(57)【要約】【課題】  高い導電性を有するとともに光透過性をも有する色素増感太陽電池を提供することを目的とする。また、電解液の揮発や漏れ等を生じることが無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。【解決手段】  第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、導光層および第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色素増感太陽電池である。前記色素増感太陽電池が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１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、導光層および第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色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記半導電層上に、前記導光層とともに電解質層が積層されてな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。
【請求項３】
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乃至２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
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乃至３に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
請求項１に記載の色素増感太陽電池を複数重ね合わせた色素増感太陽電池であって、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４に記載の色素増感太陽電池。
【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１乃至４に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記第１の導電性基材および前記第２の導電性基材に、配線が施されてなることを特徴とする請求項１乃至６に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
請求項１乃至７に記載の色素増感太陽電池が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９】
電解質が前記透明ケースに満たされていることを特徴とする請求項８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７乃至９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７乃至１０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、導光層を有する色素増感太陽電池、および前記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と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の間に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の構成は、ガラス等の透明基材上に、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ものである。色素増感太陽電池は色素を担持させた半導電層に光が照射されないと電気エネルギーが生じないため、従来の色素増感太陽電池においては透明基材や透明導電層が透明性を有することが必要であった。
【０００７】
透明基材上に積層する透明導電層としては、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が使用される。従来の色素増感太陽電池における透明導電層の厚さは、光透過性および導電性を満足させるために、０．０５〜２．０μｍ程度に設計されている。透明導電層の厚さを０．０５μｍ未満とすると、光透過性は向上するものの導電性が不足するため、電気エネルギーの回収が困難となる。一方、透明導電層の厚さを２．０μｍ超とすると、導電性は向上するものの光透過性が不足するため、電気エネルギーを発生させることが困難となってしまう問題を有していた。
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場合、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。
【０００８】
従来の色素増感太陽電池の構成においては、上記のような問題を解決するのは困難であった。そこで、本発明は、高い導電性を有するとともに光透過性をも有する色素増感太陽電池を提供することを目的とする。
また、本発明は、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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、導光層および第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色素増感太陽電池であり、
請求項２の発明は、前記半導電層上に、前記導光層とともに電解質層が積層されてな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であり、
請求項３の発明は、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乃至２に記載の色素増感太陽電池であり、
請求項４の発明は、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乃至３に記載の色素増感太陽電池であり、
請求項５の発明は、請求項１に記載の色素増感太陽電池を複数重ね合わせた色素増感太陽電池であって、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４に記載の色素増感太陽電池であり、
請求項６の発明は、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１乃至４に記載の色素増感太陽電池であり、
請求項７の発明は、前記第１の導電性基材および前記第２の導電性基材に、配線が施されてなることを特徴とする請求項１乃至６に記載の色素増感太陽電池であり、
請求項８の発明は、請求項１乃至７に記載の色素増感太陽電池が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り、
請求項９の発明は、電解質が前記透明ケースに満たされていることを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池封入体であり、
請求項１０の発明は、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７乃至９に記載の色素増感太陽電池封入体であり、
請求項１１の発明は、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７乃至１０に記載の色素増感太陽電池封入体である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の色素増感太陽電池は、第１の導電性基材上に、色素を担持させた半導電層、導光層および第２の導電性基材が順次積層されてなるため、電極となる第１の導電性基材の低抵抗化が可能である。したがって、発電した電力を減損させることなく取り出すことができる。前記導光層または前記導光層によって生じる前記半導電層−前記第２の導電性基材間の空間から、色素を担持させた半導電層に光が導かれることによって、発電を生じさせることができる。
本発明の色素増感太陽電池は、渦巻き状に構成させることができるため、発電量を向上させることができる。
本発明の色素増感太陽電池封入体によれば、透明ケース内に電解質を満たすことができるため、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を図を用いて説明する。
本発明の色素増感太陽電池は、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、導光層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である。
導光層３０は、半導電層２０に担持された色素に光を導くことができるものであればよく、図１に示すように前記半導電層２０上に部分的に積層されてなるものであれば足り、前記半導電層２０の全ての面を覆うように積層する必要はない。また、半導電層２０上に積層する導光層３０の数、位置、長さなどは制限されず、例えば、半導電層２０上に複数の導光層３０を形成させてもよいし、導光層３０が前記半導電層２０の端面から端面までを覆わないものであってもよい。
