(57)【要約】【課題】  実用的に十分な光電変換効率を有する色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】  本発明の色素増感型太陽電池２０１は、透光性基板１（ガラス基板等）、その一面に設けられた透光性導電層２１（ＦＴＯ等からなる。）及びその表面に設けられた増感色素（金属錯体色素等）を有する半導体電極３（チタニア等からなる。）を備える第１基体１０１と、基板４及びその一面に設けられた触媒層５１を備える第２基体１０２と、半導体電極３と触媒層５１との間に配設された電解質層６（Ｉ２と、ＬｉＩ等とを組み合わせた電解質などを含有する。）と、透光性基板１の他面に設けられた第１集電電極７１及び第１集電電極７１と透光性導電層２１とを接続するスルーホール導体１１とを有する。また、色素増感型太陽電池２０３のように、基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び第２集電電極７２と触媒層５１とを接続するスルーホール導体４１を有していてもよい。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板１、該透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１及び該透光性導電層２１の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３を備える第１基体１０１と、
基板４及び該基板４の一面に設けられた触媒層５１を備え、且つ該触媒層５１が該半導体電極３に対向するように配置された第２基体１０２と、
上記半導体電極３と上記触媒層５１との間に設けられた電解質層６と、
上記透光性基板１の他面に設けられた第１集電電極７１及び該第１集電電極７１と上記透光性導電層２１とを接続するスルーホール導体１１と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
上記基板４と上記触媒層５１との間に更に導電層２２を有する請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
上記基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び該第２集電電極７２と上記触媒層５１とを接続するスルーホール導体４１を有する請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
上記基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び該第２集電電極７２と上記導電層２２とを接続するスルーホール導体４１を有する請求項２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
上記第１集電電極７１の平面形状が、格子状、櫛歯状又は放射状である請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
上記第１集電電極７１及び上記第２集電電極７２の各々の平面形状が、それぞれ格子状、櫛歯状又は放射状である請求項３又は４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
上記第１集電電極７１の平面形状が格子状、櫛歯状又は放射状であり、上記第２集電電極７２の平面形状が面状である請求項３又は４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項８】
上記第１集電電極７１が金属からなる請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項９】
上記第１集電電極７１及び上記第２集電電極７２の各々が、それぞれ金属からなる請求項３又は４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１０】
上記スルーホール導体１１は、貴金属、銅、タングステン、ニッケル及びチタンのうちの少なくとも１種を含有する請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１１】
上記スルーホール導体１１及び上記スルーホール導体４１の各々は、それぞれ貴金属、銅、タングステン、ニッケル及びチタンのうちの少なくとも１種を含有する請求項３又は４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１２】
上記スルーホール導体１１を形成するため上記透光性基板１に設けられたスルーホールの径方向の最大寸法は０．０５〜１ｍｍであり、隣り合う各々のスルーホールのそれぞれの縁部間の距離が１〜１０ｍｍである請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１３】
上記スルーホール導体１１を形成するため上記透光性基板１に設けられたスルーホール及び上記スルーホール導体４１を形成するため上記基板４に設けられたスルーホールの各々の径方向の最大寸法は０．０５〜１ｍｍであり、隣り合うそれぞれのスルーホールの各々の縁部間の距離が１〜１０ｍｍである請求項３又は４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１４】
上記触媒層５１は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも１種からなる請求項１乃至１３のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１５】
上記透光性基板１又は上記透光性導電層２１と、上記基板４又は上記触媒層５１との間が、上記半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１６】
上記透光性基板１又は上記透光性導電層２１と、上記基板４、上記触媒層５１又は上記導電層２２との間が、上記半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項４に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１７】
透光性基板１、該透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１及び該透光性導電層２１の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３を備える第１基体１０１と、
基板４及び該基板４の一面に設けられた触媒層５１を備え、且つ該触媒層５１が該半導体電極３に対向するように配置された第２基体１０２と、
上記半導体電極３と上記触媒層５１との間に設けられた電解質層６と、
上記透光性基板１と上記透光性導電層２１との間又は該透光性導電層２２の表面に設けられた第３集電電極７３、該透光性基板１の他面に設けられた第１取り出し電極９１及び該第３集電電極７３と該第１取り出し電極９１とを接続するスルーホール導体１２と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項１８】
上記基板４と上記触媒層５１との間に更に導電層２２を有する請求項１７に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１９】
上記基板４と上記触媒層５１との間に設けられた第４集電電極７４、該基板４の他面に設けられた取り出し電極９２及び該第４集電電極７４と該取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有する請求項１７記載の色素増感型太陽電池。
【請求項２０】
上記基板４と上記導電層２２との間、又は該導電層２２の表面に設けられた第４集電電極７４、該基板４の他面に設けられた取り出し電極９２及び該第４集電電極７４と該取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有する請求項１８に記載の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、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池に関する。更に詳しくは、集電電極を設けることにより半導体電極において発生した電子を効率よく集めることができ、その結果、光電変換効率を向上させることができる色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）等を用いた太陽電池が実用化され、主力技術となっている。これらの太陽電池のなかで、特に単結晶シリコンを用いた場合は、光電変換の効率も２０％に近く優れているが、高価であるという問題がある。更に、シリコン系太陽電池は一般に素材製造にかかるエネルギーコストが高く、環境負荷などの面でも課題が多く、材料供給等における制限もあり、高価であるうえに多くの課題を有している。
【０００３】
