JP2004241228A

JP2004241228A - プラスチックフィルム電極及びそれを用いた光電池

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Publication number: JP2004241228A
Application number: JP2003028308A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Miyasaka; 力宮坂
Original assignee: Toin Gakuen
Current assignee: Toin Gakuen
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】優れた導電性や電極活性を有し、しかも電気化学セルの電極として用いた場合、化学的に安定で長時間にわたって腐食することのないプラスチック電極を提供する。
【解決手段】プラスチックフィルム支持体層と、金属、金属酸化物及び導電性高分子物質の中から選ばれた少なくとも１種の導電性材料からなる導電性薄膜層との積層体において、上記導電性薄膜層表面が炭素材料薄膜により被覆されているプラスチックフィルム電極とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なプラスチックフィルム電極、さらに詳しくいえば、電解液との酸化還元反応に対して高い電極活性を示し、光電池において色素増感半導体電極の対極として好適なプラスチックフィルム電極及びそれを用いた光電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、電気化学セルを用いた色素増感型太陽電池やキャパシターのようなエネルギーデバイスをフィルム電極を用いて薄層化し、デバイス本体の軽量化、フレキシブル化を図る研究が活発に行われるようになり、そのため導電性プラスチックフィルムを電極基板として用いるデバイスに対する要望が高まっている。この際用いる導電性プラスチックとして、化学的に安定で安価に入手しうるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のフィルムの表面に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の薄膜を被覆した光透過性の導電性プラスチックフィルムが既に実用化され、タッチスイッチ用、電磁波シールド用から電池用にいたるまで、それぞれの用途に応じてＩＴＯ膜の厚さや性質を変えて、表面抵抗値１０〜１０００Ω／□の広範囲のものが市販されている。
【０００３】
ところで、電気化学セルは、通常２枚の対向する電極と電解液からなるが、これまで抵抗値の低いＩＴＯ−ＰＥＴフィルムをこの電気化学セルの電極材料に用いて、電気化学セルをプラスチックフィルム化する試みがなされ、プラスチックフィルム電極上にプラスチックの軟化温度以下の温度で半導体層を担持させる方法が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、色素増感半導体電極の対極に使用しうるプラスチック電極は限られており、これまで化学的に安定な白金のような貴金属を表面に蒸着させたプラスチックフィルムが知られているが、これはコスト面に難点があり、実用化には不適当である。
【０００５】
他方、プラスチック支持体に対し、比較的低い温度で導電膜として被覆しうるものの中で、アルミニウムや銀のような金属薄膜が最も低い表面抵抗を与えることができるが、これら以外にはＩＴＯ膜が知られているだけで、特に低抵抗に加えて光学的透明性を要求される場合には、専らこれが用いられ、例えば透明プラスチック支持体に、抵抗値５０Ω／□以下のＩＴＯ膜を担持させた電波吸収体が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
このような抵抗値の低いＩＴＯ膜をＰＥＴやＰＥＮのようなプラスチックフィルムに担持させた透明導電性フィルムは、電極として各種の用途に供することができるとはいえ、これらの表面抵抗値は、アルミニウムや銀のような金属薄膜と比較すると、桁違いに高く、電極材料や集電材料としては、まだ十分に満足しうるものではない。
【０００７】
このＩＴＯ膜表面を金属薄膜で被覆すれば、表面抵抗値を低下させることは可能であるが、このような金属薄膜を電池などの電解液と接触する用途に用いると、電気化学反応による表面酸化や腐蝕を生じるという欠点を生じる。
【０００８】
【非特許文献１】
「ケミストリー・レターズ（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，）」、２００２、ｐ１２５０
【特許文献１】
