(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する一枚の基板上に、所定の間隔を隔てて分離形成された二つの透明導電層と、
前記透明導電層の一方に積層された、受光に伴い電子を放出する色素を含んだｎ型半導体層を有する光極と、
前記光極上に積層され、電解液が内部に蓄えられる電解液層としてのセパレータ層と、
前記セパレータ層上に積層され、カーボン粒子を含む対極と、を備えた色素増感型太陽電池において、
前記透明導電層の他方と前記対極とに亘って設けられ、前記セパレータ層の一方の端面に接しつつ前記基板に対して垂直に伸延し、その側面において前記対極と接触する接続部を備え、
前記接続部は、導電性を有し、粒子径が１〜５０ｎｍの導電性酸化物粉末を原料とする焼結体で構成し、
前記導電性酸化物末は、インジウム・スズ酸化物、アンチモン・スズ酸化物、フッ素ドープスズ酸化物及び導電性酸化亜鉛の中から選択される少なくともいずれか一つ以上からなるものである色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記接続部は、前記セパレータ層を形成後、前記導電性酸化物粉末を含むペーストをスクリーン印刷にて積層し、焼成することにより形成され、
前記対極は、前記接続部を形成後、カーボン粒子および結着性を有する酸化物粒子を含むペーストをスクリーン印刷にて、前記接続部と前記セパレータ層の段差を埋めるように積層し、焼成することにより形成してある請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された色素増感型太陽電池を複数用い、これらを直列に接続した色素増感型太陽電池モジュール。
【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色素増感型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全、化石エネルギー資源の枯渇等の問題に対し、太陽から無尽蔵に降り注ぐ自然光を利用して発電する太陽電池が注目されてきている。現在普及している太陽電池システムでは、シリコン系太陽電池（結晶シリコン又はアモルファスシリコンを利用した太陽電池）が主流である。しかしながら、これらシリコン系太陽電池は、半導体シリコン原料の不足や、コストが高い等の問題を抱えている。こうした中、このような問題が少ない色素増感型太陽電池が開発されている。色素増感型太陽電池は、１９９１年にスイスのローザンヌ大学のグレッツェルらによって開発されたものであり、グレッツェルセルとも呼ばれている。
【０００３】
この色素増感型太陽電池は、光透過性をもつ基板と、基板に積層された透明導電層と、光極と、光極に対して所定の間隔を隔てて設けられた導電性を有する対極と、光極と対極との間に封入された電解質層と、から構成される。光極は、透明導電層に積層されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層に担持された色素とを有する。この色素増感型太陽電池に対して、光極側から光を照射すると、色素が光を吸収して電子と正孔が発生する。正孔は色素から電解質層へ移動して電解質溶液中のイオンを酸化する。一方、電子は光極から外部回路を経由して対極へ移動し、そこで電解質溶液中のイオンを還元する。このイオン種の酸化還元電位により起電力が発生し、電池の発電作用が得られる。
【０００４】
このような色素増感型太陽電池をモジュール化、集積化する試みも行われている。例えば、以下の特許文献１には、導電性ガラス基板を一枚だけ用いて、当該導電性ガラス基板上にセルを集積化した色素増感型太陽電池の構造が記載されている。この色素増感型太陽電池においては、図６に示すように、一枚の透明ガラス基板１０１上に所定の間隔を隔てて透明導電層１０２を分離形成し、互いに隣り合う二つの透明導電層１０２のうちの一方に光極１０３が積層されている。そして、光極１０３に対して所定の間隔を隔てて対向する対極（カーボン層）１０４は、光極の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成されて他方の透明導電層１０２に導通され、光極１０３と対極１０４との間には電解液層１０５が封入されている。このような構造を採用することで、高価で重量も重い導電性ガラス基板の使用量を低減することができるため、低コスト化、軽量化が可能となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８５７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された色素増感型太陽電池のセル構造にあっては、光極と対向する対極が、光極の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成されているため、光極に対して対極の方が、表面積が必ず大きくなってしまう。