(57)【要約】【課題】  電子−正孔結合を抑制して電荷集積効率を向上させることによって、光電変換効率に優れた染料感応太陽電池を提供する。【解決手段】  光電変換効率が向上した染料感応太陽電池を提供するため、本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極が第２電極と互いに対向配置され、第１電極の一方の面には染料が吸着される多孔質膜が形成される。そして、第１電極と第２電極の間には電解質が注入されている。この時、多孔質膜は伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質と第２物質を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性物質からなる第１電極;
前記第１電極の一方の面に形成され、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質と第２物質を含む多孔質膜;
前記多孔質膜に吸着される染料;
前記多孔質膜が形成された前記第１電極の一方の面に対向する第２電極;及び
前記第１電極と第２電極の間の空間に充填される電解質
を含む染料感応太陽電池。
【請求項２】
前記第１物質は、金属酸化物からなり、前記第２物質は前記第１物質より高い伝導帯エネルギー準位を有する物質からなる請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項３】
前記第１物質は、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ酸化物からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる請求項２に記載の染料感応太陽電池。
【請求項４】
前記第２物質は、金属酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ及びＣｄＳのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる請求項２に記載の染料感応太陽電池。
【請求項５】
前記第２物質は、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ及びＣｄＳからなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項２に記載の染料感応太陽電池。
【請求項６】
前記第１物質は、酸化チタンからなり、前記第２物質は酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、および 酸化亜鉛からなる群より少なくとも１種選択することを特徴とする請求項２に記載の染料感応太陽電池。
【請求項７】
前記第１物質の伝導帯エネルギー準位は−８．５〜−３．５eVの範囲内であって、前記第２物質の伝導帯エネルギー準位は−８．０ 〜−３．０eVの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の染料感応太陽電池。
【請求項８】
前記第１物質及び第２物質は粒状物質であって、各々の平均粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項９】
前記第１物質及び第２物質は粒状物質であって、各々の平均粒径が１０〜４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項８に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１０】
前記染料は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒのうちのいずれか一つを含む金属の錯体またはＲｕ錯体を含むことを特徴とする請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１１】
前記多孔質膜は、導電性微粒子または光散乱子を含有することを特徴とする請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１２】
前記第１電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明な基板、及び前記基板を被覆するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む導電性フィルムを含むことを特徴とする請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１３】
前記第２電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明な基板と、前記基板を被覆するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む第１導電性フィルム、及び前記第１導電性フィルム上を被覆するＰｔまたは貴金属からなる第２導電性フィルムを含むことを特徴とする請求項１に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１４】
透光性物質からなる第１電極;
前記第１電極の一方の面に形成されて、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質と第２物質を含み、前記第２物質は前記第１物質の表面に付着しているように形成される多孔質膜;
前記多孔質膜に吸着される染料;
前記多孔質膜が形成された前記第１電極の一方の面と対向する第２電極;及び
前記第１電極と第２電極の間の空間に充填される電解質
を含むことを特徴とする染料感応太陽電池。
【請求項１５】
前記第２物質は、第１物質の表面に薄膜状に形成されることを特徴とする請求項１４に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１６】
前記薄膜状の第２物質の厚さは５〜１００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１５に記載の染料感応太陽電池。
【請求項１７】
透光性物質からなる第１電極及び第２電極を用意する段階;
伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質及び第２物質を含む混合物を調製する段階;
前記混合物を第１電極の一方の面に塗布して前記第１物質と第２物質を含む多孔質膜を形成する多孔質膜形成段階;
前記多孔質膜に染料を吸着させる段階;及び
前記第１電極の多孔質膜に対向するよう、第２電極を配置させて前記第１電極と第２電極の間に電解質を注入して前記第１電極と前記第２電極を接合する段階
