JP2002289274A

JP2002289274A - 光電極及びこれを備えた色素増感型太陽電池

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Publication number: JP2002289274A
Application number: JP2001089684A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Takeda; 康彦竹田; Kazuo Higuchi; 和夫樋口; Tadashi Inaba; 忠司稲葉; Hirozumi Azuma; 博純東; Tomomi Motohiro; 友美元廣; Toshiyuki Sano; 利行佐野; Junji Nakajima; 淳二中島; Tatsuo Toyoda; 竜生豊田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2002-10-04
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP4812956B2

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた入射光利用率を有する光電極及び優れ
たエネルギー変換効率を有する色素増感型太陽電池の提
供。【解決手段】受光面Ｆ２を有する半導体電極２と、当
該半導体電極の受光面上に隣接して配置された透明電極
１とを有する光電極１０であって、半導体電極は、受光
面から入射する光を散乱させる棒状及び／又は板状の金
属酸化物粒子を含む光散乱層６を有している。そして、
棒状の金属酸化物粒子は、直径が４０〜２００ｎｍであ
り、アスペクト比が２．５以上である。また、板状の金
属酸化物粒子は、直径が４０〜２００ｎｍであり、アス
ペクト比が２．５以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電極及びこれを
これを備えた色素増感型太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化やエネルギー問題に対
する関心の高まりとともに太陽電池の様々な開発が進め
られている。その太陽電池の中でも、色素増感型太陽電
池は使用する材料が安価であること、比較的シンプルな
プロセスで製造できること等からその実用化が期待され
ている。

【０００３】従来の色素増感型太陽電池おいては、半導
体電極に含有される増感色素の吸収係数が小さいことか
ら、赤外〜近赤外の波長領域の光は半導体電極に入射し
ても当該半導体電極内において十分に吸収されずに透過
してしまい、光電変換反応の進行に寄与していなかっ
た。

【０００４】そのため、色素増感型太陽電池の実用化に
向けて、光電極に備えられる半導体電極における入射光
の利用率（量子効率）を向上させることにより、電池の
エネルギー変換効率（発電効率）を向上させるための様
々な検討が行われている。なお、色素増感型太陽電池の
エネルギー変換効率η（％）は、下記式（１）で表され
る。また、下記式（１）中、Ｉ₀は入射光強度Ｉ₀[ｍＷ
ｃｍ^-2]、Ｖ_ocは開放電圧[Ｖ]、Ｉ_scは短絡電流密度[ｍ
Ａｃｍ^-2]、Ｆ.Ｆ.は曲線因子（Fill Facter）を示す。 η＝１００×（Ｖ_oc×Ｉ_sc×Ｆ.Ｆ.）／Ｉ₀…（１）

【０００５】上記の検討としては、例えば、特開平１０
−２５５８６３号公報には、平均粒径が例えば８０ｎｍ
以下である小さな半導体粒子を構成材料とする半導体電
極（光吸収粒子層）の電解質溶液に接する側の面上に、
平均粒径が例えば２００〜５００ｎｍである球形の大き
な半導体粒子を構成材料とする層（光反射粒子層）を設
けて光電極を構成し、当該半導体電極に入射する入射光
を散乱させることにより、その利用率を向上させること
を意図した色素増感型太陽電池が提案されている。

【０００６】また、特開２０００−１０６２２２号公報
には、半導体電極内に粒径の大きな球形の半導体粒子
（平均粒径；１０〜３００ｎｍ）と、粒径の小さな球形
の半導体粒子（平均粒径；１０ｎｍ以下）とを混在させ
て当該半導体電極に入射する入射光を散乱させることに
より、その利用率を向上させることを意図した色素増感
型太陽電池が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らは、上記の特開平１０−２５５８６３号公報の光電
極を備えた色素増感型太陽電池及び特開２０００−１０
６２２２号公報に記載の光電極を備えた色素増感型太陽
電池のいずれであっても、光電極を構成する半導体電極
において十分な入射光の利用率が得られておらず、電池
として十分なエネルギー変換効率を得ることができず未
だ不十分であるということを見出した。

【０００８】すなわち、上記の二つの公報に記載の色素
増感型太陽電池は、いずれにおいても大きな半導体結晶
粒子による光散乱の結果、大きな半導体粒子がない場合
に比べて半導体電極内を通過する光路長は長くなり光の
利用率は増加するが、球形の粒子による光散乱を利用し
ているため、半導体電極を通過してしまう光量と反射し
てしまう光量を同時に充分に低減することができず、光
の利用率を充分に増加することができないという問題が
あった。また、大きな半導体結晶粒子が多くなると、色
素が吸着する半導体表面の総表面積が減って光吸収率が
減少してしまい、かえってエネルギー変換効率が低下し
てしまうという問題もあった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、優れた入射光利用率を有する
光電極及び優れたエネルギー変換効率を有する色素増感
型太陽電池を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光電極を構成する
半導体電極中に、入射光を散乱させるための粒子を混入
させる場合であっても、当該粒子の形状を棒状或いは板
状の異方的形状とすることによって、半導体電極中での
入射光の光閉じ込め効果を大きく向上させることができ
ることを見出し、本発明に到達した。

【００１１】すなわち、本発明は、受光面を有する半導
体電極と、当該受光面上に隣接して配置された透明電極
とを有する光電極であって、半導体電極は、受光面から
入射する光を散乱させる棒状及び／又は板状の金属酸化
物粒子を含む光散乱層を有しており、棒状の金属酸化物
粒子は、直径が４０〜２００ｎｍであり、アスペクト比
が２．５以上であり、板状の金属酸化物粒子は、直径が
２００〜１０００ｎｍであり、アスペクト比が２．５以
上であること、を特徴とする光電極を提供する。

【００１２】ここで、本発明において「棒状の金属酸化
物粒子のアスペクト比」とは、棒状の金属酸化物粒子の
長さ（長径）Ａ１をその直径（短径）Ｂ１で除した値
（Ａ１／Ｂ１）を示す。また、「板状の金属酸化物粒子
のアスペクト比」とは、板状の金属酸化物粒子の直径
（長径）Ａ２をその厚さ（短径）Ｂ２で除した値（Ａ２
／Ｂ２）を示す。

【００１３】上記の光散乱層に含有されることになる棒
状の金属酸化物粒子は、上記の長さ方向と直交する方向
から光が入射した場合、透明電極の側の方向に向けて散
乱される光（以下、後方散乱光という）の入射光に対す
る割合が球形の粒子の場合と比較して大きくなる。ま
た、板状の金属酸化物粒子も、その面方向と直交する方
向から光が入射した場合、入射光に対する後方散乱光の
割合が球形の粒子の場合と比較して大きくなる。従っ
て、本発明の光電極は、光散乱層内における光閉じ込め
効果が大きく、優れた入射光利用率を得ることができ
る。

