JP2003123858A - 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池 - Google Patents
有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池Info
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- JP2003123858A JP2003123858A JP2001322314A JP2001322314A JP2003123858A JP 2003123858 A JP2003123858 A JP 2003123858A JP 2001322314 A JP2001322314 A JP 2001322314A JP 2001322314 A JP2001322314 A JP 2001322314A JP 2003123858 A JP2003123858 A JP 2003123858A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低抵抗で、且つ低温で簡易に形成することが
できる透明電極を含む有機色素増感型金属酸化物半導体
電極、及びこの半導体電極を有する有機色素増感太陽電
池を提供すること。 【解決手段】 表面に透明電極を有する基板、その透明
電極上に形成された金属酸化物半導体膜、及びその半導
体膜表面に吸着した有機色素を含む有機色素増感型金属
酸化物半導体電極において、前記透明電極が、多数の孔
部を有する金属膜を含むことを特徴とする有機色素増感
型金属酸化物半導体電極；及び太陽電池。
できる透明電極を含む有機色素増感型金属酸化物半導体
電極、及びこの半導体電極を有する有機色素増感太陽電
池を提供すること。 【解決手段】 表面に透明電極を有する基板、その透明
電極上に形成された金属酸化物半導体膜、及びその半導
体膜表面に吸着した有機色素を含む有機色素増感型金属
酸化物半導体電極において、前記透明電極が、多数の孔
部を有する金属膜を含むことを特徴とする有機色素増感
型金属酸化物半導体電極；及び太陽電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機色素増感型太
陽電池及びこの太陽電池に有利に使用することができる
有機色素増感型金属酸化物半導体電極に関する。
陽電池及びこの太陽電池に有利に使用することができる
有機色素増感型金属酸化物半導体電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、省エネルギー、資源の有効利用や
環境汚染の防止等の面から、太陽光を直接電気エネルギ
ーに変換する太陽電池が注目され、開発が進められてい
る。
環境汚染の防止等の面から、太陽光を直接電気エネルギ
ーに変換する太陽電池が注目され、開発が進められてい
る。
【０００３】太陽電池は、光電変換材料として、結晶性
シリコン、アモルファスシリコンを用いたものが主流で
ある。しかしながら、このような結晶性シリコン等を形
成するには多大なエネルギーを要し、従ってシリコンの
利用は、太陽光を利用する省エネルギー電池である太陽
電池の本来の目的とは相反するものとなっている。また
多大なエネルギーを使用する結果として、光電変換材料
としてシリコンを用いる太陽電池は高価なものと成らざ
るを得ない。
シリコン、アモルファスシリコンを用いたものが主流で
ある。しかしながら、このような結晶性シリコン等を形
成するには多大なエネルギーを要し、従ってシリコンの
利用は、太陽光を利用する省エネルギー電池である太陽
電池の本来の目的とは相反するものとなっている。また
多大なエネルギーを使用する結果として、光電変換材料
としてシリコンを用いる太陽電池は高価なものと成らざ
るを得ない。
【０００４】上記光電変換材料は、電極間の電気化学反
応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する
材料である。例えば、光電変換材料に光を照射すると、
一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動する。対電
極に移動した電子は、電解質中をイオンとして移動して
一方の電極にもどる。すなわち、光電変換材料は光エネ
ルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せる材料
であり、このため太陽電池に利用される。
応を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する
材料である。例えば、光電変換材料に光を照射すると、
一方の電極側で電子が発生し、対電極に移動する。対電
極に移動した電子は、電解質中をイオンとして移動して
一方の電極にもどる。すなわち、光電変換材料は光エネ
ルギーを電気エネルギーとして連続して取り出せる材料
であり、このため太陽電池に利用される。
【０００５】光電変換材料として、シリコンを用いず、
有機色素で増感された酸化物半導体を用いた太陽電池が
知られている。Nature, 268 (1976), 402頁に、酸化亜
鉛粉末を圧縮成形し、１３００℃で１時間焼結して形成
した焼結体ディスク表面に有機色素としてローズベンガ
ルを吸着させた金属酸化物半導体電極を用いた太陽電池
が提案されている。この太陽電池の電流／電圧曲線は、
０．２Ｖの起電圧時の電流値は約２５μＡ程度と非常に
低く、その実用化は殆ど不可能と考えられるものであっ
た。しかしながら、前記シリコンを用いる太陽電池とは
異なり、使用される酸化物半導体及び有機色素はいずれ
も大量生産されており、且つ比較的安価なものであるこ
とから、材料の点からみると、この太陽電池は非常に有
利であることは明らかである。
有機色素で増感された酸化物半導体を用いた太陽電池が
知られている。Nature, 268 (1976), 402頁に、酸化亜
鉛粉末を圧縮成形し、１３００℃で１時間焼結して形成
した焼結体ディスク表面に有機色素としてローズベンガ
ルを吸着させた金属酸化物半導体電極を用いた太陽電池
が提案されている。この太陽電池の電流／電圧曲線は、
０．２Ｖの起電圧時の電流値は約２５μＡ程度と非常に
低く、その実用化は殆ど不可能と考えられるものであっ
た。しかしながら、前記シリコンを用いる太陽電池とは
異なり、使用される酸化物半導体及び有機色素はいずれ
も大量生産されており、且つ比較的安価なものであるこ
とから、材料の点からみると、この太陽電池は非常に有
利であることは明らかである。
【０００６】光電変換材料として、前記のように有機色
素で増感された酸化物半導体を用いた太陽電池として
は、前記のもの以外に、たとえば、特開平１−２２０３
８０号公報に記載の金属酸化物半導体の表面に、遷移金
属錯体などの分光増感色素層を有するもの、また、特表
平５−５０４０２３号に記載の、金属イオンでドープし
た酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分
光増感色素層を有するものが知られている。
素で増感された酸化物半導体を用いた太陽電池として
は、前記のもの以外に、たとえば、特開平１−２２０３
８０号公報に記載の金属酸化物半導体の表面に、遷移金
属錯体などの分光増感色素層を有するもの、また、特表
平５−５０４０２３号に記載の、金属イオンでドープし
た酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分
光増感色素層を有するものが知られている。
【０００７】上記太陽電池は実用性のある電流／電圧曲
