JP2000100482A

JP2000100482A - 色素増感型太陽電池

Info

Publication number: JP2000100482A
Application number: JP10266222A
Authority: JP
Inventors: Megumi Sakagami; 惠坂上; Shigeyoshi Sakaki; 茂好榊
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP3945038B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な材料を使用した増感色素を利用できる
とともに、高い光エネルギー変換効率を有し、安全かつ
耐久性に優れる色素増感型太陽電池を提供することを目
的とする。【解決手段】透明導電膜を備えた透明基板と、前記透
明基板と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持
させた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によっ
て前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネル
ギーを発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感
色素が、少なくとも１種の一般式（化１）及び／または
（化２）で表される銅ビピリジル一価錯体を含む構成を
有している。【化１】【化２】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽光エネルギーを
電気エネルギーに直接変換する色素増感型太陽電池に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、化石燃料に代わるエネルギー源と
して太陽光を利用する種々太陽電池が開発されている。
現在実用化されている太陽電池の主流は、多結晶又はア
モルファスシリコンをセルとするものであるが、製造プ
ロセスにおけるエネルギー消耗が高く、又はガリウムや
ヒ素等の毒性の高い材料を使用することには問題があっ
た。近年、多結晶又はアモルファスシリコンをセルとす
る太陽電池の代わりに、酸化物半導体電極を用いた色素
増感型太陽電池が開発されている。

【０００３】この種の太陽電池の原理は、酸化物半導体
としての二酸化チタンに、これよりも高い位置に電子の
最低空軌道を有する光増感色素を吸着させ、可視光を吸
着した増感色素の励起状態から酸化物半導体の伝導体へ
速い電子移動が起こることを応用したものである。この
ような太陽電池には、「Ｎａｔｕｒｅ」，Ｖｏｌ．２６
１，ｐ４０２（１９７６年）学会誌（以下イ号学会誌と
いう）に記載されているようなものが一般的であった。

【０００４】また、イ号学会誌に記載のものを改良した
新しい構造の太陽電池が「Ｎａｔｕｒｅ」，Ｖｏｌ．３
５２，ｐ７３７（１９９１年）学会誌（以下ロ号学会誌
という）が開示されている。これは透明導電膜上に酸化
チタンを焼結し、その酸化チタン上にルテニウムビピリ
ジル錯体を吸着させたものである。これは、８％〜１０
％程度の高い変換効率を有し実用的にもある程度耐えう
る性能を持っていると考えられる。また、「Ｊｏｕｒｎ
ａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ」，Ｖｏｌ．９７，Ｎｏ．２３，ｐ６２７２（１９９
３年）学会誌には、酸化物半導体電極を用いた色素増感
型太陽電池の新規な増感色素が開示されている。そこ
で、いくつかのクロロフィル誘導体について評価をした
データが記載されている。

【０００５】また、特開平９−１９９７４４号公報（以
下ハ号公報という）には、カルボキシル基を有する種々
の金属を中心に持つフタロシアニン化合物を利用する色
素増感型太陽電池が開示されている。

【０００６】更に、特開平１０−９３１１８号公報（以
下ホ号公報という）、同１０−９２４７７号公報（以下
ニ号公報という）には、トリフェニメルタン骨格、クマ
リン骨格、アクリジン骨格、９−フェニルキサンテン骨
格を有する有機色素を用いた太陽電池が開示されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の酸化物半導体電極を用いた色素増感型太陽電池では以
下の課題を有していた。

【０００８】イ号学会誌に記載の酸化物半導体電極を含
む太陽電池には、光エネルギーから電気エネルギーに直
接変換する変換効率は低く、実用化は困難であるという
課題を有していた。

【０００９】ロ号学会誌に記載の有機色素を用いた太陽
電池には、増感色素として使用するルテニウム錯体は希
少な金属であり、極めて高価であった。太陽電池で大き
なエネルギーを生み出すためには大面積が必要である。
現在、実用化されているシリコン系の太陽電池は高価で
あり普及の大きな妨げになっている。従って、太陽電池
を普及させるためには安価な素材を用い、安価な製造方
法によって作製できるものでなくてはならない。しか
し、ロ号学会誌に記載の増感色素には希少な金属ルテニ
ウムを使用することで、ルテニウムが希少かつ極めて高
価なので、入手しにくいという課題を有していた。

