JP2003217689A

JP2003217689A - 多孔質半導体層を用いた色素増感型太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2003217689A
Application number: JP2002010166A
Authority: JP
Inventors: Naoki Koide; 直城小出; Takao Chiba; 恭男千葉; Ryosuke Yamanaka; 良亮山中; Toshiko Imai; 寿子今井; Reigen Kan; 礼元韓
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2022-01-18
Also published as: JP4185286B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＦＦを低下させることなくＪｓｃを向上させ
ることで、高効率な色素増感型太陽電池を安定して歩留
まりよく提供することを課題とする。【解決手段】導電性支持体と多孔質半導体層からなる
アノード電極、光増感色素、電荷輸送層および対極側支
持体から構成される色素増感型太陽電池において、アノ
ード電極がカソードルミネッセンス特性を有し、その発
光ピーク波長が可視光領域に存在し、かつアノード電極
の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈが６０％以上で
あることを特徴とする色素増感型太陽電池により、上記
の課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機材料の光電変
換機能を用いた、低コストで製造可能な高効率な色素増
感型太陽電池およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、地球温暖化問題にも係り、化石燃
料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる
太陽電池が注目を集めている。現在、結晶系シリコン基
板および非晶質系薄膜シリコンを用いた太陽電池を中心
に一部で実用化が進んでいる。しかし、前者ではシリコ
ン基板の製造コストが高いこと、後者では多種の半導体
ガスや真空設備を含む複雑な製造装置を必要とすること
から依然として製造コストが高いという課題が存在して
おり、上記問題を解決するには至っていない。

【０００３】このような状況のもと、低コスト化が可能
な新しいタイプの太陽電池として、グレチェルらにより
金属錯体の光誘起電子移動を応用した色素増感型太陽電
池が提案された（例えば、特許第２６６４１９４号公
報、J. Am. Chem. Soc.,115(1993)6382、Nature, 353(1
991)737参照）。この色素増感型太陽電池は、電極が形
成された２枚のガラス基板の電極間に、光電変換材料と
電荷輸送層材料を用いて構成したものである。この光電
変換材料の部分は、光増感色素が吸着された多孔質半導
体層（例えば、ＴｉＯ₂薄膜）であり、可視光領域に吸
収スペクトルを有している。このような色素増感型太陽
電池の光電変換材料の部分に光が照射されると電子が発
生し、電子は外部電気回路を通って対向する電極に移動
する。対向電極に移動した電子は、電荷輸送層のイオン
によって運ばれ光電変換材料部分に戻る。このようにし
て、電気エネルギーが取り出せる。

【０００４】このような動作原理のもと、高効率化に向
けて様々な試みがなされている。一般に、太陽電池の光
電変換効率を向上させるためには、短絡電流密度（Ｊｓ
ｃ）の向上が重要である。光電変換材料部分の多孔質半
導体層としては、主にＴｉＯ ₂、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂など酸
化物半導体が検討され、光触媒作用の高いアナターゼ型
ＴｉＯ₂薄膜を用いた場合に最も高い特性が得られてい
る。このような中で、さらにＪｓｃを向上させるため
に、光吸収量の大きな光増感色素の開発、多孔質半
導体層を形成する半導体粒子の粒径制御、多孔質半導
体層の膜厚の増大などが検討されている。

【０００５】しかしながら、の光増感色素の開発に関
しては、有機色素、金属錯体色素などについて精力的に
調べられているものの、初期に報告されたＲｕ系色素を
上回る光増感色素は未だ発見されていない。

【０００６】また、の多孔質半導体層を形成する半導
体粒子の粒径制御は、多孔質半導体層への光増感色素の
吸着量を増加させて、Ｊｓｃを向上させることを目的と
しており、例えば特開２００１−７６７７２号公報など
にその技術が開示されている。この技術によれば、金属
酸化物からなる平均粒径２００ｎｍ〜１０μｍの中空状
粒子を多孔質酸化物半導体層に含ませることで、光増感
色素および電荷輸送層を十分かつ容易に拡散および吸着
させることが可能な酸化物半導体電極を提供できるとし
ている。しかしながら、このような粒径を有する中空状
粒子を含ませても、半導体層の単位体積あたりの光増感
色素吸着量には限界があり、Ｊｓｃを十分に向上させる
ためには膜厚を増大させる以外に方法がなかった。

【０００７】の多孔質半導体層の膜厚の増大に関して
は、これにより、光増感色素吸着量や光吸収量は増加す
るものの、多孔質半導体層内の電気抵抗、および半導体
電極と光増感色素との界面における接触抵抗成分が増加
してしまうという課題が存在する。そのため、Ｊｓｃの
向上を目的として多孔質半導体層の膜厚を増大させて
も、曲線因子（ＦＦ）が低下してしまうために、光を有
効に電気エネルギーに変換するには限界があり、高い光
電変換効率（Ｅｆｆｉ）を得ることは困難であった。

【０００８】実際、従来技術により多孔質半導体層の膜
厚を変化させた色素増感太陽電池を作製したところ、図
１２に示すように、膜厚の増大とともにＪｓｃは単調に
増加した。しかし、膜厚の増大とともにＦＦが低下して
しまうため、図１３に示すように、膜厚の増大とともに
変換効率はＪｓｃほどは増加しないことがわかった（比
較例１参照）。また、色素増感型太陽電池の実用化を考
えた場合、単に変換効率を向上させるだけではなく、安
定して歩留まりよく製造するために、アノード電極の特
性を評価し、制御する必要がある。しかしながら、簡便
で効果的なアノード電極の評価方法が存在しておらず、
工業化の課題となっていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＦＦを低下
させることなくＪｓｃを向上させることで、高効率な色
素増感型太陽電池を安定して歩留まりよく提供すること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、導電性支持
体と多孔質半導体層からなるアノード電極、光増感色
素、電荷輸送層および対極側支持体から構成される色素
増感型太陽電池に関し、度重なる形成実験を行った結
果、アノード電極のカソードルミネッセンス特性を制御
すること、およびアノード電極のヘイズ率Ｈを適切に制
御することにより、低コストで高効率な色素増感型太陽
電池を形成することができることを見出し、本発明に至
った。

【００１１】ここで、「カソードルミネッセンス特性」
とは、加速した電子線を照射することにより発生する発
光現象のことであり、アノード電極を真空中に設置し、
暗状態で多孔質半導体層の表面に電子線を照射し、発光
スペクトルをフォトディテクターで検知することにより
観測することができる。本発明において、「カソードル
ミネッセンス特性の発光ピーク波長が可視光領域に存在
する」とは、カソードルミネッセンスの発光ピークが可
視光領域（４００〜７００ｎｍ）に存在していることを
意味する。

