(57)【要約】      （修正有）【課題】透明導電性膜が成膜されたガラス基板やプラスチック基板を用いることなく，酸化チタンや酸化亜鉛の焼結が可能で安価に作製可能な色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】金属メッシュ８の表裏両面を酸化チタンまたは酸化亜鉛層７の焼結用の基板として用いるとともに可視光線を透過するガラス板またはプラスチック板６を金属メッシュ８の補強材として用いる。【選択図】図２
0003215339.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜が成膜されたガラス基板上に焼結形成された酸化チタンや酸化亜鉛電極を用いる代わりに，金属メッシュを基板として用い，その基板の表裏，両面に焼結堆積された酸化チタンまたは酸化亜鉛を有する金属メッシュを負極とする色素増感太陽電池
【請求項２】
透明導電膜が成膜されたガラス基板を用いる代わりに，金属メッシュを基板として用い，その基板の表裏，両面にメッキ法やスパッタリング等の方法により成膜された白金膜を担持したものを正極とする色素増感太陽電池
【請求項３】
透明導電膜が成膜されたガラス基板を用いる代わりに，金属メッシュを基板として用い，その基板の表裏，両面に黒鉛等炭素粉末を担持したものを正極とする色素増感太陽電池
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    本考案は，理科教育教材用色素増感太陽電池に関するものである．
【背景技術】
【０００２】    環境保護，再生可能エネルギー技術の理解，推進の観点から，色素増感太陽電池が，小学，中学および高校生を対象としたアフタースクールでの理科実験セミナーなどでテーマとして取り上げられてきた．そこでの参加者の実験教材として用いられてきたものは，従来からよく知られた構造の色素増感太陽電池であり，ガラス基板上に成膜された透明導電性電極またはプラスチック基板上に成膜された透明導電性電極上に酸化チタンまたは酸化亜鉛が焼結されたものを負極とし，同じくこれら透明導電性電極上に白金または黒鉛を担持したものを正極とするもので，その代表的な構造を図１に示す．
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３】
【非特許文献１】若狭信次；“手作り太陽電池のすべて  色素増感太陽電池を作ろう”，パワー社（２０１０年６月）
【００４】
【非特許文献２】Ｔ．Ｍｉｙａｓａｋａ  ａｎｄ  Ｙ．Ｋｉｊｉｔｏｒｉ；”Ｌｏｗ‐ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｙｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ  ＴｉＯ２  ｌａｙｅｒｓ”Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１５１，Ａ１７６７−Ａ１７７３（２００４）．．
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００５】      従来の色素増感太陽電池でよく用いられてきた負極の構造は，透明導電膜が成膜されたガラス基板上に焼結形成された酸化チタンや酸化亜鉛を有するものである．透明導電性膜は通常，金属インヂウム（Ｉｎｄｉｕｍ）やスズ（Ｔｉｎ）の酸化物（Ｏｘｉｄｅ）によって構成されるので，以下ＩＴＯと略称する．このＩＴＯガラス基板は通常高価であり，液晶製造企業などの特別な企業を除いては，安価に入手することが困難である．一方，教育教材としての色素増感太陽電池は，以下に示す理由（１），（２）により，実験者一人に対し，数個の電池（以下色素増感太陽電池を単に電池と略称する）が必要な場合が多く，教材としての電池単価の低価格化が課題となっている．【００６】  その理由とは，
（１）身の回りにある種々の野菜や果物の色素で電池負極を染色し，色素による電池特性の相違を種々の色素とその吸収スペクトルの観点から考察させるためには，複数個の電池が必要．
（２）実験により一層興味を持たせる目的で，例えば，ＩＣを用いた電子メロディデバイスや小型直流モータ等を動作させることが推奨されるが，起電力が１Ｖ程度以上，出力電流も百マイクロアンペア程度以上が必要である．しかし，電池一個の起電力は，電池の製作工程，発電実験時の天候，太陽高度などに依存するものの，高々０．３‐０．６ボルト前後であるので，例えば，電子メロディデバイスのように非常に低電力しか要求しないデバイスの動作にも，直列に接続された最低２個の電池が必要になる．すなわち実験者一人あたり複数個の電池を持つことが本電池の原理，特性理解上，推奨される．以上２点が理由である．【００７】  電池単価の低価格化に関するこれまでの試みは，次項目［先行技術文献］内の［非特許文献１］に示されているように，大面積のＩＴＯガラス基板を入手し，ガラス切断用具を用いてこれを細かく分割して用いる方法がある．これによってある程度の電池単価の低価格化が可能であるが，本来，一般入手では高価となるＩＴＯガラス基板を使用することに変わりはなく，さらにガラス切断用具によるガラスの切断は，工作経験の乏しい小学，中学，および高校生にとっては，手指の損傷の危険が伴う．