(57)【要約】【課題】電荷を帯びた有機色素を用いた色素増感型太陽電池において、耐久性をより向上する。【解決手段】色素増感型太陽電池モジュール１０は、色素増感型太陽電池４０を複数備えている。この色素増感型太陽電池４０は、電荷を帯びた有機色素を含む多孔質半導体層２４を透明導電性基板１４上に備えた光電極２０と、光電極２０に向かい合うように配置された対極３０と、光電極２０と対極３０との間に介在する電解液を含む電解質層２６と、を備え、電解液には酸化還元するヨウ素系化合物と中性分子の添加剤とヨウ素系化合物及び添加剤を溶解する溶媒とを含んでいる。有機色素は、スクアリリウム化合物であることが好ましい。また、電解液に含まれる添加剤は、グアニジンチオシアネートやＬｉＩなどの電荷を帯びた添加剤を含んでいないことが好ましい。【選択図】図１
2013257974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を帯びた有機色素を含む半導体層を透明導電性基板上に備えた光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
酸化還元するヨウ素系化合物と、中性分子の添加剤と、前記ヨウ素系化合物及び前記添加剤を溶解する溶媒と、を含み前記光電極と前記対極との間に介在する電解質層と、
を備えた色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記有機色素は、スクアリリウム骨格を有する有機色素である、請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記電解質層は、電荷を帯びた添加剤を含んでいない、請求項１又は２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池を複数備えている、色素増感型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、半導体材料に吸着されている光増感剤としての色素が光を受けたときに励起され、この色素から半導体材料へ電子が注入されることによって光電流を生じる太陽電池である。この色素増感型太陽電池は、グレッツェルらにより提案されて以来、使用する材料が安価であること、比較的シンプルなプロセスで製造できること等の利点から、その実用化が期待されている。この色素増感型太陽電池は、その実用化のために、電池寿命を十分に長くするための耐久性や、高いエネルギー変換効率を有することが求められている。このなかで、例えば、様々な色の色素増感型太陽電池を構成するため、青色を呈する有機色素を用いたものが提案されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４６，３７３（２００７）
【非特許文献２】Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．，１９，２７２０（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した色素増感型太陽電池では、初期性能に関する検討は行われているが、耐久性については十分検討されておらず、屋外環境で実用性能があるかどうかが不明であった。このため、例えば、青色を有する色素増感型太陽電池の耐久性をより向上することが望まれていた。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、電荷を帯びた有機色素を用いたものにおいて、耐久性をより向上することができる色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、青色を呈する電荷を帯びた有機色素を用いた色素増感型太陽電池の電解液に電荷を有さない添加剤を添加する、更に電荷を有する添加剤を加えないものとすると、耐久性をより向上することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の色素増感型太陽電池は、
電荷を帯びた有機色素を含む半導体層を透明導電性基板上に備えた光電極と、
前記光電極に向かい合うように配置された対極と、
酸化還元するヨウ素系化合物と、中性分子の添加剤と、前記ヨウ素系化合物及び前記添加剤を溶解する溶媒と、を含み前記光電極と前記対極との間に介在する電解質層と、
を備えたものである。
【０００８】
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、上述した本発明の色素増感型太陽電池を複数備えているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、耐久性をより向上することができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、スクアリリム色素のように電荷を帯びた色素の場合には、電解液に電荷を帯びた添加剤を用いると、色素の吸収帯域（波長領域）が狭くなり、分光感度が低くなり、電流が低下することがあった。そこで、電荷を帯びていない添加剤（中性分子）を用いる電解液の組成にすることで、色素の安定性を向上させることができる。また、このように、電解液の組成を最適化することで、電解液のイオンの拡散抵抗の増大を抑制でき、その結果、色素増感型太陽電池の耐久性を向上することができるものと推察される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】色素増感型太陽電池モジュール１０の構成の概略の一例を示す断面図。
