JP2004031050A

JP2004031050A - 色素増感型太陽電池

Info

Publication number: JP2004031050A
Application number: JP2002184040A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Oma; 大麻　正弘
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させることができる色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】カソード電極とアノード電極とを、酸化還元電解質を介して対向させて構成する太陽電池において、カソード電極は、透明基板１と、該透明基板１のアノード電極側の表面に形成された透明導電膜２と、該透明導電膜２の表面に形成された白金または炭素の被膜５とからなり、アノード電極は、透明基板１’と、該透明基板１’のカソード電極側の表面に順次、形成された透明導電膜２’および金属酸化物薄膜３とからなり、該金属酸化物薄膜３は、多孔質表面を有し、該多孔質表面に色素を担持し、該金属酸化物薄膜３のカソード電極側の表面および／または内部に、波長変換微粒子蛍光体８の層を設ける。波長変換微粒子蛍光体８の粒子径が、５００ｎｍ以下であることが望ましい。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色素増感型太陽電池に関し、特に、変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させた色素増感型太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題からクリーンなエネルギーが求められ、太陽電池の利用が高まっている。なかでも色素増感型太陽電池は、安価に製造できることから注目されている。
【０００３】
色素増感型太陽電池の構造および動作について、図４を用いて説明する。
【０００４】
一方のガラス基板１上に形成された透明導電膜２の表面に、白金微粒子または炭素微粒子５を付着してカソード電極を形成する。
【０００５】
他方のガラス基板１’上に形成された透明導電膜２’の表面に、金属酸化物多孔質薄膜３を形成し、光電極を形成する。金属酸化物多孔質薄膜３を構成する金属酸化物微粒子６の表面には、色素７を担持して、アノード電極とする。
【０００６】
このように形成したカソード電極とアノード電極との間に、電解液４を封入して、サンドイッチ構造とする。
【０００７】
金属酸化物微粒子６の一例である酸化チタン等は、短波長の光しか吸収しないので、太陽光を効率よく電気に変えるために、色素７が増感材として用いられる。この色素７が光吸収剤として働き、太陽光を吸収して、電子を金属酸化物微粒子６に注入することにより、発電が行われる。
【０００８】
これに対して、シリコン太陽電池の場合には、シリコンのｐｎ接合によってエネルギーバンドに勾配が形成され、光照射によって生成した電子と正孔とが、内部電界によって分離され、起電力が発生する。このとき、電子と正孔の再結合による損失が生じる。
【０００９】
色素増感型太陽電池では、太陽光で励起された色素７の電子のみが金属酸化物微粒子６に注入されるので、電子と正孔の再結合による損失がほとんどなく、電子注入により酸化された色素７は、電解液４に存在するドナーによって速やかに還元され、初期状態へ戻る。
【００１０】
以上のように、シリコン太陽電池が、光エネルギーの吸収と電子の伝達を、同じシリコン半導体の中で行うのと異なり、色素増感型太陽電池は、光エネルギーの吸収と電子の伝達を、別々の領域で行う。色素増感型太陽電池は、植物がクロロフィルで光エネルギーを吸収し、細胞膜の中のメディエーターで電子を伝達するのと、よく似た構造である。
【００１１】
この型の太陽電池は電解液を用いるため、湿式太陽電池と呼ばれたり、色素を増感剤として用いるため、色素増感型太陽電池と呼ばれる。
【００１２】
従来の色素増感型太陽電池として、グレッツェルらは、ナノスケールの酸化チタン微粒子を焼結した多孔質の酸化チタン膜を用いることにより、表面積を投影面積の約１０００倍とし、酸化チタン膜と相性が良く太陽光を効率よく吸収するルテニウム錯体（ＲｕＬ_２（ＮＣＳ）_２、Ｌ＝４，４’−ジカルボキシ−２，２’ビピリジン）を用いたことで、ＡＭ１．５（エアマス１．５：地球の中経度における太陽スペクトルの太陽光）の太陽光に対して、１０％の変換効率を得た（Ｍ．Ｋ．Ｎａｚｅｅｒｕｄｄｉｎ　ｅｔ　ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９３，１１５，６３８２）。このとき、電解液は、アセトニトリル　（９０ｖｏｌ％）と、３メチル２オキサゾリジノン（１０ｖｏｌ％）との混合溶媒に、ヨウ素とヨウ化リチウムとを加えたもので、Ｉ⁻／Ｉ_３ ⁻酸化還元対として働く。白金微粒子または炭素微粒子は、カソード電極から電解液への電子移動を円滑にするための触媒効果が、微量でもある。さらに、色素に吸収されなかった可視光が透過するため、透明太陽電池としての機能が得られる。
