(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
該第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する電子輸送層と、
該電子輸送層と接触する色素層と、
前記電子輸送層と前記第２の電極との間に位置し、レドックスイオンを含む電解液を含む電解質層と、を有し、
前記電子輸送層は、そのうちの前記電解質側の部分であって金属酸化物を主成分とする半導体材料よりなる複数の繊維状物が三次元的に組み合わされてなる網目状構造を有し前記レドックスイオンが通過可能な多孔質部と、前記多孔質部以外の部分であって前記繊維状物の平均繊維径よりも平均粒径の小さい粒子の集合体で構成された緻密質部とで構成されており、
前記繊維状物は、平均繊維径が１μｍ以下であり、かつ、繊維径が５μｍ以上のものを実質的に含まないものであることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記電子輸送層のうち、前記多孔質部の光反射率は、前記緻密質部の光反射率より大きい請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記多孔質部は、前記緻密質部に固着している請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記多孔質部は、金属酸化物またはその前駆体を用いて、前記緻密質部に接合されている請求項１または２に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記多孔質部の平均厚さは、前記緻密質部の平均厚さの１０〜８０％である請求項１ないし４のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記多孔質部が有する空孔のサイズは、前記レドックスイオンのイオン径の３０〜３００００倍である請求項１ないし５のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記電解液中の前記レドックスイオンは、実質的にＩ３−およびＩ−である請求項１ないし６のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記電解液において、Ｉ３−の含有率をＡ［ｍｏｌ／Ｌ］とし、Ｉ−の含有率をＢ［ｍｏｌ／Ｌ］としたとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）は０．３〜０．６である請求項７に記載の光電変換素子。
【請求項９】
第１の電極と、
該第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置し、そのうちの前記電解質側の部分であって金属酸化物を主成分とする半導体材料よりなる複数の繊維状物が三次元的に組み合わされてなる網目状構造を有する多孔質部と、前記多孔質部以外の部分であって前記繊維状物の平均繊維径よりも平均粒径の小さい粒子の集合体で構成された緻密質部とで構成された電子輸送層と、
該電子輸送層と接触する色素層と、
前記電子輸送層と前記第２の電極との間に位置し、レドックスイオンを含む電解液を含む電解質層と、を備え、
前記多孔質部は、前記レドックスイオンが通過可能なものであり、前記繊維状物は、平均繊維径が１μｍ以下であり、かつ繊維径が５μｍ以上のものを実質的に含まないものである光電変換素子の製造方法であって、
前記第１の電極の一方の面上に、前記緻密質部を形成する段階と、
前記緻密質部上に前記多孔質部を形成して、前記電子輸送層を形成する段階と、
前記電子輸送層に接触するように、前記色素層を形成する段階と、
前記電子輸送層および前記色素層を介して、前記第１の電極と反対側に前記第２の電極を配置する段階と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記電解液を充填し、前記電解質層を形成する段階と、を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の光電変換素子を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子、光電変換素子の製造方法および電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環境にやさしい電源として、シリコンを用いた光電変換素子、いわゆる太陽電池が注目を集めている。シリコンを用いた太陽電池の中には、人工衛星等に用いられる単結晶シリコン型の太陽電池もあるが、実用的なものとしては、特に多結晶シリコンを用いた太陽電池や、アモルファスシリコンを用いた太陽電池が、産業用や家庭用として実用化が始まっている。
【０００３】
しかしながら、これらのシリコンを用いた太陽電池は、いずれも、製造コストが高く、また、製造に多大なエネルギーを必要とするため、必ずしも省エネルギーな電源とは言えなかった。
これに代わる次世代の太陽電池として開発され、製造コストが安く、また、製造エネルギーが少ないとされる色素増感太陽電池が提案されている。
【０００４】
色素増感太陽電池は、透明電極と対向電極との間に、色素を担持させた半導体層（電子輸送層）と電解液とを有する構成とされ、受光により色素で発生した電子と正孔（キャリア）とが、それぞれ透明電極と対向電極とに引き分けられ、これらの間に電位差を生じさせるものである。
例えば、特許文献１には、半導体層（電子輸送層）を酸化チタンの多結晶材料で構成してなる色素増感太陽電池が提案されている。酸化チタンの多結晶材料表面には、色素が吸着しており、色素で発生した電子は、半導体層を介して電極に移動する。これにより、２つの電極間に電位差が生じる。
【０００５】
しかしながら、酸化チタンの多結晶材料は、色素から電極に電子を移動させる電子輸送能が十分ではないという問題があった。
かかる問題点に対し、入射する光を反射する光反射層を備えたことにより、光電変換効率の向上を図る試みがなされている。
ところが、この光反射層によって、電解液中においてキャリアの移動を担うレドックスイオンの移動が妨げられるという問題が生じる。このため、レドックスイオンと色素との間の接触機会が減少し、光電変換効率を十分に高めることができない。
【特許文献１】特許第２６６４１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、より高い光電変換効率を実現し得る光電変換素子、レドックスイオンからの電子を円滑に受けられる電子輸送層を備えた光電変換素子を効率よく製造可能な光電変換素子の製造方法、および、かかる光電変換素子を備えた信頼性の高い電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の光電変換素子は、第１の電極と、
該第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置する電子輸送層と、
該電子輸送層と接触する色素層と、
前記電子輸送層と前記第２の電極との間に位置し、レドックスイオンを含む電解液を含む電解質層と、を有し、
前記電子輸送層は、そのうちの前記電解質側の部分であって金属酸化物を主成分とする半導体材料よりなる複数の繊維状物が三次元的に組み合わされてなる網目状構造を有し前記レドックスイオンが通過可能な多孔質部と、前記多孔質部以外の部分であって前記繊維状物の平均繊維径よりも平均粒径の小さい粒子の集合体で構成された緻密質部とで構成されており、
前記繊維状物は、平均繊維径が１μｍ以下であり、かつ、繊維径が５μｍ以上のものを実質的に含まないものであることを特徴とする。
これにより、緻密質部は、密度が高くなるとともに、表面積が大きくなる。その結果、緻密質部には、より多くの色素を担持させることができる。そして、色素の担持量が多い緻密質部に対して、レドックスイオンがより多く接触することができる。その結果、より高い光電変換効率を実現し得る光電変換素子が得られる。
また、金属酸化物は、大気中でも安定的に存在することができ、かつ安価である。このため、金属酸化物を半導体材料として用いることにより、長寿命かつ安価な光電変換素子を得ることができる。
