(57)【要約】【課題】電解液の複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質により電圧向上を図り、性能を高めた色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、半導体微粒子２と色素分子４とを備える多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する第２電極１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２の間に配置され、電解液１４を封止する封止剤１６とを備え、酸化還元電解質は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える。【選択図】図１
2012209243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板上に設けられた第１電極と、
前記第１電極上に配置された多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層と接し、溶媒と複数種類の酸化還元電解質を有する電荷輸送層と
を備えることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
第１基板と、
前記第１基板上に配置された第１電極と、
前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、
前記電解液に接する第２電極と、
前記第２電極上に配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に配置され、前記電解液を封止する封止剤と
を備え、前記酸化還元電解質は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備えることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記酸化還元電解質は、沃素酸化還元電解質、臭素酸化還元電解質、塩素酸化還元電解質、若しくはフェロセンのいずれかの組み合わせからなる混合系からなること特徴とする請求項１または２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記電解液は、１級〜４級のアンモニウムイオンと、臭素イオン、ヨウ素イオンを含むこと特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記電解液中の臭素イオンの濃度は、ヨウ素イオンの濃度よりも低いこと特徴とする請求項４に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
前記電解液中の臭素イオンの濃度は、ヨウ素イオンの濃度の１／２以下であること特徴とする請求項５に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記１級〜４級のアンモニウムイオンとして、テトラブチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、トリメチルメタンアミニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、トリメチルアニリニウム、若しくはトリメチルベンゼンアミニウムのいずれかを含むこと特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
前記多孔質半導体層は、前記第１電極と接していない面に溝部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項９】
前記第１電極上には、前記多孔質半導体層に近接し、前記多孔質半導体層内で発生した電子を導通する低抵抗化電極を備えることを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１０】
前記多孔質半導体層上に配置され、前記溝部を被覆する光散乱層を備えることを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１１】
前記溝部は、側壁が、垂直形、順テーパ形、順テーパの楔形、逆テーパ形、多段形、曲面形の内、いずれか一種の形状を有することを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１２】
前記溝部は、側壁が垂直形で、かつ前記第１電極まで到達することを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１３】
前記溝部は、前記多孔質半導体層に凹凸の周期構造を形成し、かつ前記多孔質半導体層の凹凸構造は、ドット状の凹部が周期的に配列された構成、若しくは非周期的に散在された構成、或いは、ドット状の凸部が周期的に配列された構成、若しくは非周期的に散在された構成、或いは、ライン＆スペース状に、凸部若しくは凹部構造が、周期的にまたは非周期的に繰り返される構成、或いは、複数のライン＆スペース構造が互いに重なった構成、或いは、矩形状の閉図形の集合形状の構成を有することを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１４】
前記溝部は、前記多孔質半導体層に凹凸の周期構造を形成し、かつ前記多孔質半導体層の厚さをＬ、前記溝部の深さをａ、前記溝部の幅をｂ、前記凸部の幅をｃとすると、Ｌ＝５０μｍ以下、かつ０＜ａ＜Ｌ、かつ０＜ｂ＜１０Ｌ、かつ０＜ｃ＜１０Ｌを満たすことを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１５】
前記請求項１〜１４のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池の電極構造を、電気二重層キャパシタ内部電極に備えることを特徴とする電気二重層キャパシタ。
【請求項１６】
前記請求項１〜１４のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池の電極構造を、リチウムイオンキャパシタ内部電極に備えることを特徴とするリチウムイオンキャパシタ。
【請求項１７】
前記請求項１〜１４のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池の電極構造を、リチウムイオン電池内部電極に備えることを特徴とするリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ：Dye-sensitized Solar Cells）に係り、特に、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質により電圧向上を図り、色素増感性能を高めた色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、安価で高性能の太陽電池としてＤＳＣが注目されている。ＤＳＣは、スイス・ローザンヌ工科大学のグレツェルが開発したもので、増感色素を表面に担持した酸化チタンを用いることで、光電変換効率が高く、製造コストが安いなどの利点を有することから、次世代の太陽電池として期待されている。
【０００３】
ＤＳＣは、増感色素を表面に担持した多孔質の酸化チタン層を備えた作用極と、作用極の酸化チタン層に対向して配置された対極と、作用極と対極との間に充填された電解質溶液とを備える（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
増感色素を表面に担持した多孔質酸化物半導体層の透明電極側の表面を凹凸構造とすることで表面積を増大させ、さらに多くの光を取り込むことができ、その結果、光電変換効率を向上させることができるＤＳＣの作用極およびそれを備えたＤＳＣならびにＤＳＣの作用極の製造方法については、すでに開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、従来のＤＳＣの構成において、透明基板の透明電極が設けられていない側の表面に反射防止膜を形成することによって、光電変換効率を向上させることができるＤＳＣについても、既に開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１３５８１７号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５５１４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２３８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、電解液の複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質により電圧向上を図り、性能を高めた色素増感太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１基板と、前記第１基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に配置された多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、溶媒と複数の酸化還元電解質を有する電荷輸送層とを備える色素増感太陽電池が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、第１基板と、前記第１基板上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、前記電解液に接する第２電極と、前記第２電極上に配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板の間に配置され、前記電解液を封止する封止剤とを備え、前記酸化還元電解質は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える色素増感太陽電池が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電解液の複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質により電圧向上を図り、性能を高めた色素増感太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池の模式的断面構造図。
【図２】図１の多孔質半導体層の半導体微粒子の模式的構造図。
【図３】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池の動作原理説明図。
【図４】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池の電解液における電荷交換反応に基づく動作原理説明図。
【図５】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層（１２）／色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラム。
【図６】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図５のＪ部分の拡大図。
【図７】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、開放端電圧ＶocとＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係を示す図。
【図８】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、短絡電流密度ＪscとＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係を示す図。