【００１０】ハ号公報に記載の湿式太陽電池には、増感
色素として使用するフタロシアニン化合物が半導体とし
て用いられる二酸化チタン表面との結合が弱く、耐久性
に欠けるという課題を有していた。

【００１１】ホ号、ニ号公報に記載の有機色素を用いた
太陽電池には、増感色素として使用する９−フェニルキ
サンテン骨格を有する有機色素が電子供給体から色素の
最高被占軌道への電子移動が遅く、光エネルギーから電
気エネルギーに直接変換する変換効率は低いという課題
を有していた。

【００１２】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、安価な材料を使用した増感色素を利用できるととも
に、高い光エネルギー変換効率を有し、安全かつ耐久性
に優れる色素増感型太陽電池を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
るために本発明における色素増感型太陽電池は、透明導
電膜を備えた透明基板と、前記透明基板と対極をなす導
電性基板との間に色素を担持させた半導体電極と電解質
層とがあり、光電変換によって前記透明導電膜と前記導
電性基板との間に電気エネルギーを発生する色素増感型
太陽電池であって、前記増感色素が、少なくとも１種の
一般式（化１）及び／または（化２）で表される銅ビピ
リジル一価錯体を含む構成を有している。

【００１４】この構成により、一般式（化１）及び／ま
たは（化２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色
素が安全かつ安価な材料であるため、入手しやすく、生
産性に優れるという作用を有する。

【００１５】また、一般式（化１）及び／または（化
２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素は光エ
ネルギーから電気エネルギーに直接変換する変換効率を
向上できるという作用を有する。

【００１６】また、一般式（化１）及び／または（化
２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素は耐久
性に優れるという作用を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の色素増
感型太陽電池は、透明導電膜を備えた透明基板と、前記
透明基板と対極をなす導電性基板との間に色素を担持さ
せた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって
前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギ
ーを発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色
素が、少なくとも１種の一般式（化１）及び／または
（化２）で表される銅ビピリジル一価錯体を含む構成を
有している。

【００１８】これにより、一般式（化１）及び／または
（化２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素が
安全かつ安価な材料であるため、入手しやすく、生産性
に優れるという作用を有する。

【００１９】また、一般式（化１）及び／または（化
２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素は光エ
ネルギーから電気エネルギーに直接変換する変換効率を
向上できるという作用を有する。

【００２０】また、一般式（化１）及び／または（化
２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素が、太
陽光を効率的に吸収するので、光エネルギーから電気エ
ネルギーに直接変換する変換効率を向上できるという作
用を有する。

【００２１】また、一般式（化１）及び／または（化
２）で表される銅ビピリジル一価錯体の増感色素は耐久
性に優れるという作用を有する。

【００２２】ここで、増感色素としては、その骨格炭素
に、カルボキシル基、スルホン酸基、水酸基等の酸性基
又はその水溶性塩から選ばれる置換基を有している。こ
れらを有するものは、酸化物半導体に対する吸着性にす
ぐれているためである。カルボキシル基を有するものは
特に好ましい。即ち、（化１）と（化２）式中のＲ₁〜
Ｒ₈では、ＨやＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂等置換基
が用いられる。Ｒ₁〜Ｒ ₈の少なくとも１つはＣＯＯＨ，
ＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂等置換基を有することが好ましい。
また、Ｒ₁₀とＲ₁₁にはＣＯＯＨやＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂，
アルキル基，アリール基等置換基が用いられる。増感色
素の具体例としては、以下の（化６）乃至（化１０）の
化合物が挙げられる。

【００２３】

【化６】

【００２４】

【化７】

【００２５】

【化８】

【００２６】

【化９】

【００２７】

【化１０】

【００２８】酸化物半導体としては、従来公知のものが
包含される。このようなものには、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｚｒ、Ｙ、Ｌａ、Ｔａ等遷移金属の酸化物の他、
ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃等のべロプスカイト系酸化物
等が挙げられる。この酸化物半導体粉末は、できるだけ
微粒子であることが好ましい。その平均粒径は１ｎｍ〜
５０００ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜５０ｎｍが用いられ
る。また、その比表面積は、５ｍ²／ｇ〜５００００ｍ²
／ｇ、好ましくはｌ０ｍ²／ｇ〜１００００ｍ²／ｇが用
いられる。酸化物半導体の比表面積は、１０ｍ²／ｇよ
り小さくなるにつれ、酸化物半導体表面に吸着される単
分子層の増感色素の量が少なくなるという傾向が認めら
れ、また１００００ｍ²／ｇよりも大きくなるにつれ、
作るのが難しくなるという傾向が認められるので、いず
れも好ましくない。