【００１４】なお、本発明において、光散乱層には上記
の棒状の金属酸化物粒子と板状の金属酸化物粒子とを共
に含有させてもよく、何れか一方のみを含有させてもよ
い。また、本発明において、光散乱層は、上記の金属酸
化物粒子以外に主たる構成材料として半導体粒子を含
む。光散乱層の半導体粒子の含有量は、光散乱層を含む
半導体電極が光電変換の機能を支障なく果すことが可能
であれば特に限定されない。

【００１５】更に、本発明の光電極を構成する半導体電
極は上記の光散乱層を少なくとも有していればよく、光
散乱層のみで半導体電極を構成してもよい。

【００１６】また、本発明の光電極を構成する半導体電
極は、光散乱層と透明電極との間に配置される前述の金
属酸化物粒子を実質的に含まない半導体層を更に有して
いてもよい。この場合、「金属酸化物粒子を実質的に含
まない」状態とは、半導体層には金属酸化物粒子が全く
含まれていない状態か、或いは金属酸化物粒子を含んで
いたとしてもその含有量が前述の光閉じ込め効果の向上
を認めることができない程僅かである状態を示す。この
半導体層を設ける場合にも、半導体層に隣接して配置さ
れる光散乱層内における光閉じ込め効果により、優れた
入射光利用率を有する光電極を構成することができる。

【００１７】ここで、本発明の光電極において、上述の
形状を有する金属酸化物粒子のアスペクト比が２．５未
満となると、異方的形状による効果が得られず、従来の
球形粒子を混合した場合と同様の問題が生じる。そし
て、上記と同様の観点から、金属酸化物粒子のアスペク
ト比は４以上であることが好ましい。

【００１８】また、金属酸化物粒子が棒状の金属酸化物
粒子である場合、直径が４０ｎｍ未満であると、棒状粒
子による光散乱効果が小さいため、光閉込め効果が不十
分となるおそれがある。一方、この場合に直径が２００
ｎｍを超えると、棒状粒子の数密度が減少するために光
散乱層中での均一な光散乱効果が得られないため、光閉
込め効果が不十分となるおそれがある。更に電解液の拡
散に悪影響を及ぼし、変換効率を低下させるおそれがあ
る。そして、上記と同様の観点から、棒状の金属酸化物
粒子の直径は８０〜１２０ｎｍであることがより好まし
い。

【００１９】更に、金属酸化物粒子が板状の金属酸化物
粒子である場合、直径が２００ｎｍ未満であると、板状
粒子による光散乱効果が小さいため、光閉込め効果が不
十分となるおそれがある。一方、この場合に直径が１０
００ｎｍを超えると、棒状粒子の数密度が減少するため
に光散乱層中での均一な光散乱効果が得られないため、
光閉込め効果が不十分となるおそれがある。更に電解液
の拡散に悪影響を及ぼし、変換効率を低下させるおそれ
がある。そして、上記と同様の観点から、板状の金属酸
化物粒子の直径は２５０〜３５０ｎｍであることがより
好ましい。

【００２０】また、本発明において、半導体電極の全体
の厚みに対する光散乱層の厚みの割合は１０〜５０％で
あることが好ましい。この光散乱層の厚みの割合が１０
％未満であると、光散乱層による光散乱効果が小さいた
め、光閉込め効果が不十分となるおそれがある。また、
光散乱層の厚みの割合が５０％を超えると、半導体電極
から反射してしまう光量が増大するおそれがある。な
お、上記と同様の観点から、半導体電極の全体の厚みに
対する光散乱層の厚みの割合は２０〜４０％であること
がより好ましい。

【００２１】そして、本発明において、光散乱層の厚み
の割合が上記の条件を満たし、かつ、光散乱層に含有さ
れる金属酸化物粒子が半導体粒子である場合には、光散
乱層６に含有される半導体粒子（金属酸化物粒子）の含
有率は５〜５０質量％であることが好ましい。光散乱層
６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３の含有率が５質量％
未満であると、光散乱層による光散乱効果が小さいた
め、光閉込め効果が不十分となるおそれがある。一方、
光散乱層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３の含有率が
５０質量％を超えると、色素が吸着する半導体表面の総
表面積が減って光吸収率が減少するおそれがある。な
お、上記と同様の観点から、光散乱層６に含有される半
導体粒子（金属酸化物粒子）の含有率は１０〜３０質量
％であることがより好ましい。

【００２２】また、本発明において、光散乱層の厚みの
割合が前述の条件を満たし、かつ、光散乱層に含有され
る金属酸化物粒子が絶縁体粒子である場合には、光散乱
層に含有される絶縁体粒子（金属酸化物粒子）の含有率
は５〜２０質量％であることが好ましい。光散乱層６に
含有される金属酸化物粒子Ｐ３の含有率が５質量％未満
であると、光散乱層による光散乱効果が小さいため、光
閉込め効果が不十分となるおそれがある。一方、光散乱
層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３の含有率が２０質
量％を超えると、光散乱層の電気抵抗が増大し、発電時
の電圧降下が大きく、エネルギー変換効率が低下するお
それがある。なお、上記と同様の観点から光散乱層に含
有される絶縁体粒子（金属酸化物粒子）の含有率は１０
〜１５質量％であることがより好ましい。

【００２３】また、本発明において、光散乱層が複数の
層から構成されており、光散乱層６に含有される金属酸
化物粒子が半導体粒子である場合、光散乱層の複数の層
の中で、透明電極に最も近い位置に配置される最内部の
層における半導体粒子（金属酸化物粒子）の含有率は１
０質量％以下であり、かつ、透明電極に最も遠い位置に
配置される最外部の層における半導体粒子（金属酸化物
粒子）の含有率は２０〜６０質量％であることが好まし
い。このように、最外部の層と最内部の層における半導
体粒子（金属酸化物粒子）の含有率に差を設けることに
より、最外部でより強く後方散乱が生じるため、半導体
電極を通過してしまう光量を低減しつつ、反射してしま
う光量をより低減することができる。

【００２４】ここで、最内部の層における半導体粒子の
含有率が１０質量％を超えると、半導体電極から反射し
てしまう光量が増大するおそれがある。また、最外部の
層における半導体粒子の含有率が２０質量％未満となる
と、光散乱層による光散乱効果が小さいため、光閉込め
効果が不十分となるおそれがある。一方、この含有率が
６０質量％を超えると、色素が吸着する半導体表面の総
表面積が減って光吸収率が減少するおそれがある。な
お、上記と同様の観点から、最内部の層における半導体
粒子の含有率は３０〜５０質量％であることがより好ま
しい。

【００２５】更に、上記の条件を満たす場合、光散乱層
を構成する複数の層において、各々の半導体粒子（金属
酸化物粒子）の含有率が最内部の層から最外部の層にか
けて増加していることが好ましい。これにより、更に効
率よく入射光を半導体電極内に閉じ込めることができ、
高い入射光利用率を得ることが可能となる。

