(57)【要約】【課題】色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法において、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくいようにする。【解決手段】透明電極１と、金属酸化物からなる光電極基材層４に増感色素を吸着させた光電変換層とを有する色素増感太陽電池に用いる光電極基材層４の形成方法であって、透明電極１上に、光電極基材層４を形成するための開口部３０ａを有するメタルマスク３０を配置するメタルマスク配置工程と、金属酸化物を含有するペースト１４を、スキージ３１を用いて、開口部３０ａ内の透明電極１上に塗布するスキージ工程と、メタルマスク３０を除去して、透明電極１上に、開口部３０ａの形状に沿って整形されたペースト層１４Ａを形成するメタルマスク除去工程と、ペースト層１４Ａを乾燥させることにより光電極基材層４を形成する乾燥工程と、を備える方法とする。【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、金属酸化物からなる光電極基材層に増感色素を吸着させた光電変換層とを有する色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法であって、
前記透明電極上に、前記光電極基材層を形成するための開口部を有するメタルマスクを配置するメタルマスク配置工程と、
前記金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いて、前記開口部内の前記透明電極上に塗布するスキージ工程と、
前記メタルマスクを除去して、前記透明電極上に、前記開口部の形状に沿って整形されたペースト層を形成するメタルマスク除去工程と、
前記ペースト層を乾燥させることにより前記光電極基材層を形成する乾燥工程と、
を備える、光電極基材層の形成方法。
【請求項２】
前記メタルマスクは、
前記開口部の隅部が円弧状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光電極基材層の形成方法。
【請求項３】
透明電極上に、前記請求項１または２に記載の光電極基材層の形成方法によって光電極基材層が形成された、色素増感太陽電池用基材。
【請求項４】
前記光電極基材層は、
層上面の算術平均粗さＲａが、１．１μｍ以下である
ことを特徴とする、請求項３に記載の色素増感太陽電池用基材。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光電極基材層の形成方法によって、透明電極上に、光電極基材層を形成し、該光電極基材層に増感色素を吸着させて光電変換層を形成する、
色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の色素増感太陽電池の製造方法によって、製造された、
色素増感太陽電池。
【請求項７】
請求項３または４に記載の色素増感太陽電池用基材を備える、
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、色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法、色素増感太陽電池用基材、色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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例えばヨウ素系の電解質層と、透明電極と対向電極の間であって、かつ透明電極の表面に配置された光電変換層と、を備える色素増感太陽電池が知られている。
このような色素増感太陽電池における光電変換層としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を形成した後、ルテニウムや有機色素などの増感色素を吸着させたものが知られている。
光電変換層に用いる金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛などの金属酸化物のナノ粒子が用いられている。
【０００３】
このような色素増感太陽電池の製造方法の例として、特許文献１には、透光性基板としてプラスチック製基板を用いることができるように、チタニア粒子を含有する水性ペースト塗布して塗膜を形成し、この塗膜をプレス処理して機能性半導体層（光電極基材層）を形成した後、この機能性半導体層に増感色素を担持させる色素増感型太陽電池の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４４６０１１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、上記のような従来技術には、以下のような問題があった。