【００２９】酸化物半導体電極の形状としては、特に制
約されず、膜状、板状、柱状、円筒状等の各種の形状で
あることができるが、一般的には、導電性表面を有する
基板上に形成された膜形状で用いられる。

【００３０】酸化物半導体電極の透明基板としては、少
なくともその表面が導電性表面に形成された基板が用い
られる。このような透明基板としては、ガラス等の耐熱
性基板上に、酸化インジウム、酸化錫、酸化錫インジウ
ムなどの導電性金属酸化物薄膜を形成したものや金属等
の導電性材料からなる基板が用いられる。これらの中に
はフッ素等のドーピング材料を含有することも好まし
い。透明基板の厚さは特に制約されないが、通常、０．
３〜５ｍｍである。このような透明基板は、透明又は可
視光に対して８０％以上の透過率があるものが特に好ま
しい。また、赤外線、紫外線等の電磁波に対して透過性
があるものでもよい。

【００３１】電解液としては、レドックス電解質や溶媒
が用いられて調整した。レドックス電解質は、Ｉ^-／Ｉ₃
^-系や、Ｂｒ^-／Ｂｒ₃系、キノン／ハイドロキノン系等
が挙げられる。このようをレドックス電解質は、従来公
知の方法によって得ることができ、例えば、Ｉ^-／Ｉ₃ ^-
系の電解質は、ヨウ素のアンモニウム塩とヨウ素を混合
することによって得ることができる。溶媒は、電気化学
的に不活性なものが用いられ、例えば、アセトニトリ
ル、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート等が用いら
れる。

【００３２】対極としては、導電性を有するものであれ
ばよく、任意の導電性材料が用いられるが、Ｉ₃ ^-イオン
等の酸化型レドックスイオンの還元反応を充分な速さで
行わせる触媒能を持ったものの使用が好ましい。このよ
うなものとしては、白金電極、導電材料表面に白金めっ
きや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム
金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。

【００３３】本発明の請求項２に記載の色素増感型太陽
電池は、透明導電膜を備えた透明基板と、前記透明基板
と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持させた
半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって前記
透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギーを
発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色素
が、少なくとも１種の一般式（化３）及び／または（化
４）で表される銅フェナン卜ロリン一価錯体を含む構成
を有している。

【００３４】これにより、請求項１と同じの作用を有す
る。ここで、増感色素としては、一般式（化３）及び／
または（化４）で表される銅フェナン卜ロリン一価錯体
が用いられる。骨格炭素に、カルボキシル基、スルホン
酸基、水酸基等の酸性基又はその水溶性塩から選ばれる
置換基を有している。これらを有するものは、酸化物半
導体に対する吸着性にすぐれているためである。カルボ
キシル基を有するものは特に好ましい。即ち、（化３）
と（化４）式中のＲ₁〜Ｒ₈では、ＨやＣＯＯＨ，Ｓ
Ｏ₃，ＯＨ，ＮＨ₂等置換基が用いられる。Ｒ₁〜Ｒ₈の少
なくとも１つはＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂等置換基
を有することが好ましい。また、Ｒ₁₀とＲ₁₁にはＣＯＯ
ＨやＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂，アルキル基，アリール基等置
換基が用いられる。増感色素の具体例としては、以下の
（化１１）乃至（化１４）の化合物が挙げられる。

【００３５】

【化１１】

【００３６】

【化１２】

【００３７】

【化１３】

【００３８】

【化１４】

【００３９】本発明の請求項３に記載の色素増感型太陽
電池は、透明導電膜を備えた透明基板と、前記透明基板
と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持させた
半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって前記
透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギーを
発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色素
が、少なくとも１種の一般式（化５）で表される亜鉛ポ
ルフィリン錯体を含む構成を有している。