線が得られない。電流／電圧曲線が実用性レベルに達し
た分光増感色素層を有する太陽電池として、特開平１０
−９２４７７号公報に、酸化物半導体微粒子集合体の焼
成物からなる酸化物半導体膜を用いた太陽電池が開示さ
れている。このような半導体膜は、酸化物半導体微粉末
のスラリーを透明電極上に塗布し、乾燥させ、その後５
００℃、１時間程度で焼成させることにより形成してい
る。
線が得られない。電流／電圧曲線が実用性レベルに達し
た分光増感色素層を有する太陽電池として、特開平１０
−９２４７７号公報に、酸化物半導体微粒子集合体の焼
成物からなる酸化物半導体膜を用いた太陽電池が開示さ
れている。このような半導体膜は、酸化物半導体微粉末
のスラリーを透明電極上に塗布し、乾燥させ、その後５
００℃、１時間程度で焼成させることにより形成してい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平１０−９２
４７７号公報の太陽電池は、いわゆるゾルゲル法により
形成された酸化物半導体微粒子集合体の焼成物の酸化物
半導体膜を有し、この酸化物半導体膜は透明電極上に設
けられている。そして、この透明電極も太陽電池の実用
性に大きく影響を与えるため、通常、透明電極は低抵抗
のＩＴＯ等が使用されている。
４７７号公報の太陽電池は、いわゆるゾルゲル法により
形成された酸化物半導体微粒子集合体の焼成物の酸化物
半導体膜を有し、この酸化物半導体膜は透明電極上に設
けられている。そして、この透明電極も太陽電池の実用
性に大きく影響を与えるため、通常、透明電極は低抵抗
のＩＴＯ等が使用されている。
【０００９】しかしながら、このようなＩＴＯの透明電
極であっても、太陽電池のような大面積を必要とする用
途には、まだ十分に低抵抗とは言えず、満足するもので
はない。従って、このような透明電極としては、さらな
る低抵抗化（望ましくは１０Ω／□程度以下）が望まれ
ている。
極であっても、太陽電池のような大面積を必要とする用
途には、まだ十分に低抵抗とは言えず、満足するもので
はない。従って、このような透明電極としては、さらな
る低抵抗化（望ましくは１０Ω／□程度以下）が望まれ
ている。
【００１０】従って、かかる点に鑑みなされた本発明の
目的は、低抵抗で、且つ簡易に形成することができる透
明電極を含む有機色素増感型金属酸化物半導体電極、及
びこの半導体電極を有する有機色素増感太陽電池を提供
することにある。
目的は、低抵抗で、且つ簡易に形成することができる透
明電極を含む有機色素増感型金属酸化物半導体電極、及
びこの半導体電極を有する有機色素増感太陽電池を提供
することにある。
【００１１】また本発明の目的は、大面積の有機色素増
感太陽電池を提供することにある。
感太陽電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面に透明電
極を有する基板、その透明電極上に形成された金属酸化
物半導体膜、及びその半導体膜表面に吸着した有機色素
を含む有機色素増感型金属酸化物半導体電極において、
前記透明電極が、多数の孔部を有する金属膜を含むこと
を特徴とする有機色素増感型金属酸化物半導体電極；及
び上記の有機色素増感型金属酸化物半導体電極と、この
電極に対向して設けられた対電極とからなり、さらに両
電極間にレッドクス電解質が注入されてなる有機色素増
感型太陽電池にある。
極を有する基板、その透明電極上に形成された金属酸化
物半導体膜、及びその半導体膜表面に吸着した有機色素
を含む有機色素増感型金属酸化物半導体電極において、
前記透明電極が、多数の孔部を有する金属膜を含むこと
を特徴とする有機色素増感型金属酸化物半導体電極；及
び上記の有機色素増感型金属酸化物半導体電極と、この
電極に対向して設けられた対電極とからなり、さらに両
電極間にレッドクス電解質が注入されてなる有機色素増
感型太陽電池にある。
【００１３】上記有機色素増感型金属酸化物半導体電極
及び太陽電池において、金属膜が、網状または格子状で
あることが好ましい。金属膜の開口率が、一般に５０％
以上、さらに７０％以上、特に８５％以上であることが
好ましい。金属膜の孔部の寸法が、最大直径又は最大対
角線長さで２．００ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下、或
いは１０メッシュ以下、５０メッシュ以下が好ましい。
特に１μｍ〜２．００ｍｍ、さらに１μｍ〜０．３ｍ
ｍ、とりわけ１０μｍ〜０．３ｍｍが好ましい。金属膜
の膜厚が、５ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。
及び太陽電池において、金属膜が、網状または格子状で
あることが好ましい。金属膜の開口率が、一般に５０％
以上、さらに７０％以上、特に８５％以上であることが
好ましい。金属膜の孔部の寸法が、最大直径又は最大対
角線長さで２．００ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下、或
いは１０メッシュ以下、５０メッシュ以下が好ましい。
特に１μｍ〜２．００ｍｍ、さらに１μｍ〜０．３ｍ
ｍ、とりわけ１０μｍ〜０．３ｍｍが好ましい。金属膜
の膜厚が、５ｎｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００１４】また金属膜の孔部が、エッチングにより形
成されていることが好ましい。また孔部を有する金属膜
は気相成膜法により形成されていることも好ましい。
成されていることが好ましい。また孔部を有する金属膜
は気相成膜法により形成されていることも好ましい。
【００１５】特にエッチングで孔部を形成する場合、基
板と金属膜（一般に金属箔が使用される）との間に、接
着層が形成されていることが好ましい。
板と金属膜（一般に金属箔が使用される）との間に、接
着層が形成されていることが好ましい。
【００１６】透明電極の表面抵抗が、１０Ω／□以下、
さらに３Ω／□以下、特に２Ω／□以下であることが好
ましい。
さらに３Ω／□以下、特に２Ω／□以下であることが好
ましい。
【００１７】金属膜が、鉄、銅、ニッケル、チタン、ア
ルミ、ステンレス又はブラスの膜であることが好まし
い。
ルミ、ステンレス又はブラスの膜であることが好まし
い。
【００１８】前記透明電極は、一般に、金属膜とその上
に形成された透明導電層からなり、該透明導電層が、気
相成膜により形成されている。この透明導電層が、酸化
インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化イン
ジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴ
Ｏ）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺＡＯ）から選
択される少なくとも１種からなるものであることが好ま
しい。上記気相成膜法が、真空蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法またはプラズマ
ＣＶＤ法であることが好ましい。
に形成された透明導電層からなり、該透明導電層が、気
相成膜により形成されている。この透明導電層が、酸化
インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化イン
ジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴ
Ｏ）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺＡＯ）から選