【図２】色素増感型太陽電池４０の構成の概略の一例を示す断面図。
【図３】屋外暴露試験と劣化促進試験との対応関係を示す説明図。
【図４】実験例２〜４のイオン化ポテンシャルの説明図。
【図５】実施例１及び比較例１の電池特性の測定結果。
【図６】実施例１のＩＰＣＥの測定結果。
【図７】比較例１のＩＰＣＥの測定結果。
【図８】実施例１の交流インピーダンス測定結果。
【図９】比較例１の交流インピーダンス測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の色素増感型太陽電池モジュールの一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、色素増感型太陽電池モジュール１０の構成の概略の一例を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る色素増感型太陽電池モジュール１０は、透明導電性基板１４に複数の色素増感型太陽電池４０（以下セルとも称する）が順次配列した構成となっている。これらのセルは直列に接続されている。この色素増感型太陽電池モジュール１０では、各セルの間を埋めるように、シール材３２が形成されており、透明導電性基板１４とは反対側のシール材３２の面に平板状の保護部材３４が形成されている。本実施形態に係る色素増感型太陽電池４０は、光が透過する透明基板１１の表面に透明導電膜１２が形成されている透明導電性基板１４と、透明導電膜１２に形成され色素を含む多孔質半導体層２４と、多孔質半導体層２４に対して電解質層２６を介して設けられた対極３０と、を備えている。光電極２０は、透明導電性基板１４と、透明基板１１の受光面１３の反対側の面に分離形成された透明導電膜１２に配設され受光に伴い電子を放出する多孔質半導体層２４とを備えている。この色素増感型太陽電池４０は、多孔質体に電解液を含んで形成された電解質層２６を備えており、イオン性液体等の電解液を介して発電可能な構成となっている。
【００１２】
本発明の色素増感型太陽電池４０は、電荷を帯びた有機色素を含む多孔質半導体層２４を透明導電性基板１４上に備えた光電極２０と、光電極２０に向かい合うように配置された対極３０と、酸化還元するヨウ素系化合物と中性分子の添加剤とヨウ素系化合物及び添加剤を溶解する溶媒とを含み光電極２０と対極３０との間に介在する電解質層２６と、を備えている。
【００１３】
透明導電性基板１４は、透明基板１１と透明導電膜１２とにより構成され、光透過性及び導電性を有するものである。具体的には、フッ素ドープＳｎＯ2コートガラス、ＩＴＯコートガラス、ＺｎＯ：Ａｌコートガラス、アンチモンドープ酸化スズ（ＳｎＯ2−Ｓｂ）コートガラス等が挙げられる。また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものも使用できる。この透明導電性基板１４の透明導電膜１２側の両端には、集電電極１６，１７が設けられており、この集電電極１６，１７を介して色素増感型太陽電池４０で発電した電力を利用することができる。
【００１４】
透明基板１１としては、例えば、透明ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが挙げられ、このうち、透明ガラスが好ましい。この透明基板１１は、透明なガラス基板、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射を防止したもの、すりガラス状の半透明のガラス基板など光を透過するものなどとしてもよい。透明導電膜１２は、例えば、透明基板１１上に酸化スズを付着させることにより形成することができる。特に、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物を用いれば、好適な透明導電膜１２を形成することができる。透明導電膜１２は、所定の間隔に溝１８が形成されており、この溝１８の幅に相当する間隔を隔てて複数の透明導電膜１２の領域が分離形成されている。
【００１５】
多孔質半導体層２４は、光増感剤である有機色素と、有機色素を含む多孔質のｎ型半導体層とにより形成されている。ｎ型半導体としては、金属酸化物半導体や金属硫化物半導体などが適しており、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）のうち少なくとも１以上であることが好ましく、このうち多孔質の酸化チタンがより好ましい。これらの半導体材料を微結晶又は多結晶状態にして薄膜化することにより、良好な多孔質のｎ型半導体層を形成することができる。特に、多孔質の酸化チタン層は、光電極２０のｎ型半導体層として好適である。また、酸化チタンとしては、伝導帯の下端のエネルギー準位がより高く、開放端電圧がより高いことから、ルチル型ＴｉＯ2よりもアナターゼ型ＴｉＯ2が好ましい。
