(57)【要約】【課題】色素増感太陽電池の発電量を向上させるとともに、電解液の揮発や漏れ等を生じることがなく長期にわたって使用することができる色素増感太陽電池封入体を提供することを目的とする。また、透明ケース内への透過光量を増大させることにより、透明ケース内に収納された色素増感太陽電池の発電量を向上させることができる色素増感太陽電池封入体を提供することを目的とする。【解決手段】色素増感太陽電池が、プリズム構造を有する透明ケースに収納されてなることを特徴とする色素増感太陽電池封入体である。【選択図】図１１
2009117215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感太陽電池が、プリズム構造を有する透明ケースに収納されてなることを特徴とする色素増感太陽電池封入体。
【請求項２】
前記色素増感太陽電池がシート化されていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項３】
前記色素増感太陽電池が渦巻き状に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項４】
前記色素増感太陽電池が、第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、光透過性多孔質層および第２の導電性基材が順次積層されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項５】
第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、光透過性多孔質層および第２の導電性基材が順次積層されてなる色素増感太陽電池を複数用意し、前記第１の導電性基材同士または前記第２の導電性基材同士が重ね合わされてなることを特徴とする請求項１乃至３に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項６】
前記第１の導電性基材および／または前記第２の導電性基材上に非導電性基材が積層されてなることを特徴とする請求項４に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項７】
前記光透過性多孔質層に電解質が満たされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項８】
前記色素増感太陽電池に、配線が施されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項９】
前記透明ケースに電解質が満たされていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項１０】
前記透明ケースの少なくとも一部の部位が、取外し可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池封入体。
【請求項１１】
前記透明ケースに、配線孔を設けたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池封入体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池を透明ケースに収納した色素増感太陽電池封入体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源を有効に利用する観点から太陽光エネルギーが注目され、そのエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池の開発が進められている。
現在、太陽電池として上市されている製品の大半はシリコンを具備したものであり、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等を挙げることができる。これらのシリコン系太陽電池は、シリコンを具備しない太陽電池に比べ光電変換効率に優れている。しかしながら、シリコン系太陽電池を構成するシリコンの製造には熱源等に多大なエネルギーが必要であることから、コスト高になる問題を有するものであり、またシリコンの供給自体にも制限を有するものであった。
【０００３】
近年、上記のシリコンを使用しない太陽電池として色素増感太陽電池が注目されている（例えば、特許文献１参照）。色素増感太陽電池はシリコンを使用しないことから、コストダウンを達成することが可能である。
【０００４】
従来の色素増感太陽電池は、透明基材上に透明導電層および色素を担持させた半導電層からなる光電極と、基材上に導電層を形成した正電極とを電解質層を挟み込んだ構成となっている。
色素増感太陽電池に光が照射されると、半導電層に担持された色素が光を吸収し、色素分子内の電子が励起されて電子が生じる。生じた電子は半導電層を介して透明導電層へ渡され、電気回路を通じて正電極に移動した後、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によって、電気エネルギーが生じる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１５５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術による色素増感太陽電池は環境への負荷が少なくコストダウンを達成することができる利点がある反面、光電変換効率が低いため、太陽電池としての発電量が低い問題を有していた。
