JP2002093476A - 色素増感型太陽電池セルおよびそれを用いた色素増感型太陽電池モジュール、およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発電効率が高く、量産性、経済性に優れた色
素増感型太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュ
ール、及びそれらの製造方法を提供する。 【解決手段】 色素増感型太陽電池セル100 を、少なく
とも受光面側から透明基板１、透明電極層２、発電層
８、裏面電極層５、裏面基板６が順に積層された構成で
形成すると共に、発電層８以下の積層体を、裏面基板６
の上に例えば白金ペーストをパターンコートして裏面電
極層５を設け、その上に粒子径 0.1ｎｍ〜10μｍの酸化
物微粒子に光拡散能の高い微粒子を 1〜50wt％混合した
混合微粒子の塗布液をパターンコートし焼成してなる酸
化物半導体膜４を設け、その酸化物半導体膜４に、色素
増感剤の溶液を含浸、乾燥して担持させた後、更に電解
質溶液３を注入、含浸させて形成する。上記酸化物微粒
子にはTiO₂微粒子、光拡散能の高い微粒子には無機系の
ビーズ又は充填剤等の微粒子を用いることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、色素増感型太陽電
池セルおよびそれを用いた色素増感型太陽電池モジュー
ル、およびそれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】二酸化炭素が原因とされる地球温暖化が
世界的に問題となっている近年、環境にやさしく、クリ
ーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用し
た太陽電池が注目され、積極的に研究開発が進められて
いる。このような太陽電池として、単結晶シリコン太陽
電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン
太陽電池などが既に実用化されているが、より光電変換
効率が高く、且つ、低コスト化の可能性のある太陽電池
として、色素増感型太陽電池が新たに注目され研究開発
されている。

【０００３】色素増感型太陽電池は、例えば、光の入射
する側から、透明基板、透明電極層、発電層（発電層
は、多孔質の酸化物半導体膜とその表面に担持された色
素増感剤と電解質溶液とで構成される）、裏面電極層、
裏面基板が順に積層されてセルが形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような色素増感型
太陽電池セルは、実験室的には変換効率など性能に優れ
たセルを作製することができるが、各構成要素（材料）
の高品質化と低コスト化、およびモジュール化を含めた
製造方法など量産化技術などの点では、未だ多くの課題
がある。例えば、前記透明基板や裏面基板についても、
通常、ガラス板が用いられるが、その場合、光の透過
性、耐久性、ガスバリヤー性などの性能面では優れてい
るが、このガラス板を基材として、その上に各種の電池
の構成要素をバッチ式で逐次加工して太陽電池を製造す
る必要があり、その作業性、生産性に劣るため、大量生
産が困難であり、製造コストも上昇するなどの問題があ
った。

【０００５】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、光
電変換効率が高く、且つ、生産性にも優れ、大量生産が
容易であると共に、製造コストも低減することのできる
色素増感型太陽電池セルおよびそれを用いた色素増感型
太陽電池モジュール、およびそれらの製造方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、以下の本
発明により解決することができる。即ち、請求項１に記
載した発明は、少なくとも、受光面側から、透明基板、
透明電極層、発電層、裏面電極層、裏面基板が順に積層
されてなる太陽電池セルにおいて、該発電層が、粒子径
０．１ｎｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い
微粒子が混合された混合微粒子を焼成してなる酸化物半
導体膜と、該酸化物半導体膜に担持された色素増感剤
と、該酸化物半導体膜に含浸された電解質溶液とで形成
され、且つ、該酸化物半導体膜における光拡散能の高い
微粒子の含有量が１〜５０重量％であることを特徴とす
る色素増感型太陽電池セルからなる。

【０００７】上記酸化物微粒子の粒子径は、０．１ｎｍ
〜１０μｍの範囲が好ましく、０．１〜１０ｎｍの範囲
が更に好ましい。粒子径が０．１ｎｍ未満の微粒子は、
製造自体が難しい上、粒子同士が凝集して二次粒子を作
りやすくなるため好ましくない。また、粒子径が１０μ
ｍを超える微粒子は、酸化物半導体膜の厚さを必要以上
に厚くすると共に、光の透過性も低下させるため好まし
くない。上記酸化物微粒子に混合される光拡散能の高い
微粒子は、実際に使用する酸化物微粒子の粒子径よりは
大きくてもよいが、その粒子径の範囲は、酸化物微粒子
と同じ範囲であることが、同様な理由で好ましい。ま
た、酸化物半導体膜における光拡散能の高い微粒子の含
有量は、１〜５０重量％の範囲が好ましく、含有量が１
重量％未満の場合は、充分な光拡散効果が得られず、光
電変換効率の向上が得られないため好ましくない。ま
た、含有量が５０重量％を超える場合は、過剰であり、
相対的に酸化物半導体膜中の酸化物微粒子の量が減るた
め、その表面積も減少し光電変換効率が低下するため好
ましくない。