また、これにより、多孔質部の内部および表面に、レドックスイオンがより確実に通過するのに十分な大きさの空孔が形成される。その結果、レドックスイオンと色素層との接触機会がより多くなる。
また、これにより、多孔質部の内部および表面に、複数の空孔がほぼ均一に分布する。これにより、電子輸送層の全体にわたってムラなく光電変換がなされることとなる。その結果、電子輸送層において、光電変換に寄与しない部分を減少させることができ、光電変換素子の光電変換効率をより高めることができる。
【００１２】
本発明の光電変換素子では、前記電子輸送層のうち、前記多孔質部の光反射率は、前記緻密質部の光反射率より大きいことが好ましい。
これにより、光を、電子輸送層内により効率よく閉じ込めることができる。その結果、光電変換に供される光の光量がより増大し、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。
【００１３】
本発明の光電変換素子では、前記多孔質部は、前記緻密質部に固着していることが好ましい。
これにより、多孔質部は、緻密質部に対して直接接触することができるので、これらの間の電子移動が円滑になされる。
本発明の光電変換素子では、前記多孔質部は、金属酸化物またはその前駆体を用いて、前記緻密質部に接合されていることが好ましい。
これにより、緻密質部と多孔質部との接合界面において電子移動度が著しく低下するのを防止しつつ、緻密質部と多孔質部とをより強固に接合することができる。このため、長期にわたって界面剥離を防止し得る信頼性の高い電子輸送層が得られる。
【００１４】
本発明の光電変換素子では、前記多孔質部の平均厚さは、前記緻密質部の平均厚さの１０〜８０％であることが好ましい。
これにより、緻密質部と多孔質部との比率を最適化して、電子輸送層における光吸収率を十分に高めることができる。その結果、光電変換に供される光の光量がより増大し、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。
【００１５】
本発明の光電変換素子では、前記多孔質部が有する空孔のサイズは、前記レドックスイオンのイオン径の３０〜３００００倍であることが好ましい。
これにより、レドックスイオンの移動を妨げることなく、レドックスイオンが多孔質部の内部を円滑に移動することができる。
本発明の光電変換素子では、前記電解液中の前記レドックスイオンは、実質的にＩ３−およびＩ−であることが好ましい。
これにより、光電変換素子の光電変換効率をより高めることができる。
【００１６】
本発明の光電変換素子では、前記電解液において、Ｉ３−の含有率をＡ［ｍｏｌ／Ｌ］とし、Ｉ−の含有率をＢ［ｍｏｌ／Ｌ］としたとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）は０．３〜０．６であることが好ましい。
これにより、電解液のキャリア移動の効率が特に高いものとなり、光電変換素子の光電変換効率を特に高めることができる。
【００２１】
本発明の光電変換素子の製造方法は、第１の電極と、
該第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に位置し、そのうちの前記電解質側の部分であって金属酸化物を主成分とする半導体材料よりなる複数の繊維状物が三次元的に組み合わされてなる網目状構造を有する多孔質部と、前記多孔質部以外の部分であって前記繊維状物の平均繊維径よりも平均粒径の小さい粒子の集合体で構成された緻密質部とで構成された電子輸送層と、
該電子輸送層と接触する色素層と、
前記電子輸送層と前記第２の電極との間に位置し、レドックスイオンを含む電解液を含む電解質層と、を備え、
前記多孔質部は、前記レドックスイオンが通過可能なものであり、前記繊維状物は、平均繊維径が１μｍ以下であり、かつ繊維径が５μｍ以上のものを実質的に含まないものである光電変換素子の製造方法であって、
前記第１の電極の一方の面上に、前記緻密質部を形成する段階と、
前記緻密質部上に前記多孔質部を形成して、前記電子輸送層を形成する段階と、
前記電子輸送層に接触するように、前記色素層を形成する段階と、
前記電子輸送層および前記色素層を介して、前記第１の電極と反対側に前記第２の電極を配置する段階と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記電解液を充填し、前記電解質層を形成する段階と、を有することを特徴とする。
本発明の電子機器は、本発明の光電変換素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の光電変換素子、電子輸送層の製造方法、光電変換素子の製造方法および電子機器を添付図面に示す好適な実施形態について詳細に説明する。
以下、本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合を一例に説明する。
＜光電変換素子＞
≪第１実施形態≫
まず、太陽電池の第１実施形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第１実施形態を模式的に示す縦断面図、図２は、図１に示す太陽電池の一部を模式的に示す拡大図、図３ないし図５は、図１に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。なお、以下では、説明の都合上、図１ないし図５中、上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
図１に示す太陽電池１は、基板２上に設けられた第１の電極３と、第１の電極３と対向して設置された、対向基板７に支持された第２の電極（対向電極）６と、これらの電極３、６間において、第１の電極３側に位置する電子輸送層４と、電子輸送層４と接触する色素層Ｄと、電子輸送層４と第２の電極６との間に位置し、色素層Ｄに接触する電解質層５とを有している。また、各電極３、６間の縁部全周にわたって、隔壁８が設けられている。そして、各電極３、６と隔壁８とで画成された空間内に、電子輸送層４、色素層Ｄおよび電解質層５が設けられている。
【００２４】
また、電解質層５は、レドックスイオンを含む電解液を有している。
このような太陽電池１では、光が入射すると、主に色素層Ｄにおいて、電子が励起され、電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）とが発生する。このうち、電子は、電子輸送層４へ、正孔は、電解質層５へ移動し、第１の電極３と第２の電極６との間に、電位差（光起電力）が生じて、外部回路１０に電流（光励起電流）が流れる。
【００２５】
以下、各部の構成について説明する。
本実施形態では、基板２および対向基板７は、第１の電極３、電子輸送層４、色素層Ｄ、および第２の電極６を支持するためのものであり、平板状の部材で構成されている。
本実施形態にかかる太陽電池１は、図１に示すように、基板２および後述する第１の電極３側から、例えば、太陽光等の光（以下、単に「光」と言う。）を入射させて（照射して）使用するものである。このため、基板２および第１の電極３は、それぞれ、好ましくは実質的に透明（無色透明、着色透明または半透明）とされる。これにより、光を、後述する色素層Ｄに効率よく到達させることができる。
【００２６】
基板２および対向基板７の各構成材料としては、それぞれ、例えば、ガラス材料、セラミックス材料、樹脂材料、アルミニウムのような金属材料等が挙げられる。
このうち、基板２および対向基板７の各構成材料は、特に樹脂材料であるのが好ましい。樹脂材料は、柔軟性に富んでいるため、太陽電池１の柔軟性を高めることができる。また、樹脂材料は、軽量なため、太陽電池１の可搬性や製造容易性を高めることもできる。
【００２７】
ここで、基板２および対向基板７を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡＣ）等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリアミド（例：ナイロン６）、熱可塑性ポリイミド、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマー、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、スチレン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、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）のようなポリエステル系、ポリイミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性樹脂等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００２８】