また、導電層と半導電層との間に介在させる電解質層に電解液を使用するので、色素増感電池の使用に際し、電解液の揮発や漏れ等が生じるものであった。これによって太陽電池としての発電量が減少するため、長期にわたって使用することに課題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、本発明を構成する色素増感太陽電池の発電量を向上させるとともに、電解液の揮発や漏れ等を生じることがなく長期にわたって使用することができる色素増感太陽電池封入体を提供することを目的とする。
また、本発明は透明ケース内への透過光量を増大させることにより、透明ケース内に収納された色素増感太陽電池の発電量を向上させることができる色素増感太陽電池封入体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、色素増感太陽電池が、プリズム構造を有する透明ケースに収納されてなることを特徴とする色素増感太陽電池封入体である。
前記色素増感太陽電池がシート化されていることが好ましい。
前記色素増感太陽電池が渦巻き状に形成されてなることが好ましい。
前記色素増感太陽電池が、第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、光透過性多孔質層および第２の導電性基材が順次積層されてなることが好ましい。
第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、光透過性多孔質層および第２の導電性基材が順次積層されてなる色素増感太陽電池を複数用意し、前記第１の導電性基材同士または前記第２の導電性基材同士が重ね合わされてなることが好ましい。
前記第１の導電性基材および／または前記第２の導電性基材上に非導電性基材が積層されてなることが好ましい。
前記光透過性多孔質層に電解質が満たされていることが好ましい
前記色素増感太陽電池に、配線が施されてなることが好ましい。
前記透明ケースに電解質が満たされていることが好ましい。
前記透明ケースの少なくとも一部の部位が、取外し可能であることが好ましい。
前記透明ケースに、配線孔を設けたことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の色素増感太陽電池封入体によれば、電解液の揮発や漏れが生じにくく、長期にわたって太陽電池としての発電効率を維持することができる。
また、本発明によれば、透明ケース内への透過光量を増大させることにより、色素増感太陽電池の発電量を向上させることができる色素増感太陽電池封入体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図を用いて説明する。
本発明を構成する色素増感太陽電池としては、例えば、図１に示すように、第１の導電性基材１０上に色素を担持させた半導電層２０、光透過性多孔質層３０および第２の導電性基材１１が順次積層されてなる色素増感太陽電池４０を使用することができる。
本発明を構成する別の色素増感太陽電池４１は、図２に示すように、第１の導電性基材１０のもう一方の面上に非導電性基材５０を積層してもよい。また、図３に示すように、第２の導電性基材１１のもう一方の面上に非導電性基材５０を積層して色素増感太陽電池４２としてもよい。非導電性基材５０は、第１の導電性基材１０および第２の導電性基材１１上の両方に積層してもよい。
本発明に使用することができる色素増感太陽電池としては、上記の層構成を有する色素増感太陽電池に加え、透明基材／透明導電層／色素を担持させた半導電層／導電層／基材が順次積層されてなる層構成であってもよいし、透明基材／透明導電層／色素を担持させた半導電層／電解質層／導電層／基材が順次積層されてなる層構成を有するものであってもよい。
【００１１】
光透過性多孔質層３０には、電解質を満たしてもよいし満たさなくてもよい。透明ケースに電解液が満たされない場合は、光透過性多孔質層３０に電解質を満たすことが必要である。電解質としては、固体あるいはゲル状の電解質を用いてもよいし、液体状の電解液を用いてもよい。
【００１２】
本発明を構成する色素増感太陽電池は可撓性を有するシート状物であって、巻き取ることができる。渦巻き状に巻き取った色素増感太陽電池４４を図４に示す。巻き取る際の方法や向きは制限されない。例えば、色素増感太陽電池４０、４１、４２を巻き取る場合、巻き取られた色素増感太陽電池４４の表面部１２は、第１の導電性基材１０、第２の導電性基材１１または非導電性基材５０となる。したがって、光透過性多孔質層３０は色素増感太陽電池４４の厚さ方向に多重の積層状態にて存在する。
色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取ることによって、発電する部位の面積が増大するため発電量を向上させることができる。換言すれば、省スペースにて発電量を向上させることができる。
【００１３】
渦巻き状に巻き取られた色素増感太陽電池４４を図４に示すＡから見た図が図５である。色素増感太陽電池４４は、第１の導電性基材１０および／または第２の導電性基材１１上に非導電性基材５０が存在する場合、第１の導電性基材１０側と第２の導電性基材１１側が密着してもよいし、図５に示すように空隙６０を設けてもよい。
なお、第１の導電性基材１０または第２の導電性基材１１のどちらかに非導電性基材５０を積層しない場合、第１の導電性基材１０と第２の導電性基材１１が接触すると放電してしまうため、互いに密接しないように空隙６０を設けることが好ましい。空隙６０の間隔は適宜決定することができる。
また、空隙６０に絶縁性基材を設けてもよい。絶縁性基材としては第１の導電性基材１０と第２の導電性基材１１との絶縁性を保てるものであればよく、透明性を有するものであってもよいし、透明性を有しないものであってもよい。絶縁性基材としては、例えば、絶縁紙や樹脂成分を挙げることができる。
【００１４】
