(57)【要約】    【課題】    電解液層への水分の浸入が抑制された色素増感型太陽電池を提供することにある。    【解決手段】    樹脂基板と該樹脂基板に積層された電極とを有する電極板と、該電極板及び封止材が用いられて電解液が封止された電解液層とを備え、前記電極板の電極が電解液層側に配されてなる色素増感型太陽電池であって、  前記樹脂基板の外側には、該樹脂基板よりもガスバリア性の高いガスバリア層が形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。【選択図】図１
2009140828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板と該樹脂基板に積層された電極とを有する電極板と、該電極板及び封止材が用いられて電解液が封止された電解液層とを備え、前記電極板の電極が電解液層側に配されてなる色素増感型太陽電池であって、
前記樹脂基板の外側には、該樹脂基板よりもガスバリア性の高いガスバリア層が形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記ガスバリア層が、金属、金属酸化物、金属窒化物、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂及びフォスファーゼン系樹脂より選ばれた少なくとも一種の化合物を有することを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記ガスバリア層がＳｉＯ2又はＳｉＯＮの少なくとも何れか一方を有することを特徴とする請求項１又は２記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、色素増感型太陽電池は、クリーンエネルギー源である太陽電池の中でも比較的低コストで製造できることから注目されている。
【０００３】
この種の色素増感型太陽電池は、例えば、樹脂基板と該樹脂基板に積層された電極とを有する対向するように配された一対の電極板と、該電極板及び封止材が用いられて電解液が封止された電解液層とを備え、各電極板の電極が電解液層側に配されて構成されている。
【０００４】
ところで、斯かる色素増感型太陽電池に於いては、電解液に水分が混入していると発電性能が低下することから、水分濃度の低い電解液が封止された電解液層を備えたものが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−３２３１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の色素増感型太陽電池は、樹脂基板等を透過して周辺環境の水分が電解液に浸入し、結局、発電性能が低下するという問題を有している。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電解液層への水分の浸入が抑制された色素増感型太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決すべく、樹脂基板と該樹脂基板に積層された電極とを有する電極板と、該電極板及び封止材が用いられて電解液が封止された電解液層とを備え、前記電極板の電極が電解液層側に配されてなる色素増感型太陽電池であって、
前記樹脂基板の外側には、該樹脂基板よりもガスバリア性の高いガスバリア層が形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。
【０００８】
斯かる構成からなる色素増感太陽電池に於いては、その作用は定かではないが、樹脂基板の電極側、即ち、樹脂基板と電極との間にガスバリア層が形成されたものに比して、水分の電解液層への浸入が極めて効率よく抑制されたものとなる。
【発明の効果】
【０００９】
以上の通りであり、本発明の色素増感型太陽電池は、樹脂基板と電極との間にガスバリア層が形成されたものに比して、水分の電解液層への浸入が極めて効率よく抑制されたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における色素増感型太陽電池の断面図である。
図１に示すように、本実施形態に於ける色素増感型太陽電池１は、樹脂基板５と該樹脂基板５に積層された電極２とを有する対をなす電極板と、該電極板及び封止材３が用いられて電解液が封止された電解液層６とを備え、各電極板の電極２が電解液層６側に配されて構成されている。
【００１２】
前記電極板は、互いに対向するように一対備えられ、一方が負の電極板、他方が正の電極板とされてなる。
【００１３】
また、少なくとも一方の電極板（通常負の電極板）は、透明樹脂基板と透明電極により形成されて透明に形成されている。
【００１４】
また、前記電極板は、何れも電極が内側となるように、即ち、電解液層６側となるように配されている。
【００１５】
前記電極２は、樹脂基板５の内側表面の略全面に、導電材を積層することにより形成されている。
電極２の厚さは、１００〜３０００ｎｍであることが好ましく、１００〜６５０ｎｍであることがより好ましい。
前記導電材としては、特に限定されるものではないが、例えば、スズドープ酸化インジウム、フッ素ドープ酸化スズ、金、白金等の透明の導電材が挙げられ、その他には、カーボン、導電性ポリマー等が挙げられる。
【００１６】
前記樹脂基板５を形成する樹脂としては、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
樹脂基板５の厚さは、０．０２５〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜５ｍｍであることがより好ましい。
【００１７】
前記電解液層６は、少なくとも前記電極板及び封止材３が用いられて電解液が封止されて構成されている。
具体的には、電解液を前記一対の電極板間に配し、全周縁に於いて電極板間の隙間を封止材で埋めることにより、電解液が電極板及び封止材によって封止されている。
【００１８】