これらの中でも、樹脂材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、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）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリイミド（ＰＩ）が好ましく用いられる。
さらに、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートがより好ましい。これらの樹脂材料は、比較的耐熱性および耐薬品性に優れているため、かかる樹脂材料で構成された基板は、太陽電池１を製造する際の熱処理や液相プロセスにおいて優れた耐久性を有する。
【００２９】
また、これらの樹脂材料は、透光性が高いので、より多くの光を色素層Ｄに到達させることができ、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。さらに、安価で入手が容易なため、太陽電池１の製造コストの低減を図ることができるという利点もある。
基板２および対向基板７の各平均厚さは、それぞれ、その構成材料、太陽電池１の用途等により適宜設定され、特に限定されないが、例えば、次のように設定することができる。
【００３０】
基板２および対向基板７をそれぞれ硬質材料で構成する場合、その平均厚さは、０．１〜１．５ｍｍ程度であるのが好ましく、０．３〜１．２ｍｍ程度であるのがより好ましい。また、基板２および対向基板７をそれぞれ可撓性材料で構成する場合、その平均厚さは、０．５〜５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜３００μｍ程度であるのがより好ましい。
【００３１】
なお、対向基板７は、必要に応じて、省略することもできる。
基板２上（基板２の一方の面側）には、第１の電極３が設けられている。この第１の電極３は、後述する色素層Ｄで発生した電子を、電子輸送層４を介して受け取り、これに接続された外部回路１０へ伝達する。
第１の電極３の構成材料としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素原子を含有する酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ２）、酸化錫（ＳｎＯ２）のような金属酸化物材料、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタルまたはこれらを含む合金のような金属材料、黒鉛のような炭素材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて（例えば、複数層の積層体等として）用いることができる。
【００３２】
第１の電極３の平均厚さは、その構成材料、太陽電池１の用途等により適宜設定され、特に限定されないが、例えば、次のように設定することができる。
第１の電極３を金属酸化物材料（透明導電性金属酸化物材料）で構成する場合、その平均厚さは、０．０５〜５μｍ程度であるのが好ましく、０．１〜１．５μｍ程度であるのがより好ましい。また、第１の電極３を金属材料や炭素材料で構成する場合、その平均厚さは、０．０１〜１μｍ程度であるのが好ましく、０．０３〜０．１μｍ程度であるのがより好ましい。
【００３３】
なお、第１の電極３は、図示の形状に限定されず、例えば、複数の櫛歯を有する形状のもの等であってもよい。この場合、光は、複数の櫛歯同士の間を通過して、色素層Ｄに到達するので、第１の電極３は、実質的に透明でなくてもよい。これにより、第１の電極３の構成材料や形成方法（製造方法）等の選択の幅の拡大を図ることができる。
また、第１の電極３は、このような櫛歯状の電極と、層状の電極とを組み合わせて（例えば、積層等して）用いることもできる。
【００３４】
第１の電極３上には、電子輸送層４が設けられている。
電子輸送層４は、少なくとも、色素層Ｄで発生した電子を輸送する機能を有するものである。このため、電子輸送層４は、電子輸送材料で構成されている。
このような電子輸送層４は、図１および図２に示すように、第１の電極３側の部分が電子輸送材料の粒状体４１０の集合体（以下、「緻密質部」と言う。）４１で構成されており、電解質層５側の部分が電子輸送材料の針状体（繊維状物）４２０の集合体（以下、「多孔質部」と言う。）４２で構成されている。
【００３５】
また、図２に示すように、緻密質部４１および多孔質部４２は、それぞれ、その内部および表面に色素ｄを担持している。
ここで、緻密質部４１および多孔質部４２は、いずれも、色素ｄを担持するための多数の空孔を有しているが、本明細書では、これらを、その空孔の割合（体積率）に基づいて区別するものとする。すなわち、緻密質部４１は、多孔質部４２に比べて相対的に緻密質であることから「緻密質部」と言い、多孔質部４２は、緻密質部４１に比べて相対的に多孔質であることから「多孔質部」と言うものとする。
【００３６】
なお、図１および図２において、緻密質部４１を構成する粒状体４１０のサイズ、および、多孔質部４２を構成する針状体４２０のサイズは、それぞれ、太陽電池１のサイズに対して誇張して示されている。
ここで、電子輸送材料は、電子を輸送する機能を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、半導体材料、金属材料等が挙げられる。
【００３７】
このうち、半導体材料としては、無機または有機の各種ｎ型半導体材料を１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。このうち、無機のｎ型半導体材料としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、一酸化チタン（ＴｉＯ）、三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）等の酸化チタン、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）のような金属酸化物を主成分とするものが好適である。金属酸化物は、大気中でも安定的に存在することができ、かつ安価である。このため、金属酸化物を半導体材料として用いることにより、長寿命かつ安価な太陽電池１を得ることができる。
【００３８】
これらの中でも、金属酸化物としては、二酸化チタンを主成分とするものが好ましい。二酸化チタンは、特に、電子の輸送能力に優れ、また、光に対する感受性が高いので、金属酸化物自体でも、電子を発生することができる。その結果、太陽電池１は、その発電効率（光電変換効率）がより向上する。
また、二酸化チタンは、その結晶構造が安定しているので、二酸化チタンを主材料とする半導体材料では、過酷な環境下に曝された場合でも、経年変化（劣化）が少なく、安定した性能が長期間継続して得られるという利点を有する。
さらに、二酸化チタンとしては、結晶構造がアナターゼ型のものを主成分とするもの、ルチル型のものを主成分とするもの、アナターゼ型のものとルチル型のものとの混合物のいずれであってもよい。
【００３９】
また、金属材料としては、金、銀、白金等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
電子輸送材料の粒状体（粒子）４１０は、その形状が比較的球形に近いものである。このような粒状体４１０は、製造が容易であるとともに、複数の粒状体４１０を集合させたときの密度が高くなり易い。このため、緻密質部４１は、表面積が大きくなる。その結果、緻密質部４１には、より多くの色素ｄを担持させることができる。
【００４０】