多孔質のカーボン層からなる対極は、その内部に電解液を吸い込み、電解液中のイオンの還元反応の触媒として機能するため、この光極と対極の大きさのアンバランスに起因して、全体として電解液中のイオンの還元反応が酸化反応よりも優位に進行することになる。特に、対極のうち光極と対向していない部位においては還元反応のみが選択的に進行してレドックス対の濃度勾配が発生してしまう。そのため、短期的には良好な発電性能を発揮するにしても、使用を続けるにつれて活性なイオン種の量が減少して電解液の導電性が低下し、電池の内部抵抗が増加して出力低下につながってしまう。つまり、特許文献１に記載されたようなセル構造を有する色素増感型太陽電池には、長期耐久性の点で改善すべき点が残っていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池及びこれを用いた色素増感型太陽電池モジュール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】
【０００８】
この目的を達成するための本発明に係る色素増感型太陽電池の特徴構成は、光透過性を有する一枚の基板上に、所定の間隔を隔てて分離形成された二つの透明導電層と、前記透明導電層の一方に積層された、受光に伴い電子を放出する色素を含んだｎ型半導体層を有する光極と、前記光極上に積層され、電解液が内部に蓄えられる電解液層としてのセパレータ層と、前記セパレータ層上に積層され、カーボン粒子を含む対極と、を備えた色素増感型太陽電池において、前記透明導電層の他方と前記対極とに亘って設けられ、前記セパレータ層の一方の端面に接しつつ前記基板に対して垂直に伸延し、その側面において前記対極と接触する接続部を備え、前記接続部は、導電性を有し、粒子径が１〜５０ｎｍの導電性酸化物粉末を原料とする焼結体で構成し、前記導電性酸化物末は、インジウム・スズ酸化物、アンチモン・スズ酸化物、フッ素ドープスズ酸化物及び導電性酸化亜鉛の中から選択される少なくともいずれか一つ以上からなるものである点にある。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、一つの基板上にセルを形成する色素増感型太陽電池において、光極と対極とを所定の間隔を隔てて等面積で対向させる。このため、電解液中のイオンの還元反応及び酸化反応の進行度をほぼ等しくすることができる。また、透明導電層と対極とを、導電性を有しかつ還元触媒としての機能を有さない接続部で接続するため、発生した電子の適切な流れを確保しつつ、接続部において還元反応のみが選択的に進行してしまうことを抑制することができる。したがって、レドックス対の濃度勾配が発生することを抑制して、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池を提供することができる。
【００１０】
また、この構成によれば、導電性酸化物粉末として一般に普及している材料を用いて、簡単に長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池を提供することができる。
【００１１】
導電性酸化物は、導電性を有し、また、その表面においては酸化還元反応が生じにくい。したがって、上記の構成を採用して接続部を導電性酸化物を用いて形成すれば、レドックス対の濃度勾配が発生することを抑制して、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池を提供することができる。
【００１２】
【００１３】
この構成によれば、粒子径が１〜５０ｎｍの微細な導電性酸化物粉末を原料として、透明導電層上に接続部を焼結させて形成するので、透明導電層と接続部とを密に結着させることができる。よって、当該結着部位における外力や膨張収縮ストレス等に対する機械的強度を向上させることができ、この点からも色素増感型太陽電池の長期耐久性を向上させることができる。
前記接続部は、前記接続部は、前記セパレータ層を形成後、前記導電性酸化物粉末を含むペーストをスクリーン印刷にて積層し、焼成することにより形成され、前記対極は、前記接続部を形成後、カーボン粒子および結着性を有する酸化物粒子を含むペーストをスクリーン印刷にて、前記接続部と前記セパレータ層の段差を埋めるように積層し、焼成することにより形成してあると好適である。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