を含むことを特徴とする染料感応太陽電池製造方法。
【請求項１８】
前記混合物調製段階は、溶媒に前記第１物質と第２物質を添加・混合して、前記第１物質と第２物質を含む混合物を調製する第１段階と、前記混合物に高分子を添加してスラリー形態の混合物を調製する第２段階を含み、
前記多孔質膜形成段階では、前記混合物を前記第１電極の一方の面に塗布した後、乾燥することを特徴とする請求項１７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項１９】
前記混合物調製段階おける前記第１段階では、水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜３０重量％の酸化チタンと前記酸化チタン含量の０．１〜２０重量％の酸化ストロンチウムを、添加・混合して混合物を調製し、前記第２段階では、前記混合物に前記酸化チタン含量の５〜５０重量％のポリエチレングリコール(PEG)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリー形態の混合物を調整し、
前記多孔質膜形成段階では、前記スラリー形態の混合物を前記第１電極の一方の面に１乃至５０μｍの厚さに塗布した後、乾燥することを特徴とする請求項１８に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記混合物調製段階おける前記第１段階で、溶媒に第１物質と第２物質を形成することができる物質を添加した後、加熱しながら反応させて前記第１物質と第２物質を含む混合物を調製し、前記第２段階で前記混合物に高分子を添加してスラリー形態の混合物を調製し、
前記多孔質膜形成段階では、前記混合物を前記第１電極の一方の面に塗布した後、乾燥することを特徴とする請求項１７に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項２１】
前記混合物調製段階における前記第１段階で、水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜１０重量％のチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）と前記チタンイソプロポキシド含量の０．１〜２０重量％のストロンチウムイソプロポキシド（Ｓｒ（ｉ−ＰｒＯ）４）を添加した後、ｐＨ１〜２、温度２５０〜３５０℃で反応させて酸化チタン及び酸化ストロンチウムが混合された混合物を調製し、前記第２段階で前記混合物に前記酸化チタン含量の５−５０重量％のポリエチレングリコール(PEG)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリー形態の混合物を調製し、
前記多孔質膜形成段階では、前記混合物を前記第１電極の一方の面に１乃至５０μｍの厚さで塗布した後、乾燥することを特徴とする請求項２０に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２２】
前記多孔質膜形成段階で、前記第１電極の一方の面に塗布された混合物を４００℃以上の温度で空気中または酸素雰囲気中で熱処理して乾燥することを特徴とする請求項１８に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２３】
透光性物質からなる第１電極及び第２電極を用意する段階;
前記第１電極の一方の面に第１物質を含む混合物を塗布して乾燥して第１物質を含む多孔質膜を形成する段階;
第２物質が溶解された溶液中に前記多孔質膜が形成された第１電極を浸漬させた後、乾燥して前記第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する段階;
前記多孔質膜に染料を吸着させる段階;
前記多孔質膜が形成された前記第１電極の一方の面と対向するように第２電極を配置させて、前記第１電極と第２電極の間に電解質を注入して前記第１電極と第２電極を接合する段階
を含むことを特徴とする染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２４】
前記第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、
溶媒に前記第１物質及び高分子を添加してスラリー形態の混合物を調製する段階、及び前記混合物を前記第１電極の一方の面に塗布して乾燥する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２５】
前記第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、
水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜３０重量％の酸化チタン及び前記酸化チタン含量の５〜５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリーを調製する段階、前記スラリーを前記第１電極の一方の面に１〜５０μｍの厚さで塗布した後、乾燥する段階を含んで、酸化チタンを含む多孔質膜を形成することを特徴とする請求項２４に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２６】
前記第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する段階では、水に４０重量％の硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）が溶解された溶液に、前記酸化チタンを含む多孔質膜が形成された第１電極を３０分間浸漬させて酸化チタンと酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成することを特徴とする請求項２５に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２７】
前記第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、
溶媒に第１物質を形成することができる物質を添加して後、加熱しながら反応させて高分子を添加して第１物質を含むスラリーを調製する段階、及び前記スラリーを前記第１電極の一方の面に塗布して乾燥することを特徴とする請求項２３に記載の染料感応太陽電池の製造方法。
【請求項２８】
前記第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、