近年、Ｇｒａｔｚｅｌ等により提案された色素増感型太陽電池が安価な太陽電池として注目されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照。）。この太陽電池は、増感色素を担持させたチタニア多孔質電極と対極との間に電解質体を介在させた構造を有し、現行のシリコン系太陽電池に比べて光電変換効率は低いものの、材料、製法等の面で大幅なコストダウンが可能である。
この色素増感型太陽電池の光電変換効率を高めるためには、光照射により発生した電子を効率よく集めることが重要であり、そのためには導電性部材の内部抵抗を低減する必要がある。特に、十分な透光性が必要であるため極薄に形成される透光性導電層等では、内部抵抗の増大がより問題であり、透光性導電層等の面積、即ち、太陽電池の面積が大きくなるほど、抵抗増大による光電変換効率の低下が顕著となる。そこで、電子を効率よく集めるための種々の形態の集電電極が提案されている。この集電電極としては、透明基板と透明導電膜との間、又は透明導電膜の表面に、透明基板を所定の領域に分割するように配置され、電極部の内部抵抗を低減して光電変換効率を高める形態のものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、透明導電性基板上に、アルミニウム、銅、銀等の金属からなり、平行線状、格子状等のパターン、並びに特定の線幅、厚さ及びピッチを有する金属リード（集電電極）が設けられた光電変換素子も知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２２０３８０号公報
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ誌（第３５３巻、ｐｐ．７３７−７４０、１９９１年）
【特許文献２】特開２０００−２３１９４２号公報
【特許文献３】特開２０００−２８５９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、特定の集電電極を配設することにより、実用的に十分な光電変換効率を有す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】
本発明は以下のとおりである。
１．透光性基板１、該透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１及び該透光性導電層２１の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３を備える第１基体１０１と、基板４及び該基板４の一面に設けられた触媒層５１を備え、且つ該触媒層５１が該半導体電極３に対向するように配置された第２基体１０２と、上記半導体電極３と上記触媒層５１との間に設けられた電解質層６と、上記透光性基板１の他面に設けられた第１集電電極７１及び該第１集電電極７１と上記透光性導電層２１とを接続するスルーホール導体１１と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
２．上記基板４と上記触媒層５１との間に更に導電層２２を有する上記１．に記載の色素増感型太陽電池。
３．上記基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び該第２集電電極７２と上記触媒層５１とを接続するスルーホール導体４１を有する上記１．に記載の色素増感型太陽電池。
４．上記基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び該第２集電電極７２と上記導電層２２とを接続するスルーホール導体４１を有する上記２．に記載の色素増感型太陽電池。
５．上記第１集電電極７１の平面形状が、格子状、櫛歯状又は放射状である上記１．又は２．に記載の色素増感型太陽電池。
６．上記第１集電電極７１及び上記第２集電電極７２の各々の平面形状が、それぞれ格子状、櫛歯状又は放射状である上記３．又は４．に記載の色素増感型太陽電池。
７．上記第１集電電極７１の平面形状が格子状、櫛歯状又は放射状であり、上記第２集電電極７２の平面形状が面状である上記３．又は４．に記載の色素増感型太陽電池。
８．上記第１集電電極７１が金属からなる上記１．又は２．に記載の色素増感型太陽電池。
９．上記第１集電電極７１及び上記第２集電電極７２の各々が、それぞれ金属からなる上記３．又は４．に記載の色素増感型太陽電池。
１０．上記スルーホール導体１１は、貴金属、銅、タングステン、ニッケル及びチタンのうちの少なくとも１種を含有する上記１．又は２．に記載の色素増感型太陽電池。
１１．上記スルーホール導体１１及び上記スルーホール導体４１の各々は、それぞれ貴金属、銅、タングステン、ニッケル及びチタンのうちの少なくとも１種を含有する上記３．又は４．に記載の色素増感型太陽電池。
１２．上記スルーホール導体１１を形成するため上記透光性基板１に設けられたスルーホールの径方向の最大寸法は０．０５〜１ｍｍであり、隣り合う各々のスルーホールのそれぞれの縁部間の距離が１〜１０ｍｍである上記１．又は２．に記載の色素増感型太陽電池。
１３．上記スルーホール導体１１を形成するため上記透光性基板１に設けられたスルーホール及び上記スルーホール導体４１を形成するため上記基板４に設けられたスルーホールの各々の径方向の最大寸法は０．０５〜１ｍｍであり、隣り合うそれぞれのスルーホールの各々の縁部間の距離が１〜１０ｍｍである上記３．又は４．に記載の色素増感型太陽電池。
１４．上記触媒層５１は、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも１種からなる上記１．乃至１３．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
１５．上記透光性基板１又は上記透光性導電層２１と、上記基板４又は上記触媒層５１との間が、上記半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている請求項１．乃至１４．のうちのいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池。
１６．上記透光性基板１又は上記透光性導電層２１と、上記基板４、上記触媒層５１又は上記導電層２２との間が、上記半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている上記４．に記載の色素増感型太陽電池。
１７．透光性基板１、該透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１及び該透光性導電層２１の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３を備える第１基体１０１と、基板４及び該基板４の一面に設けられた触媒層５１を備え、且つ該触媒層５１が該半導体電極３に対向するように配置された第２基体１０２と、上記半導体電極３と上記触媒層５１との間に設けられた電解質層６と、上記透光性基板１と上記透光性導電層２１との間又は該透光性導電層２２の表面に設けられた第３集電電極７３、該透光性基板１の他面に設けられた第１取り出し電極９１及び該第３集電電極７３と該第１取り出し電極９１とを接続するスルーホール導体１２と、を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
１８．上記基板４と上記触媒層５１との間に更に導電層２２を有する上記１７．に記載の色素増感型太陽電池。
１９．上記基板４と上記触媒層５１との間に設けられた第４集電電極７４、該基板４の他面に設けられた取り出し電極９２及び該第４集電電極７４と該取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有する上記１７．記載の色素増感型太陽電池。
２０．上記基板４と上記導電層２２との間、又は該導電層２２の表面に設けられた第４集電電極７４、該基板４の他面に設けられた取り出し電極９２及び該第４集電電極７４と該取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有する上記１８．に記載の色素増感型太陽電池。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の色素増感型太陽電池では、発生した電子が内部抵抗の大きい透光性導電層等を通過するのが抑えられ、透光性導電層等とスルーホール導体により接続された集電電極によって効率よく集められるため、光電変換効率が向上する。この場合、集電電極により半導体電極に照射される光量が多少なりとも減少するが、内部抵抗の減少効果のほうが大きく、結果として変換効率は向上する。尚、透光性基板１、基板４の各々の他面に第１集電電極７１、第２集電電極７２を設けた場合、電解質等による集電電極の腐食及び半導体電極３と集電電極との間の反応等が防止され、光電変換の作用が安定して維持される。また、集電電極が基板と導電層との間のように内部に設けられるときに比べて取り出し電極等の配設が容易となる。
