JP2006190632A

JP2006190632A - 色素増感型太陽電池

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Publication number: JP2006190632A
Application number: JP2005089298A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Morita; 成紀森田; Yuri Horie; 百合堀江; Tomoaki Ichikawa; 智昭市川
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2004-12-06
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】電解液が液漏れしにくく、かつ安定した電流電圧特性を発揮するとともに、電
池の変形に起因した内部短絡が発生しにくい色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】電解質層が、多孔質支持体と、前記多孔質支持体内に充満された電解液と
を含み、前記多孔質支持体が以下の物性（１）〜（３）のいずれか１つを満たす色素増感
型太陽電池とする。
（１）厚さが３μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が４０％以上７０％以下の
範囲にある。
（２）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が３０％以上４０％未満の
範囲にある。
（３）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が７０％を超えて９５％以
下の範囲にある。
【選択図】図１

Description

本発明は色素増感型太陽電池に関し、詳しくは電解液が液漏れしにくく、かつ安定した
電流電圧特性を発揮するとともに、内部短絡が発生しにくい色素増感型太陽電池に関する
。

太陽電池等の光電変換素子において、高いエネルギー変換効率を得る目的から、固体電
解質よりも、液状電解液を対電極間に充填させる素子構成による実用化が図られている。

ここで、電解液の液漏れを防止する目的で、電解質層の内部にセパレータや不織布を設
ける技術がある（特許文献１参照）。
特開２００１−３４５１２６号公報

しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献１の光電変換素子は電流電圧特
性の安定性が低く、実用に供するには十分ではないという問題がある。また、光電変換素
子をフレキシブル化した場合に、内部短絡が発生しやすいという問題がある。

そこで、本発明は、安定した電流電圧特性を発揮するとともに、電解液の液漏れが防止
された色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、電
池変形に起因した内部短絡が発生しにくい電池構成を提供することにある。

本発明の色素増感型太陽電池は、電解質層を含む色素増感型太陽電池において、前記電
解質層が、多孔質支持体と、前記多孔質支持体内に充満された電解液とを含み、前記多孔
質支持体が以下の物性（１）〜（３）のいずれか一つを満たすことを特徴とする。

（１）厚さが３μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が４０％以上７０％以下の
範囲にある。

（２）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が３０％以上４０％未満の
範囲にある。

（３）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が７０％を超えて９５％以
下の範囲にある。

本発明によれば、色素増感型太陽電池の電流電圧特性を安定化できるとともに、電解液
の液漏れを防止して電池の長期信頼性を向上することができる。また、電池の変形に起因
した内部短絡の発生を防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１の断面図で示すように、本発明の色素増感型太陽電池は、対向する一対の基板１お
よび８を有しており、それぞれの基板の内側の主面に接して導電膜２および７が設けられ
ている。また、一方の導電膜２に接してバリアー層３が、他方の導電膜７に接して電解質
層６が設けられている。そして、バリアー層３と電解質層６との間に接して酸化物半導体
多孔膜４が設けられている。なお、以下では、基板１から酸化物半導体多孔膜４までの多
層構造体を光電極５と呼び、基板８および導電膜７からなる多層構造体を対向電極９と呼
ぶ。

上記基板１の材料は、当該基板の光透過性を高くできるものほど好ましい。例えば、ガ
ラス板や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート
、ポリエチレンスルフィド、ポリイミドなどの樹脂シートを用いることができる。他方、
基板８は、金属板などの光透過性の低い基板としてもよいし、樹脂シートなどの光透過性
の高い基板としてもよい。

上記導電膜２の材料としては、光透過性が高く、電気抵抗率が低いものが好ましい。例
えば、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素ドー
プ酸化スズ）などを用いることができる。他方、導電膜７の材料としては、導電膜２と同
様の光透過性の高い材料を用いてもよいし、例えば、銅、ニッケル、銀、金、白金、タン
タル、チタン、ルテニウム、カーボンなどの光透過性の低い導電材料を用いてもよい。

なお、この導電膜２および７は、蒸着法、スパッタリング法、化学気相成長法（ＣＶＤ
法）、塗布法、ゾルゲル法などの公知の方法によって形成できる。また、基板１と導電膜
２との間には、透明性を損なわない程度で、これらの導電材料からなる導電性薄膜を配し
てもよい。基板８を金属板とする場合には、導電膜７を省略してもよい。