さらにまた、図６に示す色素増感太陽電池４３のように、第１の導電性基材１０と第２の導電性基材１１が接触しないように、図１に示す色素増感太陽電池４０を複数用意し、一方の色素増感太陽電池４０上にもう一方の色素増感太陽電池４０を１８０°回転させて積層してもよい。すなわち、第２の導電性基材１１同士を積層させて色素増感太陽電池４３とするものである。同様に、複数の色素増感太陽電池４０において、第１の導電性基材１０同士を積層させてもよい。なお、これらの導電性基材同士を積層させた色素増感太陽電池も、可撓性を有するため渦巻き状に巻き取ることが可能であり、図４に示す色素増感太陽電池４４とすることができる。
【００１５】
渦巻き状に巻き取った色素増感太陽電池４４は、透明ケース内に収納することが必要である。図７に本発明を構成する透明ケースの一例を示した。透明ケース８０は密閉することができればよいのであって、その形状は特に限定されるものではなく、図７に示した円柱でもよいし、四角柱であっても三角柱でも球体でもよい。
【００１６】
本発明を構成する透明ケースは、その少なくとも一部にプリズム構造を有することが必要である。透明ケースの少なくとも一部にプリズム構造を有するとは、例えば、図７に示した蓋部７０、底部７１および側部７２からなる透明ケース８０は、これらのいずれか一箇所以上がプリズム構造を有するものであればよい。また、透明ケースを構成するこれらの部位全体がプリズム構造を有する必要はない。したがって、例えば、図７に示す透明ケース８０の場合、蓋部７０全体がプリズム構造を有するものであってもよいし、蓋部７０の中央部付近のみにプリズム構造を有するものであってもよい。プリズム構造を有する部分は、透明ケースの形状に応じて適宜決定することができる。
【００１７】
透明ケースがプリズム構造を有することにより、透明ケース内に透過する光の角度を調節することができる。例えば、図８に示す透明ケース８０の蓋部７０がプリズム構造を有する場合において、蓋部７０に対し斜め方向から光照射Ａがなされると、図８に示すように、透過光Ｂの角度を底部７１の方向に向けることができる。なお、蓋部７０に垂直入射する光Ｃは底部７１に達するため、底部７１における光強度を向上させることができる。
【００１８】
本発明を構成する透明ケースは、少なくとも一つの部位が取外し可能であることが好ましい。
例えば、図７に示す透明ケース８０の場合、蓋部７０または底部７１の少なくとも一方が取外し可能であることが好ましい。これによって、透明ケース８０内に色素増感太陽電池４４を収納した後、蓋部７１または底部７２によって密閉することができる。
また、透明ケース８０の密閉は樹脂成分で行ってもよい。樹脂成分としては透明性を有するものが好ましく、例えば、紫外線硬化性アクリル、イソシアネート等を使用することができる。
加えて、蓋部７０または底部７１を上記樹脂成分で密閉してもよい。
【００１９】
光照射により生じた電気エネルギーを取り出すために、図９に示すとおり、本発明を構成する色素増感太陽電池の第１の導電性基材１０および第２の導電性基材１１上には、それぞれ配線９０および９１が設けられていることが好ましい。図９に、色素増感太陽電池４０に配線９０および９１を設けた色素増感太陽電池の一例を示したが、本発明における配線９０および９１は、それぞれ第１の導電性基材１０と第２の導電性基材１１に接触していればよいのであって、その形成位置や個数は適宜決定することができる。
第１の導電性基材１０と第２の導電性基材１１上に配線９０および９１を接続する方法は特に制限されるものではないが、例えば、はんだや導電性ペーストを採用することができる。
【００２０】
また、図２および図３に示す色素増感太陽電池４１および４２のように、非導電性基材５０が設けられている場合は、非導電性基材５０の一部を取り除いた後、配線を設けることができる。部分的に取り除く方法は特に限定されるものではないが、物理的な処理あるいは化学的な処理等を行うことができる。例えば、非導電性基材５０を部分的に直接剥離してもよいし、非導電性基材５０が有機フィルムである場合、部分的に加熱することにより前記有機フィルムを収縮させて第１の導電性基材１０および第２の導電性基材１１を露出させてもよい。
図９に示す色素増感太陽電池４０において、配線９０および９１を設けた後、非導電性基材５０を設けてもよい。例えば、非導電性基材５０が有機フィルムである場合、第１の導電性基材１０および／または第２の導電性基材１１に設けた配線９０および／または９１上に、ワニスを塗布することによって非導電性基材５０を形成させることができる。
【００２１】
図１０に示すように、本発明を構成する透明ケースには配線孔７３を設けることが好ましい。これによって、透明ケース８１内に収納した色素増感太陽電池４４から電気エネルギーを取り出す配線９０および９１を、前記配線孔７３を通じて透明ケース外に誘導することができる。
配線孔７３の形成部位は適宜決定することができ、図１０に示す蓋部７０に設けてもよいし、図１０に示す底部７１に設けてもよい。また、配線孔７３の形成個数も適宜決定することができる。
【００２２】
図１１に、渦巻き状に巻き取った色素増感太陽電池４４を透明ケース８１内に収納した図を示す。透明ケース８１内には電解液を満たすことが好ましい。透明ケース８１内に色素増感太陽電池４４を収納した後、電解液を満たすことによって、毛細管現象により電解液が光透過性多孔質層３０に浸透するため、半導電層２０に担持された色素に光が照射されると、電子が放出され発電が生じる。したがって、透明ケース８１内に電解液が満たされれば、光透過性多孔質層３０に予め電解質を満たしておかなくてもよい。
また、透明ケース８１内に色素増感太陽電池４４を収納することによって、透明ケース８１外への電解液の揮発を防ぐことができる。さらに、光透過性多孔質層３０に電解質を包含させた色素増感太陽電池において、電解質の漏れが生じても透明ケース７０外に漏れることがないため、太陽電池として長期にわたって使用することが可能である。
