(57)【要約】【課題】本発明は、常温で固体のイミダゾリウム化合物の中で色素増感型太陽電池の電解質として用いられるものであり、低粘性の電解質を得ることができ、また高イオン伝導性を有する色素増感型太陽電池の電解質用組成物を提供することを主目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために本発明は、化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されていることを特徴とする色素増感型太陽電池の電解質用組成物を提供することにより、上記課題を解決する。2012209200.tif 000012【選択図】図１
2012209200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されていることを特徴とする色素増感型太陽電池の電解質用組成物。
【化１】
2012209200.tif 000009
【請求項２】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記第２電極基材が対向するように配置され、
前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に、前記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、
前記第１電極基材、または前記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池であって、
前記電解質層が、化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されている電解質用組成物を含むことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【化２】
2012209200.tif 000010
【請求項３】
電極としての機能を備えた第１電極基材、および前記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、前記多孔質層および前記第２電極基材が対向するように配置され、
前記酸化物半導体電極基板および前記対極基板の間に、前記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、
前記第１電極基材、または前記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、
前記電解質層が、化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されている電解質用組成物を含む色素増感型太陽電池を複数個連結したことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
【化３】
2012209200.tif 000011
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高イオン伝導性を有する電解質として用いることが可能な色素増感型太陽電池の電解質用組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。
【０００３】
一般的な色素増感型太陽電池には、基本的に、金属酸化物からなる第１電極層と、表面に色素増感剤が吸着した金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層とがこの順で積層された構成を有する色素増感型太陽電池用基板、および、対向基材上に、金属酸化物からなる第２電極層が形成された対電極基材が用いられており、酸化還元対を含む電解質層を介して、上記多孔質層と上記第２電極層とが対向するように上記色素増感型太陽電池用基板および上記対電極基材が配置された構成を有する。
【０００４】
また近年、上述した色素増感型太陽電池の電解質に、常温で液体かつ安定性が高いイオン性液体を用いる技術が検討されている。特許文献１では、高いイオン伝導性を付与するために、イミダゾリウム環の１位または３位にアリル基を導入した常温で液体の新規なイミダゾリウムアイオダイド化合物が開示されている。
【０００５】
イオン性のイミダゾリウム化合物には、アニオン基の種類によって常温で固体のもの、粘度が高いもの、イオン伝導度が低いもの等が存在する。これらの性質はイミダゾリウム化合物を電解質に適用する上で問題となる。そのため、常温で固体の性質を示すイミダゾリウム化合物を電解質として用いることは、これまで検討されてこなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２３９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、常温で固体のイミダゾリウム化合物の中で色素増感型太陽電池の電解質として用いられるものであり、低粘性の電解質を得ることができ、また高イオン伝導性を有する色素増感型太陽電池の電解質用組成物を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、下記化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されていることを特徴とする色素増感型太陽電池の電解質用組成物を提供する。
【０００９】
【化１】
2012209200.tif 000003
【００１０】
本発明によれば、イミダゾリウム環の３位にアリル基を導入したイミダゾリウム化合物の中で１位にメチル基を導入した上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを色素増感型太陽電池の電解質用組成物として用いることにより、高イオン伝導性を有する色素増感型太陽電池の電解質を得ることができる。
【００１１】
本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記第２電極基材が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に、上記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、上記第１電極基材、または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池であって、上記電解質層が、上記化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されている電解質用組成物を含むことを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。
【００１２】
本発明によれば、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを含む低粘性、かつ高イオン伝導性を有する電解質を用いることから、変換効率の高い色素増感型太陽電池を得ることができる。
【００１３】
本発明は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記第２電極基材が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に、上記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、上記第１電極基材、または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材であり、かつ、上記電解質層が、上記化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されている電解質用組成物を含む色素増感型太陽電池が複数個連結されていることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールを提供する。
【００１４】