特開平１１−１５０３９３号公報（特許請求の範囲その他）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、優れた導電性や電極活性を有し、しかも電気化学セルの電極として用いた場合、化学的に安定で長時間にわたって腐食することのないプラスチック電極を提供することを目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、表面抵抗値が低く、電解液に対して安定なプラスチック電極を開発するために鋭意研究を重ねた結果、プラスチックフィルム支持体上に導電膜を設けたプラスチック電極の導電膜表面を炭素材料からなる薄膜で被覆することにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、プラスチックフィルム支持体層と、金属、金属酸化物及び導電性高分子物質の中から選ばれた少なくとも１種の導電性材料からなる導電性薄膜層との積層体において、上記導電性薄膜層表面が炭素材料薄膜により被覆されていることを特徴とするプラスチックフィルム電極、及びプラスチック電極と色素増感半導体電極との間に、イオン導電性電解質層を間挿させて構成された色素増感型光電池において、プラスチック電極として上記のプラスチックフィルム電極を用いたことを特徴とする光電池を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に添付図面に従って本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のプラスチックフィルム電極の構造を示す断面図であって、絶縁性プラスチックフィルム支持体層１の片面に導電性薄膜層２が積層され、この導電性薄膜層２の表面が炭素材料薄膜３により被覆されている。
【００１３】
プラスチックフィルム支持体層を形成するプラスチックには、特に制限はないが、透明で、かつ、耐熱性、耐薬品性、加工性の点で優れるものが好ましい。耐熱性としては、ガラス転移点が１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、光透過率としては、波長４２０ｎｍにおいて５０％以上、波長５００ｎｍにおいて７０％以上であることが好ましい。
【００１４】
このようなプラスチックとして、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、テトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエステルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアセタール、透明ポリイミド系ポリマー、ポリエーテルサルフォンなどを挙げることができる。これらのなかでもコストの点で、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が好ましい。
これらのプラスチックフィルムの厚さとしては５０〜５００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍの範囲が選ばれる。
【００１５】
このプラスチックフィルム支持体層上に設ける導電性薄膜層の材料は、金属、金属酸化物及び導電性高分子物質の中から選ばれる。金属としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、鉄やその合金、金属酸化物としては、酸化スズ、酸化インジウム又はこれらの複合材料である酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が、また、導電性高分子物質としては、例えば、ポリアセチレン系、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリフェニレン系、ポリフェニレンビニレン系の高分子物質が用いられる。
これらの導電性材料のなかでも導電性、光学的透明性及び化学的安定性の点で、特に好ましい材料は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である。
【００１６】
本発明のプラスチックフィルム電極においては、その導電性薄膜層の表面に０．０１〜１００μｍの厚さで炭素材料薄膜が被覆されていることが必要である。この炭素材料からなる薄膜は、ＩＴＯ膜などの導電性薄膜層に対して、さらに導電性を付与して電気抵抗を下げるとともに、イオン性電解液と接する界面で用いたときに電気化学電極として高い活性を付与する役割を果すものである。また、炭素材料は化学的、電気化学的に極めて安定であるので、電極材料の保護層としても役立つ。
【００１７】
炭素材料薄膜は、その下地にある導電性薄膜層の表面を６０％以上、好ましくは８０％以上の被覆率で覆うように設けられる。この被覆率は実質的に１００％であることが最も好ましい。被覆率は、レーザー光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、プローブ顕微鏡などを用いて表面の構造を観察し、炭素材料が導電性薄膜を覆う投影面積の割合を算出する方法で求めることができる。またＳＥＭ−ＥＤＸによる表面元素分析によって炭素の元素比率を求めて被覆率を推測することもできる。
炭素材料薄膜は、その厚さが０．０２〜１００μｍであることが、特に０．０５〜５μｍであることが好ましい。
【００１８】