【００４０】これにより、請求項１と同じの作用を有す
る。ここで、増感色素としては、一般式（化５）で表さ
れる亜鉛ポルフィリン錯体が用いられる。（化５）式中
のＲ₁₂〜Ｒ₁₅では、ＨやＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ等置換
基が用いられるが、Ｒ₁₂〜Ｒ₁₅の少なくとも１つはＣＯ
ＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，等置換基を有することが好まし
い。増感色素の具体例としては、以下の（化１５）乃至
（化１８）の化合物が挙げられる。

【００４１】

【化１５】

【００４２】

【化１６】

【００４３】

【化１７】

【００４４】

【化１８】

【００４５】以下、本発明の実施の形態について、図面
を用いて説明する。（実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
色素増感型太陽電池の要部断面図である。

【００４６】図１において、１は本発明の実施の形態１
における色素増感型太陽電池、２は太陽光９を通過でき
る透明基板、３は太陽光９を通過できる透明基板２に形
成された透明導電膜、４は透明導電膜３の表面に形成さ
れて増感色素を担持させた酸化物半導体膜、５は導電膜
６を担持される基板、６は基板５に付着された導電膜、
７は透明基板２と透明導電膜３と酸化物半導体膜４を備
えた半導体電極と基板５と導電膜６を備えた対極とそれ
らの電極に接触してレドックス電解質が用いられる電解
液、８は前記半導体電極や電解液７及び対極を収納して
付止されるケース、９は太陽光線である。

【００４７】以上の構成を有した実施の形態１につい
て、以下その各部分の形成を具体的に説明する。

【００４８】半導体電極を製造するには、先ず、酸化物
半導体の微粉末を含む塗布液を作る。この酸化物半導体
微扮末は、その１次粒子径が微細な程好ましく、そのｌ
次粒子径は、通常、１〜５０００ｎｍ，好ましくは２〜
５０ｎｍである。酸化物半導体微粉末を含む塗布液（ス
ラリー液）は、酸化物半導体微粉末を溶媒中に分散させ
ることによって調製することができる。溶媒中に分散さ
れた酸化物半導体微粉末は、その１次粒子状で分散す
る。

【００４９】上記塗布液の溶媒としては、水、有機溶
媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。有機溶媒と
しては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチ
ルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケト
ン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いら
れる。塗布液中には、必要に応じ、界面活性剤や粘度調
節剤（グリセリン、ポリエチレングリコール等の多価ア
ルコール類、ポリビニルアルコール等の高分子化合物）
を加えることができる。溶媒中の酸化物半導体微紛末濃
度は、０．ｌｗｔ％〜７０ｗｔ％、好ましくは０．５ｗ
ｔ％〜３０ｗｔ％に用いられる。半導体微紛末濃度は、
半導体微紛末の種類によるが、０．５ｗｔ％より小さく
なるにつれ、酸化物半導体が基板表面上に塗布する効率
が低くなるという傾向が認められ、また３０ｗｔ％より
も大きくなるにつれ、塗布液の粘度が増加し均一な塗布
が難しくなるという傾向が認められるので、いずれも好
ましくない。

【００５０】次に、前記塗布液を基板上に塗布、乾燥
し、次いで空気中又は不活性ガス中焼成して、基板上に
酸化物半導体膜を形成する。このように得られる酸化物
半導で体の被膜は、酸化物半導体微粒子の集合体からな
るもので、その微粒子の粒径は使用した酸化物半導体微
粉末のｌ次粒子径に対応するものである。このようにし
て基板上に形成された酸化物半導体微粒子集合体膜は、
基板との結合力及びその微粒子相互の結合力が弱く、機
械的強度の弱いものであることから、これを焼成して機
械的強度が高められ、かつ基板に強く固着した焼成物膜
とする。

【００５１】この酸化物半導体膜は、多孔質構造膜と
し、その厚さはｌ０ｎｍ〜１００００ｎｍ、好ましくは
１００〜１０００ｎｍに形成される。かつその見かけ表
面積に対する実表面積の比をｌ０以上、好ましくはｌ０
０以上とする。この比の上限は特に制約されないが、通
常、１０００〜２０００である。前記見かけ表面積と
は、通常の表面積を意味し、例えば、その表面形状が長
方形の場合には、縦の長さ×横の長さで表される。前
記、実表面積とは、クリプトンガスの吸着量により求め
たＢＥＴ表面積を意味する。その具体的測定方法は、見
かけ表面積１ｃｍ²の基板付酸化物半導体膜をＢＥＴ表
面積測定装置（マイクロメリティクス社製、ＡＳＡＰ２
０００）を用い、液体窒素温度で、クリプトンガスを吸
着せる方法である。この測定方法により得られたクリプ
ンガス吸着量に基づいてＢＥＴ表面積が算出される。