【００２６】ここで、本発明において、「光散乱層を構
成する複数の層において、各々の半導体粒子の含有率が
最内部の層から最外部の層にかけて増加している」状態
とは、一端に位置する最外部の層の半導体粒子の含有率
が他端に位置する最内部の層の半導体粒子の含有率より
も最終的に大きくなっており、複数の層を全体としてみ
た場合に各層の半導体粒子の含有率が最内部の層から最
外部の層にかけて概略的に増加している状態を示す。

【００２７】例えば、最内部の層から最外部の層にかけ
て半導体粒子の含有率が単調に増加している状態であっ
てもよい。また、例えば、最内部の層と最外部の層との
間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の半導
体粒子の含有率が同じ値をとる状態であってもよい。更
に、最内部の層と最外部の層との間に配置される層のう
ち、一部の隣り合う層同士の半導体粒子の含有率を比較
した場合、最内部の層の側に位置する層の含有率が最外
部の層の側に位置する層の含有率よりも大きい場合があ
ってもよい。ただし、半導体電極の入射光利用率及び導
電性を十分に確保する観点から、最内部の層から最外部
の層にかけて半導体粒子の含有率が単調に増加している
状態、又は、最内部の層と最外部の層との間に配置され
る層のうち、一部の隣り合う層同士の半導体粒子の含有
率が同じ値をとる状態が好ましい。

【００２８】また、上記と同様に、本発明において、光
散乱層が複数の層から構成されており、光散乱層に含有
される金属酸化物粒子が絶縁体粒子である場合には、複
数の層の中で、透明電極に最も近い位置に配置される最
内部の層における絶縁体粒子の含有率は１０質量％以下
であり、かつ、透明電極に最も遠い位置に配置される最
外部の層における絶縁体粒子の含有率は２０〜４０質量
％であることが好ましい。そして、金属酸化物粒子が半
導体である場合と同様にこの場合にも、最内部の層にお
ける絶縁体粒子の含有率は５質量％以下であることがよ
り好ましく、最外部の層における絶縁体粒子の含有率は
３０〜５０質量％であることがより好ましい。

【００２９】更に、この場合、光散乱層を構成する複数
の層において、各々の絶縁体粒子の含有率が最内部の層
から最外部の層にかけて増加していることが好ましい。

【００３０】この場合にも、「光散乱層を構成する複数
の層において、各々の絶縁体粒子の含有率が最内部の層
から最外部の層にかけて増加している」状態とは、一端
に位置する最外部の層の絶縁体粒子の含有率が他端に位
置する最内部の層の絶縁体粒子の含有率よりも最終的に
大きくなっており、複数の層を全体としてみた場合に各
層の絶縁体粒子の含有率が最内部の層から最外部の層に
かけて概略的に増加している状態を示す。

【００３１】例えば、最内部の層から最外部の層にかけ
て絶縁体粒子の含有率が単調に増加している状態であっ
てもよい。また、例えば、最内部の層と最外部の層との
間に配置される層のうち、一部の隣り合う層同士の絶縁
体粒子の含有率が同じ値をとる状態であってもよい。更
に、最内部の層と最外部の層との間に配置される層のう
ち、一部の隣り合う層同士の絶縁体粒子の含有率を比較
した場合、最内部の層の側に位置する層の含有率が最外
部の層の側に位置する層の含有率よりも大きい場合があ
ってもよい。ただし、半導体電極の入射光利用率及び導
電性を十分に確保する観点から、最内部の層から最外部
の層にかけて絶縁体粒子の含有率が単調に増加している
状態、又は、最内部の層と最外部の層との間に配置され
る層のうち、一部の隣り合う層同士の絶縁体粒子の含有
率が同じ値をとる状態が好ましい。

【００３２】また、本発明は、受光面を有する半導体電
極と当該半導体電極の受光面上に隣接して配置された透
明電極とを有する光電極と、対極とを有しており、半導
体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増
感型太陽電池であって、光電極が前述した本発明の光電
極であることを特徴とする色素増感型太陽電池を提供す
る。このように、前述した本発明の光電極を用いること
により、優れたエネルギー変換効率を有する色素増感型
太陽電池を得ることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の光電極及び色素増感型太陽電池の好適な実施形態につ
いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一また
は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略す
る。

【００３４】［第一実施形態］図１は、本発明の光電極
の第一実施形態を示す模式断面図である。また、図２
は、図１に示した領域１００の部分の模式拡大断面図で
ある。更に、図３は、図１に示した光電極を備えた色素
増感型太陽電池を示す模式断面図である。

【００３５】図１に示す光電極１０は、主として、受光
面Ｆ２を有する半導体電極２と、当該半導体電極２の受
光面Ｆ２上に隣接して配置された透明電極１ととから構
成されている。また、図３に示す色素増感型太陽電池２
０は、主として、図１に示した光電極１０と、対極ＣＥ
と、スペーサーＳにより光電極１０と対極ＣＥとの間に
形成される間隙に充填された電解質Ｅとから構成されて
いる。そして、半導体電極２は、受光面Ｆ２と反対側の
裏面Ｆ２２において電解質Ｅと接触している。

【００３６】この色素増感型太陽電池２０は、透明電極
１を透過して半導体電極２に照射される光Ｌ１０によっ
て半導体電極２内において電子を発生させる。そして、
半導体電極２内において発生した電子は、透明電極１に
集められて外部に取り出される。

【００３７】透明電極１の構成は特に限定されるもので
はなく、通常の色素増感型太陽電池に搭載される透明電
極を使用できる。例えば、図１及び図３の透明電極１
は、ガラス基板等の透明基板４の半導体電極２の側に光
を透過させるためのいわゆる透明導電膜３をコートした
構成を有する。この透明導電膜３としては、液晶パネル
等に用いられる透明電極を用いればよい。例えば、フッ
素ドープＳｎＯ₂コートガラス、ＩＴＯコートガラス、
ＺｎＯ：Ａｌコートガラス等が挙げられる。また、メッ
シュ状、ストライプ状など光が透過できる構造にした金
属電極をガラス基板等の基板４上に設けたものでもよ
い。

【００３８】透明基板４としては、液晶パネル等に用い
られる透明基板を用いてよい。具体的には透明なガラス
基板、ガラス基板表面を適当に荒らすなどして光の反射
を防止したもの、すりガラス状の半透明のガラス基板な
ど光を透過するものが透明基板材料として挙げられる。
なお、光を透過するものであれば材質はガラスでなくて
もよく、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無
機物透明結晶体などでもよい。

【００３９】図１及び図２に示すように、半導体電極２
は、主として、前述の棒状又は板状の金属酸化物粒子
（以下、これら2種類の金属酸化物を総称して「金属酸
化物粒子Ｐ３」と記述する。）の少なくとも一方を含む
光散乱層６と、この光散乱層６と透明電極１との間に配
置された半導体層５とから構成されている。そして、前
述のように、この色素増感型太陽電池１０は光散乱層６
を半導体電極２に備えることにより、当該半導体電極２
内における入射光利用率の向上が図られている。

