(57)【要約】【課題】短時間且つ低コストで、基板上の所定領域に光触媒膜を形成し得る、色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を提供する。【解決手段】透明電極１と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質層と、両電極間で且つ透明電極側に配置される光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、光触媒微粒子を含む混合物（ペースト４Ｐ）に一部が浸漬したグラビアロール５３を回転させ、このグラビアロール５３に接して配置されたホットプレスロール５７に、当該グラビアロール５３からペースト４Ｐを転写し、バックアップロール６０で支持された上記透明電極１に、このホットプレスロール５７からペースト４Ｐを加熱および加圧して転写する方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質層と、両電極間で且つ透明電極側に配置される光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、
光触媒微粒子を含む混合物に一部が浸漬したグラビアロールを回転させ、
このグラビアロールに接して配置されたホットプレスロールに、当該グラビアロールから上記混合物を転写し、
バックアップロールで支持された上記透明電極に、このホットプレスロールから上記混合物を加熱および加圧して転写することを特徴とする色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【請求項２】
透明電極をバックアップロールで加熱す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における光触媒膜の形成方法。
【請求項３】
光触媒微粒子を含む混合物に、光触媒微粒子の前駆体が混合されてい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における光触媒膜の形成方法。
【請求項４】
光触媒微粒子を含む混合物に、光増感色素が混合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、色素増感型太陽電池は、ガラス板などの透明基板上に透明導電膜が形成されてなる透明電極と、導電性基板からなる対向電極と、これら両電極間に配置されるヨウ素系の電解質層と、上記両電極間で且つ上記透明電極の表面に配置される光触媒膜とから構成され、且つこの光触媒膜としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を形成した後、ルテニウムなどの光増感色素を吸着させたものが知られている。
【０００３】
そして、上記光触媒として酸化チタンの微粒子が用いられるとともに、性能を向上させるために酸化チタンの前駆体を混合させたものがある（例えば、特許文献１参照）。
色素増感太陽電池は、金属材料と比べると高抵抗である透明導電膜を使用しているため、大面積化すると発電ロスが大きい。そこで、透明基板上における透明導電膜の所定領域に短冊状のセルを複数形成し、それらを直列に接続する方法が取られている。この場合、光触媒膜の形状を短冊状にする必要があり、このような光触媒膜を複数形成するために、一般的には、マスクを用いる方法または不要な領域の光触媒膜を削り取る方法が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４０２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マスクを用いる方法では、マスクの設置および除去の工程が必要になり、不要な領域の光触媒膜を削り取る方法では、光触媒膜を削り取って所定の形状にする工程および削り取り後の清掃工程が必要になるので、時間および費用が嵩むという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した工程を不要にし、短時間且つ低コストで、基板上の所定領域に光触媒膜を形成し得る、色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、透明電極と、対向電極と、これら両電極間に配置される電解質層と、両電極間で且つ透明電極側に配置される光触媒膜とを具備する色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法であって、
光触媒微粒子を含む混合物に一部が浸漬したグラビアロールを回転させ、
このグラビアロールに接して配置されたホットプレスロールに、当該グラビアロールから上記混合物を転写し、
バックアップロールで支持された上記透明電極に、このホットプレスロールから上記混合物を加熱および加圧して転写する方法である。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１に記載の形成方法において、透明電極をバックアップロールで加熱する方法である。
さらに、本発明の請求項３に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１または２に記載の形成方法において、光触媒微粒子を含む混合物に、光触媒微粒子の前駆体が混合されている方法である。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の形成方法において、光触媒微粒子を含む混合物に、光増感色素が混合されている方法である。
【発明の効果】
【００１０】
上記色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法によると、グラビアロールおよびホットプレスロールにより、光触媒微粒子を含む混合物を加熱および加圧して透明電極に転写するため、短時間且つ低コストで、透明電極の所定領域に光触媒膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る色素増感太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図２】同色素増感太陽電池における透明電極にペーストを塗布するための光触媒塗布装置を示す側面図である。