前記封止材３の原料としては、電解液の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、シリコン樹脂等のシーリング剤等が挙げられる。また、封止材３としては、ゴム、エストラマー等の弾性を有する合成樹脂をリング状にしたものを狭着して用いてもよい。
【００１９】
前記電解液としては、特に限定されるものではないが、例えば、アセトニトリルとエチレンカーボネイトの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル、プロピレンカーボネート等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
【００２０】
また、前記電解液層６内には、電解液が充填されているとともに、透明電極たる負電極側に半導体粒子層４が形成されている。
前記半導体粒子層４は、表面に増感色素が付着された半導体粒子を層状に配列することにより形成されてなる。
半導体粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｕ2Ｏ、Ｉｎ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｆｅ2ＴｉＯ3、ＴｉＯ2、ＰｂＯ、Ｖ2Ｏ5、ＦｅＴｉＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3、ＫＴａＯ3、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2などの粒子が挙げられる。作業のし易さや低コスト等の観点ではＴｉＯ2が好ましく、透明性を有する薄層の形成のしやすさや電析可能性等の観点ではＺｎＯが好ましい。
【００２１】
増感色素としては、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、メロシアニン色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体等が挙げられる。
【００２２】
半導体粒子層４の厚さは、０．５〜１５μｍであることが好ましく、２〜４μｍであることがより好ましい。
【００２３】
前記樹脂基板５の外側、即ち、電解液層６の反対側には、該樹脂基板５よりもガスバリア性の高いガスバリア層７が形成されている
【００２４】
ガスバリア層７の原料としては、特に限定されるものではないが例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
【００２５】
金属、金属酸化物、及び金属窒化物としては、Ａｌ、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
ガスバリア層７の原料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮが好ましい。
【００２６】
シリコン系樹脂としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アリル基、水素を１〜３個結合したクロロシランまたはアルコキシシランを単独ないし、複数種を無溶剤または有機系溶剤中で加水分解して重合した直鎖シリコン樹脂、共重合シリコン樹脂、シリコンゴムなどが用いられ、特に共重合シリコン樹脂としてＳｉ−ＯＨ基、Ｓｉ−ＯＭｅ基を有する２官能以上の変性シリコン（例えば、シラノール基あるいはアルコキシ基を有するメチルメチルフェニルシリコン樹脂）とアルコール性水酸基含有樹脂とを、アルキルチタネート触媒の存在下で、反応させて得られるシリコン変性体類、例えばアクリル変性シリコン樹脂、アクリル−ウレタン変性シリコン樹脂、ウレタン変性シリコン樹脂、ウレタン変性シリコン−フッ素共重合体樹脂、エポキシ変性シリコン樹脂、ポリエステル変性シリコン樹脂、アルキッド変性シリコン樹脂、フェノール変性シリコン樹脂が挙げられる。また、シロキサン架橋可能なシリコン変性共重合体、シロキサン架橋可能なシリコン変性オリゴマー、イソシアネート架橋可能なシリコン変性共重合体、イソシアネート架橋可能なシリコン変性オリゴマーなどを使用することもできる。
【００２７】
フッ素系樹脂としては、例えば、ビニルエーテル−フルオロオレフィン共重合体樹脂、ビニルエステル−フルオロオレフィン共重合体樹脂及び、これらのフッ素系樹脂（水酸基含有）とイソシアネート化合物の併用組成物などが挙げられる。特にフルオロオレフィン共重合体樹脂としては、ビニリデンフルオライド（ＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）成分を含有する共重合体樹脂が好ましく、これらは、ＶｄＦ−ＴＦＥ共重合体樹脂、ＶｄＦ−ＣＴＦＥ共重合体樹脂、ＴＦＥ−ＣＴＦＥ共重合体樹脂、ＶｄＦ−ＴＦＥ−ＣＴＦＥ共重合体樹脂などである。これらの共重合体樹脂には、フッ化ビニル（ＶＦ）、トリフルオロエチレン（ＴｒＥＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）などのフルオロオレフィンモノマーをさらに共重合して含むものであってもよい。
【００２８】
メラミン系樹脂としては、例えば、シアヌルアミド、シアヌル酸トリアミド、シアヌル酸アミド、２，４，６−トリアミノ−１，３，５−トリアジン及びこれらの誘導体から選ばれた１種以上のメラミン化合物とホルマリンを反応させ、メチロール化メラミンの初期縮合物をブタノールで変性しブチル化メチロールメラミンとして有機系溶剤に可溶化させたもの、さらにブチル化メチロールメラミンをアルキッド樹脂とともに有機系溶剤に可溶化させたものなどが挙げられる。
【００２９】
アクリル系樹脂としては、例えば、ｉ）．アルキル基の炭素数が１〜１８のアクリル酸アルキルエステル類のラジラル重合体樹脂で、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸ｉ−ブチル、アクリル酸ｔ−ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシルなどをモノマーとして得られる重合体、ii）．アルキル基の炭素数が１〜１８のメタアクリル酸アルキルエステル類のラジカル重合体樹脂で、例えば、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸ｎ−プロピル、メタアクリル酸ｉ−プロピル、メタアクリル酸ｎ−ブチル、メタアクリル酸ｉ−ブチル、メタアクリル酸ｔ−ブチル、メタアクリル酸２−エチルヘキシルなどをモノマーとして得られる重合体、及び iii）．上記２種以上のモノマーからなる共重合体樹脂を用いることができる。