また、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有する場合は、内部抵抗がより低下し、光電変換効率が向上する。
更に、基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び第２集電電極７２と触媒層５１又は導電層２２とを接続するスルーホール導体４１を有する場合は、内部抵抗の低下によって光電変換効率がより向上する。
また、第１集電電極７１、第２集電電極７２の平面形状が、格子状、櫛歯状又は放射状である場合は、十分な透光性が保持されるとともに、内部抵抗を十分に低下させることができ、優れた光電変換効率を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
更に、第１集電電極７１の平面形状が格子状、櫛歯状又は放射状であり、第２集電電極７２の平面形状が面状である場合は、十分な透光性が保持されるとともに、内部抵抗をより低下させることができる。
また、第１集電電極７１、第２集電電極７２が、金属からなる場合は、内部抵抗を更に十分に低下させることができる。
更に、スルーホール導体１１、スルーホール導体４１が、貴金属、銅、タングステン、ニッケル及びチタンのうちの少なくとも１種を含有する場合は、第１集電電極７１、第２集電電極７２により集電効率をより向上させることができる。
また、スルーホール導体１１を形成するため透光性基板１に設けられたスルーホール、スルーホール導体４１を形成するため基板４に設けられたスルーホールの各々の径方向の最大寸法が０．０５〜１ｍｍであり、隣り合う各々のスルーホールのそれぞれの縁部間の距離が１〜１０ｍｍである場合は、集電効率が向上するとともに、半導体電極３に照射される光量を十分に保持することができる。
また、触媒層５１が、触媒活性を有する物質からなる、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性樹脂のうちの少なくとも１種からなる場合は、光電変換効率をより向上させることができる。
また、透光性基板１又は透光性導電層２１と、基板４又は触媒層５１との間が、半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている場合、及び透光性基板１又は透光性導電層２１と、基板４、触媒層５１又は導電層２２との間が、半導体電極３の周囲において樹脂若しくはガラスにより封着されている場合は、色素増感型太陽電池の使用環境及びこの太陽電池が組み込まれる製品の種類等によって封着に用いる材料を選定することで、半導体電極及び電解質層等を十分に保護することができ、耐久性の高い色素増感型太陽電池とすることができる。
本発明の他の色素増感型太陽電池では、発生した電子が集電電極によって効率よく集められるため、光電変換効率が向上し、且つ取り出し電極の配設も容易となる。
更に、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有する場合は、内部抵抗がより低下し、光電変換効率が向上する。
また、基板４と導電層２２との間、又は導電層２２の表面に設けられた第４集電電極７４、基板４の他面に設けられた取り出し電極９２及び第４集電電極７４と取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有する場合は、内部抵抗の低下によって光電変換効率がより向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１、図２、図４及び図５のように、本発明の色素増感型太陽電池２０１、２０２、２０３は、第１基体１０１と、第２基体１０２と、電解質層６と、透光性基板１の他面に設けられた第１集電電極７１及びスルーホール導体１１とを有する。
また、図８、図９及び図１０のように、本発明の他の色素増感型太陽電池２０４、２０５、２０６は、第１基体１０１と、第２基体１０２と、電解質層６と、透光性基板１と透光性導電層２１との間又は透光性導電層２１の表面に設けられた第３集電電極７３、取り出し電極９１及びスルーホール導体１２とを有する。
上記「第１基体１０１」は、透光性基板１と、透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１と、透光性導電層２１の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３（図３参照）とを備える。更に、上記「第２基体１０２」は、基板４と、基板４の一面に設けられた触媒層５１とを備える。この第２基体１０２は、全体として透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。従って、基板４及び触媒層５１もそれぞれ透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。透光性を有していない基板４は、セラミック等により形成することができる。また、第２基体１０２は、図１、図５、図８及び図１０のように、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有していてもよい。この導電層２２も、透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。
尚、この透光性とは、波長４００〜９００ｎｍの可視光の透過率が１０％以上であることを意味する。以下、透光性の意味及び好ましい透過率はすべて同様である。この透過率は６０％以上、特に８５％以上であることが好ましい。
透過率（％）＝（透光性基板を透過した光量／透光性基板に入射した光量）×１００
【０００９】
上記「透光性基板１」としては、ガラス、樹脂シート等からなる基板が挙げられる。樹脂シートは特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチリデンノルボルネン等からなる樹脂シートが挙げられる。この透光性基板１の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、上記の透過率が６０〜９９％、特に８０〜９９％となる厚さであることが好ましい。
【００１０】
上記「透光性導電層２１」は、透光性及び導電性を有しておればよい。この透光性導電層２１は特に限定されず、導電性酸化物からなる薄膜、金属薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が挙げられる。また、金属としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等が挙げられる。この透光性導電層２１の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、表面抵抗が１００Ω／□以下、特に１〜１０Ω／□となる厚さであることが好ましい。更に、透光性導電層２１の形成方法は特に限定されないが、金属、導電性酸化物等の微粒子を含有するペーストを、透光性基板１の表面に塗布して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。他に、透光性導電層２１は、金属、導電性酸化物等を用いたスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等により形成することもできる。
【００１１】
上記「増感色素３１」としては、光電変換の作用を向上させる錯体色素及び有機色素を用いることができる。この錯体色素としてはルテニウム錯体色素及びオスミウム錯体色素等の金属錯体色素が挙げられ、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。有機色素としてはポリメチン色素、メロシアニン色素、クマリン色素等が挙げられる。更に、光電変換がなされる波長域を拡大し、変換効率を向上させるため、増感作用が発現される波長域の異なる２種以上の増感色素を併用することもできる。この場合、照射される光の波長域と強度分布とによって併用する増感色素の種類及びそれらの量比を設定することが好ましい。また、増感色素は半導体電極に結合するための官能基を有することが好ましい。この官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、シアノ基等が挙げられる。
【００１２】
上記「半導体電極３」の電極基体は金属酸化物、金属硫化物等により形成することができる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル、ジルコニア等が挙げられる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム等の複酸化物を用いることもできる。更に、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛、硫化ビスマス等が挙げられる。電極基体の作製方法は特に限定されず、例えば、金属酸化物、金属硫化物等の微粒子を含有するペーストを第１基体１０１の透光性導電層２１の表面に塗布し、焼成することにより作製することができる。ペーストの塗布方法も特に限定されず、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等が挙げられる。このようにして作製された電極基体は微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００１３】