水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜１０重量％のチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）を添加して、ｐＨ１〜２、温度２５０〜３５０℃で反応させて酸化チタンが分散されたコロイドを形成した後、前記コロイドに前記酸化チタンの５〜５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリーを調製する段階、前記スラリーを前記第１電極の一方の面に１〜５０μｍの厚さで塗布した後、乾燥することを特徴とする請求項２７に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項２９】
前記第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する段階では、熱水に４０重量％の酢酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）が溶解された溶液に、前記酸化チタンを含む多孔質膜が形成された第１電極を３０分間浸漬させてから、焼成により酸化チタンと酸化亜鉛からなる多孔質膜を形成することを特徴とする請求項２８に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【請求項３０】
前記第１物質からなる多孔質膜の形成段階では、４００℃以上の温度で空気中または酸素雰囲気で熱処理して乾燥することを特徴とする請求項２３に記載の染料感応太陽電池製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染料感応太陽電池に関し、より詳しくは光電変換効率が向上した染料感応太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
染料感応太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変化させてエネルギーを得るもので、光合成の原理を応用した電池である。
【０００３】
染料感応太陽電池の中で代表的な研究開発としては、１９９１年度に行われた、スイス国立ローザンヌ工科大学（ＥＰＦＬ）のマイケル・グラチェル （Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒａｔｚｅｌ）らの研究がある。マイケルの研究チームにより研究された染料感応太陽電池は、ナノメータ水準（０．３乃至９９９ｎｍ）の粒径を有するアナターゼ型結晶の酸化チタンを利用した染料感応太陽電池である。 アナターゼ型結晶は、ルチル型よりも小さい結晶粒を得やすく触媒機能が強く、密度が低いという特徴を持っている。 結晶粒を更に小さくすると、粒子間の相関がなくなって非晶質になり、アナターゼ型結晶よりも還元力が強くなると言われている。
染料感応太陽電池は、既存のシリコン太陽電池に比べて工程が容易で製造単価が安い長所がある。また、透明な電極からなるので建物外壁ガラス窓やガラス温室などに応用可能であるという利点がある。
【０００４】
しかし、染料感応太陽電池は光電変換効率が低く、商品化するには問題がある。太陽電池の光電変換効率は、太陽光の吸収によって生成された電子の量と比例するので、電子の生成量を増やしたり電子−正孔再結合を防止したりして光電変換効率を高めることができる。その方法として、太陽光の吸収を増加させるか、染料の吸着量を高めることが適用できる。
【０００５】
従来は、太陽光の吸収を高めるため、白金電極の反射率を高めたり、多孔質膜を数マイクロ大きさの半導体酸化物の光散乱子を混合したりして製造する方法などが提示され、また単位面積当りの染料の吸着量を増加させるため、酸化物半導体の粒子をナノメータ水準の大きさで製造する方法などが提示された。
【０００６】
しかし、このような従来の方法では、太陽電池の光電変換効率向上に限界があり、光電変換効率向上のための新たな技術開発が切実に要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためのものであって、その目的は、電子−正孔結合を抑制して電荷集積効率を向上させることによって、光電変換効率に優れた染料感応太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極が第２電極と互いに対向配置され、第１電極の一方の面には染料が吸着される多孔質膜が形成される。そして、第１電極と第２電極の間には電解質が注入されている。この時、多孔質膜は、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質と第２物質を含む。
【０００９】
第１物質は金属酸化物からなり、第２物質は第１物質より高い伝導帯エネルギー準位を有することができる。
【００１０】
第１物質としては、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ酸化物からなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなることができる。
【００１１】
第２物質としては、金属酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ及びＣｄＳからなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなることができる。また、第２物質はＴｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ及びＣｄＳからなる群より選択されるいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなることができる。
【００１２】
第１物質は酸化チタンからなり、第２物質は酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化亜鉛からなることができる。
【００１３】
第１物質の伝導帯エネルギー準位は、−８．５〜−３．５eVの範囲内で、第２物質の伝導帯エネルギー準位は、−８．０〜−３．０eVの範囲内にあることができる。
【００１４】
第１物質及び第２物質は、平均粒径が１００ｎｍ以下の粒子からなることができる。この時、第１物質及び第２物質平均粒径が１０〜４０ｎｍの範囲内の粒子からなることが好ましい。
【００１５】
染料は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒのうちのいずれか一つを含む金属の錯体またはＲｕ錯体を含むことができる。
【００１６】
多孔質膜は、導電性微粒子または光散乱子のうちの少なくとも一つを含有することができる。
【００１７】
第１電極はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明な基板及びこの基板を被覆するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちの少なくとも何れか一つを含んで成る導電性フィルムを含むことができる。
