(57)【要約】【課題】低抵抗かつ耐食性を有する透明電極基板を提供する。【解決手段】透明電極基板１１は、透明基材１１０と、格子状の配線体１１２と、透光性の電極層１１５とを具備する。透明基材は、格子状の溝１１０ａが形成された表面を有する。配線体は、第１の導電層Ｌ１１と、第２の導電層Ｌ２１〜Ｌ２３と、第３の導電層Ｌ３１，Ｌ３２とを含む。第１の導電層は、第１の比抵抗を有する。第２の導電層は、酸バリア性と第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する。第３の導電層は、第１の比抵抗よりも大きく第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する。配線体は、溝１１０ａの内部に第１の導電層Ｌ１１、第２の導電層Ｌ２１及び第３の導電層Ｌ３１の順に積層される。電極層は、配線体と電気的に接続されるように基材の表面に積層され、酸バリア性と第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の溝が形成された表面を有する透光性の基材と、
第１の比抵抗を有する第１の導電層と、酸バリア性と前記第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する第２の導電層と、前記第１の比抵抗よりも大きく前記第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する第３の導電層とを含み、前記溝の内部に前記第１の導電層、前記第２の導電層及び前記第３の導電層の順に積層された格子状の配線体と、
前記配線体と電気的に接続されるように前記基材の表面に積層され、酸バリア性と前記第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗とを有する透光性の電極層と
を具備する透明電極基板。
【請求項２】
請求項１に記載の透明電極基板であって、
前記配線体は、前記第３の導電層の上に、前記第２の導電層と前記第３の導電層とがさらに順に積層されて形成される
透明電極基板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の透明電極基板であって、
前記配線体の最上層は、前記第２の導電層で形成される
透明電極基板。
【請求項４】
請求項１に記載の透明電極基板であって、
前記基材は、
透光性の基材本体と、
前記基材本体の上に積層され前記溝が形成された表面を有する透光性の下地層とを有する
透明電極基板。
【請求項５】
格子状の溝が形成された表面を有する透光性の基材と、
第１の比抵抗を有する第１の導電層と、酸バリア性と前記第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する第２の導電層と、前記第１の比抵抗よりも大きく前記第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する第３の導電層とを含み、前記溝の内部に前記第１の導電層、前記第２の導電層及び前記第３の導電層の順に積層された格子状の配線体と、
前記配線体と電気的に接続されるように前記基材の表面に積層され、電解液バリア性と前記第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗とを有する透光性の第１の電極層と、
前記第１の電極層と接触し、光増感色素を担持する酸化物半導体層と、
第２の電極層と、
前記酸化物半導体層と前記第２の電極層との間に設けられた電解質層と
を具備する光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低抵抗かつ耐食性を有する透明電極基板およびこれを備えた光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子のひとつである色素増感型の太陽電池の開発が進められている。色素増感型の太陽電池は、色素を担持する半導体層と、半導体層と接触する負極と、電解質と、電解質を挟んで半導体層と対向する正極とを有する。色素は半導体層に入射した光によって電子を放出し、放出された電子は半導体層を介して負極へ輸送される。負極と正極は外部回路に接続されており、外部回路を通って正極へ到達した電子は、電解質によって色素へ戻される。このようなサイクルが繰り返されることで、外部回路において電気エネルギーを取り出すことができる。
【０００３】