また、隣接する複数の電子輸送材料の粒状体４１０同士は、その表面同士が接触してさえいれば電子輸送を担うことができるが、接合（ネッキング）しているのが好ましい。これにより、各粒状体４１０間における電子移動度を高めることができる。その結果、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。
このような粒状体４１０の平均粒径は、特に限定されないが、１ｎｍ〜１μｍ程度であるのが好ましく、５〜５０ｎｍ程度であるのがより好ましい。これにより、粒状体４１０の製造容易性を維持しつつ、より表面積の大きい緻密質部４１を構成することができる。
また、緻密質部４１の平均厚さは、特に限定されないが、３〜３０μｍ程度であるのが好ましく、５〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。緻密質部４１の平均厚さを前記範囲内とすることにより、緻密質部４１の機能が十分に発揮されるとともに、緻密質部４１が厚すぎて電気抵抗成分が増大してしまうのを防止することができる。
【００４１】
一方、電子輸送材料の針状体４２０は、その形状が細長い繊維状（針状）をなしている。このため、そのような形状の複数の針状体４２０が集合してなる集合体、すなわち多孔質部４２は、各針状体４２０同士が干渉して隙間が生じ易くなり、充填密度が低下する。したがって、多孔質部４２は、内部および表面に多数の空孔を有するものとなる。その結果、この空孔は、図２に示すように、電解質層５中のレドックスイオン５１が十分に通過可能なサイズとなる。
【００４２】
ところで、レドックスイオン５１は、酸化・還元状態を相互にとることにより、キャリアの移動を担うことができるイオンである。レドックスイオン５１が、多孔質部４２の内部、すなわち電子輸送層４の内部を通過可能になると、レドックスイオン５１と色素層Ｄとの接触機会がより多くなり、色素層Ｄで発生したキャリア（正孔）を、レドックスイオン５１を介して、効率よく第２の電極６へと移動させることができる。
【００４３】
特に、図２に示すように、電子輸送層４が緻密質部４１と多孔質部４２との積層体で構成されている場合、多孔質部４２に担持された色素ｄからレドックスイオン５１に対して効率よく電子が移動する。また、緻密質部４１には、より多くの色素ｄが担持されていることから、レドックスイオン５１に対してより多くの電子が移動する。その結果、例えば、電子輸送層４全体が緻密質部で構成された場合に比べ、電子輸送層４における電子移動量の増大を図ることが、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。
【００４４】
このような各針状体４２０同士は、その表面同士が接触してさえいれば電子輸送を担うことができるが、接合（ネッキング）しているのが好ましい。これにより、各針状体４２０間における電子移動度を高めることができる。その結果、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。
ここで、針状体４２０は、その平均繊維径が１μｍ以下であるのが好ましく、０．７μｍ以下であるのがより好ましい。また、実質的に５μｍ以上の繊維径をもつ繊維が存在しないことが好ましい。
【００４５】
ここで、実質的に５μｍ以上の繊維径をもつ繊維が存在しないとは、電子顕微鏡観察において、任意の点で上記範囲の繊維径をもつ繊維が観察されないことを指す。平均繊維径が５μｍを越える繊維が含まれると、多孔質部４２の内部および表面に、レドックスイオン５１が通過するための空孔の割合が小さくなるため好ましくない。
【００４６】
また、針状体４２０の繊維長としては、実質的に６０μｍ以下のものが存在しないことが好ましい。
ここで、実質的に６０μｍ以下の繊維長を有する繊維が存在しないとは、任意の点を中心とした２０００倍の電子顕微鏡観察において、繊維の両端が観察されないことを指す。繊維長が６０μｍ以下の繊維が含まれると、多孔質部４２の内部および表面に、レドックスイオン５１が通過するための空孔の割合が小さくなるため好ましくない。
【００４７】
なお、図２に示すレドックスイオン５１のイオン径は、多孔質部４２に形成された空孔のサイズに対して誇張して示されている。
また、多孔質部４２の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１５μｍ程度であるのが好ましく、３〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。多孔質部４２の平均厚さを前記範囲内とすることにより、多孔質部４２の機能が十分に発揮されるとともに、多孔質部４２が厚すぎて電気抵抗成分が増大するのを防止することができる。
【００４８】
また、図１および図２に示す多孔質部４２では、複数の針状体４２０が三次元的に組み合わされてなる網目状構造を構築している。かかる構造の多孔質部４２では、その内部および表面に形成される複数の空孔が、多孔質部４２全体にわたってほぼ均一に分布する。このような構造を有する電子輸送層４では、全体にわたってムラなく光電変換がなされることとなる。その結果、電子輸送層４において、光電変換に寄与しない部分を減少させることができ、太陽電池１の光電変換効率をより高めることができる。
【００４９】
ここで、前述したように、多孔質部４２の内部および表面に形成された空孔は、レドックスイオン５１が通過可能であるため、そのサイズは、レドックスイオン５１のイオン径より十分に大きくなっているのが好ましい。具体的には、空孔のサイズが、レドックスイオン５１のイオン径の３０〜６００００倍程度であるのが好ましく、５０〜３００００倍程度であるのがより好ましい。このようなサイズの空孔であれば、レドックスイオン５１の移動を妨げることなく、レドックスイオン５１が多孔質部４２の内部を円滑に移動することができる。このため、太陽電池１におけるキャリア移動度が高くなり、光電変換効率のさらなる向上を図ることができる。
【００５０】
より具体的には、前記空孔のサイズ（内径）は、レドックスイオン５１のイオン径によって異なるが、例えば、２０〜１００００ｎｍ程度であるのが好ましく、５０〜５０００ｎｍ程度であるのがより好ましい。
ここで、多孔質部４２の光反射率は、緻密質部４１の光反射率より大きいのが好ましい。これにより、光を電子輸送層４内により効率よく閉じ込めることができる。これは、すなわち、緻密質部４１を透過した光を、多孔質部４２によって緻密質部４１側に効率よく反射させることができるので、緻密質部４１における光吸収率が向上することによるものである。その結果、光電変換に供される光の光量がより増大し、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。
【００５１】
この場合、多孔質部４２は、特に可視光に対する反射率が大きいのが好ましい。これにより、特に太陽光に対して、高い光電変換効率を示す太陽電池１が得られる。
このような多孔質部４２の平均厚さは、緻密質部４１の平均厚さの１０〜８０％程度であるのが好ましく、２０〜７０％程度であるのがより好ましい。多孔質部４２の平均厚さを前記範囲内に設定することにより、緻密質部４１と多孔質部４２との比率を最適化して、電子輸送層４における光吸収率を十分に高めることができる。
【００５２】
また、粒状体４１０の構成材料と、針状体４２０の構成材料とは、それぞれ異なっていてもよいが、同種であるのが好ましい。これにより、緻密質部４１と多孔質部４２との間の電子移動度をさらに高めることができる。
なお、多孔質部４２は、図１および図２に示すように、緻密質部４１に一体的に固着されている。これにより、多孔質部４２は、緻密質部４１に対して直接接触することができるので、これらの間の電子移動が円滑になされる。すなわち、多孔質部４２と緻密質部４１との間の界面において、電子移動が妨げられるのを抑制することができる。
【００５３】
このような電子輸送層４には、色素ｄが、例えば吸着、結合（共有結合、配位結合）等させることにより接触している（担持されている）。
この色素ｄは、前述したように、受光により、電子と正孔とを発生する機能を有し、図２に示すように、粒状体４１０および針状体４２０の表面に担持されている。これにより、色素ｄで発生した電子を効率よく電子輸送層４に受け渡すことができる。
【００５４】