【００１８】
第２電極は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）のうちのいずれか一つを含む透明な基板と、この基板を被覆するインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素添加スズ酸化物（ＦＴＯ）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む第１導電性フィルム及び第１導電性フィルム上を被覆するＰｔまたは貴金属からなる第２導電性フィルムを含むことができる。
【００１９】
また、本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極が第２電極と互いに対向配置され、第１電極の一方の面には染料が吸着された多孔質膜が形成される。そして、第１電極と第２電極の間の空間には、電解質が収納される。この時、多孔質膜は、第１物質と第２物質を含み、第２物質は前記第１物質の表面に形成される。また、第２物質は第１物質の表面に薄膜で形成されることができて、厚さは５〜１００ｎｍ以下でありうる。
【００２０】
一方、本発明による染料感応太陽電池を製造するためには、透光性物質からなる第１電極及び第２電極を用意して、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質及び第２物質の混合物を製造し、この混合物を第１電極の一方の面に塗布して第１物質と第２物質を含む多孔質膜を形成した後、多孔質膜に染料を吸着させる。
【００２１】
第１電極の多孔質膜と対向するよう、第２電極を配置させて、多孔質膜及び第２電極の間に電解質を注入し、第１電極と第２電極を接合して染料感応太陽電池の製造を完了する。
【００２２】
混合物製造段階は、溶媒に第１物質と第２物質を添加・混合して、第１物質と第２物質を含む混合物を製造する第１段階と、混合物に高分子を添加してスラリー形態の混合物を製造する第２段階を含む。多孔質膜形成段階では、混合物を第１電極の一方の面に塗布した後、乾燥する。
【００２３】
混合物製造段階の第１段階で、水、エタノール、メタノールの中のいずれか一つからなる溶媒に、５〜３０重量％の酸化チタンと酸化チタン含量の０．１〜２０重量％の酸化ストロンチウムを添加・混合して混合物を製造し、第２段階では、混合物に酸化チタン含量の５〜５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイ（ＰＥＯ）を添加する。
【００２４】
多孔質膜形成段階では、混合物を第１電極の一方の面にスクリーン印刷またはドクターブレード法で１乃至５０μｍの厚さに塗布した後、乾燥する。
【００２５】
混合物製造段階の第１段階で、溶媒に第１物質と第２物質を形成することができる物質を添加した後、加熱しながら反応させて第１物質と第２物質を含む混合物を製造し、第２段階では、混合物に高分子を添加してスラリー形態の混合物を製造する。
【００２６】
多孔質膜形成段階では、混合物を第１電極の一方の面に塗布した後、乾燥する。
【００２７】
混合物製造段階の第１段階で、水、エタノール、メタノールのうちの一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜１０重量％のチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）とチタンイソプロポキシド含量の０．１〜２０重量％のストロンチウムイソプロポキシド（Ｓｒ（ｉ−ＰｒＯ）４）を添加した後、ｐＨ１〜２、温度２５０〜３５０℃下で反応させて、酸化チタン及び酸化ストロンチウムが混合された混合物を製造し、第２段階で混合物に酸化チタン含量の５−５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリー形態の混合物を製造する。
【００２８】
多孔質膜形成段階では、混合物を第１電極の一方の面にスクリーン印刷またはドクターブレード法で１乃至５０μｍの厚さに塗布した後、乾燥する。
【００２９】
多孔質膜形成段階で、第１電極の一方の面に塗布された混合物を４００℃以上の温度で空気中、または酸素雰囲気で熱処理して乾燥する。
【００３０】
一方、本発明による染料感応太陽電池を製造するための他の方法としては、透光性物質からなる第１電極及び第２電極を用意して、第１電極の一方の面に第１物質を含む混合物を塗布・乾燥して、第１物質を含む多孔質膜を形成した後、第２物質が溶解された溶液中に多孔質膜が形成された第１電極を浸漬・乾燥して、第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する。このように形成された多孔質膜に染料を吸着させる。そして、多孔質膜が形成された第１電極の一方の面と対向するように第２電極を配置させて、第１電極と第２電極の間に電解質を注入し、第１電極と第２電極を接合して染料感応太陽電池の製造を完了する。
【００３１】
第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、溶媒に前記第１物質及び高分子を添加してスラリー形態の混合物を形成する段階、及び混合物を第１電極の一方の面に塗布して乾燥する段階を含む。この時、第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜３０重量％の酸化チタン及び酸化チタン含量の５〜５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加してスラリーを製造する段階、スラリーを第１電極の一方の面にスクリーン印刷またはドクターブレード法によって１〜５０μｍの厚さに塗布した後、乾燥する段階を経て、酸化チタンを含む多孔質膜を形成する。
【００３２】
第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する段階では、水に４０重量％の硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）が溶解された溶液に、酸化チタンを含む多孔質膜が形成された第１電極を、３０分間浸漬させて酸化チタンと酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成する。
【００３３】