【００１２】また、「ヘイズ率Ｈ」とは、可視光領域に
スペクトルを有する光線を対象物に入射したときの拡散
透過率を全光線透過率で割った値であり、０〜１の間の
値もしくは０〜１００％の百分率で表示される。

【００１３】かくして、本発明によれば、導電性支持体
と多孔質半導体層からなるアノード電極、光増感色素、
電荷輸送層および対極側支持体から構成される色素増感
型太陽電池において、アノード電極がカソードルミネッ
センス特性を有し、その発光ピーク波長が可視光領域に
存在し、かつアノード電極の可視光領域の波長における
ヘイズ率Ｈが６０％以上であることを特徴とする色素増
感型太陽電池（以下、「第１発明」と称する）が提供さ
れる。

【００１４】また、本発明によれば、アノード電極が、
式：α＝Ｓ×Ｈ×ｃ（式中、Ｈはアノード電極の可視光領域の波長における
ヘイズ率（０．６＜Ｈ＜１）であり、Ｓは多孔質半導体
層の比表面積［ｍ²／ｇ］であり、ｃは多孔質半導体層
の面密度［ｇ／ｍ²］である）で表される無次元量αが
１０００以上である条件を満足する上記の色素増感型太
陽電池（以下、「第２発明」と称する）が提供される。

【００１５】さらに、本発明によれば、（ａ）基板上に
透明電極層を形成して導電性支持体とし、導電性支持体
上に多孔質半導体層を形成してアノード電極を得、その
際、アノード電極がカソードルミネッセンス特性を有
し、その発光ピーク波長が可視光領域に存在し、かつア
ノード電極の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈが６
０％以上になるように、材質および形成条件を選定して
アノード電極を形成し、（ｂ）多孔質半導体層の表面お
よび／または内部に光増感色素を吸着させ、（ｃ）基板
上に対向電極層を形成して対極側支持体とし、導電性支
持体のアノード電極と対極側支持体の対向電極層とを圧
着し、それらの間に電荷輸送層を充填し、（ｄ）任意に
封止材を用いて電荷輸送層を封止して色素増感型太陽電
池を製造することを特徴とする色素増感型太陽電池の製
造方法（以下、「第３発明」と称する）が提供される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態につい
て、図面を用いて以下に説明する。なお、以下の説明は
一例であり、種々の形態での実施が本発明の範囲内で可
能である。

【００１７】（実施形態１）図１０は、本発明の実施形
態１における色素増感型太陽電池の概略断面図である。
この色素増感型太陽電池は、導電性支持体１０上に形成
され、かつ光増感色素が吸着された多孔質半導体層２０
と対極側支持体４０との間に電荷輸送層３０が充填さ
れ、側面が封止材５０で封止された構造である。図中、
ｈνは光を示す。

【００１８】導電性支持体１０は、基板１１と透明電極
層１２から構成される。基板１１に用いられる材料は特
に限定されず、公知の各種透明材料が挙げられ、ガラス
が特に好ましい。

【００１９】また、透明電極層１２に用いられる材料も
特に限定されない。具体的には、フッ素ドープ酸化錫
（ＳｎＯ₂：Ｆ）、アンチモンドープ酸化錫（ＳｎＯ₂：
Ｓｂ）、錫ドープ酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ）、
Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、Ｇａドープ酸化
亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などに代表される透明導電性酸化
物電極材料が好適に用いられる。基板１１上に透明電極
層１２を形成する方法としては、材料となる成分の真空
蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの
気相法、ゾルゲル法によるコーティング法などの公知の
方法が挙げられる。透明導電性酸化物電極材料の材質お
よび気相法の成膜条件を選定して、基板上に表面がフラ
ットな透明電極層を形成することができる。

【００２０】多孔質半導体層２０に用いられる材料はｎ
型半導体であれば特に制限されない。具体的には、Ｔｉ
Ｏ₂、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₆、ＺｒＯ₂、ＣｅＯ₂、
ＷＯ ₃、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＣｕＡｌＯ₂、Ｓ
ｒＣｕ₂Ｏ₂などの酸化物またはこれら複合酸化物が好適
に用いられる。

【００２１】多孔質半導体層２０は次のようにして形成
することができる。まず、材料となる半導体微粒子を用
意し、その半導体微粒子を分散剤、有機溶媒、水などに
加え、分散させて混合溶液を調製し、その混合溶液を導
電性支持体１０上に塗布する。塗布方法としては、ドク
ターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリ
ーン印刷法など公知の方法が挙げられる。その後、塗膜
を４００〜５００℃程度の温度で焼成することにより、
多孔質半導体層が得られる。

【００２２】多孔質半導体層を形成する際に、混合溶液
の組成やその分散時間、塗膜の焼成温度を制御すること
により、アノード電極がカソードルミネッセンス特性を
有し、その発光ピーク波長が可視光領域に存在し、かつ
アノード電極の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈが
６０％以上、好ましくは８０〜９０％となるように制御
することができる。

【００２３】ここで、「ヘイズ率Ｈ」について詳しく説
明する。ヘイズ率Ｈは、可視光領域にスペクトルを有す
る光線を対象物に入射したときの拡散透過率を全光線透
過率で割った値であり、０〜１の間の値もしくは０〜１
００％の百分率で表示される。具体的には、アノード電
極を構成する多孔質半導体層側から前記光線を照射し、
全光線透過率および拡散透過率を測定することにより得
られる。この測定は、光源と光量測定部を有する装置が
あれば簡単に測定することが可能な、簡便な評価方法で
ある。

【００２４】可視光領域にスペクトルを有する光線とし
ては、少なくとも可視光領域（４００〜７００ｎｍ）に
強度を有する光線であれば、特に限定されない。例え
ば、昼光の代表的な光で、ＩＳＯ、ＣＩＥの基準光であ
る標準光源Ｄ６５（色温度６５０４Ｋ）および北窓光線
として代用される標準光源Ｃ（色温度６７７４Ｋ）が好
適に用いられる。実際には、測定試料に密着した積分球
と、積分球の測定試料と反対側にライトトラップ（暗
箱）または標準板を備えた装置を用いて測定することが
できる。すなわち、標準板をセットした状態において、
試料がない場合の入射光線の光量Ｔ１、試料が有る場合
の全光線透過光の光量Ｔ２を測定し、ライトトラップを
セットした状態において、試料がない場合の装置からの
拡散光の光量Ｔ３、試料がある場合の拡散透過光の光量
Ｔ４を測定する。得られた値から全光線透過率Ｔｔ＝Ｔ
２／Ｔ１、拡散透過率Ｔｄ＝［Ｔ４−Ｔ３（Ｔ２／Ｔ
１）］／Ｔ１を計算し、ヘイズ率Ｈ＝Ｔｄ／Ｔｔを求め
る。