【００４０】すなわち、図２に示すように、透明電極１
の受光面Ｆ１から入射し半導体層５を透過する光Ｌ１０
の一部は、光散乱層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３
により反射されて、散乱光Ｌ１２となり再び半導体層に
効率よく戻される。この半導体層５及び光散乱層６内に
おける高い光閉込め効果により、半導体電極２において
優れた入射光利用率を得ることができる。

【００４１】図２に示すように、半導体層５には、金属
酸化物粒子Ｐ３は実質的に含有されておらず、この半導
体層５は、主として半導体粒子Ｐ１とこの半導体粒子Ｐ
１の表面に吸着された増感色素Ｐ２とから構成されてい
る。また、光散乱層６は、主として、半導体粒子Ｐ１
と、金属酸化物粒子Ｐ３と、これら半導体粒子Ｐ１及び
金属酸化物粒子Ｐ３の表面に吸着された増感色素Ｐ２と
から構成されている。

【００４２】上記半導体粒子Ｐ１は特に限定されるもの
ではなく、酸化物半導体、硫化物半導体等を使用するこ
とができる。酸化物半導体としては、例えば、Ｔｉ
Ｏ₂，ＺｎＯ，ＳｎＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＷＯ₃，
ＺｒＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，ＳｒＴｉＯ₃，ＢａＴｉ
Ｏ₃等を用いることができる。硫化物半導体としては、
例えば、ＣｄＳ等を用いることができる。また、上記の
半導体の他に、Ｓｉ，ＧａＡｓ等も用いることができ
る。

【００４３】更に、色素が吸着する半導体表面の総表面
積を増大させる観点から、半導体粒子Ｐ１の平均粒径
は、５〜１００ｎｍであることが好ましく、２０〜５０
ｎｍであることがより好ましい。

【００４４】また、半導体電極２の半導体層５及び光散
乱層６に含有させる増感色素Ｐ２は特に限定されるもの
ではなく、可視光領域および／または赤外光領域に吸収
を持つ色素であればよい。この増感色素Ｐ２としては、
金属錯体や有機色素等を用いることができる。金属錯体
としては銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等
の金属フタロシアニン、クロロフィルまたはその誘導
体、ヘミン、ルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯
体（例えばシス−ジシアネート−ビス（２、２’−ビピ
リジル−４、４’−ジカルボキシレート）ルテニウム
（ＩＩ））等が挙げられる。有機色素としては，メタル
フリーフタロシアニン，シアニン系色素，メタロシアニ
ン系色素，キサンテン系色素，トリフェニルメタン系色
素等を用いることができる。

【００４５】更に、半導体電極２の厚みは、５〜３０μ
ｍであることが好ましく、５〜１５μｍであることがよ
り好ましい。半導体電極の厚みが５μｍ未満となると、
色素吸着量が少なくなり光を有効に吸収できなくなる傾
向が大きくなる。一方、半導体電極の厚みが３０μｍを
超えると、電気抵抗が大きくなり半導体に注入されたキ
ャリアの損失量が多くなるとともに、イオン拡散抵抗が
増大して、光励起されて半導体への電子注入を果した後
の色素に対するＩ^-からの電子注入によって生成するＩ₃
^-の対極への搬出が阻害され、電池の出力特性が低下す
る傾向が大きくなる。

【００４６】また、前述のように光散乱層６の厚みの割
合は半導体電極２の全体の厚みに対して１０〜５０％と
なるように調節されている。また、この場合、光散乱層
６の厚みの割合が上記の条件を満たし、かつ、光散乱層
６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３が半導体粒子である
場合には、光散乱層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３
の含有率は５〜５０質量％に調節される。一方、光散乱
層６の厚みの割合が上記の条件を満たし、かつ、光散乱
層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ３が絶縁体粒子であ
る場合には、光散乱層６に含有される金属酸化物粒子Ｐ
３の含有率は５〜２０質量％に調節される。

【００４７】ここで、上述の半導体層２中には、上記の
半導体粒子の他に、平均粒径が１００〜４００ｎｍ、好
ましくは１５０〜３００ｎｍである大きな球形の金属酸
化物粒子を増感色素Ｐ２を吸着さてた状態として含有さ
せてもよい。この場合、球形の金属酸化物粒子は半導体
から構成されていてもよく、絶縁体から構成されていて
もよい。球形の金属酸化物粒子が半導体粒子の場合、半
導体層２中における含有量は５〜５０質量％が好まし
く、２０〜４０質量％がより好ましい。一方、球形の金
属酸化物粒子が絶縁体粒子の場合、半導体層２中におけ
る含有量は５〜２０が好ましく、１０〜１５質量％がよ
り好ましい。

【００４８】また、対極ＣＥは、特に限定されるもので
はなく、例えば、シリコン太陽電池、液晶パネル等に通
常用いられている対極と同じものを用いてよい。例え
ば、前述の透明電極１と同じ構成を有するものであって
もよく、透明電極１と同様の透明導電膜３上にＰｔ等の
金属薄膜電極を形成し、金属薄膜電極を電解質Ｅの側に
向けて配置させるものであってもよい。また、透明電極
１の透明導電膜３に白金を少量付着させたものであって
もよく、白金などの金属薄膜、炭素などの導電性膜など
であってもよい。

【００４９】更に、電解質Ｅの組成も光励起され半導体
への電子注入を果した後の色素を還元するための酸化還
元種を含んでいれば特に限定されないが、Ｉ^-／Ｉ₃ ^-等
の酸化還元種を含むヨウ素系レドックス溶液が好ましく
用いられる。具体的には、Ｉ ^-／Ｉ₃ ^-系の電解質はヨウ
素のアンモニウム塩あるいはヨウ化リチウムとヨウ素を
混合したものなどを用いることができる。その他、Ｂｒ
^-／Ｂｒ₃ ^-系、キノン／ハイドロキノン系などのレドッ
クス電解質をアセトニトリル、炭酸プロピレン、エチレ
ンカーボネートなどの電気化学的に不活性な溶媒（およ
びこれらの混合溶媒）に溶かしたものも使用できる。

【００５０】また、スペーサーＳの構成材料は特に限定
されるものではなく、例えば、シリカビーズ等を用いる
ことができる。

【００５１】次に、図１に示した光電極１０及び図３に
示した色素増感型太陽電池２０の製造方法の一例につい
て説明する。

【００５２】先ず、透明電極１を製造する場合は、ガラ
ス基板等の基板４上に先に述べたフッ素ドープＳｎＯ₂
等の透明導電膜３をスプレーコートする等の公知の方法
を用いて形成することができる。