本発明によれば、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを含む低粘性、かつ高イオン伝導性を有する電解質を用いることから、変換効率の高い色素増感型太陽電池モジュールを得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、常温で固体のイミダゾリウム化合物の中で色素増感型太陽電池の電解質として用いられるものであり、低粘性、かつ高イオン伝導性を有する色素増感型太陽電池の電解質用組成物を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の色素増感型太陽電池の電解質用組成物、および色素増感型太陽電池、色素増感型太陽電池モジュールについて詳細に説明する。
【００１８】
Ｉ．色素増感型太陽電池の電解質用組成物
まず、本発明に用いられる色素増感型太陽電池の電解質用組成物について説明する。本発明の色素増感型太陽電池の電解質用組成物は、下記化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドが溶媒に溶解されていることを特徴とするものである。また、本発明の色素増感型太陽電池の電解質用組成物には酸化還元対が含まれる。
以下、本発明に用いられる１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド、溶媒、および酸化還元対について説明する。
【００１９】
Ａ．１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド
本発明に用いられる１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドは、イミダゾリウム環の３位にアリル基を導入したイミダゾリウム化合物の中で１位にメチル基を導入したものである。上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドは、以下の化学式（１）で示されるものである。
【００２０】
【化２】
2012209200.tif 000004
【００２１】
従来、色素増感型太陽電池の電解質に用いるイオン性液体としては、常温で液体かつ安定性の高いイミダゾリウム化合物が用いられてきた。したがって、上述した１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドはイミダゾリウム化合物の中でも固体の性質を示すものであるため、色素増感型太陽電池の電解質用組成物として用いることは提案されていない。例えば、上述した特開２００５−２３９５８０号公報（特許文献１）においても、以下の化学式（２）に示されるＲ１にメチル基、Ｘ−がＩ−である場合は開示されていなかった。本発明者は、このような１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを他のイオン性液体に溶解して用いることにより、高いイオン伝導性を有し、また色素増感型太陽電池の電解質用組成物として優れた機能を発揮することを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【００２２】
【化３】
2012209200.tif 000005
【００２３】
このような本発明に用いられる１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドは、公知の方法により製造することができる。例えば、特開２００５−２３９５８０号公報（特許文献１）に記載された方法を応用して製造することができる。
【００２４】
本発明において、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドの電解質中の含有量としては、２０質量％〜７０質量％の範囲内、なかでも、２０質量％〜５０質量％の範囲内、特に３０質量％〜４５質量％の範囲内であることが好ましい。
【００２５】
Ｂ．溶媒
本発明に用いられる溶媒としては、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを溶解し、色素増感型太陽電池の電解質として用いることが可能なものであれば特に限定されるものではない。例えば、イオン性液体や、通常、色素増感型太陽電池に用いられるアセトニトリルのようなニトリル系、芳香族類等の有機溶媒が挙げられる。中でもイオン性液体が好ましい。
このように、本発明においては、上述した色素増感型太陽電池の電解質用組成物としての１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを、上記イオン性液体、または上記有機溶媒を１種あるいは２種以上含むものに溶解して用いる。
以下、イオン性液体について説明する。
【００２６】
本発明に用いられるイオン性液体は、カチオン成分とアニオン成分とにより構成されている。このイオン性液体の具体例としては、以下に示したアニオンおよびカチオンなどが挙げられる。
【００２７】
イオン性液体のカチオンとしては、例えば、アンモニウム、イミダゾリウム、オキサゾリウム、チアゾリウム、オキサジアゾリウム、トリアゾリウム、ピロリジニウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、ピリミジニウム、ピラジニウム、トリアジニウム、ホスホニウム、スルホニウム、カルバゾリウム、インドリウム、またはそれらの誘導体が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。中でも、アンモニウム、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピペリジニウム、ピラゾリウム、スルホニウムおよびそれらの誘導体からなる群のうちの少なくとも１種が好ましく、特にイミダゾリウムが好ましい。具体的には、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウム、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウム、あるいは、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い耐久性および変換効率が得られるからである。
【００２８】
また、イオン性液体のアニオンとしては、ＡｌＣｌ４−あるいはＡｌ２Ｃｌ７−などの金属塩化物や、ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＣＦ３ＳＯ３−、Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−、Ｆ（ＨＦ）ｎ−あるいはＣＦ３ＣＯＯ−などのフッ素含有物イオンや、ＮＯ３−、ＣＨ３ＣＯＯ−、Ｃ６Ｈ１１ＣＯＯ−、ＣＨ３ＯＳＯ３−、ＣＨ３ＳＯ３−、ＣＨ３ＳＯ２−、（ＣＨ３Ｏ）２ＰＯ２−、Ｎ（ＣＮ）２−あるいはヨウ素イオン、臭素イオン、塩素イオン、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロボレート、トリフルオロメタンスルホネート、トリフルオロアセテート等のフッ素系、シアネート系、チオシアネート系であるもの等が挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いられてもよい。このようなイオン性液体のアニオンとして、本発明においては中でもテトラシアノボレートが好ましく、特に１−エチル―３メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートが好ましい。粘度と融点が低く、かつ導電率が高いからである。
【００２９】
本発明に用いられるイオン性液体の電解質中の含量としては、２０質量％〜８０質量％の範囲内であることが好ましく、さらには４０質量％〜７０質量％の範囲内であることが好ましい。上記範囲内であれば、ヨウ素塩が上記イオン性液体に溶解し、かつ粘度が増大しないため高い電池特性を示すことができる。
【００３０】
Ｃ．酸化還元対 
本発明の色素増感型太陽電池の電解質用組成物には、上述したもの以外にも酸化還元対が含まれる。
本発明に用いられる酸化還元対としては、一般的に電解質層において用いられているものから適宜選択することができる。具体的には、ヨウ素の酸化還元対、もしくは臭素の酸化還元対が好ましく用いられる。ヨウ素の酸化還元対としては、ヨウ素とヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム、ＴＰＡＩ（テトラプロピルアンモニウムヨージド）等のヨウ化物との組み合わせを挙げることができる。また、臭素の酸化還元対としては、臭素と臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化カルシウム等の臭化物との組み合わせを挙げることができる。特にヨウ素は酸化還元反応に対して高い性能を有するため好ましい。