さらにまた，電極の細分化は，電池１個当たりの太陽光受光面積の減少を意味し，電池１個当たりの出力電流容量を低下させ，電池性能が低下するという欠点がある．【００８】  一方，ＩＴＯが形成されたプラスチック基板を用いる場合においても，高価であることには変わりがないが，量産性があるため将来低価格化が望めるものの，以下に示す避けられない欠点が存在する．それは電池負極としてＩＴＯ膜が形成されたプラスチック基板を用いるには，その表面に酸化チタンまたは酸化亜鉛ペーストを塗布した後，通常，４５０℃の高温で焼結しなければならない．ガラス基板の場合，この温度に耐えることができるが，プラスチック基板の場合，この温度では軟化，変形，炭化が生じ電池負極として使用に耐えるものにはならない．そこで種々の研究開発がなされ，１５０℃以下の低温焼結が可能な酸化チタンペーストも［非特許文献２］で報告されているように，存在するが，本格的に色素増感太陽電池開発に取り組む研究者レベルの作製物で，小学，中学，高校生が安易に作製できるものではない．以上の背景説明から理解できるように，本考案が解決しようとする課題は，ＩＴＯが成膜されたガラス基板やＩＴＯが成膜されたプラスチック基板を用いることなく，酸化チタンや酸化亜鉛の焼結が可能でかつ発電能力を実験的に確認できる程度の太陽光受光面積を持つ安価に作製可能な色素増感太陽電池を提供することである．
【課題を解決するための手段】
【００９】  ガラス基板やプラスチック基板を用いる代わりに，金属メッシュの表裏両面を酸化チタンや酸化亜鉛の焼結用の基板として用いることが本考案の主要部分である．金属メッシュ自体が良好な導電性と耐熱性を持つのでＩＴＯガラス基板が持つ導電機能と耐熱機能，両機能の代替え機能を果たす．さらにＩＴＯ基板に比較してはるかに低価格で容易に入手可能である．さらに，大面積金属メッシュから金切り鋏などを用いると，手指の損傷なく容易に切断可能である．図２に本考案による色素増感太陽電池の構成例を示す．本電池の負極は，例えば，＃６０番手のステンレスメッシュが基板として用いられ，その表裏は酸化チタンまたは酸化亜鉛が高温で焼結形成されている．この金属メッシュ基板を色素で染色したのち，補強板としての透明ガラス板や透明プラスチック板に粘着テープで張り付ける．一方，本電池の正極は，例えば，＃２５０番手のステンレスメッシュが基板として用いられ，その表裏には，触媒として作用する白金または黒鉛が担持されている．正極と負極の間には絶縁のためのスペーサが挿入されるとともに電解液が注入される．
【考案の効果】
【００１０】上述のように，本考案による色素増感太陽電池の作製には，
（１）高価なＩＴＯガラス基板が不要
（２）低価格で容易に入手可能な金属メッシュを基板としているため，電池単価が大幅に低減でき，電池を複数個直列または並列接続して行う実験や種々色素の種類を変えて行う電池特性比較実験も実行しやすくなる．
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来用いられてきた理科教育教材用色素増感太陽電池の代表的基本構造を示す図．簡単のため電解液漏洩防止の側壁は，図示を省略している．
【図２】本考案の金属メッシュを電極基板として用いた色素増感太陽電池の断面図．簡単のため電解液漏洩防止の側壁は，図示を省略している．
【図３】本考案の金属メッシュを電極基板とした色素増感太陽電池の負極の斜視図
【考案を実施するための形態】
【００１２】  電池の負極および正極の基板となる金属メッシュは柔らかく変形しやすいため，補強材として可視光線に対し透明なガラス板またはプラスチック板を用いる．この補強材を通して太陽光エネルギーを受光する．図２または図３の８で示される金属メッシュの片端は，負極材料や正極材料が付着されず，金属メッシュそのままの状態が保持され外部回路への接続のリード端子としての役目を果たす．また，正極リード部と負極リード部が接触短絡することを防ぐため，図２に示すように互いに反対方向に向けられる．
【実施例】
【００１３】  金属メッシュ材としてはステンレス，＃４０程度以上の格子の細かさが推奨される．メッシュの目が大きすぎると格子間の空間を負極半導体材料である酸化チタンや酸化亜鉛でうめることができず発電効率の低下が懸念されるからである．電池の周辺部はスコッチテープなどの粘着テープで閉じられ電解液の漏洩を防止する．金属メッシュ基板の補強材としては，可視光線をよく透過する青板ガラス，石英ガラス，透明プラスチックが用いられる．具体的なガラス材としては，顕微鏡などに用いられる大型スライドガラスが用いられる．
【符号の説明】
【００１４】１  透明導電膜が成膜されたガラス基板
２  透明導電膜
３  透明導電膜上に担持された白金触媒層または黒鉛層
４  電解液
５  透明導電膜が成膜されたガラス基板上に焼結固着された酸化チタンまたは酸化亜鉛層
６  金属メッシュ補強材としてのガラスまたはプラスチック板
７  金属メッシュ上に焼結固着された酸化チタンまたは酸化亜鉛層
８  金属メッシュ本体
９  電解液
１０  金属メッシュ上に担持された白金触媒層または黒鉛層
【図１】
0003215339.tif 000003
【図２】
0003215339.tif 000004
【図３】
0003215339.tif 000005