【００５３】次に、透明電極１の透明導電膜３上に半導
体層５を形成する方法としては、例えば、以下の方法が
ある。すなわち、先ず、酸化チタン等の半導体粒子Ｐ１
を分散させた半導体層５を形成するための分散液を調製
する。この分散液の溶媒は水、有機溶媒、または両者の
混合溶媒など半導体粒子Ｐ１を分散できるものなら特に
限定されない。また、分散液中には必要に応じて界面活
性剤、粘度調節剤を加えてもよい。次に、分散液を透明
電極１の透明導電膜３上に塗布し、次いで乾燥する。こ
のときの塗布方法としてはバーコーター法、印刷法など
を用いることができる。そして、乾燥した後、空気中、
不活性ガス或いは窒素中で加熱、焼成して半導体電極２
の半導体層５（多孔質半導体膜）を形成する。このとき
の焼成温度は３００〜８００℃が好ましい。焼成温度が
３００℃未満であると半導体粒子Ｐ１間の固着、基板へ
の付着力が弱くなり十分な強度がでなくなる。焼成温度
が８００℃を超えると半導体粒子Ｐ１間の固着が進み、
半導体電極２（多孔質半導体膜）の表面積が小さくな
る。

【００５４】次に、半導体層５上に光散乱層６を形成す
る場合には、例えば、上記の半導体５を形成するための
分散液に、金属酸化物粒子Ｐ３を更に添加させた組成を
有する分散液を調製する以外は、上述した半導体層５を
形成する方法と同様にして光散乱層６を形成することが
できる。

【００５５】次に、半導体電極２（半導体蒸着膜）中に
浸着法等の公知の方法により増感色素Ｐ２を含有させ
る。増感色素Ｐ２は、少なくとも、半導体電極２の裏面
Ｆ２２に付着（化学吸着、物理吸着または堆積など）さ
せればよい。この付着方法は、例えば色素を含む溶液中
に半導体電極２の裏面Ｆ２２を浸漬するなどの方法を用
いることができる。この際、溶液を加熱し還流させるな
どして増感色素の吸着、堆積を促進することができる。
なお、このとき、色素の他に必要に応じて、銀等の金属
やアルミナ等の金属酸化物を半導体電極２（半導体蒸着
膜）中に含有させてもよい。

【００５６】なお、半導体電極２内に含まれる光電変換
反応を阻害する不純物を除去する表面酸化処理を、半導
体層５の形成時、或いは半導体層５上に光散乱層６を形
成した時などに公知の方法により適宜施してもよい。ま
た、透明電極１の透明導電膜３上に半導体電極２を形成
する他の方法としては、以下の方法がある。すなわち、
透明電極１の透明導電膜３上にＴｉＯ₂等の半導体を膜
状に蒸着させる方法を用いてもよい。透明導電膜３上に
半導体を膜状に蒸着させる方法としては公知の方法を用
いることができる。例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱
蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物
理蒸着法を用いてもよく、酸素等の反応性ガス中で金属
等を蒸発させ、反応生成物を透明導電膜３上に堆積させ
る反応蒸着法を用いてもよい。更に、反応ガスの流れを
制御する等してＣＶＤ等の化学蒸着法を用いることもで
きる。

【００５７】このようにして光電極１０を作製した後
は、公知の方法により対極ＣＥを作製し、これと光電極
１０と、スペーサーＳを図１に示すように組み上げて、
内部に電解質Ｅを充填し、色素増感型太陽電池２０を完
成させる。

【００５８】［第二実施形態］以下、図４を参照しなが
ら本発明の光電極の第二実施形態について説明する。な
お、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一
の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省
略する。図４は、本発明の光電極の第二実施形態を示す
模式断面図である。

【００５９】図４に示す光電極１１は、光散乱層６が、
透明電極１に最も近い位置に配置される最内部の層６１
と、透明電極に最も遠い位置に配置される最外部の層６
２とからなる２層の構成を有していること以外は、図１
に示す光電極１０と同様の構成を有している。

【００６０】ここで、先に述べたように、この光電極１
１光散乱層６は複数の層から構成されているので、光散
乱層６に含有される金属酸化物粒子が半導体粒子である
場合には、最内部の層６１における半導体粒子の含有率
は１０質量％以下となるように調節されており、最外部
の層６２における半導体粒子の含有率は２０〜６０質量
％となるように調節されている。また、一方、光散乱層
６に含有される金属酸化物粒子が絶縁体粒子である場合
には、最内部の層６１における絶縁体粒子の含有率は１
０質量％以下となるように調節されており、かつ、最外
部の層６２における絶縁体粒子の含有率は２０〜４０質
量％となるように調節されている。

【００６１】そして、この光電極１１を備えた色素増感
型太陽電池（図示せず）は、当該光電極１１以外は図１
に示した色素増感型太陽電池１０と同様の構成を有す
る。

【００６２】［第三実施形態］以下、図５を参照しなが
ら本発明の光電極の第三実施形態について説明する。な
お、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一
の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省
略する。図５は、本発明の光電極の第三実施形態を示す
模式断面図である。

【００６３】図５に示す光電極１２は、光散乱層６が、
透明電極１に最も近い位置に配置される最内部の層６１
と、透明電極に最も遠い位置に配置される最外部の層６
２とからなる２層の構成を有しており、半導体電極２が
この光散乱層６のみから構成されていること以外は、図
１に示す光電極１０と同様の構成を有している。

【００６４】光散乱層６自体も先に述べた構成材料から
形成されているので、光電変換機能を有している。その
ため、光電極１０及び光電極１１における半導体層５を
有しない構成であっても、十分な入射光利用率を有する
半導体電極２を構成することができる。そして、この光
電極１２を備えた色素増感型太陽電池（図示せず）は、
当該光電極１２以外は図１に示した色素増感型太陽電池
１０と同様の構成を有する。

【００６５】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは
ない。

【００６６】例えば、上記の実施形態においては、二層
の構造を有する光散乱層を備えた光電極及びこれを備え
る色素増感型太陽電池について説明したが、本発明の光
電極及び色素増感型太陽電池はこれに限定されるもので
はない。例えば、本発明の光電極は、図６に示す光電極
１３のように、１層の光散乱層６から構成された半導体
電極２を備える構成を有していてもよい。

【００６７】また、本発明の光電極は、例えば、図７に
示す光電極１３の光散乱層６のように、三層以上の光散
乱層６から構成された半導体電極２を備える構成を有し
ていてもよい。そして、この場合、光散乱層６に含有さ
れる金属酸化物粒子が半導体粒子であっても絶縁体粒子
であっても、好ましくは、光散乱層を構成する各々の半
導体粒子の含有率は、最内部の層から最外部の層にかけ
て増加するように調節されている。すなわち、例えば、
図７に示す光電極１３の光散乱層６は、最内部の層６１
と最外部の層６２と、最内部の層６１と最外部の層６２
との間に配置される内部層６３とから構成されている
が、内部層６３のに含有される金属酸化物粒子の含有率
は、好ましくは、最内部の層６１よりもそれよりも大き
く、かつ、最外部の層６２のそれよりも低くなるように
調節されている。

【００６８】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の光
電極及び色素増感型太陽電池について更に詳しく説明す
るが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもので
はない。