【図３】同光触媒塗布装置のグラビアロールを示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る色素増感太陽電池における光触媒膜の形成方法を説明する。
まず、実施の形態に係る色素増感太陽電池の概略構成を図１に基づき説明する。
【００１３】
この色素増感太陽電池は、図１に示すように、負極としての透明電極１と、正極としての対向電極２と、これら両電極１，２間に配置される電解質層３と、両電極１，２間で且つ透明電極１側に配置される光触媒膜（光触媒層または発電層ともいう）４とが具備されている。
【００１４】
上記透明電極１は、透明基板１１およびこの透明基板１１の表面に形成（配置）された透明導電膜１２から構成されており、また対向電極２は、例えば、アルミニウム、銅、スズなどの導電性基板２１から構成されている。
【００１５】
上記透明基板１１としては、合成樹脂板、ガラス板などが適宜使用されるが、軽量化および低価格化の点で、ポリエチレン・ナフタレート（ＰＥＮ）フィルムなどの熱可塑性樹脂が好ましい。なお、ポリエチレン・ナフタレートの他に、ポリエチレン・テレフタレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィンなどを使用することもできる。
【００１６】
また、透明導電膜１２として、好ましくは、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）が使用され、この他に、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの導電性金属酸化物を含む薄膜を使用することができる。
【００１７】
上記電解質層３としては、例えばヨウ素系電解液が使用される。具体的には、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒に溶解されたものが用いられる。なお、電解質層３は、電解液に限られるものではなく、固体電解質であってもよい。
【００１８】
上記固体電解質としては、例えば、ＤＭＰＩｍＩ（ジメチルプロピルイミダゾリウムヨウ化物）が例示され、この他、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２などの金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨーダイドなど４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物とＩ２とを組み合わせたもの、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２などの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモニウムブロマイドなど４級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物とＢｒ２とを組み合わせたものなどを適宜使用することができる。
【００１９】
そして、上記光触媒膜４は、光増感色素４２が吸着された酸化物半導体層４１により形成されており、その製造に際しては、光触媒微粒子つまり金属酸化物微粒子である酸化物半導体を含むペースト（図２に示すペースト４Ｐである）を透明電極１の表面に塗布し、焼成した後、光増感色素４２を酸化物半導体に吸着させることにより得られる。このペースト４Ｐは、酸化物半導体と、アルコールと、純水とを混合させたもの（つまり光触媒微粒子を含む混合物）であり、また光触媒微粒子の前駆体を混合させてもよい。
【００２０】
また、上記酸化物半導体としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）などの金属酸化物が用いられ、光増感色素４２としては、ビピリジン構造若しくはターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体や鉄錯体、ポルフィリン系やフタロシアニン系の金属錯体、またはエオシン、ローダミン、メロシアニン、クマリンなどの有機色素などが用いられる。
【００２１】
次に、本発明の要旨である光触媒膜４の製造方法、すなわち形成方法について説明する。
まず、光触媒膜４の形成に用いる装置（以下では光触媒塗布装置５１という）について説明する。
【００２２】
この光触媒塗布装置５１は、図２に示すように、透明電極１に塗布する上記ペースト４Ｐを満たすためのペースト槽５２と、このペースト槽５２に満たされたペースト４Ｐに下部を浸漬させて回転により当該ペースト４Ｐを外周面で保持するグラビアロール５３と、このグラビアロール５３に保持されたペースト４Ｐの余剰分を掻き落とすドクターブレード６３と、上記グラビアロール５３と平行に且つ外周面同士が接するように配置されて当該グラビアロール５３から上記ペースト４Ｐが転写されるホットプレスロール５７と、このホットプレスロール５７と平行に配置されて上記透明電極１を支持して送り出すとともに当該透明電極１にホットプレスロール５７から上記ペースト４Ｐが転写されるバックアップロール６０とを有する。
【００２３】
ここで、上記ペースト槽５２は、内部に満たされたペースト４Ｐに上記グラビアロール５３の下部を浸漬させるため、当該グラビアロール５３を収容し得る大きさの開口を上面に有する箱体である。また、上記グラビアロール５３は、上記ペースト４Ｐを保持するための凹部５６が外周面に複数形成された円柱形状の回転体５５と、この回転体５５の回転軸であり上記ペースト槽５２の上方で且つ略水平に配置された軸部５４とから構成される。なお上記凹部５６は、それぞれが短冊状であり、例えば図３に示すように、軸方向に６行、周方向に多数列形成されている。また、上記ホットプレスロール５７は、外周面を加熱する加熱手段（図示しない）が内部に設けられるとともに上記バックアップロール６０に支持された透明電極１を加圧する円柱形状の回転体５９と、この回転体の回転軸であり略水平に配置された軸部５８とから構成される。さらに、上記バックアップロール６０は、透明電極１を支持して送り出す円柱形状の回転体６２と、この回転体の回転軸であり略水平に配置された軸部６１とから構成される。なお、グラビアロール５３とホットプレスロール５７は接触しており、ホットプレスロール５７とバックアップロール６０は透明電極１を挟み込んで加圧しているので、グラビアロール５３を回転させると、ホットプレスロール５７およびバックアップロール６０も連動して回転する。