電極基体は、第１基体１０１の透光性導電層２１の表面に、金属酸化物、金属硫化物等の微粒子及び少量の有機高分子等が分散されたコロイド溶液を塗布し、その後、乾燥し、次いで、加熱して有機高分子を分解させて除去することにより作製することもできる。このコロイド溶液も、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法により塗布することができる。この方法により作製した電極基体も微粒子が集合してなる集合体の形態で形成される。
【００１４】
半導体電極３の厚さは特に限定されないが、０．１〜１００μｍとすることができ、１〜５０μｍ、特に２〜４０μｍ、更に５〜３０μｍとすることが好ましい。半導体電極の厚さが０．１〜１００μｍであれば、光電変換が十分になされ、発電効率が向上する。また、半導体電極３は、その強度及び透光性導電層２１との密着性を向上させるため熱処理することが好ましい。熱処理の温度及び時間は特に限定されないが、熱処理温度は４０〜７００℃、特に１００〜５００℃、熱処理時間は１０分〜１０時間、特に２０分〜５時間とすることが好ましい。尚、透光性基板として樹脂シートを用いる場合は、樹脂が熱劣化しないように低温で熱処理することが好ましい。
【００１５】
電極基体に増感色素を付着させる方法は特に限定されず、例えば、増感色素を有機溶媒に溶解させた溶液に電極基体を浸漬し、溶液を含侵させ、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることができる。また、この溶液を、電極基体に塗布し、その後、有機溶媒を除去することにより付着させることもできる。この塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテンコート法、スピンコート法、スプレーコート法等が挙げられる。更に、この溶液は、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の印刷法により塗布することもできる。
【００１６】
電極基体に多くの増感色素を付着させるためには、電極基体を加熱して、浸漬、塗布等の処理を行うことが好ましい。この場合、電極基体の表面に水が吸着するのを避けるため、加熱後、常温に降温させることなく４０〜１００℃で速やかに処理することが好ましい。
【００１７】
上記「基板４」の材質は特に限定されない。基板４は、透光性基板１の場合と同様にガラス、樹脂シート等からなる透光性基板とすることができる。樹脂シートである場合、透光性基板１の場合と同様に、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチリデンノルボルネン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。この基板４の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、ガラス、樹脂シート等からなる透光性基板である場合、前記の透過率が６０〜９９％、特に８０〜９９％となる厚さであることが好ましい。
【００１８】
上記「触媒層５１」は、触媒活性を有する物質、又は触媒活性を有する物質を含有する、金属、前記の透光性導電層の形成に用いられる導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも１種、により形成することができる。触媒活性を有する物質としては、白金、金、銀、ロジウム等の貴金属、カーボンブラック等が挙げられ、これらは併せて導電性を有する。触媒層は、触媒活性を有し、且つ電気化学的に安定な貴金属により形成することが好ましく、触媒活性が高く、電解質溶液に腐食され難い白金を用いることが特に好ましい。
【００１９】
触媒活性を有さない、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いる場合、触媒層に混合されて用いられる金属としては、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、タングステン等が挙げられる。更に、触媒層に混合されて用いられる導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。また、この導電性高分子としては、導電性を有さない樹脂に各種の導電性物質を配合して調製したものが挙げられる。この樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。更に、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。導電性物質も特に限定されず、カーボンブラック、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、クロム、タングステン等の金属、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマーなどが挙げられる。導電性物質としては、導電性と触媒活性とを併せて有する貴金属及びカーボンブラックが特に好ましい。導電性物質は１種のみを用いてもよく、２種以上を用いてもよい。
【００２０】
このように、触媒層は、触媒活性及び導電性を有する物質により形成することができる。また、触媒活性を有する物質を含有する、金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの少なくとも１種により形成することもできる。更に、触媒層は、１種の材料のみからなる層でもよく、２種以上の材料からなる混合層でもよい。また、触媒層は、単層でもよく、金属層、導電性酸化物層、導電性高分子層、並びに金属、導電性酸化物及び導電性高分子のうちの２種以上からなる混合層のうちの２層以上からなる多層の触媒層でもよい。この触媒層の厚さは特に限定されないが、単層及び多層のいずれの場合も、３ｎｍ〜１０μｍ、特に３ｎｍ〜１μｍとすることができる。触媒層の厚さが３ｎｍ〜１０μｍであれば、十分に抵抗の低い触媒層とすることができる。
【００２１】
触媒活性を有する物質からなる触媒層５１は、触媒活性を有する物質の微粒子を含有するペーストを、基板４の表面、又は下記のように導電層２２を有する場合は、この導電層２２の表面に塗布して形成することができる。また、触媒活性を有する物質を含有する金属、導電性酸化物からなる触媒層５１も、触媒活性を有する物質の場合と同様の方法により形成することができる。この塗布方法としては、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。更に、これらの触媒層５１は、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等により、基板４等の表面に金属等を堆積させて形成することもできる。また、触媒活性を有する物質を含有する導電性高分子からなる触媒層５１は、導電性高分子と、粉末状又は繊維状等の触媒活性を有する物質とを、バンバリーミキサ、インターナルミキサー、オープンロール等の装置により混練して調製した樹脂組成物をフィルムに成形し、このフィルムをセラミック基板４等の表面に接合して形成することができる。更に、樹脂組成物を溶媒に溶解又は分散させて調製した溶液又は分散液を基板４等の表面に塗布し、乾燥して、溶媒を除去し、必要に応じて加熱して形成することもできる。尚、触媒層５１が混合層であるときは、含有される材料の種類に応じて、上記の各種の方法等のうちの適宜の方法により形成することができる。
【００２２】
第２基体１０２は、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有していてもよい。上記「導電層２２」は、透光性を有していても、透光性を有していなくてもよい。この導電層２２は、透光性導電層２１と同様の材料等を用いて形成することができる。導電層２２は、透光性を有している必要がないこともあって、その厚さは特に限定されないが、コストの面からは薄膜とすることが好ましい。尚、薄膜とすれば透光性となるが、内部抵抗は高くなる。従って、導電層２２の厚さは透光性と内部抵抗とを勘案して設定することが好ましく、通常、表面抵抗が１００Ω／□以下、特に１〜１０Ω／□となる厚さとすることができる。導電層２２の形成方法も特に限定されないが、金属、導電性酸化物等の微粒子を含有するペーストを、基板４の表面に塗布して形成することができる。この塗布方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等の各種の方法が挙げられる。更に、この導電層２２は、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法等により、基板４の表面に金属等を堆積させて形成することもできる。
【００２３】