【図９】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、ＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]をパラメータとする電流密度と電圧の関係を示す図。
【図１０】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、最大発電量とＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係を示す図。
【図１１】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、短絡電流密度ＪscとＴＢＡＢｒ濃度との関係を示す図。
【図１２】第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、開放端電圧ＶocとＴＢＡＢｒ濃度との関係を示す図。
【図１３】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の模式的断面構造図。
【図１４】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の模式的平面パターン構成図。
【図１５】図１４のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。
【図１６】第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池の模式的平面パターン構成図。
【図１７】図１６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１８】図１６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。
【図１９】（ａ）比較例に係る色素増感太陽電池において、作用極の平面パターン構成図、（ｂ）（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。
【図２０】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極の模式的平面パターン構成図（インプリント構造例１）、（ｂ）（ａ）のＰ部分の拡大図。
【図２１】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極の模式的平面パターン構成図（インプリント構造例２）、（ｂ）（ａ）のＱ部分の拡大図、（ｃ）（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図。
【図２２】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極の模式的平面パターン構成図（インプリント構造例３）、（ｂ）（ａ）のＱ部分の拡大図。
【図２３】（ａ）比較例に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層の最深部と表面からの距離の説明図、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層の最深部と表面からの距離の説明図。
【図２４】（ａ）比較例に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔにおける多孔質半導体層の色素侵入領域１２ｐ（浸漬長ｄ）の説明図、（ｂ）比較例に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔ’＞ｔにおける多孔質半導体層の浸漬長ｄ’の説明図。
【図２５】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔにおける多孔質半導体層の色素侵入領域１２ｐ（浸漬長ｄ）の説明図、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔ’＞ｔにおける多孔質半導体層１２ａの説明図。
【図２６】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、パターン断面と各部構造の寸法の説明図、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、色素吸着に伴う必要浸漬長ｃ／２の説明図。
【図２７】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、凸部占有率ｘをパラメータとする必要浸漬長ｃ／２を得るための浸漬時間ｔとピッチｐとの関係を示す図。
【図２８】比較例に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層近傍の断面ＳＥＭ写真例。
【図２９】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔをパラメータとするエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）のＣ信号強度と深さとの関係を示す図。
【図３０】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔをパラメータとする色素密度と深さとの関係を示す図。
【図３１】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔと浸漬長ｄとの関係を示す図。
【図３２】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔをパラメータとする多孔質半導体層中の拡散による色素分子の濃度と空間Ｘとの関係を示すシミュレーション結果。
【図３３】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔと浸漬長ｄとの関係を示すシミュレーション結果。
【図３４】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術に適用する金型の表面ＳＥＭ写真、（ｂ）（ａ）に対応する金型の断面ＳＥＭ写真。
【図３５】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、図３４に示す金型を用いてインプリント加工された多孔質半導体層の表面ＳＥＭ写真、（ｂ）（ａ）に対応する多孔質半導体層の拡大された断面ＳＥＭ写真。
【図３６】図３５（ｂ）に対応する多孔質半導体層の拡大された断面ＳＥＭ写真において、各部の寸法を示す図。
【図３７】（ａ）図３５（ａ）に対応する平面パターン構成の説明図、（ｂ）図３７（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造図、（ｃ）図３７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造図であって、図３６に対応する説明
【図３８】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の加工された多孔質半導体層の模式的鳥瞰図（構造例１）、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の加工された多孔質半導体層の模式的鳥瞰図（構造例２）、（ｃ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の加工された多孔質半導体層の模式的鳥瞰図（構造例３）。
【図３９】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層の模式的平面パターン構造例１、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層の模式的平面パターン構造例２。
【図４０】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が垂直形状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４１】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が順テーパ形状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４２】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が順テーパ形状の楔状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４３】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が逆テーパ形状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４４】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、透明電極１０まで到達する溝部を有する模式的断面構造図。
【図４５】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が多段形状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４６】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層が、側壁が曲面形状の溝部を有する模式的断面構造図。
【図４７】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）。
【図４８】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）。
【図４９】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その３）。
【図５０】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その４）。
【図５１】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その５）。
【図５２】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その６）。
【図５３】第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その７）。
【図５４】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）、（ｃ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その３）、（ｄ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その４）。
【図５５】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）。
【図５６】（ａ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造図（その２）。
【図５７】第３の実施形態において、電気二重層キャパシタ内部電極を例示する模式的断面構造図。
【図５８】第４の実施形態において、リチウムイオンキャパシタ内部電極を例示する模式的断面構造図。
【図５９】第５の実施形態において、リチウムイオン電池内部電極を例示する模式的断面構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１３】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１４】