第１物質を含む多孔質膜を形成する段階では、溶媒に第１物質を形成することができる物質を添加して後、加熱しながら反応させて高分子を添加して第１物質を含むスラリーを製造する段階、及びスラリーを第１電極の一方の面に塗布して乾燥する。この時、第１物質を含む多孔質膜を形成する段階は、水、エタノール、メタノールのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる溶媒に、５〜１０重量％のチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）を添加してｐＨ１〜２、温度２５０〜３５０℃下で反応させて酸化チタンが分散されたコロイドを形成した後、コロイドに酸化チタンの５〜５０重量％のポリエチレングリコール(ＰＥＧ)またはポリエチレンオキサイド(PEO)を添加して、スラリーを製造する段階、スラリーを第１電極の一方の面にスクリーン印刷またはドクターブレード法によって１〜５０μｍの厚さに塗布した後、乾燥する。
【００３４】
第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成する段階では、水に４０重量％の硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）が溶解された溶液に、酸化チタンを含む多孔質膜が形成された第１電極を３０分間浸漬させて酸化チタンと酸化ストロンチウムからなる多孔質膜を形成する。
【００３５】
第１物質からなる多孔質膜の形成段階では、４００℃以上の温度で空気中または酸素雰囲気で熱処理して乾燥することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明による染料感応太陽電池は伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質及び第２物質を含む多孔質膜が形成される。この時、第２物質は、第１物質と染料分子の間にエネルギー障壁を作ることで、電子−正孔再結合を抑制して電荷集積効率を高める。従って、従来の単一物質でできた多孔質膜が形成された染料感応太陽電池に比べて３５％以上の効率が向上し、結果的に染料感応太陽電池の商品化可能性を高める効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下では、添付図を参照にして、本発明による染料感応太陽電池について詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。図面に示されているように、本発明による染料感応太陽電池は、透光性物質からなる第１電極１０が、第２電極２０と所定の間隔をおいて互いに対向配置され、第２電極２０に対向する第１電極１０面には多孔質膜３０が形成される。多孔質膜３０には、染料４０が吸着されて、第１電極１０と第２電極２０の間の空間には電解質５０が充填される。
【００３９】
第１電極１０は、第１透明基板１１と、基板１１を覆う導電性フィルム１２を含む。第１透明基板１１は、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと言う）、ポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと言う）、ポリカーボネート（以下、ＰＣと言う）、ポリプロピレン（以下、ＰＰと言う）、ポリイミド（以下、ＰＩと言う）、トリアセテートセルロース（以下、ＴＡＣと言う）のうちのいずれか一つを含んで形成される。導電性フィルム１２の導電体は、インジウムスズ酸化物（以下、ＩＴＯと言う）、フッ素添加酸化スズ（以下、ＦＴＯと言う）、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちの一つを含む。
【００４０】
第２電極２０に近接して対向する第１電極１０の一方の面には、反応性物質を含む多孔質膜３０が形成される。本発明において、多孔質膜３０が含む反応性物質は、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質３１と第２物質３２である。図１に示す第１物質３１と第２物質３２は、少なくとも一方の平均粒径がナノメートル水準の微粒子からなる。
【００４１】
第１物質３１は、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ複合酸化物からなる群の何れか一つまたはこれらの組み合わせから選ぶことができる。
【００４２】
第２物質３２は、第１物質３１より高い伝導帯エネルギー準位を有する物質であって、金属酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＣｄＳからなる群のいずれか一つまたはこれらの組み合わせから選ぶことができる。つまり、第２物質３２は、Ｔｉ酸化物、Ｚｒ酸化物、Ｓｒ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｉｒ酸化物、Ｌａ酸化物、Ｖ酸化物、Ｍｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｎｂ酸化物、Ｍｇ酸化物、Ａｌ酸化物、Ｙ酸化物、Ｓｃ酸化物、Ｓｍ酸化物、Ｇａ酸化物、及びＳｒＴｉ酸化物、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＣｄＳのうちのいずれか一つまたはこれらの組み合わせから選ぶことができる。
【００４３】
一例として、第１物質を酸化チタン（特にアナターゼ型結晶のＴｉＯ２）とし、第２物質は酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化亜鉛から選ぶことができる。この時、酸化物を微粒子とし、各粒子が互いに離散的、または、全体として多孔的な構造であることが望ましい。また適切な表面粗度にするため、均一な粒径を有することが好ましい。
【００４４】
ここでいう微粒子は、いわゆるナノ粒子であって平均粒径１００ｎｍ以下、好ましくは１０〜４０ｎｍの粒径を有する。平均粒径が１０ｎｍ以下より小さいと接着力が低くなり、安定した多孔質膜３０を形成するのが難しく、 酸化チタンＴｉＯ２の粒径が４０ｎｍより大きくなれば、染料を吸着できる表面積が減少して光電変換効率が落ちる。従って、形成工程と効率を考慮すると、多孔質膜３０を構成するナノ粒子は１０〜４０ｎｍ粒径を有することが好ましい。
【００４５】
前記多孔質膜３０は、第１物質と第２物質を含むスラリー形態の混合物を第１電極１０の一方の面に被覆した後、熱処理することによって形成できる。
【００４６】
被覆は、一般にドクターブレードまたはスクリーン印刷などの方法が用いられる。多孔質膜３０を透明膜に形成するため、スピン被覆またはスプレー方法を利用することができ、その他にもスクイズを含む一般的な湿式被覆方法を適用することができる。被覆法によって要求されるペーストの物性も少しずつ変わる。そして、熱処理はバインダーを添加した場合、４００〜６００℃で約３０分間行い、バインダーを添加しない場合には、２００℃以下でも処理可能である。より詳細な多孔質膜３０の形成工程については後述する。