【００２５】得られた多孔質半導体層２０の表面および
／または内部に光増感色素を吸着させる。光増感色素と
しては、少なくとも太陽光スペクトルの波長領域（２０
０ｎｍ〜１０μｍ）に吸収スペクトルを有し、光励起に
よる電子を多孔質半導体層へ放出するものであれば、特
に限定されない。

【００２６】例えば、シス−ジ（イソチオシアネート）
−Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−
ジカルボキシリックアシッド）ルテニウム（ＩＩ）［ci
s-di(isothiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-
dicarboxylic acid)ruthenium(II)］などのルテニウム
系金属錯体、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン
系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、
シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメ
タン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、
ベリレン系色素、フタロシアニン系色素、クマリン系色
素、インジゴ系色素などの有機系光増感色素が好適に用
いられる。

【００２７】光増感色素の吸着方法としては、例えば、
光増感色素を含有する溶液の中に多孔質半導体層を浸漬
する方法などが挙げられる。光増感色素を含有する溶液
は、光増感色素を適当な溶媒に溶解することにより得ら
れる。溶媒としては、エタノールなどのアルコール類、
アセトンなどのケトン類、ジエチルエーテルなどのエー
テル類、アセトニトリルなどの窒素化合物類などの公知
の溶媒が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混
合して用いることができる。

【００２８】光増感色素溶液の中の光増感色素濃度は、
使用する光増感色素および溶媒の種類により適宜調整す
ることができる。通常、その濃度は約１×１０^-6Ｍ／１
以上、好ましくは５×１０^-6〜１×１０^-2Ｍ／１程度で
ある。光増感色素の吸着は、光増感色素溶液と多孔質半
導体層を同一の密閉容器に入れ、光増感色素溶液を密閉
空間内に循環させて行うのが好ましいが、単に大気圧下
で光増感色素溶液に多孔質半導体層を約５分から１００
時間浸漬させるだけでもよい。

【００２９】対極側支持体４０は、基板４１と対向電極
層４２から構成される。基板４１に用いられる材料は、
基板１１と同様に、特に限定されず、公知の各種透明材
料が挙げられ、ガラスが特に好ましい。

【００３０】また、対向電極層４２に用いられる材料も
特に限定されない。具体的には、白金、炭素、フッ素ド
ープ酸化錫（ＳｎＯ₂：Ｆ）、アンチモンドープ酸化錫
（ＳｎＯ₂：Ｓｂ）、錫ドープ酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ
₃：Ｓｎ）、Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、Ｇ
ａドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などの電極材料およ
びこれらの複合電極材料が好適に用いられる。対向電極
層４２は、前記材料の単層膜、積層膜のいずれであって
もよい。基板４１上に対向電極層４２を形成する方法と
しては、材料となる成分の真空蒸着法、スバッタリング
法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの気相法、ゾルゲル法によ
るコーティング法などの公知の方法が挙げらる。

【００３１】導電性支持体１０上に形成され、かつ光増
感色素が吸着された多孔質半導体層２０と対極側支持体
４０との間に充填される電荷輸送層３０としては、液
状、ゲル状または固体状のイオン導電体、ホール輸送体
および電子輸送体が挙げられる。

【００３２】液状のイオン導電体としては、例えば、ヨ
ウ化テトラプロピルアンモニウムおよびヨウ素をアセト
ニトリルなど溶媒に溶解したヨウ素系イオン導電体や、
ヨウ化リチウム、ヨウ素およびジメチルプロビルイミダ
ゾリウムヨウ素を３−メトキシプロピオニトリルなどの
溶媒に溶解したヨウ素系イオン導電体などが挙げられ
る。

【００３３】封止材５０としては、電荷輸送層３０が漏
れ出さないように色素増感型太陽電池をシールできるも
のであれば、特に制限されない。具体的には、エポキシ
樹脂、シリコーン樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられ
る。また、電荷輸送層３０として固体材料を用い、電荷
輸送層の流出の心配がない場合には、封止材５０は必ず
しも必要ではない。以上の構成により、実施形態１にお
ける色素増感型太陽電池が提供される。

【００３４】（実施形態２）図１１は、本発明の実施形
態２における色素増感型太陽電池の概略断面図である。
実施形態１との違いは、表面がフラットでヘイズ率Ｈが
ほぼゼロである透明電極層１２（例えば、ＳｎＯ₂：Ｆ
薄膜）を用いるのではなく、表面に凹凸が形成された、
１０〜３０％程度のヘイズ率Ｈを有するような透明電極
層１２（例えば、ＳｎＯ₂：Ｆ薄膜）を採用する点であ
る。透明電極層の表面に形成された凹凸は、Ｒｍａｘが
０．１〜１μｍ程度である。実施形態２の色素増感型太
陽電池の構成とそれらの形成方法は、透明電極層１２以
外は実施形態１と同様であり、その詳細な説明を省略す
る。

【００３５】透明電極層１２は、実施形態１に例示の透
明導電性酸化物電極材料を用い、実施形態１に例示の公
知の方法により形成することができる。透明電極層１２
およびその表面の凹凸は、例えば、次のようにして形成
することができる。（１）透明導電性酸化物電極材料の材質および気相法の
成膜条件を選定して、基板１１上に透明導電性酸化物電
極材料をランダムに結晶成長させて、表面に凹凸を有す
る透明電極層を形成する。具体的には、酸素や不活性ガ
スなどの成膜雰囲気、成膜温度などの条件を適宜設定し
て、ヘイズ率Ｈに係る凹凸を調整することができる。（２）実施形態１と同様にして、フラットな透明電極層
１２を形成した後、酢酸、塩酸などの酸性水溶液を用い
たエッチングの処理条件を選定して、表面に凹凸を有す
る透明電極層を形成する。具体的には、処理条件（主に
エッチング時間）を適宜設定して、ヘイズ率Ｈに係る凹
凸を調整することができる。以上の構成により、実施形
態２における色素増感型太陽電池が提供される。

【００３６】本発明の色素増感型太陽電池を製造するに
あたり、ヘイズ率Ｈの測定は、透明電極層１２の形成後
または多孔質半導体層２０の形成後に行うことができ
る。多孔質半導体層２０の形成後、すなわち多孔質半導
体層２０に光増感色素を吸着させる前にヘイズ率Ｈを測
定し、そのヘイズ率Ｈが６０％以上の多孔質半導体層を
選別するのであれば、特性の低い色素増感型太陽電池の
製造を回避でき、高効率な色素増感型太陽電池を安定し
て歩留まりよく（低コストで）製造することができる。