本発明の色素増感型太陽電池は、色素増感型太陽電池２０１、２０２のように、透光性基板１の他面に設けられた第１集電電極７１及び透光性基板１に設けられ、且つ第１集電電極７１と透光性導電層２１とを接続するスルーホール導体１１を有する。これにより、半導体電極３において発生した電子が効率よく集められ、光電変換効率が向上する。また、色素増感型太陽電池２０３のように、基板４の他面に設けられた第２集電電極７２及び基板４に設けられ、且つ第２集電電極７２と触媒層５１とを接続するスルーホール導体４１を有していてもよい。更に、第２基体１０２が、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有している場合は、導電層２２と第２集電電極７２とがスルーホール導体４１により接続される。これによって、光電変換効率をより向上させることができる。
【００２４】
第１集電電極７１は、透光性基板１の他面に半導体電極３を投影した場合に、第１集電電極７１により半導体電極３が取り囲まれるような位置に配設することができる。更に、透光性基板１の他面に半導体電極３を投影した場合に、第１集電電極７１が半導体電極３を所定の領域に分割するような形状で配設することもできる。この所定の領域に分割するように配設するとは、完全に連続した第１集電電極７１により分割されている場合のみでなく、第１集電電極７１の一部に不連続な部分がある場合も意味する。より具体的には、第１集電電極７１の平面形状は、図２のように、格子状の第１集電電極７１、図６のように、櫛歯状の第１集電電極７１又は図７のように、放射状の第１集電電極７１等とすることができる。また、この第１集電電極７１の幅及び厚さは特に限定されず、電気抵抗及びコスト等を勘案して設定することが好ましい。更に、第１集電電極７１が格子状、櫛歯状又は放射状等の平面形状である場合、第１集電電極７１の全面積は、半導体電極３の全面積に対して１〜５０％、特に３〜３０％、更に５〜２０％であることが好ましい。第１集電電極７１の全面積が半導体電極３の全面積に対して１〜５０％、特に５〜２０％であれば、半導体電極３に照射される光量を十分に保持することができる。
【００２５】
第２集電電極７２は、基板４の他面に半導体電極３を投影した場合に、第２集電電極７２により半導体電極３が取り囲まれるような位置に配設することができる。また、基板４の他面に半導体電極３を投影した場合に、第２集電電極７２が半導体電極３を所定の領域に分割するような形状で配設することもでき、第１集電電極７１の場合と同様に、格子状、櫛歯状又は放射状等とすることができる。この第２集電電極７２の幅及び厚さも特に限定されず、電気抵抗及びコスト等を勘案して設定することが好ましい。また、第２基体１０２の側では透光性は必須でないため、第２集電電極７２は面状とすることもできる。この場合、特に抵抗の低い第２集電電極７２とするためには、触媒層５１と類似の平面形状であり、且つ触媒層５１に対して５０％以上、特に６５％以上、更に８０％以上（同面積でもよい。）の面積の面状の電極であることが好ましい。また、触媒層５１と相似形に配設されることがより好ましい。
尚、第１基体１０１の側では第１集電電極電極７１と接続された取り出し電極が設けられるが、この取り出し電極は、通常、透光性基板１の他面、即ち、第１集電電極７１が形成された面と同じ面に設けられる。また、第２基体１０２の側では第２集電電極７２と接続された取り出し電極が設けられるが、この取り出し電極は、通常、基板４の他面、即ち、第２集電電極７２が形成された面と同じ面に設けられる。このように、取り出し電極を各々の基板の外表面に設ける場合は、この電極を容易に配設することができ、好ましい。
【００２６】
本発明の他の色素増感型太陽電池は、色素増感型太陽電池２０４、２０５のように、透光性基板１と透光性導電層２１との間又は透光性導電層２１の表面に設けられた第３集電電７３、透光性基板１の他面に設けられた第１取り出し電極９１及び透光性基板１に設けられ、且つ第３集電電極７３と取り出し電極９１とを接続するスルーホール導体１２を有する。これにより、半導体電極３において発生した電子が効率よく集められ、光電変換効率が向上する。尚、第３集電電極７３が透光性導電層２１の表面に設けられたときは、スルーホール導体１２は、透光性基板１及び透光性導電層２１を貫通して設けられることになる。
【００２７】
また、本発明の他の色素増感型太陽電池は、色素増感型太陽電池２０６のように、基板４と触媒層５１との間に設けられた第４集電電極７４、基板４の他面に設けられた第２取り出し電極９２及び基板４に設けられ、且つ第４集電電極７４と第２取り出し電極９２とを接続するスルーホール導体４２を有していてもよい。更に、第２基体１０２が、基板４と触媒層５１との間に更に導電層２２を有している場合は、第４集電電極７４が、基板４と導電層２２との間又は導電層２２の表面に設けられ、第４集電電極７４と第２取り出し電極９２とがスルーホール導体４２により接続されていてもよい。これによって、光電変換効率をより向上させることができる。尚、第４集電電極７４が導電層２２の表面に設けられときは、スルーホール導体４２は、基板４及び導電層２２を貫通して設けられることになる。
【００２８】
第３集電電極７３は、半導体電極３を取り囲むような位置に配設することができる。更に、第３集電電極７３が半導体電極３を所定の領域に分割するような形状で配設することもできる。この所定の領域に分割するように配設するとは、完全に連続した第３集電電極７３により分割されている場合のみでなく、第３集電電極７３の一部に不連続な部分がある場合も意味する。より具体的には、第３集電電極７３の平面形状は、第１集電電極７１の場合と同様に、図２のように、格子状の第３集電電極７３、図６のように、櫛歯状の第３集電電極７３又は図７のように、放射状の第３集電電極７３等の他、帯状の集電電極などとすることができる。また、この第３集電電極７３の幅及び厚さは特に限定されず、電気抵抗及びコスト等を勘案して設定することが好ましい。更に、第３集電電極７３が格子状、櫛歯状、放射状又は帯状等の平面形状である場合、第３集電電極７３の全面積は、半導体電極３の全面積に対して１〜５０％、特に３〜３０％、更に５〜２０％であることが好ましい。第３集電電極７３の全面積が半導体電極３の全面積に対して１〜５０％、特に５〜２０％であれば、半導体電極３に照射される光量を十分に保持することができる。
【００２９】
第４集電電極７４は、基板４の表面に半導体電極３を投影した場合に、第４集電電極７４により半導体電極３が取り囲まれるような位置に配設することができる。また、基板４の表面に半導体電極３を投影した場合に、第４集電電極７４が半導体電極３を所定の領域に分割するような形状で配設することもでき、第３集電電極７３の場合と同様に、格子状、櫛歯状、放射状、帯状等とすることができる。この第４集電電極７４の幅及び厚さも特に限定されず、電気抵抗及びコスト等を勘案して設定することが好ましい。また、第２基体１０２の側では透光性は必須でないため、第４集電電極７４は面状とすることもできる。この場合、特に抵抗の低い第４集電電極７４とするためには、触媒層５１と類似の平面形状であり、且つ触媒層５１に対して５０％以上、特に６５％以上、更に８０％以上（同面積でもよい。）の面積の面状の電極であることが好ましい。また、触媒層５１と相似形に配設されることがより好ましい。
【００３０】
第１集電電極７１、第２集電電極７２、第３集電電極７３及び第４集電電極７４、並びに第１取り出し電極９１及び第２取り出し電極９２は、白金、金、銀等の貴金属、銀−白金合金、銀−パラジウム合金等の合金、並びにアルミニウム、銅、クロム、ニッケル、タングステン、チタンなどの金属により形成することができる。また、この集電電極及び取り出し電極は、所定のパターンが形成されたマスクを用いて、マグネトロンスパッタ法及び電子ビ−ム蒸着法等の物理的蒸着法などで金属等を堆積させ、その後、フォトリソグラフィー等によりパターニングする方法、及び上記の各種の金属等の粉末を含有するペーストを用いてスクリーン印刷法等によりパターニングし、その後、焼成する方法などにより形成することができる。
【００３１】
第２基板１０２は透光性を必須としないため、触媒層５１は薄層とする必要はない。更に、導電層２２を有する場合は、この導電層２２も薄層とする必要はない。従って、特に、触媒層５１を、白金、金等の導電性に優れる貴金属からなり、且つ０．１μｍ以上、特に１μｍ以上（通常、５μｍ以下）と厚くした場合は、導電性の観点からは第２集電電極７２及び第４集電電極７４を設ける必要はないが、コストの面では設けることが好ましい。即ち、白金等は高価であるため、触媒層５１をできるだけ薄層とすることが好ましいが、薄層であると抵抗が高くなる。そのため、導電性及び耐食性に優れ、且つ安価なタングステン、チタン、ニッケル等からなる第２集電電極７２及び第４集電電極７４を設けることで、集電効率を向上させるとともに、コストを低減することができる。更に、触媒層５１を前記の導電性酸化物に触媒活性を有する物質を配合した組成物等により形成したとき、及び導電層２２を前記の導電性酸化物等により形成したときは、触媒層５１又は導電層２２の抵抗はより高くなるため、第２集電電極７２及び第４集電電極７４を設け、集電効率を高めることが特に好ましい。