色素増感型太陽電池においては、典型的には、負極を透明導電膜で形成し、負極側から半導体層へ太陽光を入射させる方式が採用されている（例えば下記特許文献１参照）。この場合、色素から放出された電子を効率よく取り出すために、半導体層と接触する負極は、光の透過率が高く、電気抵抗が低いことが要求される。一方、経時的な変換効率の低下を抑制するために、負極の構成材料は電解液に対して耐久性を有することが必要である。このため、負極を構成する透明導電膜には、フッ素がドープされた酸化錫（ＦＴＯ）が広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６４２５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、ＦＴＯ膜は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の他の透明導電酸化物に比べて抵抗率が高く、光電変換効率の向上には限界があった。一方、ＩＴＯ膜や酸化亜鉛系の透明導電膜は耐酸性に乏しいため、腐食性の強い電解質を用いる太陽電池への適用には問題があった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、低抵抗かつ耐食性を有する透明電極基板およびこれを備えた光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る透明電極基板は、透光性の基材と、格子状の配線体と、透光性の電極層とを具備する。
上記基材は、格子状の溝が形成された表面を有する。
上記配線体は、第１の導電層と、第２の導電層と、第３の導電層とを含む。上記第１の導電層は、第１の比抵抗を有する。上記第２の導電層は、酸バリア性と上記第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する。上記第３の導電層は、上記第１の比抵抗よりも大きく上記第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する。上記配線体は、上記溝の内部に上記第１の導電層、上記第２の導電層及び上記第３の導電層の順に積層される。
上記電極層は、上記配線体と電気的に接続されるように前記基材の表面に積層され、酸バリア性と上記第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗とを有する。
【０００８】
上記透明電極基板は、電極層よりも比抵抗の小さい配線体を有している。配線体は、第１の導電層、第２の導電層及び第３の導電層を含み、低抵抗の第１の導電層を第２の導電層で被覆することで第１の導電層を酸による腐食から抑制し、第２の導電層をこれよりも低抵抗の第３の導電層で被覆することで配線体の低抵抗化を実現する。さらに配線体は、酸バリア性を有する電極層で被覆されているため、配線体全体が酸から効果的に保護される。一方、配線体は格子状に形成されているため、基材の光透過性の低下が抑制される。これにより低抵抗かつ耐食性を有する透明電極基板を得ることができる。
【０００９】
第１の導電層は、金属材料、カーボン系材料の電気良導体で形成することができる。第２の導電層及び第３の導電層は、例えば酸バリア性を有する有機樹脂材料に導電材料を含有させることによって形成することができる。第２の導電層は、第１の導電層の酸による腐食を抑制するために設けられる。第３の導電層は、第２の導電層による配線体の高抵抗化を緩和するために設けられるため、第２の導電層よりも酸バリア性は低くてもよい。第２の導電層及び第２の導電層の酸バリア性は、各層を構成する膜の緻密性で調整可能であり、緻密性が高い膜ほど酸バリア性も高い。
【００１０】
上記配線体は、上記第１の導電層の上に上記第２の導電層と上記第３の導電層とをそれぞれ交互に複数積層することで形成されてもよい。
これにより、配線体の酸バリア性の向上と、配線体の低抵抗化とを同時に実現することができる。
【００１１】
上記配線体の最上層は、上記第２の導電層で形成されてもよい。
これにより、配線体の耐酸性をさらに向上させることができる。
【００１２】
上記基材は、透光性の基材本体と、透光性の下地層とを有する構成であってもよい。上記下地層は、上記基材本体の上に積層され、格子状の溝が形成された表面を有する。
基材本体は、例えば材料的あるいは光学的特性に優れるが被加工性が良好でない材料で形成することができる。また、下地層は、透光性と形状付与性があればよいため、特に加工性の高い材料を利用することで溝加工が容易となり、生産性向上を図れるようになる。これにより、基材本体に用いられる材料の選定の自由度が高く、生産性にも優れた透明電極基板を得ることができる。
【００１３】
本発明の一形態に係る光電変換素子は、透光性の基材と、格子状の配線体と、透光性の第１の電極層と、酸化物半導体層と、第２の電極層と、電解質層とを具備する。
上記基材は、格子状の溝が形成された表面を有する。