【００２４】
次に、上記の光触媒塗布装置５１を用いた光触媒膜４の形成方法について具体的に説明する。
図２に示すように、上述した酸化物半導体を含むペースト（光触媒微粒子を含む混合物）４Ｐをペースト槽５２に満たし、このペースト４Ｐにグラビアロール５３の下部（一部）を浸漬させる。その後、グラビアロール５３を回転させると、グラビアロール５３においてペースト４Ｐに浸漬した箇所は、ペースト４Ｐの液面から上昇するとともに、凹部５６でペースト４Ｐを保持する。さらに回転を続けると、ペースト４Ｐを保持した凹部５６がドクターブレード６３を通過することで、これら凹部５６に保持されたペースト４Ｐの余剰分が、ドクターブレード６３により掻き落される。これら凹部５６がホットプレスロール５７との接触面まで達すると、当該凹部５６に保持されたペースト４Ｐが、ホットプレスロール５７の外周面に転写される。ホットプレスロール５７に転写されたペースト４Ｐは、ホットプレスロール５７の回転（グラビアロール５３の回転方向とは逆である）により、バックアップロール６０に支持された透明電極１との接触面まで達し、この間に加熱手段により６０〜２００℃で加熱される。そして、加熱されるとともに透明電極１との接触面まで達したペースト４Ｐは、この透明電極１に加圧されて転写される。なお、この透明電極１は、バックアップロール６０の回転（グラビアロール５３の回転方向と同じである）により、送り出される。
【００２５】
その後、ペースト４Ｐが転写された透明電極１を、光増感色素４２、ブタノールおよびアセトニトリルの混合液に浸漬することで、短冊状で複数（図３の例では６行×多数列）の光触媒膜４が形成される。
【００２６】
上述した色素増感太陽電池における光触媒膜４の形成方法によると、光触媒膜４の形成時にマスクを使用することがなく、また光触媒膜４の形状を削り取ることもなく、短冊状で複数の光触媒膜４を得ることができ、したがって、大面積の色素増感太陽電池でも電池性能の低下を抑え得る光触媒膜４を、容易に且つ連続して形成することができる。また、光触媒の塗布に際し、ペースト４Ｐの加熱と加圧を同時に行うことで、塗工ムラおよび乾燥ムラを抑えるとともに、光触媒膜４の焼結およびネッキングの効果を向上させることができる。
【００２７】
ところで、上記実施の形態では、透明電極１に転写したペースト４Ｐを、光増感色素４２を含む混合液に浸漬する工程も説明したが、ペースト槽５２に満たす前のペースト４Ｐに光増感色素４２を予め混合させておくことで、上記工程を省くことができる。
【００２８】
また、上記実施の形態で説明した光触媒塗布装置５１に限定されるものではなく、上述の光触媒塗布装置５１にホットロールやプレスロールを追加した装置を用いてもよい。
さらに、バックアップロール６０にも加熱手段を設け、透明電極１をバックアップロール６０からも加熱してもよい。これにより、光触媒膜４の焼結およびネッキングの効果を一層向上させることができる。
【００２９】
以下、この光触媒膜４の製造方法、すなわち形成方法を具体的に示す実施例について説明する。なお、以下に示す実施例においては、光増感色素４２としてルテニウム錯体を用いた。
【実施例】
【００３０】
まず、光触媒微粒子として平均粒径が２０ｎｍの酸化チタン微粒子を、ｔ−ブタノールおよび純水に溶かしてよく攪拌し、ペースト状の混合物とすることで酸化チタンペーストを得た。ここで、平均粒径とは、個数平均粒径を言い、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放射型走査電子顕微鏡）観察により測定した値である。なお、この酸化チタンペーストの混合比率は、酸化チタン微粒子が１０〜２０％、ｔ−ブタノールが６０〜７０％、純水が１０〜２０％である。そして、この酸化チタンペーストを、光触媒の前駆体であるチタン（ＩＶ）イソプロポキシド（ＴＴＩＰ）をプロパノールに溶かした溶液（０．０１〜５．００ｗｔ％程度）に適量混合して、ペースト４Ｐを得た。
【００３１】
その後、上記実施の形態で説明した光触媒塗布装置５１を用いて、このペースト４Ｐを透明電極１に塗布した。この場合、加熱手段によりホットプレスロール５７の外周面の温度が１００〜１５０℃となるように設定し、透明電極１への加圧が１０〜１００ＭＰａとなるように設定した。
【００３２】
その後、ルテニウム色素Ｎ７１９（７２ｍｇ）、ｔ−ブタノール（１００ｃｃ）およびアセトニトリル（１００ｃｃ）の混合液に、９０分間４０℃で浸漬することにより、上記酸化チタン微粒子４４にルテニウム色素が吸着されて、光触媒膜４が形成された。
【００３３】
上記実施例により形成された光触媒膜４を用いて、光触媒膜４が直列に接続された１００ｍｍ×１００ｍｍの色素増感太陽電池を作成し、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ２の標準光源照射を行って、電池性能を計測した。この場合、計測された電流密度は１２．３３ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は０．６３Ｖ、フィルファクタは０．６１、変換効率は４．２２％であった。
【００３４】
このように、電池性能を低下させることなく、容易に且つ連続して色素増感太陽電池における光触媒膜４を形成することができた。
【符号の説明】
【００３５】
１      透明電極
２      対向電極
３      電解質層
４      光触媒膜
４Ｐ    ペースト
１２      透明導電膜
４１      酸化物半導体層
４２      光増感色素
５１      光触媒塗布装置
５２      ペースト槽
５３      グラビアロール
５４      軸部
５５      回転体
５６      凹部
５７      ホットプレスロール
６０      バックアップロール
６３      ドクターブレード
【図１】
2012156022.tif 000003
【図２】
2012156022.tif 000004
【図３】
2012156022.tif 000005