(57)【要約】【課題】安価かつ簡便な方法で安全に組み立てることができ、使用者が自由に切り出すことが可能となることで任意形状の色素増感太陽電池を作製できる色素増感太陽電池作製用キットを提供する。また、本発明は、該色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池の製造方法及び色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】樹脂基板、透明電極及び酸化亜鉛多孔質層がこの順で積層された光電極基板シートと、導電層を有する正電極基板シートと、ヨウ素を含有する電解液と、食用色素と、電解液封止材シートとを有し、前記光電極基板シートの厚みが１０〜１０００μｍ、前記正電極基板シートの厚みが１０〜１０００μｍであり、かつ、前記透明電極の厚みが０．０５〜０．３μｍである色素増感太陽電池作製用キット。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板、透明電極及び酸化亜鉛多孔質層がこの順で積層された光電極基板シートと、導電層を有する正電極基板シートと、ヨウ素を含有する電解液と、食用色素と、電解液封止材シートとを有し、
前記光電極基板シートの厚みが１０〜１０００μｍ、前記正電極基板シートの厚みが１０〜１０００μｍであり、かつ、前記透明電極の厚みが０．０５〜０．３μｍである
ことを特徴とする色素増感太陽電池作製用キット。
【請求項２】
光電極基板シート又は正電極基板シートは、端部に接続端子部を有することを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池作製用キット。
【請求項３】
正電極基板シートは、ステンレス箔又はチタン箔と樹脂フィルムとを粘着剤を介してラミネートした積層フィルムであることを特徴とする請求項１又は２記載の色素増感太陽電池作製用キット。
【請求項４】
電解液封止材シートは、両主面に粘着剤を有する樹脂フィルムと表面保護フィルムとの積層フィルムであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の色素増感太陽電池作製用キット。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４記載の色素増感太陽電池作製用キットを用いる色素増感太陽電池の製造方法であって、
光電極基板シート、正電極基板シート及び電解液封止材シートを任意の形状に切り出す工程、
前記光電極基板シートの酸化亜鉛多孔質層に、食用色素を担持させる工程、
前記正電極基板シートのカーボン系材料を担持する工程、
前記正電極基板シートに電解液封止材シートを添付する工程、
ヨウ素を含有する電解液を前記正電極基板シートに滴下する工程、及び、
前記光電極基板シートと、前記正電極基板シートと貼り合わせる工程を有する
ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１、２、３又は４記載の色素増感太陽電池作製用キットを用いてなることを特徴とする色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安価かつ簡便な方法で安全に組み立てることができ、使用者が自由に切り出すことが可能となることで任意形状の色素増感太陽電池を作製できる色素増感太陽電池作製用キットに関する。また、本発明は、該色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池の製造方法及び色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感太陽電池は、身近な材料である金属酸化物半導体多孔膜を利用した太陽電池であり、シリコン太陽電池に比べて、高価な材料やプロセスを必要とせず、安価な太陽電池を実現できるデバイスとして実用化が期待されている。
【０００３】
色素増感太陽電池は、通常、透明電極基板に金属酸化物半導体多孔質層を形成し色素を担持させた光電極と、基板に導電層を形成した正電極とを電解質層を介して挟み込んだ構成となっている。
このような色素増感太陽電池の基本原理は、特許文献１に開示されているように、以下の通りである。まず、色素増感太陽電池に光が照射されると、金属酸化物半導体多孔質層表面に吸着された増感色素が光を吸収し、色素分子内の電子が励起され、電子が半導体へ渡される。これにより、光電極側で電子が発生し、この電子が電気回路を通じて、正電極に移動する。そして、正電極に移動した電子は、電解質層を通じて光電極に戻る。このような過程が繰り返されることで、電気エネルギーが生じる。
【０００４】
また、色素増感太陽電池は、他の太陽電池と比較して材料が安価であり、作製が容易であることから、学習教材キットとして非常に有用であるという特徴を有している。従って、教育現場において、色素増感太陽電池の組立キットに対する需要が非常に高まっている。
例えば、特許文献２には、半導体電極と対電極と電解質層とを備えた太陽電池作製キットが開示されている。
一方で、教育現場において、実際に色素増感太陽電池を作製する場合は、可能な限り安全な材料を使用し、かつ、製造工程についても危険を伴わないものとする必要があるが、特許文献２において、半導体層に使用されている酸化チタンは発ガン性が指摘されており、色素増感太陽電池作製キットの材質として安全とはいえなかった。
【０００５】
また、特許文献３には、金属酸化物分散液、透明電極基板、ヨウ素系電解液を基本部材とする色素増感太陽電池製作用キット、及び、この金属酸化物分散液を薄膜化する工程を有する色素増感太陽電池の製造方法が開示されている。
しかし、このようなキットは主に専門家や教育指導者が対象になっているため、専門家以外の者が、このようなキットを用いて色素増感太陽電池の作製を行った場合、作製される色素増感太陽電池の性能（光電変換効率）が充分でない場合が多くなっていた。特に、児童向けのキットとしては組立の難易度が高く、児童が自分達だけで安全に組み立てられるようなものではなかった。