以下の実施の形態に係る半導体発光装置において、「透明」とは、透過率が約５０％以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係る半導体発光装置において、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度、エネルギー約３．４５ｅＶ〜１．４９ｅＶ程度に相当し、この領域で透過率が５０％以上あれば透明である。
【００１５】
[第１の実施の形態]
（色素増感太陽電池）
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の模式的断面構造は、図１に示すように表される。
【００１６】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される作用極１００は、図１に示すように、ガラス基板２０上に配置された透明電極１０と、透明電極１０上に配置された多孔質半導体層１２とを備える。
【００１７】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００は、図１に示すように、ガラス基板２０と、ガラス基板２０上に設けられた透明電極１０と、透明電極１０上に配置された多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、溶媒と複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える電荷輸送層１４とを備える。ここで、電荷輸送層１４は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備えるため、酸化還元電解質を単独で用いた場合に比べて、開放端電圧が高く、また、発電量が大きくなる。
【００１８】
さらに詳細には、第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００は、図１に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置された半導体微粒子２と色素分子４とを備える多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する第２電極１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２の間に配置され、電解液１４を封止する封止剤１６とを備える。ここで、酸化還元電解質は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える。
【００１９】
第１基板２０および第２基板２２は、例えば、ガラス基板などで形成することができる。また、フレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。この場合、ＴｉＯ2ペーストは、２００℃以下で焼成可能なものを用いる。第１基板２０側から光を照射するため、第１基板２０は、照射光に対して、透明であることが望ましい。なお、第１基板２０の光を照射する側に反射防止膜などをコーティングしても良い。
【００２０】
第１電極１０は、例えば、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ2などの透明電極で形成される。第１基板２０上に電極加工し、ＦＴＯ付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。
【００２１】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の多孔質半導体層１２は、フェルミエネルギーと酸化還元電解質の酸化還元エネルギーなどの兼ね合いから、酸化物半導体が用いられると良い。
【００２２】
多孔質半導体層１２は、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、ＩｎＯ3、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ3、ＳｎＯ2などの材料を用いて形成されていても良い。特に、効率面から安価なＴｉＯ2(アナターゼ型、ルチル型)が主に用いられる。
【００２３】
ここで、多孔質半導体層１２上には、光散乱層（５２：図５５（ｂ）、図５６（ｂ））を備えていても良い。光散乱層は、例えば、２００ｎｍ程度の粒形を有するＴｉＯ2パーティクル若しくはＺｒＯ2パーティクルで形成されていても良い。
【００２４】
図１の多孔質半導体層１２の半導体微粒子２の模式的構造は、図２に示すように表される。図２に示すように、多孔質半導体層１２は、ＴｉＯ2などからなる半導体微粒子２が互いに結合して複雑なネットワークを形成している。色素分子４は、半導体微粒子２の表面に吸着される。多孔質半導体層１２内には、大きさ１００ｎｍ以下の細孔が多数存在する。
【００２５】
（動作原理）
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の動作原理は、図３に示すように表される。
【００２６】
下記の（ａ）〜（ｄ）の反応が継続して起こることで、起電力が発生し、負荷２４に電流が導通する。
【００２７】
（ａ）色素分子３２が光子（ｈν）を吸収し、電子（ｅ-）を放出し、色素分子３２は酸化体ＤＯになる。
【００２８】
（ｂ）Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６が多孔質半導体層１２中を拡散して、ＤＯで表される酸化体の色素分子３２に接近する。
【００２９】
（ｃ）酸化還元電解質２６から色素分子３２に電子（ｅ-）が供給される。酸化還元電解質２６は、Ｏｘで表される酸化体の酸化還元電解質２８なり、色素分子３２はＤＲで表される還元された色素分子３０になる。
【００３０】
（ｄ）酸化還元電解質２８は、対極１８方向に拡散し、対極１８より電子を供給されて、Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６になる。
【００３１】
酸化還元電解質２６は、多孔質半導体層１２中の入り組んだ空間を拡散しながら色素分子３２の近傍に接近する必要がある。
【００３２】
また、第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の電解液１４における電荷交換反応に基づく動作原理は、図４に示すように表される。
【００３３】
まず、外部から光照射されると光子（ｈν）が色素分子３２と反応して、色素分子３２は基底状態から励起状態へと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ-）がＴｉＯ2からなる多孔質半導体層１２の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１２中を導通した電子（ｅ-）は、透明電極１０から外部回路の負荷２４を導通し、対極１８へ移動する。対極１８から電解液１４中に注入された電子（ｅ-）は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質（Ｉ-／Ｉ3-）と電荷交換される。ヨウ素酸化還元電解質（Ｉ-／Ｉ3-）が電解液１４内を拡散し、色素分子３２と再反応する。ここで、電荷交換反応は、色素分子表面において、３Ｉ-→Ｉ3-＋２ｅ-に従って進行し、対極１８において、Ｉ3-＋２ｅ-→３Ｉ-に従って進行する。
【００３４】
電解液１４は、溶媒として、例えば、アセトニトリルを使用し、この場合の電解質として、例えば、ヨウ素は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ3-として存在する。また、電解質として、例えば、ヨウ化物塩（ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムなど）は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ-として存在する。また、電解液１４中には、逆電子移動抑制溶液として添加剤（例えば、ＴＢＰ：ターシャルブチルピリジン）を適用しても良い。
【００３５】
上記の溶質、添加剤を溶媒（アセトニトリル）に溶解させることによって、電解液１４を構成することができる。なお、上記の材料は湿式ＤＳＣなどに適用可能なものであって、常温溶融塩（イオン性液体）や固体電解質を用いる場合には、構成材料が異なる。
【００３６】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００において、溶媒は、後述する電解質、添加剤を溶解する液体であり、高沸点、化学的安定性が高く、高誘電率（電解質が良く溶解する）、低粘度であること望ましい。例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、ｙブチロラクトン、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどで構成されていても良い。
【００３７】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される電解液１４は、例えば、ヨウ素酸化還元電解質および臭素酸化還元電解質からなる複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質であり、組成比Ｘを用い、ＬｉＩXＢｒ1-Xと表すことができる。ここで、組成比Ｘを制御することによって、酸化還元電解質の濃度比を制御することができる。酸化還元電解質の濃度比を制御することによって、後述するように、開放端電圧Ｖoc、短絡電流密度Ｊsc、最大発電量などを制御することができる。酸化還元電解質としては、ヨウ素酸化還元電解質、臭素酸化還元電解質の他に、塩素酸化還元電解質、フェロセンなども適用することができる。混合系酸化還元電解質は、ヨウ素酸化還元電解質、臭素酸化還元電解質、塩素酸化還元電解質、若しくはフェロセンのいずれかの組み合わせからなる混合系からなる。
【００３８】
ここで、電解液１４は、１級〜４級のアンモニウムイオンと、臭素イオン、ヨウ素イオンを含むようにできる。
【００３９】
この場合に、電解液１４中の臭素イオンの濃度は、ヨウ素イオンの濃度よりも低くするとことができる。
【００４０】
また、電解液１４中の臭素イオンの濃度は、ヨウ素イオンの濃度の１／２以下とすることもできる。
【００４１】
また、前記１級〜４級のアンモニウムイオンとして、テトラブチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、トリメチルメタンアミニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、トリメチルアニリニウム、若しくはトリメチルベンゼンアミニウムのいずれかを含むようにできる。
【００４２】
なお、アルキル基とは、直鎖の炭化水素基（ベンゼン等は含まれないアリール基となる）を、アニリニウムとは、アニリンが化合物となったもの（アンモニウム塩の一種）を、アミニウムとは、アミンにＨ＋が付加してイオン化したものを、アミンとは、アンモニアのＨを炭化水素基で置換したものをいう。
【００４３】
また、１〜４級のアンモニウムとは、アンモニウム（ＮＨ４）のＨが炭化水素基に置き変わったものをいい、置き換わりの数で１〜４級の級数が決まる。
【００４４】
添加剤は、電解液に添加することで、例えば、ＴｉＯ2からなる多孔質半導体層１２の表面に吸着するなどして、ＤＳＣの発電特性の向上に寄与することができる。添加剤の例としては、例えば、ピリジン系、イミダゾール系、チオシアネート系などがある。
【００４５】
なお、色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）などを適用することができる。
【００４６】
対極１８は、例えば、Ｐｔ、Ｃ、若しくは、導電性高分子などで構成されていても良い。導電性高分子は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどで構成されていても良い。
【００４７】
多孔質半導体層１２は、例えば、スクリーン印刷技術、スピンコート技術、ディッピング、スプレーコート技術などを用いて形成することができる。