【００６９】［ペーストの調製］先ず、光電極を構成す
る半導体電極の半導体層又は光散乱層形成するためのペ
ーストを以下の手順で調製した。

【００７０】（ペースト１）球形のＴｉＯ₂粒子（アナ
ターゼ、平均粒径；２５ｎｍ、以下、球形ＴｉＯ₂粒子
１という）とを硝酸溶液に入れて撹拌することによりチ
タニアスラリーを調製した。次に、チタニアスラリーに
増粘剤としてセルロース系バインダーを加え、混練して
ペーストを調製した。

【００７１】（ペースト２）球形ＴｉＯ₂粒子１と、球
形のＴｉＯ₂粒子（アナターゼ、平均粒径；２００ｎ
ｍ、以下、球形ＴｉＯ₂粒子２という）とを硝酸溶液に
入れて撹拌することによりチタニアスラリーを調製し
た。次に、チタニアスラリーに増粘剤としてセルロース
系バインダーを加え、混練してペースト（ＴｉＯ₂粒子
１の質量：ＴｉＯ₂粒子２の質量＝３０：７０）を調製
した。

【００７２】（ペースト３）ペースト１に、棒状のＴｉ
Ｏ₂粒子（アナターゼ、直径；１００ｎｍ、アスペクト
比；５、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子１という）を混合し、
棒状ＴｉＯ₂粒子１の質量：ペースト１の質量＝１０：
９０のペーストを調製した。

【００７３】（ペースト４）ペースト１に、棒状ＴｉＯ
₂粒子１を混合し、棒状ＴｉＯ₂粒子１の質量：ペースト
１の質量＝３０：７０のペーストを調製した。

【００７４】（ペースト５）ペースト１に、棒状ＴｉＯ
₂粒子１を混合し、棒状ＴｉＯ₂粒子１の質量：ペースト
１の質量＝５０：５０のペーストを調製した。

【００７５】（ペースト６）ペースト１に、板状のマイ
カ粒子（直径；１００ｎｍ、アスペクト比；６、以下、
板状マイカ粒子１という）を混合し、板状マイカ粒子１
の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペーストを調
製した。

【００７６】（ペースト７）ペースト１に、棒状のＴｉ
Ｏ₂粒子（アナターゼ、直径；３０ｎｍ、アスペクト
比；６．３、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子２という）を混合
し、棒状ＴｉＯ₂粒子２の質量：ペースト１の質量＝３
０：７０のペーストを調製した。

【００７７】（ペースト８）ペースト１に、棒状のＴｉ
Ｏ₂粒子（アナターゼ、直径；５０ｎｍ、アスペクト
比；６．１、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子３という）を混合
し、棒状ＴｉＯ₂粒子３の質量：ペースト１の質量＝３
０：７０のペーストを調製した。

【００７８】（ペースト９）ペースト１に、棒状のＴｉ
Ｏ₂粒子（アナターゼ、直径；７５ｎｍ、アスペクト
比；５．８、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子４という）を混合
し、棒状ＴｉＯ₂粒子４の質量：ペースト１の質量＝３
０：７０のペーストを調製した。

【００７９】（ペースト１０）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１３０ｎｍ、アスペク
ト比；５．２、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子５という）を混
合し、棒状ＴｉＯ₂粒子５の質量：ペースト１の質量＝
３０：７０のペーストを調製した。

【００８０】（ペースト１１）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１８０ｎｍ、アスペク
ト比；５、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子６という）を混合
し、棒状ＴｉＯ₂粒子６の質量：ペースト１の質量＝３
０：７０のペーストを調製した。

【００８１】（ペースト１２）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；２４０ｎｍ、アスペク
ト比；５、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子７という）を混合
し、棒状ＴｉＯ₂粒子７の質量：ペースト１の質量＝３
０：７０のペーストを調製した。

【００８２】（ペースト１３）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１１０ｎｍ、アスペク
ト比；４．１、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子８という）を混
合し、棒状ＴｉＯ₂粒子８の質量：ペースト１の質量＝
３０：７０のペーストを調製した。

【００８３】（ペースト１４）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１０５ｎｍ、アスペク
ト比；３．４、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子９という）を混
合し、棒状ＴｉＯ₂粒子９の質量：ペースト１の質量＝
３０：７０のペーストを調製した。

【００８４】（ペースト１５）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１１５ｎｍ、アスペク
ト比；２．７、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子１０という）を
混合し、棒状ＴｉＯ₂粒子１０の質量：ペースト１の質
量＝３０：７０のペーストを調製した。

【００８５】（ペースト１６）ペースト１に、棒状のＴ
ｉＯ₂粒子（アナターゼ、直径；１２０ｎｍ、アスペク
ト比；２．２、以下、棒状ＴｉＯ₂粒子１１という）を
混合し、棒状ＴｉＯ₂粒子１１の質量：ペースト１の質
量＝３０：７０のペーストを調製した。

【００８６】（ペースト１７）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；１８０ｎｍ、アスペクト比；６．２、
以下、板状マイカ粒子２という）を混合し、板状マイカ
粒子２の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００８７】（ペースト１８）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；２２０ｎｍ、アスペクト比；６．１、
以下、板状マイカ粒子３という）を混合し、板状マイカ
粒子３の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００８８】（ペースト１９）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；２７０ｎｍ、アスペクト比；６、以
下、板状マイカ粒子４という）を混合し、板状マイカ粒
子４の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペースト
を調製した。

【００８９】（ペースト２０）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；５００ｎｍ、アスペクト比；５．９、
以下、板状マイカ粒子５という）を混合し、板状マイカ
粒子５の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００９０】（ペースト２１）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；６７０ｎｍ、アスペクト比；５．８、
以下、板状マイカ粒子６という）を混合し、板状マイカ
粒子６の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００９１】（ペースト２２）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；８８０ｎｍ、アスペクト比；５．７、
以下、板状マイカ粒子７という）を混合し、板状マイカ
粒子７の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００９２】（ペースト２３）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；１０８０ｎｍ、アスペクト比；５．
５、以下、板状マイカ粒子８という）を混合し、板状マ
イカ粒子８の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペ
ーストを調製した。

【００９３】（ペースト２４）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；３３０ｎｍ、アスペクト比；５．１、
以下、板状マイカ粒子９という）を混合し、板状マイカ
粒子９の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペース
トを調製した。

【００９４】（ペースト２５）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；３２０ｎｍ、アスペクト比；４．２、
以下、板状マイカ粒子１０という）を混合し、板状マイ
カ粒子１０の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペ
ーストを調製した。

【００９５】（ペースト２６）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；３２０ｎｍ、アスペクト比；３．５、
以下、板状マイカ粒子１１という）を混合し、板状マイ
カ粒子１１の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペ
ーストを調製した。

【００９６】（ペースト２７）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；３１０ｎｍ、アスペクト比；２．７、
以下、板状マイカ粒子１２という）を混合し、板状マイ
カ粒子１２の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペ
ーストを調製した。

【００９７】（ペースト２８）ペースト１に、板状のマ
イカ粒子（直径；３００ｎｍ、アスペクト比；２．２、
以下、板状マイカ粒子１３という）を混合し、板状マイ
カ粒子１３の質量：ペースト１の質量＝２０：８０のペ
ーストを調製した。