【００１２】
本発明においては、少なくとも１つの導光層が、前記半導電層２０の一方の端面から当該端面と異なる端面まで連続して存在することが好ましい。具体的には、例えば、図１に示すような導光層３０の位置および長さで形成させることが好ましい。これによって、導光層３０が存在する色素増感太陽電池の端面から光が透過しやすくなるとともに、導光層３０が存在しない色素増感太陽電池の端面からも光が透過しやすくなるため、色素増感太陽電池としての発電効率が向上する。
【００１３】
図１に示した色素増感太陽電池４０を、図中のＡ−Ａ´線で切断した断面図が図２である。導光層３０は半導電層２０の全ての面を覆うように存在する必要がないため、導光層３０が半導電層２０上に部分的に積層する場合、半導電層２０上には導光層３０とともに空間３１が存在する。
空間３１には、電解質を満たしてもよいし満たさなくてもよい。後述する透明ケースに電解液が満たされない場合は、空間３１に電解質層を設けることが好ましい。電解質層の少なくとも一部分が半導電層２０に接触していれば電気エネルギーを生じさせることができるから、当該電解質層は空間３１を全て満たすものであってもよいし、全て満たさないものであってもよい。電解質層としては、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。
【００１４】
本発明の別の色素増感太陽電池４１は、図３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を積層してもよく、図４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４３としてもよい。また、第１の導電性基材１０および第２の導電性基材１１上の両方に非導電性基材５０を積層してもよい。
【００１５】
色素増感太陽電池４０、４１、４２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５に示す。巻き取る際には、第１の導電性基材１０側を中心に巻き取ってもよいし、第２の導電性基材１１側を中心に巻き取ってもよい。したがって、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または第２の導電性基材１１あるいは非導電性基材５０となる。この際、導光層３０は巻き取られた色素増感太陽電池４４の端面側（ＸもしくはＸ’側）に存在することが好ましい。これによって、周回毎に導光層３０が存在するため、光が半導電層２０上に担持させた色素に到達しやすくなり、色素増感太陽電池４４としての発電量が向上する。
また、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。
【００１６】
渦巻き状に巻き取られた色素増感太陽電池４４を図５に示すＢから見た図が図６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６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緩めに巻回して空隙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。その場合、巻き取りの形状を維持するために空隙６０には樹脂を充填してもよい。
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。
【００１７】
さらにまた、図７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５に示す色素増感太陽電池４３とすることができる。
【００１８】
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できる。図８に本発明における透明ケースの一例を示した。透明ケース７０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。
【００１９】
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８に示す透明ケース７０の場合、蓋部７１または底部７２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７０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７０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７１または底部７２を上記樹脂成分で密閉してもよい。
【００２０】
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の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８０および８１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８０および８１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８０および８１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８０および８１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。
【００２１】
また、図３および図４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８０および８１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８０および／または８１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。
【００２２】
本発明におけ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８０および８１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８に示す蓋部７１に設けてもよいし、図８に示す底部７２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。
【００２３】
図１０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７０内に収納した図を示す。ここで、導光層３０により生じる半導電層２０−第２の導電性基材１１間の空間６０を、透明ケース７０の底部７２上に設置することが好ましい。透明ケース７０内に電解液を満たすことにより、毛細管現象により電解液が空間６０内に浸透するため、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。なお、空間６０には電解質層が満たされていてもよいし、電解質層が満たされていなくてもよい。
また、透明ケース７０内に色素増感太陽電池４４を収納することによって、電解液の揮発を防ぐことができる。さらに、色素増感太陽電池の導光層３０において電解質を包含させた場合、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８０および８１は、配線孔７３から透明ケース７０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。
【００２４】
以下、本発明を構成する材料について説明する。
＜導光層＞
導光層は半導電層に担持された色素に光を導くことができるものであればよく、例えば、紙、織布、不織布、延伸多孔質膜、高分子多孔質膜、有機フィルム、プラスチック、セラミックス、金属板、ガラス繊維等を使用することができる。
導光層に光透過性を有する材料を使用する場合、該導光層または該導光層により生じる半導電層−第２の導電性基材間の空間より、光を半導電層に担持された色素に導くことができる。
一方、導光層に光不透過性を有する材料を使用する場合、該導光層により生じる半導電層−第２の導電性基材間の空間より、光を半導電層に担持された色素に導くことができる。
【００２５】
本発明においては、導光層として光透過性を有する材料を使用することが好ましい。本発明の色素増感太陽電池を透明ケースに収納し、前記透明ケースに電解液を満たす場合、前記導光層により生じる半導電層−第２の導電性基材間の空間を前記透明ケースの底部に設けることにより、電解液を空間内に浸透させることができるとともに、前記導光層を光が透過するため発電を生じさせることができる。
【００２６】
光透過性を有する材料としては、織布、不織布、延伸多孔質膜、高分子多孔質膜、有機フィルムおよびプラスチックを使用することが好ましい。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。
【００２７】