【００４８】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００において、多孔質半導体層（１２）／色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムは、図５に示すように表される。また、色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図５のＪ部分の拡大図は、図６に示すように表される。
【００４９】
外部から光照射されると光子（ｈν）が色素分子３２と反応して、色素分子３２は基底状態ＨＯＭＯから励起状態ＬＵＭＯへと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ-）がＴｉＯ2からなる多孔質半導体層１２の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１２中を導通した電子（ｅ-）は、透明電極１０から外部回路の負荷２４を導通し、対極１８へ移動する。対極１８から電解液１４中に注入された電子（ｅ-）は、電解液１４中のヨウ素・混合系酸化還元電解質と電荷交換される。ヨウ素・素混合系酸化還元電解質が電解液１４内を拡散し、色素分子３２と再反応する。
【００５０】
電解液１４の酸化還元準位ＥROと多孔質半導体層１２のフェルミ準位Ｅf間の電位差が最大起電力ＶMAXである。最大起電力ＶMAXの値は、電解液１４の酸化還元電解質により変化する。酸化還元電解質単独系（ヨウ素酸化還元電解質）の場合には、例えば、０．９Ｖ（Ｉ，Ｎ７１９）である。電解質１４がヨウ素・臭素の混合系酸化還元電解質を含む場合には、図６に示すように、混合比率を調整することで混合系酸化還元電解質の酸化還元電位を、ヨウ素酸化還元電解質の酸化還元電位と臭素酸化還元電解質の酸化還元電位の間の任意の値に調整することができると考えられる。
【００５１】
図６に示すように、電解液１４の臭素酸化還元電解質の混合比が零の場合、酸化還元準位ＥRO＝０．５３Ｖ（Ｉ／Ｉ3-）であるのに対して、ヨウ素酸化還元電解質の混合比が零の場合、酸化還元準位ＥRO＝１．０９Ｖ（Ｂｒ／Ｂｒ3-）である。この間のギャップエネルギーＥgaの値は、１．０９−０．５３＝０．５６Ｖである。
【００５２】
ＨＯＭＯレベルと酸化還元準位ＥROの電位差Ｅghの値が大きい場合には、最大起電力ＶMAXを得る上で、電圧ロスとなる。ＨＯＭＯレベルと酸化還元準位ＥROの電位差Ｅghの値が低い場合には、電解液１４から色素分子３２への電子（ｅ-）の移動が阻害される。
【００５３】
したがって、電子（ｅ-）を効率良く電解液１４から色素分子３２側に導通すると共に、最大起電力ＶMAXを得る上での電圧ロスを抑制するためには、酸化還元準位ＥROのレベルは色素分子３２のＨＯＭＯレベルよりは上で、かつ電位差Ｅghをできるだけ小さくすることが望ましい。
【００５４】
次に示すように、ヨウ素酸化還元電解質と臭素酸化還元電解質を混合することで得られるヨウ素・臭素混合系酸化還元電解質よりなる電解液では、ヨウ素酸化還元電解質を単独で用いた場合に比べて、臭素酸化還元電解質の添加量に応じて開放端電圧の値が増加する。これは、ヨウ素酸化還元電解質に比べて、臭素酸化還元電解質は酸化還元電位がポジティブ（正）であり、ヨウ素-臭素混合系酸化還元電解質の酸化還元電位が臭素酸化還元電解質の添加量に応じてポジティブ（正）側にシフトするためと考えられる。
【００５５】
―開放端電圧Ｖoc―
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、蛍光灯８００（ｌｘ）照射時における開放端電圧ＶocとＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係は、図７に示すように表される。図７において、横軸は、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）および[ＬｉＩ投入量（ｍＭ）]を表す。単位のｍＭは、ミリモーラーであり、ｍモル／リットルを表す。例えば、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝０（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍＭ）＝５００（ｍＭ）、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝１００（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍＭ）＝４００（ｍＭ）、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝２００（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍＭ）＝３００（ｍＭ）、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝３００（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍＭ）＝２００（ｍＭ）、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝４００（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍＭ）＝１００（ｍＭ）、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝５００（ｍＭ）は、ＬｉＩ投入量（ｍ）＝０（ｍＭ）である。図７から明らかなように、開放端電圧Ｖocの値は、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝０〜４５０（ｍＭ）［ＬｉＩ投入量（ｍ）＝５０〜５０（ｍＭ）］の変化において、約０．１Ｖも上昇することがわかる。
【００５６】
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、開放端電圧Ｖocが０．１Ｖ程度も増加することは、電解液１４を単独系の酸化還元電解質から混合系の酸化還元電解質に変更した効果が大きいことを示す。
【００５７】
―短絡電流密度Ｊsc―
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、短絡電流密度ＪscとＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係は、図８に示すように表される。図８から明らかなように、広範囲のＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝０〜４００（ｍＭ）[ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝５００〜１００（ｍＭ）]に亘り、短絡電流密度Ｊscの値が相対的に高く維持されることがわかる。ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝４００〜５００（ｍＭ）においては、Ｂｒ濃度の上昇とともに、図６のギャップエネルギーＥgaが増加し、ＨＯＭＯレベルと酸化還元準位ＥROの電位差Ｅghの値が低くなり、電解液１４から色素分子３２への電子（ｅ-）の移動が阻害されたためである。
【００５８】
―最大発電量―
第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、ＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]をパラメータとする電流密度と電圧の関係は、図９に示すように表される。また、最大発電量とＬｉＢｒ投入量[ＬｉＩ投入量]の関係は、図１０に示すように表される。図９〜図１０から明らかなように、ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝２００〜４００（ｍＭ）[ＬｉＢｒ投入量（ｍＭ）＝３００〜１００（ｍＭ）]の範囲内において、最大発電量が得られることがわかる。
【００５９】
ここで、第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池の短絡電流密度Ｊscおよび最大発電量を確認するために行った実験について述べる。
【００６０】
まず、以下の手順により第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池についての評価用セルを作成した。
【００６１】
（ａ）有機洗浄およびＵＶオゾン洗浄を行った透明導電膜（ＦＴＯ）付きのガラス基板にＴｉＯ２ペーストをスクリーン印刷により成膜する。
【００６２】
（ｂ）４００〜５００℃の電気炉によって、前記ガラス基板に印刷したＴｉＯ２を焼成する。
【００６３】
（ｃ）ＴｉＯ２を焼成した基板をＲｕ錯体（Ｎ７１９  solaronix製）を溶かした色素溶液に１晩浸漬する。
【００６４】
（ｄ）色素溶液に浸漬した基板を洗浄し、ホットメルトシールにより、Ｐｔを成膜した対極基板と貼り合わせる。
【００６５】
次いで、上記のようにして作成された評価用セルに注入するための電解液を作成した。具体的には、４−ブチロラクトンを溶媒とし、ヨウ化テトラブチルアンモニウム：５００ｍＭ、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化リチウム：１００ｍＭ、ヨウ素：１０ｍＭ、ｎ−メチルベンゾイミダゾール：１０００ｍＭを溶解して電解液を調整した。臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）は、０〜５００ｍＭの濃度範囲で条件振りを行った。
【００６６】
評価方法としては、作成した評価用セルに、毛細管現象を利用して、調整した電解液を注入し、評価用セルに、蛍光灯によって１０００lxの照度で光線を照射し、電流−電圧特性の測定（ＩＶ測定）を行なって電解液の特性を評価した。
【００６７】
図１１は、評価用セル（第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池）における短絡電流密度ＪscとＴＢＡＢｒ濃度との関係を示すグラフである。また、図１２は、評価用セル（第１の実施の形態に係る色素増感太陽電池）における開放端電圧ＶocとＴＢＡＢｒ濃度との関係を示すグラフである。
【００６８】
図１１および図１２のグラフに示すように、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度が０ｍＭの場合には、短絡電流密度Ｊscは約１．００Ｅ−０１（ｍＡ／cｍ２）、開放端電圧Ｖocは約６．３０Ｅ−０１（Ｖ）であった。また、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度が１００ｍＭの場合には、短絡電流密度Ｊscは約１．０２Ｅ−０１（ｍＡ／cｍ２）、開放端電圧Ｖocは約６．６０Ｅ−０１（Ｖ）であった。また、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度が３００ｍＭの場合には、短絡電流密度Ｊscは約９．８０Ｅ−０２（ｍＡ／cｍ２）、開放端電圧Ｖocは約６．６２Ｅ−０１（Ｖ）であった。また、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度が５００ｍＭの場合には、短絡電流密度Ｊscは約９．４５Ｅ−０２（ｍＡ／cｍ２）、開放端電圧Ｖocは約６．５７Ｅ−０１（Ｖ）であった。
【００６９】
このように、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）を加えることにより、調整した全ての電解液で開放端電圧Ｖocが向上することが確認された。
【００７０】
一方で、短絡電流密度については、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度が１００ｍＭの場合がピークとなり、濃度が１００ｍＭを超えると逆に短絡電流密度が低下することが分かった。