【０００８】前記のような構成を採ることにより、発電
層の酸化物半導体膜が前記微細な酸化物微粒子とそれに
混合された光拡散能の高い微粒子とで形成されるので、
高度の多孔質膜が形成され、内部の実表面積が大きくな
ると同時に、内部の表面にも色素増感剤が担持されるの
で、広い波長領域の光を有効に取り込んで光電変換で
き、且つ、入射した光が光拡散能の高い微粒子により拡
散され、光の利用効率が高められるため、色素増感型太
陽電池セルの光電変換効率、即ち、発電効率を一層高く
することができる。また、酸化物微粒子は、アモルファ
スシリコンなどと比較して安価であるため、材料コスト
を低減することができる。更に、裏面基板には、ガラス
板を用いてもよいが、ロール状に巻き上げられた長尺の
耐熱性フィルムを用いることができ、それにより、少な
くともその上の裏面電極層、および発電層の酸化物半導
体膜とそれに担持させる色素増感剤を、巻き取り供給巻
き上げ方式のパターンコーター、例えば、グラビアダイ
レクトコーター、ロータリースクリーン印刷機、或いは
浸漬装置などを用いて、ロール・ツー・ロール方式で形
成することができるので、生産性が著しく向上し、大量
生産が容易になると同時に製造コストも低減することが
できる。

【０００９】請求項２に記載した発明は、前記酸化物半
導体膜の酸化物微粒子が、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｓｎ
Ｏ₂ 、ＩＴＯ、ＺｒＯ₂ 、ＳｉＯ_X 、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＣｅＯ₂ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、Ｍｎ₃ Ｏ₄ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｗ
Ｏ₃ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、Ｌａ₂ Ｏ₃ の微粒子の
うちのいずれか一種、または二種以上の混合系の微粒子
であることを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽
電池セルである。

【００１０】上記の酸化物微粒子は、材質的に発電層の
酸化物半導体多孔質膜の形成に適しており、その光電変
換効率も高く、コスト面でも比較的安価である。従っ
て、このような構成を採ることにより、前記請求項１に
記載した発明の作用効果に加えて、光電変換効率が高
く、低コストの色素増感型太陽電池セルを一層容易に製
造することができる。

【００１１】請求項３に記載した発明は、前記酸化物半
導体膜の酸化物微粒子の３０重量％以上が、ＴｉＯ₂ の
微粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載
の色素増感型太陽電池セルである。

【００１２】色素増感型太陽電池セルの酸化物半導体膜
に用いる酸化物微粒子としては、ＴｉＯ₂ の微粒子が、
粒子径０．１〜１０ｎｍの微粒子の製造も比較的容易で
あり、高多孔質膜の形成、光電変換効率の高さ、低コス
ト化などの点で特に適している。従って、酸化物微粒子
の全部をＴｉＯ₂ の微粒子で構成してもよいが、３０重
量％以上をＴｉＯ₂ の微粒子とすることにより、前記高
多孔質膜の形成、高光電変換効率、低コスト化などの効
果を充分に得ることができる。従って、前記のような構
成を採ることにより、前記請求項１または２に記載した
発明の作用効果に加えて、一層確実に光電変換効率が高
く、低コストの色素増感型太陽電池セルを製造すること
ができる。

【００１３】請求項４に記載した発明は、前記光拡散能
の高い微粒子が、無機系ビーズ、無機系充填剤、有機系
ビーズ、有機系充填剤の微粒子のうちの少なくともいず
れか一種を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の色素増感型太陽電池セルからなる。上記無
機系ビーズ、有機系ビーズの微粒子は、それぞれ中空ビ
ーズの微粒子であってもよい。

【００１４】このような構成を採ることにより、前記請
求項１乃至３のいずれかに記載した発明の作用効果に加
えて、前記微粒子は、いずれもその形状、屈折率によ
り、効果的に光を拡散することができるので、発電層に
入射した光の利用効率が高められ、色素増感型太陽電池
セルの光電変換効率を一層向上させることができる。

【００１５】請求項５に記載した発明は、前記酸化物半
導体膜が、前記酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒子が
混合された混合微粒子に、導電性バインダーを１〜３０
重量％の範囲で混合した混合物で形成されていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の色素増感
型太陽電池セルからなる。上記導電性バインダーの混合
量が１重量％未満の場合は、バインダーとしての効果が
不充分となるため好ましくない。また、導電性バインダ
ーの混合量が３０重量％を超える場合は、多孔質膜の形
成が阻害されるため好ましくない。