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くなる。そこで、透明基板上における透明導電膜の所定領域に、例えば、短冊状のセルを複数形成し、それらを直列に接続することが考えられる。この場合には、光電変換層および光電極基材層の形状を、例えば、矩形状にする必要がある。
特許文献１のように、水性ペーストの塗膜により光電極基材層を形成する場合、例えば、版を用いたスクリーン印刷によって複数する方法や、まず塗膜を光電極基材層を形成する領域の全面に形成してから、不要な領域の塗膜を削り取る方法が考えられる。
しかし、スクリーン印刷を用いる方法では、スクリーン印刷の版を洗浄する工程に手間が掛かるという問題がある。また、スクリーン印刷では、転写時に水性ペーストが版のメッシュを通過するため、光電極基材層の表面が粗くなり、ネッキングを形成するためプレスすると、微視的な圧力バラツキが大きくなって、表面剥離が起こりやすくなるという問題がある。
また、広範囲に光電極基材層を形成してから不要な領域を削りとる方法では、不要な領域の除去工程に時間がかかるため、製造時間が長くなり、生産性や製造コストが悪くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくい光電極基材層の形成方法および色素増感太陽電池用基材を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の光電極基材層の形成方法を用いることにより、製造時間を短縮して低コスト化が可能な色素増感太陽電池の製造方法、およ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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の光電極基材層の形成方法は、透明電極と、金属酸化物からなる光電極基材層に増感色素を吸着させた光電変換層とを有する色素増感太陽電池に用いる光電極基材層の形成方法であって、前記透明電極上に、前記光電極基材層を形成するための開口部を有するメタルマスクを配置するメタルマスク配置工程と、前記金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いて、前記開口部内の前記透明電極上に塗布するスキージ工程と、前記メタルマスクを除去して、前記透明電極上に、前記開口部の形状に沿って整形されたペースト層を形成するメタルマスク除去工程と、前記ペースト層を乾燥させることにより前記光電極基材層を形成する乾燥工程と、を備える方法とする。
【０００８】
上記光電極基材層の製造方法では、前記メタルマスクは、前記開口部の隅部が円弧状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様の色素増感太陽電池用基材は、透明電極上に、上記光電極基材層の形成方法によって光電極基材層が形成された構成とする。
【００１０】
上記色素増感太陽電池用基材では、前記光電極基材層は、層上面の算術平均粗さＲａが、１．１μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３の態様の色素増感太陽電池の製造方法は、上記光電極基材層の形成方法によって、透明電極上に、光電極基材層を形成し、該光電極基材層に増感色素を吸着させて光電変換層を形成する方法とする。
【００１２】
本発明の第４の態様の色素増感太陽電池は、上記色素増感太陽電池の製造方法によって、製造された構成とする。
【００１３】
本発明の第５の態様の色素増感太陽電池は、上記色素増感太陽電池用基材を備える構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光電極基材層の製造方法および色素増感太陽電池用基材によれば、金属酸化物を含有するペーストを、スキージを用いてメタルマスクの開口部内に塗布して、光電極基材層を形成するため、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくくすることができるという効果を奏する。
本発明の色素増感太陽電池の製造方法、および色素増感太陽電池は、本発明の光電極基材層の形成方法を用いるため、製造時間を短縮して低コスト化が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の色素増感太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法の工程説明図である。
