(57)【要約】【課題】  電解質特性を保持しつつ固体化・封止化された色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】  導電性を有する透明ガラスおよびプラスチック表面に粒子膜を成膜し、粒子膜の表面に色素を吸着又は結合させて形成される色素増感太陽電池において、電解質成分が感光性水溶性樹脂により固化・ゲル化された色素増感太陽電池。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する透明ガラスおよびプラスチック表面に粒子膜を成膜し、粒子膜の表面に色素を吸着又は結合させて形成される色素増感太陽電池において、電解質成分が固化・ゲル化された色素増感太陽電池。
【請求項２】
固化・ゲル化に際し、感光基を有する水溶性樹脂を用いることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
感光基を有する水溶性樹脂がアジド系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
感光基を有する水溶性樹脂がスチルベン系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
感光基を有する水溶性樹脂がカルコン系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
感光基を有する水溶性樹脂がアジド系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
感光基を有する水溶性樹脂がスチルベン系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
感光基を有する水溶性樹脂がカルコン系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項５に記載の色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光または人工光のエネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感太陽電池の電解質成分が固化・ゲル化された色素増感太陽電池に関する。  
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の一種として、色素増感太陽電池は従来からよく知られている。そしてＢ．Ｏ’ＲｅｇａｎとＭ．Ｇｌａｚｅｌによる１９９１年の報告（例えば、非特許文献１参照）以来、色素増感太陽電池について世界中で追試や改良が行なわれている。これらの色素増感太陽電池の電極は、フッ素ドープした酸化スズ膜をコートした透明導電ガラスを透明基材とし、この導電性を有する透明基材の表面に酸化チタンなどの金属酸化物のゾルをドクターブレード法などの方法で塗布し、これを５００℃程度の温度で焼成して粒子膜を形成することによって作製している。電極の色素増感に用いる色素には、例えばＲｕ(4,4'-dicarboxil-2-2'-bipyridine)2（ＮＣＳ）2などのＲｕ錯体が多く使用されている。
【０００３】
また、上記の電極の対極には上記と同様な透明導電ガラスに白金を蒸着したものを用いるのが一般的であるが、簡易的には透明導電ガラスの表面を鉛筆で黒く塗ることでカーボンを付着させた物を用いることも可能である。さらにこれらの電極が浸漬される電解質には、例えばエチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶液にヨウ化テトラプロピルアンモニウムとヨウ素を溶解したものなどが一般的に用いられるが、液漏れを防ぐために電解質を固体化あるいは擬固体化したものも報告されている。
上記のような構成の色素増感太陽電池は、一般の太陽電池であるＰ−Ｎ接合型半導体太陽電池に比べて、製造に真空を必要としないなど、製造に必要なエネルギーが小さく、またシリコン等の資源枯渇の危惧が指摘される材料を使用していないため、低コストで製造できる新しい太陽電池として注目されている。
【０００４】
感光性基を有する水溶性樹脂としては、アジド化合物、スチルベン化合物やカルコン化合物をポリ酢酸ビニルけん化物にアセタール化した感光性樹脂が知られている。（例えば特許文献１参照）。しかし、これらの感光性水溶性樹脂に関して、電解質成分が固化・ゲル化された色素増感太陽電池については、全く言及されていない。
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、３５３，７３７（１９９１）
【特許文献１】特開２００３−２９２４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
色素増感太陽電池では電解液を用いるのが一般的であり、その為に、「液漏れ」を始めとする耐久性に難点がある。これらは「電解質溶媒の揮発」「溶液の熱膨張」「封止材の物理・化学的耐久性」に起因する事柄であり、それらを解決する目的で「固体化」「擬固体（ゲル）化」等が考案されているが、作製方法の困難さや変換効率・耐久性の低さ等が問題点となり、実用化に対して十分なものとはいえず、さらなる改善が求められているのが現状である。「固体化」「擬固体（ゲル）化」の難しさは電解質組成にポリマーの重合を阻害するヨウ素を含むことが主因として挙げられる。このため、先にポリマー添加した溶媒を固化した後から電解質組成を含浸させるなどの手法が提案されているが、電極の大面積化や量産化においてセル作製時間がかかるなど実際的ではないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記の点に鑑み、鋭意検討の結果、容易に色素増感太陽電池の電解質特性を保