【００１６】このような構成を採ることにより、前記請
求項１乃至４のいずれかに記載した発明の作用効果に加
えて、酸化物半導体膜を形成する際、より低い加熱温
度、或いは、より短い加熱時間で、その多孔質膜を形成
できるので、生産性を向上できると共に、裏面基板とし
て、耐熱性フレキシブルフィルムを用いる場合、その耐
熱性のレベルを下げることができるので、フィルムの選
択範囲を広げることができ、コスト低減効果も容易に得
ることができる。

【００１７】請求項６に記載した発明は、前記酸化物半
導体膜が、その多孔質の内部表面まで、ＴｉＣｌ₄ 水溶
液及び／又はｔ−ブチルピリジンのアセトニトリル分散
液により、表面処理されていることを特徴とする請求項
１乃至５のいずれかに記載の色素増感型太陽電池セルか
らなる。

【００１８】上記ＴｉＣｌ₄ 水溶液による表面処理は、
形成された多孔質の酸化物半導体膜上に０．５Ｍ未満の
ＴｉＣｌ₄ 水溶液を塗布し、含浸させた後、乾燥する方
法で実施することができ、これが酸化物半導体膜の表面
準位の減少に寄与し、また、ｔ−ブチルピリジンのアセ
トニトリル分散液による表面処理は、色素増感剤を担持
させた後の酸化物半導体膜上にｔ−ブチルピリジン５容
量％未満を含むアセトニトリル分散液を塗布し、含浸さ
せた後、乾燥する方法で実施することができ、これによ
り酸化物半導体膜中に移動した電子の逆流を抑制するこ
とができる。

【００１９】従って、このような表面処理を施すことに
より、前記請求項１乃至５のいずれかに記載した発明の
作用効果に加えて、発生した電子を一層効率的に利用で
きるようになるので、色素増感型太陽電池セルの発電効
率を更に向上させることができる。

【００２０】請求項７に記載した発明は、前記色素増感
剤が、ルテニウム錯体であることを特徴とする請求項１
乃至６のいずれかに記載の色素増感型太陽電池セルから
なる。

【００２１】前記色素増感剤としては、有機色素または
金属錯体色素を使用することができ、有機色素として
は、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、ク
マリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色
素が挙げられ、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が
好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリ
ジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好まし
い。例えば、酸化物半導体膜だけでは、可視光（４００
〜８００ｎｍ程度の波長）を殆ど吸収できないが、ルテ
ニウム錯体を担持させることにより、大幅に可視光まで
取り込んで光電変換できるようになる。

【００２２】従って、前記のような構成を採ることによ
り、前記請求項１乃至６のいずれかに記載した発明の作
用効果に加えて、ルテニウム錯体により光電変換できる
光の波長領域を大幅に広げることができるので、色素増
感型太陽電池セルの光電変換効率を一層向上させること
ができる。

【００２３】請求項８に記載した発明は、前記電解質溶
液が、ヨウ素電解質溶液、またはゲル電解質、固体電解
質のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至７の
いずれかに記載の色素増感型太陽電池セルである。

【００２４】本発明の色素増感型太陽電池セルの電解質
溶液としては、ヨウ素電解質溶液を有効に使用すること
ができるが、そのほかにゲル電解質、固体電解質を使用
することができる。ゲル電解質は、大別して、物理ゲル
と化学ゲルに分けられ、物理ゲルは、物理的な相互作用
で室温付近でゲル化しているものであり、例えば、ポリ
アクリロニトリル、ポリメタクリレートが挙げられる。
化学ゲルは、架橋反応などにより化学結合でゲルを形成
しているものであり、アクリル酸エステル系、メタクリ
ル酸エステル系のゲルが挙げられる。また、固体電解質
としては、ポリピロール、ＣｕＩが挙げられる。ゲル電
解質、固体電解質を使用する場合、低粘度の前駆体を酸
化物半導体膜に含浸させ、加熱、紫外線照射、電子線照
射などの手段で二次元または三次元の架橋反応を起こさ
せることにより、ゲル化または固体化することができ
る。

【００２５】このような構成を採ることにより、前記請
求項１乃至７のいずれかに記載した発明の作用効果に加
えて、ヨウ素電解質溶液を使用した場合は、その酸化還
元反応が迅速に行われ、光電変換効率が向上する。ま
た、ゲル電解質、固体電解質を用いた場合は、液漏れす
ることがないので安全性、耐久性を向上させることがで
きる。

【００２６】請求項９に記載した発明は、前記請求項１
乃至８のいずれかに記載の色素増感型太陽電池セルが、
複数個、平面状または曲面状に配列され、且つ直列に接
続されてなる色素増感型太陽電池モジュールである。

