接着剤１７には紫外線吸収剤を含有させてある。
【００４６】
このように構成された色素増感型太陽電池用電極１０Ａによっても、上記図１の色素増感型太陽電池用電極１０と同様の効果が奏される。なお、この色素増感型太陽電池用電極１０Ａにあっては、汎用フィルムをＰＥＴ等の非フッ素樹脂フィルム１８とフッ素樹脂フィルム１６とで構成している。このＰＥＴ等の非フッ素樹脂フィルム１８は、一般にフッ素樹脂フィルム１６よりも安価であるので、図２の構成とすることにより、図１の色素増感型太陽電池用電極１０よりも材料コストを低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態に係る色素増感型太陽電池用電極を示す模式的な断面図である。
【図２】別の実施の形態に係る色素増感型太陽電池用電極を示す模式的な断面図である。
【図３】色素増感型太陽電池の一般的な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  基板
２  透明導電膜
３  半導体膜
４  対向電極
６  電解質
１０，１０Ａ  色素増感型太陽電池用電極
１１  耐熱性高分子フィルム
１２  補助電極
１３  透明導電膜
１４  半導体膜
１５，１７  接着剤
１６  フッ素樹脂フィルム
１８  非フッ素樹脂フィルム
【図１】
2005228615.tif 000003
【図２】
2005228615.tif 000004
【図３】
2005228615.tif 000005