【００３１】
上記酸化還元対としてヨウ素を選択した場合、電解質中の含量は、１質量％〜１０質量％の範囲内であることが好ましく、さらには１質量％〜４質量％の範囲内であることが好ましい。
【００３２】
ＩＩ．色素増感型太陽電池
次に、本発明の色素増感型太陽電池について説明する。
本発明の色素増感型太陽電池は、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記第２電極基材が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に、上記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、上記第１電極基材、または上記第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池であって、上記電解質層が、溶媒またはイオン性液体に溶解された電解質用組成物を含むことを特徴とするものである。
【００３３】
図１は、一般的な色素増感型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図１に例示するように、一般的な色素増感型太陽電池１０は、電極としての機能を備えた第１電極基材１１、および第１電極基材１１上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層１２を有する酸化物半導体電極基板１と、電極としての機能を備えた第２電極基材２１を有する対極基板２とが、上記多孔質層１２および第２電極基材２１が対向するように配置されており、酸化物半導体電極基板１および対極基板２の間に、上記多孔質層１２と接触するように電解質層３が形成されており、多孔質層１２における金属酸化物半導体微粒子の表面に吸着した色素増感剤が、第１電極基材１１側から太陽光を受光することによって励起され、励起された電子が第１電極基材１１へ伝導し、外部回路を通じて第２電極基材２１へ伝導される。その後、酸化還元対を介して色素増感剤の基底準位に電子が戻ることによって発電するものである。なお、図１においては、第１電極基材１１として、透明性を有する第１基材１１ｂ上に透明電極層１１ａが形成されている電極基材を用い、第２電極基材２１として透明性を有する第２基材２１ｂ上に透明電極層２１ａが形成されている電極基材を用いた例を示しているが、色素増感型太陽電池においては、太陽光は第１電極基材または第２電極基材のいずれか一方の側から受光されるため、いずれか一方の電極基材が透明性を有する基材である色素増感型太陽電池であって、色素増感型太陽電池の電解質として溶媒、または上記イオン性液体のいずれかを用いることを特徴とするものである。
このような色素増感型太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などに比べて環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として注目されている。
以下、本発明の色素増感型太陽電池に用いられる各部材についてそれぞれ説明する。
【００３４】
Ａ．電解質
本発明に用いられる電解質について説明する。
本発明の色素増感型太陽電池に用いられる電解質は、上述した色素増感型太陽電池の電解質用組成物が溶媒によって溶解され、さらに酸化還元対を含むものであれば特に限定されない。
本発明に用いられる電解質には、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド、溶媒、およびその他の成分として酸化還元対等が含まれる。
以下、これらの成分について説明する。
【００３５】
１．１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド
本発明に用いられる１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドはイミダゾリウム環の３位にアリル基を導入したイミダゾリウム化合物の中で１位にメチル基を導入したものであり、電解質中に上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを加えることにより低粘性かつ高イオン伝導性を有する色素増感型太陽電池とすることができる。
【００３６】
なお、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドについての詳しい説明は、「Ｉ．色素増感型太陽電池の電解質用組成物  Ａ．１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３７】
２．溶媒
本発明に用いられる溶媒は、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを溶解できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、イオン性液体や、通常、色素増感型太陽電池に用いられるアセトニトリルのようなニトリル系、芳香族類等の有機溶媒が挙げられる。中でもイオン性液体が好ましい。
【００３８】
なお、溶媒についての詳しい説明は、「Ｉ．色素増感型太陽電池の電解質用組成物  Ｂ．溶媒」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
３．酸化還元対
本発明に用いられる酸化還元対としては、一般的に電解質層において用いられているものから適宜選択することができる。
酸化還元対についての詳しい説明は、「Ｉ．色素増感型太陽電池の電解質用組成物  Ｃ．酸化還元対」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
４．電解質の固体化
本発明における電解質は、上述したように１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを溶媒に溶解し酸化還元対を含むものであるが、この場合の電解質は液体の性質を示す。しかしながら、このような液状の電解質を高分子化合物により固体化し、固体電解質として本発明の色素増感型太陽電池に適用することも可能である。
従来、常温で液体のイオン性液体を高分子化合物で固体化した固体電解質は知られているが、常温で固体のイオン性液体を溶媒に溶解して液体化した電解質であっても、高分子化合物によって固体化でき、さらに良好な発電特性を示す色素増感型太陽電池が得られることは知られていない。本発明においては、固体電解質を用いることによって、後述するシール材を用いて封止する必要がなく、また、電解液漏れなどの事故を防ぐことができる。
以下、電解質の固体化に用いられる高分子化合物について説明する。
【００４１】
上記固体電解質に用いられる高分子化合物としては、ポリエーテル、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アルキルエステル、ポリメタクリル酸アルキルエステル、ポリカプロラクトン、ポリヘキサメチレンカーボネート、ポリシロキサン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリヘキサフロロプロピレン、ポリフロロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルを主鎖に持つ高分子ないしはこれらモノマー成分２種類以上の共重合体等を好ましく用いることができる。
【００４２】
また、上記固体電解質に用いられる高分子成分としては、セルロース系樹脂を挙げることができる。セルロース系樹脂は、耐熱性が高いので、セルロース系樹脂で固体化した電解質層は、高温下でも液漏れが起こらず熱安定性が高い。具体的にはセルロース、酢酸セルロース、二酢酸セルロース、三酢酸セルロース等のセルロースアセテート（ＣＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート、硝酸セルロース等のセルロースエステル類、メチルセルロース、エチルセルロース、ベンジルセルロース、シアノエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロースエーテル類が挙げられる。これらのセルロース系樹脂は、いずれかを単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００４３】