この炭素材料としては、黒鉛（グラファイト）、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの導電性炭素材料から選ばれる１種以上の単体又は混合物が用いられる。カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラックなどを用いることができる。
【００１９】
黒鉛（グラファイト）、カーボンブラックは、いずれも超微粒子であることが好ましく、炭素材料はそのＢＥＴ法による比表面積が１０００〜１０００００ｍ^２／ｇであることが好ましい。黒鉛（グラファイト）は、その１次粒子の平均粒径が１００ｎｍ以下、特に５０ｎｍ以下の超微粒子であることが好ましい。
【００２０】
上記の炭素材料薄膜に対して、電極の活性を高める目的で、白金などの触媒機能を持った材料を添加、あるいは複合化することができる。いわゆる白金活性化炭素（白金活性化黒鉛など）を用いることができる。
【００２１】
また、所望に応じ炭素被覆した導電性薄膜層の表面に対して、プラズマ処理や紫外線オゾン処理などの表面改質処理を施すことができる。さらに、炭素以外の各種の有機化合物、無機化合物を炭素材料に対してドープさせるかもしくは炭素層表面に化学結合あるいは物理的、化学的に吸着させて混合して表面改質処理を施すこともできる。
【００２２】
さらに、プラスチック材料の中に金属微粒子や炭素材料（カーボンブラックなど）などの導電材料あるいは導電性フィラーを複合化して得られる導電性プラスチック材料の層を、本発明の電極を構成するプラスチックフィルム支持体層の一部もしくは全体として用いることもできる。
【００２３】
このような複合化に用いる高分子材料の例としては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂や、塩化ビニル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、スチレン系エラストマー、塩素化ポリエチレン、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチエン−酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性エラストマーもしくはその架橋物や、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム類又はその架橋物を挙げることができる。またプラスチックフィルム支持体には、所望に応じカーボンファイバー、ポリエステル、ナイロン、ビニロンなどからなる補強用繊維を含ませることもできる。
このようにして構成される本発明のプラスチックフィルム電極の全体の厚さとしては、５０〜５００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍにするのがよい。
また、本発明のプラスチックフィルムは、全体として透明性を示すように構成するのが好ましい。
【００２４】
本発明のプラスチックフィルム電極は、電気化学セルにおいて、イオン導電性の電解質と接合して電気化学電極として用いることができる。すなわち、本発明のプラスチックフィルム電極を用いれば、これをイオン導電性の電解質と接合して、色素増感半導体電極と組み合わせてできる色素増感型光電池、色素増感型太陽電池の対極として優れた効果を発揮する。ここで、色素増感型太陽電池の対極とは、電気化学セルのカソードとして用いることを意味する。
【００２５】
次に本発明のプラスチックフィルム電極を用いた光電池について説明する。
本発明の光電池は、前記のプラスチックフィルム支持体層及び表面が炭素材料薄膜により被覆された導電性薄膜の積層体からなるプラスチックフィルム電極と色素増感半導体電極との間にイオン導電性電解質層を間挿して構成されている。
【００２６】
この際用いられる色素増感半導体電極の半導体の材料としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体のほかに、金属の酸化物及び金属カルコゲニド（例えば硫化物、セレン化物など）に代表されるいわゆる化合物半導体又はペロブスカイト構造を有する化合物などを使用することができる。これら酸化物及びカルコゲニドの金属としては、例えばチタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ又はタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン又はビスマスの硫化物、カドミウム又は鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物などが挙げられる。また、化合物半導体の例としては、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウムなどのリン化物、ガリウムヒ素、銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウム−硫化物などが挙げられる。