【００３２】
上記「スルーホール導体１１」及び上記「スルーホール導体１２」は、透光性基板１の表裏を貫通して設けられたスルーホールに導体を充填することにより設けることができる。また、スルーホールの壁面に導体層を形成することにより設けることができる。更に、スルーホール導体１２の場合、第３集電電極７３が透光性導電層２１の表面に設けられたときは、透光性基板１及び透光性導電層２１を貫通するスルーホールを設け、このスルーホールに導体を充填することにより設けることができる。又はこのスルーホールの壁面に導体層を形成することにより設けることができる。一方、上記「スルーホール導体４１」及び上記「スルーホール導体４２」は、基板４の表裏を貫通して設けられたスルーホールに導体を充填することにより設けることができる。また、スルーホールの壁面に導体層を形成することにより設けることができる。更に、スルーホール導体４２の場合、第４集電電極７４が導電層２２の表面に設けられたときは、基板４及び導電層２２を貫通するスルーホールを設け、このスルーホールに導体を充填することにより設けることができる。又はこのスルーホールの壁面に導体層を形成することにより設けることができる。透光性基板２１及び基板４等に設けられるスルーホールは、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等のレーザー光の照射、ドリル加工、穴開けパンチを用いたパンチングなど各種の方法により形成することができる。尚、基板４がセラミック基板である場合は、未焼成シートに穴開けパンチ等を用いて容易にスルーホールを形成することができる。
【００３３】
スルーホールへの導体の充填は、導体用ペーストを穴埋め印刷法等によりスルーホールの少なくとも一方の開口から充填し、その後、焼成して行うことができる。この導体用ペーストは特に限定されないが、金属粉末、有機バインダ、有機溶剤及び水等の溶媒などを混合して調製したものを用いることができる。金属粉末は特に限定されず、銀、金、白金、パラジウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン等の金属の粉末、及び銀−白金合金、銀−パラジウム合金等の合金の粉末が挙げられる。また、導体用ペーストにはガラス成分を含有させることもできる。ガラス成分を含有する場合は、より低温で焼成することができるため好ましい。更に、スルーホール壁面への導体層の形成は、無電解めっき法等により行うことができる。
【００３４】
スルーホール導体１１、１２及び４１、４２を形成するため、透光性基板１及び基板４等を貫通する貫通孔として形成されるスルーホールの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形及び三角形、四角形等の方形などとすることができる。この断面形状は円形であることが多い。また、スルーホールの径方向の寸法も特に限定されず、断面円形である場合は、直径が０．０５〜１ｍｍ、特に０．１〜０．８ｍｍの貫通孔とすることができる。更に、断面円形でない場合は、面積が断面円形の場合と同等となる開口寸法を有する貫通孔とすることができる。また、スルーホールの個数は、スルーホール導体１１及び４１の場合、集電効率を十分に向上させることができる限り特に限定されないが、第１基体１０１の側では半導体電極３に照射される光量を勘案して個数を設定することが好ましい。このスルーホールは、隣り合うスルーホールのそれぞれの縁部間の距離が１〜１０ｍｍ、特に３〜８ｍｍとなる間隔で所要個数を設けることができる。更に、透光性基板１及び基板４等に等間隔に設けることが好ましい。一方、スルーホール導体１２及び４２の場合は、第３集電電極７３と取り出し電極９１及び第４集電電極７４と第２取り出し電極９２が、それぞれ確実に導通されておればよく、スルーホールの個数等は各々の集電電極の平面形状などにより適宜設定することができる。
【００３５】
上記「電解質層６」は、電解質溶液を用いて設けることができる。この電解質溶液には、電解質の他、通常、溶媒及び各種の添加剤等が含有される。電解質としては、（１）Ｉ２とヨウ化物、（２）Ｂｒ２と臭化物、（３）フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、（４）ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、（５）ビオロゲン色素、（６）ヒドロキノン−キノン、などを含有する電解質が挙げられる。（１）におけるヨウ化物としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などが挙げられる。また、（２）における臭化物としては、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の４級アンモニウム化合物の臭素塩などが挙げられる。これらの電解質のうちでは、Ｉ２と、ＬｉＩ及びピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩とを組み合わせてなる電解質が特に好ましい。これらの電解質は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００３６】
電解質層６に含有される溶媒は、粘度が低く、イオン易動度が高く、十分なイオン伝導性を有する溶媒であることが好ましい。このような溶媒としては、（１）エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、（２）３−メチル−２−オキサゾリジノン等の複素環化合物、（３）ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル類、（４）エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、（５）メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテル等のモノアルコール類、（６）エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、（７）アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル類のニトリル類、（８）ジメチルスルフォキシド、スルフォラン等の非プロトン極性物質などが挙げられる。
【００３７】
この電解質層６の厚さは特に限定されないが、電解質溶液を用いて設けられた電解質層６の場合、２００μｍ以下、特に１００μｍ以下、更に５０μｍ以下（通常、１μｍ以上）とすることができる。この厚さが２００μｍ以下であれば、変換効率を十分に高くすることができる。
【００３８】
電解質層６は、半導体電極３と触媒層５１との間に設けられる。電解質層６を設ける方法は特に限定されないが、電解質層６が電解質溶液を用いて設けられる場合、透光性導電層２１と基板４又は触媒層５１との間、導電層２２が設けられるときは、透光性導電層２１と基板４、触媒層５１又は導電層２２との間を、半導体電極３の周囲において樹脂又はガラスにより封着し、形成される密閉空間に電解質溶液を注入し、設けることができる。この密閉空間への電解質溶液の注入は、第１基体１０１又は第２基体１０２に設けられた注入口から行うことができる。注入口は、第１基体１０１及び第２基体１０２のいずれの側に設けてもよいが、穿孔し易い側に設けることが好ましい。例えば、透光性基板１がガラス基板である場合は穿孔が容易ではなく、一方、基板４がセラミック基板である場合はガラス基板等に比べて穿孔し易い。特に、セラミック基板では、未焼成シートに穴開けパンチ等を用いて極めて容易に穿孔することもできる。そのため、基板４がセラミック基板であるときは、第２基板１０２の側に注入口を設けることが好ましい。尚、注入口は１個でよいが、空気抜きのため更に他の孔を設けることもできる。このように空気抜きのための孔を設けることで、電解質溶液をより容易に注入することができる。
【００３９】
半導体電極３の周囲の封着に用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。更に、この封着はガラスにより行うこともでき、特に長期の耐久性を必要とする太陽電池では、ガラスにより封着することが好ましい。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
以下のようにして図１及び図２に示す色素増感型太陽電池２０１を作製した。
（１）第１基体の作製
縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さが１ｍｍのガラス基板１の全面に、ドリル加工により、直径０．５ｍｍのスルーホールを５ｍｍ間隔で形成した。その後、ガラス成分を含有する銀ペースト（銀粉末の含有量２０質量％）を穴埋め印刷によりスルーホール内に充填した。次いで、スルーホールに銀ペーストが充填されたガラス基板１の一方の表面（他面）に、銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いてスクリーン印刷により第１集電電極７１となるパターンを形成した。このパターンは、幅０．５ｍｍであり、銀ペーストが充填された各々のスルーホールを繋ぐ格子状のパターンとした。その後、５００℃で１時間保持して焼成し、第１集電電極７１及びスルーホール導体１１を形成した。次いで、透光性基板１の他方の表面（一面）の全面に、ＲＦスパッタリングにより、厚さ５００ｎｍのフッ素ドープ酸化スズからなる透光性導電層２１を形成した。その後、透光性導電層２１の表面に、粒径が１０〜２０ｎｍのチタニア粒子を含有するペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｔｉ−Ｎｏｎｏｘｉｄｅ  Ｄ／ＳＰ」）をスクリーン印刷法により塗布し、１２０℃で１時間乾燥し、次いで、４８０℃で３０分焼成して、縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ１０μｍのチタニア焼結層（電極基体）を形成した。その後、この積層体を、ルテニウム錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ５３５ｂｉｓ−ＴＢＡ」）のエタノール溶液に１０時間浸漬して、図３に一部を拡大して示すように、チタニア焼結粒子に増感色素３１であるルテニウム錯体を付着させて半導体電極３を形成し、第１基体１０１を作製した。尚、第１集電電極７１の一端部に銀からなる取り出し電極９１を付設した。
【００４１】
（２）第２基体の作製
上記（１）における透光性導電層２１の場合と同様にして、基板４（第１基体の場合と同じガラス基板を用いた。）の全面に厚さ５００ｎｍの導電層２２を形成した。尚、導電層２２は透光性導電層２１と同じ材質であり、同様に透光性導電層である。その後、導電層２２の表面に、白金成分を含有するペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｐｔ−Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｔ／ＳＰ」）をスクリーン印刷法により塗布し、１００℃で１０分間乾燥し、その後、４００℃で３０分焼成して、縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ５０ｎｍの触媒層５１を形成し、第２基体１０２を作製した。尚、導電層２２の一端部に銀からなる取り出し電極を付設した。
【００４２】
（３）色素増感型太陽電池の作製
第２基体１０２の導電層２２の触媒層５１が形成されていない部分に、熱可塑性樹脂からなる厚さ６０μｍの接着剤シート（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「ＳＸ１１７０−６０」）を配設し、その後、第１基体１０１を、その半導体電極３が第２基体１０２の触媒層５１と対向するように配置し、次いで、基板４の側を下にして８０℃に調温されたホットプレートに載せ、５分加熱して第１基体１０１の透光性導電層２１と第２基体１０２の導電層２２とを接合し、接合部８を形成した。その後、第１基体１０１の所定の位置に設けられた電解質溶液の注入口からヨウ素電解液（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｉｏｄｏｌｙｔｅ  ＰＮ−５０」）を注入し、半導体電極３と触媒層５１との間に電解質層６を形成し、次いで、注入口は上記の接着剤を用いて封止し、図１及び図２に示す色素増感型太陽電池２０１を作製した。
【００４３】
（４）色素増感型太陽電池の性能評価
上記（１）〜（３）により作製した色素増感型太陽電池２０１に、ＡＭ１．５にスペクトル調整したソーラーシミュレータによって、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光を照射したところ、１ｃｍ２当たりの開放電流約１０ｍＡ、開放電圧０．５５Ｖ、変換効率３．８％の特性を有していた。
【００４４】
実施例２
基板４の全面に、ドリル加工により、直径０．５ｍｍのスルーホールを５ｍｍ間隔で形成し、その後、実施例１の場合と同じガラス成分を含有する銀ペースト（銀粉末の含有量２０質量％）を穴埋め印刷によりスルーホールに充填し、次いで、スルーホールに銀ペーストが充填された基板４の一方の表面（他面）に、実施例１の場合と同じ銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いてスクリーン印刷法により第２集電電極７２となるパターンを形成した。このパターンは、幅０．５ｍｍであり、銀ペーストが充填された各々のスルーホールを繋ぐ格子状のパターンとした。その後、５００℃で１時間保持して焼成し、第２集電電極７２及びスルーホール導体４１を形成した。その他は実施例１と同様にして、図５及び図２に示すような、色素増感型太陽電池２０３を作製した。尚、第２集電電極７２の一端部に銀からなる取り出し電極を付設した。
この色素増感型太陽電池２０３の性能を実施例１の場合と同様にして評価したところ、１ｃｍ２当たりの開放電流約１１ｍＡ、開放電圧０．５５Ｖ、変換効率４．０％の特性を有しており、第１集電電極７１と併せて第２集電電極７２を設けることで性能が向上していることが分かる。
【００４５】
比較例１
第１集電電極７１を設けなかった以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池を作製し、その性能を実施例１の場合と同様にして評価したところ、１ｃｍ２当たりの開放電流約２ｍＡ、開放電圧０．５Ｖ、変換効率０．２５％の特性であり、実施例１と比べてすべての特性が劣っていることが分かる。
【００４６】
実施例３
以下のようにして図８に示す色素増感型太陽電池２０４を作製した。
（１）第１基体の作製
縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さが１ｍｍのガラス基板１の一辺側に、ドリル加工により、直径０．５ｍｍのスルーホールを２０ｍｍ間隔で４個形成した。その後、ガラス成分を含有する銀ペースト（銀粉末の含有量２０質量％）を穴埋め印刷によりスルーホール内に充填した。次いで、スルーホールに銀ペーストが充填されたガラス基板１の一方の表面（他面）に、銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いてスクリーン印刷により第１取り出し電極９１となるパターンを形成した。このパターンは、幅５ｍｍであり、銀ペーストが充填された各々のスルーホールを繋ぐ帯状のパターンとした。その後、ガラス基板１の他方の表面（一面）に、銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いて、スクリーン印刷法により、幅２ｍｍ、厚さ５μｍの第３集電電極７３となる帯状の導電塗膜を４本形成した。尚、各々の導電塗膜の一端部が、それぞれ上記の４個のスルーホールに充填された銀ペーストと接触するようにした。次いで、１００℃で３０分乾燥し、各々の導電塗膜の表面を０．２ＭＰａの圧力でプレスし、平滑性を向上させた。その後、５００℃で１時間保持して焼成し、第１取り出し電極９１、第３集電電極７３及びスルーホール導体１２を形成した。次いで、ガラス基板１の第３集電電極７３が形成された面に、ＲＦスパッタリングにより、厚さ５００ｎｍのフッ素ドープ酸化スズからなる透光性導電層２１を形成した。その後、透光性導電層２１の表面に、粒径が１０〜２０ｎｍのチタニア粒子を含有するペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｔｉ−Ｎｏｎｏｘｉｄｅ  Ｄ／ＳＰ」）をスクリーン印刷法により塗布し、１２０℃で１時間乾燥し、次いで、４８０℃で３０分焼成して、縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ２０μｍのチタニア電極層（電極基体）を形成した。次いで、この積層体を、ルテニウム錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ５３５ｂｉｓ−ＴＢＡ」）のエタノール溶液に１０時間浸漬して、図３に一部を拡大して示すように、チタニア焼結粒子に増感色素３１であるルテニウム錯体を付着させて半導体電極３を形成し、第１基体１０１を作製した。
【００４７】
（２）第２基体の作製
上記（１）における透光性導電層２１の場合と同様にして、基板４（第１基体の場合と同じガラス基板を用いた。）の全面に厚さ５００ｎｍの導電層２２を形成した。尚、導電層２２は透光性導電層２１と同じ材質であり、同様に透光性導電層である。その後、導電層２２の表面に、白金成分を含有するペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｐｔ−Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｔ／ＳＰ」）をスクリーン印刷法により塗布し、１００℃で１０分間乾燥し、その後、４００℃で３０分焼成して、縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ５０ｎｍの触媒層５１を形成し、第２基体１０２を作製した。尚、導電層２２の一端部にタングステンからなる取り出し電極を付設した。