【００１３】
しかし、図５に示すように、色素７にルテニウム錯体を用いた色素増感型太陽電池は、太陽光の可視領域において３００ｎｍ〜７００ｎｍの光を吸収して発電し、７００ｎｍ〜１４００ｎｍの光を透過するため、波長７００ｎｍ以上の太陽光を発電に利用できない。そのため、変換効率の向上には７００ｎｍ〜１４００ｎｍの光を光電変換できる構造が望まれている。
【００１４】
これらの問題を解決するため、受光感度域の異なる色素を混合して多段にする試みがなされている（特開２０００−１９５５６９号公報）。
【００１５】
しかしながら、複数の色素の酸化還元電位の設計は難しく、また、色素が光吸収することで発生した電子が、半導体に電子移動する過程で、他の色素と相互作用し再結合するなど、有効に光電流として取り出すことが難しいという問題を有する。
【００１６】
また、色素増感型太陽電池の入射側に戻り光を全反射する高屈折膜を設けたり、光吸収粒子層の出射側に高屈折材料の光反射粒子層を設けて、変換効率を高めることも行われている（特開平１０−２５５８６３号公報）。
【００１７】
一方、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池またはガリウム砒素太陽電池の表面に蛍光体を塗布して行う入射光の波長変換により、発電に寄与する波長域の光量を増加する試みもなされている（特公平０８−００４１４７号公報）。入射光の波長変換は、電子移動に比べて、エネルギー移動に伴う損失が少ないと考えられる。
【００１８】
しかしながら、蛍光体（波長変換材料）が太陽電池の表面にあるため、入射光の一部が、蛍光体での反射光や、波長変換されない吸収光となり、損失が大きいという問題を有する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させることができる色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の色素増感型太陽電池は、カソード電極とアノード電極とを、酸化還元電解質を介して対向させて構成する太陽電池において、カソード電極は、透明基板と、該透明基板のアノード電極側の表面に形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面に形成された白金または炭素の被膜とからなり、アノード電極は、透明基板と、該透明基板のカソード電極側の表面に順次、形成された透明導電膜および金属酸化物薄膜とからなり、該金属酸化物薄膜は、多孔質表面を有し、該多孔質表面に色素を担持し、該金属酸化物薄膜のカソード電極側の表面および／または内部に、波長変換微粒子蛍光体の層を設ける。前記波長変換微粒子蛍光体の粒子径が、５００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２１】
あるいは、カソード電極とアノード電極とを、酸化還元電解質を介して対向させて構成する太陽電池において、カソード電極は、透明基板と、該透明基板のアノード電極側の表面に形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面に形成された白金または炭素の被膜とからなり、アノード電極は、透明基板と、該透明基板のカソード電極側の表面に順次、形成された透明導電膜および金属酸化物薄膜とからなり、該金属酸化物薄膜は、多孔質表面を有し、該多孔質表面に色素を担持し、かつ、透明基板のカソード電極と反対側の表面に、波長変換微粒子蛍光体の層を設ける。前記波長変換微粒子蛍光体の粒子径が、１００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２２】
前記波長変換微粒子蛍光体が、Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上を、ＹＦ_３、ＮａＹＦ_４、ＢａＹ_２Ｆ_８およびＮａ_３ＹＧｅ_２Ｏ_７から選ばれた１種以上の微粒子に、添加して得られるか、Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上を含む有機蛍光物質であることが望ましい。
【００２３】
前記金属酸化物が、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化錫（ＳｎＯ_２）またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）であることが望ましい。
【００２４】