【００２７】このような構成を採ることにより、前記請
求項１乃至８のいずれかに記載した色素増感型太陽電池
セルを有効に利用できるので、光電変換効率に優れ、且
つ、所望の起電力を有する色素増感型太陽電池モジュー
ルを生産性よく、低コストで製造することができる。

【００２８】請求項１０に記載した発明は、少なくとも
受光面側から、透明基板、透明電極層、発電層、裏面電
極層、裏面基板が順に積層された積層体で形成され、且
つ、該発電層が、粒子径０．１ｎｍ〜１０μｍの酸化物
微粒子に光拡散能の高い微粒子が混合された混合微粒子
を焼成してなる酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜に
担持された色素増感剤と、該酸化物半導体膜に含浸され
た電解質溶液とで形成される色素増感型太陽電池セルの
製造方法であって、少なくとも前記発電層の色素増感剤
が担持された酸化物半導体膜と裏面電極層と裏面基板と
の積層体を、裏面基板として、ロール状に巻き上げられ
た長尺の耐熱性フレキシブルフィルムを用い、その上
に、巻き取り供給巻き上げ方式のパターンコーターを用
いて、白金またはカーボンペーストをパターン状に塗
布、乾燥して、裏面電極層を形成し、次いで、該裏面電
極層の上に、粒子径０．１ｎｍ〜１０μｍの酸化物微粒
子に光拡散能の高い微粒子が混合された混合微粒子を少
なくともポリエチレングリコールを含む液に分散させて
作製した混合微粒子ペーストを、パターン状に塗布し、
予備乾燥後、１００〜３５０℃で、１０〜１８０分間、
乾燥、焼成して酸化物半導体膜を形成し、更に、形成さ
れた酸化物半導体膜に、色素増感剤の溶液を、前記パタ
ーンコーター、または巻き取り供給巻き上げ方式の浸漬
装置を用いて、塗布、または浸漬して含浸させた後、乾
燥して、色素増感剤を担持させて形成することを特徴と
する色素増感型太陽電池セルの製造方法からなる。

【００２９】このような製造方法を採ることにより、色
素増感型太陽電池セルの各構成要素のうち、少なくとも
色素増感剤が担持された酸化物半導体膜と裏面電極層と
裏面基板との積層体を、裏面基板の長尺の耐熱性フレキ
シブルフィルムを基材として、その上に、裏面電極層と
酸化物半導体膜とそれに担持させる色素増感剤とを、巻
き取り供給巻き上げ方式のパターンコーター、または浸
漬装置などを用いて加工し、製造することができるの
で、生産性が大幅に向上し、光電変換効率に優れた色素
増感型太陽電池セルを低コストで大量生産することがで
きる。

【００３０】請求項１１に記載した発明は、少なくとも
受光面側から、透明基板、透明電極層、発電層、裏面電
極層、裏面基板が順に積層された積層体で形成され、且
つ、該発電層が、粒子径０．１ｎｍ〜１０μｍの酸化物
微粒子に光拡散能の高い微粒子が混合された混合微粒子
を焼成してなる酸化物半導体膜と、該酸化物半導体膜に
担持された色素増感剤と、該酸化物半導体膜に含浸され
た電解質溶液とで形成される色素増感型太陽電池セル
が、複数個、平面状または曲面状に配列され、且つ直列
に接続されてなる色素増感型太陽電池モジュールの製造
方法であって、少なくとも下記（１）〜（５）の工程を
含むことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールの
製造方法である。 （１）裏面基板として、ロール状に巻き上げられた長尺
の耐熱性フレキシブルフィルムを用い、その上に、巻き
取り供給巻き上げ方式のパターンコーターを用いて、白
金またはカーボンペーストを、複数個のセルが所定の間
隔を開けて配列されて形成されるモジュールの裏面電極
層のパターンで塗布、乾燥して、裏面電極層を形成し、
その上に酸化物半導体膜のパターンで、粒子径０．１ｎ
ｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒子が
混合された混合微粒子を、少なくともポリエチレングリ
コールを含む液に分散させて作製した混合微粒子ペース
トを塗布し、予備乾燥後、１００〜３５０℃で１０〜１
８０分間、乾燥、焼成して多孔質の酸化物半導体膜を形
成する工程。 （２）前記（１）の工程で作製した裏面基板（耐熱性フ
レキシブルフィルム）と、その上にそれぞれ所定のパタ
ーンで形成された裏面電極層と酸化物半導体膜の積層体
の酸化物半導体膜に、色素増感剤の溶液を、前記パター
ンコーター、または巻き取り供給巻き上げ方式の浸漬装
置を用いて、塗布、または浸漬して含浸させた後、乾燥
して、色素増感剤を担持させる工程。 （３）前記（２）の工程で作製した裏面基板（耐熱性フ
レキシブルフィルム）と、その上にそれぞれ所定のパタ
ーンで形成された裏面電極層と色素増感剤を担持させた
酸化物半導体膜の積層体の酸化物半導体膜形成面に、各
セル間を直列に接続する接続部と、各セル間を仕切りす
る隔壁とを設ける工程。 （４）前記（３）の工程で作製した積層体の酸化物半導
体膜形成面に、別に作製した透明基板とその上に所定の
パターンで形成された透明電極層の積層体を、その透明
電極層面が対向するように重ね、直列に接続されたセル
の両端（正極と負極）から電極リードを引き出すと共
に、両者を接合する工程。 （５）前記（４）の工程で作製した積層体の各セルに予
め裏面基板（耐熱性フレキシブルフィルム）に設けられ
た小孔、またはセルの端部に設けられた間隙部から電解
質溶液を注入し、酸化物半導体膜に含浸させ、それぞれ
の小孔または間隙部をシール材で封止する工程。