セルロース系樹脂の中でも、電解質溶液への相溶性の観点から、特にカチオン性セルロース誘導体が好ましく用いられる。カチオン性セルロース誘導体とは、セルロース又はその誘導体のＯＨ基にカチオン化剤を反応させてカチオン化したものをいう。カチオン性セルロース誘導体を含有させることにより、電解液の保持性に優れた固体電解質とすることができ、特に高温下あるいは加圧時において電解液の液漏れがない、熱安定性に優れた固体電解質とすることが可能となる。
【００４４】
このような高分子化合物の含有量としては、低過ぎると固体電解質の熱安定性が低下し、逆に高すぎると太陽電池の光電変換効率が低下するため、これらを考慮して適宜設定される。具体的には、固体電解質中に５質量％〜６０質量％含有させることが好ましい。上記固体電解質中の高分子化合物が上記範囲よりも割合が低いと、後述する色素増感型太陽電池の多孔質層との密着性が十分に得られない場合があり、また、固体電解質自体の機械的強度の低下である高分子化合物が多量に存在することから、電荷を輸送する機能が阻害されるおそれがあるため好ましくない。
【００４５】
Ｂ．酸化物半導体電極基板
本発明に用いられる酸化物半導体電極基板は、電極としての機能を備えた第１電極基材と、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層とを有するものである。
【００４６】
上記酸化物半導体電極基板は、用いられる色素増感型太陽電池の構成に合わせて設計されるものである。このような上記酸化物半導体電極基板としては、例えばパターン状に形成された多孔質層を有し、多孔質層が形成されていない多孔質層非形成領域を有するもの、また、例えば、第１電極基材上に上記電極取り出し部分を有するもの、上記第１電極基材全面に多孔質層が形成されているもの等を挙げることができる。
【００４７】
また、本発明に用いられる酸化物半導体電極基板は、上述した第１電極基材および多孔質層を有するものであれば特に限定されるものではなく、必要な部材を適宜選択して追加することができる。
色素増感型太陽電池の電解質として、常温で液体の性質を示す上記電解質を用いる場合には、上記第１電極基材および多孔質層の他に接着層を有する。
以下、本発明の色素増感型太陽電池に用いられる各部材について説明する。
【００４８】
１．第１電極基材
本発明に用いられる第１電極基材は、電極としての機能を有し、かつ色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層が一方の表面上に形成されているものである。また、本発明に用いられる第１電極基材と、後述する対極基板に用いられる第２電極基材とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基材である。ここで、透明性を有する基材とは通常、透明基材と、上記透明基材上に形成された透明電極層、メッシュ電極層、もしくは透明電極層およびメッシュ電極層を有する電極層のいずれか１つの電極層とを有するものである。また、第１電極基材が透明性を有さない場合は、金属層を挙げることができる。
【００４９】
上記透明性を有する基材の透明性としては、本発明の色素増感型太陽電池が太陽光を受光することにより機能を発揮することができるように、太陽光を透過することができるものであれば特に限定されるものではない。
【００５０】
第１電極基材が、基材と、上記基材上に形成された第１電極層とを有するものである場合には、第１電極層上に多孔質層が形成される。
【００５１】
（１）基材
まず、本発明に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材としては、第１電極層、および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有するものであればよい。上記基材としては、例えば、厚みの薄いガラス製基材や、樹脂製基材を用いることができる。このうち、樹脂製基材は軽量であり、加工性に優れ、製造コストの低減ができるため、好ましい。
【００５２】
また、本発明に用いられる基材としては、基材上に第１電極層を形成することができるものであれば特に限定されるものではなく、透明基材であってもよいし、透明性を有さない基材であってもよいが、透明基材であることが好ましい。
【００５３】
上記樹脂製基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、
ポリエステルナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）を用
いることができる。
【００５４】
（２）第１電極層
次に、本発明に用いられる第１電極層について説明する。本発明に用いられる第１電極
層は、上記基材上に形成されたものである。
【００５５】
上記第１電極層としては、具体的には、透明電極層、メッシュ電極層、および透明電極層およびメッシュ電極層を有する電極層を挙げることができる。また、第１電極層が透明性を有さない電極層である場合は、金属層を挙げることができる。
以下、それぞれについて説明する。
【００５６】
（ａ）透明電極層
本発明に用いられる透明電極層を構成する材料としては、透明性を有し、所定の導電性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、導電性高分子材料や金属酸化物等を用いることができる。
上記金属酸化物としては、所望の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。なかでも本発明に用いられる金属酸化物は太陽光に対して透過性を有するものであることが好ましい。このような太陽光に対する透過性を有する金属酸化物としては、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、酸化インジウムにスズを添加した化合物（ＩＴＯ）、フッ素ドープしたＳｎＯ２（以下、ＦＴＯと称する。）、酸化インジウムに酸化亜鉛を添加した化合物（ＩＺＯ）を挙げることができる。
一方、上記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を挙げることができる。また、これらを２種以上混合して用いることもできる。
【００５７】
本発明に用いられる透明電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる材料からなる層が積層された態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層が積層された態様を挙げることができる。
【００５８】
本発明に用いられる透明電極層の厚みは、通常、５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な透明電極層を形成することが困難となる場合や全光線透過率が低下して良好な光電変換効率を得ることが難しくなる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、透明電極層の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、透明電極層が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
【００５９】
上記透明電極層を基材上に形成する方法としては、一般的な電極層の形成方法と同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
【００６０】
（ｂ）メッシュ電極層
次にメッシュ電極層について説明する。本発明に用いられるメッシュ電極層は、導電性材料を用いてメッシュ状に形成された電極層である。
【００６１】
上記メッシュ電極層のメッシュの形状としては、例えば、三角形の格子状、平行四辺形の格子状、六角形の格子状等を挙げることができる。
【００６２】