【００１６】
有機色素は、電荷を帯びた化合物である。この有機色素としては、例えば、スクアリリウム骨格を有するものが挙げられる。スクアリリウム骨格を有する有機色素としては、例えば、次式（１）で表される非対称スクアリリウム化合物としてもよいし、次式（２）で表される対称スクアリリウム化合物としてもよいし、ビス型スクアリリウム化合物であるものとしてもよい。また、非対称スクアリリウム骨格を有する有機色素としては、例えば、次式（３）〜（１４）で表される化合物などが挙げられる。なお、式（２）の有機色素の分子構造式は、「実用化に向けた色素増感太陽電池  高効率化・低コスト化・信頼性向上、出版社：株式会社エヌ・ティー・エス、第５章  色彩豊かな太陽電池の実現を目指して  １３９頁、図２７」を参照した。また、式（３）〜（１４）の有機色素の分子構造式は、上記文献の「第５章  色彩豊かな太陽電池の実現を目指して  １３４頁、図１８」を参照した。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
【化２】
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【００１９】
電解質層２６は、対極３０と光電極２０との間の電子の受け渡しを媒介する層であり、例えば、液状またはゲル状の電解質を含むものとしてもよい。この電解質層２６は、例えば、多孔質体に電解液を含む層とすることが好ましい。この多孔質体は、電解液を保持可能であり、電子伝導性を有さない多孔体であれば特に限定されず、例えば、多孔質体として、ルチル型の酸化チタン粒子により形成した多孔体を使用してもよい。多孔質体は、多孔質半導体層２４の裏面２５を覆う部分と、多孔質半導体層２４のうち裏面２５に隣接する側面に密着する顎状の縁部分とを有している。この鍔状の縁部分は、透明基板１１に直接、接触している。透明導電性基板１４と電解質層２６の多孔質体との接続部において、透明導電膜１２の一部は、例えばレーザスクライブ等の技術により完全に削りとられ、透明基板１１の表面が露出される深さの溝１８が形成されている。そして、この溝１８に電解質層２６の多孔質体の鍔状に形成された縁部分が挿入されている。
【００２０】
電解質層２６に含まれる電解液は、酸化還元するヨウ素系化合物と中性分子の添加剤とヨウ素系化合物及び添加剤を溶解する溶媒とを含んでいる。ヨウ素系化合物としては、例えばヨウ素（Ｉ2）や、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨージド（ＰＭＩＩ）、１，２ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＰＩＩ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヨージド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヨージド、１−アリル−３−エチルイミダゾリウムヨージド、１，３−ジメチルイミダゾリウムヨージドなどが挙げられる。このうち、ヨウ素とＰＭＩＩとの組み合わせや、ヨウ素とＤＭＰＩＩとの組み合わせなどが好ましい。
【００２１】
電解液に含まれる中性分子の添加剤としては、Ｎ−メチルベンズイミダゾール（ＮＭＢＩ）などのベンズイミダゾール誘導体や、ｔ−ブチルピリジン（ＴＢＰ）などが挙げられる。このような添加剤を添加することにより、色素増感型太陽電池の耐久性がより一層向上する。ベンズイミダゾール誘導体は、例えば、ベンゾイミダゾール環と、これに直接結合した、置換基を有していてもよい飽和炭化水素基と、を有するものとしてもよい。この飽和炭化水素基の炭素数は１〜１１であることがより好ましく、３〜１１であることが更に好ましい。飽和炭化水素基は直鎖状であってもよいし、分岐していてもよいが、直鎖状であることがより好ましい。また、飽和炭化水素基はヒドロキシル基やアルデヒド基を有していてもよい。電解液中の添加剤の濃度は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲であることが好ましい。
【００２２】
電解液に含まれる溶媒としては、例えば、イオン性液体とすることが好ましい。イオン性液体としては、例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ）、１−アリル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＡＭＩＩ−ＴＦＳＩ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩ−ＴＣＢ）、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＢＭＩ−ＢＦ４）などのイミダゾリウム塩が挙げられる。このイオン性液体を含むものとすれば、粘度をより好適な範囲とし、色素増感型太陽電池４０において、光電流や光電変換効率を更に向上させることができる。この溶媒の割合は、ヨウ素系化合物と溶媒との総和を１００体積％とした場合に、５〜９５体積％であることが好ましい。また、溶媒としては、イオン性液体に加えて又はこれに代えて、例えば、３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）、アセトニトリル等のニトリル系溶媒、γ−ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系溶媒、エチレンカーボネート、プロプレンカーボネート等のカーボネート系溶媒などのうち１以上を含むものとしてもよい。