【００３１】このような製造方法を採ることにより、色
素増感型太陽電池モジュールの各構成要素のうち、少な
くとも色素増感剤が担持された酸化物半導体膜と裏面電
極層と裏面基板との積層体を、裏面基板の長尺の耐熱性
フレキシブルフィルムを基材として、その上に、裏面電
極層と酸化物半導体膜とそれに担持させる色素増感剤と
を、巻き取り供給巻き上げ方式のパターンコーター、ま
たは浸漬装置などを用いて加工し、製造することができ
るので、生産性を大幅に向上させることができ、光電変
換効率に優れ、且つ、所望の起電力を有する色素増感型
太陽電池モジュールを生産性よく、低コストで大量生産
することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を用いて説明する。図１は、本発明の色素増
感型太陽電池セルの一実施例の構成を示す模式断面図で
あり、図２は、本発明の色素増感型太陽電池モジュール
の一実施例の構成を示す要部の模式断面図である。

【００３３】図１に示した色素増感型太陽電池セル１０
０は、光が入射する側から、透明基板１、透明電極層
２、電解質溶液３、色素増感剤が担持された酸化物半導
体膜４、裏面電極層５、裏面基板６が順に積層または配
置されて構成されている。透明基板１は、特に光の透過
性（紫外光〜可視光域の波長の光の透過性）に優れると
共に、耐候性、水蒸気その他のガスバリヤー性などに優
れることが好ましく、ガラス板が適しているが、適宜の
厚さのプラスチックシートなどを使用することもでき
る。ガラス板を使用する場合、厚さは０．５〜５ｍｍの
範囲が適当であり、１〜３ｍｍ程度が好ましい。プラス
チックシートを使用する場合、耐候性の点ではエチレン
・テトラフルオロエチレン共重合体シートが適している
が、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートシートなども
使用することができる。プラスチックシートを使用する
場合、その厚さは、特に限定はされないが、５０〜３０
０μｍ程度が適当である。

【００３４】透明電極層２は、導電性と共に光の透過性
（紫外光〜可視光域の波長の光の透過性）に優れること
が好ましく、例えば、ＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの
薄膜層を用いることができるが、なかでもフッ素ドープ
したＳｎＯ₂ 、ＩＴＯの薄膜層が、導電性と光の透過性
の両方に優れている点で特に好ましい。ＳｎＯ₂ または
ＩＴＯの薄膜層を形成する方法としては、各種の蒸着法
を用いることができるが、特にスパッタリング法により
形成することが、生産性がよく、前記性能にも優れてい
る点で好ましい。ＳｎＯ₂ またはＩＴＯの薄膜層の厚さ
は３００〜１５００Å程度が適当である。

【００３５】発電層８を構成する電解質溶液３、および
色素増感剤が担持された酸化物半導体膜４に関しては、
先に詳しく説明したので、ここでは説明を省略する。
只、酸化物半導体膜４を形成する際、その塗布液にポリ
エチレングリコールを含ませることにより、高度の多孔
質膜を容易に形成できるようになる。この酸化物半導体
膜４の厚さは１０μｍ程度が好ましい。また、図には示
していないが、酸化物半導体膜４には、先に説明したよ
うなＴｉＣｌ₄ 水溶液及び／又はｔ−ブチルピリジンの
アセトニトリル分散液による表面処理を施すことが好ま
しい。

【００３６】裏面電極層５は、裏面基板６の上に、例え
ば白金ペーストまたはカーボンペーストをパターン状に
塗布、乾燥して形成することができる。白金ペーストを
使用する場合、例えばＨ₂ Ｐt Ｃl₆ペーストを使用する
ことができ、これをイソプロピルアルコール、酢酸エチ
ル、トルエンなどの有機溶剤で適する粘度に調整して塗
布することができる。