【００３７】本発明の第１発明によれば、以下のような
原理によりＪｓｃの向上と高いＦＦの両立が可能となる
ものと考えられる。光散乱のない構造の導電性支持体を
有する色素増感型太陽電池において、多孔質半導体層の
ヘイズ率Ｈを増大させると、光散乱により光増感色素へ
の光照射回数が増加する。その結果、光増感色素におけ
る光吸収量が増加するために、多孔質半導体層の膜厚が
一定で、かつ光増感色素の吸着量が一定の場合でも、ヘ
イズ率Ｈが高いほど高いＪｓｃを得ることができる。

【００３８】発明者らは、アノード電極のヘイズ率Ｈを
制御した度重なる形成実験の結果、可視光領域の波長に
おけるヘイズ率Ｈが６０％以上の場合に、Ｊｓｃの向上
が顕著であることを見出した。これは、光増感色素への
光照射回数とヘイズ率Ｈの関係が単純な比例関係にある
訳ではなく、ヘイズ率Ｈが増大するにつれて光増感色素
への光照射回数もより増加する関係があるため、ヘイズ
率Ｈが６０％以上においては、光増感色素への光照射回
数が急激に増加していくことに起因している。すなわ
ち、アノード電極のヘイズ率Ｈを６０％以上に制御する
ことにより、高いＪｓｃを得ることができる。

【００３９】一方、多孔質半導体層のヘイズ率Ｈを単に
増大させるだけでは、光散乱によりＪｓｃは向上するも
のの、アノード電極を流れる電荷の移動距離も増大する
ため、多孔質半導体内部の電気抵抗成分が増加してしま
い、ＦＦが低下してしまう可能性がある。そこで本発明
者らは、カソードルミネッセンス特性に注目して検討を
行い、アノード電極がカソードルミネッセンス特性を有
すると、高いＦＦが得られることを見出した。

【００４０】一般に、多孔質半導体層の表面や内部に
は、化学量論組成比からの組成のずれに起因する欠陥準
位や不純物に起因する準位などが禁制帯内部に存在して
いる。多孔質半導体層に加速された電子線を照射した場
合、電子線によって価電子帯から伝導帯に電子が励起さ
れ、禁制帯内部の準位に遷移した後、価電子帯のホール
と再結合を起こす。多孔質半導体層の膜質が悪い場合に
は、発光を伴わずに再結合を起こすが、膜の結晶性など
の品質が高まると真空中かつ暗状態で発光（カソードル
ミネッセンス特性）を伴った再結合を観測することがで
きる。すなわち、カソードルミネッセンス特性を有する
ような多孔質半導体層は結晶性の高い高品質な膜であ
り、多孔質半導体層の膜厚が一定で光増感色素の吸着量
が一定の場合でも、カソードルミネッセンス特性を有す
る膜は、それを有さない膜よりも内部抵抗による損失が
小さく、高いＦＦを得ることができる。

【００４１】本発明の色素増感型太陽電池を実際に動作
させる場合には、カソードルミネッセンス特性の発光ピ
ークが可視光領域（４００〜７００ｎｍ）に存在してい
るので、禁制帯内部の準位は照射される太陽光（可視
光）により価電子帯から励起される電子で占有され、多
孔質半導体層の伝導帯にある電子は禁制体内部の準位へ
遷移することができない。すなわち、上記の再結合過程
は実際の使用状況では生じないため、再結合電流による
Ｊｓｃの低下は生じず、高いＪｓｃを得ることができ
る。

【００４２】また、多孔質半導体層ではなく、導電性支
持体のヘイズ率Ｈを増大させることにより、光増感色素
への光照射回数を増加させることもできる。したがっ
て、導電性支持体のヘイズ率Ｈの制御と多孔質半導体層
のヘイズ率Ｈの制御を併せて行うことにより、更なるＪ
ｓｃの向上、すなわち光電変換効率の向上が期待でき
る。一例として、屈折率２．０程度の酸化物透明導電膜
（例えば、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどに不純物が数％ドープ
されたもの）からなる導電性支持体、屈折率２．５程度
のＴｉＯ₂膜からなる多孔質半導体層との組み合わせか
らなる色素増感型太陽電池は、光学的には前述の作用が
より顕著に表れる。

【００４３】本発明の第２発明によれば、第１発明に加
えて、アノード電極が、式： α＝Ｓ×Ｈ×ｃ（式中、Ｈはアノード電極の可視光領域の波長における
ヘイズ率（０．６＜Ｈ＜１）であり、Ｓは多孔質半導体
層の比表面積［ｍ²／ｇ］であり、ｃは多孔質半導体層
の面密度［ｇ／ｍ²］である）で表される無次元量αが
１０００以上である条件を満足する色素増感型太陽電池
が提供される。αは、膜の実効表面積に関係する物理量
Ｓ×ｃと光増感色素分子への光照射回数に関係する物理
量Ｈとの積であり、αが大きいほど、光増感色素での吸
収が増加し、Ｊｓｃが向上する。発明者らは、αを制御
した度重なる形成実験の結果、αが１０００以上、好ま
しくは１５００の場合に、ＦＦを低下させることなく、
Ｊｓｃの向上が顕著であることを見出した。また、αの
上限は１５０００程度が好ましい。

【００４４】本発明の第３発明によれば、（ａ）基板上
に透明電極層を形成して導電性支持体とし、導電性支持
体上に多孔質半導体層を形成してアノード電極を得、そ
の際、アノード電極がカソードルミネッセンス特性を有
し、その発光ピーク波長が可視光領域に存在し、かつア
ノード電極の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈが６
０％以上になるように、材質および形成条件を選定して
アノード電極を形成し、（ｂ）多孔質半導体層の表面お
よび／または内部に光増感色素を吸着させ、（ｃ）基板
上に対向電極層を形成して対極側支持体とし、導電性支
持体のアノード電極と対極側支持体の対向電極層とを圧
着し、それらの間に電荷輸送層を充填し、（ｄ）任意に
封止材を用いて電荷輸送層を封止して色素増感型太陽電
池を製造するので、高効率な色素増感型太陽電池を安定
して歩留まりよく（低コストで）製造することができ
る。