前記色素が、ルテニウム錯体またはキサンテン系色素であることが望ましい。
【００２５】
前記酸化還元電解質が、ヨウ素、臭素または塩素を含む電解液か、あるいはヨウ素、臭素または塩素を含む固体導電体であることが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
ルテニウム錯体を色素に用いた色素増感型太陽電池の透過率（○）、太陽光スペクトル（△）の波長依存性を、図５に示す。
【００２７】
図示のように、波長７００ｎｍ以下で透過率は低下しており、このことから、太陽光を有効に利用できることがわかるが、波長７００ｎｍ以上の太陽光は、透過光となり発電に利用できていない。
【００２８】
そこで、本発明者は、波長変換材料とその粒子径について注目し、研究を進めた。
【００２９】
波長変換材料としての赤外可視変換材料は、母体材料中に１種あるいは２種以上の希土類元素を添加し、赤外光を吸収し可視光を発光するものである。例えば、Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上の希土類元素を添加したＹＦ_３、ＮａＹＦ_４、ＢａＹ_２Ｆ_８およびＮａ_３ＹＧｅ_２Ｏ_７から選ばれた１種以上の微粒子は、例えば、Ｙｂ^３＋による８００ｎｍ付近の赤外光吸収により、緑色（５５０ｎｍ付近）の発光をすることが知られている。
【００３０】
赤外可視変換材料は、その動作原理により５種類に分類できる（蛍光体ハンドブック、蛍光体同学会編、ｐ３４２）が、ここでは多段励起蛍光体について説明する。
【００３１】
多段励起蛍光体は、赤外光の照射により、第一励起準位に励起された希土類イオンのエネルギーが、エネルギー伝達により第一励起準位あるいは第二励起準位にある他の希土類イオンに伝達され、さらに上位の準位に励起し、その高い準位から基底状態に遷移することにより、入射光よりもエネルギーの高い可視光の発光を生じるものである。
【００３２】
膜中の散乱微粒子の径と、膜の透過率の波長依存性との関係は、（微粒子径）／（波長）の比Ａにより、Ａ＜＜１のときはレイリー散乱、Ａ≦１のときはミー散乱、Ａ≧１のときは回折散乱、Ａ＞＞１のときは幾何光学散乱となる。特に、レイリー散乱領域では、粒子が大きいほど、あるいは波長が長いほど、散乱強度が強くなる。従って、アノード電極の透明基板の面で、カソード電極と反対側の面に波長変換材料として塗布する微粒子は、可視光の散乱を少なくするために、１００ｎｍ以下の粒子径が必要であり、望ましくは、５０ｎｍ以下の粒子径である。
【００３３】
一方、色素を担持した金属酸化物薄膜の多孔質の表面または内部に、散乱を起こす微粒子が存在する場合、入射光の閉じ込め効果が働き、変換効率を向上させる効果がある。入射光の閉じ込め効果として有効な粒子径は、２００ｎｍ〜５００ｎｍと見積もられている。すなわち、色素を担持した金属酸化物薄膜の多孔質の表面または内部では、赤外光の可視光変換とともに、可視光の散乱強度も強い方が望ましく、５００ｎｍ以下の粒子径であれば良い。
【００３４】
本発明者は、これらの事実を得て、本発明を完成するに至った。
【００３５】
本発明に係る色素増感型太陽電池の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る色素増感型太陽電池の一実施例を示す概略断面図である。
【００３６】
カソード電極は、透明導電膜（例えばフッ素ドープ酸化錫）２のついたガラス基板１に、白金微粒子または炭素微粒子５を付着させて得る。アノード電極は、透明導電膜（例えばフッ素ドープ酸化錫）２’のついたガラス基板１’に、金属酸化物多孔質薄膜３、および希土類元素を含む波長変換微粒子蛍光体８による層を、それぞれ形成する。金属酸化物多孔質薄膜３は、平均粒径５〜１００ｎｍ、好ましくは１０〜３０ｎｍの微粒子で構成され、多孔質表面を有する。そして、金属酸化物微粒子の表面、すなわち多孔質表面に色素を担持して、光電極とする。さらに、カソード電極とアノード電極との間に、酸化還元電解質４を備えて、色素増感型太陽電池が構成される。
【００３７】
酸化還元電解質４は、ヨウ素系電解液であるアセトニトリル（９０ｖｏｌ％）と３メチル２オキサゾリジノン（１０ｖｏｌ％）の混合溶媒に、ヨウ素とヨウ化リチウムを加えたものであり、ヨウ素酸化還元対（Ｉ_３ ⁻／Ｉ⁻）として働き、カソード電極とアノード電極との間の電子移動に寄与している。
【００３８】
金属酸化物多孔質薄膜３は、例えば酸化チタン微粒子で形成することができる。
【００３９】
波長変換微粒子蛍光体８は、例えばＥｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上の希土類元素を含むＹＦ_３、ＮａＹＦ_４、ＢａＹ_２Ｆ_８またはＮａ_３ＹＧｅ_２Ｏ_７微粒子で形成することができる。波長変換微粒子蛍光体８の層は、酸化物多孔質薄膜３のカソード電極側の表面に設けられるのが基本的であるが、当該層は、酸化物多孔質薄膜３の内部に入り込んでもよく、また、サンドイッチ層のように内部に設けられてもよい。これによって、酸化物多孔質薄膜３の層間で、入射光を散乱させて、変換効率を高めることができる。