【００９８】（実施例１）以下に示す手順により、図５
に示した光電極１２と同様の構成を有する光電極を作製
し、更に、光電極を用いて、当該光電極以外は色素増感
型太陽電池２０と同様の構成を有する１０×１０ｍｍの
スケールの色素増感型太陽電池を作製した。

【００９９】ガラス基板上にフッ素ドープされたＳｎＯ
₂導電膜（膜厚；５００ｎｍ）を形成した透明電極を準
備した。そして、このＳｎＯ₂導電膜上に、上述のペー
スト２をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その
後、空気中、４５０℃の条件のもとで焼成した。更に、
ペースト４を用いてこのスクリーン印刷と焼成とを繰り
返すことにより、ＳｎＯ₂導電膜上に図５に示す半導体
電極２と同様の構成の半導体電極（受光面の面積；１０
ｍｍ×１０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層厚；６
μｍ、光散乱層の層厚；４μｍ、光散乱層に含有される
棒状ＴｉＯ₂粒子１の含有率；３０質量％）を形成し、
増感色素を含有していない光電極を作製した。

【０１００】次に、半導体電極に色素を以下のようにし
て吸着させた。先ず、マグネシウムエトキシドで脱水し
た無水エタノールを溶媒として、これにルテニウム錯体
［cis-Di(thiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'
dicarboxylic acid)-ruthenium(II)］を、その濃度が３
×１０^-4ｍｏｌ／Ｌとなるように溶解し、ルテニウム錯
体溶液を調製した。次に、この溶液に半導体電極を浸漬
し、これにより、半導体電極に色素となるルテニウム錯
体が約１．５×１０^-7ｍｏｌ／ｃｍ２吸着し、光電極１
０を完成させた。

【０１０１】次に、対極として上記の光電極と同様の形
状と大きさを有する白金電極（Ｐｔ薄膜の厚さ；１００
ｎｍ）、電解質Ｅとして、ヨウ素及びヨウ化リチウムを
含むヨウ素系レドックス溶液を調製した。更に、半導体
電極の大きさに合わせた形状を有するデュポン社製のス
ペーサーＳ（商品名：「サーリン」）を準備し、図３に
示すように、光電極１０と対極ＣＥとスペーサーＳを介
して対向させ、内部に上記の電解質を充填して色素増感
型太陽電池を完成させた。

【０１０２】（実施例２）半導体電極の製造を以下のよ
うにして行ったこと以外は、実施例１と同様の手順によ
り図１に示した光電極１０及び図３に示した色素増感型
太陽電池２０と同様の構成を有する光電極及び色素増感
型太陽電池を作製した。

【０１０３】ペースト２を半導体層形成用ペーストとし
て使用した。そして、ＳｎＯ₂導電膜上に、ペースト２
をスクリーン印刷し、次いで乾燥させた。その後、空気
中、４５０℃の条件のもとで焼成し、半導体層を形成し
た。

【０１０４】ペースト３を光散乱層の最内部の層形成用
ペーストとして使用した。また、ペースト５を光散乱層
の最外部の層形成用ペーストとして使用した。そして、
実施例１と同様にして半導体層上に光散乱層を形成し
た。

【０１０５】そして、ＳｎＯ₂導電膜上に図１に示す半
導体電極２と同様の構成の半導体電極（受光面の面積；
１０ｍｍ×１０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層
厚；３μｍ、最内部の層の層厚；４μｍ、最内部の層に
含有される棒状ＴｉＯ₂粒子１の含有率；１０質量％、
最外部の層の層厚；３μｍ、最内部の層に含有される棒
状ＴｉＯ₂粒子１の含有率；５０質量％）を形成し、増
感色素を含有していない光電極を作製した。実施例１と
同様に、光電極と対極ＣＥとスペーサーＳを介して対向
させ、内部に上記の電解質を充填して色素増感型太陽電
池を完成させた。

【０１０６】（実施例３）半導体電極の製造に際して、
ペースト１を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト４を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと
以外は、実施例１と同様の手順により図５に示した光電
極１０及び図３に示した色素増感型太陽電池２０と同様
の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製し
た。なお、半導体電極は、受光面の面積；１０ｍｍ×１
０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層厚；５μｍ、光
散乱層の層厚；５μｍ、光散乱層に含有される棒状Ｔｉ
Ｏ₂粒子１の含有率；３０質量％であった。

【０１０７】（実施例４）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト６を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと
以外は、実施例１と同様の手順により図５に示した光電
極１０及び図３に示した色素増感型太陽電池２０と同様
の構成を有する光電極及び色素増感型太陽電池を作製し
た。なお、半導体電極は、受光面の面積；１０ｍｍ×１
０ｍｍ、層厚；１０μｍ、半導体層の層厚；６．５μ
ｍ、光散乱層の層厚；３．５μｍ、光散乱層に含有され
る板状マイカ粒子１の含有率；２０質量％であった。

【０１０８】（実施例５）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト８を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと
以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素増
感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱層
に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子３の含有率；３０質量％
であった。

【０１０９】（実施例６）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト９を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと
以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素増
感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱層
に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子４の含有率；３０質量％
であった。

【０１１０】（実施例７）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１０を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子５の含有率；３０質量
％であった。

【０１１１】（実施例８）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１１を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子６の含有率；３０質量
％であった。

【０１１２】（実施例９）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１３を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子８の含有率；３０質量
％であった。

【０１１３】（実施例１０）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト１４を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子９の含有率；３
０質量％であった。

【０１１４】（実施例１１）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト１５を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子１０の含有率；
３０質量％であった。

【０１１５】（実施例１２）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト１８を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子３の含有率；２０
質量％であった。

【０１１６】（実施例１３）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト１９を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子４の含有率；２０
質量％であった。

【０１１７】（実施例１４）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２０を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子５の含有率；２０
質量％であった。

【０１１８】（実施例１５）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２１を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子６の含有率；２０
質量％であった。

【０１１９】（実施例１６）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２２を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子７の含有率；２０
質量％であった。

【０１２０】（実施例１７）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２４を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子９の含有率；２０
質量％であった。

【０１２１】（実施例１８）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２５を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子１０の含有率；２
０質量％であった。

【０１２２】（実施例１９）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２６を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子１１の含有率；２
０質量％であった。

【０１２３】（実施例２０）半導体電極の製造に際し
て、ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用
し、ペースト２７を光散乱層形成用ペーストとして使用
したこと以外は、実施例１と同様の手順により光電極及
び色素増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の
光散乱層に含有される板状マイカ粒子１２の含有率；２
０質量％であった。

【０１２４】（比較例１）半導体電極の製造に際して、
ペースト２のみを用いて半導体層のみからなる半導体電
極（受光面の面積；１０ｍｍ×１０ｍｍ、層厚；１０μ
ｍ、）を作製したこと以外は、実施例１と同様の手順に
より光電極及び色素増感型太陽電池を作製した。