【００４５】ヘイズ率Ｈの測定は、薄膜中の光路長の目
安を知る手段として、例えば非晶質シリコン系薄膜など
を用いた太陽電池のＴＣＯガラス基板の評価にも用いら
れている。しかし、真空プロセスを必要とする非晶質シ
リコン系太陽電池においては、製造に用いるガラス基板
および非晶質シリコン系薄膜が形成された基板を直接評
価することは簡便ではなく、プロセス上困難であった。
また、非晶質シリコン系太陽電池の吸収係数は約１０⁵
ｃｍ^-1と大きく、ヘイズ率Ｈの制御によるＪｓｃ向上の
効果がそれほど顕著ではなかった。

【００４６】一方、多孔質半導体層をアノード電極に用
いる本発明の色素増感型太陽電池においては、光増感色
素による光吸収係数が比較的小さいために、ヘイズ率Ｈ
の制御によるＪｓｃ向上効果が大きい。また、製造工程
に真空プロセスを必要としないため、簡便にヘイズ率測
定を行うことができる。特に、多孔質ＴｉＯ₂層をアノ
ード電極に用いる場合には、ＴｉＯ₂微粒子の粒径やペ
ーストの混合条件、焼成条件などを揃えても、形成され
る多孔質ＴｉＯ₂層の特性にはバラツキが生じやすかっ
たため、本発明により、安定して歩留まりよく（低コス
トで）優れた色素増感型太陽電池を製造することができ
る。

【００４７】

【実施例】本発明を実施例および比較例によりさらに具
体的に説明するが、以下の説明は一つの例にすぎず、種
々の変更が可能であり、これらの実施例により本発明が
限定されるものではない。

【００４８】（比較例１）従来技術によるＪｓｃ向上の
試みとして、多孔質半導体層の膜厚を変化させた場合の
特性の変化について説明する。基本的に、特開２００１
−７６７７２号公報に記載の方法に従って色素増感型太
陽電池を作製した。その構造は、基本的に、図１０に示
す本発明の実施形態１における色素増感型太陽電池と同
様である。

【００４９】導電性支持体１０としては、ガラス基板１
１上に透明電極層１２としてフッ素ドープ酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂：Ｆ）薄膜をスパッタリング法により形成したもの
を用いた。そのシート抵抗値は１０Ω／□であり、平坦
な表面を有し、ヘイズ率Ｈは１％以下であった。また、
対極側支持体４０にはガラス基板４１上に対向電極層と
してフッ素ドープ酸化錫（ＳｎＯ₂：Ｆ）薄膜および白
金薄膜をスパッタリング法で積層させたものを用いた。
そのシート抵抗値は１０Ω／□であった。

【００５０】多孔質半導体層２０の材料としては、Ｔｉ
Ｏ₂を用いた。具体的には次のようにして多孔質半導体
層２０を形成した。まず、チタンイオンを含む硝酸溶液
（チタンイオン濃度：２．０ｍｏｌ／ｌ）３１５ｍｌ
に、ケロシン１８５ｍｌと少量の分散剤を加え、攪拌す
ることでエマルションを調製し、このエマルションを、
エマルション燃焼装置を用いて７００℃で噴霧燃焼させ
ることによりＴｉＯ₂微粒子を得た。さらに、得られた
ＴｉＯ₂微粒子を大気中４００℃で４時間熱処理した。
このＴｉＯ₂微粒子３．０ｇに、アセチルアセトン０．
１ｍｌ、イオン交換水６．０ｍｌ、界面活性剤（キシダ
化学株式会社製、製品名：Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ）０．０５
ｍｌを加え、混合してＴｉＯ₂懸濁液を得た。そして、
導電性支持体１０上に粘着テープ（厚さ２０〜１２０μ
ｍ）を貼付し、バーコーターを用いて、ＴｉＯ₂懸濁液
を１ｃｍ²の面積に塗布した後、乾燥し、４５０℃で３
０分の熱処理を行った。以上の方法により、導電性支持
体１０上に２〜２５μｍの膜厚を有する多孔質半導体層
２０を形成した。

【００５１】得られた導電性支持体１０上の多孔質半導
体層２０について、真空中、暗状態において、カソード
ルミネッセンス特性の測定を行ったところ、発光は観測
されなかった（図１参照）。また、ヘイズ率Ｈの測定を
行ったところ、その膜厚によらず３０〜５８％のヘイズ
率Ｈを有していた。

【００５２】ヘイズ率Ｈを測定した後、多孔質半導体層
２０に光増感色素を吸着させた。光増感色素には、シス
−ジ（イソチオシアネート）−Ｎ，Ｎ’−ビス（２，
２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボキシリックアシ
ッド）ルテニウム（ＩＩ）［cis-di(isothiocyanato)-
N,N'-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylic acid)rut
henium(II)］を使用した。具体的には、光増感色素のエ
タノール溶液（光増感色素濃度１×１０^-4ｍｏｌ／ｌ）
に、ＴｉＯ₂の多孔質半導体層２０を形成した基板を一
昼夜浸漬することにより、光増感色素の吸着を行った。

【００５３】電荷輸送層３０には、ヨウ化リチウム０．
１Ｍ、ヨウ素０．０５Ｍ、ジメチルプロピルイミダゾリ
ウムヨウ素０．６Ｍ、ｔ−ブチルピリジン０．５Ｍおよ
び溶媒としてのメトキシプロピオニトリルから構成され
る電解液を用いた。

【００５４】封止材５０には、熱接着性の樹脂フィルム
を使用した。導電性支持体１０と対極型支持体４０を熱
圧着させることにより色素増感型太陽電池のセルを構成
し、対向電極側支持体に開けたφ０．５ｍｍの空孔（注
入孔）から電解液を注入した。その後、熱接着性の樹脂
フィルムとプレパラート用のガラス板を用いてその注入
孔を封止した。

【００５５】以上の方法により形成した色素増感型太陽
電池のセルを、ＡＭ１．５の疑似太陽光スペクトルを有
するソーラーシミュレータを用い、その電流−電圧特性
を測定することにより光電変換特性を評価した。図１２
に短絡電流密度Ｊｓｃの膜厚依存性を、図１３に変換効
率Ｅｆｆｉの膜厚依存性をまとめた。但し、Ｊｓｃや変
換効率は、変換効率が最大値をとったときの値で規格化
して表示してある。図１２に示すように、Ｊｓｃは膜厚
の増大とともに単調に増加するものの、ある膜厚以上に
なると膜厚の向上とともにＦＦが低下してしまうため、
膜厚を増大させＪｓｃを向上させても、図１３に示すよ
うに変換効率には限界が存在していることがわかる。