半導体には伝導に関わるキャリアーが電子であるｎ型とキャリアーが正孔であるｐ型が存在するが、本発明においてはｎ型を用いるのが変換効率の点で好ましい。
【００２７】
このようなｎ型の無機半導体としては、ＴｉＯ_２、ＴｉＳｒＯ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、Ｓｉ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ｖ_２Ｏ_５、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｎＳｅ、ＫＴａＯ_３、ＦｅＳ_２、ＰｂＳ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２などがある。これらのうち最も好ましいｎ型半導体は酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）であり、これらの半導体の複数を複合させた半導体材料も用いることができる。
【００２８】
これらの半導体材料は、多孔質半導体層に形成するのが効率的に有利である。この多孔質半導体層は半導体の超微粒子が焼結又は融着した構造を有し、その粒径は、一次粒子の平均粒径で５〜１００ｎｍ、特に５〜５０ｎｍのものが好ましい。粒径分布の異なる２種類以上の微粒子を混合してもよく、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒径の大きな、例えば３００ｎｍ程度の半導体粒子を混合することもできる。
【００２９】
次に、前記の半導体層に吸着させ、半導体を増感するのに用いる色素としては、例えば有機金属錯体色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、メチン系色素を挙げることができ、これらの色素は、光電変換すなわち光発電に際し、波長域の拡大、特定波長域への制御などの目的で用いられる。これらの色素は単独で用いてもよいし、必要に応じ２種以上を混合して用いてもよい。
【００３０】
色素が金属錯体色素である場合、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素又はルテニウム錯体色素が好ましい。このようなルテニウム錯体色素は、例えば米国特許第４９２７７２１号明細書、同第５５２５４４０号明細書、特開平７−２４９７９０号公報、特表平１０−５０４５１２号公報、欧州特許第９８／５０３９３号公報、特開２０００−２６４８７号公報などに記載されている。
【００３１】
環境負荷を低くした素子作製の目的では、天然由来の色素として、植物光合成に関わる色素、例えばクロロフィルａ、クロロフィルｂ、フェオフィチン類、バクテリオクロロフィル類などのほか、ハイビスカスなどの花から抽出される赤色色素など多くの草花あるいは野菜に含まれる色素を挙げることができる。
【００３２】
色素間の凝集などの相互作用を低減する目的で、無色の化合物を色素に添加し、半導体粒子と共吸着させることもできる。この目的で有効な化合物は界面活性を示す化合物であり、例えば、カルボキシル基を有するステロイド化合物やアルキルスルホン酸塩類、エアロゾル（ＡＥＲＯＳＯＬ）などの商品名で知られるスルホコハク酸系の界面活性剤が挙げられる。
【００３３】
次にプラスチック電極と色素増感半導体電極との間に間挿される電解質層は、電解質とそれを溶解する溶媒及び酸化還元剤からなっている。この溶媒としては、非水系有機溶媒、溶融塩（イオン性液体）、水のようなプロトン性溶媒などの中から任意に選んで用いることができる。また、電解質としては、電荷輸送層として慣用されている電気化学用支持塩の中から任意に選ぶことができる。
【００３４】
このような塩としては、例えばＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌ、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＳＯ_４のようなアルカリ金属のハロゲン化物や硫酸塩やＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４などのフッ化物がある。他方、酸化還元剤としては、キノン−ヒドロキノン混合物などの有機系のものや、Ｓ／Ｓ^２−、Ｉ_２／Ｉ⁻のような無機系のものを挙げることができる。また、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ_２のような金属ヨウ化物や、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド、イミダゾリンヨージドのような第四級アンモニウム化合物などのヨウ素化合物も好適に用いられる。
【００３５】
これらの中でＩ_２とＬｉＩやピリジニウムヨージド、イミダゾリンヨージドなど第四級アンモニウム化合物のヨウ素塩を組み合わせた電解質が好ましい。ヨウ素を添加する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は０．０１Ｍ以上０．５Ｍ以下である。支持塩の濃度は０．１Ｍ以上５Ｍ以下であり、好ましくは０．２Ｍ以上１Ｍ以下である。