織布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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１の導電性基材上にセラミックスを導光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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明を構成する導光層は光透過性を有し、且つ、当該導光層内に電解質が浸透しないものであることが好ましく、例えば、有機フィルム、プラスチック、金属板、ガラス繊維等が挙げられる。当該導光層内に電解質を浸透させないことにより、導光層内の光透過性が向上するとともに、色素増感太陽電池としての発電量が向上する。
また、本発明を構成する導光層は電解質によって、侵食されない部材を用いることが好ましく、例えば、有機フィルム、プラスチック、ガラス繊維を使用することが好ましい。これによって、長期にわたって色素増感太陽電池の発電量を好適に維持することができる。
【００３９】
上記の材料および方法からなる導光層は、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、導光層の厚さは、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。
半導電層−第２の導電性基材間に設ける導光層は、当該導光層が接触する半導電層および第２の導電性基材において、部分的に存在するものであればよい。
【００４０】
また、導光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。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜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よく特に限定されない。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。
【００４４】
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９に示す透明ケースの場合、例えば、蓋部７１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７２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特に制限されるものではない。加えて、蓋部７１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７０内に収納した色素増感太陽電池４４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。
【００４５】
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。
【００４６】
＜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。
【００４７】
半導電層を透明導電層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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜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、金属酸化物半導体多孔質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。
【００５０】
＜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。
【００５１】
＜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。
【００５２】
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。
【００５３】
＜その他＞
本発明の色素増感太陽電池は、導光層によって生じる半導電層−第２の導電性基材間の空間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が好ましい。これによって、当該電解質の漏れ・揮発を防ぐことができる。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導光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、導光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が、本発明はなんらこれに限定されるものではない。
【実施例１】
【００５４】
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（色素４）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。
【００５５】
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。
【００５６】
第１の導電性基材に積層した半導電層の端面に、アクリル樹脂を積層した。続いて、アクリル樹脂上に第２の導電性基材（導線をはんだ付けしてない面）を積層した後、該アクリル樹脂に紫外線を照射することにより硬化させ、半導電層−第２の導電性基材間に部分的に導光層を形成させた。
【００５７】
半導電層−第２の導電性基材間の空間に下記組成からなる電解液を含浸させて、実施例１の色素増感太陽電池を作製した。
・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
【実施例２】
【００５８】
実施例１の色素増感太陽電池を２つ作製し、第１の導電性基材同士を重ねあわせた後、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、色素増感太陽電池を作製した。
【実施例３】
【００５９】
実施例２の色素増感太陽電池全体を紫外線硬化性アクリルによって封止することにより、色素増感太陽電池を作製した。
【実施例４】
【００６０】
実施例２の色素増感太陽電池を図８に示した形状の透明ケース内に収納し、下記組成からなる電解液を前記透明ケース内に満たした。・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
【００６１】
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、図９に示す色素増感太陽電池封入体を作製した。
【００６２】
＜評価＞
実施例１〜３の色素増感太陽電池および実施例４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。
【００６３】
本発明の色素増感太陽電池は導光層を使用することにより、第１の導電性基材および第２の導電性基材を使用することが可能になる。これによって、高い導電性を有するとともに光透過性をも有する色素増感太陽電池を提供することが可能になる。
また、本発明の色素増感太陽電池封入体を使用することにより、電解質の漏れや揮発を防  本発明の色素増感太陽電池を構成する導光層に、電解質が浸透しないような部材、例えば、有機フィルム、プラスチック等を使用することにより、色素増感太陽電池としての発電量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の色素増感太陽電池の斜視図である
【図２】図１で示した色素増感太陽電池をＡ−Ａ´線で切断した断面図である
【図３】本発明の別の色素増感太陽電池の断面図である
【図４】本発明の別の色素増感太陽電池の断面図である
【図５】本発明の色素増感太陽電池を渦巻き状に巻き取った図である
【図６】図５に示した色素増感太陽電池をＢ方向から見た図である
【図７】本発明の別の色素増感太陽電池の断面図である
【図８】透明ケースの一例を示す図である
【図９】配線が設けられた本発明の本発明の色素増感太陽電池の断面図である
【図１０】透渦巻き状に巻き取った色素増感太陽電池を透明ケース内に収納した色素増感太陽電池封入体である
【符号の説明】
【００６５】
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  導光層
３１  空間
４０、４１、４２、４３、４４  色素増感太陽電池
５０  非導電性基材
６０  空隙
７０  透明ケース
７１  蓋部
７２  底部
７３  配線孔
８０、８１  配線
９０  色素増感太陽電池封入体
【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】
2009037883.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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