【００５２】このような多孔質構造の酸化物半導体膜
は、その内部に微細な細孔とその表面に微細凹凸を有す
るものである。焼成物膜の厚さ及び見かけ表面積に対す
る実表面積の比が前記範囲より小さくなると、その表面
に増感色素を単分子膜として吸着させたときに、その増
感色素分子膜の表面積が小さくなり、光吸収効率の良い
電極を得ることができなくなる。前記のような多孔質構
造の焼成物膜は、酸化物半導体微粒子を含む塗布液を基
板上に塗布、乾燥して形成された微粒子集合体膜の焼成
に際し、その焼成温度を低くし、微粒子集合体膜を軽く
焼結させることによって得ることができる。この場合、
焼成温度は１０００℃より低く、通常、３００℃〜９０
０℃、好ましくは５００℃〜８００℃である。焼成温度
が８００℃より高くなると、焼成物膜の焼結が進みす
ぎ、その実表面積が小さくなり、所望する焼成物膜を得
ることができないので、好ましくない。前記見かけ表面
積に対する実表面積の比は、酸化物半導体微粒子の粒径
及び比表面積や、焼成温度等によりコントロールするこ
とができる。

【００５３】次に、前記のようにして得られた酸化物半
導体膜表面に、有機色素を単分子膜として吸着させ、増
感色素を担持させた酸化物半導体膜を形成させる。この
ためには、一般式（化１）及び／又は（化２）の有機色
素を有機溶媒に溶解させて形成した有機色素溶液中に、
酸化物半導体膜を基板とともに浸漬すればよい。この場
合、色素溶液が、多孔質構造膜である酸化物半導体膜の
内部深く進入するように、その膜を増感色素溶液への浸
漬に先立ち、減圧処理したり、加熱処理して、膜中に含
まれる気泡をあらかじめ除去しておくのが好ましい。浸
漬時聞は、３０分〜２４時間程度であるが、色素の種類
に応じて適宜定める。また、浸漬処理は、必要に応じ、
複数回繰返し行うこともできる。前記浸漬処理後、有機
色素を吸着した化合物半導体膜は、常温〜８０℃で乾燥
する。尚、酸化物半導体膜に吸着させる増感色素は、１
種である必要はなく、好ましくは光吸収領域の異なる複
数の増感色素を吸着させる。これによって、光を効率よ
く利用することができる。

【００５４】複数の増感色素を膜に吸着させるには、複
数の増感色素を含む溶液中に膜を浸漬する方法や、増感
色素溶液を複数用意し、これらの溶液に膜を順次浸漬す
る方法等が挙げられる。増感色素を有機溶媒に溶解させ
た溶液において、その有機溶媒としては、有機色素を溶
解し得るものであれば任意のものが使用可能である。こ
のようなものとしては、例えば、メタノール、エタノー
ル、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジオキサ
ン等、またはこれらの混合溶媒が挙げられる。溶液中の
増感色素の濃度は、溶液１００ｍｌ中、１ｍｇ〜１００
００ｍｇ、好ましくは１０ｍｇ〜５００ｍｇ程度であ
り、増感色素及び有機溶媒の種類に応じて適宜定める。

【００５５】以下、実施の形態１における色素増感型太
陽電池の形成又は応用について、図面を用いて説明す
る。

【００５６】図２は実施の形態１における色素増感型太
陽電池の応用回路図である。図２において、１０は本発
明の実施の形態１における色素増感型太陽電池の応用回
路、１１は色素増感型太陽電池の短絡電流を測定する無
抵抗電流計、１２は色素増感型太陽電池の開放電圧を測
定するポテンシャル計、１３は色素増感型太陽電池の短
絡電流や開放電圧を測定する操作のスイッチ、１４は抵
抗値が調節できる抵抗器である。尚、図１と同様のもの
には同一の符号を付して説明を省略する。