【００７１】
このように、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度１００ｍＭを境に短絡電流密度が低下するのは、臭素（Ｂｒ）の濃度が増えると擬似的な酸化還元準位が下がるため、キャリアの注入効率が低下し、それに伴って電流値が低下する。
【００７２】
以上の実験結果から、上述のような組成の電解液においては、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度は１００ｍＭが最適値であることが確認された。
【００７３】
色素増感型太陽電池は、ヨウ素の酸化還元準位とＴｉＯ２のフェルミ準位との差で開放電圧が決まる。
【００７４】
本発明者等は、電解液に臭化物イオンを加え、擬似的に酸化還元電位を大きくすることにより、開放電圧を上げる試みを行なってきた。但し、臭化物イオンを発生させるために加える塩のカウンターイオンがアルカリ金属などである場合には、電圧が降下してしまう。
【００７５】
一方、ヨウ素よりも酸化還元準位の深い臭素を加えることにより、擬似的に酸化還元準位を深くすることができ、開放電圧を向上できる。
【００７６】
また、溶媒によらず、電解液中で電離し易い、４級アルキルアンモニウムをカウンターイオンに持つ臭化物イオンを加えることにより、効率的に臭化物イオンを電解液中で生成できる。
【００７７】
また、リチウムなどのアルカリ金属に比べて作用極に影響の少ない４級アルキルアンモニウムイオンを臭化物イオンのカウンターイオンにすることにより、カウンターイオンによる開放電圧の低下を抑えることができた。
【００７８】
また、加える臭化物イオンの濃度は、電解液を構成するヨウ素イオンの１／２以下程度の少量を加えることにより、特性を改善できることを確認した。
【００７９】
また、上述のように、臭化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＢｒ）の濃度は１００ｍＭが最適値であることを確認した。
【００８０】
第１の実施の形態によれば、電荷輸送層に混合系酸化還元電解質を用いた電解液を適用することで、酸化還元電解質を単独で用いた場合に比べて、開放端電圧が高く、発電量の大きい色素増感太陽電池を提供することができる。
【００８１】
（第２の実施の形態）
（色素増感太陽電池）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の模式的断面構造は、図１３に示すように表される。
【００８２】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される作用極１００は、図１３に示すように、ガラス基板２０上に配置された透明電極１０と、透明電極１０上に配置され、透明電極１０と接していない面に溝部１３を有する多孔質半導体層１２とを備える。
【００８３】
溝部１３は、後述するように、側壁が、垂直形、順テーパ形、順テーパの楔形、逆テーパ形、多段形、曲面形の内、いずれか一種の形状を備えていても良い。
【００８４】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００は、図１３に示すように、ガラス基板２０と、ガラス基板２０上に設けられた透明電極１０と、透明電極１０上に配置され、透明電極１０と接していない面に溝部１３を有する多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、溶媒と複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える電荷輸送層１４とを備える。ここで、電荷輸送層１４は、第１の実施の形態と同様に、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備えるため、酸化還元電解質を単独で用いた場合に比べて、開放端電圧が高く、また、発電量が大きくなる。
【００８５】
なお、図１３の構成において、多孔質半導体層１２と透明電極１０との界面の凹凸は、約２０ｎｍ以下である。
【００８６】
さらに、詳細には、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００は、図１３に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、第１電極１０と接していない面に溝部１３を有し、半導体微粒子２と色素分子４とからなる多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する第２電極１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２の間に配置され、電解液１４を封止する封止剤１６とを備える。ここで、酸化還元電解質は、複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を備える。
【００８７】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される電解液１４は、第１の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。また、多孔質半導体層１２が透明電極１０と接していない面に溝部１３を有する以外は、構成および各部の材質は第１の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。
【００８８】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の動作原理は、図３と同様であり、電解液１４における電荷交換反応に基づく動作原理は、図４と同様であるため、重複説明は省略する。尚、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００の多孔質半導体層１２の電解液１４に接触する表面には、溝部１３からなる凹凸構造を有するため、酸化還元電解質２６は、容易に多孔質半導体層１２中の入り組んだ空間を拡散しながら色素分子３２の近傍に接近することができる。
【００８９】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００においては、多孔質半導体層１２に溝部１３を有するため、多孔質半導体層１２への色素吸着時間を短縮することができる。すなわち、多孔質半導体層１２の最深部と表面との距離が短縮されることで、色素分子が最深部に拡散・到達する時間を短縮することが可能である。
【００９０】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００においては、多孔質半導体層１２中の還元された酸化還元電解質密度の増加により、光電変換効率が向上する。すなわち、多孔質半導体層１２の最深部と表面との距離が短縮されることで、酸化還元電解質は最深部への拡散を短時間に行うことができ、最深部に、より多くの還元された酸化還元電解質を供給することが可能となり、光電変換効率が向上する。
【００９１】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００においては、多孔質半導体層１２中の酸化された酸化還元電解質密度の減少により、光電変換効率が向上する。すなわち、多孔質半導体層１２の最深部と表面との距離が短縮されることで、多孔質半導体層１２の最深部で発生した酸化された酸化還元電解質も、より短時間で多孔質半導体層１２の外部に拡散することができるため、多孔質半導体層１２内に滞留する酸化された酸化還元電解質の濃度を下げることができる。これにより、酸化された酸化還元電解質による光吸収効果と電流損失発生を抑制することができ、光電変換効率が向上する。
【００９２】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、作用極１００の取り出し電極３４、および対極１８の取り出し電極３６まで含めた模式的平面パターン構成は図１４に示すように表され、図１４のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は図１５に示すように表される。
【００９３】
多孔質半導体層１２には、複数の溝部１３1〜１３6が形成されている。作用極１００の取り出し電極３４は、図１５に示すように、透明電極１０を封止剤１６の外部に延在させた面上に配置される。同様に、対極１８の取り出し電極３６は、図１５に示すように、対極１８を封止剤１６の外部に延在させた面上に配置される。
【００９４】
（変形例）
第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池２００において、作用極１００の取り出し電極３４まで含めた模式的平面パターン構成は図１６に示すように表され、図１６のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は図１７に示すように表され、図１６のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は図１８に示すように表される。図１６〜図１８においては、対極１８・対極１８の取り出し電極３６・ガラス基板２２の構成は、第２の実施の形態と同様であるため、図示を省略している。
【００９５】
第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池２００において、透明電極１０上には、多孔質半導体層１２1〜１２3に近接し、多孔質半導体層１２1〜１２3内で発生した電子を導通する低抵抗化電極３８1〜３８2を備える。
【００９６】
第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池においては、コンタクト４２1〜４２2を介して取り出し電極３４に接続された低抵抗化電極３８1〜３８2を備える点が第２の実施の形態と異なる。その他の点は、第２の実施の形態と同様であるため、重複説明は省略する。ここで、低抵抗化電極３８1〜３８2は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗ、Ｐｔなどで形成することができる。
【００９７】
多孔質半導体層１２1〜１２3中で発生した電子は、直ちに外部回路に取り出される構成が望ましい。
【００９８】
第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池において、低抵抗化電極３８1〜３８2は、コンタクト４２1〜４２2を介して取り出し電極３４に接続されているため、多孔質半導体層１２1〜１２3中で発生した電子は、低抵抗化電極３８1〜３８2を通って取り出し電極３４に運ばれる。
【００９９】
第２の実施の形態の変形例に係る色素増感太陽電池においては、実質的に、多孔質半導体層１２1〜１２3中における内部抵抗を低減化することができるため、内部損失を低減し、効率を向上することができる。
【０１００】
なお、低抵抗化電極３８1〜３８2は、電解液１４に含まれる酸化還元電解質によって腐食されやすいため、ＵＶ加工樹脂などで形成された保護剤４０によって被覆されていても良い。
【０１０１】
（作用極の平面パターン構成）
比較例に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術による加工がない場合の作用極１００の平面パターン構成は、図１９（ａ）に示すように表され、図１９（ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１９（ｂ）に示すように表される。比較例においては、インプリント転写技術による加工がない場合に相当するため、ＴｉＯ2からなる半導体微粒子２を有する多孔質半導体層１２が透明電極１０付きのガラス基板２０上に形成されている。