択される少なくとも１種からなるものであることが好ま
しい。上記気相成膜法が、真空蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法またはプラズマ
ＣＶＤ法であることが好ましい。
【００１９】金属酸化物半導体膜が、気相成膜法又はゾ
ルゲル法で形成されており、また酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化スズ又は酸化アンチモン、或いはこれらの金属
酸化物に他の金属若しくは他の金属酸化物をドーピング
したものからなることが好ましい。特に、酸化チタン、
とりわけアナタース型酸化チタンであることが好まし
い。金属酸化物半導体の膜厚が、１０ｎｍ以上であるこ
とが好ましい。
ルゲル法で形成されており、また酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化スズ又は酸化アンチモン、或いはこれらの金属
酸化物に他の金属若しくは他の金属酸化物をドーピング
したものからなることが好ましい。特に、酸化チタン、
とりわけアナタース型酸化チタンであることが好まし
い。金属酸化物半導体の膜厚が、１０ｎｍ以上であるこ
とが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明の
有機色素増感型金属酸化物半導体電極及び太陽電池の実
施の形態を詳細に説明する。
有機色素増感型金属酸化物半導体電極及び太陽電池の実
施の形態を詳細に説明する。
【００２１】図１は本発明の有機色素増感太陽電池の実
施形態の一例を示す断面図である。
施形態の一例を示す断面図である。
【００２２】図１において、基板１、その上に透明電極
２が設けられ、透明電極上に分光増感色素を吸着させた
金属酸化物半導体膜３が形成され、その上方に透明電極
と対向して対電極４が設置されており、側部が封止剤５
により封止され、さらに金属酸化物半導体膜３と対電極
４との間に電解質（溶液）６が封入されている。なお、
本発明の金属酸化物半導体電極は、上記基板１、その上
に透明電極２及び、透明電極上に分光増感色素を吸着さ
せた金属酸化物半導体膜３から基本的に構成される。
２が設けられ、透明電極上に分光増感色素を吸着させた
金属酸化物半導体膜３が形成され、その上方に透明電極
と対向して対電極４が設置されており、側部が封止剤５
により封止され、さらに金属酸化物半導体膜３と対電極
４との間に電解質（溶液）６が封入されている。なお、
本発明の金属酸化物半導体電極は、上記基板１、その上
に透明電極２及び、透明電極上に分光増感色素を吸着さ
せた金属酸化物半導体膜３から基本的に構成される。
【００２３】本発明の透明電極は、前記のように、多数
の孔部（通常貫通孔）を有する金属膜を含む層であり、
一般にこの上に透明導電層（通常の透明電極の材料）が
設けられている。この金属膜は、多数の孔部を有する金
属の薄層膜であり、例えば薄い網状或いは格子状の金属
膜であるため、透過性は保持されており、金属であるこ
とから極めて低い抵抗を有するものである。
の孔部（通常貫通孔）を有する金属膜を含む層であり、
一般にこの上に透明導電層（通常の透明電極の材料）が
設けられている。この金属膜は、多数の孔部を有する金
属の薄層膜であり、例えば薄い網状或いは格子状の金属
膜であるため、透過性は保持されており、金属であるこ
とから極めて低い抵抗を有するものである。
【００２４】上記孔部を有する金属膜は、例えば図２に
示すような形状を有する。図２は金属膜を上から見た平
面図であり、金属２Ｍに無数の孔部２Ｈが形成されてい
る。孔部は、４角形等の多角形、円、楕円等の円状の
形、菱形、並行四辺形等、どのような形でも良い。図２
には、その代表例が示されている。また孔部は同じ形が
形成されていることが一般的であるが、形が相互に異な
ったり、面積が異なっていても良い。さらに、孔部がス
リット状であっても良い。また側端は図のように、網状
に連続していても、不連続であっても良い。
示すような形状を有する。図２は金属膜を上から見た平
面図であり、金属２Ｍに無数の孔部２Ｈが形成されてい
る。孔部は、４角形等の多角形、円、楕円等の円状の
形、菱形、並行四辺形等、どのような形でも良い。図２
には、その代表例が示されている。また孔部は同じ形が
形成されていることが一般的であるが、形が相互に異な
ったり、面積が異なっていても良い。さらに、孔部がス
リット状であっても良い。また側端は図のように、網状
に連続していても、不連続であっても良い。
【００２５】本発明の透明電極は、例えば基板上に、接
着剤を介して銅箔等の薄い金属箔を貼付し、孔部をエッ
チングして本発明の金属膜を形成し、次いでその上の透
明導電層を形成して得ることができる。エッチングは金
属箔上に感光性レジストを設け、孔部パターン様に露
光、現像し、露出した金属部分をエッチングすることに
より、一般に行われる。
着剤を介して銅箔等の薄い金属箔を貼付し、孔部をエッ
チングして本発明の金属膜を形成し、次いでその上の透
明導電層を形成して得ることができる。エッチングは金
属箔上に感光性レジストを設け、孔部パターン様に露
光、現像し、露出した金属部分をエッチングすることに
より、一般に行われる。
【００２６】図３に、本発明の透明電極の形成方法の一
例を説明するための工程図を示す。基板３１上に接着剤
層３７を介して薄い金属箔（膜）３２Ｍが設けられてお
り、次いで孔部パターン様に酸、アルカリ等を用いてエ
ッチングする。これにより、これらの層に孔部３２Ｐが
設けられ、格子状或いは網状の金属箔３２Ｍ及び接着剤
層３７が形成される。この上に透明導電層３２Ｔがスパ
ッタリング等により設けられ、本発明の透明電極が得ら
れる。エッチングのパターンは、前記のような所望の形
状により選択することができる。透明導電層３２Ｔは設
けなくても良いが、低抵抗化のためには有効である。
例を説明するための工程図を示す。基板３１上に接着剤
層３７を介して薄い金属箔（膜）３２Ｍが設けられてお
り、次いで孔部パターン様に酸、アルカリ等を用いてエ
ッチングする。これにより、これらの層に孔部３２Ｐが
設けられ、格子状或いは網状の金属箔３２Ｍ及び接着剤
層３７が形成される。この上に透明導電層３２Ｔがスパ
ッタリング等により設けられ、本発明の透明電極が得ら
れる。エッチングのパターンは、前記のような所望の形
状により選択することができる。透明導電層３２Ｔは設
けなくても良いが、低抵抗化のためには有効である。
【００２７】また孔部のパターンは、気相成膜を、基板
付近に網状等のマスクを介して行うことにより得ること
もできる。
付近に網状等のマスクを介して行うことにより得ること
もできる。
【００２８】金属膜の材料は特に限定されないが、金属
膜は、鉄、銅、ニッケル、チタン、アルミ等の金属、ス
テンレス、ブラス等の合金から形成される膜であること
が好ましい。孔部形成前の金属膜は、金属箔のもの、樹
脂フィルム上に金属箔が貼付されたもの、樹脂フィルム
上に気相成膜法により金属薄膜を形成したものを用いる
ことができる。金属膜の厚さは特に限定されないが、取
り扱いの点から、１０μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。
樹脂フィルムに貼付した金属箔から成る金属膜の場合、
金属箔の厚さは０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。
気相成膜法による金属層は、５ｎｍ〜１０μｍの範囲が
好ましい。
膜は、鉄、銅、ニッケル、チタン、アルミ等の金属、ス
テンレス、ブラス等の合金から形成される膜であること
が好ましい。孔部形成前の金属膜は、金属箔のもの、樹