色素増感太陽電池４４に設けられた配線９０および９１は、配線孔７３から透明ケース外に導いた後、前記配線孔７３は樹脂成分等で封止することができる。樹脂成分としては、例えば、紫外線硬化性アクリルやイソシアネート等の透明性を有するものを使用することが好ましい。これによって、透明ケース内に満たした電解液の揮発を防ぐことができる。
【００２３】
本発明を構成する透明ケースはプリズム構造を有しているため、透明ケース内に透過する光の角度を調節することができる。例えば、図１１に示す透明ケース８１の蓋部７０がプリズム構造を有する場合において、蓋部７０の斜め上方向から光照射がなされると、その透過光の角度を底部７１および色素増感太陽電池４３に向けることができる。ここで、蓋部７０に垂直入射する光は底部７１および色素増感太陽電池４３に達するため、蓋部７０にプリズム構造を付与させることにより、色素増感太陽電池４３に達する光量が増大する。これによって、色素増感太陽電池４３の発電効率を向上させることができる。
【００２４】
以下、本発明を構成する材料について説明する。
＜透明ケース＞
透明ケースの形状は、透明ケース内に満たされる電解液、または色素増感太陽電池を構成する電解質層の電解液等が透明ケース外に漏れる事がなければよいのであって、円柱であっても三角錐であっても球状でもよく限定されない。また、透明ケースの大きさは色素増感太陽電池を収納することができればよいのであって、適宜決定することができる。
加えて、透明ケース内に満たされる電解液の量は適宜決定することができる。
【００２５】
透明ケースは、その一部が透明性を有するものであればよい。一部とは、透明ケースの全ての部位において透明性を有する必要がないことを意味する。図７に示す透明ケースの場合、例えば、蓋部７０が透明性を有すればよくその他の部位は透明性を有する必要はない。また、底部７１が透明性を有するものであってもよく、透明性を有する部位は制限されない。加えて、蓋部７０が局部的に透明性を有するものであってもよく、透明性を有する部分は適宜決定することができる。
透明性を有するとは、透明ケース内に収納した色素増感太陽電池に光が照射されるものであれば特に制限されるものではないが、ＪＩＳ−Ｋ７１０５によって測定した全光線透過率が７０％以上であれば好ましい。全光線透過率は８０％以上であることがさらに好ましく、９０％以上であることが特に好ましい。
【００２６】
透明性を有する材料としては、例えば、ガラス、有機フィルム、プラスチック等を使用することができる。透明ケースは、透明性を有する材料のみを単独で使用してもよいし、透明性を有する材料および／または透明性を有しない材料を複数組合わせて使用してもよい。
【００２７】
本発明でいうプリズム構造とは、光の角度を調節できる機能を有する構造をいう。
プリズム構造を有する材料としては、上述の透明性を有する材料と同様のものを使用することができる。本発明においては、透明ケースの任意の部分にプリズム構造を設けることができることから、プリズム構造を有する材料としては、有機フィルムを使用することが好ましい。
プリズム構造を有する有機フィルムの具体的な製品名としては、ＢＥＦＩＩ９０／５０、ＢＥＦＩＩＩ９０／５０Ｔ、ＲＢＥＦ９０／５０−８Ｔ、Ｔｈｉｃｋ  ＲＢＥＦ、ＤＢＥＦ−Ｄ（以上、住友スリーエム社製）等を挙げることができる。これらの有機フィルムは、輝度向上フィルムとも呼ばれるものである。
プリズム構造を有する材料として、有機フィルムを使用する場合、透明性を有する材料上に粘着剤あるいは接着剤等を介して積層することができる。
【００２８】
＜光透過性多孔質層＞
光透過性多孔質層は、光透過性を有するとともに電解液が浸透するものであればよいのであって、例えば、紙、織布、不織布、延伸多孔質膜、高分子多孔質膜、セラミックス等を使用することができる。これらの材料からなる光透過性多孔質層は、層を構成する繊維間あるいは粒子間に細孔を有している。
本発明ではこのような光透過性多孔質層を有しているため、光透過性多孔質層内に電解液を満たすことによって、前記光透過性多孔質層内に電解液が浸透するものである。また、色素増感太陽電池封入体の場合、透明ケース内に電解液を満たすことによって、前記光透過性多孔質層内に電解液が毛細管現象により浸透するものである。
本発明を構成する光透過性多孔質層の材料としては、織布、不織布、高分子多孔質膜を使用することが好ましい。
光透過性多孔質層は、本発明を構成する色素増感太陽電池に光が照射されたとき、光透過性多孔質層から光が透過され、半導電層に担持させた色素から電子が放出されるとともに、電気エネルギーが発生するものであればよく、その光透過性は特に制限されない。具体的には、光透過性多孔質層の少なくとも一部分において、該光透過性多孔質層の孔を介して一方の面から他方の面が連通しているものであればよい。
【００２９】
織布、不織布、延伸多孔質膜および高分子多孔質膜を構成する材料としては、具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド等の樹脂を使用することができる。その他、上記樹脂成分としてセルロース系材料であるニトロセルロース、アセチルセルロース、酢酸セルロース等を使用してもよい。これら単一ポリマーを構成する単量体と、他の単量体との共重合体から選択されたものを使用することもできる。
また、上記樹脂材料に、セルロース系材料、ガラス材料、セラミック材料のうちいずれか２つ以上を組み合わせたものを使用してもよい。
【００３０】
織物および不織布としては、上記樹脂からなる繊維によって、従来公知の方法で得られたものを使用することができる。
【００３１】
延伸多孔質膜としては、例えば、溶媒に溶解する添加剤を含有する前記樹脂からなるフィルムを、溶媒中で延伸することによって得たものを使用することができる。