【００２３】
電解液には、電荷を帯びた添加剤を含んでいないことが好ましい。この電荷を帯びた添加剤としては、例えば、グアニジンチオシアネートやＬｉＩなどが挙げられる。電荷を帯びた有機色素に対して、電荷を帯びた添加剤を含む電解液を用いると、例えば、色素と電解液との界面の抵抗や、電解液のイオン拡散抵抗などが上昇したり、有機色素の構造変化などが起きるなど、好ましくない。これに対して、電荷を帯びた有機色素に対して、電荷を帯びない添加剤を含む電解液を用いると、色素増感型太陽電池の耐久性をより向上することができ好ましい。
【００２４】
対極３０は、電解質層２６の裏面２７及び鍔状の縁部分とに接触するよう、鍔状の縁部分を有する断面Ｌ字状に形成されている。この対極３０は、電解質層２６の裏面に接続されていると共に、鍔状の縁部分が接続部２１を介して隣側の透明導電膜１２に接続されている。電解質層２６の裏面２７と接触するこの対極３０の面は、光電極２０に対して所定の間隔を隔てて対向している。対極３０としては、導電性及び電解質層２６との接合性を有するものであれば特に限定されず、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，カーボンなどが挙げられ、このうちカーボンが好ましい。この対極３０は、例えば、カーボンブラック粒子と、グラファイト粒子と、アナターゼ型の酸化チタン粒子等の導電性酸化物粒子とを構成材料として形成された多孔質の炭素電極としてもよい。なお、この対極３０には、例えば、電極反応の速度をより速やかに進行させる観点から、Ｐｔ微粒子などの触媒微粒子が分散担持されていてもよい。
【００２５】
シール材３２は、各色素増感型太陽電池４０の外周側を覆うように形成されており、電解質層２６中に充填されている電解質が外部へ漏れ出すことを防止することを主な目的として設けられている。シール材３２としては、例えば、絶縁性の部材であれば特に限定されずに用いることができ、ポリエチレン、アイオノマー樹脂等の熱可塑性樹脂フィルム、エポキシ系接着剤等を使用することができる。
【００２６】
保護部材３４は、色素増感型太陽電池４０の保護を図る部材であり、例えば、防湿フィルムや保護ガラスなどとすることができる。
【００２７】
この色素増感型太陽電池４０に対して、透明基板１１の受光面１３側から光を照射すると、透明導電膜１２の受光面１５及び受光面２３を介して光が多孔質半導体層２４へ到達し、有機色素が光を吸収して電子が発生する。電子は光電極２０から透明導電膜１２、接続部２１を経由して隣の対極３０へ移動する。色素増感型太陽電池４０では、この電子の移動により起電力が発生し、電池の発電作用が得られる。この色素増感型太陽電池モジュール１０では、多孔質半導体層２４に、電荷を帯びた有機色素を含むと共に、電解質層２６に酸化還元するヨウ素系化合物と中性分子の添加剤とヨウ素系化合物及び添加剤を溶解する溶媒とを含むため、例えば、短絡電流密度Ｊｓｃや変換効率ηなどの耐久性をより向上することができる。この理由は、例えば、電荷を有する添加剤を含まないため、色素の吸収帯域（波長領域）が狭くなることや、分光感度が低くなること、電流が低下することなどをより抑制することができるためであると推察される。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２９】
例えば上述した実施形態では、色素増感型太陽電池モジュール１０としたが、特にこれに限定されず、色素増感型太陽電池４０としてもよい。図２は、色素増感型太陽電池４０の構成の概略の一例を示す断面図である。図２では、図１で説明した構成と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。図２に示すように、色素増感型太陽電池４０の単体では、電解質層２６や対極３０を断面をＬ字状ではなく、鍔状の縁部分を省略して平板状に形成するものとしてもよい。また、対極３０は、例えば透明導電性基板１４と同じ構成を有するものを用いるものとしてもよいし、透明導電膜１２に白金を付着させたものや、白金などの金属薄膜などとしてもよい。更に、電解質層２６は、多孔質体を省略し、光電極２０と対極３０との空間に電解液を収容したものとしてもよい。
【実施例】
【００３０】
以下には、本発明の色素増感型太陽電池４０を具体的に作製した例を実施例として説明する。まず、耐久性試験についての考察及び青色を呈する有機色素を用いた色素増感型太陽電池の検討を行った結果を実験例として説明する。
【００３１】
［耐久性試験：実験例１］