脂フィルム上に金属箔が貼付されたもの、樹脂フィルム
上に気相成膜法により金属薄膜を形成したものを用いる
ことができる。金属膜の厚さは特に限定されないが、取
り扱いの点から、１０μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。
樹脂フィルムに貼付した金属箔から成る金属膜の場合、
金属箔の厚さは０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。
気相成膜法による金属層は、５ｎｍ〜１０μｍの範囲が
好ましい。
【００２９】本発明の孔部を有する金属膜の開口率が、
一般に５０％以上、さらに７０％以上、特に８５％以上
であることが好ましい。太陽エネルギーを効率よく利用
するために、開口率は大きい方がよいが、低抵抗との兼
ね合いから上記範囲が適当である。また一般に金属膜が
厚い場合は、開口率を大きくする必要がある。
一般に５０％以上、さらに７０％以上、特に８５％以上
であることが好ましい。太陽エネルギーを効率よく利用
するために、開口率は大きい方がよいが、低抵抗との兼
ね合いから上記範囲が適当である。また一般に金属膜が
厚い場合は、開口率を大きくする必要がある。
【００３０】金属膜の孔部の寸法は、最大直径又は最大
対角線長さで２．００ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下、
或いは１０メッシュ以下、５０メッシュ以下が好まし
い。特に１μｍ〜２．００ｍｍ、さらに１μｍ〜０．３
ｍｍ、とりわけ１０μｍ〜０．３ｍｍが好ましい。金属
膜の膜厚が、特に５ｎｍ〜１０μｍであることが好まし
い。
対角線長さで２．００ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下、
或いは１０メッシュ以下、５０メッシュ以下が好まし
い。特に１μｍ〜２．００ｍｍ、さらに１μｍ〜０．３
ｍｍ、とりわけ１０μｍ〜０．３ｍｍが好ましい。金属
膜の膜厚が、特に５ｎｍ〜１０μｍであることが好まし
い。
【００３１】透明電極の表面抵抗が、１０Ω／□以下、
さらに３Ω／□以下、特に２Ω／□以下であることが好
ましい。
さらに３Ω／□以下、特に２Ω／□以下であることが好
ましい。
【００３２】前記透明電極は、一般に、金属膜とその上
に形成された透明導電層からなり、該透明導電層が、気
相成膜法により形成されている。この透明導電層が、酸
化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化イ
ンジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴ
Ｏ）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺＡＯ）から選
択される少なくとも１種から形成されることが好まし
い。上記気相成膜法が、真空蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法またはプラズマ
ＣＶＤ法であることが好ましい。
に形成された透明導電層からなり、該透明導電層が、気
相成膜法により形成されている。この透明導電層が、酸
化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化イ
ンジウム（ＩＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴ
Ｏ）及びアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＺＡＯ）から選
択される少なくとも１種から形成されることが好まし
い。上記気相成膜法が、真空蒸着法、スパッタリング
法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法またはプラズマ
ＣＶＤ法であることが好ましい。
【００３３】また、酸化物半導体形成時に熱を必要とす
る場合、上記の構造では熱的に不安定となることも考え
られるので、金属化合物膜と金属膜との間に、異なる金
属化合物の層、又は金属層を設けることが好ましい。例
えば、窒化ケイ素、窒化アルミ、ニッケル−クロムメタ
ルの層を挙げることができる。これらは通常１〜２層設
けられる。
る場合、上記の構造では熱的に不安定となることも考え
られるので、金属化合物膜と金属膜との間に、異なる金
属化合物の層、又は金属層を設けることが好ましい。例
えば、窒化ケイ素、窒化アルミ、ニッケル−クロムメタ
ルの層を挙げることができる。これらは通常１〜２層設
けられる。
【００３４】上記基板１としては、通常ガラス板であ
り、通常珪酸塩ガラスである。しかしながら、可視光線
の透過性を確保できる限り、種々のプラスチック基板等
を使用することができる。基板の厚さは、０．１〜１０
ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラ
ス板は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ま
しい。
り、通常珪酸塩ガラスである。しかしながら、可視光線
の透過性を確保できる限り、種々のプラスチック基板等
を使用することができる。基板の厚さは、０．１〜１０
ｍｍが一般的であり、０．３〜５ｍｍが好ましい。ガラ
ス板は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ま
しい。
【００３５】上記透明電極２は前述の本発明のものが使
用される。
用される。
【００３６】上記透明電極上には、光電変換材料用半導
体である、分光増感色素を吸着させた金属酸化物半導体
膜が形成される。本発明の金属酸化物半導体としては、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バ
リウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウムなど
の公知の半導体の一種または二種以上を用いることがで
きる。特に、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ま
しい。酸化チタンとしてはアナタース型酸化チタン、ル
チル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、
オルソチタン酸などの各種の酸化チタンあるいは水酸化
チタン、含水酸化チタンが含まれる。本発明ではアナタ
ース型酸化チタンが好ましい。また金属酸化物半導体膜
は微細な結晶構造を有することが好ましい。また多孔質
膜であることも好ましい。金属酸化物半導体の膜厚が、
１０ｎｍ以上であることが一般的であり、１００〜１０
００ｎｍ好ましい。
体である、分光増感色素を吸着させた金属酸化物半導体
膜が形成される。本発明の金属酸化物半導体としては、
酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バ
リウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウムなど
の公知の半導体の一種または二種以上を用いることがで
きる。特に、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ま
しい。酸化チタンとしてはアナタース型酸化チタン、ル
チル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、
オルソチタン酸などの各種の酸化チタンあるいは水酸化
チタン、含水酸化チタンが含まれる。本発明ではアナタ