【図３】本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法に用いるメタルマスクの平面図、およびそのＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施形態の光電極基材層の構成を示す模式的な工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施形態の色素増感太陽電池について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の色素増感太陽電池の構成を示す模式的な断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池１００は、光透過性を有し負極として用いられる透明電極１と、透明電極１に対向して配置され正極として用いられる対向電極２と、これら透明電極１および対向電極２の間に配置された電解質層３と、透明電極１および対向電極２の間であって、透明電極１の表面に配置された発電層５（光電変換層）とを備える。
なお、図１は、１つの発電層５の断面を示している。色素増感太陽電池１００では、例えば、短冊状、矩形状などの適宜の平面視形状を有する複数の発電層５が、透明電極１上に、互いに離間して配置されている。
【００１８】
透明電極１は、透光性を有する絶縁体からなる透明基板１１と、透明基板１１の表面に形成（配置）された透光性を有する透明導電膜１２とから構成されている。
【００１９】
透明基板１１としては、例えば、合成樹脂製、ガラス製の板部材またはシート部材などを使用することができる。
透明基板１１は、透明性と耐久性の観点から、例えば、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。
また透明基板１１の材料としては、ポリエチレン・ナフタレートの他にも、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。
【００２０】
透明導電膜１２は、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）を使用することが好ましいが、この他にも、例えば、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、透光性を有する導電性金属酸化物を含む薄膜を使用することができる。
【００２１】
対向電極２は、電解質層３の電解質を還元するため電解質層３と接する表面に設けられた触媒層２２と、電極本体を構成する導電性基板２１とからなる。
触媒層２２としては、例えば、白金、カーボン、導電性高分子などを用いることができる。
導電性基板２１としては、例えば、アルミニウム、銅、スズ、チタンなどの導電性を有する板状部材や、合成樹脂フィルムやガラスなどの絶縁基板の表面にＩＴＯやＦＴＯなどの導電層が形成された構成を採用することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
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。
【００２４】
発電層５は、金属酸化物からなる酸化物半導体によって形成された光電極基材層に増感色素を吸着させた層状部である。
発電層５の平面視の形状は、四つの角に丸みがつけられた矩形状である。
発電層５の光電極基材層に用いる酸化物半導体の例としては、例えば、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）などの金属酸化物を挙げることができる。
これら酸化物半導体の平均粒径は、例えば、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。
発電層５に用いる増感色素の例としては、例えば、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を挙げることができる。
【００２５】
このような構成の色素増感太陽電池１００の製造方法について、発電層５を形成するための光電極基材層の形成方法を中心として説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法の工程説明図である。図３（ａ）は、本発明の実施形態の光電極基材層の形成方法に用いるメタルマスクの平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、本発明の実施形態の光電極基材層の構成を示す模式的な工程説明図である。
【００２６】