【０１０２】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極１００の模式的平面パターン構成（インプリント構造例１）は、図２０（ａ）に示すように表され、図２０（ａ）のＰ部分の拡大は、図２０（ｂ）に示すように表される。
【０１０３】
図２０（ｂ）において、Ａは角度、Ｂは溝部１３の幅、Ｃは溝部１３間の距離、Ｄは溝部１３のピッチを示す。インプリント構造例１においては、溝部１３が三角形状の平面パターンを有するように配置され、また溝部１３の構造は、ピラー型である。
【０１０４】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極の模式的平面パターン構成（インプリント構造例２）は、図２１（ａ）に示すように表され、図２１（ａ）のＱ部分の拡大は、図２１（ｂ）に示すように表され、図２１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図２１（ｃ）に示ように表される。なお、図２０（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造も、図２１（ｃ）に示ように表される。
【０１０５】
図２１（ｂ）において、Ｅは溝部１３の幅、Ｆは溝部１３間の距離を表す。インプリント構造例２においては、溝部１３がストライプ状の平面パターンを有するように配置され、溝部１３の凹凸構造は、ライン＆スペース型である。
【０１０６】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術により形成された作用極の模式的平面パターン構成（インプリント構造例３）は、図２２（ａ）に示すように表され、図２２（ａ）のＱ部分の拡大は、図２２（ｂ）に示すように表される。なお、図２２（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造も、図２１（ｃ）に示ように表される。
【０１０７】
図２２（ｂ）において、Ｈは溝部１３の幅、Ｇは溝部１３間の距離を表す。インプリント構造例３においては、溝部１３がメッシュ状の平面パターンを有するように配置され、溝部１３の凹凸構造は、メッシュ型である。
【０１０８】
比較例に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層１２の最深部１２ｄと表面Ｓからの距離ｄ１は、図２３（ａ）に示すように表され、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層１２の最深部１２ｄと表面Ｓからの距離ｄ２は、図２３（ｂ）に示すように表される。
【０１０９】
図２３（ｂ）に示すように、多孔質半導体層１２を加工することにより、最深部１２ｄと表面Ｓとの間の距離ｄ２を短縮することができる。
【０１１０】
比較例に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔにおける多孔質半導体層１２の色素侵入領域１２ｐ（浸漬長ｄ）は、図２４（ａ）に示すように表され、浸漬時間ｔ’＞ｔにおける多孔質半導体層の浸漬長ｄ’＞ｄは、図２４（ｂ）に示すように表される。
【０１１１】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔにおける多孔質半導体層１２の色素侵入領域１２ｐ（浸漬長ｄ）は、図２５（ａ）に示すように表され、浸漬時間ｔ’＞ｔにおける多孔質半導体層１２ａは、図２５（ｂ）に示すように表される。
【０１１２】
図２５（ｂ）に示すように、多孔質半導体層１２を加工することにより、最深部に色素が到達する時間を短縮することができる。多孔質半導体層１２は色素分子が十分に吸着された多孔質半導体層１２ａとなる。
【０１１３】
（実験結果）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、パターン断面と各部構造の寸法の関係は、図２６（ａ）に示すように表され、色素吸着に伴う必要浸漬長ｃ／２は、図２６（ｂ）に示すように表される。図２６に示すように、多孔質半導体層１２の厚さはＬ、溝部１３の深さはａ、溝部１３の幅はｂ、凸部の幅はｃ、溝部１３のピッチはｐで表される。凸部占有率ｘはｃ／ｐで表される。多孔質半導体層１２の残渣部の厚さはＬ−ａである。
【０１１４】
溝部１３内の色素溶液４６から矢印Ｊで示すように、多孔質半導体層１２に色素が十分に拡散されて、凸部の幅ｃ全体が色素分子で吸着された状態において、多孔質半導体層１２は色素分子が十分に吸着された多孔質半導体層１２ａとなる。ｃ／２を必要浸漬長、色素分子が必要浸漬長ｃ／２まで拡散される時間を必要浸漬時間tと定義する。
【０１１５】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、凸部占有率ｘをパラメータとする必要浸漬長ｃ／２を得るための必要浸漬時間ｔとピッチｐとの関係は、図２７に示すように表される。浸漬長ｃ／２を得るための必要浸漬時間ｔは、実験的に求めた経験則の式：ｔ＝０．２６３×ｄ2＋０．１４２ｄを用いて求めている。
【０１１６】
凸部占有率ｘが大きい場合には、必要浸漬時間ｔは長くなり、凸部占有率ｘが小さい場合には、必要浸漬時間ｔは短くなる。
【０１１７】
溝部１３のピッチｐを短くする（凸部の幅ｃを短くする）と、必要浸漬時間ｔは短くなる。
【０１１８】
凸部占有率ｘが小さく、また溝部１３のピッチｐが短い（凸部の幅ｃが短い）と、パターンが微細化されるため、加工が難しくなる。一方、凸部占有率ｘが大きく、また溝部１３のピッチｐが大きい（凸部の幅ｃが長い）と、加工は容易となるが、必要浸漬時間ｔが長くなる。
【０１１９】
したがって、例えば、凸部占有率ｘ＝０．５でピッチｐ＝１０μｍ〜２０μｍ程度であれば、必要浸漬時間ｔ＝２〜８時間程度が得られ、色素分子の浸漬時間、加工精度の点で有利である。
【０１２０】
比較例に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層１２の表面Ｓの近傍の断面ＳＥＭ写真例は、図２８に示す通りである。ガラス基板２０上にＦＴＯからなる透明電極１０が形成され、この透明電極１０上に多孔質半導体層１２が約１０μｍ形成されていることがわかる。
【０１２１】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔをパラメータとするエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）のＣ信号強度（色素分子中のＣ原子からの信号強度で、色素の濃度を表す）と深さとの関係は、図２９に示すように表され、浸漬時間ｔをパラメータとする色素密度と深さとの関係は、図３０に示すように表され、浸漬時間ｔと浸漬長ｄとの関係は、図３１に示すように表される。
【０１２２】
浸漬長ｄを得るために必要な浸漬時間ｔは、上述の経験則の式：ｔ＝０．２６３×ｄ2＋０．１４２ｄで表される。
【０１２３】
図２９〜図３０から明らかなように、例えば、浸漬時間ｔ＝３.０ｈ程度であれば、浸漬長ｄは約３μｍである。したがって、多孔質半導体層１２の厚さＬ＝１０μｍ、凸部の幅ｃが５μｍ程度であれば、十分に色素分子を凹凸構造を有する多孔質半導体層１２全体に浸漬することができる。また、凸部の幅ｃが１０μｍ程度であれば、浸漬時間ｔ＝８.０ｈ程度であれば、十分に色素分子を凹凸構造を有する多孔質半導体層１２全体に浸漬することができる。
【実施例】
【０１２４】
ＴｉＯ2ペーストをスクリーン印刷機によりガラス基板に塗布する。
【０１２５】
１２０℃で１０分間ベークを行い、厚さ約１０μｍ程度のＴｉＯ2ペースト膜を形成する。
【０１２６】
無数の微細な突起のついたＳｉ基板を、約３０ＭＰａの圧力で押し付けることによって、ＴｉＯ2ペースト膜に微細な孔を形成する。孔のサイズとしては、例えば、深さａは約６．７１μｍ、幅ｂは約３．３６μｍ、溝部のピッチｐは約１０μｍである。
【０１２７】
この試料を約４５０℃で焼成することで、ＤＳＣに適用可能なＴｉＯ2膜を形成することができる。
【０１２８】
この構造では、溝部１３の多孔質半導体層１２の表面から最深部までの距離ｌは約５．３５μｍである。
【０１２９】
この試料では、色素吸着の要する時間は、約８時間であり、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の構成を用いない場合の２７時間に比べて、約３０％に短縮されている。
【０１３０】
（シミュレーション結果）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、浸漬時間ｔをパラメータとする多孔質半導体層１２中の拡散による色素分子の濃度と空間Ｘとの関係を示すシミュレーション結果は、図３２に示すように表され、浸漬時間ｔと浸漬長ｄとの関係を示すシミュレーション結果は、図３３に示すように表される。
【０１３１】
図３２は、フィックの第２法則の式：∂Ｃ／∂ｔ＝Ｄ・∂2Ｃ／∂ｘ2を差分化した式：Ｃx,t+Δt＝Ｄ・[Δｔ／（Δｘ）2]・[Ｃx+Δx,t-２Ｃx,t＋Ｃx-Δx,t]＋Ｃx,tを用いて計算した結果である。境界条件は、ｘ＝０において濃度１で固定し、この界面で色素溶液４６と接しているものとし、ｘ＝２０において透明電極１０と接しているものとし、透明電極１０への拡散は無いものとした。
【０１３２】
図３３に示す結果は、図３２に基づいて求めたもので、浸漬長ｄは、濃度が０．１になった時点で「浸漬」されたものとした。
【０１３３】
図３２〜図３３のシミュレーション結果から、浸漬時間ｔ＝０．３６９７×ｄ2−０．００８７ｄの関係式が得られる。ｔ∝ｄ2に近い関係を示すことがわかる。したがって、色素分子の吸着工程においては、色素分子は、ＴｉＯ2膜中を拡散していくモデルに近い。
【０１３４】
（金型構造）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、インプリント転写技術に適用する金型の表面ＳＥＭ写真例は、図３４（ａ）に示すように表され、図３４（ａ）に対応する金型の断面ＳＥＭ写真例は、図３４（ｂ）に示すように表される。金型８の突起部８ａのピッチは約１０μｍである。
【０１３５】
（インプリント加工された多孔質半導体層）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、図３４に示す金型を用いてインプリント加工された多孔質半導体層１２の表面ＳＥＭ写真例は、図３５（ａ）に示すように表され、図３５（ａ）に対応する多孔質半導体層１２の拡大された断面ＳＥＭ写真例は、図３５（ｂ）に示すように表され、図３５（ｂ）に対応する多孔質半導体層１２の拡大された断面ＳＥＭ写真において、各部の寸法は、図３６に示すように表される。
【０１３６】
インプリント加工における転写条件は、室温で、圧力が約３０ＭＰａ、圧接時間は約１８０秒である。
【０１３７】
図３５（ａ）に対応する模式的平面パターン構成は、図３７（ａ）に示すように表され、図３７（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造は、図３７（ｂ）に示すように表され、図３７（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造であって、図３６に対応する説明は、図３７（ｃ）に示すように表される。
【０１３８】
図３６および図３７（ｃ）から明らかなように、多孔質半導体層１２の厚さＬは、約９．９０μｍ、溝部１３の深さａは、約６．７１μｍ、多孔質半導体層１２の残渣部の厚さＬ−ａは、約３．１９μｍ、正三角形パターンに配置された溝部１３の底面の多孔質半導体層表面から最深部までの距離ｌは、約５．３５μｍである。また、溝部１３の幅ｂは、約３．３６μｍ、溝部１３の底面の多孔質半導体層の幅は、約１．１４μｍである。
【０１３９】
経験則の式：ｔ＝０．２６３×ｄ2＋０．１４２ｄより、浸漬長ｄ＝９．９μｍでは、浸漬時間ｔ＝２７時間であるが、浸漬長ｄ＝５．３μｍでは、浸漬時間ｔ＝８時間となる。
【０１４０】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池においては、色素吸着時間を、凹凸構造がない場合に比べ、３０％程度（約８時間）に抑えることができる。