加えて、このようなキットでは、電極基板の形状が固定されており、特定の形状の色素増感太陽電池しか作製できないという課題があった。特に、子供向けのキットでは、太陽電池セルの形状も使用者の興味を引く大きな要因であり、使用者が各自の好きな形状に加工できて独自の形状の太陽電池セルを作製可能なキットが求められていた。
更に、このようなキットでは、色素等に安価で安全な材料を使用することが多いため、その色素増感太陽電池としての性能は充分でなく、屋外の太陽光照射（照度５００００ｌｘ程度）の条件でようやく何らかのデバイスを動作させる程度のものであった。そのため、実際の使用では、天候や日照条件に左右されるため、確実に太陽電池の動作を確認することは容易ではなかった。
このように、従来の色素増感太陽電池製作用キットでは、安全性の面や、作業の容易性や太陽電池の性能の面で課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２６６４１９４号公報
【特許文献２】特開２００４−２６４７５０号公報
【特許文献３】特開２００６−１０８０８０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、安価かつ簡便な方法で安全に組み立てることができ、使用者が自由に切り出すことが可能となることで任意形状の色素増感太陽電池を作製できる色素増感太陽電池作製用キットを提供することを目的とする。また、本発明は、該色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池の製造方法及び色素増感太陽電池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】
【０００８】
本発明は、樹脂基板、透明電極及び酸化亜鉛多孔質層がこの順で積層された光電極基板シートと、導電層を有する正電極基板シートと、ヨウ素を含有する電解液と、食用色素と、電解液封止材シートとを有し、光電極基板シート、正電極基板シート及び透明電極が特定の厚みを有する色素増感太陽電池作製用キットである。
以下、本発明を詳述する。
【０００９】
本発明者らは、酸化亜鉛多孔質層が積層されて光電極基板シートと、正電極基板シートと、ヨウ素含有電解液とを組み合わせた色素増感太陽電池作製用キットにおいて、増感色素として食用色素を用いることで、色素増感太陽電池を簡便な方法で、安全に組み立てることができ、高性能な色素増感太陽電池を製造できる色素増感太陽電池作製用キットとなることを見出した。
また、光電極基板シートと正電極基板シート透明電極を薄くして、可とう性を持たせることにより、使用者が、光電極基板シートと正電極基板シートと電解液封止材シートを任意の形状に切り出すことができ、任意な形状の色素増感太陽電池セルを作製することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットは、光電極基板シートと、正電極基板シートと、電解液と、食用色素と、電解液封止材シートとを有する。
以下、これらのそれぞれについて説明する。
【００１１】
（光電極基板シート）
本発明の色素増感太陽電池作製用キットは、樹脂基板、透明電極及び酸化亜鉛多孔質層がこの順で積層された光電極基板シートを有する。上記光電極基板シートを有することで、光照射によって起電力を発生させることが可能となる。
【００１２】
本発明では、上記樹脂基板を用いることで、ガラス基板を用いる場合と比較して、得られる色素増感太陽電池を軽量化できるとともに、柔軟で割れにくい構造とすることが可能となり、特に児童用の教材として好適に使用することができる。また、使用者が容易に所望の形状に加工することができ、色素増感太陽電池セルの形状の自由度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
上記光電極基板シートの厚みは、１０〜１０００μｍである。厚みが１０μｍ未満であると、光電極基板の自立性が低下しハンドリングが悪くなり、１０００μｍを超えると、使用者が光電極基板シートを任意の形状にカットすることが困難となる。
好ましくは１００〜３００μｍである。
【００１４】
上記樹脂基板としては、入射する光を妨げず、適度の強度を有するものであれば特に限定されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスルフォン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、環状ポリオレフィン等の耐熱性を有する透明性樹脂からなるものが挙げられる。
【００１５】
上記樹脂基板の厚みは、１０〜１０００μｍであることが好ましい。厚みが１０μｍ未満であると、樹脂基板の自立性が低下しハンドリングが悪くなり、１０００μｍを超えると、使用者が光電極基板シートを任意の形状にカットすることが困難となる。
より好ましくは１００〜３００μｍである。
【００１６】
上記透明電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ等からなるものが好ましく、なかでも、抵抗率が小さく安定であり、透明性が高いという性質を有することから、ＩＴＯからなるものが好ましい。上記透明電極は、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ等の蒸着、イオンプレーティング等によって形成することができる。なお、上記透明基板と透明電極との間には、ハードコート層を形成してもよい。
【００１７】
上記透明電極の厚みは、０．０５〜０．３μｍである。上記透明電極の厚みが０．０５μｍ未満であると、透明電極の抵抗が高くなり、電極での損失が大きくなるため、得られる色素増感太陽電池の性能が低下し、太陽電池デバイスとしての動作ができなくなる。