色素増感太陽電池１００を製造するには、まず、本実施形態の光電極基材層の形成方法によって、透明電極１上に光電極基材層が形成された色素増感太陽電池用基材を製造し、この色素増感太陽電池用基材に、電解質層３、対向電極２を積層した構造を形成していく。
そこで、まず、本実施形態の光電極基材層の形成方法について説明する。
本実施形態の光電極基材層の形成方法は、メタルマスク配置工程、スキージ工程、メタルマスク除去工程、乾燥工程、および加圧工程を備え、これらの工程をこの順に行う。
【００２７】
メタルマスク配置工程は、図２（ａ）に示すように、透明電極１の透明導電膜１２上に、光電極基材層４（図２（ｄ）参照）を形成するための開口部３０ａを有するメタルマスク３０を配置する工程である。
本工程に用いるメタルマスク３０の一例を図３（ａ）、（ｂ）に示す。
メタルマスク３０は、例えば、ステンレス鋼、ニッケルの薄板に、光電極基材層４の外形および配置位置を規定する開口部３０ａを設けたものである。
【００２８】
メタルマスク３０の板厚は、光電極基材層４の層厚に応じて、光電極基材層４の層厚以上の適宜厚さとすることができる。ここで、メタルマスク３０の板厚と光電極基材層４の層厚との差は、光電極基材層４の層厚が、後述する乾燥工程の終了までの間に変化する量に一致している。
ただし、メタルマスク３０の板厚ｔは、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
メタルマスク３０の板厚ｔが、５０μｍ未満であると、メタルマスク３０自体の耐久性が低下する。また、メタルマスク３０の板厚ｔが、５００μｍを超えると、後述するペーストの塗布量が多くなるため、光電極基材層４の中央部に凹みができ易くなる。光電極基材層４に凹みができると電池性能が低下する。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、開口部３０ａの一例としては、円弧状隅部３０ｂによって四隅が丸められた平面視略矩形形状を採用することができる。図３（ａ）では、一例として、開口部３０ａが、短手方向に適宜の間隔をあけて４箇所に形成された場合を図示している。ただし、開口部３０ａの形状、配置、個数は、形成すべき光電極基材層４に必要な形状に応じて適宜変更することが可能である。例えば、矩形以外の多角形であってもよい。
ただし、光電極基材層４の角部の欠けを防止するためには、開口部３０ａの隅部には円弧状隅部３０ｂを設けることが好ましい。
円弧状隅部３０ｂの曲率半径は、２ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることが好ましい。
なお、円弧状隅部３０ｂにおける円弧状の形状は、円弧には限定されず、例えば、楕円弧や、曲率が滑らかに変化する適宜の曲線形状が可能である。円弧以外の場合、上記の好ましい曲率半径は、最小の曲率半径に適用すればよい。
以下では、一例として、円弧状隅部３０ｂが半径Ｒの円弧からなるものとして説明する。
【００３０】
本工程では、このようなメタルマスク３０を、図２（ａ）に示すように、透明電極１の透明導電膜１２上に配置する。このとき、開口部３０ａの位置は、透明電極１上において、発電層５を形成すべき位置に位置合わせしておく。
メタルマスク３０を配置したら、透明電極１との間に位置ズレが生じないように、メタルマスク３０の位置を固定する。
以上で、メタルマスク配置工程が終了する。
【００３１】
次に、スキージ工程を行う。本工程は、図２（ｂ）に示すように、発電層５を形成するための金属酸化物である酸化物半導体を含有するペースト１４を、スキージ３１を用いて、開口部３０ａ内の透明電極１上に塗布する工程である。
ペースト１４は、発電層５を構成する酸化物半導体を純水のみ、純水と有機溶剤との混合液、または有機溶剤に分散してペースト化したものである。
ペースト１４の粘度は、スキージングによって、メタルマスク３０の板厚と同じ層厚を有するペースト層が形成できる粘度であれば、特に限定されない。
なお、ペースト１４は、光電極粒子の前駆体を混合させてもよい。
【００３２】
スキージ３１の構成は、開口部３０ａ内のペースト１４を、メタルマスク３０の表面に沿って均すことができる部材であれば、特に限定されない。
【００３３】
本工程では、ペースト１４を調製しておき、開口部３０ａ内の透明電極１上に、開口部３０ａからオーバーフローする量のペースト１４を導入する。
そして、スキージ３１をメタルマスク３０の表面に密着させた状態で、メタルマスク３０の表面に沿って移動する。
これにより、図２（ｂ）に示すように、開口部３０ａよりも突出したペースト１４が、スキージングされ、開口部３０ａ内のペースト１４の層厚が、メタルマスク３０の板厚と同じ厚さに揃えられる。また、ペースト１４が開口部３０ａの内周面および開口部３０ａの内部に露出する透明導電膜１２の全体に、隙間無く塗布される。