【００４０】
さらに、波長変換微粒子蛍光体８の層は、酸化物多孔質薄膜３の入射側、例えば透明基板の入射側表面に設けてもよい。これにより、この表面から外へ出ようとする光を全反射させて、戻すことができる。ただし、この場合は、入射側の透過率を下げないように措置する必要がある。
【００４１】
色素は、例えば、ルテニウム錯体からなる色素を用いると、色素が光を吸収して、ルテニウム金属・配位子軌道遷移により励起された電子が、酸化チタンの伝導帯に移り、光電流となり、発電が行なわれる。
【００４２】
以上のように作製される本発明の色素増感型太陽電池は、変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させることができ、本発明により、変換効率が大きな色素増感型太陽電池を提供することができる。
【００４３】
【実施例】
本発明を、以下の実施例により説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
本発明の色素増感型太陽電池を、以下の条件で構成し、その特性を評価した。図１に示した概略断面図を用いて説明する。
【００４５】
（１）光電極であるアノード電極を、以下のように作製した。
【００４６】
透明導電膜２’を形成した透明基板１’には、市販のフッ素ドープＳｎＯ_２ガラス（日本板硝子製、導電層膜厚４５０ｎｍ）を用いた。
【００４７】
該フッ素ドープＳｎＯ_２ガラス１’の上の透明導電膜２’に、酸化チタンペーストを塗布し、自然乾燥後、５００℃で３０分間電気炉で焼成を行った。酸化チタンペーストは、平均粒径１５ｎｍのＴｉＯ_２ペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製）を用いた。一回の塗布、乾燥および焼成で、約２μｍ厚の酸化チタン多孔質膜３が形成された。この操作を、複数回、繰り返すことにより、約１０μｍ厚とした。
【００４８】
さらに、希土類元素Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋を含む平均粒径約１００ｎｍのＮａＹＦ_４微粒子ペーストを、酸化チタン多孔質膜３の上に塗布し、自然乾燥後、２００℃で３０分間、電気炉で焼成を行った。１回の塗布、乾燥および焼成で、約２μｍ厚のＮａＹＦ_４微粒子多孔質膜からなる波長変換微粒子蛍光体層８が形成された。
【００４９】
酸化チタン多孔質膜３および波長変換微粒子蛍光体層８を、Ｒｕ色素溶液に浸漬し、８０℃で２時間還流を行い、酸化チタン多孔質表面にＲｕ色素を担持した。
【００５０】
Ｒｕ色素溶液は、エタノールに３×１０^−４ｍｏｌ／ＬのＲｕ色素（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５）を溶解させることにより作製した。
【００５１】
以上のようにして、光電極であるアノード電極を形成した。
【００５２】
（２）一方、カソード電極は、前述と同じフッ素ドープＳｎＯ_２ガラス１の上の透明導電膜２の表面に、スパッタリング法で白金５を付着させることにより作製した。
【００５３】
（３）カソード電極とアノード電極を対向させて、電池構造を形成し、隙間に酸化還元電解質４を注入した。
【００５４】
酸化還元電解質４はヨウ素系電解液であり、アセトニトリル（９０ｖｏｌ％）と３メチル２オキサゾリジノン（１０ｖｏｌ％）との混合溶媒に、ヨウ素とヨウ化リチウムとを加えたものである。
【００５５】
本実施例で、太陽電池の投影面積は０．２５ｃｍ^２とした。
【００５６】
得られた太陽電池に対して、ＡＭ１．５のソーラーシミュレータで１０００Ｗ／ｍ^２の疑似太陽光を照射して、電流電圧特性を測定した。
【００５７】
本実施例の太陽電池では、短絡電流１３ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率６％を得た。透過率−波長曲線を図３に示す。
【００５８】
（比較例１）
参照用に、波長変換微粒子蛍光体層８を形成しなかったこと以外は同一プロセスで、投影面積が同じ０．２５ｃｍ^２の太陽電池を作製し、実施例１と同様に電流電圧特性を測定した。
【００５９】
比較例１の太陽電池では、短絡電流１０ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５％を得た。
【００６０】
本発明による実施例１の太陽電池では、変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させることができ、変換効率の増加が確認できた。