逆に、上記透明電極の厚みが０．３μｍを超えると、透明電極中の残留応力のために樹脂基板の反りが大きくなるとともに、光電極基板シートを曲げた時に透明電極にクラックが入りやすくなり、任意の形状に光電極基板シートを切り出した時に、透明電極が劣化し損失が大きくなるため、得られる色素増感太陽電池の特性が低下する。
好ましくは透明電極の厚みが０．１〜０．２μｍである。
【００１８】
本発明では、多孔質層を構成する材料として、酸化亜鉛を用いている。
従来使用されている酸化チタン等の材料は、発ガン性等の安全性の面で問題を有していたが、上記酸化亜鉛を用いることで、専門家以外の者、特に児童が使用する場合でも、安全な色素増感太陽電池作製用キットとすることができる。
【００１９】
上記酸化亜鉛多孔質層の膜厚の好ましい下限は０．５μｍ、好ましい上限は２０μｍである。０．５μｍ未満であると、色素担持量が少なくなるとともに、得られる色素増感太陽電池の光電変換特性も低下することがあり、２０μｍを超えても、酸化亜鉛多孔質層中の電子の拡散長が限られているために光電変換特性向上に寄与せず、逆に電解液の酸化亜鉛多孔質層への浸入が困難になることから光電変換特性が低下することがある。
なお、本発明では、光電極基板シートの端部以外に上記酸化亜鉛多孔質層を形成することが好ましい。
【００２０】
（食用色素）
本発明では、増感色素として、食用色素を用いることを特徴とする。
児童等が使用する色素増感太陽電池作製用キットでは、キットの構成部材を誤って口に入れてしまうことも想定されるが、上記食用色素を用いることでこのような事態が発生した場合でも、増感色素による人体への悪影響を防止することができ、安全性の高い色素増感太陽電池作製用キットとすることができる。なお、本発明では、上記食用色素をそのままの状態で有していてもよく、水溶液の状態で有していてもよい。
【００２１】
本発明における食用色素とは、毒性が低く、人間が食べた場合でも人体への安全性が確認されている色素のことをいう。また、食用色素には、天然食用色素と合成食用色素とがあるが、合成食用色素とは食品添加物として登録されている食用色素のことをいう。
上記食用色素は、合成食用色素と天然食用色素とに大別することができる。
上記合成食用色素としては、食品添加物として登録されている食用色素が好ましい。具体的には例えば、赤色３号、赤色１０４号、赤色１０５号等の食用タール色素等が挙げられる。なお、上記食用色素としては、水溶性のものを用いることが好ましい。
【００２２】
本発明では、上記食用色素として、側鎖にアルキル基を有しないキサンテン系色素を用いることが好ましい。上記側鎖にアルキル基を有しないキサンテン系色素は、食用であることに加えて、色素増感太陽電池の増感色素として用いた場合に充分な電池性能を発現する。その結果、作製される色素増感太陽電池は、光電変換効率の高いものとなる。
【００２３】
上記側鎖にアルキル基を有しないキサンテン系色素としては、例えば、赤色３号（エリスロシン）、赤色１０４号（フロキシン）、赤色１０５号（ローズベンガル）が挙げられる。
これらの食用色素は単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。
【００２４】
上記光電極基板シートは、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法等により、樹脂基板にＩＴＯからなる透明電極を形成した後、上記透明電極上に酸化亜鉛多孔質層を形成する方法等により製造することができる。
【００２５】
上記酸化亜鉛多孔質層を形成する方法としては特に限定されず、例えば、酸化亜鉛半導体粒子と有機系バインダーを水やアルコール等の溶媒に分散させた溶液を透明電極上に塗布し、加熱を行うことにより乾燥焼成して膜を形成する塗布法；亜鉛塩を含む電解質溶液中に透明電極基板を浸漬し、電気化学的に透明電極基板上に酸化亜鉛の膜を形成する電析法等の方法を用いることができる。
【００２６】
上記塗布法やゾル−ゲル法において、透明電極上に溶液を塗布する方法としては特に限定されず、例えば、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法等が挙げられる。
【００２７】
上記電析法は、高温の焼成工程を行うことなく、結晶性の高い酸化亜鉛半導体多孔質層を得ることが可能であることから、本発明のように樹脂基板を使用する場合に好適に行うことができる。具体的には例えば、金属塩を含有する電析浴中にテンプレート色素を混合し、作用極に透明電極基板、対向極に亜鉛等の金属を配置し、酸素をバブリングしながら参照電極に対して定電圧を印加する３電極法による方法等を用いることができる。
【００２８】
（正電極基板シート）
本発明では、上記正電極基板（対向電極）シートとしては、ヨウ素を含有する電解液に耐食性のある導電性材料の基板であれば特に限定されないが、ステンレスやチタン等の耐食性金属やＩＴＯやＳｎＯ２等の透明導電性金属酸化物やポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性ポリマー等の導電層を有するものを用いることができる。
特に、上記のうちステンレス箔やチタン箔を用いることで、色素増感太陽電池作製用キットのコストを低減できるとともに、容易に任意の形状に加工することができる。
また、上記正電極基板シートとして、ステンレス箔やチタン箔と樹脂フィルムとを粘着剤を介してラミネートした積層フィルムを用いる場合は、切り出すことで任意の形状に加工でき、端部での切傷の危険性を低減することができる。更に、光電極基板シートを同様の積層フィルムとした場合、これらを合わせることで、更に柔軟性の高い色素増感太陽電池セルを作製することができる。
更に、鉛筆を用いて描画したり、塗りつぶしたりする方法を用いることで、手軽にカーボン系材料が担持された正電極基板シートとすることができる。
他に、カーボン系材料を印刷や塗布により基板表面に製膜することでも正電極基板シートにすることができる。