スキージ３１によって、各開口部３０ａ上をスキージングしたら、スキージ工程が終了する。
【００３４】
次に、メタルマスク除去工程を行う。本工程は、図２（ｃ）に示すように、メタルマスク３０を除去して、透明電極１上に、開口部３０ａの形状に沿って整形されたペースト層１４Ａを形成する工程である。
本工程では、メタルマスク３０を、図示白抜き矢印のように、透明電極１の上方に剥離することで、透明電極１上から除去する。
これにより、透明電極１の透明導電膜１２上には、開口部３０ａの内周面の形状が転写され、メタルマスク３０の板厚と同じ層厚を有するペースト層１４Ａのみが残留する。
このとき、ペースト層１４Ａは、ある程度の流動性を有するため、図示黒矢印のように、外周部が側方にわずかにだれる。このため、図２（ｄ）に示すように、側面に透明導電膜１２側から上面１４ａに向かってペースト層１４Ａの内側に倒れる傾斜面１４ｂが形成されて台形状断面を有する層状部となる。
また、ペースト層１４Ａの上面１４ａは、外周部が傾斜面１４ｂの影響を受けてわずかに変形するが、全体としては層厚が一定の状態を保っている。また、スキージング後に、微細な凹凸が生じても、表面張力によって、凹凸が緩和される。
以上で、メタルマスク除去工程が終了する。
【００３５】
次に、乾燥工程を行う。本工程は、図２（ｄ）に示すように、ペースト層１４Ａを乾燥させることにより光電極基材層４を形成する工程である。
ペースト層１４Ａを乾燥させる手段は、透明電極１の変質や変形が生じない限り、特に限定されず、適宜の加熱手段を採用することができる。
ペースト層１４Ａが乾燥されると、ペースト層１４Ａに含まれる液体成分が蒸発して、酸化物半導体粒子の集合体が残り、ペースト層１４Ａと略同じ外形を有する光電極基材層４が形成される。
このとき、光電極基材層４の上面４ａ（層上面）は、スキージングによって、メタルマスク３０の表面に整列して平滑化された後に、乾燥するため、表面粗さが小さい平滑面になる。
具体的には、光電極基材層４の上面４ａの表面粗さは、算術平均粗さＲａで、０．５μｍ以下程度になっている。
乾燥工程後の上面４ａの表面粗さは、後述する加圧工程における表面剥離とも関係するため、少なくとも算術平均粗さＲａで、１．１μｍ以下にすることが好ましい。
【００３６】
ペースト層１４Ａに含有される液体成分が蒸発すると乾燥工程が終了する。
このようにして、図４に示すように、透明導電膜１２上に、平面視略矩形状の複数の光電極基材層４が形成される。
光電極基材層４の外形は、メタルマスク３０の開口部３０ａに沿う略矩形状であり、メタルマスク３０の円弧状隅部３０ｂの形状に対応して、平面視で、円弧状に丸められた円弧状角部４ｃが形成されている。円弧状角部４ｃの曲率半径は、円弧状隅部３０ｂの半径Ｒと略同一（同一の場合を含む）である。ただし、円弧状角部４ｃも他の外周部と同様に、傾斜面４ｂが形成されているため、円弧状角部４ｃは、部分円錐面状になっており、平均的な半径が半径Ｒと略同一になっている。
光電極基材層４は、乾燥される結果、酸化物半導体の粒子との間に適宜空孔が形成された多孔質状の層状体になっている。
【００３７】
次に、加圧工程を行う。本工程は、光電極基材層４の酸化物半導体の粒子間にネッキングを形成するため、光電極基材層４の上面４ａを加圧する工程である。
乾燥工程において、加熱温度を、酸化物半導体粒子の焼成が進む温度に上げれば、加熱のみによってネッキングが形成されるため、本工程は不要である。ただし、透明基板１１として、例えば、焼成温度に対する耐熱性を有しない合成樹脂などを用いる場合、光電極基材層４を十分な高温で加熱できず、良好なネッキングを形成することができないため、本工程を行う。
具体的には、例えば、金属ロールを用いて、１００ＭＰａ程度で光電極基材層４を加圧する。
【００３８】
このとき、上面４ａの表面粗さが、算術平均粗さＲａで、１．１μｍを超えていると、加圧時に、凸部のみに応力が集中して、凹部における加圧が不十分となる。これにより、酸化物半導体粒子のネッキングにムラが生じるため、加圧手段を上面４ａから離間する際に、上面４ａの一部が加圧手段に付着して剥離してしまう。
上面４ａの表面粗さが、算術平均粗さＲａで、１．１μｍ以下であると、このような剥離を防止することができる。特に、本実施形態では、上面４ａの表面粗さは、加圧前に、算術平均粗さＲａで、０．５μｍ以下であるため、このような加圧後の表面剥離を確実に防止することができる。
【００３９】
また、上面４ａの外縁部では、平面視で外側に角状の凸部があると、角の先端部の周囲では層状部の面積が相対的に小さいため、加圧によって割れるなどして、角部が欠損するおそれがある。