【００５６】（実施例１）この実施例では、実施形態１
に対応して、多孔質半導体層２０のカソードルミネッセ
ンス特性およびヘイズ率Ｈを制御した場合について説明
する。その構造は、図１０に示す。また、多孔質半導体
層の比表面積Ｓとヘイズ率Ｈと面密度ｃの組み合わせを
選択することにより、特性の向上が可能となった実験結
果についても併せて説明する。

【００５７】導電性支持体１０としては、ガラス基板１
１上に透明電極層１２としてフッ素ドープ酸化錫（Ｓｎ
Ｏ₂：Ｆ）薄膜をスパッタリング法により形成したもの
を用いた。そのシート抵抗値は１０Ω／□であり、平坦
な表面を有しており、ヘイズ率Ｈは１％以下であった。
また、対極側支持体４０にはガラス基板４１上に対向電
極層４２としてフッ素ドープ酸化錫（ＳｎＯ₂：Ｆ）薄
膜および白金薄膜をスパッタリング法で積層させたもの
を用いた。そのシート抵抗値は１０Ω／□であった。

【００５８】多孔質半導体層２０の材料としては、Ｔｉ
Ｏ₂を用いた。具体的には次のようにして多孔質半導体
層２０を形成した。まず、ＴｉＯ₂微粒子（テイカ株式
会社製、製品名：ＡＭＴ−６００、粒径約３０ｎｍ）を
用意し、界面活性剤（キシダ化学株式会社製、製品名：
Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ）、ジルコニアビーズ（直径２ｍｍ）
およびジエチレングリコールモノメチルエーテルと混合
させ、ペイントシェーカーにより分散させることでＴｉ
Ｏ₂懸濁液を調製した。重量混合比はＴｉＯ₂濃度１７．
５％、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ濃度１％に調整した。分散条件
は、ジルコニアビーズを溶液４０ｍｌに対して１００ｇ
加えた上で、ペイントシェーカーによる分散時間を３０
分から８時間まで変化させた。そして、ドクターブレー
ド法を用いて、導電性支持体１０の上にＴｉＯ₂懸濁液
を塗布し、疑似大気雰囲気中、５００℃で３０分間焼成
を行い、多孔質半導体層２０を形成した。

【００５９】得られた導電性支持体１０上の多孔質半導
体層２０について、真空中、暗状態において、カソード
ルミネッセンス特性の測定を行った。真空度は１×１０
^-6ｔｏｒｒ、５ｋｅＶの加速電子線を照射させて測定を
行ったところ、４８０ｎｍにピーク波長をもつカソード
ルミネッセンススペクトル（カソードルミネッセンス特
性）が観測された。ＴｉＯ₂懸濁液の分散時間を２時間
とした場合のカソードルミネッセンススペクトルを図１
に示す。

【００６０】得られた導電性支持体１０および多孔質半
導体層２０について、標準光源Ｃ（色温度６７７４Ｋ）
を用いてヘイズ率Ｈの測定を行った。ＴｉＯ₂懸濁液の
分散時間が３０分、２時間および８時間の形成条件の場
合にヘイズ率Ｈは、それぞれ９２％、７０％および１２
％であった。このように分散時間を変化させることによ
り、８〜９２％のヘイズ率Ｈを有する多孔質半導体層を
形成することができた。

【００６１】カソードルミネッセンス特性およびヘイズ
率Ｈを測定した後、多孔質半導体層２０に光増感色素を
吸着させた。光増感色素には、シス−ジ（イソチオシア
ネート）−Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２’−ビピリジル−
４，４’−ジカルボキシリックアシッド）ルテニウム
（ＩＩ）［cis-di(isothiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bip
yridyl-4,4'-dicarboxylic acid)ruthenium(II)］を使
用した。具体的には、光増感色素のエタノール溶液（光
増感色素濃度１×１０^-4ｍｏｌ／ｌ）に、ＴｉＯ₂の多
孔質半導体層２０を形成した基板を一昼夜浸漬すること
により、光増感色素の吸着を行った。

【００６２】電荷輸送層３０には、ヨウ化リチウム０．
１Ｍ、ヨウ素０．０５Ｍ、ジメチルプロピルイミダゾリ
ウムヨウ素０．６Ｍ、ｔ−ブチルピリジン０．５Ｍおよ
び溶媒としてのメトキシプロピオニトリルから構成され
る電解液を用いた。

【００６３】封止材５０には、熱接着性の樹脂フィルム
を使用した。導電性支持体１０と対極型支持体４０を熱
圧着させることにより色素増感型太陽電池のセルを構成
し、対向電極側支持体に開けたφ０．５ｍｍの空孔（注
入孔）から電解液を注入した。その後、熱接着性の樹脂
フィルムとプレパラート用のガラス板を用いてその注入
孔を封止した。

【００６４】以上の方法により形成した色素増感型太陽
電池のセルを、ＡＭ１．５の疑似太陽光スペクトルを有
するソーラーシミュレータを用い、その電流−電圧特性
を測定することにより光電変換特性を評価した。図２に
短絡電流密度Ｊｓｃのヘイズ率依存性を、図３に変換効
率Ｅｆｆｉのヘイズ率依存性をまとめた。但し、Ｊｓｃ
や変換効率は、比較例１で得られた最大値でそれぞれ規
格化して表示してある。これらの結果から、多孔質半導
体層のヘイズ率Ｈを６０％以上に制御することにより、
高いＪｓｃが得られ、またＦＦの低下が起らないため、
色素増感型太陽電池の特性が高まることがわかる。

【００６５】色素増感型太陽電池を作製した後、これを
分解し、導電性支持体１０と光増感色素が吸着された多
孔質半導体層２０の部分のみを取り出し、１×１０^-3ｍ
ｏｌ／ｌのＮａＯＨ水溶液で光増感色素を多孔質半導体
層から脱着させた状態で、多孔質半導体層のカソードル
ミネッセンス特性の測定、および導電性支持体と多孔質
半導体層のヘイズ率Ｈの測定を行ったところ、光増感色
素を吸着させる前と同様に、４８０ｎｍ付近にピークを
持つカソードルミネッセンススペクトル、および測定誤
差の範囲内のヘイズ率Ｈが観測された。

【００６６】また、短絡電流密度Ｊｓｃと、多孔質半導
体層のヘイズ率をＨ（０＜Ｈ＜１）、比表面積をＳ［ｍ
²／ｇ］、面密度をｃ［ｇ／ｍ²］としたとき、α＝ＳＨ
ｃで定義される無次元量αとの関係を図４に、変換効率
Ｅｆｆｉとαとの関係を図５に示す。この図からαが１
０００以上、好ましくは１５００以上においてＪｓｃの
向上が顕著であり、なおかつＦＦを維持しつつ、変換効
率を向上させる効果を有することがわかる。