上記酸化物半導体多孔膜４は、内部に無数の微細な空孔を有し、表面に微細な凹凸構造
を有した多孔質構造体（厚さ：約０．１〜１００μｍ）である。この多孔膜４の材料とし
ては、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム
、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化タンタルなどの
金属酸化物微粒子（体積平均粒径：約１〜５００ｎｍ）を用いることができる。

この酸化物半導体多孔膜４は、上記金属酸化物微粒子を分散させたコロイド液や分散液
等を、スクリーンプリント、インクジェットプリント、ロールコート、ドクターコート、
スピンコート、スプレーコートなどの塗布手段により、例えばバリアー層３の表面に塗布
した後、焼成して得ることができる。ただし、ここにおける焼成温度は６００℃以下、好
ましくは３５０℃から５００℃の範囲にあるため、基板を樹脂フィルムとする場合には、
これに代えて、１００〜１５０℃の低温度帯で焼成できる金属酸化物ペーストを用いたり
、マイクロ波による焼成方法を用いたりして、基板の熱変形を防止することが好ましい。

また、この酸化物半導体多孔膜４には、電池の光電変換効率を高めるため、可視光領域
や赤外領域の吸収波長を有する顔料や染料等の公知の光増感色素を、単独で、または混合
したものを担持させる。

導電膜２と電解質層６とが接触すると、漏れ電流が増大して光電変換効率が低下してし
まう場合がある。そのため、上記構造のようにバリアー層３を設けておくことが好ましい
。このバリアー層３の材料としては、酸化チタンや絶縁性高分子などを用いることができ
る。ただし、その厚みは、光増感色素と酸化物半導体多孔膜との間で電荷分離した電子が
当該バリアー層を通過できる程度の薄さとしておく必要がある。具体的には１０〜５００
ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲とする。なお、このバリアー層３は、ゾルゲル
法、スパッタリング法、真空蒸着法、スピンコート法などを用いて形成できる。

上記電解質層６は、多孔質支持体と、この多孔質支持体内に充満された電解液とを有し
ている。

上記電解液は、電解質を溶媒に溶解させて生成する。この電解質としては、酸化体と還
元体からなる一対の酸化還元系構成物質が溶媒中に含まれていれば、特に限定されない。
例えば、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質を用いることができる。こ
こで、この酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において、可逆的に酸化体及び還元体
の形で存在する一対の物質を意味し、例えば塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、
臭素化合物−臭素、タリウムイオン(III)−タリウムイオン(I)、水銀イオン(II)−水銀イ
オン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)
、鉄イオン(III)−鉄イオン(II)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオン(II)、マン
ガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒ
ドロキノン、フマル酸−コハク酸などがあげられる。

電解質を溶解する溶媒としては、酸化還元系構成物質を溶解できるとともに、イオン伝
導性に優れた化合物が好ましい。水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用できるが、酸化
還元系構成物質をより安定する側面からは有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカーボ
ネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プ
ロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ガン
マーブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン
、１，３−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、２−メチルーテトラヒドラフラン等の
エーテル化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環
化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合
物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等の非プロトン
性極性化合物などがあげられる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、また、
２種類以上を混合して用いることもできる。

上記多孔質支持体は、以下の物性（１）〜（３）のいずれか１つを満たしている。

なお、上記空孔率（％）は、測定対象のフィルムの面積をＳ（ｃｍ^２）、その平均厚み
をｔ（μｍ）、フィルム材料の密度をｄ、測定対象の実測質量をＷ（ｇ）とした場合に、
下記の式（１）で規定される値である。
［数１］
空孔率（％）＝（１−（１０⁴×Ｗ／Ｓｔｄ））×１００・・・（１）