なお、上記ステンレスとは、通常ステンレス鋼として一般に使用されているもの、例えば、マルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト鋼等が使用でき、特にＳＵＳ３０４や、耐食性のあるＳＵＳ３１６等が好ましく使用される。
【００２９】
上記正電極基板シートの厚みは、１０〜１０００μｍである。厚みが１０μｍ未満であると、正電極基板の自立性が低下しハンドリングが悪くなり、１０００μｍを超えると、使用者が正電極基板シートを任意の形状にカットすることが困難となる。
好ましくは１００〜３００μｍである。
【００３０】
上記導電層の厚みは、５〜１００μｍであることが好ましい。上記導電層の厚みが５μｍ未満であると、シワが入りやすくハンドリング性が悪くなり、逆に導電層の厚みが１００μｍを超えると、普通の家庭用はさみで切ることが困難になる。好ましくは１０〜５０μｍである。
【００３１】
（電解液）
本発明では、ヨウ素を含有する電解液を用いる。このような電解液を用いることで、色素増感太陽電池の効率を高めることができる。更に、ヨウ素は日本に豊富に存在する資源であるため、入手が容易であることも理由の１つである。
なお、ヨウ素を含有する電解液は、ヨウ素イオンによる電子の輸送の面で優れるが、正電極基板シートを腐食しやすいという欠点も有する。しかしながら、本発明では、正電極基板シートの導電層を耐食性金属のステンレスやチタン、導電性の金属酸化物又は導電ポリマー等にすることで、腐食の問題を解決することができる。
【００３２】
上記電解液としては、ヨウ素を含有し、かつ、イオンを媒体として電子やホールを輸送できる物質であれば特に限定されず、例えば、ヨウ素及びヨウ化物等の酸化還元物質を有機溶媒に溶解した溶液を用いることができる。
具体的には例えば、上記ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウム、テトラプロピルアンモニウムヨージド、フェニルトリメチルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムヨージド、ヨウ素イオンをアニオンとするイミダゾリウム塩である１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオダイド、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムイオダイド、１−メチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオダイド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオダイド、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムイオダイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオダイド等が挙げられる。
なかでも、テトラプロピルアンモニウムヨージド、テトラブチルアンモニウムヨージド等の４級ヨウ化アルキルアンモニウムが好ましい。
【００３３】
上記有機溶媒としては、例えば、エタノール等の低級アルコール、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の多価アルコール、ニトリル系のアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルや炭化水素系のプロピレンカーボネート、ジエチルカルボナート、γープチロラクタンやポリエチレングリコール等の多価アルコール、イミダゾリウム塩等のイオン液体が挙げられる。これらの中では、安全なエタノールを用いることが好ましい。
【００３４】
上記電解液におけるヨウ素の濃度の好ましい下限は０．０２ｍｏｌ／Ｌ、好ましい上限は１．０ｍｏｌ／Ｌである。ヨウ素の濃度を上記範囲内とすることで、仮に、誤飲等がなされても、人体に悪影響がでない範囲とすることができる。
上記ヨウ素の濃度が０．０２ｍｏｌ／Ｌ未満であると、色素増感太陽電池の変換効率が低下することがあり、１．０ｍｏｌ／Ｌを超えると、ヨウ素が溶媒に溶解しにくくなったり、正電極基板シートのステンレスを腐食して、黒点が発生しやすくなったりする。
上記ヨウ素の濃度のより好ましい下限は０．０３ｍｏｌ／Ｌ、より好ましい上限は０．４ｍｏｌ／Ｌであり、さらに好ましい上限は０．２ｍｏｌ／Ｌである。
【００３５】
上記ヨウ化物の濃度は、好ましい下限はヨウ素濃度の５倍、好ましい上限はヨウ素濃度の３０倍である。即ち、上記電解液におけるヨウ化物濃度の好ましい下限は０．１ｍｏｌ／Ｌ、好ましい上限は３０ｍｏｌ／Ｌである。さらに好ましい下限はヨウ素濃度の８倍、さらに好ましい上限は１５倍である。即ち、上記電解液におけるヨウ化物濃度の好ましい濃度は０．１６ｍｏｌ／Ｌ、好ましい上限は１５ｍｏｌ／Ｌである。ヨウ化物濃度がこの範囲より大きくても小さくても光変換効率が低下することがある。
【００３６】
（電解液封止部材シート）
本発明の色素増感太陽電池作製用キットは、電解液封止部材シートを有する。
上記電解液封止部材シートは、光電極基板シートと正電極基板シートを貼り合せてセルを構成し、内部に電解液を保持するためのものである。
上記電解液封止部材シートは、両主面に粘着剤を有する樹脂フィルムであることが好ましい。
このような電解液封止部材シートを用いることで、貼り合わせに失敗してもやり直すことができるので、子供にも取り扱いやすくなる。
上記粘着剤（接着剤）としては、電解液と反応せず、電解液の溶媒に対して不活性な材料であり、樹脂基板と密着性が良い部材が好ましいが、短期間の使用であれば通常の樹脂基板用の接着剤や粘着剤が使用できる。
上記粘着剤としては例えば、アクリル系やシリコーン系やフッ素系の接着剤、粘着剤が好適に使用できる。なかでも、安価で作業性の良いことから、アクリル系の粘着剤を用いることが好ましい。
【００３７】