ース型酸化チタンが好ましい。また金属酸化物半導体膜
は微細な結晶構造を有することが好ましい。また多孔質
膜であることも好ましい。金属酸化物半導体の膜厚が、
１０ｎｍ以上であることが一般的であり、１００〜１０
００ｎｍ好ましい。
【００３７】本発明では、金属酸化物半導体膜は、気相
成膜法（真空成膜法）、例えば物理蒸着法、真空蒸着
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、マグ
ネトロンスパッタリング法、ＣＶＤ法またはプラズマＣ
ＶＤ法、或いは２極スパッタリング、プラズマ重合法、
プラズマＣＶＤ、高周波スパッタリングにより形成され
ている。特に、スパッタリング法、マグネトロンスパッ
タリング法、対向ターゲット方式スパッタリング、電子
ビーム加熱型真空蒸着が好適である。気相成膜の際、タ
ーゲットに金属、金属酸化物が使用されるが、高純度の
金属酸化物の使用が好ましい。
成膜法（真空成膜法）、例えば物理蒸着法、真空蒸着
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、マグ
ネトロンスパッタリング法、ＣＶＤ法またはプラズマＣ
ＶＤ法、或いは２極スパッタリング、プラズマ重合法、
プラズマＣＶＤ、高周波スパッタリングにより形成され
ている。特に、スパッタリング法、マグネトロンスパッ
タリング法、対向ターゲット方式スパッタリング、電子
ビーム加熱型真空蒸着が好適である。気相成膜の際、タ
ーゲットに金属、金属酸化物が使用されるが、高純度の
金属酸化物の使用が好ましい。
【００３８】前記のようにして得られた基板上の酸化物
半導体膜表面に、有機色素（分光増感色素）を単分子膜
として吸着させる。
半導体膜表面に、有機色素（分光増感色素）を単分子膜
として吸着させる。
【００３９】分光増感色素は、可視光領域および／また
は赤外光領域に吸収を持つものであり、本発明では、種
々の金属錯体や有機色素の一種または二種以上を用いる
ことができる。分光増感色素の分子中にカルボキシル
基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン
基、カルボキシアルキル基の官能基を有するものが半導
体への吸着が早いため、本発明では好ましい。また、分
光増感の効果や耐久性に優れているため、金属錯体が好
ましい。金属錯体としては、銅フタロシアニン、チタニ
ルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフ
ィル、ヘミン、特開平１−２２０３８０号公報、特許出
願公表平５−５０４０２３号公報に記載のルテニウム、
オスミウム、鉄、亜鉛の錯体を用いることができる。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
リフェニルメタン色素を用いることができる。シアニン
系色素としては、具体的には、ＮＫ１１９４、ＮＫ３４
２２（いずれも日本感光色素研究所（株）製）が挙げら
れる。メロシアニン系色素としては、具体的には、ＮＫ
２４２６、ＮＫ２５０１（いずれも日本感光色素研究所
（株）製）が挙げられる。キサンテン系色素としては、
具体的には、ウラニン、エオシン、ローズベンガル、ロ
ーダミンＢ、ジブロムフルオレセインが挙げられる。ト
リフェニルメタン色素としては、具体的には、マラカイ
トグリーン、クリスタルバイオレットが挙げられる。
は赤外光領域に吸収を持つものであり、本発明では、種
々の金属錯体や有機色素の一種または二種以上を用いる
ことができる。分光増感色素の分子中にカルボキシル
基、ヒドロキシアルキル基、ヒドロキシル基、スルホン
基、カルボキシアルキル基の官能基を有するものが半導
体への吸着が早いため、本発明では好ましい。また、分
光増感の効果や耐久性に優れているため、金属錯体が好
ましい。金属錯体としては、銅フタロシアニン、チタニ
ルフタロシアニンなどの金属フタロシアニン、クロロフ
ィル、ヘミン、特開平１−２２０３８０号公報、特許出
願公表平５−５０４０２３号公報に記載のルテニウム、
オスミウム、鉄、亜鉛の錯体を用いることができる。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
リフェニルメタン色素を用いることができる。シアニン
系色素としては、具体的には、ＮＫ１１９４、ＮＫ３４
２２（いずれも日本感光色素研究所（株）製）が挙げら
れる。メロシアニン系色素としては、具体的には、ＮＫ
２４２６、ＮＫ２５０１（いずれも日本感光色素研究所
（株）製）が挙げられる。キサンテン系色素としては、
具体的には、ウラニン、エオシン、ローズベンガル、ロ
ーダミンＢ、ジブロムフルオレセインが挙げられる。ト
リフェニルメタン色素としては、具体的には、マラカイ
トグリーン、クリスタルバイオレットが挙げられる。
【００４０】有機色素（分光増感色素）を導電体膜に吸
着させるこのためには、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、常温又は加熱下に酸化物
半導体膜を基板ととも浸漬すればよい。前記の溶液の溶
媒としては、使用する分光増感色素を溶解するものであ
ればよく、具体的には、水、アルコール、トルエン、ジ
メチルホルムアミドを用いることができる。
着させるこのためには、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、常温又は加熱下に酸化物
半導体膜を基板ととも浸漬すればよい。前記の溶液の溶
媒としては、使用する分光増感色素を溶解するものであ
ればよく、具体的には、水、アルコール、トルエン、ジ
メチルホルムアミドを用いることができる。
【００４１】このようにして、本発明の有機色素増感型
金属酸化物半導体電極（光電変換材料用半導体）を得
る。
金属酸化物半導体電極（光電変換材料用半導体）を得
る。
【００４２】このようにして得られた基板上に、透明電
極及び有機色素吸着金属酸化物半導体が形成された有機
色素増感型金属酸化物半導体電極を用いて、太陽電池を
作製する。すなわち、透明電極（透明性導電膜）をコー
トしたガラス板などの基板上に光電変換材料用半導体膜
を形成して電極とし、次に、対電極として別の透明性導
電膜をコートしたガラス板などの基板を封止剤により接
合させ、これらの電極間に電解質を封入して太陽電池と
することができる。
極及び有機色素吸着金属酸化物半導体が形成された有機
色素増感型金属酸化物半導体電極を用いて、太陽電池を
作製する。すなわち、透明電極（透明性導電膜）をコー
トしたガラス板などの基板上に光電変換材料用半導体膜
を形成して電極とし、次に、対電極として別の透明性導
電膜をコートしたガラス板などの基板を封止剤により接
合させ、これらの電極間に電解質を封入して太陽電池と
することができる。
【００４３】本発明の半導体膜に吸着した分光増感色素
に太陽光を照射すると、分光増感色素は可視領域の光を
吸収して励起する。この励起によって発生する電子は半
導体に移動し、次いで、透明導電性ガラス電極を通って
対電極に移動する。対電極に移動した電子は、電解質中
の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子を移動さ
せた分光増感色素は、酸化体の状態になっているが、こ
の酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され、元
の状態に戻る。このようにして、電子が流れ、本発明の
光電変換材料用半導体を用いた太陽電池を構成すること
ができる。
に太陽光を照射すると、分光増感色素は可視領域の光を