【００３７】裏面基板６には、ガラス板を使用すること
もできるが、生産性を向上させ、またコストの低減化を
図るためには、先に説明したように、ロール状に巻き上
げ可能な耐熱性フレキシブルフィルムを使用することが
好ましい。耐熱性フレキシブルフィルムとしては、例え
ば、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムのほ
か、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリ
エーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエ
ーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）
フィルムなどが挙げられる。これらは単独のフィルムを
使用してもよく、他の耐熱性材料を積層した複合フィル
ムとして使用することもできる。このような耐熱性フレ
キシブルフィルムの厚さは、特に限定はされないが、１
６〜１００μｍ程度が適当である。

【００３８】次に、図２は、本発明の色素増感型太陽電
池モジュールの一実施例の構成を示す要部の模式断面図
である。図２に示した色素増感型太陽電池モジュール２
００は、前記図１に示した構成の色素増感型太陽電池セ
ルが所定の間隔を開けて３個並べて配列され、それぞれ
のセルが導電性の電極接続部７で直列に接続されると共
に、各セルの間には非導電性の隔壁９が設けられて仕切
りされ、また、両側のセルの端部、即ち、色素増感型太
陽電池モジュール２００の周囲の端部は非導電性の封止
材１０で封止され、更に、両側のセルから正極または負
極の電極リード１１が引き出されて構成されている。

【００３９】従って、各セル自体の構成は、前記図１に
示した色素増感型太陽電池セル１００と同様であり、光
の入射する側から、透明基板１、透明電極層２、電解質
溶液３、色素増感剤が担持された酸化物半導体膜４、裏
面電極層５、裏面基板６が順に積層または配置されて構
成されている。

【００４０】尚、図２に示した色素増感型太陽電池モジ
ュール２００では、色素増感型太陽電池セルが３個並べ
て配列され、直列に接続された形態で示したが、配列す
るセルの数は任意であり、所望の電圧が得られるように
自由に設計することができる。また、このような色素増
感型太陽電池モジュールは、前記請求項１１に記載した
発明の色素増感型太陽電池モジュールの製造方法によ
り、生産性よく、低コストで製造でき、大量生産も容易
である。

【００４１】

【実施例】以下に、実施例、比較例を挙げて本発明を更
に具体的に説明する。発電層の酸化物半導体膜を形成す
る酸化物微粒子への光拡散能の高い微粒子の混合効果を
確かめるため、下記のように実施例１と比較例１の色素
増感型太陽電池セルを作製し、その光電変換効率を測定
した。 〔実施例１〕裏面基板として、ガラス板を用い、その上
に枚葉のスクリーン印刷機により、先ず、白金ペースト
をパターン状に塗布、乾燥して厚さ３μｍの裏面電極層
を形成し、その上に粒子径１〜１０ｎｍのＴｉＯ₂ 微粒
子８０重量部と、粒子径１５０ｎｍの光拡散用ビーズ２
０重量部とを混合した混合微粒子をポリエチレングリコ
ールに分散した塗布液をパターン状に塗布し、予備乾燥
後、４５０℃で３０分間、乾燥、焼成して、厚さ１０μ
ｍの酸化物半導体膜（多孔質膜）を形成した。そして、
この積層体の酸化物半導体膜に色素増感剤を担持させる
ため、この積層体をルテニウム錯体のエタノール溶液に
浸漬して多孔質膜に含浸させた後、乾燥して、ルテニウ
ム錯体を酸化物半導体膜に担持させた。次いで、この積
層体の酸化物半導体膜形成面に、別に用意したガラス板
（透明基板）上にＳｎＯ₂ の薄膜層（透明電極層）がパ
ターン状に形成された積層体のＳｎＯ₂ の薄膜層形成面
が対向するように重ね合わせ、電極リードを引き出すと
共に、周囲の端部をエポキシ系接着剤で電解質溶液の注
入口のみを残して封止し、接着剤の硬化後、その注入口
からヨウ素電解質溶液を注入し、注入後、その注入口を
シール材で封止して実施例１の色素増感型太陽電池セル
を作製した。

【００４２】〔比較例１〕前記実施例１の色素増感型太
陽電池セルの作製において、酸化物半導体膜の形成に用
いた粒子径１〜１０ｎｍのＴｉＯ₂ 微粒子と粒子径１５
０ｎｍの光拡散用ビーズの混合微粒子から光拡散用ビー
ズを取り除き、粒子径１〜１０ｎｍのＴｉＯ₂ 微粒子の
みをポリエチレングリコールに分散して塗布液とした他
は、総て実施例１と同様に加工して比較例１の色素増感
型太陽電池セルを作製した。