上記配線体は、第１の導電層と、第２の導電層と、第３の導電層とを含む。上記第１の導電層は、第１の比抵抗を有する。上記第２の導電層は、酸バリア性と上記第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する。上記第３の導電層は、上記第１の比抵抗よりも大きく上記第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する。上記配線体は、上記溝の内部に上記第１の導電層、上記第２の導電層及び上記第３の導電層の順に積層される。
上記第１の電極層は、上記配線体と電気的に接続されるように前記基材の表面に積層され、酸バリア性と上記第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗とを有する。
上記酸化物半導体層は、上記第１の電極層と接触し、光増感色素を担持する。
上記電解質層は、前記酸化物半導体層と前記第２の電極層との間に設けられる。
【００１４】
上記光電変換素子は、第１の電極層よりも比抵抗の小さい配線体を有している。配線体は、第１の導電層、第２の導電層及び第３の導電層を含み、低抵抗の第１の導電層を第２の導電層で被覆することで第１の導電層を電解液との接触による腐食から抑制し、第２の導電層をこれよりも低抵抗の第３の導電層で被覆することで配線体の低抵抗化を実現する。さらに配線体は、酸バリア性を有する電極層で被覆されているため、配線体全体が電解液から効果的に保護される。一方、配線体は格子状に形成されているため、基材の光透過性の低下が抑制される。これにより低抵抗かつ耐電解液性を有する透明電極基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低抵抗かつ耐食性を有する透明電極基板およびこれを備えた光電変換素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光電変換素子を示す概略断面図である。
【図２】上記光電変換素子における透明電極基板の要部の概略断面図である。
【図３】上記透明電極基板の配線体の形成例を示す概略斜視図である。
【図４】上記配線体の形成方法を説明する概略斜視図である。
【図５】上記透明電極基板の一作用を説明する要部の断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光電変換素子を示す概略断面図である。
【図７】図１に示す光電変換素子の変形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、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換素子を示す概略断面図である。以下、本実施形態の光電変換素子について説明する。
【００１９】
本実施形態の光電変換素子１は、色素増感型太陽電池で構成されている。光電変換素子１は、集電極（負極）を有する透明電極基板１１（第１の基板）と、対向電極（正極）を有する対向基板１２（第２の基板）と、酸化物半導体層１３と、電解質層１４とを有する。
【００２０】
透明電極基板１１および対向基板１２は、それぞれ図示しない外部回路（負荷）の負極および正極に接続される。酸化物半導体層１３は、透明電極基板１１上に形成された、多孔質チタン酸化物で形成される。酸化物半導体層１３は、例えば可視光の照射を受けることで電子が励起される色素を担持する。電解質層１４は、酸化物半導体層１３と対向基板１２との間に挟持され、例えば金属ヨウ化物とヨウ素との組み合わせよりなる酸化還元性物質（電解液）で形成される。
【００２１】
透明電極基板１１は、太陽光などの外光が入射する光入射面１１ａを有する透明基材１１０（第１の基材）と、その光入射面１１ａの反対側に積層された電極層１１５（第１の電極層）とを有する。透明電極基板１１の構成の詳細については後述する。
【００２２】
一方、対向基板１２は、基材１２１（第２の基材）と、基材１２１の上に形成された電極層１２２（第２の電極層）とを有する。対向基板１２は、電極層１２２を電解質層１４に向けて透明電極基板１１と対向配置される。基材１２１の構成材料は特に限定されず、光学的に透明な基材であってもよいし、不透明な基材であってもよい。電極層１２２は、例えば金属層で形成されるが、金属以外の導電材料で形成されてもよい。電極層１２２には、電解質層１４への電子の供与を容易にするための触媒層が形成されていてもよい。
【００２３】
［透明電極基板］
次に、透明電極基板１１の詳細について説明する。透明電極基板１１は、透明基材１１０と、配線体１１２と、電極層１１５とを有する。
【００２４】
（透明基材）
透明基材１１０は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の光透過性を有する樹脂フィルム、あるいはガラス基板等で形成される。
【００２５】