上記メッシュ電極層の厚みとしては、０．０１μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。上記メッシュ電極層の厚みが上記範囲を超える場合は、上記メッシュ電極層を形成するための材料、時間等が多くかかるため、製造効率が低下し、製造コストが高くなるからである。また、上記メッシュ電極層の厚みが上記範囲に満たない場合は、上記メッシュ電極層が電極層としての機能を十分に果たさない可能性があるからである。
【００６３】
本発明に用いられるメッシュ電極層の開口部の比率としては、５０％〜９９．９％の範囲内であることが好ましい。上記メッシュ電極層の開口部の比率が上記範囲に満たない場合は、本発明の色素増感型太陽電池が第１電極層側から太陽光を十分に受光することができないため、発電効率を下げる可能性があるからである。また、上記メッシュ電極層の開口部の比率が上記範囲を超える場合は、上記メッシュ電極層が電極層としての機能を向上させることが困難となるおそれがあるからである。
【００６４】
また、上記メッシュ電極層の線幅、およびメッシュピッチとしては、用いられる色素増感型太陽電池の形状に合わせて適宜選択されるものであるが、上記メッシュ電極層の線幅としては、０．０２μｍ〜１０ｍｍの範囲内、なかでも１μｍ〜２ｍｍの範囲内、特に１０μｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましく、上記メッシュ電極層のメッシュピッチとしては、１μｍ〜５００μｍの範囲内、なかでも５μｍ〜１００μｍの範囲内、特に１０μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００６５】
上記メッシュ電極層の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではなく、具体的には、後述する「（ｄ）金属層」の項で説明する金属層と同様の金属等を挙げることができる。
【００６６】
（ｃ）透明電極層およびメッシュ電極層を有する電極層
本発明に用いられる第１電極層としては、上述した透明電極層およびメッシュ電極層を有する電極層を用いることができる。第１電極基材が金属層からなるものであってもよい。
上記の構成とすることにより、上記透明電極層の導電性が不足する場合に、メッシュ電極層により補充することができるため、本発明の色素増感型太陽電池素子をより発電効率に優れたものにできるという利点がある。
なお、透明電極層およびメッシュ電極層については、上述したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００６７】
（ｄ）金属層
上述したように、本発明に用いられる第１電極層が透明性を有さない電極層である場合は、金属層を用いることができる。上記金属層の材質としては、銅、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン、モリブデン、白金、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛、各種ステンレスおよびそれらの合金等が挙げられ、チタン、クロム、タングステン、各種ステンレスおよびそれらの合金が望ましい。また、金属層からなる第１電極層が用いられる場合、当該金属層の厚みとしては、第１電極層上に上述した多孔質層を形成することが可能な自己支持性を付与できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、５μ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることがより好ましく、２０μｍ〜２００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
【００６８】
２．多孔質層
本発明に用いられる多孔質層は上述した第１電極層上に形成されるものであり、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含むものである。
【００６９】
（１）金属酸化物半導体微粒子
本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば、特に限定されるものではない。本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等を挙げることができる。これらの金属酸化物半導体微粒子は、多孔性の多孔質層を形成するのに適しており、エネルギー変換効率の向上、コスト削減を図ることができるため好適に用いられる。なかでも、ＴｉＯ２からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。ＴｉＯ２は特に半導体特性に優れるからである。
【００７０】
本発明に用いられる金属酸化物半導体微粒子の平均粒径としては、多孔質層の比表面積を所望の範囲内にできる程度であれば特に限定されるものではないが、通常、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。平均粒径が上記範囲よりも小さいと各々の金属酸化物半導体微粒子が凝集し二次粒子を形成してしまう場合があり、また平均粒径が上記範囲より大きいと、多孔質層が厚膜化してしまうだけではなく、多孔質層の多孔度、すなわち比表面積が減少してしまう可能性があるからである。ここで、多孔質層の比表面積が小さくなると、例えば、光電変換するのに十分な色素増感剤を多孔質層に担持させることが困難になる場合がある。
なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
【００７１】
（２）色素増感剤
本発明に用いられる色素増感剤としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン、インドリン、カルバゾール系の色素が挙げられる。本発明においては、これらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
【００７２】
（３）任意の成分
本発明に用いられる多孔質層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本発明に用いられる任意の成分としては、例えば、樹脂を挙げることができる。上記多孔質層に樹脂が含有されることにより、本発明に用いられる多孔質層の脆性を改善することができるからである。このような樹脂としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カプロラクタン等を挙げることができる。
【００７３】
（４）その他
本発明に用いられる多孔質層の厚みは、本発明の色素増感型太陽電池の用途に応じて、適宜決定できるものであり特に限定されるものではない。なかでも多孔質層の厚みは、通常、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。多孔質層の厚みが上記範囲よりも厚いと、多孔質層自体の凝集破壊が起こりやすく、膜抵抗となりやすくなってしまう場合があるからである。また、多孔質層の厚みが上記範囲より薄いと厚みが均一な多孔質層を形成するのが困難となり、色素増感剤が坦持される量が少なくなり、太陽光を十分に吸収できないために性能不良になる可能性があるからである。
【００７４】
本発明に用いられる多孔質層の形成方法については、一般的な色素増感型太陽電池を形成する際に用いられる多孔質層の形成方法と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００７５】
３．接着層
上記接着層は、基材と第１電極層とを接着する樹脂からなるものであり、例えば、上記酸化物半導体電極基板を転写法により作製する際に、上記多孔質層の転写性を向上させる機能を有するものである。
【００７６】
本発明おける接着層に用いられる樹脂としては、上記基材と上記第１電極層とを所望の接着力で接着できるものであれば特に限定されない。このような樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化型樹脂、および、活性放射線硬化型樹脂等を挙げることができる。なかでも、本発明においては上記樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００７７】