【００３６】
また、この電解質層はポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応などを利用して、電解質をゲル化（固体化）させて使用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる方法は公知である［エルセビア・アプライド・サイエンス（ＥＬＳＥＶＩＥＲＡＰＰＬＩＥＤＳＣＩＥＮＣＥ）社発行，ジェイ・アール・マックカラム（Ｊ．Ｒ．ＭａｃＣａｌｌｕｍ）及びシー・エー・ビンセント（Ｃ．Ａ．Ｖｉｎｃｅｎｔ）共編，「ポリマー・エレクトロライト・レビュー（ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｏｒｏｌｙｔｅＲｅｖｉｅｗ）１及び２」、特開平１１−１８５８６３号公報］。
【００３７】
また、電解質層は、ＣｕＩのようなＰ型半導体を用いる固体層と置き換えて固体化し、光電池を全固体型色素増感電池として作製することもできる。
【００３８】
この電解質層の中には、感光性電極（樹脂製の導電性支持体と色素増感半導体層からなる電極）と対極との間の、電気的短絡を防止する目的で、スペーサーとなる材料を混入し、介在させることができる。これらのスペーサーは、無機材料、有機材料のいずれでもよいが、球状でサイズの均一な粒子であり、また電極を物理的に傷つけないソフトな材料であるのが好ましい。このような材料としては、例えばナイロンビーズ、シリコンゴムビーズ、ポリマーラテックスビーズなどの耐水性のポリマーを挙げることができる。
【００３９】
本発明の光電池シートが出力する電力は、屋外、屋内の各種の装置を駆動させる目的で使用することができる。例えば、循環換気用ファンの回転、調光用装置への信号入力と装置の駆動、ＩＴ関連装置の充電用や駆動用として、防犯装置の管理、駆動、オーディオ装置の駆動、そして地域コミュニティーへの電力供給用として使用することができる。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
（１）導電性プラスチックフィルム電極の作製
厚さ２５０ｎｍの導電性ＩＴＯ膜を片面に担持するＰＥＴフィルム（表面抵抗１５Ω／□、厚さ１４０μｍ）を紫外線オゾンクリーナーを用いて表面洗浄したのち、次の方法によって、ＩＴＯ膜上に各種の炭素膜を形成させた。
Ａ．「ケミストリー・レターズ（Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．）」，２００２，第１２５０ページ（２００２年）に記載されている電気泳動を用いる静電的電着法、
Ｂ．炭素材料粉末をトルエンを含む混合有機溶媒中に分散させてスピンコーティングするスピンコーティング法、
Ｃ．フラーレン（Ｃ_６０）をトルエンに溶解し、この溶液をＬＢトラフの水面に展開させた単分子膜を形成させたのち、２５ｍＮ／ｍの一定表面圧力のもとで水平付着法によってフラーレン単分子膜を４０層以上積層させるラングミュアーブロジェット（ＬＢ）法。
このようにして形成された炭素膜の表面被覆率をＳＥＭによって測定したところ、いずれも９５％以上であった。
比較のために、黒鉛について炭素膜の表面を超音波処理によって荒らして、被覆率の小さいサンプルも作製した。また、黒鉛超微粒子とナノチューブの質量比９：１の混合物の膜について、厚さを０．０１μｍから２００μｍまで変えて製膜した。
【００４２】
（２）電極の表面抵抗値の測定
４点接触型の抵抗測定器を用いて、上記のプラスチック電極の表面抵抗を測定し、その結果を表１に示した。
この結果から分るように、炭素被覆によって、わずかではあるがいずれも表面抵抗が低下し、導電性が向上する傾向がみられた。表面被覆率が６０％より小さい炭素膜では、表面抵抗の現象効果はみられない。膜厚に関しては、黒鉛とナノチューブの混合膜の被覆において０．０２μｍから１００μｍの膜厚で抵抗低下が認められたが、１００μｍを越える厚い膜ではさらなる改善効果は得られず、膜質に不均一が生じるなどの悪化が認められた。なお、フラーレンやナノチューブを含む炭素膜は膜厚が１μｍ以下でも効果の向上が認められ、かつある程度の光透過性をもったために、プラスチック電極を透明体とすることもできた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
実施例２
（１）プラスチックフィルム型色素増感光電池の作製
実施例１と同様の泳動電着法を用いて、一次粒径が約２０ｎｍのルチル型とアナターゼ型の混合した二酸化チタン粒子をｔｅｒｔ‐ブチルアルコールとアセトニトリルの混合液に分散した分散液（濃度２０ｇ／リットル）を−５００Ｖ／ｃｍのＤＣ電界のもとでＩＴＯ−ＰＥＴフィルムのＩＴＯ膜上に電着させ、１１０℃で３０分乾燥させた。このようにして酸化チタンの多孔性薄膜をＩＴＯ導電膜上に形成させた。次に、酸化チタン多孔膜に対して、チタニアの酸性ゾルを含む水／エチルアルコール混合溶液を添加して、１４０℃で２０分加熱処理し、さらに泳動電着膜の粒子間結合を強めるための化成処理を施した。