【００６７】（実施例２）この実施例では、実施形態２
に対応して、透明電極層１２のヘイズ率Ｈを変化させた
場合の特性について説明する。その構造は、図１１に示
す。また、多孔質半導体層の比表面積Ｓとヘイズ率Ｈと
面密度ｃの組み合わせを選択することにより、特性の向
上が可能となった実験結果についても併せて説明する。

【００６８】実施例１では、透明電極層１２として、表
面がフラットでヘイズ率Ｈがほぼゼロのフッ素ドープ酸
化錫（ＳｎＯ₂：Ｆ）薄膜を用いたが、本実施例２で
は、表面に凹凸が形成されヘイズ率Ｈが０〜３０％程度
のヘイズ率Ｈを有するようなＳｎＯ₂：Ｆ薄膜を採用し
た。透明電極層の表面の凹凸は、Ｒｍａｘが１００〜４
００ｎｍ程度であった。透明電極層１２以外は実施例１
と同様の方法で作製したので、詳細な説明を省略する。

【００６９】次のようにして透明電極層１２を形成し
た。まず、実施例１と同様にしてフラットなＳｎＯ₂：
Ｆ層１２を形成した後、５％塩酸水溶液によってその表
面のエッチングを行い、凹凸を形成した。より具体的に
は、エッチング時間を０〜２４０秒まで変化させること
により、０〜３０％のヘイズ率Ｈを有する導電性支持体
１０を形成した。

【００７０】得られた導電性支持体１０の上に、多孔質
半導体層２０を実施例１と同様の方法で形成した。その
後、標準光源Ｃ（色温度６７７４Ｋ）を用いて、導電性
支持体と多孔質半導体層のヘイズ率Ｈを測定した。導電
性支持体１０のヘイズ率Ｈを変化させることにより、１
２〜９５％のヘイズ率Ｈを有する多孔質半導体層を形成
することができた。

【００７１】ヘイズ率Ｈを測定した後、実施例１と同様
にして、多孔質半導体層２０に光増感色素を吸着させ
た。光増感色素には、シス−ジ（イソチオシアネート）
−Ｎ，Ｎ’−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−
ジカルボキシリックアシッド）ルテニウム（ＩＩ）［ci
s-di(isothiocyanato)-N,N'-bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-
dicarboxylic acid)ruthenium(II)］を使用した。

【００７２】ガラス基板４１上に、対向電極層４２とし
て白金／ＩＴＯ薄膜を形成して、対向電極側支持体４０
を得た。得られた対向電極側支持体４０と導電性支持体
１０との間に、電荷輸送層３０としてヨウ化リチウム
０．１Ｍ、ヨウ素０．０５Ｍ、ジメチルプロピルイミダ
ゾリウムヨウ素０．６Ｍ、ｔ−ブチルピリジン０．５Ｍ
および溶媒としてのメトキシプロピオニトリルから構成
される電解液を注入し、封止材５０として熱接着性の樹
脂フィルムを用いて、電荷輸送層３０を封止した。

【００７３】以上の方法により形成した色素増感型太陽
電池のセルを、ＡＭ１．５の疑似太陽光スペクトルを有
するソーラーシミュレータを用い、その電流−電圧特性
を測定することにより光電変換特性を評価した。図６に
短絡電流密度Ｊｓｃのヘイズ率依存性を、図７に変換効
率Ｅｆｆｉのヘイズ率依存性をまとめた。但し、Ｊｓｃ
や変換効率は、比較例１で得られた最大値でそれぞれ規
格化して表示してある。

【００７４】これらの結果から、導電性支持体と多孔質
半導体層のヘイズ率Ｈを６０％以上に制御することによ
り、高いＪｓｃが得られ、またＦＦの低下が起らないた
め、色素増感型太陽電池の特性が高まることがわかる。
また、透明電極層のヘイズ率Ｈの制御は、多孔質半導体
層のヘイズ率Ｈの制御よりも容易に行えるので、この方
法により制御性よく、変換効率の高い色素増感型太陽電
池を提供することができる。

【００７５】また、短絡電流密度Ｊｓｃと、導電性支持
体と多孔質半導体層のヘイズ率をＨ（０．６＜Ｈ＜
１）、多孔質半導体層の比表面積をＳ［ｍ²／ｇ］、面
密度をｃ［ｇ／ｍ²］としたとき、α＝ＳＨｃで定義さ
れる無次元量αとの関係を図８に、変換効率Ｅｆｆｉと
αとの関係を図９に示す。この図からαが１０００以
上、好ましくは１５００以上においてＪｓｃの向上が顕
著であり、なおかつＦＦを維持しつつ、変換効率を向上
させる効果を有することがわかる。

【００７６】色素増感型太陽電池を作製した後、これを
分解し、導電性支持体１０と光増感色素が吸着された多
孔質半導体層２０の部分のみを取り出し、１×１０^-3ｍ
ｏｌ／ｌのＮａＯＨ水溶液で光増感色素を多孔質半導体
層から脱着させた状態で、導電性支持体と多孔質半導体
層のヘイズ率Ｈの測定を行ったところ、光増感色素を吸
着させる前と測定誤差の範囲内のヘイズ率Ｈが観測され
た。

【００７７】

【発明の効果】本発明の色素増感型太陽電池は、可視光
領域の波長におけるヘイズ率Ｈが６０％以上であり、カ
ソードルミネッセンスの発光ピークが可視光領域（４０
０〜７００ｎｍ）に存在する多孔質半導体層から構成さ
れるアノード電極を用いるので、Ｊｓｃの向上と高いＦ
Ｆの両立が可能となる。

【００７８】すなわち、ヘイズ率Ｈを６０％以上に制御
することにより、光増感色素への光照射回数が増加し、
光吸収量が増加し、Ｊｓｃが著しく向上する。また、カ
ソードルミネッセンス特性を有するような多孔質半導体
層は結晶性の高い高品質な膜であり、多孔質半導体層の
膜厚が一定で吸着光増感色素量が一定の場合でも、カソ
ードルミネッセンス特性を有さない膜よりも内部抵抗に
よる損失が小さい。つまり、ＦＦを低下させることなく
Ｊｓｃを向上させることで、高効率な色素増感型太陽電
池を提供することができる。特に、本発明の色素増感型
太陽電池は、カソードルミネッセンスの発光ピークが可
視光領域に存在しているため、再結合過程は実際の使用
状況では生じないため、再結合電流によるＪｓｃの低下
は生じず、高いＪｓｃを得ることができる。