本態様に用いられる上記熱可塑性樹脂は、融点が５０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましく、特に６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、なかでも６５℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましい。上記酸化物半導体電極基板を転写法により作製する場合は、上記熱可塑性樹脂により基材と第１電極層とを熱融着することになるが、上記熱可塑性樹脂の融点が上記範囲よりも高いと熱融着させる際の加熱温度が高くなってしまい、上述した基材等が熱損傷を受けてしまう場合があるからである。また、融点が上記範囲よりも低いと、本発明により製造される色素増感型太陽電池を屋外で使用した場合に、使用環境によっては接着層が溶融し、これに起因して発電効率が低下する恐れがあるからである。
【００７８】
上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン‐プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、エチレン‐アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ（メタ）アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。なかでも、接着性、電解液に対する耐性、光透過性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。
【００７９】
また、上記熱可塑性樹脂の別の例としては、例えば、エチレン、プロピレン、１‐ブテン等の炭素数２〜８程度のα‐オレフィンの単独重合体、それらのα‐オレフィンとエチレン、プロピレン、１‐ブテン、３‐メチル‐１‐ブテン、１‐ペンテン、４‐メチル‐１‐ペンテン、１‐ヘキセン、１‐オクテン、１‐デセン等の炭素数２〜２０程度の他のα−オレフィンや、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステル等との共重合体、（無水）マレイン酸変性樹脂、シラン変性樹脂やオレフィン系エラストマー等のポリオレフィン化合物を挙げることができる。
【００８０】
本態様に用いられる熱可塑性樹脂は、上記樹脂の中でも接着性の点から、変性ポリオレフィン、特に変性エチレン系樹脂（例えば、エチレン不飽和シラン化合物とポリオレフィン化合物との共重合体からなるシラン変性樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体などのエチレン共重合体等）が好ましく、さらにはシラン変性樹脂を接着層とする場合が最も好ましい。シラン変性樹脂を用いることにより、接着層が示す接着力をより強固にすることができるからである。
【００８１】
また、本態様においては上記シラン変性樹脂のなかでもポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体を用いることが好ましい。このような共重合体を用いることにより、例えば、本発明に用いられる酸化物半導体電極基板の製造方法等に応じて、シラン変性樹脂の諸物性を好適な範囲に調整することが容易になるからである。
ここで、本態様において上記共重合体は、シラノール触媒による架橋をしていてもしていなくてもどちらでもよい。
【００８２】
上記共重合体に用いられるポリオレフィン化合物としては、エチレン、プロピレン、１‐ブテン等の炭素数２〜８程度のα‐オレフィンの単独重合体、それらのα‐オレフィンとエチレン、プロピレン、１‐ブテン、３‐メチル‐１‐ブテン、１‐ペンテン、４‐メチル‐１‐ペンテン、１‐ヘキセン、１‐オクテン、１‐デセン等の炭素数２〜２０程度の他のα-オレフィンや、酢酸ビニル、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステル等との共重合体等が挙げられ、具体的には、例えば、低・中・高密度ポリエチレン等（分岐状又は直鎖状）のエチレン単独重合体、エチレン‐プロピレン共重合体、エチレン‐１‐ブテン共重合体、エチレン‐４‐メチル‐１‐ペンテン共重合体、エチレン‐１‐ヘキセン共重合体、エチレン‐１‐オクテン共重合体、エチレン‐酢酸ビニル共重合体、エチレン‐（メタ）アクリル酸共重合体、エチレン‐（メタ）アクリル酸エチル共重合体等のエチレン系樹脂、プロピレン単独重合体、プロピレン‐エチレン共重合体、プロピレン‐エチレン‐１‐ブテン共重合体等のプロピレン系樹脂、及び、１‐ブテン単独重合体、１‐ブテン‐エチレン共重合体、１‐ブテン‐プロピレン共重合体等の１‐ブテン系樹脂等が挙げられる。なかでも本態様においては、ポリエチレン系樹脂が好ましい。
【００８３】
上記ポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体に用いられるエチレン性不飽和シラン化合物としては、上記重合用ポリエチレンと重合して、熱可塑性樹脂を形成できるものであれば特に限定されない。このようなエチレン性不飽和シラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリオペンチロキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルトリベンジルオキシシラン、ビニルトリメチレンジオキシシラン、ビニルトリエチレンジオキシシラン、ビニルプロピオニルオキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、およびビニルトリカルボキシシランからなる群から選ばれる少なくとも１種のものであることが好ましい。
【００８４】
上記ポリオレフィン化合物とエチレン性不飽和シラン化合物との共重合体は、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体、およびグラフト共重合体のいずれであってもよい。なかでも本態様においては、グラフト共重合体であることが好ましく、さらには、重合用ポリエチレンの主鎖とし、エチレン性不飽和シラン化合物が側鎖として重合したグラフト共重合体が好ましい。このようなグラフト共重合体は、接着力に寄与するシラノール基の自由度が高くなるため、接着層の接着力をより強固にすることができるからである。
【００８５】
さらに、本発明に用いられる接着層は、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、長期間安定した機械強度、黄変防止効果、ひび割れ防止効果、加工適性を得ることができるからである。また、上記以外に、架橋剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤等を含有しても良い。
【００８６】
Ｃ．対極基板
本発明に用いられる対極基板は、電極としての機能を備えた第２電極基材、および上記第２電極基材上に形成されたものである。また、必要に応じて触媒層を有するものである。
以下、それぞれについて説明する。
【００８７】
１．第２電極基材
本発明に用いられる第２電極基材は、電極としての機能を備えたものである。
【００８８】
本発明に用いられる第２電極基材として金属箔からなるものが用いられる場合は、上述した「Ｂ．酸化物半導体電極基板  １．第１電極基材  （２）第１電極層  （ｄ）金属層」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００８９】
また、上記第２電極基材として対向基材上に第２電極層が形成された構成を有するものを用いる場合、当該第２電極層としては、所望の導電性を有する導電性材料からなるものであれば特に限定されるものではなく、導電性高分子材料や金属酸化物等からなるものを用いることができる。ここで、上記導電性高分子材料や金属酸化物については、上記第１電極層に用いられるものとして説明したものを用いることができる。
【００９０】
本発明に用いられる対向基材は、上記第１電極基材に用いられる基材と同様のものを用いることができるため、ここでの説明は省略する。
【００９１】
２．触媒層