次いで、このようにして酸化チタン薄膜で被覆したＩＴＯ−ＰＥＴ電極を、Ｒｕビピリジル錯体（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｒｕ５３５）３×１０^−４ｍｏｌ／リットルを含むアセトニトリルとｔｅｒｔ‐ブチルアルコールの１：１混合溶媒に浸漬し、４０℃で１時間振とう撹拌し、増感色素を二酸化チタン粒子に吸着させた。
この色素増感ＩＴＯ−ＰＥＴフィルム電極を、共通の光電極（アノード）として用いた。
【００４５】
（２）プラスチックフィルム対極を用いるプラスチックセルの作製
実施例１で作製した各種の炭素被覆ＩＴＯ−ＰＥＴフィルム電極を対極（カソード）として、上記の共通の光電極に組み合わせて、プラスチックセルを作製した。なお、比較のため、対極に炭素被覆をしないＩＴＯ−ＰＥＴフィルムを用いたセル、ならびにＩＴＯ−ＰＥＴに換えて導電性の高い金属膜として白金蒸着膜を担持したＰＥＴフィルムを用いたセルも作製した。
電解液としては、溶媒メトキシアセトニトリルに還元剤としてヨウ化リチウム０．１モル、酸化剤としてヨウ素０．０５モル、添加剤としてジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド０．６モルならびにｔｅｒｔ‐ブチルピリジン０．５モルを含む溶液を用いた。次いで、上記のプラスチック光電極（アノード）ならびにプラスチック対極（カソード）にセパレータ用多孔性フィルムを介して厚さ約２０μｍの電解液層を挟んでサンドイッチし、シールすることにより、受光面積が０．６４ｃｍ^２、厚さが約３００μｍのプラスチックフィルム型色素増感光電池を組み立てた。
【００４６】
（３）セルの光電流値の測定
上記のプラスチックセルについて、光量１００ｍＷ／ｃｍ^２のキセノン灯擬似太陽光照射システムを用いて、白色光の照射を行い、電流計を使って光電変換による短絡光電流の計測を行った。
これらの結果を、表２に示す。この結果から炭素材料を被覆しないＩＴＯ膜のみのプラスチックフィルム電極を対極（カソード）に用いると光電流がわずかしか得られないのに対し、炭素皮膜を６０％以上の表面被覆率で担持したＩＴＯ膜では、光電流は大きく改善され、特に８０％以上の被覆率で担持した場合は、比較の白金蒸着電極と同等の十分な光電流が発生し、セルの光電変換性能が大きく改善されたことがわかる。
【００４７】
【表２】

【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、光電池における色素増感型半導体電極の対極として好適なプラスチック電極が得られ、これを用いて光電池を作製することにより、電池の電気化学性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラスチック電極の１例の断面図。
【符号の説明】
１プラスチックフィルム支持体層
２導電性薄膜層
３炭素材料薄膜

Claims

プラスチックフィルム支持体層と、金属、金属酸化物及び導電性高分子物質の中から選ばれた少なくとも１種の導電性材料からなる導電性薄膜層との積層体において、上記導電性薄膜層表面が炭素材料薄膜により被覆されていることを特徴とするプラスチックフィルム電極。
炭素材料薄膜の被覆率が６０％以上である請求項１記載のプラスチックフィルム電極。
プラスチックフィルム支持体層が、透明なプラスチックフィルム層である請求項１又は２記載のプラスチックフィルム電極。
透明なプラスチックフィルムが、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンナフタレートのフィルムである請求項３記載のプラスチックフィルム電極。
導電性材料が酸化スズ、酸化インジウム又は酸化インジウムスズである請求項１ないし４のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極。
炭素材料薄膜が、ＢＥＴ法による比表面積１０００〜１０００００ｍ^２／ｇの炭素微粒子からなる請求項１ないし５のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極。
炭素材料薄膜が、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ及びフラーレンの中から選ばれた少なくとも１種の薄膜である請求項１ないし６のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極。
炭素材料薄膜が０．０２〜１００μｍの範囲の膜厚をもつ請求項１ないし７のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極。
全体として透明性を示す請求項１ないし８のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極。
プラスチック電極と色素増感半導体電極との間に、イオン導電性電解質層を間挿させて構成された色素増感型光電池において、上記プラスチック電極として請求項１ないし９のいずれかに記載のプラスチックフィルム電極を用いたことを特徴とする光電池。