また、高分子多孔質膜としては、例えば、沸点の異なる良溶媒と貧溶媒の混合溶媒に前記樹脂を溶解した溶液を、塗布乾燥することによって得たものを用いることができる。
【００３２】
高分子多孔質膜の製造方法としては、例えば、樹脂溶液を基材に塗布し、乾燥して多孔質層を形成する多孔質層形成工程と、多孔質層から基材を剥離する剥離工程を経る方法等を挙げることができる。
【００３３】
樹脂溶液を塗布する基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミドイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの樹脂からなるシートまたはフィルムが挙げられる。
【００３４】
樹脂溶液の塗布装置としては、例えば、ディップコーター、スプレーコーター、ロールコーター、ドクターブレード、グラビアコーター、アプリケータ、スクリーン印刷機等が挙げられる。
【００３５】
基材上に形成させた樹脂を剥離する際には、剥離手段を用いてもよいし、手作業で剥離してもよい。
【００３６】
セラミックスとしては、酸化物セラミックス、非酸化物セラミックスを使用することができる他、金属を混合させてもよい。
酸化物セラミックスとしては、チタニア、アルミナ、マグネシア、ベリリア、ジルコニア、シリカ等の単純酸化物、シリカ、ホルステライト、ステアタイト、ワラステナイト、ジルコン、ムライト、コージライト、スポジェメン等のケイ酸塩、チタン酸アルミニウム、スピネル、アパタイト、チタン酸バリウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、フェライト、ニオブ酸リチウム等の複酸化物を使用することができる。
非酸化物セラミックスとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステン等の炭化物、アモルファス炭素、黒鉛、ダイヤモンド、単結晶サファイヤ等の炭素を使用することができる。その他、ホウ化物・硫化物・ケイ化物を使用することができる。
金属としては、金、銀、鉄、銅、ニッケル等を使用することができる。
これらのうち少なくとも１つを原料として用いればよく、より好ましいのはシリカ、チタニア、アルミナであり、その他成分や配合は特に制限はない。
【００３７】
第１の導電性基材上にセラミックスを光透過性多孔質層として形成させる方法は、ウェットプロセス、ドライプロセスのいずれでもよく、特に制限はないが、生産性やコストの面からはウェットプロセスが好ましい。ウェットプロセスでは公知の手法によって基材上にコーティング（塗布）すればよい。コーティング方法としては、例えばグラビアコーティング、オフセットコーティング、コンマコーティング、ダイコーティング、スリットコーティング、スプレーコーティング、メッキ法、ゾル−ゲル法、ＬＢ膜法等を使用することができ、特にゾル−ゲル法が好ましい。
【００３８】
ゾル−ゲル法での出発原料としては、シリカでは、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン等のテトラアルコキシシラン；メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等のオルガノアルコキシシラン；テトラクロロシラン、テトラブロモシラン等のテトラハロシラン等が例示される。また、アルミナでは、例えば、アルミニウムトリ−ｓｅｃ−ブトキシド等のトリアルコキシアルミニウム；アルミニウム（ＩＩＩ）２，４−ペンタンジオネート等が挙げられる。上記出発原料は、触媒、水の存在下でゾル−ゲル反応を進行させるが、すでにゾル−ゲル反応が進んだこれらの加水分解物（反応中間体）を出発原料として用いても良い。また、必要に応じ、樹脂、界面活性剤等の他の成分を適宜添加してもよい。
【００３９】
また、上記出発原料を含むゾルに対して、酸化物セラミックスのフィラーを加えてゾル−ゲル反応させてもよい。この場合、該フィラーの含有量は、出発原料１００重量部に対して、５〜１００重量部程度であればよい。該フィラーの平均粒子径は、通常、１０〜１００ｎｍ程度であればよい。
【００４０】
なお、ドライプロセスとしては、例えばＣＶＤ、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等を使用することができる。
【００４１】
上記の材料および方法からなる光透過性多孔質層は、シート状または板状である。フィルム状またはシート状の場合、光透過性多孔質層の厚さは、５〜１０００μｍ程度、好ましくは２０〜５００μｍ程度であればよい。板状の場合、その厚さは０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは１〜３ｍｍ程度であればよい。
【００４２】
また、光透過性多孔質層が酸化物セラミックス、非酸化物セラミックス及び金属からなる群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする微粒子の集合体（凝集体）からなる場合、該微粒子の平均粒子径は１０〜１００ｎｍ程度であり、該細孔径は１０〜１００ｎｍ程度である。
【００４３】
＜導電性基材＞
第１の導電性基材および第２の導電性基材は、導電性を有するものであればよいのであって、透明性を有する必要はなく、例えば、金属基材を使用することができる。金属基材を使用することにより、電極の低抵抗化を達成することができるため、半導電層に担持させた色素から生じた電子を損失することなく電力として取り出すことができる。
金属基材としては、具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、白金、クロム、ニッケル、タングステン等やこれらの金属から選択される２種以上の金属からなる基材を挙げることができる。