しかし、本実施形態では、図４に示すように、光電極基材層４の角部には、平均的な半径が、略半径Ｒになっている円弧状角部４ｃが形成されているため、とがった角部に比べると、角部の面積が頂点に向かってより漸減して、層状部の強度が増しているため、加圧による割れが抑制される。
【００４０】
このように、本実施形態の加圧工程では、光電極基材層４の上面４ａや円弧状角部４ｃにおける表面剥離や欠損が抑制されるため、それらによる脱落片の発生が抑制される。
このため、良好な品質の光電極基材層４を形成することができる。
以上で、本実施形態の光電極基材層の形成方法が終了する。
【００４１】
このようにして、図２（ｄ）、図４に示すように、透明電極１上に、光電極基材層４が形成された色素増感太陽電池用基材６が形成される。
本実施形態の色素増感太陽電池の製造方法では、この色素増感太陽電池用基材６を用いて、色素増感太陽電池１００を製造する。
そのため、まず、色素増感太陽電池用基材６上の光電極基材層４に増感色素を吸着させて、発電層５を形成する。
増感色素を吸着させる手段は、増感色素の材質に応じて、適宜選択できる。
例えば、増感色素がルテニウム色素Ｎ７１９の場合には、ルテニウム色素Ｎ７１９とエタノールとの混合溶液に光電極基材層４を浸漬して、取り出した後、乾燥することにより、吸着させることができる。
また、有機色素やＲｕ（ルテニウム）色素などの増感色素の前躯体を予めペースト１４に混合しておく場合には、光電極基材層４に前躯体がすでに吸着されているため、常温下で加圧することにより、この前躯体から増感色素を形成する。
【００４２】
増感色素を担持した発電層５が形成されたら、電解質層３、対向電極２を組み合わせることで、図１に示すような色素増感太陽電池１００が製造される。
以上で、本実施形態の色素増感太陽電池の製造方法が終了する。
【００４３】
このような本実施形態の光電極基材層の形成方法によれば、酸化物半導体粒子を含有するペースト１４を、スキージ３１を用いてメタルマスク３０の開口部３０ａ内に塗布して、光電極基材層４を形成する。このため、製造時間を短縮することができるとともに、表面剥離が起こりにくくすることができる。
このように本実施形態では、光電極基材層４を、より大きな形状に形成した後に外周部を削り取る、といった工程を行うこともなく、例えば、短冊状（矩形状）の光電極基材層４を複数隣り合わせて形成することができる。これにより、短冊状の複数の発電層５を形成することができる。このような発電層５は図示略の配線によって、例えば、直列に接続されており、これにより、発電層５の個々の面積をあまり大きくすることなく全体として、大容量の発電を行うことができる。これにより、発電層５が大面積化することによる発電ロスを低減できる。
したがって、大面積の色素増感太陽電池１００でも電池性能の低下を抑え得る光電極基材層４を、Ｒｏｌｌ−ｔо−Ｒｏｌｌなどを用いて、容易に且つ連続して形成することができる。
また、光電極基材層４の形成に際し、ペースト１４を塗布して、ペーストの溶剤の沸点以下で加温することで、塗工ムラを抑えるとともに、光電極基材層４の乾燥ムラを抑えることができる。乾燥ムラを抑える事が出来れば、加圧時に均一に圧力を加える事が出来るため、粒子間のネッキングの効果を向上させることができる。
【００４４】
なお、上記実施形態の説明では、メタルマスク３０が円弧状隅部３０ｂを有し、光電極基材層４の角部に円弧状角部４ｃが形成される場合の例で説明した。ただし、光電極基材層４の角部の欠損などが生じない場合には、メタルマスクの隅部を、折れ線状に屈曲した隅部として、光電極基材層の角部もこれに対応した折れ線状の角部に形成してもよい。
例えば、光電極基材層４を焼成することにより、加圧を行わない場合や、酸化物半導体の種類により加圧力が低くても、ネッキングを形成することができる場合には、角部で欠損が生じない。
【００４５】
上記実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【実施例】
【００４６】
以下では、上記実施形態の光電極基材層の形成方法の実施例１、２について、比較例１とともに説明する。
なお、ｗｔ％は、重量％を表す。
【００４７】
［実施例１］
実施例１では、まず、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、ペースト１４として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、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１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％、ｔ−ブタノールが６０ｗｔ％〜７０ｗｔ％、純水が１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。