本発明に係る色素増感型太陽電池モジュールの特徴構成は、これまで説明してきたような色素増感型太陽電池を複数用い、これらを直列に接続した点にある。
【００２１】
この特徴構成によれば、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池を直列に接続することにより、所定の大きさの電力を取り出すことが可能となるとともに、色素増感型太陽電池モジュール全体の長期耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る色素増感型太陽電池モジュールＭの全体構造を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態に係る色素増感型太陽電池モジュールＭは、ガラス基板１上に複数の色素増感型太陽電池Ｃ（以下、セルと称することがある）が順次配列した構成となっている。これらのセルは直列に接続されている。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃのセル構造を示す断面斜視図である。この図に示すように、本実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃは、光透過性を有する基板１と、基板１上に形成された透明導電層３と、光極７と、セパレータ層１５と、光極７に対してセパレータ層１５を介して設けられた対極１３と、を備える。光極７は、透明導電層３に積層されたｎ型半導体層９と、ｎ型半導体層９に担持された受光に伴い電子を放出する色素１１とを有する。光極７、対極１３及びセパレータ層１５には、電解質溶液やイオン性液体等の電荷輸送が可能な電解液１７が浸漬されている。更に、本実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃは、対極１３と透明導電層３とを接続する接続部２１を備えている。この色素増感型太陽電池Ｃに対して、光極７の側から光を照射すると、色素１１が光を吸収して電子と正孔が発生する。正孔は色素１１から電解液１７へ移動して電解液１７の中のイオンを酸化する。一方、電子は光極７から透明導電層３及び接続部２１を経由して対極１３へ移動し、そこで電解液１７の中のイオンを還元する。このイオン種の酸化還元電位により起電力が発生し、電池の発電作用が得られる。以下では、本実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃの各部の詳細について説明する。
【００２４】
基板１としては、光透過性を有するものを使用する。シリコン太陽電池や液晶表示パネルに用いられているものを使用することができ、具体的には、透明ガラス基板を好適に使用することができる。
【００２５】
透明導電層３は、光透過性を有する基板１上に形成される。透明導電層３は、例えば、基板１上に酸化スズを付着させることにより形成することができる。特に、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物を用いれば、好適な透明導電層３を形成することができる。透明導電層３はスクライブ５を有しており、このスクライブ５の幅に相当する間隔を隔てて二つの透明導電層３が分離形成される。
【００２６】
光極７は、分離形成された二つの透明導電層３の一方に積層され、受光に伴い電子を放出する色素１１とｎ型半導体層９とを有する。ｎ型半導体としては、金属酸化物半導体が適しており、例えば、チタン、亜鉛、スズ、インジウム、ジルコニウム等の酸化物が好適に用いられる。これらの半導体材料を微結晶又は多結晶状態にして薄膜化することにより、良好な多孔質のｎ型半導体層９を形成することができる。特に、多孔質の酸化チタン層は、光極７が有するｎ型半導体層９として好適である。色素１１は、受光に伴い電子を放出する。このような色素１１としては、可視光領域又は赤外領域に吸収を有する色素が適しており、例えば、金属錯体や有機色素を用いることができる。特に、ルテニウム錯体を用いると好適である。色素１１は、多孔質のｎ型半導体層９の表面に付着させられる。付着は、化学吸着や物理吸着等によって行うことができる。具体的には、色素１１を含む溶液中に多孔質のｎ型半導体層９を浸漬させる方法がある。
【００２７】
セパレータ層１５は、光極７に積層され、光極７の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成されている。セパレータ層１５の一端は基板１上のスクライブ５と接触している。これにより、光極７と対極１３との直接接触、及び光極７と接続部２１との直接接触が回避される。セパレータ層１５は、例えば、ルチル型の酸化チタンを用いて多孔質に形成され、その細孔の内部に電解液１７を蓄える。つまり、セパレータ層１５の内部に蓄えられた電解液１７により、本発明の電解液層が形成される。