【００４７】
また、多孔質膜３０の多孔性の維持が目的で、多孔質膜３０に高分子を添加して熱処理（４００〜６００℃）を行うと、多孔性の高い塗布膜が得られるが、この場合には熱処理後、有機物が残存しない高分子を選択しなければならない。
【００４８】
適切な高分子としては 、ポリエチレングリコール（以下、ＰＥＧと言う）、ポリエチレンオキシド（以下、ＰＥＯと言う）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピリドン（ＰＶＰ）などがある。これらの中で、塗布法を含んだ塗布条件を考慮し、適した分子量を有するものを選択して添加すると良い。このような高分子を添加すると、多孔性向上のみならず、分散性向上、粘度増加による成膜性及び基板との付着力も向上させることができる。
【００４９】
そして、多孔質膜３０は、導電性微粒子及び光散乱子の中の何れか一つ、または双方を含むことができる。導電性微粒子は、電子の移動を容易にする役割を果たして、ＩＴＯなどで作る。光散乱子は、光路を延長させて、光電変換効率を向上させる役割を果たす。また光散乱子は、多孔質膜の主成分物質と同一物質（同じ原料・加工法で作られたもの、または、同じ性質のもの）から作ることができて、平均粒径１００ｎｍ以上に形成してもよい。多孔質膜３０において、ナノメートル水準の粒径を有する粒子表面には、染料４０を吸着させることができる。染料４０は、可視光を吸収する物質を含んで構成され、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｅｕ、Ｐｂ、Ｉｒなどの金属錯体及びＲｕ錯体を含むことができる。また、複合体でもよい。Ｒｕは、白金族に属する元素で、多くの有機金属錯化合物を作ることができる。
【００５０】
太陽電池用に適した染料として最も一般的なものは、Ｒｕ（ｅｔｃｂｐｙ）２（ＮＣＳ）２・２ＣＨ３ＣＮタイプである。ここでｅｔｃは、（ＣＯＯＥｔ）２またはｒ（ＣＯＯＨ）２であり、多孔質膜（例えば、ＴｉＯ２を骨格とする膜）表面と結合可能な反応基である。この他にも可視光内の長波長吸収を改善して効率を向上させる染料及び電子放出が容易な新たなタイプの染料を開発中で、染料の反応基を改善して電子と正孔の再結合を防止して効率を向上させようとしている。
【００５１】
また、染料感応太陽電池の染料としての有機色素に対する研究も進められている。有機色素としては、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）、ポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）、キサンテン（ｘａｎｔｈｅｎｅ）、リボフラビン（ｒｉｂｏｆｌａｖｉｎ）、トリフェニルメタン（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎ）などがある。有機色素は、単独で使用する事もできれば、Ｒｕ錯体と混合して使用することもできる。有機色素は、安価でありながら素材が豊富で高い活用可能性を有している。また、有機色素を使用することで、長波長の可視光吸収を改善することができるので、効率を向上させることができる。
【００５２】
染料４０を吸着させるには、染料４０を溶解したアルコール溶液に、多孔質膜３０を塗布した第１電極１０を１２時間程度浸漬させればよく、多孔質膜３０に自然に吸着される。そして、第１電極１０と対向配置される第２電極２０は、第２透明基板２１と、この基板２１を覆う第１導電性フィルム２２及び第１導電性フィルム２２を覆う第２導電性フィルム２３を備える。基板２１は、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、ＰＰ、ＰＩ、ＴＡＣのうちのいずれか一つを含み、第１導電性フィルム２２は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３のうちのいずれか一つを含む。
【００５３】
第２導電性フィルム２３を作る一つの材料として、白金Ｐｔがある。Ｐｔを含む第２導電性フィルム２３を形成するためには、第１導電性フィルム２２上に有機溶剤（ＭｅＯＨ、ＥｔＯＨ、ＩＰＡなど）に溶解されたＨ２ＰｔＣｌ６溶液を湿式被覆（スピン被覆、浸漬被覆、流し塗り被覆など）した後、４００℃以上の空気中、または酸素雰囲気での高温熱処理などの方法が適用できる。この他にも電解メッキ、スパッタリング、電子ビーム蒸着などの物理気相蒸着（ＰＶＤ）方法を適用できる。
【００５４】
電解質５０は、第１電極１０と第２電極２０の間の空間に収納されて、多孔質膜３０の内部に均一に分散されている。電解質５０は、ヨウ化物（ｉｏｄｉｄｅ）/三ヨウ化物（ｔｒｉｏｄｉｄｅ）の対からなり、酸化、還元によって第２電極２０から電子を受けて染料４０に伝達する役割を果たす。太陽電池の電圧は、染料のエネルギー準位と電解質の酸化、還元準位の差によって決定される。
【００５５】
本発明による染料感応太陽電池は、第１電極１０及び第２電極２０の周縁部を、接着剤６０ａで互いに接合させた後、第１電極１０及び／又は第２電極２０の非接合部（例えば、中央部）を貫通する微細孔を形成して、この孔を通して、二つの電極の間の空間に電解質５０溶液を注入してから、孔の外部を接着剤６０ｂで密封して製造される。
【００５６】
接着剤６０ａ、６０ｂとしては、接着フィルムを用いることができ、例えばデュポン社のサーリン（商品名：Sｕｒｌｙｎ、日本では「ハイミラン」）がある。このような接着フィルムを二つの電極の間に挟んだ後、加熱プレスにより密閉させる。その他の接着剤の種類としては、エポキシ樹脂または紫外線（ＵＶ）硬化剤がある。このような接着剤６０ａ、６０ｂは、塗布後に、熱処理またはＵＶ処理を行ってから硬化する事も出来る。
【００５７】
このような構造の染料感応太陽電池内に太陽光及び熱線が入射すると、光量子はまず染料に吸収され、励起状態となった染料の酸化により放出された電子が、多孔質膜に含まれる、または、構成要素である、遷移金属酸化物の伝導帯に送られる。伝導帯では電子が自由に移動できるので、第１電極に移動した後に、外部回路を通って第２電極に移動する。電解質は、酸化・還元反応によって相手電極から電子を受けて、酸化されていた染料に伝達するので、染料は元来の状態に還元される。このような電子の移動によって太陽電池が作動する。
【００５８】
以下では、本発明の他の実施例による染料感応太陽電池について詳細に説明する。本実施例は前記実施例と基本的な構成が同一で、多孔質膜をなす物質も同一である。本実施例は前記実施例と第１物質と第２物質の形態だけが異なるので、以下では、第１物質と第２物質の形態に関する説明のみ行い、他の説明を省略する。
【実施例】
【００５９】