上記電解液封止材シートの厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。
上記電解液封止材シートの厚みが１０μｍ未満であると、電極基板間距離が小さくなり過ぎて短絡しやすくなり、粘着力や接着力も低下して、電極基板が剥がれやすくなる。逆に電解液封止材シートが１００μｍを超えると、電極基板間距離が大きくなり過ぎ、電解液層のイオン電導が遅くなるために色素増感太陽電池の特性が低下するとともに、電解液封止材シート自体の切り出しも容易ではなくなる。より好ましくは３０〜６０μｍである。
【００３８】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットは、更に正電極基板用のカーボン系材料を有することが好ましい。上記カーボン系材料は、正電極基板シートに担持させることで触媒層としての役割を有するものである。上記カーボン系材料としては、例えば、グラファイト等を用いることができる。上記グラファイトは、例えば、各種の鉛筆を用いて描画するなどして容易に正電極基板シートに塗布することができる。
【００３９】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットでは、その他の部材として、色素増感太陽電池セル同士を電気的に接続する電極挟み用のクリップ、電子メロディー等を組み合わせてキットとしてもよい。
【００４０】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットを用いて色素増感太陽電池を作製する方法としては、例えば、光電極基板シート、正電極基板シート及び電解液封止材シートを任意の形状に切り出す工程、前記光電極基板シートの酸化亜鉛多孔質層に、食用色素を担持させる工程、前記正電極基板シートのカーボン系材料を担持する工程、前記正電極基板シートに電解液封止材シートを添付する工程、ヨウ素を含有する電解液を前記光電極基板シート又は正電極基板シートに滴下する工程、及び、前記光電極基板シートと、前記正電極基板シートと貼り合わせる工程を行う方法が挙げられる。
このような色素増感太陽電池の製造方法もまた本発明の１つである。
【００４１】
本発明の色素増感太陽電池の製造方法について図面（図１〜１０）を用いて説明する。
まず、図１に示す樹脂基板、透明電極及び酸化亜鉛多孔質層２がこの順で積層された光電極基板シート１を用意した後、図２に示すように、接続端子部７を残して、酸化亜鉛多孔層部分を任意形状（図では、だんご形状）に切り出して光電極基板１１を作製する。
【００４２】
次いで、図３に示すように、光電極基板１１の酸化亜鉛多孔質層２に、側鎖にアルキル基を有しないキサンテン系色素からなる食用色素を担持させる。
上記食用色素を担持させる方法としては、例えば、上記食用色素を含有する溶液に、上記酸化亜鉛多孔質層２が形成された光電極基板１１を浸漬した後、乾燥を行う方法等が挙げられる。
【００４３】
上記酸化亜鉛多孔質層２が形成された光電極基板１１を浸漬する際の浸漬時間の好ましい下限は５分、好ましい上限は２時間である。５分未満であると、色素溶液が酸化亜鉛多孔質層２の内部まで充分に浸透しないことがあり、２時間を超えると、酸化亜鉛多孔質層２への食用色素の吸着量が多くなりすぎ、食用色素の積層吸着が発生し、酸化亜鉛多孔質層２への電子の流れを阻害してセル特性の低下や劣化を招いたりすることがある。
【００４４】
上記食用色素を含有する溶液に用いる溶媒としては、食用色素を溶解することができ、基板フィルムを劣化させないものであれば特に限定されず、例えば、水、エタノール等のアルコール類、アセトニトリル等が挙げられる。本発明においては、水道水で溶解させることも考えられるため、水が好ましい。
【００４５】
上記食用色素を含有する溶液における食用色素の含有量は、０．０１〜１０重量％であることが好ましく、より好ましくは０．１〜１重量％である。上記含有量が０．０１重量％未満であると、酸化亜鉛多孔質層への食用色素の吸着が不充分となることがあり、１０重量％を超えて添加しても食用色素の吸着量は飽和して余分な食用色素が発生する。
【００４６】
本発明において食用色素を担持させる方法としては、図３に示すように、上記食用色素を含有する溶液を、シャーレ等のガラス容器に入れ、その中に光電極基板シートを浸漬する方法のほか、色素増感太陽電池作製用キットを包装するためのポリ袋に、上記食用色素を含有する溶液を入れて食用色素を担持させてもよい。
【００４７】
次に、図４及び図５に示すように、ステンレスからなる正電極基板シート３（図４）に、鉛筆等を用いてグラファイト４を担持する（図５）。本発明では、鉛筆等を用いて容易にグラファイト４を正電極基板シート３に担持することができる。グラファイト４は、触媒層としての役割を有する。
鉛筆を用いてグラファイト４を担持させる場合、上記鉛筆の硬度については特に限定されないが、ＨＢ以下の硬度であることが好ましく、２Ｂ以下の鉛筆を用いることがより好ましい。
【００４８】
次いで、図６に示すように、接続端子部８を残して、グラファイト４を担持した部分を任意形状（図では、だんご形状）に切り出して正電極基板１３を作製する。
【００４９】
次いで、図７に示すように、正電極基板１３に任意形状（図では、だんご形状の周辺部）に切り出し両面テープ５を添付する。
【００５０】
本発明の色素増感太陽電池の製造方法において、上記光電極基板シート、正電極基板シート及び電解液封止材シートを任意の形状に切り出す方法としては、目的形状の型紙を作製し、それを光電極基板シート、正電極基板シート、電解液封止材シートに重ね合わせて、型紙の輪郭に合わせてカッターやはさみで各シートを切り出す方法が挙げられる。
本発明の色素増感太陽電池作製用キットを用いることで、簡便な方法で形状を容易に変化させることが可能となり、作製の自由度が大幅に向上する。
【００５１】