多孔質支持体の厚みが３μｍよりも薄いと、多孔質支持体の強度が不十分となって電池
が内部短絡してしまう場合がある。他方、厚みを４０μｍより厚くしたり、空孔率を３０
％より小さくしたりすると、酸化還元対の移動が妨げられ、これを媒介とした電子の授受
反応が律速状態となり、安定した電流電圧特性が得られなかったり、光電変換効率が著し
く低下してしまったりする場合がある。空孔率を７０％より大きくすると、毛細管作用に
よる電解液の保持能力が低下して十分な液漏れ抑制効果が得られなくなったり、開口部が
大型化して電池の変形に起因する内部短絡を十分に防止できなかったり、多孔質支持体の
取り扱い性が悪くなったりする場合があるが、空孔率を９５％以下とし、厚さを３μｍ以
上２０μｍ以下の範囲に制御することにより、空孔率が７０％を超える場合であってもこ
れらの不具合の発生を防止することができる。

なお、図１では、この多孔質支持体の厚みが光電極と対向電極との電極間距離に相当す
る態様を示しているが、これに限らず、例えばスペーサーなどを用い、電池の設計に応じ
てその電極間距離を調整してもよい。

上記多孔質支持体の構造としては、繊維状物質を重ね合わせた構造、格子状の網目構造
、多孔質支持体の厚さ方向に柱状の空隙が設けられた構造などとすることが好ましく、例
えば、濾過フィルター（メンブランフィルタ）を用いることや、一次電池や二次電池など
に用いられるセパレータまたは不織布などを用いることができる。

上記多孔質支持体の材質としては、ガラス繊維、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポ
リオレフィン類、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ポリアミド類、ポリ
フェリレンスルフィド、ビニヨン（塩化ビニルと酢酸ビニルの共重合物）、ポリイミド、
ビニロン（アセタール化ポリビニルアルコール）、ポリテトラフルオロエチレンなどのフ
ッ素樹脂などを単独で、または２種以上を混合して用いることができる。なかでも、多孔
質支持体の強度を向上させる側面からは、質量平均分子量が５０万以上のポリオレフィン
樹脂と、分子鎖に二重結合を有する架橋性ゴムとからなるポリオレフィン樹脂組成物を用
い、この架橋性ゴムを架橋して多孔質支持体とすることが特に好ましい。また、多孔質支
持体の耐熱性、耐薬品性を向上させる側面からは、フッ素樹脂を用いることが特に好まし
い。このフッ素樹脂は公知の方法によって合成してもよいし、例えば日東電工株式会社製
テミッシュＮＴＦ１０３３（商標）などの市販のものを用いてもよい。

ポリオレフィン樹脂組成物に占める、質量平均分子量が５０万以上のポリオレフィン樹
脂そのものの割合としては、このポリオレフィン樹脂組成物から得る多孔質フィルムの強
度や他の成分とのバランスを考慮して、５〜９５質量％の範囲とすることが好ましく、１
０〜９０質量％の範囲とすることがより好ましい。

他方、ポリオレフィン樹脂組成物に占める架橋性ゴムの割合としては、３質量％以上で
あることが好ましく、５〜３５質量％の範囲にあることがより好ましい。なお、架橋性ゴ
ムの割合が３質量％よりも少ないと、多孔質フィルムの耐熱性を十分に得られない場合が
あるため、上記範囲とするのが好ましい。

なお、この架橋性ゴムとしては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリノルボルネン
、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーの三元共重合体などの、分子鎖に二重結合を有
するジエン系ポリマーを用いることが好ましい。ジエンモノマーとしては、例えば、ジシ
クロペンタジエン、エチリデンノルボルネン、ヘキサジエン等を用いることができるが、
工チリデンノルボルネンの使用が特に好ましい。エチリデンノルボルネンを構成成分とす
る三元共重合体は、その架橋反応性が他に比して高く、得られる多孔質フィルムの耐熱性
をより確実に向上できるためである。

ここで、三元共重合体を十分に架橋させる側面から、三元共重合体におけるジエンモノ
マー成分の割合を、エチレン、プロピレンおよびジエンモノマーの全質量に対して３質量
％以上とすることが好ましく、４〜２０質量％の範囲とすることがより好ましい。さらに
詳しくは、エチレン／プロピレン／ジエンモノマーの各成分の割合を、質量比で、０．５
〜０．７５／０．０５〜０．４７／０．０３〜０．２とする（ただし、各成分の割合の合
計が常に１となる）ことが好ましい。