【００４４】
第１の導電性基材および第２の導電性基材は、可撓性を有することが好ましい。これによって渦巻き状に巻き取ることができる。上記第１の導電性基材および第２の導電性基材の厚さは５μｍ〜３ｍｍであることが好ましく、１０μｍ〜３００μｍであることがさらに好ましい。５μｍ〜３ｍｍの範囲内にすることで、適度な強度と柔軟性を備えさせることができる。
【００４５】
＜半導電層＞
半導電層は、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）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの１種または２種以上を複合させた平均粒径１〜１０００ｎｍの酸化物半導体微粒子を主成分とし、厚さは０．５〜５０μｍ程度の多孔質の薄膜であることが好ましい。
【００４６】
半導電層を第１の導電性基材上に形成させる方法としては、例えば、酸化物半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調整できるコロイド溶液を、必要に応じて所望の添加剤を添加した後、スクリーン印刷法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法などにより透明導電層上に塗布することができる。また、コロイド溶液中に透明基材および透明導電層を浸漬し、電気泳動により酸化物半導体微粒子を透明導電層上に付着させる泳動電着法を用いてもよい。また、コロイド溶液や分散液にポリマーマイクロビーズを混合して透明導電層に塗布した後、このポリマーマイクロビーズを加熱処理や化学処理により除去して空隙を形成させ多孔質化する方法を適用してもよい。
コロイド溶液や分散液に発泡剤を混合して第１の導電性基材に塗布した後、焼結して多孔質化する方法を用いることができるが、第１の導電性基材として金属基材を用いる場合、上記分散液を焼成させる温度は４００〜５００℃程度が好ましい。焼成温度を４００〜５００℃程度にすることで、酸化物半導体微粒子間の結合力が密になるため、光照射により増感色素から生じた電子が、半導電層を通じて透明導電層に伝達されやすくなるため好ましい。
【００４７】
半導電層に担持させる色素は、可視光を吸収するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、ビピリジン構造、ターピリジン構造など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、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等から、用途や半導電層の材料に応じて適宜選択して用いることができる。
色素を半導電層に吸着させる方法としては、透明導電層上の半導電層を色素の溶液に含浸させる方法が挙げられる。
【００４８】
＜電解質層＞
電解質層は、電解質溶液からなるものであってもよく、電解質溶液をゲル化剤によって半固体化したものであってもよい。また、上記電解質層としては、電子、ホール、イオン等を輸送できる物質であれば特に限定されず、例えば、ＣｕＩ、ＣｕＳＣＮ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＫＩ等のｐ型半導体固体ホール輸送材料、ヨウ素／ヨウ化物、臭素／臭化物等の酸化還元電解質を有機溶媒に溶解した溶液を用いることができる。
上記有機溶媒としては、例えば、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ルボナート、ジエチルカルボナート、γ―ブ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が挙げられる。
これらの中では、嵩高く、半導電層に吸着させた色素が脱離しにくいことから、酸化還元電解質を有機溶媒に溶解した溶液が好ましい。
【００４９】
＜配線＞
色素増感太陽電池に配線を接続した後、透明ケース外に前記配線を導くことによって電気エネルギーを取り出すことができる。配線を構成する材料は、電気エネルギーを色素増感太陽電池から透明ケース外に誘導できる導電性物質であればよいのであって、特に制限されるものではないが、例えば、金、銀、銅、ニッケル等を使用することができる。
前記配線は、絶縁性材料で被覆することが好ましい。
【００５０】
＜非導電性基材＞
非導電性基材は、本発明を構成する色素増感太陽電池の第１の導電性基材と第２の導電性基材が接触しても放電を抑えることができればよいのであって、その材料は特に制限されるものではないが、例えば、絶縁紙、有機フィルムを挙げることができる。本発明においては有機フィルムを使用することが好ましい。第１の導電性基材および／または第２の導電性基材上に、ワニスを塗布することによって有機フィルムを作製することができる。
【００５１】
有機フィルムとしては、透明性を有するものであってもよいし透明性を有しないものであってもよく、特に制限されるものではないが、具体的には、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリエチレン等のポリオレフィン類、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、トリアセチルセルロース、シリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。これらの中でも、絶縁性に優れることから、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリイミド、シリコーンゴム、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリテトラフルオロエチレン等を使用することが好ましい。