透明導電膜（ＴＣＯ）付ガラス基板に、ｎ型半導体であるチタニア（ＴｉＯ2）を含有するチタニアペーストをスクリーン印刷法で塗工した。このチタニア電極を次式（１５）に示す色素（色素１：Ｎ７１９）の溶液に浸漬し、色素吸着チタニア電極を作製した。この電極のチタニア側と、Ｐｔを担持したＴＣＯ基板のＰｔ側を張り合わせ、その間に電解液を封入してシールし、色素増感型太陽電池とした。電解液は、ヨウ素、１，２ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＰＩＩ）、Ｎ−メチルベンズイミダゾール（ＮＭＢＩ）及びγ−ブチロラクトンを含む溶液を用いた。このセルを用いて、屋外で発電を継続する屋外暴露試験と、劣化を促進させる状態（１ｓｕｎ，６０℃）で発電を継続させる劣化促進試験とを行った。図３は、屋外暴露試験と劣化促進試験との対応関係を示す説明図である。図３では、初期値を値１に標準化したデータを示した。図３に示すように、屋外暴露試験を２．５年間行った結果と、１ｓｕｎ，６０℃で３０００ｈ行った劣化促進試験の結果との間に相関関係があり、１ｓｕｎ，６０℃での劣化促進試験を行うことにより、色素増感型太陽電池の耐久性をより適切に評価することができることがわかった。このため、劣化促進試験により耐久性を評価するものとした。
【００３２】
【化３】
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【００３３】
［初期特性の検討：実験例２〜４］
次に、一般的な色素と青色を呈する有機色素とを用いた色素増感型太陽電池の初期特性について検討した。色素を次式（１６）〜（１８）の色素とした以外は実験例１と同様の工程で作製した色素増感型太陽電池をそれぞれ実験例２〜４とした。実験例２では色素２（Ｚ９０７）、実験例３では青色を呈する有機色素３（ＳＱ２）、実験例４では青色を呈する色素４（ＰＣＨ００１）を用いた。
【００３４】
【化４】
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【００３５】
【化５】
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【００３６】
【化６】
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【００３７】
（光電変換効率の測定）
５００Ｗのキセノンランプを搭載したＡＭ１．５Ｇソーラシミュレータ（ＷＸＳ−８５−Ｈ、ワコム電創社製）とＩＶテスター（ＩＶ−９７０１、ワコム電創社製）を使い、実験例２〜４の色素増感型太陽電池の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性（ＩＶ特性）を計測し、光電変換効率を測定した。
【００３８】
（イオン化ポテンシャル（ＩＰ）評価）
光電子分光測定器（理研計器社製ＡＣ−２）を用いて、半導体材料であるチタニアの表面に吸着させた色素２〜４のイオン化ポテンシャルの測定を行った。ＡＣ−２に搭載された紫外線放射用光源に重水素ランプを用いて、波長２００〜３００ｎｍの光を分光器で任意の波長に分光し、サンプル表面に照射した。この照射光をエネルギーの低い方から高い方へ掃引していき、あるエネルギー値から光電効果による電子放出が始まる。このエネルギー値（ｘ軸）と光電収率の平方根（ｙ軸）から光電的仕事関数、半導体においては、イオン化ポテンシャルを求めることができる。
【００３９】
表１に、実験例２〜４の短絡電流密度Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏｃ、形状因子（ＦＦ）、変換効率（η）などの太陽電池の初期特性をまとめて示す。図４は、実験例２〜４のイオン化ポテンシャルの説明図である。図４に示すように、実験例２のＨＯＭＯ値−５．３８ｅＶに対して、実験例３，４ではそれぞれ−５．２０ｅＶ、−５．０５ｅＶと高い値を示した。同様に、実験例２のＬＵＭＯ値−３．８９ｅＶに対して、実験例３，４ではそれぞれ−３．５９ｅＶ、−３．５０ｅＶと高い値を示した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
次に、電荷を帯びた色素３を用いてセルの耐久性などを具体的に検討した結果を実施例として説明する。
【００４２】
［実施例１］
透明導電膜（ＴＣＯ）付ガラス基板に、ｎ型半導体であるチタニア（ＴｉＯ2）を含有するチタニアペーストをスクリーン印刷法で塗工した。このチタニア電極を次式（１６）に示す有機色素（色素３：ＳＱ２）の溶液に浸漬し、色素吸着チタニア電極を作製した。この電極のチタニア側と、Ｐｔを担持したＴＣＯ基板のＰｔ側を張り合わせ、その間に電解液を封入してシールし、実施例１の色素増感型太陽電池とした。電解液は、ヨウ素系化合物としてＩ2を０．２ｍｏｌ／Ｌ、ヨウ素系化合物として１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムヨージド（ＰＭＩＩ）を６５体積％、溶媒として１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン（ＥＭＩ）とビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドイオン（ＴＦＳＩ）からなるイオン液体を３５体積％、中性分子の添加剤としてＮ−メチルベンズイミダゾール（ＮＭＢＩ）を０．５ｍｏｌ／Ｌ、を混合した液体を用いた。なお、この実施例１では、同様のセルを２つ作製して評価試験を行った。