吸収して励起する。この励起によって発生する電子は半
導体に移動し、次いで、透明導電性ガラス電極を通って
対電極に移動する。対電極に移動した電子は、電解質中
の酸化還元系を還元する。一方、半導体に電子を移動さ
せた分光増感色素は、酸化体の状態になっているが、こ
の酸化体は電解質中の酸化還元系によって還元され、元
の状態に戻る。このようにして、電子が流れ、本発明の
光電変換材料用半導体を用いた太陽電池を構成すること
ができる。
【００４４】上記電解質（レドックス電解質）として
は、Ｉ−／Ｉ３ −系や、Ｂｒ−／Ｂｒ ３ −系、キノン／
ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドック
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。電解質は、液体電解質又はこれを高分子物質中に含
有させた固体高分子電解質であることができる。液体電
解質において、その溶媒としては、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。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 −イオン等の酸化型のレド
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。
は、Ｉ−／Ｉ３ −系や、Ｂｒ−／Ｂｒ ３ −系、キノン／
ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドック
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。電解質は、液体電解質又はこれを高分子物質中に含
有させた固体高分子電解質であることができる。液体電
解質において、その溶媒としては、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。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 −イオン等の酸化型のレド
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。
【００４５】本発明の太陽電池は、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が、
それら全体を樹脂封止しても良い。この場合、その酸化
物半導体電極には光があたる構造とする。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。
極、電解質及び対極をケース内に収納して封止するが、
それら全体を樹脂封止しても良い。この場合、その酸化
物半導体電極には光があたる構造とする。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。
【００４６】
【実施例】以下に実施例を示し、本発明についてさらに
詳述する。
詳述する。
【００４７】［実施例１］
（１）透明電極の作製
ポリエステルフィルム（ＰＥＴ；厚さ１８８μｍ）上
に、銅箔（厚さ１３μｍ）をウレタン系接着剤により貼
り合わせた積層体の上に、エッチングにより、線径１０
ミクロン、メッシュ数１００（メッシュ数／インチ）を
有する格子状の銅箔（金属膜）を形成した。この金属膜
上に、マグネトロンスパッタリング装置内において、１
００ｍｍ×４００ｍｍのＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）セラミックターゲットを用い、アルゴンガスを５０
ｃｃ／分、酸素ガスを３ｃｃ／分で供給した後、装置内
の圧力を５ミリトール(mTorr)に設定し、供給電力２０
００Ｗの条件で、５分間スパッタリングを行い、３００
０Åの膜厚のＩＴＯ膜を形成した。表面抵抗は０．０８
Ω／□であった。
に、銅箔（厚さ１３μｍ）をウレタン系接着剤により貼
り合わせた積層体の上に、エッチングにより、線径１０
ミクロン、メッシュ数１００（メッシュ数／インチ）を
有する格子状の銅箔（金属膜）を形成した。この金属膜
上に、マグネトロンスパッタリング装置内において、１
００ｍｍ×４００ｍｍのＩＴＯ（インジウム−スズ酸化
物）セラミックターゲットを用い、アルゴンガスを５０
ｃｃ／分、酸素ガスを３ｃｃ／分で供給した後、装置内
の圧力を５ミリトール(mTorr)に設定し、供給電力２０
００Ｗの条件で、５分間スパッタリングを行い、３００
０Åの膜厚のＩＴＯ膜を形成した。表面抵抗は０．０８
Ω／□であった。
【００４８】これにより格子状の金属膜（図２、３参
照）を有する透明電極フィルムを得た。
照）を有する透明電極フィルムを得た。
【００４９】得られた透明電極フィルムを、５ｃｍ×５
ｃｍの大きさに裁断した。
ｃｍの大きさに裁断した。
【００５０】（２）金属酸化物半導体膜の作製
対向ターゲット方式真空蒸着装置を用いて、上記の積層
型透明電極ガラス上に、１００ｍｍ×４００ｍｍの金属
チタンターゲットを２枚配置し、酸素ガスを５ｃｃ／
分、アルゴンガスを５ｃｃ／分で供給した後、装置内の
圧力を５ミリトール(mTorr)に設定し、供給電力１０ｋ
Ｗ、６０分間の条件でスパッタリングを行い、厚さ３０
００Åの酸化チタン膜を形成した。
型透明電極ガラス上に、１００ｍｍ×４００ｍｍの金属
チタンターゲットを２枚配置し、酸素ガスを５ｃｃ／
分、アルゴンガスを５ｃｃ／分で供給した後、装置内の
圧力を５ミリトール(mTorr)に設定し、供給電力１０ｋ
Ｗ、６０分間の条件でスパッタリングを行い、厚さ３０
００Åの酸化チタン膜を形成した。
【００５１】（３）分光増感色素の吸着
シス−ジ（チオシアナト）−Ｎ，Ｎ−ビス（２，２’−
ビピリジル−４−カルボキシレート−４’−テトラブチ
ルアンモニウムカルボキシレート）ルテニウム（II）で
表される分光増感色素をエタノールに溶解した。この分
光増感色素の濃度は３×１０−４モル／ｌであった。次
に、このエタノールの液体に、膜状の酸化チタンを形成
した前記の基板を入れ、室温で１８時間浸漬して、本発
明の金属酸化物半導体電極を得た。この試料の分光増感
色素の吸着量は、酸化チタン膜の比表面積１ｃｍ２あた
り１０μｇであった。
ビピリジル−４−カルボキシレート−４’−テトラブチ
ルアンモニウムカルボキシレート）ルテニウム（II）で
表される分光増感色素をエタノールに溶解した。この分
光増感色素の濃度は３×１０−４モル／ｌであった。次
に、このエタノールの液体に、膜状の酸化チタンを形成
した前記の基板を入れ、室温で１８時間浸漬して、本発
明の金属酸化物半導体電極を得た。この試料の分光増感
色素の吸着量は、酸化チタン膜の比表面積１ｃｍ２あた
り１０μｇであった。
【００５２】（４）太陽電池の作製
前記の金属酸化物半導体電極を一方の電極として備え、
対電極として、フッ素をドープした酸化スズをコート
し、さらにその上に白金を担持した透明導電性ガラス板
を用いた。２つの電極の間に電解質を入れ、この側面を
樹脂で封入した後、リード線を取付けて、本発明の太陽
電池を作製した。なお、前記の電解質は、アセトニトリ
ルの溶媒に、ヨウ化リチウム、１，２−ジメチル−３−
プロピルイミダゾリウムアイオダイド、ヨウ素及びｔ−
ブチルピリジンを、それぞれの濃度が０．１モル／ｌ、
０．３モル／ｌ、０．０５モル／ｌ、０．５モル／ｌと
なるように溶解したものを用いた。
対電極として、フッ素をドープした酸化スズをコート
し、さらにその上に白金を担持した透明導電性ガラス板
を用いた。２つの電極の間に電解質を入れ、この側面を
樹脂で封入した後、リード線を取付けて、本発明の太陽