図２は、本発明の他の実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。前述した実施例と同一構成要素は、同一参照符号を使用した。
【００６０】
多孔質膜７０は、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質７１及び第２物質７２を含む。図２に示す第１物質７１は、ナノメートル水準の平均粒径を有する粒子形態に構成でき、第２物質７２は第１物質７１の表面に薄膜形態で構成してもよい。
【００６１】
この時、第１物質７１のナノ粒子は、多孔性と適切な表面粗度のため、均一な粒径を有するように形成するのが好ましい。つまり、第１物質７１のナノ粒子は、平均粒径１００ｎｍ以下の範囲内であり、好ましくは１０〜４０ｎｍの粒径を有する。第１物質７１は、例えばＴｉＯ２からなることができるが、ＴｉＯ２の粒径が１０ｎｍ以下より小さいと接着力が低いため、安定した多孔質膜を形成することが難しく、ＴｉＯ２の粒径が４０ｎｍより大きければ、染料が吸着できる表面積が減少して光電変換効率が落ちる。
【００６２】
そして、第１物質７１の表面に薄膜形態で形成される第２物質７２は５〜１００ｎｍの厚さを有する。
【００６３】
図３ａは、本発明による染料感応太陽電池において、多孔質膜と染料のエネルギー準位を示しており、図３ｂは、比較例による染料感応太陽電池での多孔質膜と染料のエネルギー準位を示す。
【００６４】
図３ａには、多孔質膜が第１物質と第２物質を含み、第１物質が酸化チタン、第２物質が酸化ストロンチウムである例を、図３ｂには多孔質膜が酸化チタンのみからなる例を示す。
【００６５】
図３ａに示すように、本発明の実施例では酸化ストロンチウムの伝導帯エネルギー準位が酸化チタンの伝導帯エネルギー準位より高い。太陽光や熱線によって染料分子から生成された励起電子が酸化チタンに遷移する時、酸化ストロンチウムの伝導帯エネルギー準位が染料分子と酸化チタンの中間レベルにあって、エネルギー障壁として作用する。従って、酸化ストロンチウムが電子−正孔対の再結合を遮断して、酸化チタンへの転移を円滑にする役割を果たすので、光電変換効率を向上させることができる。
【００６６】
以下では、本発明の染料感応太陽電池の製造方法において、多孔質膜を製造する工程について詳細に説明する。
【００６７】
前記第１実施例と第２実施例による染料感応太陽電池を製造するためには、伝導帯エネルギー準位が互いに異なる第１物質及び第２物質を含む混合物を調製した後、その混合物を第１電極の一方の面に塗布して第１物質及び第２物質の混合物からなる多孔質膜を形成することができる。
【００６８】
他の方法としては、第１電極の一方の面に第１物質からなる多孔質膜を形成してから、この（第１物質からなる多孔質膜が形成された）第１電極を所定溶液に浸漬させてから乾燥して、第１物質及び第２物質を含む多孔質膜を形成することもできる。
【００６９】
本発明による多孔質膜を製造する多様な方法について詳細に説明する。
（製造例１）
製造例１では、第１物質の酸化物微粒子と第２物質の酸化物微粒子を混合して多孔質膜を形成する。この時、第１物質として酸化チタンを、第２物質としては酸化ストロンチウムを使用して、酸化チタン粉末と酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成する。
【００７０】
まず、溶媒（水、エタノール、メタノールまたはその混合溶媒）に、５〜３０重量％の商業用アナターゼ酸化チタン粉末と酸化チタン含量の０．１〜２０重量％の商業用酸化ストロンチウムを添加した後、ボールミルあるいはペイントシェーカー方式で混合して、均一な酸化チタンと酸化ストロンチウムコロイド混合物を完成する。 成分含有量は特記しなければコロイド混合物を１００重量％とする。
【００７１】
次に、完成したコロイド混合物に、ＰＥＧ、ＰＥＯを酸化チタン含量の５〜５０重量％の量を添加・分散させて、スクリーン印刷あるいはドクターブレード法で被覆が可能になるよう、スラリー形態に調製する。
続いて、このように調製されたスラリーをガラス基板にＩＴＯ、また必要ならＦＴＯなどを更に形成した第１電極の一方の面に、スクリーン印刷またはドクターブレード法で、１〜５０μｍの厚さに塗布する。そして、４００℃以上の空気中、または酸素雰囲気での熱処理により、溶媒及び有機高分子を揮発させる。そうすると、酸化物粒子の間に粒間結合手が形成され、基板との密着力を与えられて、酸化チタンと酸化ストロンチウムを含む多孔質膜が形成される。
（製造例２）
製造例２では、水熱合成により、多孔質膜を形成した。
【００７２】
まず、遷移金属酸化物と酸化ストロンチウムとの混合物を製造するため、溶媒（水、エタノール、メタノールまたはその混合溶媒）にチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）を５〜１０重量％に添加し、ストロンチウムイソプロポキシド（Ｓｒ（ｉ−ＰｒＯ）２）をチタンイソプロポキシドの０．１〜２０重量％に添加・溶解して、硝酸あるいは酢酸を添加してｐＨを１〜２の範囲に調整し、溶解結果物を製造する。このような溶解結果物をオートクレーブ内で２５０〜３５０℃で高熱反応させると、５〜３０ｎｍの粒径を有する酸化チタンと酸化ストロンチウムの混合物が作られる。
【００７３】
次に、混合物に酸化チタン含量の５〜５０重量％のＰＥＧ、ＰＥＯを添加してスクリーン印刷あるいはドクターブレード法で被覆可能なように、スラリー形態に作る。
【００７４】
続いて、このように調製されたスラリーをガラス基板にＩＴＯ、更にＦＴＯなどを被覆した第１電極の一方の面に、スクリーン印刷あるいはドクターブレード法で１〜５０μｍの厚さに塗布する。そして、４００℃以上の空気中または酸素雰囲気で熱処理を行い、溶媒及び有機高分子を揮発させる。そうすると、酸化物粒子の間に粒間結合手が形成され、基板との密着力を与えられて、酸化チタンと酸化ストロンチウムを含む多孔質膜が形成される。
（製造例３）
製造例３では、第１物質として酸化チタンを、第２物質としては酸化ストロンチウムを使用し、酸化チタン粉末と酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成する。
【００７５】
まず、溶媒（水、エタノール、メタノールまたはその混合溶媒）に商業用アナターゼ酸化チタン粉末を５〜３０重量％になるように添加し、さらに、ＰＥＧ、ＰＥＯを酸化チタン含量の５〜５０重量％の量で添加して超音波処理、ペイントシェーカー、撹拌機、３−ロールミル、アペックスミルなどで分散して、スクリーン印刷あるいはドクターブレード法で被覆可能な粘度有するスラリー形態に作る。
【００７６】