【００４３】
［比較例１］
以下の電解液を用いた以外は実施例１と同様の工程を行い得られたものを比較例１の色素増感型太陽電池とした。電解液は、ヨウ素系化合物としてＩ2を０．２ｍｏｌ／Ｌ、ヨウ素系化合物としてＰＭＩＩを６５体積％、溶媒としてイオン液体（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ）を３５体積％、電荷を有する添加剤としてグアニジンチオシアネート（ＧｕＳＣＮ）を０．５ｍｏｌ／Ｌ、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（４ＴＢＰ）を０．５ｍｏｌ／Ｌ、を混合した液体を用いた。なお、この比較例１では、同様のセルを２つ作製して評価試験を行った。
【００４４】
（光電変換効率の測定；劣化促進試験）
５００Ｗのキセノンランプを搭載したＡＭ１．５Ｇソーラシミュレータ（ＷＸＳ−８５−Ｈ、ワコム電創社製）とＩＶテスター（ＩＶ−９７０１、ワコム電創社製）を使い、実施例１及び比較例１の色素増感型太陽電池の電流（Ｉ）−電圧（Ｖ）特性（ＩＶ特性）を計測し、光電変換効率を測定した。測定は、１ｓｕｎ、６０℃で１００日間行った。
【００４５】
（ＩＰＣＥ測定）
ＩＰＣＥ測定は、モノクロメーターを用いて単色化した光を、作製した実施例１の光電極に照射し、入射光子数に対して得られた電子数を測定することにより行った。上述した光電変換効率測定において、１日、５日、１６日、５８日及び８５日のサンプルを用いて測定を行った。
【００４６】
（交流インピーダンス測定）
周波数アナライザ（５０８０、ＮＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ社製）とポテンシオスタット（ＨＺ−３０００、北斗電工製）を用いて、実施例１及び比較例１の色素増感型太陽電池の交流インピーダンス計測を実施した。上述した光電変換効率測定において、１日、５日、３０日、３７日、５１日、６１日、８５日及び９９日のサンプルを用いて測定を行った。その際、キセノンランプからの白色光照射下で、開放端電圧付近でインピーダンスの１０ｍＨｚ〜１００ｋＨｚでの周波数帯域での周波数応答を測定した。
【００４７】
（測定結果と考察）
図５は、実施例１及び比較例１の電池特性の測定結果であり、図５（ａ）が短絡電流密度Ｊｓｃ、図５（ｂ）が開放電圧Ｖｏｃ、図５（ｃ）が変換効率ηの測定結果である。図５では、初期値を値１として正規化したデータを示した。図５に示すように、比較例１に比して実施例１の方が、短絡電流密度Ｊｓｃや変換効率ηが高く、実施例１の色素増感型太陽電池の耐久性が高いことがわかった。図６は、実施例１のＩＰＣＥの測定結果であり、図７は、比較例１のＩＰＣＥの測定結果である。図７に示すように、比較例１では、時間経過に伴い分光感度の波長帯域が狭くなり、有機色素の構造変化が示唆された。これに対し、図６に示すように、実施例１では、時間経過にかかわらず波長帯域は変わらず、且つＩＰＣＥが向上することがわかった。この時間経過に伴うＩＰＣＥの向上は、短絡電流密度Ｊｓｃが増大することと対応すると考えられた。図８は、実施例１の交流インピーダンス測定結果であり、図９は、比較例１の交流インピーダンス測定結果である。ここで、Ｒ１が対極及び対極と電解液との界面の抵抗、Ｒ２が色素と電解液との界面の抵抗、Ｒ３が電解液のイオン拡散抵抗に該当する。図９に示すように、比較例１では、時間経過に伴いＲ２，Ｒ３の抵抗成分が増大しており、色素の構造変化が示唆された。これに対して、図８に示すように、実施例１では、Ｒ３の抵抗成分は維持されており、耐久性が向上しているものと推察された。なお、添加剤としてＬｉＩを電解液に含む色素増感型太陽電池を作製して上記と同様の検討を行ったところ、比較例１と同様の結果となった。このように、電荷を帯びた有機色素に対して電荷を帯びない添加剤を用いる、あるいは、電荷を帯びた添加剤を使用しない電解液を用いると、耐久性をより向上することができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  色素増感型太陽電池モジュール、１１  透明基板、１２  透明導電膜、１３  受光面、１４  透明導電性基板、１５  受光面、１６，１７  集電電極、１８  溝、２０  光電極、２１  接続部、２３  受光面、２４  多孔質半導体層、２５  裏面、２６  電解質層、２７  裏面、２９  セパレータ、３０  対極、３２  シール材、３４  保護部材、４０  色素増感型太陽電池。
【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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【図８】
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【図９】
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