【００５２】
＜透明基材＞
透明基材としては、入射する光を妨げず適度な強度を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ガラス、有機フィルム等を挙げることができる。
ガラスは、板状のガラス板でもよいし、ガラスを繊維として包含するシートでもよいし、渦巻き状に成形したものでもよい。
【００５３】
有機フィルムは可撓性を有するため、透明基材として使用するとシート化することができ、色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取ることができるため好ましい。有機フィルムとしては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、トリアセチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアリレート、環状ポリオレフィン、アラミド等の有機フィルムが使用できる。
上記有機フィルムの厚さは５μｍ〜３ｍｍであることが好ましく、１０μｍ〜３００μｍであることがさらに好ましい。５μｍ〜３ｍｍの範囲内にすることで、適度な強度と柔軟性を備えさせることができる。
【００５４】
透明基材として有機フィルムを使用し、前記有機フィルム上に半導電層を設ける場合、４００〜５００℃程度で前記半導電層を焼成することは困難であるから、工夫が必要となる。例えば、ガラス板や金属板等からなる耐熱基板上に、金属酸化物と樹脂からなる剥離層、透明導電層、半導電層を順次積層した積層体を４００〜５００℃にて焼成した後、シリコーン剥離層を積層した有機フィルムを透明基材として用意し、前記半導電層と前記シリコーン剥離層を貼り合わせる。これらを貼り合わせた後、耐熱基板を剥離層から剥離する。続いて、接着層を設けた有機フィルムを用意し、前記剥離層と前記接着層を貼り合わせる事によって、可撓性を有する色素増感太陽電池を作製することができる。
前記剥離層を構成する金属酸化物としては、前記半導電層と同一のものを使用することができる。前記剥離層を構成する樹脂としては、セルロース系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアクリル酸エステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂などのほかに、ポリエチレングリコールのような多価アルコール類を挙げることができる。
【００５５】
また、透明基材として有機フィルムを使用する他の例としては、前記透明基材上に透明導電層および半導電層を順次積層した後、１００〜４００℃程度に加熱した第１の金属板を前記半導電層に押圧することによって焼結させてもよい。なお、押圧の際には、前記透明基材のもう一方の面に、第２の金属板を接触させることができるが、前記第２の金属板の温度は前記透明基材の軟化温度以下にする必要がある。
第１の金属板および第２の金属板としては、特に限定されるものではないが、ステンレス板を使用することが好ましい。
【００５６】
＜透明導電層＞
透明導電層としては特に限定されるものではないが、光透過率の観点から、例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明な酸化物半導体を使用することが好ましい。これらの酸化物半導体は単独で使用してもよいし、複数を使用してもよい。
【００５７】
透明導電層を透明基材上に形成させる方法としては、透明導電層の材質に応じた方法を用いればよいが、例えば、ＩＴＯなどの酸化物半導体を透明基材上に形成させる場合、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＳＰＤ法、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。透明導電層の厚さは光透過性と導電性を考慮して、０．０５〜２．０μｍとすることが好ましい。
【００５８】
＜基材＞
基材としては、適度な強度を有するものであればよく、必ずしも透明性を有するものである必要はない。したがって、金属板を使用しても、透明性を有するガラス板や有機フィルム等を使用してもよい。
【００５９】
＜その他＞
本発明の色素増感太陽電池は、光透過性多孔質層に電解質を満たした後、色素増感太陽電池全体を樹脂成分で封止することによって、電解質の漏れ・揮発を防ぐことができるため好ましい。また、色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取った後に、樹脂成分により封止を行ってもよい。
本発明の色素増感太陽電池封入体は、透明ケース内に電解液を存在させることができるため、色素増感太陽電池を構成する光透過性多孔質層に電解液を浸透させるために、収納する色素増感太陽電池には部分的な樹脂成分の封止をすることが好ましい。また、色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取った後に、樹脂成分により部分的な封止を行ってもよい。
部分的とは、光透過性多孔質層に電解液が浸透すればよいのであって、その封止部分や封止方法は特に制限されない。
また、ここでいう樹脂成分としては、紫外線硬化性アクリルやイソシアネート等の透明性を有するものを使用することが好ましい。
以下、本発明を実施例によって説明する。
【実施例１】
【００６０】
図１に示す色素増感太陽電池を次のように作製した。
第１の導電性基材として、厚さ１２μｍの電解銅箔（三井金属鉱業社製  商品名：ＴＱ−ＬＰ）を使用し、この上に半導電層として酸素ガスを導入した反応性真空蒸着法により、厚さ９μｍの酸化チタンを形成させた。この時の製膜圧力は２．５×１０−１Ｐａであった。得られた積層体を、４５０℃で３０分間焼成した。