電池を作製した。なお、前記の電解質は、アセトニトリ
ルの溶媒に、ヨウ化リチウム、１，２−ジメチル−３−
プロピルイミダゾリウムアイオダイド、ヨウ素及びｔ−
ブチルピリジンを、それぞれの濃度が０．１モル／ｌ、
０．３モル／ｌ、０．０５モル／ｌ、０．５モル／ｌと
なるように溶解したものを用いた。
【００５３】得られた太陽電池に、ソーラーシュミレー
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．５８Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．４６
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６１で
あり、η（変換効率）は５．２０％であった。これは太
陽電池として有用であることがわかった。
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．５８Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．４６
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６１で
あり、η（変換効率）は５．２０％であった。これは太
陽電池として有用であることがわかった。
【００５４】［実施例２］透明電極フィルムとして、３
０ｃｍ×３０ｃｍの大きさのものを使用した以外、実施
例１と同様にして太陽電池を作製した。
０ｃｍ×３０ｃｍの大きさのものを使用した以外、実施
例１と同様にして太陽電池を作製した。
【００５５】得られた太陽電池に、ソーラーシュミレー
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．５９であり、Ｊｏｃ
（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．５１ｍ
Ａ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．５９であ
り、η（変換効率）は５．２４％であった。これは太陽
電池として有用であることがわかった。
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．５９であり、Ｊｏｃ
（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．５１ｍ
Ａ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．５９であ
り、η（変換効率）は５．２４％であった。これは太陽
電池として有用であることがわかった。
【００５６】［比較例１］透明電極の作製を下記のよう
に行った（金属膜を持たない透明電極を作製）以外、実
施例１と同様にして太陽電池を作製した。
に行った（金属膜を持たない透明電極を作製）以外、実
施例１と同様にして太陽電池を作製した。
【００５７】（２）透明電極の作製
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、透明電極膜
を作製した。
を作製した。
【００５８】ポリエステルフィルム（ＰＥＴ；厚さ１８
８μｍ）の上に、１００ｍｍ×４００ｍｍのＩＴＯ（イ
ンジウム−スズ酸化物）セラミックターゲットを用い、
アルゴンガスを５０ｃｃ／分、酸素ガスを３ｃｃ／分で
供給した後、装置内の圧力を５ミリトール(mTorr)に設
定し、供給電力２０００Ｗの条件で、３０００Åの膜厚
のＩＴＯ膜を形成した。表面抵抗は１０Ω／□であっ
た。得られた透明電極フィルムを、５ｃｍ×５ｃｍの大
きさに裁断した。
８μｍ）の上に、１００ｍｍ×４００ｍｍのＩＴＯ（イ
ンジウム−スズ酸化物）セラミックターゲットを用い、
アルゴンガスを５０ｃｃ／分、酸素ガスを３ｃｃ／分で
供給した後、装置内の圧力を５ミリトール(mTorr)に設
定し、供給電力２０００Ｗの条件で、３０００Åの膜厚
のＩＴＯ膜を形成した。表面抵抗は１０Ω／□であっ
た。得られた透明電極フィルムを、５ｃｍ×５ｃｍの大
きさに裁断した。
【００５９】得られた太陽電池に、ソーラーシュミレー
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．６０Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．２０
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６７で
あり、η（変換効率）は４．８０％であった。これは前
記実施例の太陽電池に比較して、太陽電池として有用で
あるとは言えない。
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．６０Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は１．２０
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６７で
あり、η（変換効率）は４．８０％であった。これは前
記実施例の太陽電池に比較して、太陽電池として有用で
あるとは言えない。
【００６０】［比較例２］透明電極フィルムとして、３
０ｃｍ×３０ｃｍの大きさのものを使用した以外、比較
例１と同様にして太陽電池を作製した。
０ｃｍ×３０ｃｍの大きさのものを使用した以外、比較
例１と同様にして太陽電池を作製した。
【００６１】得られた太陽電池に、ソーラーシュミレー
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．７６Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は０．９５
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６０で
あり、η（変換効率）は４．３０％であった。これは前
記実施例の太陽電池に比較して、太陽電池として有用で
あるとは言えない。
ターで１００Ｗ／ｍ２ の強度の光を照射したところ、
Ｖｏｃ（開回路状態の電圧）は０．７６Ｖであり、Ｊｏ
ｃ（回路を短絡したとき流れる電流の密度）は０．９５
ｍＡ／ｃｍ２ であり、ＦＦ（曲線因子）は０．６０で
あり、η（変換効率）は４．３０％であった。これは前
記実施例の太陽電池に比較して、太陽電池として有用で
あるとは言えない。
【００６２】前記の実施例及び比較例から明らかなよう
に、実施例１では、透明電極が本発明の金座おくと誘電
体との積層膜を使用しているため、抵抗値が低く、実施
例２に示すように面積が大きくなっても光電変換効率が
ほとんど低下しなかった。一方、透明電極としてＩＴＯ
膜を使用した場合、比較例２のように面積を大きくした
場合、極端な光電変換効率の低下が見られた。
に、実施例１では、透明電極が本発明の金座おくと誘電
体との積層膜を使用しているため、抵抗値が低く、実施
例２に示すように面積が大きくなっても光電変換効率が
ほとんど低下しなかった。一方、透明電極としてＩＴＯ
膜を使用した場合、比較例２のように面積を大きくした
場合、極端な光電変換効率の低下が見られた。
【００６３】
【発明の効果】以上から明らかなように、本発明の有機
色素増感型金属酸化物半導体電極型太陽電池は、低温で
簡易に得られる、低抵抗の特定の透明電極を有する有機
色素増感太陽電池であり、大面積用太陽電池としての十
分な性能を備えている。即ち、本発明の太陽電池は、特
に大面積でも光電変換効率に優れた有機色素増感太陽電
池である。
色素増感型金属酸化物半導体電極型太陽電池は、低温で