本発明において、光電極基板及び正電極基板の切り出す際には、貼り合せた色素増感太陽電池セルの接続端子間の距離が０．５〜１０ｃｍ程度となるようにすることが好ましく、より好ましくは１〜５ｃｍである。接続端子間の距離が長いと接続端子間の基板電極の抵抗が大きくなり、それによる損失が大きいため、色素増感太陽電池セルの発電効率が低下し、デバイスの動作が難しくなり、逆に接続端子間の距離が短いと色素増感太陽電池セルが小さくなることで、全体の発電量が減少し、デバイスを動作させにくくなる。
【００５２】
そして、図８に示すように、光電極基板１１の酸化亜鉛多孔質層２にスポイト６等を用いてヨウ素電解液を滴下する。逆に、正電極基板１３のグラファイト４を担持した部分（両面テープで囲まれた部分）に滴下することもできる。
ヨウ素電解液を滴下する方法としては特に限定されないが、スポイト等を用いて光電極基板の酸化亜鉛多孔膜の面積が１ｃｍあたり数滴程度滴下することが好ましい。
上記ヨウ素電解液を滴下する際の滴下量は、１ｃｍ２あたり１〜４０μＬが好ましい。さらに好ましくは１ｃｍ２あたり２〜２０μＬである。
上記滴下量が１μＬ未満であると、作製される色素増感太陽電池セル中に電解液が満たされず、発電能力が低下することがある。４０μＬを超えると、電解液が色素増感太陽電池セル外に漏れ出しやすくなる。
【００５３】
その後、図９及び図１０に示すように、光電極基板１１と、正電極基板１３と貼り合わせる（図９）ことで、色素増感太陽電池セルを作製する（図１０）。
本発明の方法では、正電極基板１３に電解液を滴下した後に、光電極基板１１を貼り付けて色素増感太陽電池セルを作製する。このような方法では、ヨウ素電解液の滴下量を予め決定しておくことで、ヨウ素電解液がセル外部に漏れる不具合を防止して、安全かつ清潔にセルを作製することができる。
【００５４】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットによれば、安全にかつ簡便に色素増感太陽電池を組み立てることができ、その組立作業の体験を通して、楽しみながら学習することができる。また、本発明の色素増感太陽電池作製用キットは、学生の学習教材として使うこともできるし、ＤＩＹセットとして使うこともできる。
また、組立後に得られる色素増感太陽電池は、屋外の太陽光下（照度５００００〜１００００ｌｘ程度）でも電子オルゴール等を動作させることができ、屋内でも蛍光灯等の補助光を使用すれば太陽電池として使用することができる。
本発明の色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池もまた本発明の１つである。
【００５５】
本発明の色素増感太陽電池作製用キットを用いて得られる色素増感太陽電池（色素増感太陽電池セル）の一例を図１１に示す。
図１１に示すように、花びら形状の色素増感太陽電池セル２０は、食用色素が担持された酸化亜鉛多孔質層２７、光電極用端子２６、正電極用端子２４を有し、電解液封止部材で封止された部分に電解液が封入されている。また、各端子を介して複数の色素増感太陽電池２０を接続し、モジュールとすることで、例えば、花形の色素増感太陽電池モジュールとすることができる。
また、本発明で得られる色素増感太陽電池セルは、光電極基板又は正電極基板に接続端子部を１つ有するものであってもよく、複数有するものであっても良い。接続端子部を２個有する場合の一例を図１２に示す。接続端子部は、数が多いほど、色素増感太陽電池セルの接続端子間の距離を短くすることができることから、接続端子部を複数有することで、色素増感太陽電池セルの効率を向上させることが可能となる。逆に、同じ性能を有するものであれば、より大きなセルを作製することができる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明によれば、安価かつ簡便な方法で安全に組み立てることができ、使用者が自由に切り出すことが可能となることで任意形状の色素増感太陽電池を作製できる色素増感太陽電池作製用キットを提供することができる。また、本発明は、該色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池の製造方法及び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】
【００５７】
【図１】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図４】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図５】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図７】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図８】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図９】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図１０】本発明の色素増感太陽電池の製造方法を示す模式図である。
【図１１】本発明の色素増感太陽電池の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の色素増感太陽電池の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下に実施例を掲げて本発明の態様を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
【００５９】
（実施例１）
（１）光電極基板シートの作製
ＰＥＴフィルム（東洋紡社製、コスモシャインＡ４１００、厚み２００μｍ）に、ＵＶ硬化アクリル樹脂のハードコートを施した後、透明電極としてＩＴＯ膜を、スパッタリング法を用いて成膜した後、７×１４ｃｍに切り出した。