【０１２５】（比較例２）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト７を光散乱層形成用ペーストとして使用したこと
以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素増
感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱層
に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子２の含有率；３０質量％
であった。

【０１２６】（比較例３）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１２を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子７の含有率；３０質量
％であった。

【０１２７】（比較例４）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１６を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される棒状ＴｉＯ₂粒子１１の含有率；３０質
量％であった。

【０１２８】（比較例５）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト１７を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される板状マイカ粒子２の含有率；２０質量％
であった。

【０１２９】（比較例６）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト２３を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される板状マイカ粒子８の含有率；２０質量％
であった。

【０１３０】（比較例７）半導体電極の製造に際して、
ペースト２を半導体層形成用ペーストとして使用し、ペ
ースト２８を光散乱層形成用ペーストとして使用したこ
と以外は、実施例１と同様の手順により光電極及び色素
増感型太陽電池を作製した。なお、半導体電極の光散乱
層に含有される板状マイカ粒子１３の含有率；２０質量
％であった。

【０１３１】［電池特性試験］電池特性試験を行ない、
実施例１〜実施例２０、比較例１〜比較例７の色素増感
型太陽電池なエネルギー変換効率ηを測定した。電池特
性試験は、ソーラーシミュレータ（ＷＡＣＯＭ製、ＷＸ
Ｓ−８５Ｈ）を用い、ＡＭ１．５フィルターを通したキ
セノンランプから１０００Ｗ／ｍ²の疑似太陽光を照射
することにより行った。Ｉ−Ｖテスターを用いて電流−
電圧特性を測定し、開放電圧（Ｖｏｃ／Ｖ）、短絡電流
（Ｉｓｃ／ｍＡ・ｃｍ^-2）、曲線因子（F.F.）及びエネ
ルギー変換効率（η／％）を求めた。その結果を表１に
示す。

【０１３２】

【表１】

【０１３３】表１に示した結果から明らかなように、実
施例１〜実施例２０の色素増感型太陽電池のエネルギー
変換効率ηは、それぞれに対応する比較例１〜比較例７
の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率ηよりも高
い値を示した。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光電極を構成する半導体電極内において高い光閉じ込め
効果を得ることが可能となるので、優れた入射光利用率
を有する光電極を構成することができる。また、この光
電極を用いることにより、優れたエネルギー変換効率を
有する色素増感型太陽電池を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電極の第一実施形態を示す模式断面
図である。

【図２】図１に示した領域１００の部分の模式拡大断面
図である。

【図３】図１に示した光電極を備えた色素増感型太陽電
池を示す模式断面図である。

【図４】本発明の光電極の第ニ実施形態を示す模式断面
図である。

【図５】本発明の光電極の第三実施形態を示す模式断面
図である。

【図６】図１に示した光電極の他の実施形態を示す模式
断面図である。

【図７】図１に示した光電極の更に他の実施形態を示す
模式断面図である。

【符号の説明】

１…透明電極、２…半導体電極、３…透明導電膜、４…
基板、５…半導体層、６…光散乱層、１０，１１，１
２，1３，１４…光電極，２０…色素増感型太陽電池、
６１…光散乱層６を構成する最内部の層、６２…光散乱
層６を構成する最外部の層、６３…光散乱層６を構成す
る層、１００…光電極１０の部分領域、ＣＥ…対極、Ｅ
…電解質、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，…受光面、Ｆ２２…半導
体電極２の裏面、Ｌ１０…入射光、Ｌ１２…散乱光、Ｐ
１…半導体粒子、Ｐ２…増感色素、Ｐ３…棒状又は板状
の金属酸化物粒子、Ｓ…スペーサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口和夫愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者稲葉忠司愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者東博純愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者元廣友美愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者佐野利行愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者中島淳二愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者豊田竜生愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA14 5H032 AA06 AS16 EE02 EE16 HH01 HH04 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光面を有する半導体電極と、当該受光
面上に隣接して配置された透明電極とを有する光電極で
あって、前記半導体電極は、前記受光面から入射する光を散乱さ
せる棒状及び／又は板状の金属酸化物粒子を含む光散乱
層を有しており、前記棒状の金属酸化物粒子は、直径が４０〜２００ｎｍ
であり、アスペクト比が２．５以上であり、前記板状の金属酸化物粒子は、直径が２００〜１０００
ｎｍであり、アスペクト比が２．５以上であること、を
特徴とする光電極。
【請求項２】前記半導体電極は、前記光散乱層と前記
透明電極との間に配置される前記金属酸化物粒子を実質
的に含まない半導体層を更に有していることを特徴とす
る請求項１に記載の光電極。
【請求項３】前記半導体電極の全体の厚みに対する前
記光散乱層の厚みの割合が１０〜５０％であり、前記光散乱層に含有される前記金属酸化物粒子が半導体
粒子であり、前記光散乱層における前記半導体粒子の含有率が５〜５
０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の光電極。
【請求項４】前記半導体電極の全体の厚みに対する前
記光散乱層の厚みの割合が１０〜５０％であり、前記光散乱層に含有される前記金属酸化物粒子が絶縁体
粒子であり、前記光散乱層における前記絶縁体粒子の含有率が５〜２
０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載
の光電極。
【請求項５】前記光散乱層が複数の層から構成されて
おり、前記光散乱層に含有される前記金属酸化物粒子が半導体
粒子であり、前記複数の層の中で、前記透明電極に最も近い位置に配
置される最内部の層における前記半導体粒子の含有率が
１０質量％以下であり、かつ、前記透明電極に最も遠い
位置に配置される最外部の層における前記半導体粒子の
含有率が２０〜６０質量％であることを特徴とする請求
項１又は２に記載の光電極。
【請求項６】前記光散乱層を構成する前記複数の層に
おいて、各々の前記半導体粒子の含有率が前記最内部の
層から前記最外部の層にかけて増加していることを特徴
とする請求項５に記載の光電極。
【請求項７】前記光散乱層が複数の層から構成されて
おり、前記光散乱層に含有される前記金属酸化物粒子が絶縁体
粒子であり、前記複数の層の中で、前記透明電極に最も近い位置に配
置される最内部の層における前記絶縁体粒子の含有率が
１０質量％以下であり、かつ、前記透明電極に最も遠い
位置に配置される最外部の層における前記絶縁体粒子の
含有率が２０〜４０質量％であることを特徴とする請求
項１又は２に記載の光電極。
【請求項８】前記光散乱層を構成する前記複数の層に
おいて、各々の前記絶縁体粒子の含有率が前記最内部の
層から前記最外部の層にかけて増加していることを特徴
とする請求項７に記載の光電極。
【請求項９】受光面を有する半導体電極と当該半導体
電極の前記受光面上に隣接して配置された透明電極とを
有する光電極と、対極とを有しており、前記半導体電極
と前記対極とが電解質を介して対向配置された色素増感
型太陽電池であって、前記光電極が請求項１〜８の何れかに記載の光電極であ
ることを特徴とする色素増感型太陽電池。