【００４８】
その後、メタルマスク３０として、ステンレス製メタルマスク（厚さｔ：１００μｍ）を透明電極１上に配置し（メタルマスク配置工程）、ペースト１４を透明電極１上に塗布した（スキージ工程）。その後、１５０度で１時間加熱した（乾燥工程）。
光電極基材層４の上面４ａの算術平均粗さＲａを表面粗さ測定装置で測定したところ、Ｒａ＝０．４５（μｍ）であった。
次に、金属ロールを用いて、光電極基材層４を圧力１００ＭＰａで加圧した（加圧工程）。この光電極基材層４の膜厚は加圧前が１５μｍ、加圧後が１０μｍであった。
本実施例の加圧工程において、光電極基材層４の上面４ａの表面剥離が発生せず、角部の欠損も生じなかった。
これにより、透明電極１上に光電極基材層４が形成された色素増感太陽電池用基材６を得た。
【００４９】
[実施例２]
酸化チタン微粒子が２０ｗｔ％、１−ヘキサノールが８０ｗｔ％の酸化チタンペーストを用意し、その他の条件は実施例１と同様に光電極基材層４を作製し、色素増感太陽電池用基材６を得た。
光電極基材層４の上面４ａの加圧前の算術平均粗さＲａを表面粗さ測定装置で測定したところ、Ｒａ＝１．０４（μｍ）であった。
この光電極基材層４の膜厚は加圧前が１５μｍ、加圧後が１０μｍであった。
本実施例の加圧工程において、光電極基材層４の上面４ａの表面剥離が発生せず、角部の欠損も生じなかった。
【００５０】
[比較例１］
実施例１と同材質、同形状のものを、上記メタルマスク配置工程およびスキージ工程をスクリーン印刷版による印刷によって置き換えて、色素増感太陽電池用基材を製造した。
本比較例における加圧前の光電極基材層の上面の算術平均粗さＲａは、Ｒａ＝１．４０（μｍ）であった。
加圧前後の光電極基材層の膜厚は、上記第１の実施形態と同様に、加圧前が１５μｍ、加圧後が１０μｍであった。ただし、本比較例では、加圧工程において、光電極基材層の一部が表面剥離してしまった。これは、算術平均粗さＲａが１．１μｍを超えているためであると考えられる。
【００５１】
このように、実施例１、２における色素増感太陽電池用基材６の光電極基材層４の表面粗さは、１．１μｍ以下であって、比較例１における色素増感太陽電池用基材の光電極基材層の表面粗さに比べて格段に小さいことが分かる。
【００５２】
次に、上記実施形態の色素増感太陽電池の製造方法の実施例３について説明する。
【００５３】
［実施例３］
実施例１の色素増感太陽電池用基材６の光電極基材層４を、増感色素であるルテニウム色素Ｎ７１９（７２ｍｇ）とエタノール（２００ｍＬ）との混合液に２５℃で２時間浸漬した。これにより、光電極基材層４にルテニウム色素が吸着されて、発電層５が形成された。
この発電層５間に銀配線とそれを保護する樹脂層を形成し、発電層５が並列に接続された１００ｍｍ×１００ｍｍの色素増感太陽電池１００を製造した。
【００５４】
次に、この色素増感太陽電池１００に、ＡＭ（エアマス）１．５、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１０．０ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は０．６０Ｖ、フィルファクタは０．６０、変換効率は３．６％であった。
このように、実施例１の光電極基材層の形成方法、およびこれを用いた色素増感太陽電池の製造方法を用いて製造された色素増感太陽電池１００によれば、容易に光電極基材層４、発電層５を形成することができ、電池性能も良好であった。
一方で、スクリーン印刷版を用いた比較例１の色素増感太陽電池用基材の場合は、均一な光電極基材層を形成する事が出来ず、加圧時に剥離してしまった為、色素増感太陽電池を作製する事ができなかった。
【符号の説明】
【００５５】
１  透明電極
２  対向電極
３  電解質層
４  光電極基材層
４ａ  上面（層上面）
４ｃ  円弧状角部
５  発電層（光電変換層）
６  色素増感太陽電池用基材
１１  透明基板
１２  透明導電膜
１４  ペースト
１４ａ  上面
１４Ａ  ペースト層
２１  導電層
２２  触媒層
３０  メタルマスク
３０ａ  開口部
３０ｂ  円弧状隅部（隅部）
３１  スキージ
１００  色素増感太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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