【０１４１】
（多孔質半導体層の模式的鳥瞰構造）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層の構造例１〜３は、それぞれ、図３８（ａ）〜（ｃ）に示すように表される。
【０１４２】
（構造例１）
図３８（ａ）に示すように、構造例１の多孔質半導体層１２は、溝部１３が複数の孔（凹部）で形成され、かつ、複数の孔（凹部）は、例えば、正方格子、三角格子、或いは、ランダムに配置されている。溝部１３の孔の形状（上から見た形状）は、例えば、閉曲線（円、楕円など）、多角形（三角形、四角形など）などである。
【０１４３】
（構造例２）
図３８（ｂ）に示すように、構造例２の多孔質半導体層１２は、溝部１３がライン状の凹部を有する凹凸のライン＆スペース構造で形成されている。凹凸構造の配置は、等間隔、或いは間隔（ライン＆スペース幅）に揺らぎを持たせている。凹凸の形状（上から見た形状）は、蛇行形状、幅が揺らぐ形状、曲線を有する形状、閉図形の集合形状、複数のライン＆スペース構造を複合した形状などである。
【０１４４】
（構造例３）
図３８（ｃ）に示すように、構造例３の多孔質半導体層１２は、複数の突起部１２ｃを備える。複数の突起部１２ｃは、例えば、正方格子、三角格子、或いは、ランダムに配置されている。複数の突起部１２ｃの形状（上から見た形状）は、例えば、閉曲線（円、楕円など）、多角形（三角形、四角形など）などである。
【０１４５】
（多孔質半導体層の模式的平面パターン構造）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、加工された多孔質半導体層の模式的平面パターン構造例１〜２は、図３９（ａ）〜（ｂ）に示すように表される。
【０１４６】
図３９（ａ）に示す構造例１は、凹凸の形状（上から見た形状）が、２種類のライン＆スペース構造を直交させた形状を備える。
【０１４７】
図３９（ｂ）に示す構造例２は、凹凸の形状（上から見た形状）が矩形状の閉図形の集合形状を備える。
【０１４８】
（溝部の構造）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、多孔質半導体層１２が、側壁が垂直状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４０に示すように表される。
【０１４９】
溝部１３は、図４０および図２６（ａ）を参照して、多孔質半導体層１２に凹凸の周期構造を形成し、かつ多孔質半導体層１２の厚さをＬ、溝部１３の深さをａ、溝部１３の幅をｂ、凸部の幅をｃとすると、Ｌ＝５０μｍ以下、かつ０＜ａ＜Ｌ、かつ０＜ｂ＜１０Ｌ、かつ０＜ｃ＜１０Ｌを満たすように形成されていても良い。
【０１５０】
同様に、多孔質半導体層１２が、側壁が順テーパ形状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４１に示すように表され、側壁が順テーパ形状の楔状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４２に示すように表され、側壁が逆テーパ形状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４３に示すように表され、透明電極１０まで到達する溝部１３を有する模式的断面構造は図４４に示すように表され、側壁が多段形状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４５に示すように表され、側壁が曲面形状の溝部１３を有する模式的断面構造は図４６に示すように表される。
【０１５１】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、溝部１３は、図４０〜図４３、図４５〜図４６に示すように、側壁が、垂直形、順テーパ形、順テーパの楔形、逆テーパ形、多段形、曲面形の内、いずれか一種の形状を備えていても良い。
【０１５２】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、溝部１３は、図４４に示すように、側壁が垂直形で、かつ第２電極１０まで到達する形状を備えていても良い。
【０１５３】
また、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池において、溝部１３は、多孔質半導体層１２に凹凸の周期構造を形成し、かつ多孔質半導体層１２の凹凸構造は、図４０（ａ）に示すように、ドット状の凹部が周期的に配列された構成、若しくは非周期的に散在された構成、或いは、図３８（ｃ）に示すように、ドット状の凸部が周期的に配列された構成、若しくは非周期的に散在された構成、或いは、図３８（ｂ）に示すように、ライン＆スペース状に、凸部若しくは凹部構造が、周期的にまたは非周期的に繰り返される構成、或いは、図３９（ａ）に示すように、複数のライン＆スペース構造が互いに重なった構成、或いは、図３９（ｂ）に示すように、矩形状の閉図形の集合形状の構成を備えていても良い。
【０１５４】
（製造方法）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法の一工程を示す模式的断面構造は、図４７〜図５３に示すように表される。
【０１５５】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の製造方法を、図４７〜図５３を用いて説明する。
【０１５６】
（ａ）まず、図４７に示すように、ガラス基板２０上に、例えば、ＦＴＯなどで形成される透明電極１０を形成後、ＴｉＯ2ペースト膜からなる多孔質半導体層１２をスクリーン印刷によって形成する。半導体膜材料を形成する場合、材料微粒子と有機溶剤との混合ペーストを使用する。多孔質半導体層１２の厚さは、例えば、約１０μｍである。具体的には、ＴｉＯ2膜ペーストを塗布後、スクリーン印刷し、約１２０℃で乾燥する。上記のＴｉＯ2膜ペースト塗布・スクリーン印刷・乾燥の工程を例えば、３セット実施する。ここで、スクリーン印刷以外の方法としては、例えば、スピンコート技術、ディッピング技術、スプレーコート技術などを適用することもできる。
【０１５７】
（ｂ）次に、多孔質半導体層１２の形成後に、１２０℃でのベークを約１０分間行い、凸部８ａを有する金型８を、多孔質半導体層１２に圧接する。圧接の条件は、例えば、温度は室温、圧力は約３０ＭＰａ、保持時間は約１８０秒である。その後、温度は室温で金型８を離型させる。ここで、金型８は、例えばＳｉ基板で形成することができる。多孔質半導体層１２への加工方法としては、上述のインプリント技術の他に、ドライエッチング技術、ウェットエッチング技術、後述する犠牲パターン形成技術、若しくはこれらの複合技術などを用いても良い。
【０１５８】
（ｃ）次に、図４９に示すように、５００℃程度の高温で、ＴｉＯ2ペースト膜からなる多孔質半導体層１２を焼成する。
【０１５９】
（ｄ）次に、図５０に示すように、焼成された多孔質半導体層１２・透明電極１０・ガラス基板２０からなる部材を、色素溶液４６で満たされた色素溶液容器４４中に、所定の浸漬時間ｔだけ浸漬し、複数の溝部１３を有する多孔質半導体層１２に色素分子を吸着させる。
【０１６０】
（ｅ）次に、図５１に示すように、色素分子を十分に吸着した多孔質半導体層１２ａ・透明電極１０・ガラス基板２０からなる部材を色素溶液容器４４から取り出し、透明電極１０上に配置された封止剤１６を介して対極１８を貼り合せる。対極１８には予め、ガラス基板２２を貼付けておいても良い。
【０１６１】
（ｆ）次に、図５２に示すように、透明電極１０・対極１８・封止剤１６・多孔質半導体層１２ａで囲まれた空間に溶媒と複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質からなる電解液１４を注入する。
【０１６２】
（ｇ）次に、図５３に示すように、封止板４８をガラス基板２２上に配置して、電解液１４を封止する。
【０１６３】
（犠牲パターンを用いた製造方法）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造は、図５４（ａ）〜（ｄ）に示すように表される。
【０１６４】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の別の製造方法を、図５４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０１６５】
（ａ）まず、図５４（ａ）に示すように、ガラス基板２０上に透明電極１０を形成後、ＳｉＯ2などをパターニングして、犠牲層５０を形成する。
【０１６６】
（ｂ）次に、図５４（ｂ）に示すように、ガラス基板２０上および犠牲層５０上に半導体ペーストを塗布することによって、多孔質半導体層１２を形成する。ここで、多孔質半導体層１２の形成工程は、図４７における工程と同様である。
【０１６７】
（ｃ）次に、図５４（ｃ）に示すように、多孔質半導体層１２をエッチバックし、犠牲層５０の表面を露出させる。
【０１６８】
（ｄ）次に、図５４（ｄ）に示すように、犠牲層５０を、フッ化水素酸などでエッチングして、除去する。結果として、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される作用極１００が形成される。
【０１６９】
（光散乱層の形成方法）
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造は、図５５（ａ）〜（ｂ）に示すように表される。
【０１７０】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法を、図５５（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。
【０１７１】
（ａ）まず、図５５（ａ）に示すように、ガラス基板２０上に、透明電極１０を形成後、多孔質半導体層１２のパターンを形成する。すなわち、半導体ペースト膜形成後に、インプリント・ドライエッチング・ウェットエッチング・犠牲パターンの使用・上記方法の複合的な形成方法などによって多孔質半導体層１２を加工する。
【０１７２】
（ｂ）次に、図５５（ｂ）に示すように、多孔質半導体層１２のパターン上に、光散乱層５２を形成する。光散乱層５２は、例えば、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2などによって形成することができる。光散乱層５２の形状は、例えば、粒形２００ｎｍのパーティクルである。ここで、光散乱層５２は、スクリーン印刷・スピンコート・ディッピング・スプレーコートなどの方法によって、光散乱体の材料ペーストを塗布することによって形成することができる。結果として、多孔質半導体層１２上に配置され、溝部１３を被覆する光散乱層５２を備える作用極１００が形成される。この作用極１００は、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される。
【０１７３】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法の一工程を示す模式的断面構造は、図５６（ａ）〜（ｂ）に示すように表される。
【０１７４】
第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池の更に別の製造方法を、図５６（ａ）〜（ｂ）を用いて説明する。
【０１７５】
（ａ）まず、図５６（ａ）に示すように、ガラス基板２０上に、透明電極１０を形成後、多孔質半導体層１２を形成し、更に光散乱層５２を形成する。すなわち、半導体ペースト膜形成後に、ペーストの上に、光散乱体の材料ペーストを、多孔質半導体層１２の形成方法と同様に、スクリーン印刷・スピンコート・ディッピング・スプレーコートなどの方法によって、塗布する。光散乱層５２は、例えば、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2などによって形成することができる。光散乱層５２の形状は、例えば、粒形２００ｎｍのパーティクルである。ここで、光散乱層５２は、スクリーン印刷・スピンコート・ディッピング・スプレーコートなどの方法によって、光散乱体の材料ペーストを塗布することによって形成することができる。