透明基材１１０は、透光性を有し、その表面に格子状の溝１１０ａが形成されている。溝１１０ａの断面形状は矩形とされるが、これに限られず、三角形状、湾曲形状等であってもよい。格子状には、一軸方向に複数の直線パターンが平行に形成されたストライプ形状のほか、相互に交差する２軸方向にそれぞれ複数の直線パターンが平行に形成されたメッシュ形状等が含まれる。
【００２６】
（配線体）
図２は、配線体１１２の構成を示す概略断面図である。配線体１１２は、溝１１０ａ内に埋め込まれることで、透明基材１１０の上に格子状に形成される。図２に示すように配線体１１２は、導電層Ｌ１１（第１の導電層）と、導電層Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３（第２の導電層）と、導電層Ｌ３１，Ｌ３２（第３の導電層）とを含み、これら導電層が所定の順序で積層された構造を有する。
【００２７】
導電層Ｌ１１は、第１の比抵抗を有する。第１の比抵抗の大きさは、例えば１０×１０−5Ω・ｃｍ以下である。このような特性を有する材料としては、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料のほか、カーボンブラック等のカーボン系材料が挙げられる。導電層Ｌ１１は、これら導電材料のバルク体、薄膜、導電ペーストの焼成体等で形成することができる。
【００２８】
導電層Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３は、上記第１の比抵抗よりも大きい第２の比抵抗を有する。第２の比抵抗の大きさは、例えば１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下である。また導電層Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３は、電解質層１４を構成する電解質材料（電解液）に対して所定のバリア性（あるいは耐食性）を有する。このような特性を有する材料としては、酸バリア性を有する樹脂材料に導電フィラーを含有した複合材料あるいはペースト材料で形成される。上記樹脂材料としては、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の光透過性を有する樹脂が挙げられ、上記導電フィラーとしては、金属材料やカーボン系材料、導電性酸化物等が挙げられる。
【００２９】
導電層Ｌ３１，Ｌ３２は、上記第１の比抵抗よりも大きく上記第２の比抵抗よりも小さい第３の比抵抗を有する。また導電層Ｌ３１，Ｌ３２は、電解質層１４を構成する電解質材料（電解液）に対して所定のバリア性（あるいは耐食性）を有することが好ましいが、このようなバリア性を有さなくてもよい。また、導電層Ｌ３１，Ｌ３２が有する酸バリア性の程度は、導電層Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３のそれよりも低くてもよい。このような特性を有する材料としては、酸バリア性を有する樹脂材料に導電フィラーを含有した複合材料あるいはペースト材料で形成される。
【００３０】
導電層Ｌ２１〜Ｌ２３と導電層Ｌ３１，Ｌ３２とは、同種の材料で形成されてもよいし、異種の材料で形成されてもよい。導電層Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ３２の比抵抗は、導電フィラーの含有量で調整することができる。また導電層Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ３２の酸バリア性は、各層を構成する膜の緻密性でも調整可能であり、緻密性が高い膜ほど高い酸バリア性を得ることができる。
【００３１】
配線体１１２は、図２に示すように、溝１１０ａの内部に導電層Ｌ１１、導電層Ｌ２１及び導電層Ｌ３１の順で積層された基本構造体を有している。本実施形態では、配線体１１２は、上記基本構造体の上に導電層Ｌ２２、導電層Ｌ３２及び導電層Ｌ２３がその順でさらに積層された構成を有している。
【００３２】
配線体１１２は、３層の導電層Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１からなる上記基本構造体で構成されてもよい。導電層Ｌ１１が導電層Ｌ２１で被覆されることで、導電層Ｌ１１の酸による腐食が抑制される。導電層Ｌ２１は、これよりも低抵抗の導電層Ｌ３１で被覆されることで、配線体１１２の低抵抗化が実現される。
【００３３】
本実施形態の配線体１１２は、上記基本構造体の上に第２及び第３の導電層が交互に積層された構造を有する。これにより、配線体１１２の耐食性を向上させることができるとともに、配線体１１２のさらなる低抵抗化を実現することができる。各種導電層の積層数は特に制限されず、積層数が多いほど上記効果が顕著となる。また、第２及び第３の導電層の積層数は、溝１１０ａの深さ（あるいは配線体１２の厚み）、一度の処理で形成できる膜の厚み等に応じて適宜設定される。