なお、ＩＴＯ膜はＤＣスパッタリング法により形成し、アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量１．５ｓｃｃｍ、電圧３７０Ｖ、電流２Ａの条件で２０分成膜した。得られたＩＴＯ膜の厚みは０．１５μｍであり、表面抵抗は２４Ω／□であった。
【００６０】
次いで、酸化亜鉛微粒子（テイカ製ＭＺ−５００）３．０ｇに対して、溶媒（テルピネオール）７．０ｇとバインダー（エチルセルロース）０．１ｇを添加し、混合分散してペーストを作製した。その後、得られたペーストを５×１４ｃｍの矩形パターンでスクリーン印刷し、１００℃３０分で溶媒乾燥し、厚み１０μｍの酸化亜鉛半導体多孔膜を成膜することで、両端部に接続端子部を有する光電極基板シートとした。
【００６１】
（２）正電極基板シートの作製
ステンレス箔（ＳＵＳ３０４、厚み２０μｍ）とＰＥＴフィルム（厚み１００μｍ）とを両面テープ（日東電工社製、５６０５、厚み５０μｍ）を介してラミネートし、これを７×１４ｃｍに切り出すことで、積層シートからなる正電極基板シートを作製した。
【００６２】
（３）両面テープシートの作製
両面テープ（日東電工社製、５６０５）を離型紙にラミネートし、５×１４ｃｍサイズに切り出すことにより、両面テープシートを作製した。
【００６３】
（４）色素水溶液の作製
食用赤色３号色素（エリスロシン）０．５ｇを、水９９．５ｇに溶かして、色素水溶液１００ｇを作製した。
【００６４】
（５）色素増感太陽電池作製用キットの組み合わせ
得られた光電極基板シート、正電極基板シート、ヨウ素電解液（ヨウ素濃度０．０５ｍｏｌ／Ｌ、テトラブチルアンモニウムヨージド［ＴＢＡＩ］０．５ｍｏｌ／Ｌ、プロピレンカーボネート［ＰＣ］溶媒）、食用赤色３号色素（エリスロシン）水溶液、両面テープシート、シャーレ、スポイト及び、ピンセットを組み合わせて色素増感太陽電池作製用キットとした。
【００６５】
（６）色素増感太陽電池セルの作製
得られた色素増感太陽電池作製用キットを用いて色素増感太陽電池セルを作製した。
まず、家庭用のはさみを用いて、光電極基板シートの接続端子部を残し、酸化亜鉛多孔膜部分を約３×５ｃｍのサイズに円形のセルが２個並んだだんご形状に切り出して光電極基板を作製した。
また、正電極基板シートについても、通常の家庭用のはさみを用いて、接続端子部分のみを光電極基板シートと反対側に形成した以外は光電極基板シートと同様の形状に切り出した。
更に、両面テープシートについても、光電極基板シートと同様の形状に切り出し、さらにその内側を、幅３ｍｍを残して内側部分を切り抜いて、光電極基板に合った両面テープシートを作製した。
次いで、色素水溶液をシャーレに入れて、酸化亜鉛半導体多孔膜を形成した光電極基板を１５分浸漬した後、水洗し３０分間自然乾燥することで、酸化亜鉛半導体多孔膜に色素が担持された光電極基板を得た。
次いで、４Ｂ鉛筆でグラファイトを塗布した正電極基板の周辺部に両面テープシールを貼り付けた。その後、光電極基板の酸化亜鉛半導体多孔膜の上にヨウ素電解液を所定量滴下した後に、正電極基板を貼り合せて、色素増感太陽電池セルを作製した。
【００６６】
（実施例２）
（１）光電極基板シートの作製
厚み１００μｍのＰＥＴフィルム（東洋紡社製、コスモシャインＡ４１００、厚み１００μｍ）に、実施例１と同様に透明電極としてＩＴＯ膜を、スパッタリング法を用いて成膜した後、７×１４ｃｍに切り出した。得られたＩＴＯ膜の厚みは０．１５μｍであり、表面抵抗は２２Ω／□であった。
【００６７】
次いで、実施例１と同様に酸化亜鉛ペーストを作製し、それを５×１４ｃｍの矩形パターンでバーコート印刷し、１００℃３０分で溶媒乾燥し、厚み１２μｍの酸化亜鉛半導体多孔膜を成膜することで、両端部に接続端子部を有する光電極基板シートとした。
【００６８】
（２）正電極基板シートの作製
チタン箔（厚み２０μｍ）とＰＥＴフィルム（厚み１００μｍ）とを両面テープ（日東電工社製、５６０５、厚み５０μｍ）を介してラミネートし、これを７×１４ｃｍに切り出すことで、積層シートからなる正電極基板シートを作製した。
【００６９】
（３）両面テープシートの作製
実施例１と同様に両面テープシートを作製した。
【００７０】
（４）色素水溶液の作製
実施例１と同様に色素水溶液１００ｇを作製した。
【００７１】
（５）色素増感太陽電池作製用キットの組み合わせ
得られた光電極基板シートと正電極基板シートに、実施例１と同様のヨウ素電解液、色素水溶液、両面テープシート、シャーレ、スポイト及び、ピンセットを組み合わせて色素増感太陽電池作製用キットとした。
【００７２】
（６）色素増感太陽電池セルの作製
得られた色素増感太陽電池作製用キットを用いて色素増感太陽電池セルを作製した。
まず、通常の家庭用のはさみを用いて、光電極基板シートの接続端子部を残して、酸化亜鉛多孔膜部分を縦横３×３ｃｍのサイズの三角形セルが２個並んだ形状に切り出して光電極基板を作製した。
また、正電極基板シートについても、通常の家庭用のはさみを用いて、接続端子部分のみを、光電極基板シートと反対側に形成した以外は光電極基板シートと同様の形状に切り出した。
更に、両面テープシートについても、光電極基板シートと同様の形状に切り出し、さらにその内側を、幅３ｍｍを残して内側部分を切り抜いて、光電極基板に合った両面テープシートを作製した。
次いで、実施例１と同様に、酸化亜鉛半導体多孔膜に色素が担持された光電極基板を得た。
次いで、実施例１と同様に正電極基板を作製し、その後、光電極基板の酸化亜鉛半導体多孔膜の上にヨウ素電解液を所定量滴下した後に、正電極基板を貼り合せて、色素増感太陽電池セルを作製した。
【００７３】
（比較例１）
実施例１の「（１）光電極基板シートの作製」において、ＰＥＴフィルム（東洋紡社製、コスモシャインＡ４１００、厚み２００μｍ）に代えて、ポリカーボネートシート（厚み２０００μｍ）を用いた以外は実施例１と同様にして光電極基板シートの作製を行った。
次いで、得られた光電極基板シートを用いて、実施例１と同様の方法で、色素増感太陽電池セルの作製を試みたが、家庭用のはさみを用いて、光電極基板シートをだんご形状に切り出すことができず、色素増感太陽電池セルの作製はできなかった。