持しつつ固体化・封止化することを目的とするものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、（１）導電性を有する透明ガラスおよびプラスチック表面に粒子膜を成膜し、粒子膜の表面に色素を吸着又は結合させて形成される色素増感太陽電池において、電解質成分が固化・ゲル化された色素増感太陽電池、（２） 固化・ゲル化に際し、感光基を有する水溶性樹脂を用いることを特徴とする（１）に記載の色素増感太陽電池、（３）感光基を有する水溶性樹脂がアジド系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）及び（２）に記載の色素増感太陽電池、（４）感光基を有する水溶性樹脂がスチルベン系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）及び（２）に記載の色素増感太陽電池、（５）感光基を有する水溶性樹脂がカルコン系感光基を水溶性樹脂にペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）及び（２）に記載の色素増感太陽電池、（６）感光基を有する水溶性樹脂がアジド系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）、（２）または（３）に記載の色素増感太陽電池、（７）感光基を有する水溶性樹脂がスチルベン系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）、（２）または（４）に記載の色素増感太陽電池、（８）感光基を有する水溶性樹脂がカルコン系感光基をポリ酢酸ビニルけん化物やポリビニルアルコールにペンダントした感光性水溶性樹脂であることを特徴とする（１）、（２）または（５）に記載の色素増感太陽電池、に関する。
【発明の効果】
【０００８】
感光性水溶性樹脂を用いることで、電解質成分の「液漏れ」がなく、変換効率・耐久性にも優れた太陽電池を容易に作製でき、また電極の大面積化や量産化においてセル作製時間が短くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態につき詳細に説明する。本発明の色素増感太陽電池は、導電性を有する透明基材の表面に酸化チタンペーストを塗布・乾燥・焼成等の工程を経て粒子膜を設け、それに増感色素を吸着させた後、導電性対極との間に、電解質成分と感光性水溶性樹脂を混練せしめた溶液を注入し、光もしくは熱エネルギーの照射により架橋・硬化する。使用する感光性水溶性樹脂は、アジド基、スチルベン基やカルコン基などの感光基を水酸基を有する水溶性樹脂にアセタール化してペンダントしたものである。水溶性樹脂としては、ポリ酢酸ビニルけん化物、ポリビニルアルコール、又はビニルアルコールと他のビニル化合物との水溶性共重合体をいい、例えば、親水基変性、疎水基変性、アニオン変性、カチオン変性、アミド基変性、又はアセトアセチル基のような反応性変性などの変性酢酸ビニルけん化物を拭くものであり、好ましくはポリ酢酸ビニルけん化物及びポリビニルアルコールであり、更に好ましくはポリビニルアルコールである。
【００１０】
ここで用いられるポリビニルアルコールは、例えば、平均重合度２００〜５０００、けん化度６０〜１００％のものが好適である。  平均重合度が２００より小さい場合には、十分な感度が得られ難く、また平均重合度が５０００より大きい場合には、感光性水溶性樹脂の粘度が高くなりすぎるという問題がある。
【実施例】
【００１１】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１２】
（実施例１）
・酸化チタン粒子層の調整
市販のナノサイズ酸化チタンペースト（Solaronix社 NanoxideD/SP）を透明電極上に5ｍｍ×5ｍｍ角の大きさに塗布し、電気炉で500℃ 30min加熱して製膜した。加熱後の酸化チタン膜層の厚みは10.3μmであった。
・透明電極
透明電極としてフッ素ドープ酸化スズ導電膜FTOを有したガラス基板（日本板硝子、シート抵抗10Ω/□、電極厚み 1.1mm）を用いた。電子の漏洩を防ぐ目的で、酸化チタン塗布領域には1000Åの厚みのTiO2薄膜をスパタリング法により敷設した。
・増感色素の吸着
増感色素としてSolaronix社製 Ruthenium535-bisTBAを用い、エタノール溶剤に溶解し、濃度 5×10-4 M に調製した。この色素溶液に酸化チタン電極を 12時間浸して色素を吸着させた。着色した電極表面をエタノールで洗浄して乾燥させ、光電変換用電極を得た。
・電解質含有電子線硬化樹脂溶液の調整
下記処方のＡ液とアジド系感光性樹脂である東洋合成工業株式会社製ＡＷＰの６重量％水溶液をアセトニトリルに溶解したＢ液を混練することで電解質溶液を得た。
＜Ａ液＞
LiI・nH2O 0.1338g
I2        0.06345g
H2O       2.74g
＜Ｂ液＞
AWP(6wt% aq) 11.0g
Acetonitril   2.0g
・光電変換セルの組み立て
図１の様に光電変換セルの試験サンプルを組み立てた。
導電性対極にはフッ素ドープ酸化スズ層付ガラス基板の導電層上にスパッタリング法により白金層を積層した物を用いた。
・樹脂硬化
下記の条件下で樹脂の硬化処理を行った。（室温、大気雰囲気中）
150W水銀ランプによる UV 光照射：100 mW/cm2, 1 min
・変換効率の測定方法
山下電装社製 300Wソーラーシュミレーター（YSS-80）にAM1.5G相当のエアマスフ
ィルターを組み合わせ、2次基準 Si 太陽電池で100ｍＷ/cm２ の光量に調整して測
定用光源とし、光電変換セルの試験サンプルに光照射をしながらポテンショスタ
ット（北斗電工（株）, HSV-100）を使用してＩ‐Ｖカーブ特性を測定した。変換効率
ηは、Ｉ‐Ｖカーブ特性測定から得られたＶｏｃ（開放電圧値）、Ｉｓｃ（短絡
電流値）、ｆｆ（フィルファクター値）を用いて下式により算出した。
【数１】
2007172898.tif 000002
【００１３】
（試験例１）
感光性水溶性樹脂を用いた効果を表１に示す。
感光性水溶性樹脂使用の固体化セルの光電変換特性
【表１】
2007172898.tif 000003
【００１４】
（実施例１・２および比較例１〜１３）
実施例１の電解質含有電子線硬化樹脂溶液の調整で用いたＢ液のAWP(6wt% aq) 11.0g
を表２のＳＰＰ或いは市販のＵＶ硬化樹脂に代えた以外は、すべて同様に調整した。
樹脂の硬化・ゲル化性
【表２】
2007172898.tif 000004
【００１５】
実施例以外の市販のＵＶ硬化樹脂では硬化もゲル化も認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明によれば、感光性水溶性樹脂を用いることにより、電解質成分の「液漏れ」がなく、変換効率・耐久性にも優れた太陽電池を容易に作製でき、また電極の大面積化や量産化においてセル作製時間が短くなるため、色素増感太陽電池の長寿命化が達成されるとともに、大型化、更には生産コストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す電解質成分が固化・ゲル化された色素増感太陽電池の模式断面図
【符号の説明】
【００１８】
１・・・支持体のガラス基板
２・・・透明電極
３・・・色素吸着半導体層
４・・・正孔輸送層（ヨウ素徐放性担体を保持）
５・・・透明電極
６・・・支持体のガラス基板
【図１】
2007172898.tif 000005