この色素ｄとしては、顔料および染料を単独または混合して使用することができる。なお、経時的変質、劣化がより少ないという点で顔料を、電子輸送層４への吸着性（結合性）がより優れるという点で染料を用いるのが好ましい。
ここで、顔料としては、例えば、フタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、アントラキノン系顔料、アゾメチン系顔料、キノフタロン系顔料、イソインドリン系顔料、ニトロソ系顔料、ペリノン系顔料、キナクリドン系顔料、ペリレン系顔料、ピロロピロール系顔料、ジオキサジン系顔料のような有機顔料、炭素系顔料、クロム酸塩系顔料、硫化物系顔料、酸化物系顔料、水酸化物系顔料、フェロシアン化物系顔料、ケイ酸塩系顔料、リン酸塩系顔料のような無機顔料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５５】
一方、染料としては、例えば、ＲｕＬ２（ＳＣＮ）２、ＲｕＬ２Ｃｌ２、ＲｕＬ２ＣＮ２、Ｒｕｔｅｎｉｕｍ５３５−ｂｉｓＴＢＡ（Ｓｏｌａｒｏｎｉｃｓ社製）、［ＲｕＬ２（ＮＣＳ２）２Ｈ２Ｏのような金属錯体色素、シアン系色素、キサンテン系色素、アゾ系色素、ハイビスカス色素、ブラックベリー色素、ラズベリー色素、ザクロ果汁色素、クロロフィル色素等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、前記組成式中のＬは、２，２’−ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅまたはその誘導体を示す。
【００５６】
第１の電極３、第２の電極６および隔壁８で画成された空間内には、レドックスイオン５１を含む電解液が充填されている。また、この電解液は、緻密質部４１内の空孔および多孔質部４２内の空孔にも浸透している。このような電解液を含む電解質層５では、色素ｄに対してレドックスイオン５１が広い面積で接触することができるので、レドックスイオン５１を介してキャリアの移動が効率よく行われる。その結果、太陽電池１の光電変換効率を高めることができる。
【００５７】
このような電解質層５が含む電解液は、液体状またはゲル状とされる。
このうち、液体状の電解液は、例えば、Ｉ／Ｉ３系、Ｂｒ／Ｂｒ３系、Ｃｌ／Ｃｌ３系、Ｆ／Ｆ３系のようなハロゲン系、キノン／ハイドロキノン系等のレドックス電解質（酸化還元物質：電解質成分）の１種または２種以上を組み合わせたものを、例えば各種水、アセトニトリル、エチレンカーボネート、炭酸プロピレン、ポリエチレングリコール等の溶媒（または、これらの混合溶媒）に溶解した電解質溶液で構成することができる。
【００５８】
このようなレドックスイオン５１は、好ましくはＩ／Ｉ３系、すなわちＩ３−とＩ−とを含むのが好ましく、より好ましくは、実質的にＩ３−とＩ−とであるのがより好ましい。かかるレドックスイオン５１を含む電解液は、太陽電池１の光電変換効率をより高めることができる。
電解液中のレドックスイオン５１の濃度（含有率）は、特に限定されないが、０．１〜２５ｗｔ％程度であるのが好ましく、０．５〜１５ｗｔ％程度であるのがより好ましい。
【００５９】
また、Ｉ／Ｉ３系の電解液において、Ｉ３−とＩ−との比率はいかなるものであってもよいが、電解液中のＩ３−の含有率をＡ［ｍｏｌ／Ｌ］とし、Ｉ−の含有率をＢ［ｍｏｌ／Ｌ］としたとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）は、好ましくは０．３〜０．６程度とされ、より好ましくは０．４〜０．５程度とされる。Ｉ３−とＩ−との比率をこのような範囲に設定することにより、電解液のキャリア移動の効率が特に高いものとなり、太陽電池１の光電変換効率を特に高めることができる。
【００６０】
また、ゲル状の電解液は、例えば、前述のような液体状の電解液をゲル状の基材（ゲル基材）中に保持させたもので構成することができる。
このゲル基材としては、例えば、主として熱可塑性樹脂で構成されるもの、主として熱硬化性樹脂で構成されるもの、主として共重合体で構成されるもの、主としてシロキサン結合を有する化合物で構成されるもの等を用いることができ、さらに、これらのうちの任意の２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００６１】
このうち、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、エポキシ樹脂、石炭酸樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。
【００６２】
また、共重合体は、少なくとも２種の化合物（共重合体の前駆体）を、例えば、イオン重合（カチオン重合、アニオン重合）、ラジカル重合等、あるいは、これらを併用して重合させることにより得られるものであり、例えば、エポキシ系共重合体、ビニルエーテル系共重合体、オキセダン系共重合体、ウレタンアクリレート系共重合体、エポキシアクリレート系共重合体、エステルアクリレート系共重合体、アクリレート系共重合体等が挙げられる。
【００６３】
したがって、前記化合物（共重合体の前駆体）としては、例えば、ウレタン、ポリアセン、ポリアセチレン、ポリエチレン、ポリカーボン、ポリピロール、ポリアニリン、活性硫黄等のうちから、任意の２種以上を適宜選択して用いることができる。
また、シロキサン結合を有する化合物としては、ポリシロキサン、ポリジメチルシロキサン、ポリアルキルフェニルシロキサン、シリコン原子の一部が他の金属原子（例えば、アルミニウム、チタン等）と置換したポリメタロシロキサン等が挙げられる。
【００６４】
このような電解質層５の平均厚さ（電子輸送層４内に入り込んだ部分を除く）は、特に限定されないが、１〜５００μｍ程度であるのが好ましく、１０〜３００μｍ程度であるのがより好ましく、１０〜１００μｍ程度であるのがさらに好ましい。
電解質層５上（第１の電極３と反対側）には、第１の電極３に対向する第２の電極６が設けられている。
【００６５】
この第２の電極６の構成材料としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素原子を含有する酸化錫（ＦＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ２）、酸化錫（ＳｎＯ２）のような金属酸化物材料、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタルのような金属またはこれらを含む合金、あるいは、黒鉛のような各種炭素材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００６６】
また、第２の電極６は、層状の電極を組み合わせて（例えば、積層等して）用いるようにしてもよい。
なお、第２の電極６の平均厚さは、その構成材料、太陽電池１の用途等により適宜設定され、特に限定されない。
このような太陽電池１は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００６７】
［１］まず、基板２を用意し、この基板２上に、図３（ａ）に示すように、第１の電極３を形成する。
この第１の電極３は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等により形成することができる。
［２］次に、第１の電極３上に、電子輸送層４を形成する。
［２−１］まず、第１の電極３上に、複数の粒状体４１０を分散媒に分散させてなる分散液を塗布する。これにより、第１の電極３上に、図３（ｂ）に示すように、液状被膜４１１を形成することができる。
この際の塗布法には、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スキージ印刷法、スクリーン印刷法、液滴吐出法等の方法が用いられる。
【００６８】
［２−２］次に、液状被膜４１１中の分散媒を揮発・除去する。これにより、液状被膜４１１を乾燥・固化させ、被膜を得る。
液状被膜中の分散媒を除去する方法としては、例えば、自然乾燥による方法、空気、窒素ガス等の気体を吹き付ける方法、凍結乾燥による方法、比較的低温での熱処理による方法等により行うことができる。
【００６９】