【００７９】また、本発明の色素増感型太陽電池は、ア
ノード電極が、式： α＝Ｓ×Ｈ×ｃ（式中、Ｈはアノード電極の可視光領域の波長における
ヘイズ率（０．６＜Ｈ＜１）であり、Ｓは多孔質半導体
層の比表面積［ｍ²／ｇ］であり、ｃは多孔質半導体層
の面密度［ｇ／ｍ²］である）で表される無次元量αが
１０００以上である条件を満足するように制御する。α
は膜の実効表面積に関係する物理量Ｓｃと光増感色素分
子への光照射回数に関係した物理量であるヘイズ率Ｈと
の積であることから、ＦＦを低下させることなくＪｓｃ
を向上させることで、高効率な色素増感型太陽電池を提
供することができる。

【００８０】さらに、本発明の色素増感型太陽電池の製
造方法は、アノード電極がカソードルミネッセンス特性
を有し、その発光ピーク波長が可視光領域に存在し、か
つアノード電極の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈ
が６０％以上になるように、材質および形成条件を選定
してアノード電極を形成し、また多孔質半導体層を形成
した後に（多孔質半導体層に光増感色素を吸着させる前
に）、多孔質半導体層の可視光領域の波長におけるヘイ
ズ率Ｈを測定し、そのヘイズ率が６０％以上の多孔質半
導体層を選別し、選別した多孔質半導体層を用いて色素
増感型太陽電池を製造するので、高効率な色素増感型太
陽電池を、安定して歩留まりよく提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１（実施形態１）および比較例１（従来
例）における色素増感型太陽電池の多孔質半導体層のカ
ソードルミネッセンススペクトルを示す図である。

【図２】実施例１（実施形態１）における色素増感型太
陽電池の規格化した短絡電流密度Ｊｓｃとヘイズ率Ｈの
関係を示す図である。

【図３】実施例１（実施形態１）における色素増感型太
陽電池の規格化した変換効率Ｅｆｆｉとヘイズ率Ｈの関
係を示した図である。

【図４】実施例１（実施形態１）における色素増感型太
陽電池の規格化した短絡電流密度Ｊｓｃとαの関係を示
す図である。

【図５】実施例１（実施形態１）における色素増感型太
陽電池の規格化した変換効率Ｅｆｆｉとαの関係を示す
図である。

【図６】実施例２（実施形態２）における色素増感型太
陽電池の規格化した短絡電流密度Ｊｓｃとヘイズ率Ｈの
関係を示す図である。

【図７】実施例２（実施形態２）における色素増感型太
陽電池の規格化した変換効率Ｅｆｆｉとヘイズ率Ｈの関
係を示した図である。

【図８】実施例２（実施形態２）における色素増感型太
陽電池の規格化した短絡電流密度Ｊｓｃとαの関係を示
す図である。

【図９】実施例２（実施形態２）における色素増感型太
陽電池の規格化した変換効率Ｅｆｆｉとαの関係を示す
図である。

【図１０】本発明の実施形態１（実施例１）における色
素増感型太陽電池の概略断面図である。

【図１１】本発明の実施形態２（実施例２）における色
素増感型太陽電池の概略断面図である。

【図１２】比較例１（従来例）における色素増感型太陽
電池の規格化したＪｓｃと多孔質半導体層の膜厚の関係
を示す図である。

【図１３】比較例１（従来例）における色素増感型太陽
電池の規格化した変換効率Ｅｆｆｉと多孔質半導体層の
膜厚の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０導電性支持体１１基板１２透明電極層２０多孔質半導体層３０電荷輸送層４０対極側支持体４１基板４２対向電極層５０封止材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山中良亮大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者今井寿子大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者韓礼元大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA14 BA14 CB13 FA03 FA04 FA06 FA18 FA19 GA03 5H032 AA06 AS06 BB04 BB07 CC04 EE07 EE16 HH01 HH04 HH07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性支持体と多孔質半導体層からなる
アノード電極、光増感色素、電荷輸送層および対極側支
持体から構成される色素増感型太陽電池において、アノ
ード電極がカソードルミネッセンス特性を有し、その発
光ピーク波長が可視光領域に存在し、かつアノード電極
の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈが６０％以上で
あることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】ヘイズ率Ｈが、８０〜９０％である請求
項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】アノード電極が、式：α＝Ｓ×Ｈ×ｃ（式中、Ｈはアノード電極の可視光領域の波長における
ヘイズ率（０．６＜Ｈ＜１）であり、Ｓは多孔質半導体
層の比表面積［ｍ²／ｇ］であり、ｃは多孔質半導体層
の面密度［ｇ／ｍ²］である）で表される無次元量αが
１０００以上である条件を満足する請求項１または２に
記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】無次元量αが、１５００以上である請求
項３に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】光増感色素が、多孔質半導体層の表面お
よび／または内部に吸着されている請求項１〜４のいず
れか１つに記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】（ａ）基板上に透明電極層を形成して導
電性支持体とし、導電性支持体上に多孔質半導体層を形
成してアノード電極を得、その際、アノード電極がカソ
ードルミネッセンス特性を有し、その発光ピーク波長が
可視光領域に存在し、かつアノード電極の可視光領域の
波長におけるヘイズ率Ｈが６０％以上になるように、材
質および形成条件を選定してアノード電極を形成し、
（ｂ）多孔質半導体層の表面および／または内部に光増
感色素を吸着させ、（ｃ）基板上に対向電極層を形成し
て対極側支持体とし、導電性支持体のアノード電極と対
極側支持体の対向電極層とを圧着し、それらの間に電荷
輸送層を充填し、（ｄ）任意に封止材を用いて電荷輸送
層を封止して色素増感型太陽電池を製造することを特徴
とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項７】基板上に透明電極層を形成する際に、
（１）透明導電性酸化物電極材料の材質および気相法の
成膜条件を選定して、基板上に表面がフラットな透明電
極層を形成するか、（２）透明導電性酸化物電極材料の
材質および気相法の成膜条件を選定して、基板上に前記
電極材料をランダムに結晶成長させて、表面に凹凸を有
する透明電極層を形成するか、あるいは（３）工程
（１）により透明電極層を形成した後、酸性水溶液を用
いたエッチングの処理条件を選定して、表面に凹凸を有
する透明電極層を形成する請求項６に記載の色素増感型
太陽電池の製造方法。
【請求項８】工程（ａ）または工程（ｂ）の後に、ア
ノード電極の可視光領域の波長におけるヘイズ率Ｈを測
定し、そのヘイズ率Ｈが６０％以上の多孔質半導体層を
選別する請求項６または７に記載の色素増感型太陽電池
の製造方法。