【０１７６】
（ｂ）次に、図５６（ｂ）に示すように、インプリント技術によって、多孔質半導体層１２と光散乱層５２を同時に加工する。結果として、多孔質半導体層１２上に配置され、溝部１３を被覆する光散乱層５２を備える作用極１００が形成される。この作用極１００は、第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００に適用される。
【０１７７】
第２の実施の形態によれば、多孔質半導体層を構成するＴｉＯ2膜に凹凸形状を形成し、ＴｉＯ2膜の最深部と膜表面の距離を短縮することによって、拡散係数の小さなＴｉＯ2膜中での特定の酸化還元電解質濃度の不足状態および過剰状態を抑制し、光電変換効率の向上が可能になる。
【０１７８】
第２の実施の形態によれば、多孔質半導体層を構成するＴｉＯ2膜に凹凸形状を形成し、ＴｉＯ2膜の最深部と膜表面の距離を短縮することによって、ＴｉＯ2膜の最深部まで色素分子が浸透・吸着される時間を短縮することができる。
【０１７９】
第２の実施の形態によれば、色素吸着工程におけるプロセス時間の短縮化され、かつ光電変換効率の向上した色素増感太陽電池を提供することができる。
【０１８０】
第２の実施の形態によれば、現在普及しているＳｉ太陽電池よりも、コストあたりの発電量が大きいＤＳＣを提供することができる。
【０１８１】
また、第２の実施の形態によれば、電荷輸送層に複数種類の酸化還元電解質を混合して作られた電解質を用いた電解液を適用することで、酸化還元電解質を単独で用いた場合に比べて、開放端電圧が高く、発電量の大きい色素増感太陽電池を提供することができる。
【０１８２】
また、実施の形態に係る色素増感太陽電池は、電源として適用することによって、さまざまなシステムの駆動に寄与することができる。
【０１８３】
以上説明した実施の形態に係る色素増感太陽電池は、電解液の酸化還元電解質の混合により電圧向上を図り、色素増感性能を高めることができる。
【０１８４】
［第３の実施の形態］
第１〜第２の実施の形態に係る色素増感太陽電池２００における電極構造として、作用極１００の構成は、ラミネート型エネルギーデバイスに適用することができる。
【０１８５】
より具体的には、電気二重層キャパシタ内部電極、リチウムイオンキャパシタ内部電極、リチウムイオン電池内部電極について色素増感太陽電池２００における作用極１００の構成を適用可能である。
【０１８６】
（電気二重層キャパシタ）
図５７は、第３の実施の形態に係る電気二重層キャパシタ内部電極の基本構造を例示している。電気二重層キャパシタ内部電極は、少なくとも１層の活物質電極１１０，１１２に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ１３０を介在させ、引き出し電極１３２ａ，１３２ｂが活物質電極１１０，１１２から露出するように構成され、引き出し電極１３２ａ，１３２ｂは電源電圧に接続されている。引き出し電極１３２ａ，１３２ｂは、例えば、アルミ箔から形成され、活物質電極１１０，１１２は、例えば、活性炭から形成される。セパレータ１３０は、活物質電極１１０，１１２全体を覆うように、活物質電極１１０，１１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用いる。セパレータ１３０は、エネルギーデバイスの種類には原理的に依存しないが、特にリフロー対応が必要とされる場合には、耐熱性が要求される。耐熱性が必要ない場合にはポリプロピレン等を、耐熱性が必要な場合にはセルロース系のものを用いることができる。電気二重層キャパシタ内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ１３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【０１８７】
（リチウムイオンキャパシタ）
図５８は、第３の実施の形態に係るリチウムイオンキャパシタ内部電極の基本構造を例示している。リチウムイオンキャパシタ内部電極は、少なくとも１層の活物質電極１１１，１１２に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ１３０を介在させ、引き出し電極１３３ａ，１３２ｂが活物質電極１１０，１１２から露出するように構成され、引き出し電極１３３ａ，１３２ｂは電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極１１２は、例えば、活性炭から形成され、負極側の活物質電極１１１は、例えば、Ｌｉドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極１３２ｂは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極１３３ａは、例えば、銅箔から形成される。セパレータ１３０は、活物質電極１１１，１１２全体を覆うように、活物質電極１１１，１１２よりも大きいもの（面積の広いもの）を用いる。リチウムイオンキャパシタ内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ１３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【０１８８】
（リチウムイオン電池）
図５９は、第３の実施の形態に係るリチウムイオン電池内部電極の基本構造を例示している。リチウムイオン電池内部電極は、少なくとも１層の活物質電極１１１，１１３に、電解液のイオンのみが通過するセパレータ１３０を介在させ、引き出し電極１３３ａ，１３２ｂが活物質電極１１１，１１３から露出するように構成され、引き出し電極１３３ａ，１３２ｂは電源電圧に接続されている。正極側の活物質電極１１３は、例えば、ＬｉＣＯＯ２から形成され、負極側の活物質電極１１１は、例えば、Ｌｉドープカーボンから形成される。正極側の引き出し電極１３２ｂは、例えば、アルミ箔から形成され、負極側の引き出し電極１３３ａは、例えば、銅箔から形成される。セパレータ１３０は、活物質電極１１１，１１３全体を覆うように、活物質電極１１１，１１３よりも大きいもの（面積の広いもの）を用いる。リチウムイオン電池内部電極には、電解液が含侵されており、セパレータ１３０を通して、電解液のイオンのみが充放電時に移動する。
【０１８９】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１〜第２の実施の形態およびその変形例、第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１９０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明の色素増感太陽電池は、電源として適用することによって、様々なシステムに適用可能である。
【符号の説明】
【０１９２】
２…半導体微粒子
４…色素分子
８…金型
８ａ…凸部
１０…透明電極（第１電極）
１２、１２ａ、１２1〜１２3…多孔質半導体層
１２ｃ…突起部
１２ｄ…最深部
１２ｐ…色素侵入領域
１３、１３1〜１３6…溝部
１４…電解液（電荷輸送層）
１６…封止剤
１８…対極（第２電極）
２０…ガラス基板（第１基板）
２２…ガラス基板（第２基板）
２４…負荷
２６…酸化還元電解質（還元体：Ｒｅ）
２８…酸化還元電解質（酸化体：Ｏｘ）
３０…色素分子（還元体：ＤＲ）
３２…色素分子（酸化体：ＤＯ）
３４…作用極用取り出し電極
３６…対極用取り出し電極
３８、３８1〜３８2…低抵抗化電極
４０…保護剤
４２1〜４２2…コンタクト
４４…色素溶液容器
４６…色素溶液
４８…封止板
５０…犠牲層
５２…光散乱層
１００…作用極
１１０，１１２，１１３…活物質電極
１３０…セパレータ
１３２ａ，１３２ｂ…引き出し電極
２００…色素増感太陽電池
Ｂ、Ｅ、Ｈ…溝の幅
Ｃ、Ｆ、Ｇ…溝間の距離
Ｄ…溝のピッチ
ｐ…ピッチ
Ｌ…多孔質半導体層の厚さ
ａ…溝の深さ
ｂ…溝の幅
ｃ…突起部の幅
ｄ…浸漬長
ｘ…凸部占有率（ｃ／ｐ）
ｔ…浸漬時間
ｌ…溝部の多孔質半導体層表面から最深部までの距離
【図１】
2012209243.tif 000003
【図２】
2012209243.tif 000004
【図３】
2012209243.tif 000005
【図４】
2012209243.tif 000006
【図５】
2012209243.tif 000007
【図６】
2012209243.tif 000008
【図７】
2012209243.tif 000009
【図８】
2012209243.tif 000010
【図９】
2012209243.tif 000011
【図１０】
2012209243.tif 000012
【図１１】
2012209243.tif 000013
【図１２】
2012209243.tif 000014
【図１３】
2012209243.tif 000015
【図１４】
2012209243.tif 000016
【図１５】
2012209243.tif 000017
【図１６】
2012209243.tif 000018
【図１７】
2012209243.tif 000019
【図１８】
2012209243.tif 000020
【図１９】
2012209243.tif 000021
【図２０】
2012209243.tif 000022
【図２１】
2012209243.tif 000023
【図２２】
2012209243.tif 000024
【図２３】
2012209243.tif 000025
【図２４】
2012209243.tif 000026
【図２５】
2012209243.tif 000027
【図２６】
2012209243.tif 000028
【図２７】
2012209243.tif 000029
【図２９】
2012209243.tif 000030
【図３０】
2012209243.tif 000031
【図３１】
2012209243.tif 000032
【図３２】
2012209243.tif 000033
【図３３】
2012209243.tif 000034
【図３７】
2012209243.tif 000035
【図３８】
2012209243.tif 000036
【図３９】
2012209243.tif 000037
【図４０】
2012209243.tif 000038
【図４１】
2012209243.tif 000039
【図４２】
2012209243.tif 000040
【図４３】
2012209243.tif 000041
【図４４】
2012209243.tif 000042
【図４５】
2012209243.tif 000043
【図４６】
2012209243.tif 000044
【図４７】
2012209243.tif 000045
【図４８】
2012209243.tif 000046
【図４９】
2012209243.tif 000047
【図５０】
2012209243.tif 000048
【図５１】
2012209243.tif 000049
【図５２】
2012209243.tif 000050
【図５３】
2012209243.tif 000051
【図５４】
2012209243.tif 000052
【図５５】
2012209243.tif 000053
【図５６】
2012209243.tif 000054
【図５７】
2012209243.tif 000055
【図５８】
2012209243.tif 000056
【図５９】
2012209243.tif 000057
【図２８】
2012209243.tif 000058
【図３４】
2012209243.tif 000059
【図３５】
2012209243.tif 000060
【図３６】
2012209243.tif 000061