［２−３］次に、得られた被膜に対して、熱処理を施す。この熱処理により、被膜中の各粒状体４１０同士が部分的に接合（ネッキング）する。
熱処理の温度は、例えば、粒状体４１０が酸化チタン粒子である場合、３００〜７００℃程度であるのが好ましく、４００〜６００℃程度であるのがより好ましい。
また、熱処理の時間は、熱処理の温度に応じて若干異なるが、１〜１８０分程度が好ましく、５〜６０分程度がより好ましい。
【００７０】
また、熱処理の雰囲気としては、酸化性雰囲気、不活性雰囲気等が挙げられる。
このようにして、図３（ｃ）に示す粒状体４１０の集合体、すなわち緻密質部４１が得られる。この緻密質部４１は、前述したように、内部および表面に多数の空孔を有しているため、より多量の色素を担持することができる。このため、光電変換効率の高い太陽電池１が得られる。
【００７１】
［２−４］次に、電子輸送材料の前駆体を含む溶液を用意する。
次いで、この溶液を繊維状に成形しつつ、緻密質部４１上に供給する。この成形・供給方法は特に限定されないが、図４（ｄ）に示すようなエレクトロスピニング法を用いるのが好ましい。エレクトロスピニング法は、電気的な引力を利用して、溶液を微細な繊維状に引き伸ばすことにより、溶液を繊維状に成形する方法である。
【００７２】
図４（ｄ）には、エレクトロスピニング法を行うエレクトロスピニング装置３００の一例の概略を示す。この装置は、前述の電子輸送材料の前駆体を含む溶液４２１を貯留する容器３０１と、この容器３０１に貯留された溶液４２１を、緻密質部４１に向けて噴射するノズル３０２と、ノズル３０２に電圧を印加する回路３０３とを有する。溶液４２１は、バインダのような高分子材料を含んでおり、比較的高い粘度になるように設定されている。また、緻密質部４１は、アース線３０４によって電気的に接地している。
【００７３】
ノズル３０２と緻密質部４１との間に高電圧（例えば、数ｋＶ〜数１０ｋＶ程度）を印加すると、電気的な引力によって、ノズル３０２の溶液４２１が緻密質部４１へと高速で噴射される。
このようなエレクトロスピニング法によれば、溶液を非常に微細な繊維状に効率よく成形することができる。その結果、最終的には、微細な繊維状の粒子を効率よく製造することができる。
次いで、繊維状に成形された溶液４２１に対して図４（ｅ）に示すように熱処理を施すことにより、溶液中の電子輸送材料の前駆体を反応（例えば、加水分解、重縮合等）させる。これにより、繊維状の電子輸送材料、すなわち針状体４２０を作製する。
【００７４】
また、この熱処理に伴って、各針状体４２０同士や、緻密質部４１と接する針状体４２０とが、それぞれ部分的に接合される。このようにして、緻密質部４１上に、図４（ｆ）に示す多孔質部４２が形成され、電子輸送層４が形成される。
ここで、電子輸送材料の前駆体としては、例えば、電子輸送材料として酸化チタンを用いた場合には、チタンテトライソプロポキシド（ＴＰＴ）、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシド等の有機チタン化合物を用いることができる。
【００７５】
この際、熱処理の温度は、例えば、電子輸送材料として酸化チタンを用いた場合には、３００〜７００℃程度であるのが好ましく、４００〜６００℃程度であるのがより好ましい。
また、熱処理の時間は、熱処理の温度に応じて若干異なるが、１〜１８０分程度が好ましく、５〜６０分程度がより好ましい。
【００７６】
また、熱処理の雰囲気としては、酸化性雰囲気、不活性雰囲気等が挙げられる。
なお、必要に応じて、得られた電子輸送層４を加圧して、緻密質部４１と多孔質部４２とを圧着するようにしてもよい。これにより、緻密質部４１と多孔質部４２との間の圧着強度が向上し、これらの界面における剥離をより確実に防止することができるようになる。
【００７７】
［３］次に、電子輸送層４を、色素（増感色素）を含む色素液Ｄ１に接触させる。これにより、電子輸送層４中に色素が入り込む。
電子輸送層４に色素液を接触させる方法としては、例えば、図５（ｇ）に示すように、色素液Ｄ１中に電子輸送層４を備えた基板２を浸漬する方法（浸漬法）、電子輸送層４に色素液をシャワー状に供給する方法（噴霧法）等を用いることができるが、特に、浸漬法が好ましい。この浸漬法によれば、電子輸送層４に対して色素をムラなく、かつ効率よく担持させることができる。
【００７８】
この場合、色素液Ｄ１中に電子輸送層４を浸漬する時間は、特に限定されないが、０．５〜７２時間程度であるのが好ましく、２〜２４時間程度であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分な量の色素を、電子輸送層４に担持させることができる。なお、浸漬する時間を前記上限値より長くしてもよいが、担持量のさらなる増大を期待することはできない。
【００７９】
また、このときの色素液Ｄ１の温度は、特に限定されないが、２０〜１００℃程度であるのが好ましく、５０〜９０℃程度であるのがより好ましい。これにより、熱による色素の変質、変色、光電変換能の低下等を防止しつつ、電子輸送層４に対して色素を効率よく担持させることができる。
色素液Ｄ１中に浸漬した電子輸送層４には、必要に応じて、色素液Ｄ１の乾燥を行う。
色素液Ｄ１の乾燥は、前述の分散媒を除去する方法と同様の方法により行うことができる。
【００８０】
［４］次に、対向基板７を用意し、この対向基板７上に、第２の電極６を形成する。
この第２の電極６は、前記第１の電極３と同様の方法により形成することができる。
［５］次に、図５（ｈ）に示すように、第２の電極６を備えた対向基板７を、第１の電極３と第２の電極６とが対向するように配置する。そして、第１の電極３と第２の電極６との間の縁部の全周にわたって隔壁８を設ける。これにより、第１の電極３、第２の電極６および隔壁８で画成された液密な空間９を得る。
なお、隔壁８の一部には、空間９と空間９の外部とに連通する貫通孔（図示せず）を設けるようにする。
また、隔壁８は、例えば、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤のような各種接着剤、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂のような各種樹脂材料等により構成される。
【００８１】
［６］次に、次に、図５（ｉ）に示すように、前記貫通孔を介して、空間９に電解液を注入し、充填する。注入された電解液は、電子輸送層４中にも浸透する。これにより、電解質層５が形成される。
続いて、隔壁８の構成材料により、前記貫通孔を封止する。
なお、電解液をゲル状とする場合、ゲル化剤を含む電解液を空間９に注入した後、ゲル化剤の作用により電解液をゲル化すればよい。
【００８２】
［７］次に、第１の電極３と第２の電極６とに、それぞれ、外部回路１０の端部を接続する。
以上のようにして、太陽電池（本発明の光電変換素子）１が製造される。
なお、図１では、電子輸送層４が緻密質部４１と多孔質部４２とに分かれているが、電子輸送層４の全部が多孔質部４２で構成されていてもよい。このような場合でも、電子輸送層４の内部および表面に形成された空孔をレドックスイオン５１が通過することができる。このため、太陽電池１におけるキャリア移動度が高くなり、光電変換効率の向上という効果を奏することができる。
【００８３】
≪第２実施形態≫
次に、太陽電池の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第２実施形態を模式的に示す縦断面図、図７および図８は、図６に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【００８４】
以下、第２実施形態にかかる太陽電池について説明するが、前記第１実施形態にかかる太陽電池との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態にかかる太陽電池１は、図６に示すように、緻密質部４１と多孔質部４２とを被覆部４３で覆うことによって固定・接合してなる電子輸送層４を有する以外は、前記第１実施形態と同様である。
【００８５】