【００３４】
また本実施形態の配線体１１２は、その最上層が導電層Ｌ２３で形成される。これにより、バリア性の最も高い第２の導電層で配線体１１２を封止でき、配線体１１２に所望のバリア性を確保することができる。導電層Ｌ２３の表面は、透明基材１１０の表面と一致するように形成される。これにより電極層１１５の平坦性を高めることができる。
【００３５】
配線体１１２の形成には、スクリーン印刷、グラビア印刷等の各種印刷法のほか、銀塩拡散転写現像法、パターンめっき法、パターンエッチング法などを用いることができる。配線体１１２の厚み、線幅、ピッチは特に限定されないが、これらの値は透明電極基板１１の開口率に影響を与えるため、目的とする光透過率が得られるように適宜設定される。例えば、配線体１１２は、その厚みを０．１〜５０μｍ、線幅を１０〜１００μｍ、ピッチを１００〜１０００μｍとすることができる。
【００３６】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、透明基材１１０の上に形成された配線体１１２の様子を概略的に示す斜視図である。図３（Ａ）はストライプ状の配線体１１２の例を示し、図３（Ｂ）はメッシュ状の配線体１１２の例を示す。光透過率の観点からは配線体１１２はストライプ状が有利であるが、配線体１１２をメッシュ状に形成した場合は、配線の一部に断線が生じても電気的導通を確保できるという利点がある。
【００３７】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、配線体１１２の形成工程の一例を順に示す要部の概略斜視図である。ここではメッシュ状の配線体１１２の形成例を示す。本実施形態では、スクリーン印刷法によって配線体１１２が形成される。配線体１１２の製造方法は、導電層Ｌ１１のペースト材Ｌ１Ｍの塗布工程（図４（Ａ））と、導電層Ｌ２１〜Ｌ２３のペースト材Ｌ２Ｍの塗布工程（図４（Ｂ））と、導電層Ｌ３１，Ｌ３２のペースト材Ｌ３Ｍの塗布工程（図４（Ｃ））とを有する。ペースト材Ｌ１Ｍ、Ｌ２Ｍ，Ｌ３Ｍは各々、透明基材１１０上に供給され、スキージＳによって溝１１０ａ内に埋め込まれる。塗布後、所定温度で焼成することで、所定厚みの導電層が形成される。図４（Ａ）〜（Ｃ）の操作を所定の順序で所定回数繰り返すことで、図２に示す配線体１１２が形成される。
【００３８】
配線体１１２の各導電層をスクリーン印刷法で形成した場合、各導電層は、ペースト材Ｌ１Ｍ，Ｌ２Ｍ，Ｌ３Ｍの固形濃度、粘性、表面張力等によって厚みや形状が調整される。図２の例では、導電層Ｌ１１を形成するペースト材Ｌ１Ｍは、溝１１０ａの内面との親和性が高く、塗布・焼成後は中央部が凹なる形状に形成される。導電層Ｌ２１〜Ｌ２３を形成するペースト材Ｌ２Ｍは、下地の導電層の表面を被覆するようにほぼ均等な厚みで積層される。そして導電層Ｌ３１，Ｌ３２を形成するペースト材Ｌ３Ｍは、比較的平坦度が高く、塗膜の厚みも大きくできる。このような層を適宜の厚みで介在させることによって、配線体１１２の表面の平坦度を高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態では導電層Ｌ２１〜Ｌ２３をそれぞれの周縁部で接触させている。これにより導電層Ｌ３１，Ｌ３２が導電層Ｌ２１〜Ｌ２３で被覆され、導電層Ｌ３１，３２が電解液から保護される。
【００４０】
配線体１１２は、透明電極基板１１のシート抵抗を低減させる目的で形成されるものであるため、所望のシート抵抗が得られるようにその比抵抗、厚み、線幅、ピッチ等が設定される。配線体１１２単体でのシート抵抗は、０．３Ω／□以下とすることができる。これにより、所定の変換効率を維持しつつ、光電変換素子の大面積化に対応することが可能となる。
【００４１】
本実施形態では、配線体１１２の厚みは、溝１１０ａの深さと同等またはそれ以下の大きさに設定されている。これにより、金属配線層の周囲を溝の側壁によって確実に被覆することができ、透明基材１１０の表面からの配線体１１２の突出が防止される。また電極層１１５による配線体１１２の被覆性を高めることができる。
【００４２】
（電極層）
電極層１１５は、透明導電性樹脂あるいは透明導電酸化物で形成され、透明基材１１０及び配線体１１２の上に積層されている。電極層１１５は、電子捕集層として機能し、上記第３の比抵抗よりも大きい第４の比抵抗を有する。第４の比抵抗の大きさは、例えば１０Ω・ｃｍ以上１００Ω・ｃｍ以下である。
【００４３】
電極層１１５はまた、電解質層１４との接触による腐食から配線体１１２を保護する保護層としての機能を有する。したがって、電極層１１５は、耐酸性を有する透明導電性樹脂あるいは透明導電酸化物で形成され、例えば、ポリビニルアルコールに導電フィラーを含有した透明導電性樹脂、あるいは酸化チタン（ＴｉＯｘ）を含む透明導電酸化物で形成される。