【００６１】
（実施例２）
本発明の異なる構成の色素増感型太陽電池を、以下の条件で構成し、その特性を評価した。図２に、本実施例の概略断面図で示した。
【００６２】
（１）光電極であるアノード電極を、以下のように作製した。
【００６３】
透明導電膜２’を形成した透明基板１’には、市販のフッ素ドープＳｎＯ_２ガラス（日本板硝子製、導電層膜厚４５０ｎｍ）を用いた。
【００６４】
該フッ素ドープＳｎＯ_２ガラス１’の上の透明導電膜２’に、酸化チタンペーストを塗布し、自然乾燥後、５００℃で３０分間電気炉で焼成を行った。酸化チタンペーストは、平均粒径１５ｎｍのＴｉＯ_２ペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製）を用いた。一回の塗布、乾燥および焼成で、約２μｍ厚の酸化チタン多孔質膜３が形成された。この操作を、複数回、繰り返すことにより、約１０μｍ厚とした。
【００６５】
さらに、希土類元素Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋を含む平均粒径約５０ｎｍのＮａＹＦ_４微粒子ペーストを、酸化チタン多孔質膜３と反対側の面に塗布し、自然乾燥後、２００℃で３０分間、電気炉で焼成を行った。１回の塗布、乾燥および焼成で、約２μｍ厚のＮａＹＦ_４微粒子多孔質膜からなる波長変換微粒子蛍光体層８が形成された。
【００６６】
酸化チタン多孔質膜３を、Ｒｕ色素溶液に浸漬し、８０℃で２時間還流を行い、酸化チタン多孔質表面にＲｕ色素を担持した。
【００６７】
Ｒｕ色素溶液は、エタノールに３×１０^−４ｍｏｌ／ＬのＲｕ色素（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５）を溶解させることにより作製した。
【００６８】
以上のようにして、光電極であるアノード電極を形成した。
【００６９】
（２）一方、カソード電極は、前述と同じフッ素ドープＳｎＯ_２ガラス１の上の透明導電膜２の表面に、スパッタリング法で白金５を付着させることにより作製した。
【００７０】
（３）カソード電極とアノード電極を対向させて、電池構造を形成し、隙間に酸化還元電解質４を注入した。
【００７１】
酸化還元電解質４はヨウ素系電解液であり、アセトニトリル（９０ｖｏｌ％）と３メチル２オキサゾリジノン（１０ｖｏｌ％）との混合溶媒に、ヨウ素とヨウ化リチウムとを加えたものである。
【００７２】
本実施例で、太陽電池の投影面積は０．２５ｃｍ^２とした。
【００７３】
得られた太陽電池に対して、ＡＭ１．５のソーラーシミュレータで１０００Ｗ／ｍ^２の疑似太陽光を照射して、電流電圧特性を測定した。
【００７４】
本実施例の太陽電池では、短絡電流１２ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５．５％を得た。
【００７５】
（比較例２）
参照用に、波長変換微粒子蛍光体層８を形成しなかったこと以外は同一プロセスで、投影面積が同じ０．２５ｃｍ^２の太陽電池を作製し、実施例２と同様に電流電圧特性を測定した。
【００７６】
比較例２の太陽電池では、短絡電流１０ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５％を得た。
【００７７】
本発明による実施例２の太陽電池では、変換効率向上に寄与する光電変換波長範囲を拡大させることができ、変換効率の増加が確認できた。
【００７８】
（実施例３）
実施例１において、ＮａＹＦ_４の層を粒子径５０、５００ｎｍとしたこと以外は同一プロセスで、投影面積が同じ０．２５ｃｍ^２の太陽電池を作製し、実施例１と同様に電流電圧特性を測定した。
【００７９】
実施例３の太陽電池では、平均粒子径が５００ｎｍでは、短絡電流１２ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５．５％を得た。平均粒子径が５０ｎｍでは、短絡電流１２ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５．４％を得た。
【００８０】
【表１】

【００８１】
（実施例４）
実施例２において、ＮａＹＦ_４の層を粒子径１００ｎｍとしたこと以外は同一プロセスで、投影面積が同じ０．２５ｃｍ^２の太陽電池を作製し、実施例１と同様に電流電圧特性を測定した。
【００８２】
実施例４の太陽電池では、短絡電流１１ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率５．２％を得た。
【００８３】
（比較例３）
実施例２において、ＮａＹＦ_４の層を粒子径５００ｎｍとしたこと以外は同一プロセスで、投影面積が同じ０．２５ｃｍ^２の太陽電池を作製し、実施例１と同様に電流電圧特性を測定した。