簡易に得られる、低抵抗の特定の透明電極を有する有機
色素増感太陽電池であり、大面積用太陽電池としての十
分な性能を備えている。即ち、本発明の太陽電池は、特
に大面積でも光電変換効率に優れた有機色素増感太陽電
池である。
【図１】本発明の太陽電池の実施形態の一例を示す断面
図である。
図である。
【図２】本発明の孔部を有する金属膜の構造の例を示す
平面図を示す。
平面図を示す。
【図３】本発明の透明電極の製造工程の一例を示す断面
図である。
図である。
１、３１ 基板
２ 透明電極
３ 分光増感色素を吸着させた金属酸化物半導体膜
４ 対電極
５ 封止剤
６ 電解質
２Ｍ、３２Ｍ 金属膜
２Ｐ、３２Ｐ 孔部
３７ 接着剤層
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F051 AA14
5H032 AA06 BB05 EE07 EE16 EE17
HH04
Claims (21)
- 【請求項１】 表面に透明電極を有する基板、その透明
電極上に形成された金属酸化物半導体膜、及びその半導
体膜表面に吸着した有機色素を含む有機色素増感型金属
酸化物半導体電極において、前記透明電極が、多数の孔
部を有する金属膜を含むことを特徴とする有機色素増感
型金属酸化物半導体電極。 - 【請求項２】 金属膜が、網状である請求項１に記載の
半導体電極。 - 【請求項３】 金属膜が、格子状である請求項１又は２
に記載の半導体電極。 - 【請求項４】 金属膜の開口率が、７０％以上である請
求項１〜３のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項５】 金属膜の開口率が、８５％以上である請
求項１〜４のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項６】 金属膜の孔部の寸法が、１０〜５００メ
ッシュに相当する請求項１〜５のいずれかに記載の半導
体電極。 - 【請求項７】 金属膜の膜厚が、５ｎｍ〜１０μｍであ
る請求項１〜６のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項８】 金属膜の孔部が、エッチングにより形成
されている請求項１〜７のいずれかに記載の半導体電
極。 - 【請求項９】 金属膜が、気相成膜法により形成されて
いる請求項１〜８のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１０】 金属膜が金属箔からなり、且つ基板と
金属膜との間に接着剤層が形成されている請求項１〜９
のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１１】 透明電極の表面抵抗が、３Ω／□以下
である請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１２】 金属膜が、鉄、銅、ニッケル、チタ
ン、アルミ、ステンレス又は真鍮の膜である請求項１〜
１１のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１３】 透明電極が、多数の孔部を有する金属
膜とその上に形成された透明導電層からなり、該透明導
電層が、気相成膜法又はゾルゲル法により形成されてい
る請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１４】 透明導電層が、酸化インジウム、酸化
スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）及びアルミ
ニウムドープ酸化亜鉛（ＺＡＯ）から選択される少なく
とも１種からなるものである請求項１３に記載の半導体
電極。 - 【請求項１５】 気相成膜法が、真空蒸着法、スパッタ
リング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法またはプ
ラズマＣＶＤ法である請求項１３に記載の半導体電極。 - 【請求項１６】 金属酸化物半導体膜が、酸化チタン、
酸化亜鉛、酸化スズ又は酸化アンチモン、或いはこれら
の金属酸化物に他の金属若しくは他の金属酸化物をドー
ピングしたものからなる請求項１〜１５のいずれかに記
載の半導体電極。 - 【請求項１７】 金属酸化物半導体膜、が気相成膜法又
はゾルゲル法により形成されている請求項１〜１６のい
ずれかに記載の半導体電極。 - 【請求項１８】 金属酸化物半導体膜が、酸化チタンで
ある請求項１６に記載の半導体電極。 - 【請求項１９】 金属酸化物半導体膜が、アナタース型
酸化チタンである請求項１８に記載の半導体電極。 - 【請求項２０】 金属酸化物半導体の膜厚が、１０ｎｍ
以上である請求項１〜１８のいずれかに記載の半導体電
極。 - 【請求項２１】 請求項１〜２０に記載の有機色素増感
型金属酸化物半導体電極と、この電極に対向して設けら
れた対電極とからなり、さらに両電極間にレッドクス電
解質が注入されてなる有機色素増感型太陽電池。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001322314A JP2003123858A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池 |
| US10/492,162 US7118936B2 (en) | 2001-10-11 | 2002-10-11 | Organic dye-sensitized metal oxide semiconductor electrode and its manufacturing method, and organic dye-sensitized solar cell |
| PCT/JP2002/010602 WO2003034533A1 (fr) | 2001-10-11 | 2002-10-11 | Electrode semi-conductrice a oxyde metallique sensible a un colorant organique et son procede de fabrication, et photopile sensible a un colorant organique |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001322314A JP2003123858A (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池 |
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|---|---|
| JP2003123858A true JP2003123858A (ja) | 2003-04-25 |
Family
ID=19139383
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001322314A Pending JP2003123858A (ja) | 2001-10-11 | 2001-10-19 | 有機色素増感型金属酸化物半導体電極及びこの半導体電極を有する太陽電池 |
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- 2001-10-19 JP JP2001322314A patent/JP2003123858A/ja active Pending
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