【００２８】
対極１３は、光極７に対して所定の間隔を隔てて対向する。光極７と対極１３とは等面積に形成される。対極１３としては、導電性及び電解液１７に対する耐久性を有する多孔質カーボンが好適に用いられる。このような多孔質のカーボン層からなる対極１３は、その内部に電解液１７を吸い込み、電解液１７の中のイオンの、還元反応の触媒としても機能する。
【００２９】
接続部２１は、対極１３と透明導電層３とに亘って設けられ、これらを接続する部材である。接続部２１は、導電性を有し、かつ、還元触媒としての機能を有さない材料を用いて形成される。このような材料としては、インジウム・スズ酸化物、アンチモン・スズ酸化物、フッ素ドープスズ酸化物、導電性酸化亜鉛等の導電性酸化物が好適に用いられる。これらは単独で用いても良いし、いずれか二つ以上を混合して用いても良い。接続部２１は、図２に示すように、光極７が積層された透明導電層３とスクライブ５を隔てて隣設する透明導電層３から、セパレータ層１５の一方の端面に接しつつ基板１に対して垂直に伸延している。そして、その上方の側面において対極１３と接することにより、透明導電層３と対極１３とを導通させている。
この接続部２１が配置された位置は、図６の従来型の色素増感型太陽電池Ｃのセル構造において、対極１０４のうち、光極１０３とは対向せずに光極１０３の片側を覆う部位が占める位置（１０４ａ）に相当する。本発明における接続部２１は、導電性を有し、かつ、還元触媒としての機能を有さないものであるため、発生した電子の適切な流れを確保しつつ、接続部２１において還元反応のみが選択的に進行してしまうことを抑制することができる。これと、光極７と対極１３とが等面積に形成されていることにより、電解液１７の中のイオンの還元反応と酸化反応の進行度がほぼ等しくなり、酸化還元サイクルの偏りが防止される。よって、対極１３の一部において還元反応のみが選択的に進行してレドックス対の濃度勾配が発生し、使用を続けるにつれて活性なイオン種の量が減少して電解液１７の導電性が低下し、出力低下につながってしまう等の不都合の発生を抑制することができる。したがって、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池Ｃを提供することができる。
【００３０】
なお、セパレータ層１５は光極７の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成されており、接続部２１はセパレータ層１５の一方の端面と接しているため、厳密には、光極７の片側を覆う部位のセパレータ層１５の厚み（スクライブ５の半幅〜全幅程度）の分だけ対極１３の方が表面積が大きくなる。しかし、通常、スクライブ５の幅は光極７及び対極１３の幅に対して極めて小さく、その差は無視できる程度であるので、ここでは等面積であるものとして扱う。つまり、本発明において、光極７と対極１３とが「等面積」とは、実質的にみて面積が等しいことを意味し、たとえ多少大きさに差があったとしても、電解液１７の中のイオンの還元反応と酸化反応の進行度が実質的に等しくなる程度の差は「等面積」に含まれるものとする。
【００３１】
ここで接続部２１は、粒子径が１〜５０ｎｍの導電性酸化物粉末を原料とする焼結体であると好ましい。このような微細粉末を原料として透明導電層３の上に接続部２１を焼結させて形成すれば、透明導電層３と接続部２１とを密に結着させることができる。よって、当該結着部位における外力や膨張収縮ストレス等に対する機械的強度を向上させ、この点からも色素増感型太陽電池Ｃの長期耐久性を向上させることができる。
【００３２】
これまで説明してきたような色素増感型太陽電池モジュールＭは、基板１を加工する第一工程、ｎ型半導体層９を形成する第二工程、セパレータ層１５を形成する第三工程、接続部２１を形成する第四工程、対極１３を形成する第五工程、ｎ型半導体層９に色素１１を吸着させて光極７を形成する第六工程、光極７、対極１３及びセパレータ層１５に電解液１７を浸漬する第七工程、を経て製造される。この製造工程については、以下に、実施例とともに具体的に説明する。
【００３３】
（実施例１）
図３に示すような工程により、色素増感型太陽電池Ｃを製造した。なお、性能評価試験を行う際には、光極７が積層された透明導電層３とスクライブ５を隔てて隣設する透明導電層３と対極１３とに亘って、導電性を有し、かつ、還元触媒としての機能を有さない接続部２１を備えたことが、純粋に連続作動による性能低下の抑制作用を発揮させていることを確認するため、１セルのみの構成としたものを用いた。
【００３４】