次に、スラリーをガラス基板にＩＴＯ、更にＦＴＯなどを被覆した第１電極の一方の面に、スクリーン印刷あるいはドクターブレードで１〜５０μｍの厚さに塗布する。そして、４００℃以上の空気中あるいは酸素雰囲気で熱処理して、溶媒及び有機高分子を揮発させる。そうすると、酸化物粒子の間に粒間結合手が形成され、基板との密着力も与えられて、酸化チタンからなる多孔質膜が形成される。
【００７７】
最後に、酸化チタンからなる多孔質膜が形成された基板を、水に硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）を４０重量％で飽和溶解した溶液に３０分間浸漬した後、４００℃以上の空気中または酸素雰囲気で熱処理して酸化チタンと酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成する。
（製造例４）
まず、溶媒（水、エタノール、メタノールまたはその混合溶媒）にチタンイソプロポキシド（Ｔｉ（ｉ−ＰｒＯ）４）を５〜１０重量％を添加し、さらに硝酸または酢酸を添加してｐＨ１〜２範囲の溶解結果物を作る。このような溶解結果物を、オートクレーブ内で２５０〜３５０℃で高熱反応させると、５〜３０ｎｍの粒径を有する酸化チタン混合物が形成される。
【００７８】
次に、ＰＥＧ、ＰＥＯを酸化チタン含量の５〜５０重量％の量で添加して、スクリーン印刷あるいはドクターブレード法で被覆可能なようにスラリー形態に作る。
【００７９】
続いて、このように製造されたスラリーをガラス基板にＩＴＯ更にＦＴＯなどを被覆した第１電極の一方の面に、スクリーン印刷あるいはドクターブレードで１〜５０μｍの厚さに塗布する。そして、４００℃以上の空気中または酸素雰囲気で熱処理して溶媒及び有機高分子を揮発させる。そうすると、酸化物粒子の間に粒間結合手が形成され、基板との密着力を与えられて、酸化チタンを含む多孔質膜が形成される。
【００８０】
最後に、酸化チタンを含む多孔質膜が形成された基板を、水に硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）を４０重量％で飽和・溶解した溶液に３０分間浸漬した後、４００℃以上の空気中または酸素雰囲気で熱処理して酸化チタン−酸化ストロンチウムを含む多孔質膜を形成する。
（実施例）
前記製造例１乃至４により形成された多孔質膜が付着する第１電極に、ルテニウム染料分子（Ｒｕ−ｄｙｅ）を吸着させる。そして、ガラス基板上にＩＴＯ及び白金層を順次形成して製造した第２電極と、多孔質膜と染料が形成された第１電極を白金層と多孔質膜が互いに近接対向するように配列した後、電極の間にサーリンからなる高分子層を配置して、約１００℃の温度でプレスして付着した。
【００８１】
電解質溶液は、予め開けておいた第２電極の微細孔を通して注入された後、孔はエポキシ樹脂で密封して染料感応太陽電池を完成した。
この時、電解質溶液は０．５Ｍのテトラプロピルアンモニウムアイオダイド（ｔｅｔｒａｐｒｏｐｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｉｏｄｉｄｅ）あるいは０．８Ｍのヨウ化リチウム（ＬｉＩ）を０．０５Ｍのヨードと共にアセトニトリルに溶解し製造した。
（比較例）
比較例では、混合物でない単一酸化チタンからなる多孔質膜を利用した染料感応太陽電池を製造し、その他の工程条件は同一である。
【００８２】
光電変換効率測定は、ハロゲンランプを光源として使用し、Ｓｉ−標準セルで１００ｍＷ/ｃｍ２の強さを補正して行われた。このように測定された電流−電圧結果を図３及び表１に示した。
【００８３】
図４は、本発明の実施例と比較例による染料感応太陽電池の電圧−電流の関係を示したグラフである。図４の（ａ）は、実施例による染料感応太陽電池の電圧−電流グラフであり、図４の（ｂ）は、比較例による染料感応太陽電池の電圧−電流グラフである。これは１００ｍＷ/ｃｍ２の光源とＳｉ標準セルを利用して電流及び電圧を測定ものである。
【００８４】
図４に示されているように、実施例が比較例と比べて電流密度が高い結果となり、実施例における光電変換効率がより優れていることが分かった。
【００８５】
【表１】
2005174934.tif 000003
そして、表１に示したように本発明の実施例による太陽電池は比較例による太陽電池と比べてフィルファクタ（ＦＦ）の大きな減少なしに開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）が大きく上昇したことが分かる。これにより光電変換出力最大値が比較例より３５％以上向上した結果を示した。
【００８６】
本実施例で提示した酸化ストロンチウムだけでなく、酸化チタン伝導帯エネルギー準位より高いエネルギー準位を有する遷移金属酸化物、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）あるいは非酸化物としてガリウムリン（ＧａＰ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）なども用いることができて、好ましくは安定性がより優れた酸化物の使用が可能である。
【００８７】
以上を通して、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されることがなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付図の範囲内で多様に変形して実施可能であって、これらも本発明の範囲に属するものとみなす。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による染料感応太陽電池の構造を示した断面図である。
【図３】図３ａ〜３ｂは、各々本発明の実施例及び比較例による染料感応太陽電池において、多孔質膜と染料のエネルギー準位を示した図である。
【図４】本発明の実施例（ａ）及び比較例（ｂ）による染料感応太陽電池の光電変換効率を測定した電圧−電流グラフである。
【符号の説明】
【００８９】
１０            第１電極
１１            第１透明基板
１２            導電性フィルム
２０            第２電極
２１            第２透明基板
２２            第１導電性フィルム
２３            第２導電性フィルム
３０            多孔質膜
３１            第１物質
３２            第２物質
５０            電解質
６０ａ          接着剤
６０ｂ          接着剤
７０            多孔質膜
７１            第１物質
７２            第２物質
【図１】
2005174934.tif 000004
【図２】
2005174934.tif 000005
【図３】
2005174934.tif 000006
【図４】
2005174934.tif 000007