【００５７】以上の構成を有した実施の形態１につい
て、以下その各部分の形成又は動作を具体的に説明す
る。

【００５８】実施の形態１の色素増感型太陽電池は、前
記酸化物半導体電極と対極とそれらの電極に接触するレ
ドックス電解質とから構成される。前記酸化物半導体電
極、電解質及び対極をケース内に収納して封止するか又
はそれら全体を樹脂封止する。ここで用いられる樹脂と
しては紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂等一般的なもの
の他、ガラス、金属酸化物等からなるフィラー添加や基
板との界面の接着性を向上させるためにシラン系に代表
される接着助剤を用いることもできる。本発明の太陽電
池は光があたる構造とする必要があるが、構造を強化す
るために２重構造にする事もできる。このような構造の
電池は、その酸化物半導体電極に太陽光又は太陽光と同
等な可視光をあてると、酸化物半導体電極とその対極と
の間に電位差が生じ、両極間に電流が流れるようにな
る。

【００５９】これらの太陽電池を動作させる光源として
５００Ｗのキセノンランプを用いた。４２０ｎｍ以下の
波長の光はフィルターでカットした。動作時の短絡電流
及び開放電圧が無抵抗電流計やポテンシャル計が用いら
れて測定する。

【００６０】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
おける色素増感型太陽電池は増感色素が一般式（化３）
及び／又は（化４）を用いた以外、実施の形態１と同じ
もの及び同じ方法で形成された。

【００６１】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
おける色素増感型太陽電池は増感色素が一般式（化５）
を用いた以外、実施の形態１と同じもの及び同じ方法で
形成された。

【００６２】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００６３】（実施例１）本発明の実施の形態１におけ
る色素増感型太陽電池が増感色素（化７）を用いて製造
を行った。

【００６４】増感色素（化７）式の化合物の合成：文献
（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ＤａｌｔｏｎＴｒａｎ
ｓ．，ｐ１９０９（１９９６））に記載の方法に従っ
て、増感色素（化７）式の化合物を合成した。合成され
た（化７）式の化合物が元素分析を行った。元素分析の
確認結果を以下に示す。

【００６５】元素分析結果より目的物増感色素（化７）であることを
確認した。

【００６６】色素増感型太陽電池の制作：３ｃｍ×３ｃ
ｍのフッ素ドープ酸化錫基板（旭ガラス社製）を純水で
洗浄後、酸化チタンの微粉末（日本アエロジル社製、Ｐ
−２５、表面積５５ｍ²／ｇ）が非イオン界面活性剤を
含む水とアセチルアセトンの混合液（混合比２０／１）
中に濃度約１ｗｔ％で分散させて懸濁液を得た。次に、
この液をフッ素ドープ酸化錫導電性ガラス基板上に塗布
し自然乾燥した。さらに得られた基板を５００℃にて１
時間焼成した。得られた酸化チタンの焼成膜の厚みは約
７μであった。この酸化チタン膜の単位表面積における
実表面積（即ち、ラフネスファクター）は８００であっ
た。

【００６７】次に、エタノールに０．１％の濃度で溶解
させた上記増感色素（化７）を８０℃保持し、酸化チタ
ンを付与した透明基板を浸漬して増感色素の吸着を行っ
た。

【００６８】色素を吸着させた基板を引き上げ室温にて
乾燥した。このようにして作製した酸化物半導体電極を
対極として作製した１μ厚に白金をスパッタリングした
導電性ガラスと張り合わせて、すき間に電解質溶液を流
し込んだ。電解質溶液としてはテトラプロピルアンモニ
ウムヨーダイド（０．４６Ｍ）とヨウ素（０．６Ｍ）を
含むエチレンカーボネートとアセトニトリルの混合溶液
（容量比８０／２０）を用いた。電解質溶液を注入後、
基板のまわりをスリーボンド社製光硬化性樹脂にて封着
して色素増感型太陽電池が形成させた。

【００６９】形成させた太陽電池を動作させる光源とし
て５００Ｗのキセノンランプを用いた。４２０ｎｍ以下
の波長の光はフィルターでカットした。動作時の短絡電
流及び開放電圧が無抵抗電流計とポテンシャメーターが
用いられて測定する。その結果を（表１）に示す。