【００４８】
（３）色素増感型太陽電池の作製
第２基体１０２の導電層２２の触媒層５１が形成されていない部分に、熱可塑性樹脂からなる厚さ６０μｍの接着剤シート（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「ＳＸ１１７０−６０」）を配設し、その後、第１基体１０１を、その半導体電極３が第２基体１０２の触媒層５１と対向するように配置し、次いで、基板４の側を下にして８０℃に調温されたホットプレートに載せ、５分加熱して第１基体１０１の透光性導電層２１と第２基体１０２の導電層２２とを接合し、接合部８を形成した。その後、第１基体１０１の所定の位置に設けられた電解質溶液の注入口からヨウ素電解液（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名「Ｉｏｄｏｌｙｔｅ  ＰＮ−５０」）を注入し、半導体電極３と触媒層５１との間に電解質層６を形成し、次いで、注入口を上記の接着剤を用いて封止し、図８に示す色素増感型太陽電池２０４を作製した。
この色素増感型太陽電池２０４の性能を実施例１の場合と同様にして評価したところ、１ｃｍ２当たりの開放電流約１０ｍＡ、開放電圧０．５３Ｖ、変換効率３．７％の特性を有していた。
【００４９】
実施例４
縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さが１ｍｍのガラス基板４の一辺側に、ドリル加工により、直径０．５ｍｍのスルーホールを２０ｍｍ間隔で４個形成した。その後、実施例３と同じガラス成分を含有する銀ペースト（銀粉末の含有量２０質量％）を穴埋め印刷によりスルーホール内に充填した。次いで、スルーホールに銀ペーストが充填されたガラス基板４の一方の表面（他面）に、実施例３の場合と同じ銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いてスクリーン印刷により第２取り出し電極９２となるパターンを形成した。このパターンは、幅５ｍｍであり、銀ペーストが充填された各々のスルーホールを繋ぐ帯状のパターンとした。その後、ガラス基板４の他方の表面（一面）に、実施例３と同じ銀ペースト（銀粉末の含有量７５質量％）を用いて、スクリーン印刷法により、縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ５μｍの第４集電電極７４となる面状の導電塗膜を形成した。尚、この導電塗膜の一端部側が、上記の４個のスルーホールに充填された銀ペーストと接触するようにした。次いで、１００℃で３０分乾燥し、各々の導電塗膜の表面を０．２ＭＰａの圧力でプレスし、平滑性を向上させた。その後、５００℃で１時間保持して焼成し、第２取り出し電極９２、第４集電電極７４及びスルーホール導体４２を形成した。その他は実施例３と同様にして、図１０に示すような、色素増感型太陽電池２０６を作製した。
この色素増感型太陽電池２０６の性能を実施例１の場合と同様にして評価したところ、１ｃｍ２当たりの開放電流約１０．５ｍＡ、開放電圧０．５５Ｖ、変換効率３．９％の特性を有しており、第３集電電極７３と併せて第４集電電極７４を設けることで性能が向上していることが分かる。
【００５０】
尚、本発明では、上記の実施例の記載に限られず、本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。例えば、基板４は、セラミック等からなる透光性を有さない基板とすることもできる。このセラミックとしては、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。セラミックとしては、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等が好ましく、アルミナが特に好ましい。
【００５１】
基板４がセラミックからなる場合、その厚さは特に限定されないが、１００μｍ〜５ｍｍ、特に５００μｍ〜５ｍｍ、更に１〜５ｍｍとすることができ、５００μｍ〜２ｍｍとすることもできる。セラミック基板の厚さが１００μｍ〜５ｍｍ、特に１〜５ｍｍであれば、この強度の大きい基板が支持基板となり、優れた耐久性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
【００５２】
更に、基板４がセラミックからなる場合、図１１に示すように、半導体電極３を基板４の側に設けることができる。この色素増感型太陽電池２０７は、第３基体１０３と、第４基体１０４と、電解質層６とを有する。第３基体１０３は、透光性基板１と、透光性基板１の一面に設けられた透光性導電層２１と、透光性導電層２１の表面に設けられた透光性触媒層５２とを備える。また、透光性基板１の他面には第１集電電極７１が設けられ、第１集電電極７１と透光性導電層２１とは、透光性基板１に設けられたスルーホール導体１１により接続されている。一方、第４基体１０４は、基板４と、基板４の表面に設けられた導電層２２と、導電層２２の表面に設けられた増感色素３１を有する半導体電極３とを備える。更に、図１２のように、セラミック基板４の他面に更に第２集電電極７２が設けられていてもよく、この色素増感型太陽電池２０８の場合、第２集電電極７２と導電層２２とは、セラミック基板４に設けられたスルーホール導体４１により接続される。
【００５３】
色素増感型太陽電池２０７及び２０８の場合、各々の構成部材である透光性基板１、半導体電極３、導電層２２及び電解質層６は、いずれも色素増感型太陽電池２０１及び２０３と同様のものとすることができる。更に、透光性触媒層５２は、色素増感型太陽電池２０１及び２０３における触媒層５１と同様の材質等からなり、透光性を有しておればよい。色素増感型太陽電池２０７は、色素増感型太陽電池２０１と半導体電極３の配置位置は異なるものの同様の方法で作製することができる。また、色素増感型太陽電池２０８は、色素増感型太陽電池２０３と半導体電極３の配置位置は異なるものの同様の方法で作製することができる。
【００５４】
更に、電解質層６は、不揮発性のイミダゾリウム塩等のイオン性液体及びこのイオン性液体をゲル化させたもの、並びにヨウ化銅、チオシアン化銅等の固体により設けることもできる。また、電解質層６の厚さは特に限定されないが、電解質溶液を用いた場合と同様に、２００μｍ以下、特に１００μｍ以下、更に５０μｍ以下（通常、１μｍ以上）とすることができる。各々の場合の厚さの上限が所定値以下であれば、変換効率を十分に高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例１の色素増感型太陽電池２０１の断面を示す模式図である。
【図２】実施例１の色素増感型太陽電池２０１を第１基体１０１のガラス基板１の側からみた説明図である。
【図３】実施例１の色素増感型太陽電池２０１の半導体電極３、増感色素３１及び電解質層６の一部を拡大して示す模式図である。
【図４】第２基体１０２の導電層２２が設けられていない色素増感型太陽電池２０２の断面を示す模式図である。
【図５】実施例２の色素増感型太陽電池２０３の断面を示す模式図である。
【図６】櫛歯状の第１集電電極７１の平面形状を示す説明図である。
【図７】放射状の第１集電電極７１の平面形状を示す説明図である。
【図８】実施例３の色素増感型太陽電池２０４の断面を示す模式図である。
【図９】第２基体１０２の導電層２２が設けられていない色素増感型太陽電池２０５の断面を示す模式図である。
【図１０】実施例４の色素増感型太陽電池２０６の断面を示す模式図である。
【図１１】基板４がセラミックからなり、この基板４の側に半導体電極３が設けられた色素増感型太陽電池２０７の断面を示す模式図である。
【図１２】図１１の色素増感型太陽電池において、基板４の側に第２集電電極７２が設けられた色素増感型太陽電池２０８の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１；第１基体、１０２；第２基体、１０３；第３基体、１０４；第４基体、１；透光性基板（ガラス基板）、１１、１２；スルーホール導体、２１；透光性導電層、２２；導電層、３；半導体電極、３１；増感色素、４；基板、４１、４２；スルーホール導体、５１；触媒層、５２；透光性触媒層、６；電解質層、７１；第１集電電極、７２；第２集電電極、７３、第３集電電極、７４；第４集電電極、８；接合部、９１；第１取り出し電極、９２；第２取り出し電極、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８；色素増感型太陽電池。
【図１】
2005141996.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005141996.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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