【００４４】
電極層１１５は、酸化物半導体層１３と電気的に接触している。電極層１１５は、緻密な膜で形成されることにより、電解液に対するバリア性が高められている。また、電極層１１５が酸化チタンを含む透明導電酸化物で形成されている場合、酸化物半導体層１３と透明電極基板１１との接触界面が同種の半導体材料で形成されることになる。その結果、層間における電子伝導帯が近似し、酸化物半導体層１３から透明電極基板１１への電子の輸送効率が促進されて、光電変換効率の向上が図られる。
【００４５】
電極層１１５の形成方法は特に限定されず、スクリーン印刷法、ウェットコーティング法、各種真空薄膜形成技術が用いられる。電極層１１５の厚みも特に限定されず、所望とする電解液バリア性と表面抵抗とを両立できる任意の厚みに設定され、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００４６】
光電変換素子１の光電変換効率の観点から、透明電極基板１１は、可視光に対する透過率が高いほどよい。本実施形態では、透明電極基板１１は、７０％以上の可視光透過率を有する。電極層１１５の各々の厚みは、上記高透過率特性が得られるように適宜設定される。
【００４７】
［光電変換素子の動作］
本実施形態の光電変換素子１は、透明電極基板１１側から酸化物半導体層１３へ太陽光、人工光などの光が入射される。酸化物半導体層１３に光が照射されると、色素内の電子が基底状態から励起状態へ遷移させられて色素から放出される。酸化物半導体層１３は、色素から放出された電子を透明電極基板１１へ輸送し、当該電子は透明電極基板１１から外部回路へ供給される。外部回路を通過した電子は対向基板１２の電極層１２２へ送られ、電解質層１４との酸化還元反応を経て酸化物半導体層１３上の色素へ戻される。このようなサイクルが繰り返されることで、外部回路において電気エネルギーが取り出される。
【００４８】
図５は、透明電極基板１１における電子の流れの様子を模式的に示す要部の断面図である。入射光の照射を受けた酸化物半導体層１３は、色素から放出された電子を、電極層１１５を介してこれよりも低抵抗の配線体１１２へ輸送される。その結果、透明電極基板１１へ輸送された電子は、電極層１１５および配線体１１２を通って外部回路へ供給される。
【００４９】
このように、本実施形態の光電変換素子１によれば、電極層１１５よりも比抵抗の低い配線体１１２を有しているので、電極層１１５単体に比べて表面抵抗を低くすることができる。また、配線体１１２は格子状に形成されているため、光の透過性の低下を抑制することができる。これにより、低抵抗かつ光透過性に優れた透明電極基板１１を得ることができる。また、光電変換素子１による光−電気変換効率の向上を図ることができる。
【００５０】
一方、配線体１１２は、主導電層である低抵抗の導電層Ｌ１１が酸バリア性の高い導電層Ｌ２１で保護されているため、低抵抗特性を長期にわたって維持することができる。しかも、配線体１１２は比較的低抵抗の導電層Ｌ３１，Ｌ３２が酸バリア性の高い導電層Ｌ２１〜Ｌ２３で保護されているため、配線体１１２全体の低抵抗化及び高耐食性を両立させることができる。さらに、配線体１１２は酸バリア性を有する電極層１１５で被覆されているため、配線体１１２全体が酸から効果的に保護される。これにより低抵抗かつ耐久性の高い透明電極基板を得ることができる。
【００５１】
［実験例］
本発明者は、図２に示す透明電極基板１１を図４に示す工法で実際に作製し、その表面抵抗値及び耐食性を確認した。導電層Ｌ１には藤倉化成社製「ドータイトFA-333」（比抵抗値５×１０−5Ω・ｃｍ）を用い、焼成温度は１５０℃とした。導電層Ｌ２１〜Ｌ２３には、電気化学工業社製「デンカポバールF12」と昭和電工社製「VGCF-X」とを重量比５：２で混合した混合物（比抵抗値３Ω・ｃｍ）を用い、焼成温度は１３０℃とした。導電層Ｌ３１，Ｌ３２にはAcheson社製カーボンペースト「ED581」（比抵抗値２．５×１０−2Ω・ｃｍ）を用い、焼成温度は１５０℃とした。また、電極層１１５には電気化学工業社製「デンカポバールF12」と日揮触媒化成社製ＩＴＯゾルとを重量比３：７で混合した混合物（比抵抗値１００Ω・ｃｍ）を用い、焼成温度は１５０℃とした。その結果、表面抵抗が０．２Ω／□の透明電極基板が得られた。また、この基板を色素増感太陽電池用電解液に浸漬したところ、１００時間以上経過しても腐食は認められなった。
【００５２】