【００７０】

【表１】

【００７１】（実施例２）本発明の実施の形態２におけ
る色素増感型太陽電池が増感色素（化１２）を用いて製
造を行った。

【００７２】増感色素（化１２）式の化合物の合成：文
献（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ＤａｌｔｏｎＴｒａｎ
ｓ．，ｐ１９０９（１９９６））に記載の方法に従っ
て、増感色素（化１２）式の化合物を合成した。合成さ
れた（化１２）式の化合物が元素分析を行った。元素分
析の確認結果を以下に示す。

【００７３】元素分析結果より目的物増感色素（化１２）であること
を確認した。

【００７４】色素増感型太陽電池の制作は実施例１と同
一のものを用い、同一の方法で形成された。

【００７５】形成させた太陽電池の短絡電流及び開放電
圧の測定する方法には、実施例１と同一の方法で行っ
た。その結果を（表１）に示す。

【００７６】（実施例３）増感色素（化１４）を用いた
以外、実施例２と同様にして色素増感型太陽電池を作製
した。

【００７７】増感色素（化１４）式の化合物の合成：文
献（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ＤａｌｔｏｎＴｒａｎ
ｓ．，ｐ１９０９（１９９６））に記載の方法に従っ
て、増感色素（化１４）式の化合物を合成した。合成さ
れた（化１４）式の化合物が元素分析を行った。元素分
析の確認結果を以下に示す。

【００７８】元素分析結果より目的物増感色素（化１４）であること
を確認した。

【００７９】色素増感型太陽電池の制作は実施例１と同
一のものを用い、同一の方法で形成された。

【００８０】形成させた太陽電池の短絡電流及び開放電
圧の測定する方法には、実施例１と同一の方法で行っ
た。その結果を（表１）に示す。

【００８１】（実施例４）本発明の実施の形態３におけ
る色素増感型太陽電池が増感色素（化１８）を用いて製
造を行った。

【００８２】増感色素（化１８）式の[5-4(-Carboxyphe
nyl)-10,15,20-triphenylporphyrinato]zinc（ＣＡＴＰ
Ｐ−Ｚｎ）の合成方法を以下に示す。

【００８３】ＣＡＴＰＰ、１２２．５６ｍｇ（０．１８
６ｍｍｏｌ）に脱水蒸留したＤＭＦ２９ｍｌを室温で加
え、反応溶液を１００℃〜１１０℃にした後、塩化亜鉛
２５７．５９ｍｇ（１．８９ｍｍｏｌ）をＤＭＦ１９ｍ
ｌに溶かした溶液を、シリンジで１０分間かけて、ゆっ
くりと滴下し、合成反応を開始した。３時間後に反応を
終了した。反応溶液を室温まで放冷し、冷水１３０ｍｌ
を加え、冷蔵庫に一晩静置した。沈澱物をブフナロート
を用いて吸引濾過し、濾過物を水で十分に洗浄した後、
過剰のメタノールに溶解させ自然濾過で不溶物を取り除
いた。この濾液をエバポレーターで乾固させ、つぎに過
剰のクロロホルムに溶解し、自然濾過で不溶物を取り除
き、さらにメンブラン濾過を行った。この濾液をエバポ
レーターで乾固させ、クロロホルム−ヘキサン（２０：
８０ｖ／ｖ）で再結晶した。再結後、桐山ロートを用い
て吸引濾過し、ヘキサンで十分に洗浄した。少し青がか
った紫色の結晶を得た。この結晶を真空加熱乾燥させた
後、Ｈ₁−ＮＭＲスペクトル測定、元素分析、熱天秤測
定を行った。熱天秤の結果より１水和物であることが分
かる。元素分析の確認結果を以下に示す。

【００８４】元素分析結果より目的物増感色素（化１８）であること
を確認した。この色素の収量：１１１．６７ｍｇ、収
率：８３．１２％である。

【００８５】色素増感型太陽電池の制作は実施例１と同
一のものを用い、同一の方法で形成された。

【００８６】形成させた太陽電池の短絡電流及び開放電
圧の測定する方法には、実施例１と同一の方法で行っ
た。その結果を（表１）に示す。

【００８７】（比較例１）比較例として増感色素が特開
平９−１９９７４４号公報に記載のテトラ（カルボメト
キシ−Ｚｎ−フタロシアニン）を用いた以外、実施例１
と同様にして色素増感型太陽電池を作製した。