【００４３】以上のように作製した実施例１と比較例１
の色素増感型太陽電池セルについて、その光電変換効率
〔η％〕を測定した結果は、実施例１の色素増感型太陽
電池セルは１０％で、比較例１の色素増感型太陽電池セ
ルは９％であり、実施例１の色素増感型太陽電池セル
は、比較例１の色素増感型太陽電池セルと対比して、酸
化物半導体膜のＴｉＯ₂ 微粒子への光拡散能の高い微粒
子の混合により、光電変換効率の大幅な向上が認められ
た。

【００４４】

【発明の効果】以上、詳しく説明したように、本発明に
よれば、光電変換効率〔η％〕が高く、生産性にも優
れ、大量生産が容易であると共に、コストも低減するこ
とのできる色素増感型太陽電池セルおよびそれを用いた
色素増感型太陽電池モジュール、およびそれらの製造方
法を提供できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の色素増感型太陽電池セルの一実施例の
構成を示す模式断面図である。

【図２】本発明の色素増感型太陽電池モジュールの一実
施例の構成を示す要部の模式断面図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ 透明電極層 ３ 電解質溶液 ４ 色素増感剤が担持された酸化物半導体膜 ５ 裏面電極層 ６ 裏面基板 ７ 電極接続部 ８ 発電層 ９ 隔壁 １０ 封止材 １１ 電極リード １００ 色素増感型太陽電池セル ２００ 色素増感型太陽電池モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F051 AA14 5H032 AA06 AA09 AS16 BB02 BB05 BB10 CC09 CC14 CC16 CC17 EE03 EE04 EE07 EE11 EE12 EE16 EE17 EE18 HH01 HH04 HH06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、受光面側から、透明基板、透
   明電極層、発電層、裏面電極層、裏面基板が順に積層さ
   れてなる太陽電池セルにおいて、該発電層が、粒子径
   ０．１ｎｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い
   微粒子が混合された混合微粒子を焼成してなる酸化物半
   導体膜と、該酸化物半導体膜に担持された色素増感剤
   と、該酸化物半導体膜に含浸された電解質溶液とで形成
   され、且つ、該酸化物半導体膜における光拡散能の高い
   微粒子の含有量が１〜５０重量％であることを特徴とす
   る色素増感型太陽電池セル。
2. 【請求項２】前記酸化物半導体膜の酸化物微粒子が、Ｔ
   ｉＯ₂ 、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ、ＺｒＯ₂ 、ＳｉＯ
   _X 、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＣｅＯ₂ 、Ｂｉ₂Ｏ₃ 、Ｍｎ
   ₃ Ｏ₄ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＷＯ₃ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、
   Ｌａ₂ Ｏ₃ の微粒子のうちのいずれか一種、または二種
   以上の混合系の微粒子であ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セル。
3. 【請求項３】前記酸化物半導体膜の酸化物微粒子の３０
   重量％以上が、ＴｉＯ₂ の微粒子であることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池セル。
4. 【請求項４】前記光拡散能の高い微粒子が、無機系ビー
   ズ、無機系充填剤、有機系ビーズ、有機系充填剤の微粒
   子のうちの少なくともいずれか一種を含むことを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれかに記載の色素増感型太陽
   電池セル。
5. 【請求項５】前記酸化物半導体膜が、前記酸化物微粒子
   に光拡散能の高い微粒子が混合された混合微粒子に、導
   電性バインダーを１〜３０重量％の範囲で混合した混合
   物で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の
   いずれかに記載の色素増感型太陽電池セル。
6. 【請求項６】前記酸化物半導体膜が、その多孔質の内部
   表面まで、ＴｉＣｌ ₄ 水溶液及び／又はｔ−ブチルピリ
   ジンのアセトニトリル分散液により、表面処理されてい
   ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
   色素増感型太陽電池セル。
7. 【請求項７】前記色素増感剤が、ルテニウム錯体である
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の色
   素増感型太陽電池セル。
8. 【請求項８】前記電解質溶液が、ヨウ素電解質溶液、ま
   たはゲル電解質、固体電解質のいずれかであることを特
   徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の色素増感型