図３（ａ）に示す第一工程では、基板１が加工される。まず透明ガラス基板上にフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）を付着させて膜厚０．５μｍの透明導電層３を形成した。その後、透明導電層３にＹＡＧレーザー加工を施すことにより５０μｍの幅のスクライブ５を形成し、隣設する透明導電層３どうしを絶縁した。
【００３５】
図３（ｂ）に示す第二工程では、ｎ型半導体層９が形成される。平均粒子径２５ｎｍ以下の酸化チタンを分散し、セルロース系バインダを混合した後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的に酸化チタン固形分濃度が１６ｗｔ％になるようにペーストを調合した。このペーストをスクリーン印刷にて透明導電層３に積層した後、乾燥し、４５０度で焼成した。このようにして、酸化チタン層からなるｎ型半導体層９を形成した。
【００３６】
図３（ｃ）に示す第三工程では、セパレータ層１５が形成される。平均粒子径が２５０ｎｍよりも大きな粒子のルチル１００％酸化チタンと平均粒子径２０ｎｍの酸化ジルコニウムとを分散し、セルロース系バインダを混合した。その後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的に酸化チタン、酸化ジルコニウム固形分濃度が１５ｗｔ％になるようにペーストを調合した。このペーストをスクリーン印刷にて光極７に積層した後、乾燥し、４５０度で焼成した。このようにして、平均膜厚５μｍのセパレータ層１５を形成した。
なお、セパレータ層１５は、その一端が基板１上のスクライブ５と接触し、かつ、光極７の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成される。これにより、光極７と対極１３との直接接触、及び光極７と接続部２１との直接接触が回避される。
【００３７】
図３（ｄ）に示す第四工程では、接続部２１が形成される。平均粒子径が１〜５０ｎｍのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）のナノ粒子粉末を分散し、セルロース系バインダを混合した後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的にＩＴＯ固形分濃度が１６ｗｔ％になるようにペーストを調合した。このペーストをスクリーン印刷にて、光極７が積層された透明導電層３とスクライブ５を隔てて隣設する透明導電層３に積層した後、乾燥し、４５０度で焼成した。このようにして、接続部２１を形成した。
なお、接続部２１は、その原料濃度を調節することにより、セパレータ層１５の上面よりもやや高くなるように形成される。
【００３８】
図３（ｅ）に示す第五工程では、対極１３が形成される。比表面積８００ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック、平均粒子径５μｍのグラファイト、平均一次粒子径６ｎｍの酸化チタンを重量基準で１：５：１で混合し、更にセルロース系バインダを混合した。その後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的に固形分濃度が３０ｗｔ％になるようにペーストを調合した。このペーストをスクリーン印刷にて、接続部２１とセパレータ層１５の段差を埋めるようにしながらセパレータ層１５に積層した後、乾燥し、４５０度で焼成した。このようにして、対極１３を形成した。
【００３９】
第六工程では、ｎ型半導体層９に色素１１が吸着される。第一工程から第五工程までを経た基板１を、ルテニウム錯体のエタノール溶液に所定時間（２４時間）浸漬することにより、酸化チタン層からなるｎ型半導体層９に色素１１、つまりルテニウム錯体を吸着させた。このようにして、色素１１を含んだｎ型半導体層９を有する光極７を形成した。
【００４０】
第七工程では、光極７、対極１３及びセパレータ層１５に電解液１７が浸漬される。本実施例では、３−メトキシプロピオニトリルに０．０５ｍｏｌ／Ｌのヨウ素（Ｉ2）と、０．５ｍｏｌ／Ｌのリチウムヨウ素（ＬｉＩ）と０．５ｍｏｌ／Ｌの４−ｔ−ブチルピリジンを溶解した電解質溶液を電解液１７として注入し、セル内に封止した。このようにして、色素増感型太陽電池Ｃを製造した。
【００４１】
このようにして得られた色素増感型太陽電池Ｃを二つ作製し、初期出力、連続作動耐久性能、性能回復性、温度サイクル耐久性の夫々について評価を行った。
初期出力については、ＡＭ１．５スペクトル分布のキセノンランプを用いたソーラーシュミレータで１００ｍＷ／ｃｍ2の条件下での初期変換効率（Ａ）を測定した。