本発明に必要に応じて用いられる触媒層は、上記第２電極基材上に形成されるものである。第２電極基材上に触媒層が形成されていることにより、本発明の色素増感型太陽電池をより発電効率に優れたものにできる。このような触媒層の例としては、例えば、上記第２電極基材上にＰｔを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、パラトルエンスルホン酸（ＰＴＳ）およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。このような触媒層の膜厚としては、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、なかでも１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、特に１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。なお、第２電極基材として対向基材と第２電極層とを有するものが用いられる場合、上記触媒層は第２電極層上に形成されることになる。
【００９２】
Ｄ．シール材
まず、本発明に用いられるシール材について説明する。本発明に用いられるシール材は、上述した酸化物半導体電極基板と上述した対極基板との間にあり、かつ上記電解質層の周囲に形成されるものであり、上記酸化物半導体電極基板と上記対極基板とのギャップを調整し、また、常温で液体の性質を示す上記電解質を封止する機能を有するものである。さらに、本発明に用いられるシール材は、上述した接着層を軟化させないで硬化させることが可能な硬化型樹脂からなることを特徴とするものである。本発明に用いられるシール材がこのような硬化型樹脂からなるものであることにより、シール材を硬化させる際に上記接着層が軟化してしまうことを防止でき、このようなことから、熱可塑性樹脂からなる接着層を有する酸化物半導体電極基板を用いた、発電効率の高い色素増感型太陽電池を提供することができるのである。このようなシール材は、電解質が液体の場合に用いられるものである。
以下、本発明に用いられるシール材について説明する。
【００９３】
上記シール材に用いられる硬化型樹脂について説明する。上記シール材に用いられる硬化型樹脂としては、後述する接着層を軟化させないで硬化させることが可能なものであれば特に限定されない。ここで、上記「接着層を軟化させないで」とは、「接着層を融点以上の温度に昇温させないで」と同意である。したがって、上記「接着層を軟化させないで硬化させることが可能なもの」とは、「接着層を融点以上に昇温させることなく硬化可能なもの」という意味である。
なお、本態様おける上記「融点」は、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ））により、１０℃／分の昇温速度で得られたＤＳＣカーブの吸熱ピークのピークトップ温度を意味するものとする。
【００９４】
このような硬化型樹脂としては、熱硬化型樹脂や２液硬化型樹脂などが挙げられる。
【００９５】
本態様に用いられる熱硬化型樹脂としては、後述する接着層の融点に応じて、それよりも低い温度で硬化できるものを任意に選択して用いることができる。このような熱硬化型樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。本態様においてはこのような熱硬化型樹脂の中から、後述する接着層の融点に応じて、当該融点よりも低い温度で硬化する樹脂を１種類または２種類以上を選択して用いることができる。
【００９６】
次に、上記硬化型樹脂として用いられる２液硬化型樹脂について説明する。本態様に用いられる２液硬化型樹脂としては、硬化させる際に後述する接着層の融点よりも高い温度に加熱することを要しないものであれば特に限定されない。このような２液硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等を挙げることができる。なかでも本態様においては、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂を用いることが好ましい。
【００９７】
本発明に用いられるシール材の高さとしては、上述した酸化物半導体電極基板と上述した対極基板とのギャップを所望の範囲内にすることができる高さであれば特に限定されない。なかでも本発明においては１μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましく、さらには５μｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましく、特に１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。なお、上記シール材の高さは、上記電解質層の最大厚みに相当するものである。
【００９８】
また、本発明に用いられるシール材の幅としては、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、なかでも０．２ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であることが好ましく、特に０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００９９】
Ｅ．第１電極基材および第２電極基材の組み合わせ
本発明の色素増感型太陽電池は、上記多孔質層に吸着した色素増感剤が太陽光を受光して励起されることによって働くものである。したがって、第１電極基材または第２電極基材の少なくとも一方は、透明性を有する必要がある。よって、本発明においては、第１電極基材または第２電極基材の少なくとも一方が透明性を有する基材となるように適宜選択される。本発明においては、第１電極基材および第２電極基材の両方が透明性を有する基材であってもよいし、第１電極基材または第２電極基材のいずれか一方が金属箔からなり、他方が透明性を有する基材であってもよい。
【０１００】
Ｆ．その他の部材
本発明の色素増感型太陽電池は、本発明の電解質用組成物を有しているのであれば特に限定されるものではなく、必要な部材を適宜選択して追加することができる。このような部材としては、固定部材を挙げることができる。
【０１０１】
ＩＩＩ．色素増感型太陽電池モジュール
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、「ＩＩ．色素増感型太陽電池」の項で記載した色素増感型太陽電池が複数個連結されてなることを特徴とするものである。
【０１０２】
本発明においては、電極としての機能を備えた第１電極基材、および上記第１電極基材上に形成され、色素増感剤及び金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層を有する酸化物半導体電極基板と、電極としての機能を備えた第２電極基材を有する対極基板とが、上記多孔質層および上記第２電極基材が対向するように配置され、上記酸化物半導体電極基板および上記対極基板の間に、上記多孔質層と接触するように電解質層が形成されており、個々の色素増感型太陽電池が配線により連結された構成を有するものである。
ここで、本発明において複数の色素増感型太陽電池が連結された態様としては、本発明の色素増感型太陽電池モジュールにより、所望の起電力を得ることができるものであれば、特に限定されない。すなわち、個々の色素増感型太陽電池が直列で連結されていてもよく、あるいは並列で連結されていてもよい。
【０１０３】
なお、本発明に用いられる色素増感型太陽電池については、上記「ＩＩ．色素増感型太陽電池」の項において説明したものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【０１０４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１０５】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【０１０６】
［実施例１］
（色素増感型太陽電池用光電変換素子の作製）
導電性支持体としてガラス板上にＦＴＯ膜が形成された透明導電ガラス（日本板硝子製）を用意し、酸化チタンペーストの日本アエロジル製Ｐ２５をスクリーン印刷法で塗布し、その後５００℃で焼成し、膜厚１０μｍの半導体微粒子層を得た。次いで、増感色素として有機色素（三菱製紙社製、商品名：Ｄ３５８）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリルおよびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素坦持用塗工液を調製した。この塗工液に対し、上述の導電性基材上に形成した半導体微粒子層を３時間浸漬させた。その後、色素坦持用塗工液から引き上げ、酸化チタン微粒子に付着した色素坦持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、色素増感型太陽電池用光電変換素子を得た。