【００７４】
（比較例２）
実施例１の「（１）光電極基板シートの作製」において、透明電極としてＩＴＯ膜を、ＤＣスパッタリング法を用いて下記条件で成膜した後、７×１４ｃｍに切り出した。なお、得られたＩＴＯ膜の厚みは０．３５μｍであり、表面抵抗は９．８Ω／□であった。
（スパッタリング条件）
アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量１．５ｓｃｃｍ、電圧３７０Ｖ、電流２Ａの条件で６０分成膜した。
【００７５】
しかしながら、得られたＩＴＯ膜付き樹脂基板シートは、反りが大きく、その後の印刷等の工程に進められるものではなかった。また、これを無理に引き伸ばしてはさみで切り出すと、ＩＴＯ膜がひび割れし、外観的にも透明性が損なわれ使用できなくなった。
【００７６】
（比較例３）
実施例１の「（２）正電極基板シートの作製」において、ステンレス箔（ＳＵＳ３０４、厚み２０μｍ）とＰＥＴフィルム（厚み１００μｍ）との積層シートに代えて、厚み２００μｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４）を用いた以外は実施例１と同様にして、正電極基板シートを作製した。
次いで、得られた光電極基板シートを用いて、実施例１と同様の方法で、色素増感太陽電池セルの作製を試みたが、家庭用のはさみを用いて、正電極基板シートをだんご形状に切り出すことができず、色素増感太陽電池セルの作製はできなかった。
【００７７】
（比較例４）
実施例１の「（１）光電極基板シートの作製」において、ＰＥＴフィルム（東洋紡社製、コスモシャインＡ４１００、厚み２００μｍ）に代えて、厚み６μｍのＰＥＴフィルムを用いた以外は実施例１と同様にして光電極基板シートを作製した。
しかしながら、透明電極としてＩＴＯを成膜した後にシートの反りが大きくなり、その後の工程に使用可能な光電極基板シートの作製はできなかった。
【００７８】
（比較例５）
実施例１の「（１）光電極基板シートの作製」において、透明電極としてＩＴＯ膜を、ＤＣスパッタリング法を用いて下記条件で成膜した後、７×１４ｃｍに切り出した。なお、得られたＩＴＯ膜の厚みは０．０２μｍであり、表面抵抗は２００Ω／□であった。
（スパッタリング条件）
アルゴンガス流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量１．５ｓｃｃｍ、電圧３７０Ｖ、電流２Ａの条件で２分成膜した。
透明電極であるＩＴＯ膜以外は実施例１と同様にして光電極基板シートを作製し、これを用いた以外は実施例１と同様にして色素増感太陽電池セルを作製した。
【００７９】
（比較例６）
実施例１の「（２）正電極基板シートの作製」において、ステンレス箔（ＳＵＳ３０４、厚み２０μｍ）とＰＥＴフィルム（厚み１００μｍ）との積層シートに代えて、厚み５μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０４）を用いた以外は実施例１と同様にして正電極基板シートを作製した。
次いで、得られた正電極基板シートを用いて、実施例１と同様の方法で、色素増感太陽電池セルの作製を試みたが、シワが生じるため、家庭用のはさみを用いて、正電極基板シートをだんご形状に切り出すことができず、色素増感太陽電池セルの作製はできなかった。
【００８０】
（評価）
（１）色素増感太陽電池作製用キットの評価
（１−１）任意形状の色素増感太陽電池の作製
実施例及び比較例で得られた色素増感太陽電池作製用キットについて、通常の家庭用のはさみを用いて、光電極基板シート又は正電極シートを任意の形状に切り出すことができた場合を「〇」、光電極基板シート又は正電極シートを任意の形状に切り出すことができなかった場合を「×」とした。
なお、この評価で「×」の場合は、色素増感太陽電池作製用キットとしては使用できないものと判断して以下の評価は行わなかった。
【００８１】
（２）色素増感太陽電池セルの評価
（２−１）光電変換特性
実施例及び比較例で得られた色素増感太陽電池セルについて、光源強度が１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ２）であるソーラーシミュレータを用い、光電変換効率（η）を測定した。
【００８２】
（２−２）電子オルゴールの動作
得られた色素増感太陽電池セルを４個直列にクリップで接続した後、電子オルゴールと接続した。これに屋内で蛍光灯を補助光として照射して、セル表面を照度１０００ｌｘに設定した際に、電子オルゴールを鳴らすことができた場合を「〇」、鳴らすことができなかった場合を「×」とした。
【００８３】
【表１】
2013097920.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、安価かつ簡便な方法で安全に組み立てることができ、使用者が自由に切り出すことが可能となることで任意形状の色素増感太陽電池を作製できる色素増感太陽電池作製用キットを提供することができる。また、本発明は、該色素増感太陽電池作製用キットを用いてなる色素増感太陽電池の製造方法及び色素増感太陽電池を提供することができる。
【図１】
2013097920.tif 000003
【図２】
2013097920.tif 000004
【図３】
2013097920.tif 000005
【図４】
2013097920.tif 000006
【図５】
2013097920.tif 000007
【図６】
2013097920.tif 000008
【図７】
2013097920.tif 000009
【図８】
2013097920.tif 000010
【図９】
2013097920.tif 000011
【図１０】
2013097920.tif 000012
【図１１】
2013097920.tif 000013
【図１２】
2013097920.tif 000014