連続作動耐久性能については、二つずつ作製した色素増感型太陽電池Ｃのうちの一つを、雰囲気温度が６０℃に保たれ、ＡＭ１．５スペクトル分布を照射できるキセノン光源を具備した作動耐久試験機に設置し、電池の両端出力を導線でつないで１００ｍＷ／ｃｍ2の光を照射しながら１０００時間放置した後の連続作動後変換効率（Ｂ）を測定した。
性能回復性については、更にその後、その電池を室温下暗所で２４時間放置後、暗所休止後変換効率（Ｃ０）を測定した。そして、連続作動後変換効率（Ｂ）に対する暗所休止後変換効率（Ｃ０）の比率を回復率（Ｃ）として求めた。
温度サイクル耐久性については、二つ作製した色素増感型太陽電池Ｃのうちの別の一つを用い、−４０℃から９０℃の温度サイクル試験を１００サイクル行って、温度サイクル後変換効率（Ｄ０）を測定した。そして、初期変換効率（Ａ）に対する温度サイクル後変換効率（Ｄ０）の比率を性能維持率（Ｄ）として求めた。
【００４２】
（実施例２）
実施例１の接続部２１を、平均粒子径が５０ｎｍ以下のアンチモン・スズ酸化物（ＡＴＯ）のナノ粒子粉末を用いて形成した以外は、全て実施例１と同じ条件で色素増感型太陽電池Ｃを作製し、実施例１と同様の評価を行った。
【００４３】
なお、実施例１及び実施例２の共通の比較例として、図６に示すような従来型の色素増感型太陽電池Ｃを用いて、上記と同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0005311094.tif 000002
【００４５】
表１によれば、実施例１のセル（Ｎｏ．１）や実施例２のセル（Ｎｏ．３）では、連続作動後変換効率（Ｂ）は初期変換効率（Ａ）と比較してほとんど変化していない。一方、比較例のセル（Ｎｏ．５）では、１０００時間の連続作動により変換効率が低下した。このことより、導電性酸化物を用いて形成した接続部２１を備えることによって、セルの連続作動耐久性を向上させることができることが確認できた。これは、上記接続部２１は還元触媒としての機能を有さないため、使用を続けるにつれて活性なイオン種の量が減少して電解液１７の導電性が低下するといった不都合の発生が抑制されるからと考えられる。
また、温度サイクル耐久性については、実施例１のセル（Ｎｏ．２）や実施例２のセル（Ｎｏ．４）では、温度サイクル後変換効率（Ｄ０）は初期変換効率（Ａ）と比較してほとんど変化がない。一方、比較例のセル（Ｎｏ．６）では、−４０℃から９０℃までの温度サイクル（１００サイクル）により変換効率が低下した。このことより、導電性酸化物を用いて形成した接続部２１を備えることによって、セルの温度サイクル耐久性をも向上させることができることが確認できた。これは、接続部２１を形成する導電性酸化物の方が対極１３を形成する多孔質カーボンよりも、透明導電層３に対してより緻密に結着して電解液１７による膨潤が抑制されるため、電解液１７の凍結及び溶解を繰り返すことによる膨張収縮ストレスに対して密着性が長期にわたって保証されるからと考えられる。
【００４６】
（実施例３）
実施例１の電解液１７を、イオン性液体からなる電解液とした以外は、全て実施例１と同じ条件で色素増感型太陽電池Ｃを作製した。イオン性液体からなる電解液としては、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムイオダイド（ＭＰＩＩ）５ｍｏｌに０．５ｍｏｌのヨウ素（Ｉ2）と０．５ｍｏｌの４−ｔ−ブチルピリジンを溶解させたものを用いた。その粘度は約９００ｍＰａ・ｓであった。このイオン性液体からなる電解液をセル内に注入して封止した。このようにして、色素増感型太陽電池Ｃを製造した。
【００４７】
このようにして得られた色素増感型太陽電池Ｃを二つ作製し、実施例１及び実施例２と同様の評価を行った。なお、比較例として、図６に示すような従来型の色素増感型太陽電池Ｃにイオン性液体からなる電解液を封入したものを用いて、上記と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４８】
【表２】
0005311094.tif 000003
【００４９】
表２によれば、実施例３のセル（Ｎｏ．７）では、連続作動後変換効率（Ｂ）は初期変換効率（Ａ）と比較してほとんど変化していない。一方、比較例のセル（Ｎｏ．９）では、１０００時間の連続作動により変換効率が大きく低下した。このことより、導電性酸化物を用いて形成した接続部２１を備えることによって、セルの連続作動耐久性を大幅に向上させることができることが確認できた。これは、実施例１及び実施例２での考察と同様に、上記接続部２１は還元触媒としての機能を有さないため、使用を続けるにつれて活性なイオン種の量が減少して電解液１７の導電性が低下するといった不都合の発生が抑制されるからと考えられる。特に、イオン性液体からなる電解液のように粘性の高い電解液１７を用いた場合には、電解液１７自体の流動性が低いため、一旦レドックス対の濃度勾配が生じてしまうと元に戻るのに非常に時間がかかることから、その効果がより顕著に現れる。