   太陽電池セル。
9. 【請求項９】前記請求項１乃至８のいずれかに記載の色
   素増感型太陽電池セルが、複数個、平面状または曲面状
   に配列され、且つ直列に接続されてなる色素増感型太陽
   電池モジュール。
10. 【請求項１０】少なくとも受光面側から、透明基板、透
    明電極層、発電層、裏面電極層、裏面基板が順に積層さ
    れた積層体で形成され、且つ、該発電層が、粒子径０．
    １ｎｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒
    子が混合された混合微粒子を焼成してなる酸化物半導体
    膜と、該酸化物半導体膜に担持された色素増感剤と、該
    酸化物半導体膜に含浸された電解質溶液とで形成される
    色素増感型太陽電池セルの製造方法であって、少なくと
    も前記発電層の色素増感剤が担持された酸化物半導体膜
    と裏面電極層と裏面基板との積層体を、裏面基板とし
    て、ロール状に巻き上げられた長尺の耐熱性フレキシブ
    ルフィルムを用い、その上に、巻き取り供給巻き上げ方
    式のパターンコーターを用いて、白金またはカーボンペ
    ーストをパターン状に塗布、乾燥して、裏面電極層を形
    成し、次いで、該裏面電極層の上に、粒子径０．１ｎｍ
    〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒子が混
    合された混合微粒子を少なくともポリエチレングリコー
    ルを含む液に分散させて作製した混合微粒子ペースト
    を、パターン状に塗布し、予備乾燥後、１００〜３５０
    ℃で、１０〜１８０分間、乾燥、焼成して酸化物半導体
    膜を形成し、更に、形成された酸化物半導体膜に、色素
    増感剤の溶液を、前記パターンコーター、または巻き取
    り供給巻き上げ方式の浸漬装置を用いて、塗布、または
    浸漬して含浸させた後、乾燥して、色素増感剤を担持さ
    せて形成することを特徴とする色素増感型太陽電池セル
    の製造方法。
11. 【請求項１１】少なくとも受光面側から、透明基板、透
    明電極層、発電層、裏面電極層、裏面基板が順に積層さ
    れた積層体で形成され、且つ、該発電層が、粒子径０．
    １ｎｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒
    子が混合された混合微粒子を焼成してなる酸化物半導体
    膜と、該酸化物半導体膜に担持された色素増感剤と、該
    酸化物半導体膜に含浸された電解質溶液とで形成される
    色素増感型太陽電池セルが、複数個、平面状または曲面
    状に配列され、且つ直列に接続されてなる色素増感型太
    陽電池モジュールの製造方法であって、少なくとも下記
    （１）〜（５）の工程を含むことを特徴とする色素増感
    型太陽電池モジュールの製造方法。 （１）裏面基板として、ロール状に巻き上げられた長尺
    の耐熱性フレキシブルフィルムを用い、その上に、巻き
    取り供給巻き上げ方式のパターンコーターを用いて、白
    金またはカーボンペーストを、複数個のセルが所定の間
    隔を開けて配列されて形成されるモジュールの裏面電極
    層のパターンで塗布、乾燥して、裏面電極層を形成し、
    その上に酸化物半導体膜のパターンで、粒子径０．１ｎ
    ｍ〜１０μｍの酸化物微粒子に光拡散能の高い微粒子が
    混合された混合微粒子を、少なくともポリエチレングリ
    コールを含む液に分散させて作製した混合微粒子ペース
    トを塗布し、予備乾燥後、１００〜３５０℃で１０〜１
    ８０分間、乾燥、焼成して多孔質の酸化物半導体膜を形
    成する工程。 （２）前記（１）の工程で作製した裏面基板（耐熱性フ
    レキシブルフィルム）と、その上にそれぞれ所定のパタ
    ーンで形成された裏面電極層と酸化物半導体膜の積層体
    の酸化物半導体膜に、色素増感剤の溶液を、前記パター
    ンコーター、または巻き取り供給巻き上げ方式の浸漬装
    置を用いて、塗布、または浸漬して含浸させた後、乾燥
    して、色素増感剤を担持させる工程。 （３）前記（２）の工程で作製した裏面基板（耐熱性フ
    レキシブルフィルム）と、その上にそれぞれ所定のパタ
    ーンで形成された裏面電極層と色素増感剤を担持させた
    酸化物半導体膜の積層体の酸化物半導体膜形成面に、各
    セル間を直列に接続する接続部と、各セル間を仕切りす
    る隔壁とを設ける工程。 （４）前記（３）の工程で作製した積層体の酸化物半導
    体膜形成面に、別に作製した透明基板とその上に所定の
    パターンで形成された透明電極層の積層体を、その透明
    電極層面が対向するように重ね、直列に接続されたセル
    の両端（正極と負極）から電極リードを引き出すと共
    に、両者を接合する工程。 （５）前記（４）の工程で作製した積層体の各セルに予
    め裏面基板（耐熱性フレキシブルフィルム）に設けられ
    た小孔、またはセルの端部に設けられた間隙部から電解
    質溶液を注入し、酸化物半導体膜に含浸させ、それぞれ
    の小孔または間隙部をシール材で封止する工程。