【００８４】
比較例３の太陽電池では、短絡電流９ｍＡ／ｃｍ^２、開放電圧０．７Ｖ、変換効率４．８％を得た。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の色素増感型太陽電池は、希土類元素を添加した波長変換微粒子蛍光体（赤外可視変換材料）を用いることにより、発電に寄与できない波長７００ｎｍ以上の可視から近赤外光を、発電に寄与できる可視光に変換し、光電変換波長範囲を拡大させることが可能となり、変換効率の大きな色素増感型太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る色素増感型太陽電池の一実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の異なる実施例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例における色素増感型太陽電池の透過率−波長曲線を示すグラフである。
【図４】従来の色素増感型太陽電池の構成を示す概略断面図である。
【図５】従来の色素増感型太陽電池の透過率−波長曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１’　透明基板
２、２’　透明導電膜
３　金属酸化物多孔質膜
４　酸化還元電解質
５　白金または炭素
６　金属酸化物微粒子
７　色素
８　波長変換微粒子蛍光体層

Claims

カソード電極とアノード電極とを、酸化還元電解質を介して対向させて構成する太陽電池において、カソード電極は、透明基板と、該透明基板のアノード電極側の表面に形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面に形成された白金または炭素の被膜とからなり、アノード電極は、透明基板と、該透明基板のカソード電極側の表面に順次、形成された透明導電膜および金属酸化物薄膜とからなり、該金属酸化物薄膜は、多孔質表面を有し、該多孔質表面に色素を担持し、該金属酸化物薄膜のカソード電極側の表面および／または内部に、波長変換微粒子蛍光体の層を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。
前記波長変換微粒子蛍光体の粒子径が、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
カソード電極とアノード電極とを、酸化還元電解質を介して対向させて構成する太陽電池において、カソード電極は、透明基板と、該透明基板のアノード電極側の表面に形成された透明導電膜と、該透明導電膜の表面に形成された白金または炭素の被膜とからなり、アノード電極は、透明基板と、該透明基板のカソード電極側の表面に順次、形成された透明導電膜および金属酸化物薄膜とからなり、該金属酸化物薄膜は、多孔質表面を有し、該多孔質表面に色素を担持し、かつ、透明基板のカソード電極と反対側の表面に、波長変換微粒子蛍光体の層を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。
前記波長変換微粒子蛍光体の粒子径が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の色素増感型太陽電池。
前記波長変換微粒子蛍光体が、Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上を、ＹＦ_３、ＮａＹＦ_４、ＢａＹ_２Ｆ_８およびＮａ_３ＹＧｅ_２Ｏ_７から選ばれた１種以上の微粒子に、添加して得られることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
前記波長変換微粒子蛍光体が、Ｅｒ^３＋、Ｙｂ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｐｒ^３＋およびＥｕ^３＋から選ばれた１種以上を含む有機蛍光物質であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
前記金属酸化物が、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化錫（ＳｎＯ_２）またはチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
前記色素が、ルテニウム錯体またはキサンテン系色素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
前記酸化還元電解質が、ヨウ素、臭素または塩素を含む電解液か、あるいはヨウ素、臭素または塩素を含む固体導電体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。