また、温度サイクル耐久性については、実施例３のセル（Ｎｏ．８）では、温度サイクル後変換効率（Ｄ０）は初期変換効率（Ａ）と比較してほとんど変化していない。一方、比較例のセル（Ｎｏ．１０）では、−４０℃から９０℃までの温度サイクル（１００サイクル）により変換効率が大きく低下した。このことより、本実施例においても、導電性酸化物を用いて形成した接続部２１を備えることによって、セルの温度サイクル耐久性をも大幅に向上させることができることが確認できた。
【００５０】
〔参考例〕
本発明の参考例について図面を参照して説明する。
図４は本実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃのセル構造を示す断面斜視図である。基本的な構造は第一の実施形態に係る色素増感型太陽電池Ｃと同様であるが、本参考例では接続部２１を形成する材質が異なり、それに伴い製造方法が一部異なる。以下では、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本参考例においては、接続部２１は、対極１３を形成する材料と同じ材料を用いて対極１３と一体的に形成される。すなわち、導電性及び電解液１７に対する耐久性を有する多孔質カーボンを用いて、対極１３と接続部２１とが一体となって、光極７の片側を覆うように断面Ｌ字状に形成される。
【００５２】
そして、そのうちの接続部２１に対して、樹脂材料３１が含浸されている。樹脂材料３１としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂等を用いることができる。特に、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン等のポリオレフィン系の熱可塑性樹脂を主成分とする材料を用いれば、融点付近まで加熱して溶融しておき、接続部２１の表面に塗布するだけで簡単に細孔３３の内部へと含浸させることができるので好適である。
【００５３】
図５は、接続部２１の拡大図である。対極１３及び接続部２１は多孔質カーボン層により形成されており、これらはその内部に細孔３３を有する。対極１３については通常どおり、この細孔３３に電解液１７が浸漬し、細孔３３の表面においてカーボンが触媒として機能することにより、電解液１７の中のイオンの還元反応が進行する。
一方、接続部２１については、その外側から熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂材料３１が溶融されて塗布される。塗布された樹脂材料３１は接続部２１の内部へと含浸され、電解液１７の中のイオンの還元反応の場としての細孔３３がこの樹脂材料３１により埋められてしまう。そのため、細孔３３の表面においてカーボンが触媒として機能することが阻害され、接続部２１の内部の細孔３３においては還元反応がほとんど進行しなくなる。よって、還元反応のみが選択的に進行し、使用を続けるにつれて活性なイオン種の量が減少して電解液１７の導電性が低下し、出力低下につながってしまう等の不都合が生じることが抑制される。したがって、長期耐久性に優れた色素増感型太陽電池Ｃを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る色素増感型太陽電池モジュールの全体構造を示す斜視図
【図２】第一の実施形態に係る色素増感型太陽電池のセル構造を示す断面斜視図
【図３】第一の実施形態に係る色素増感型太陽電池モジュールの製造工程図
【図４】参考例に係る色素増感型太陽電池のセル構造を示す断面斜視図
【図５】参考例に係る色素増感型太陽電池の接続部の拡大図
【図６】従来型の色素増感型太陽電池のセル構造を示す断面斜視図
【符号の説明】
【００５６】
Ｃ        色素増感型太陽電池
Ｍ        色素増感型太陽電池モジュール
１        基板
３        透明導電層
７        光極
９        ｎ型半導体層
１１      色素
１３      対極
１７      電解液
２１      接続部
３１      樹脂材料
【図１】
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【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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