【００８８】形成させた太陽電池の短絡電流及び開放電
圧の測定する方法には、実施例１と同一の方法で行っ
た。その結果を（表１）に示す。

【００８９】（表１）から明らかなように、実施例１乃
至４の色素増感型太陽電池は高い開放電圧が得られるこ
とが分かった。また、実施例１乃至４の色素増感型太陽
電を２４時間動作させたが短絡電流、開放電圧ともに初
期の値を保った。それに対し比較例１で作製した太陽電
池は１５％の開放電圧の低下が見られた。

【００９０】以上のように実施の形態１乃至４の色素増
感型太陽電池によれば、安価な材料を使用した増感色素
を利用できるとともに、高い光エネルギー変換効率を有
し、安全かつ耐久性に優れる色素増感型太陽電池を提供
することができる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明における色素増感型
太陽電池によれば、以下のような優れた効果を実現でき
る。

【００９２】（１）一般式（化１）と（化２）で表され
る銅ビピリジル一価錯体や一般式（化３）と（化４）で
表される銅フェナン卜ロリン一価錯体及び一般式（化
５）で表される亜鉛ポルフィリン錯体等増感色素が安全
かつ安価な材料であるため、入手しやすく、生産性に優
れる。

【００９３】（２）上記増感色素は光エネルギーから電
気エネルギーに直接変換する変換効率を向上できる。

【００９４】（３）上記増感色素が、太陽光を効率的に
吸収するので、光エネルギーから電気エネルギーに直接
変換する変換効率を向上できる。

【００９５】（４）上記増感色素が、半導体表面と強固
な結合状態を形成できるため、耐久性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における色素増感型太陽
電池の要部断面図

【図２】本発明の実施の形態１における色素増感型太陽
電池の応用回路図

【符号の説明】

１本発明の実施の形態１における色素増感型太陽電池２透明基板３透明導電膜４酸化物半導体膜５基板６導電膜７電解液８ケース９太陽光線１０実施の形態１における色素増感型太陽電池の応用
回路１１無抵抗電流計１２ポテンシャル計１３スイッチ１４抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明導電膜を備えた透明基板と、前記透明
基板と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持さ
せた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって
前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギ
ーを発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色
素が、少なくとも１種の一般式（化１）及び／または
（化２）で表される銅ビピリジル一価錯体を含むことを
特徴とする色素増感型太陽電池。【化１】【化２】（式中、Ｒ₁〜Ｒ₈はＨやＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂
等置換基を示し、Ｒ₁₀とＲ₁₁はＣＯＯＨやＳＯ₃，Ｏ
Ｈ，ＮＨ₂，アルキル基，アリール基等置換基を示す。
但し、Ｒ₁〜Ｒ₈の少なくとも１つはＣＯＯＨ，ＳＯ₃，
ＯＨ，ＮＨ₂等置換基を有する。）
【請求項２】透明導電膜を備えた透明基板と、前記透明
基板と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持さ
せた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって
前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギ
ーを発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色
素が、少なくとも１種の一般式（化３）及び／または
（化４）で表される銅フェナン卜ロリン一価錯体を含む
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。【化３】【化４】（式中、Ｒ₁〜Ｒ₈はＨやＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，ＮＨ₂
等置換基を示し、Ｒ₁₀とＲ₁₁はＣＯＯＨやＳＯ₃，Ｏ
Ｈ，ＮＨ₂，アルキル基，アリール基等置換基を示す。
但し、Ｒ₁〜Ｒ₈の少なくとも１つはＣＯＯＨ，ＳＯ₃，
ＯＨ，ＮＨ₂等置換基を有する。）
【請求項３】透明導電膜を備えた透明基板と、前記透明
基板と対極をなす導電性基板との間に増感色素を担持さ
せた半導体電極と電解質層とがあり、光電変換によって
前記透明導電膜と前記導電性基板との間に電気エネルギ
ーを発生する色素増感型太陽電池であって、前記増感色
素が、少なくとも１種の一般式（化５）で表される亜鉛
ポルフィリン錯体を含むことを特徴とする色素増感型太
陽電池。【化５】（式中、Ｒ₁₂〜Ｒ₁₅はＨやＣＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，等
置換基を示す。但し、Ｒ₁₂〜Ｒ₁₅の少なくとも１つはＣ
ＯＯＨ，ＳＯ₃，ＯＨ，等置換基を有する。）