このような構成の電子輸送層４は、緻密質部４１と多孔質部４２とを連続して覆うように形成された被覆部４３を有するので、緻密質部４１と多孔質部４２との間を確実に固定・接着することができる。これにより、緻密質部４１と多孔質部４２との接合界面において電子移動度が著しく低下するのを防止しつつ、緻密質部４１と多孔質部４２とをより強固に接合することができる。このため、長期にわたって界面剥離を防止し得る信頼性の高い電子輸送層４を得ることができる。
【００８６】
このような被覆部４３は、金属酸化物またはその前駆体で構成されている。
かかる金属酸化物としては、例えば、前記第１実施形態において半導体材料として用いられる各種金属酸化物が挙げられる。
また、金属酸化物の前駆体としては、例えば、加水分解や重縮合等の化学反応に伴って金属酸化物を生成するような材料が挙げられ、具体的には、金属アルコキシドや四塩化チタン等を用いることができる。
【００８７】
次に、本実施形態にかかる電子輸送層４を製造する方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、電子輸送材料の前駆体を含む溶液４２１を繊維状に成形しつつ、別途用意した回収用基板３０５上に供給する。この成形・供給方法としては、例えば、図７（ａ）に示すようなエレクトロスピニング法が好ましい。また、電子輸送材料の前駆体としては、例えば、前記第１実施形態に挙げた有機チタン化合物を用いることができる。
【００８８】
図７（ａ）には、エレクトロスピニング法を行うエレクトロスピニング装置３００の一例の概略を示す。この装置の構成は、前記第１実施形態と同様である。なお、本実施形態では、回収用基板３０５上に溶液４２１を供給する。このため、回収用基板３０５は、アース線３０４によって電気的に接地している。
ノズル３０２と回収用基板３０５との間に高電圧（例えば、数ｋＶ〜数１０ｋＶ程度）を印加すると、電気的な引力によって、ノズル３０２の溶液４２１が回収用基板３０５へと高速で噴射される。これにより、回収用基板３０５上に繊維構造体４２２が形成される。
【００８９】
次に、図７（ｂ）に示すように、形成された繊維構造体４２２を回収用基板３０５より剥離する。
次いで、図７（ｃ）に示すように、剥離した繊維構造体４２２に熱処理を施す。これにより、繊維状の電子輸送材料、すなわち、針状体４２０で構成された多孔質部４２を作製することができる。なお、この熱処理の条件は、前記第１実施形態と同様である。
一方、前記第１実施形態と同様にして、基板２上に第１の電極３を形成するとともに、第１の電極３上に緻密質部４１を形成する。
【００９０】
そして、図８（ｄ）に示すように、緻密質部４１上に作製した多孔質部４２を重ねる。
次いで、図８（ｅ）に示すように、緻密質部４１と多孔質部４２の積層体に対して、半導体材料の前駆体を含む溶液４２３を浸透させる。なお、この浸透の方法は、特に限定されないが、浸漬法、噴霧法のほか、図８（ｅ）に示すように、積層体に対して溶液４２３を滴下する方法等が挙げられる。
【００９１】
次に、溶液４２３に浸漬させた後、緻密質部４１および多孔質部４２を備えた基板２に対して、図８（ｆ）に示すように焼成を行う。これにより、緻密質部４１および多孔質部４２に浸透した溶液４２３が焼成され、図６に示す被覆部４３が形成される。その結果、被覆部４３によって、緻密質部４１と前記多孔質部４２とが固着し、図６に示す電子輸送層４が得られる。なお、この焼成（熱処理）の条件は、前記第１実施形態と同様である。
【００９２】
また、必要に応じて、緻密質部４１と多孔質部４２とを加圧して両者を圧着するようにしてもよい。
以上のようにして、本実施形態にかかる太陽電池（本発明の光電変換素子）１に用いられる電子輸送層４が製造される。
以上のように、本実施形態では、回収用基板３０５を用いることにより、基板２や第１の電極３が高温に曝されるのを避けることができる。これにより、繊維構造体４２２に対して、より高温での熱処理が可能となるため、熱処理条件の幅を広げることができるようになる。その結果、針状体４２０のネッキングの程度を幅広く制御することができ、光電変換効率の向上を図ることができる。
【００９３】
また、例えば、耐熱性が低いものの電気的特性に優れた材料で第１の電極３を構成したり、耐熱性が低いものの光学的特性に優れ、かつ柔軟性の高い材料で基板２を構成したりすることができるようになる。すなわち、基板２と第１の電極３の構成材料の選択の幅が広がるようになる。その結果、最終的には、光電変換効率が高く、かつ柔軟性に優れた太陽電池１を得ることができる。
【００９４】
＜電子機器＞
本発明の電子機器は、このような太陽電池１を備えるものである。
以下、図９および図１０に基づいて、本発明の電子機器について説明する。
図９は、本発明の電子機器を適用した電卓を示す平面図、図１０は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）を示す斜視図である。
【００９５】
図９に示す電卓１００は、本体部１０１と、本体部１０１の上面（前面）に設けられた表示部１０２、複数の操作ボタン１０３および太陽電池設置部１０４とを備えている。
図９に示す構成では、太陽電池設置部１０４には、太陽電池１が５つ直列に接続されて配置されている。
図１０に示す携帯電話機２００は、本体部２０１と、本体部２０１の前面に設けられた表示部２０２、複数の操作ボタン２０３、受話口２０４、送話口２０５および太陽電池設置部２０６とを備えている。
【００９６】
図１０に示す構成では、太陽電池設置部２０６が、表示部２０２の周囲を囲むようにして、太陽電池１が複数、直列に接続されて配置されている。
以上、本発明の光電変換素子、電子輸送層の製造方法、光電変換素子の製造方法および電子機器を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００９７】
例えば、各図では、電子輸送層中の多孔質部の針状体（繊維状物）が比較的規則正しく配列しているが、この配列状態はいかなるものであってもよく、部分的または全体が不規則な配列であってもよい。
また、光電変換素子および電子機器を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
【００９８】
なお、本発明の光電変換素子は、太陽電池のみならず、例えば、光センサー、光スイッチのような、光を受光して電気エネルギーに変換する各種素子（受光素子）に適用することができるものである。
また、本発明の光電変換素子では、光の入射方向は、図示のものとは異なり、逆方向からであってもよい。すなわち、光の入射方向は、任意である。
また、本発明の電子輸送層の製造方法および光電変換素子の製造方法では、それぞれ、任意の目的の工程が１または２以上追加されていてもよい。
【実施例】
【００９９】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明は、この実施例によって制限されるものではない。
１．太陽電池（光電変換素子）の製造
（実施例１）
次のようにして、図１に示す太陽電池（光電変換素子）を製造した。
【０１００】
［１Ａ］まず、平均厚さ１μｍのＦＴＯ膜（第１の電極）を備えたガラス基板（平均厚さ１ｍｍ）を用意した。
［２Ａ］そして、ＦＴＯ膜上に、電子輸送層の緻密質部を形成するために用いる液状材料を調製した。これは、次のようにして行った。
まず、平均粒径２０ｎｍの略球状の二酸化チタン（アナターゼ、触媒化成工業製）粉末を含む分散液（ペースト）を用意した。そして、スキージ印刷法により、この分散液をＦＴＯ膜上に塗布し、液状被膜を形成した。
【０１０１】
［３Ａ］次に、液状被膜を４５０℃で加熱することにより、液状被膜中の分散媒を除去し、平均厚さ１０μｍの緻密質部を得た。
［４Ａ］次に、チタンテトラノルマルブトキシド（和光純薬工業株式会社製、一級）１重量部に、酢酸（和光純薬工業株式会社製、特級）１．２３重量部を添加し、均一な溶液を得た。この溶液にイオン交換水１重量部を攪拌しながら添加することにより溶液中にゲルが生成した。生成したゲルは、更に攪拌を続けることにより解離し、透明な溶液を調製することが出来た。
【０１０２】
調製した溶液に、ポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、一級、平均分子量３００，０００〜５００，０００）０．０１６重量部混合し二酸化チタン前駆体溶液を調製した。この溶液からエレクトロスピニング法により、繊維状に成形しつつ、緻密質部上に供給した。