次に、透明なポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製基材上に、透明電極層としてインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）が形成された第２電極基材を用意した。その透明電極層上にポリチオフェン系導電性樹脂（ＢａｙｔｒｏｎＰＡＩ４０８３、スタルク社製）をワイヤーバーで塗布し、１２０℃で５分間乾燥することで、厚さ０．１μの触媒層を形成させることにより、対極基板を得た。
【０１０７】
（電解質溶液の調製）
電解質溶液は、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）３．６４ｇ、化学式（１）で示される１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド（ＡＭＩｍ−Ｉ）２．５２ｇ、およびＩ２を０．１３ｇ加えて調製した。
【０１０８】
【化４】
2012209200.tif 000006
【０１０９】
（セル組み）
光電変換素子上の半導体微粒子層を４ｍｍ×４ｍｍにトリミングし、対極基板を厚さ２０μｍのサーリンにより貼り合わせ、その間に電解質溶液を含浸させた。これにより、色素増感型太陽電池を得た。
【０１１０】
［比較例１］
１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）３．６４ｇ、化学式（３）で示される１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）２．５２ｇ、およびＩ２を０．１３ｇ加えて調製した電解質溶液を用いた以外は実施例１と同様にして色素増感型太陽電池用光電変換素子を得た。
【０１１１】
【化５】
2012209200.tif 000007
【０１１２】
［実施例２］
（色素増感型太陽電池用光電変換素子の作製）
酸化チタンペーストの日本アエロジル製Ｐ２５を５ｇ、エタノール１．６７ｇに投入し、さらにアセチルアセトン０．２５ｇ、およびジルコニアビーズ（φ１．０ｍｍ）２０ｇを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより撹拌し、さらに結着剤としてポリビニルピロリドン（Ｋ−３０、日本触媒社製）を０．２５ｇ添加して前駆層形成用塗工液を調製した。上述した前駆層形成用塗工液を、導電材基材である厚さ０．０５０ｍｍのチタン箔（２１０ｍｍ×３００ｍｍ）上にドクターブレード法により１０ｍｍ×１０ｍｍの面積で塗布し、その後１２０℃、１０分間乾燥させ、多数の酸化チタン微粒子を含む膜厚８μｍの半導体微粒子層を形成した。その半導体微粒子層にプレス機を用いて０．１ｔ／ｃｍ２の圧力で加圧し、その後５００℃、３０分間焼成した。
次に、増感色素として有機色素（三菱製紙社製：Ｄ３５８）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリルおよびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素担持用塗工液を調製した。この塗工液に対し、上述の導電性基材上に形成した半導体微粒子層を３時間浸漬させた。その後、色素坦持用塗工液から引き上げ、酸化チタン微粒子に付着した色素坦持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、酸化チタン微粒子の細孔表面に増感色素剤を担持させた多孔質層を得た。
次に、透明なポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）製基材上に、透明電極層としてインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）が形成された第２電極基材を用意した。その透明電極層上にポリチオフェン系導電性樹脂（ＢａｙｔｒｏｎＰＡＩ４０８３、スタルク社製）をワイヤーバーで塗布し、１２０℃で５分間乾燥することで、厚さ０．１μの触媒層を形成させることにより、対極基板を得た。
（固体電解質層の形成工程）
次に、カチオン性ヒドロキシセルロース（ジェルナーＱＨ２００、ダイセル化学社製）０．１４ｇをメタノール２．７２ｇに分散させた溶液を、攪拌した。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイド（ＡＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、及びＩ２を０．０２５ｇ加えて、撹拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な固体電解質層形成用塗工液を調製した。
次に、酸化物半導体電極基板の多孔質層上に、上述した第１固体電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥することにより、酸化物半導体電極基板上に厚み６μｍの第１固体電解質層を形成させた。次に、対極基板の触媒層上に、第２固体電解質層形成用塗工液として第１固体電解質層形成用塗工液を用いて、第１固体電解質層形成工程と同様に、ドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥することにより、対極基板上に厚み６μｍの第２固体電解質層を形成させた。
（セル組み）
酸化物半導体層側基板上に形成された固体電解質層上に、対極基板を配置することにより、色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１１３】
［比較例２］
カチオン性ヒドロキシセルロース（ジェルナーＱＨ２００、ダイセル化学社製）０．１４ｇをメタノール２．７２ｇに分散させた溶液を、攪拌した。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、及びＩ２を０．０２５ｇ加えて、撹拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な固体電解質層形成用塗工液を調製した電解質溶液を用いた以外は実施例２と同様にして色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１１４】
［電池性能の評価］
実施例１、実施例２および比較例１、比較例２で作製した色素増感型太陽電池について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、入射光強度１００ｍＷ／ｃｍ２）を光源として、対向電極側から入射させ、ソースメジャーユニット（ケースレー２４００型）を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。なお、測定に用いた多孔質半導体層の面積は、０．１６ｃｍ２（４ｍｍ×４ｍｍ）である。測定結果を表１に示す。
【０１１５】
【表１】
2012209200.tif 000008
【０１１６】
表１から明らかなように、上記１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイドを用いた時と比較して、上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを用いた時に変換効率が向上していることが分かる。
【０１１７】
上記１−メチル−３−アリルイミダゾリウムアイオダイドを用いることで、低粘性かつ高イオン伝導性を有す色素増感型太陽電池の電解質用ヨウ素塩を得ることができ、変換効率の高い色素増感型太陽電池を作製することができた。
【符号の説明】
【０１１８】
１      …  酸化物半導体電極基板
１１    …  第１電極基材
１１ａ  …  透明電極層
１１ｂ  …  第１基材
１２    …  多孔質層
２      …  対極基板
２１    …  第２電極基材
２１ａ  …  透明電極層
２１ｂ  …  第２基材
３      …  電解質
１０    …  色素増感型太陽電池
【図１】
2012209200.tif 000013