【００３０】
エポキシ系樹脂としては、例えば、エピクロルヒドリンと多価フェノール類との開環付加反応によって得られるもの、汎用的にはエピクロルヒドリンとビスフェノールＡ、またはレゾールとの反応によって得られる重縮合物が使用でき、有機系溶剤中にアミン類、有機酸、酸無水物及びポリイソシアネート化合物などの硬化剤と共に用いて使用でき、さらにアルキッド樹脂、メラミン樹脂、ブチル化メラミン樹脂などと併用したものが挙げられる。
【００３１】
フォスファーゼン系樹脂としては、例えば、（ＰＮＣｌ2 ）n （ｎ＝１，２，３，４）などの塩化ホスファーゼン及び、直鎖状塩化ホスファーゼンオリゴマー、または（ＰＮＣｌ2 ）n （ｎ＝２，３，４）の４員環、６員環、８員環の環状塩化ホスファーゼンを原料として塩素をアクリル酸化合物に置換した反応性ホスファーゼン化合物の紫外線硬化物が挙げられる。ホスファーゼン化合物に付加して置換されるアクリレート化合物としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸ジエチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸グリシジルなどが挙げられる。
【００３２】
ガスバリア層７が金属、金属酸化物、金属窒化物等を有する場合には、ガスバリア層の厚さは、１〜１０００ｎｍであることが好ましく、５０〜３００ｎｍであることがより好ましい。
ガスバリア層７がシリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ホスファーファーゼン系樹脂等を有する場合には、ガスバリア層の厚さは、０．５〜１００００μｍであることが好ましく、１〜３００μｍであることがより好ましい。
【００３３】
本実施形態における色素増感型太陽電池１は、上記の如く構成されてなるが、次に、斯かる色素増感型太陽電池１の樹脂基板にガスバリア層を積層させる方法について説明する。
樹脂基板５にガスバリア層７を積層させる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、スパッタ蒸着法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、めっき法、塗装、ディッピング法、印刷等により、ガスバリア層７の原料を層状に形成しつつ積層させる方法が挙げられるが、原料としてＳｉＯ2を用いる場合に於いては、膜質が緻密になるという観点で、スパッタ蒸着法が好ましい。
【実施例】
【００３４】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
環状ポリオレフィン樹脂の樹脂基板（６５ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍ）の片面にインジウム−スズ複合酸化物の電極を厚さ１５ｍｍでスパッタ蒸着して電極を形成した。また、該基板の該片面と反対の面に、ＳｉＯ2を厚さ１，０００オングストロームでスパッタ蒸着して、電極板を作製した。また、該電極板をもう一つ作製した。
該電極板２枚を、電極が内側となるように、アクリレート系ＵＶ硬化型封止材を介して接合しつつ、電極板と封止材との間に電解液としてプロピレンカーボネートを封入し、擬似色素増感型太陽電池を作製した。
尚、電解液（本実施例では、プロピレンカーボネート）における水分量を調べることを目的としたため、本実施例における擬似色素増感型太陽電池には、半導体粒子層は設けなかった。
【００３６】
比較例１
ＳｉＯ2層を設けた位置を、樹脂基板と電極との間に変更したこと以外は、実施例１と同じ擬似色素増感型太陽電池を作製した。
【００３７】
比較例２
樹脂基板にＳｉＯ2を蒸着しなかったこと以外は、実施例１と同じ擬似色素増感型太陽電池を作製した。
【００３８】
比較例３
樹脂基板にＳｉＯ2を蒸着しなかったこと及び樹脂基板をガラス基板に変えたこと以外は、実施例１と同じ擬似色素増感型太陽電池を作製した。
【００３９】
評価
実施例及び各比較例の擬似色素増感型太陽電池の評価については次のとおり実施した。
【００４０】
「アモルファス太陽電池モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法」（ＪＩＳ  Ｃ  ８９３８）に規定されている耐湿性試験（８５℃、８５Ｒｈ％）により、各実施例、比較例の擬似色素増感型太陽電池を曝露させた。
次いで、各色素増感型太陽電池内のプロピレンカーボネートに含まれる水分濃度をカールフィッシャー法により測定した。
【００４１】
各実施例及び比較例の擬似色素増感型太陽電池を用いた上記試験の結果を図２に示す。また、図２のスケールを変えたものを図３に示す。
図２、図３に示すように、実施例１の擬似色素増感型太陽電池のプロピレンカーボネートに含まれる水分濃度は、どの曝露時間においてもどの比較例よりも低い値を示した。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】一実施形態における色素増感型太陽電池の断面図。
【図２】耐湿性試験における水分への曝露時間に対するプロピレンカーボネートに含まれる水分濃度。
【図３】耐湿性試験における水分への曝露時間に対するプロピレンカーボネートに含まれる水分濃度。
【符号の説明】
【００４３】
１    色素増感型太陽電池
２    電極
５    樹脂基板
７    ガスバリア層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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