比較例として、導電層Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１，Ｌ３２を設けずに配線体を形成したところ、０．２Ω／□の低抵抗基板が得られたが、色素増感太陽電池用電解液に浸漬後、１時間以内で腐食の進行が認められた。同様に、導電層Ｌ２１〜Ｌ２３を設けずに配線体を形成したところ、０．２Ω／□の低抵抗基板が得られたが、色素増感太陽電池用電解液に浸漬後、５時間以内で腐食の進行が認められた。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係る光電変換素子を示す概略断面図である。本実施形態では、第１の実施形態の構成および作用と同様な部分についてはその説明を省略または簡略化し、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５４】
本実施形態の光電変換素子２においては、第１の基板としての透明電極基板２１は、基材本体１１Ｓと下地層１１１とからなる透明基材２１０（第１の基材）を有する。
【００５５】
基材本体１１Ｓは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の光透過性を有する樹脂フィルム、あるいはガラス基板等で形成される。
【００５６】
下地層１１１は、基材本体１１Ｓの表面（光入射面１１ａとは反対側の表面）に積層されている。下地層１１１は、透光性を有し、その表面には、配線体１１２が埋め込まれる格子状の溝１１１ａが形成されている。格子状には、一軸方向に複数の直線パターンが平行に形成されたストライプ形状のほか、相互に交差する２軸方向にそれぞれ複数の直線パターンが平行に形成されたメッシュ形状等が含まれる。
【００５７】
下地層１１１への溝１１１ａの形成は、特に限定されず、金型や樹脂型を用いた形状転写法が適用可能である。本実施形態では、溝１１１ａに対応する凸形状のパターンが形成された型に紫外線硬化樹脂を塗布した後、これを硬化させ、型から剥離することで、下地層１１１が形成される。これにより、微細形状の溝１１１ａを高精度に形成することができる。また、ロール・ツー・ロール方式による下地層の連続生産にも容易に適用することができる。また、紫外線硬化樹脂は、光学的透明性に優れ、基材および金属配線層との密着性も高いため、高品質な透明電極基板を構成することができる。
【００５８】
本実施形態の光電変換素子２においては、配線体１１２を形成するための格子状の溝１１１ａを有する下地層１１１が、基材本体１１Ｓとは別部材で構成されている。このため、基材本体１１Ｓに直接溝加工を施す必要がなくなるため、例えば材料的あるいは光学的特性に優れるが被加工性が良好でない材料であっても基材本体１１Ｓの構成材料として用いることが可能となる。
【００５９】
また、下地層１１１は、透光性と形状付与性があればよいため、特に加工性の高い材料を利用することで溝加工が容易となり、生産性向上を図れるようになる。これにより、基材本体１１Ｓに用いられる材料の選定の自由度が高く、生産性にも優れた透明電極基板２１を得ることができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００６１】
例えば以上の実施形態では、色素増感型太陽電池（光電変換素子）の透明電極基板に本発明を適用した例を説明したが、これ以外にも、例えば抵抗膜方式タッチパネルの電極基板にも本発明は適用可能である。
【００６２】
また以上の実施形態では、色素増感型太陽電池を構成する酸化物半導体層１３に酸化チタンを用いたが、これ以外にも、酸化錫、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオブなどを単独または２種以上組み合わせて用いることができる。
【００６３】
さらに図６に示す光電変換素子３における透明電極基板３１のように、配線体１１２が埋め込まれた透明基材１１０の表面と電極層１１５との間に、ＩＴＯ等の透明導電酸化物からなる透明導電層１１４が形成されてもよい。透明導電膜１１４の比抵抗値は、第１の導電層Ｌ１１の比抵抗値と第３の導電層Ｌ３１，Ｌ３２の比抵抗値の範囲内に設定され、例えば５×１０−3Ω・ｃｍ以下とされる。これにより、透明電極基板の更なる低抵抗化を図ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１，２，３…光電変換素子
１１，２１，３１…透明電極基板
１１Ｓ…基材本体
１２…対向基板
１３…酸化物半導体層
１４…電解質層
１１０，２１０…透明基材
１１１…下地層
１１２…配線体
１１５…電極層
Ｌ１１…第１の導電層
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３…第２の導電層
Ｌ３１，Ｌ３２…第３の導電層
【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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