次いで、この繊維状物を空気雰囲気下で電気炉を用いて６００℃まで１０時間で昇温し、その後６００℃で２時間保持することにより、二酸化チタンで構成された網目状構造をなす多孔質部を得た。平均繊維径は３００ｎｍであり、繊維長１００μｍ以下の繊維は観察されなかった。
また、得られた多孔質部は、前記工程［３Ａ］で得られた緻密質部に比べて、光反射率が高いものであった。
【０１０３】
［５Ａ］次に、緻密質部に対して多孔質部を加圧して、これらを固着した。これにより、ＦＴＯ膜上に電子輸送層を得た。
［６Ａ］次に、色素としてcis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II)bis-tetrabutylammonium（Ｎ７１９）を、アセトニトリルとｔ−ブチルアルコールとを容積比で１：１となるように混合した溶媒中に溶解し、色素溶液を調製した。なお、色素溶液中のＮ７１９色素の濃度（含有率）は、０．３ｍＭとした。
次いで、色素溶液中に前記［１Ａ］〜［５Ａ］で作製した電子輸送層付きガラス基板を浸漬し、暗所で１２時間放置した後、取り出した。
そして、取り出したガラス基板をエタノールで洗浄した後、室温にて乾燥させた。これにより、電子輸送層中に色素を担持させた。
［７Ａ］次に、ＦＴＯ膜（平均厚さ１μｍ）と白金膜とをこの順で備えてなるガラス基板（対向基板、平均厚さ１ｍｍ）を用意した。
［８Ａ］次に、白金膜と電子輸送層とが対向するように、２つのガラス基板を所定間隔を開けて配置し、一部を除いて縁部をエポキシ系接着剤で封止した。
【０１０４】
［９Ａ］次に、封止しなかった部分から、電解液を注入した。この電解液は、ＤＭＰII(1,2-Dimethyl-3-Propylimidazolium lodide)、ＴＢＰ(t-Butylpyridine)、Ｉ２およびＬｉＩ（ヨウ化リチウム）を、それぞれ窒素雰囲気下において、アセトニトリル（溶媒）中に溶解して調製した。なお、各電解質の濃度は、ＤＭＰIIが０．６Ｍ、ＴＢＰが０．５Ｍ、Ｉ２が０．０５Ｍ、ＬｉＩが０．１Ｍとした。また、電解液中のレドックスイオンは、Ｉ３−およびＩ−であり、これらの比率は、５：７とした。
また、多孔質部に形成された空孔のサイズは、このレドックスイオンのイオン径に対して、３００〜１０００倍であった。
［１０Ａ］次に、封止しなかった部分をエポキシ系接着剤で封止し、太陽電池を得た。
【０１０５】
（実施例２）
まず、前記工程［１Ａ］〜［３Ａ］と同様にして、ＦＴＯ膜上に緻密質部を形成した。
次いで、チタンテトラノルマルブトキシド（和光純薬工業株式会社製、一級）１重量部に、酢酸（和光純薬工業株式会社製、特級）１．２３重量部を添加し均一な溶液を得た。この溶液にイオン交換水１重量部を攪拌しながら添加することにより溶液中にゲルが生成した。生成したゲルは、更に攪拌を続けることにより解離し、透明な溶液を調製することが出来た。
【０１０６】
調製した溶液に、ポリエチレングリコール（和光純薬工業株式会社製、一級、平均分子量３００，０００〜５００，０００）０．０１６重量部混合し、二酸化チタン前駆体溶液を調製した。この溶液からエレクトロスピニング法により、繊維状に成形しつつ、回収用基板上に繊維構造体を形成させた。
次いで、回収用基板より繊維構造体を剥離し、剥離した繊維構造体を空気雰囲気下で電気炉を用いて６００℃まで１０時間で昇温し、その後６００℃で２時間保持することにより、二酸化チタンで構成された網目状構造をなす多孔質部を得た。平均繊維径は３００ｎｍであり、繊維長１００μｍ以下の繊維は観察されなかった。
【０１０７】
次に、得られた多孔質部を、緻密質部上に重ね、上述の透明な溶液をイオン交換水で希釈した溶液を滴下し、浸漬させた。次に、空気雰囲気下で電気炉を用いて５００℃まで１０時間で昇温し、その後５００℃で２時間保持することにより、緻密質部と多孔質部とを接合し、緻密質部と多孔質部との積層体で構成された電子輸送層を得た。
次いで、前記工程［６Ａ］〜［１０Ａ］と同様にして太陽電池を得た。
【０１０８】
（比較例１）
前記工程［４Ａ］〜［５Ａ］を省略した以外は、前記実施例１と同様にして太陽電池を得た。すなわち、これにより、多孔質部を省略した太陽電池を得た。
なお、前記工程［２Ａ］で形成する液状被膜の厚さを厚くすることにより、前記工程［３Ａ］で形成される緻密質部の厚さを１５μｍとした。
【０１０９】
（比較例２）
前記工程［４Ａ］を、以下の工程［４Ｂ］で置き換えた以外は、前記実施例１と同様にして太陽電池を得た。
［４Ｂ］次に、平均粒径４００ｎｍの略球状の二酸化チタン（アナターゼ、触媒化成工業製）粉末を含む分散液（ペースト）を用意した。そして、スキージ印刷法により、この分散液をＦＴＯ膜上に塗布し、液状被膜を形成した。
次いで、この液状被膜を４５０℃で加熱することにより、液状被膜の分散媒を除去し、平均厚さ５μｍの多孔質部を得た。
【０１１０】
２．評価
各実施例および各比較例で製造した太陽電池の電流−電圧特性を、それぞれ、ソーラーシミュレータによるＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）の条件下でＩ−Ｖテスターを用いて測定した。そして、各太陽電池の開放電圧、短絡電流、形状因子（フィルファクタ）および光電変換効率を求めた。
【０１１１】
なお、開放電圧は、太陽電池の両電極に何も繋がない状態で、両電極間に発生する電圧、短絡電流は、太陽電池の両電極間を短絡させた状態で、回路に流れる電流、形状因子は、最大出力／（開放電圧×短絡電流）として、それぞれ定義される。
また、光電変換効率は、照射する光エネルギーに対する、出力される電気エネルギーの割合である。
測定結果を表１に示す。
【０１１２】
【表１】
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【０１１３】
表１からも明らかなように、各実施例で得られた太陽電池は、いずれも、各比較例で得られた太陽電池よりも光電変換効率が高かった。
特に、実施例１で得られた太陽電池は、光電変換効率とともに形状因子も最も高い値を示した。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第１実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す太陽電池の一部を模式的に示す拡大図である。
【図３】図１に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【図５】図１に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第２実施形態を模式的に示す縦断面図である。
【図７】図６に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【図８】図６に示す太陽電池の製造方法を説明するための模式図である。
【図９】本発明の電子機器を適用した電卓を示す平面図である。
【図１０】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１……太陽電池  ２……基板  ３……第１の電極  ４……電子輸送層  ４１……緻密質部  ４１０……粒状体  ４１１……液状被膜  ４２……多孔質部  ４２０……針状体  ４２１……溶液  ４２２……繊維構造体  ４２３……半導体材料の前駆体を含む溶液  ４３……被覆部  Ｄ……色素層  Ｄ１……色素液  ｄ……色素  ５……電解質層  ５１……レドックスイオン  ６……第２の電極  ７……対向基板  ８……隔壁  ９……空間  １０……外部回路  １００……電卓  １０１……本体部  １０２……表示部  １０３……操作ボタン  １０４……太陽電池設置部  ２００……携帯電話機  ２０１……本体部  ２０２……表示部  ２０３……操作ボタン  ２０４……受話口  ２０５……送話口  ２０６……太陽電池設置部  ３００……エレクトロスピニング装置  ３０１……容器  ３０２……ノズル  ３０３……回路  ３０４……アース線  ３０５……回収用基板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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