次に、乾燥させた積層体をビス（４，４−ジカルボキシ−２，２−ピピリジル）ジチオシアネートルテニウムの２．５×１０−４Ｍエタノール溶液に浸漬することにより、前記色素を半導電層に担持させた後、エタノール洗浄および乾燥を行った。
第１の導電性基材として使用した電解銅箔において、半導電層を積層していない面に、銅線のはんだ付けを行った。
【００６１】
続いて、第２の導電性基材として厚さ１２μｍの電解銅箔（三井金属鉱業社製  商品名：ＴＱ−ＬＰ）を使用し、その一方の面に銅線のはんだ付けを行った。
【００６２】
光透過性多孔質層を以下の方法で作製した。
ポリアミドイミドを、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（良溶媒）に溶解し、フタル酸ジブチル（貧溶媒）を添加して固形分濃度１０重量％の塗布液を作製した。得られた塗布液をポリエチレンテレフタレートフィルムからなる支持体上に、乾燥後の膜厚が２０μｍとなるように塗布し、１２０℃の送風乾燥機中で乾燥させた。その後、支持体を剥離することによってポリアミドイミド多孔質膜（高分子多孔質膜、空隙率６５％）を作製した。
【００６３】
第１の導電性基材に積層した半導電層上に、光透過性多孔質層として上記の方法によって作製したポリアミドイミド多孔質膜を積層した。続いて、ポリアミドイミド多孔質膜上に第２の導電性基材（銅線をはんだ付けしていない面）を積層することにより、図９に示す色素増感太陽電池を作製した。
【００６４】
次に、第２の導電性基材を中心に渦巻き状に巻き取ることにより、図４に示す色素増感太陽電池を作製した。作製した色素増感太陽電池を、図１０に示す透明ケース内に収納し、図１１に示す色素増感太陽電池封入体を作製した。
なお、透明ケースを構成する蓋部の裏面（色素増感太陽電池側）には、予め、粘着剤を介してプリズム構造を有する有機フィルム（住友スリーエム社製、商品名：ＤＢＥＦ−Ｄ）を、プリズム構造を構成する突起状の連続体が色素増感太陽電池に向くように配置した。また、この有機フィルムの正面輝度は、下記の方法により測定した結果、正面輝度の向上を認めたものである。
【００６５】
続いて、下記組成からなる電解液を透明ケース内に満たし、配線を透明ケース外に導いた後、前記透明ケースを紫外線硬化アクリル樹脂により密閉することにより、本発明の色素増感太陽電池封入体を作製した。
・０．０５Ｍ  ヨウ素
・０．１Ｍ  ヨウ化リチウム
・０．１Ｍ  Ｄｉｍｅｔｈｙｌｐｒｏｐｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ  ｉｏｄｉｄｅ
・０．５Ｍ  ４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ
・溶媒  ブチロニトリル
（正面輝度の測定方法）
冷陰極管（光源上輝度：約１０，０００ｃｄ／ｍ２）の表面から５ｍｍ離して、厚さ２ｍｍのポリカーボネート製透明支持体を設置し、その上に上記のプリズム構造を有する有機フィルムを載置した。試料から５０ｃｍ離れた位置に輝度計（ＢＭ−７、トプコン社製）を固定し、光源上の輝度を測定した。
【００６６】
＜評価＞
実施例１の色素増感太陽電池封入体において、ＪＩＳ  Ｃ８９１３に準じて、電流電圧特性を調べたところ、エネルギー変換が行われていることを確認した。
【００６７】
以上のように、本発明によれば、本発明を構成する色素増感太陽電池の発電量を向上させるとともに、電解液の揮発や漏れ等を生じることがなく長期にわたって使用することができる色素増感太陽電池封入体を提供することができる。
また、本発明を構成する透明ケースはプリズム構造を有するため、透明ケース内への透過光量を増大させることができる。これによって、透明ケースに収納された色素増感太陽電池の発電量を向上させることができるとともに、良好に電気エネルギーの回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】色素増感太陽電池の断面図である
【図２】色素増感太陽電池の断面図である
【図３】色素増感太陽電池の断面図である
【図４】色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取った図である
【図５】図４に示した色素増感太陽電池をＡ方向から見た図である
【図６】色素増感太陽電池の断面図である
【図７】透明ケースの一例を示す図である
【図８】光が特定方向に向かうことを示す図である
【図９】色素増感太陽電池の断面図である
【図１０】透明ケースの一例を示す図である
【図１１】本発明の一実施形態の色素増感太陽電池封入体である
【符号の説明】
【００６９】
１０  第１の導電性基材
１１  第２の導電性基材
１２  表面部
２０  半導電層
３０  光透過性多孔質層
４０、４１、４２、４３、４４  色素増感太陽電池
５０  非導電性基材
６０  空隙
７０  蓋部
７１  底部
７２  側部
７３  配線孔
８０、８１  透明ケース
９０、９１  配線
１００  色素増感太陽電池封入体
【図１】
2009117215.tif 000003
【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】
2009117215.tif 000009
【図８】
2009117215.tif 000010
【図９】
2009117215.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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