なお、例えばこのエチリデンノルボルネンを構成成分とする三元共重合体のように、ジ
エンモノマーに由来する脂環式構造と二重結合とを有した三元共重合体は、その二重結合
の一部に水素が添加されたものであってもよい。また、これらの三元共重合体は、ランダ
ム共重合体、フロック共重合体、グラフト共重合体等のいずれであってもよい。これらの
三元共重合体は、公知の方法で合成してもよいし、市販のものを用いてもよい。

また、このポリオレフィン樹脂組成物には、必要に応じて、質量平均分子量が５０万よ
りも小さいポリオレフィン樹脂や熱可塑性エラストマーを、多孔質支持体の全体質量中で
１〜５０質量％の範囲となるように添加してもよい。

質量平均分子量が５０万よりも小さいポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、エチレン−アクリルモノマー共重合体、
エチレン−酢酸ビニル共重合体等の変性ポリオレフィン樹脂があげられる。なかでも、低
融点のポリエチレン樹脂、結晶性を有するポリオレフィン系エラストマー、溶融温度の低
いポリメタクリル酸エステル類を側鎖に有するグラフト共重合体等の使用が好適である。

熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ポリスチレン系やポリオレフィン系、ポリジ
エン系、塩化ビニル系、ポリエステル系等の熱可塑性エラストマーがあげられる。

これらのポリオレフィン樹脂や熱可塑性エラストマーは、単独で、または２種類以上を
混合して用いてもよい。なお、熱可塑性エラストマーのうち分子中に二重結合を有するも
のは架橋性ゴムとしても作用しうるため、ポリオレフィン樹脂組成物に占める架橋性ゴム
の実質的な割合が３５質量％を超えないように、その添加量を調整しておくことが好まし
い。

本実施形態で示した色素増感型太陽電池であると、酸化還元対の移動が円滑であり、か
つ当該多孔質支持体に電解液を充満させておくことができる。よって、安定した電流電圧
特性が得られるとともに、電解液の液漏れを抑制することができる。また、多孔質支持体
の強度が高いため、例えば、樹脂フィルムを基板材料に選択して色素増感型太陽電池をフ
レキシブル化した場合であっても、電池の変形に伴って対電極が接触してしまうことがな
いため、電池の内部短絡の防止効果が顕著に向上する。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれによって限定
されるものではない。

（実施例１）
まず、フッ素がドープされたＳｎＯ導電性ガラス（日本板硝子社製ＯＴＥ（商標））の
表面に、ゾルゲル法を用いてバリアー層としての酸化チタン薄膜（膜厚：２０ｎｍ）を形
成した。次に、市販の二酸化チタン粉末（日本エアロジル社製Ｐ２５（商標）、体積平均
一次粒径２１ｎｍ）に、アセチルアセトン、純水、および界面活性剤（和光純薬製Ｔｒｉ
ｔｏｎＸ１００（商標））を加えて混練して作製したペーストを、この酸化チタン薄膜上
に塗布し、これを乾燥させた後、４５０℃で３０分間焼成して、膜厚６μｍのメソポーラ
ス二酸化チタン多孔質膜を形成した。続いて、このメソポーラス二酸化チタン多孔質膜を
０．３ｍモル／Ｌのルテニウム色素のエタノール溶液に浸漬して、多孔質膜に光増感色素
を担持させ、光電極を作製した。

これと並行して、フッ素がドープされたＳｎＯ導電性ガラス（日本板硝子社製ＯＴＥ（
商標））の表面に蒸着により白金膜（膜厚：２０ｎｍ）を形成して、対向電極を作製した
。

また、以下のようにして多孔質支持体（セパレータ）を作製した。まず、ノルボルネン
の開環重合体の粉末（日本ゼオン（株）製ノーソレックスＮＢ（商標）、質量平均分子量
２００万以上）３質量％と、熱可塑性エラストマー（住友化学工業（株）製ＴＰＥ８２１
（商標））１６．２質量％と、質量平均分子量約１００万の超高分子量ポリエチレン８０
．８質量％とからなるポリエチレン樹脂組成物１５質量部と、流動パラフィン８５質量部
とを、小型ニーダーを用いて１６０℃で約１時間、混練した。

続いて、得られた混練物を０℃に冷却した金属板に挟み込み、急冷しつつ圧延して、シ
ート状に成形した。さらに、このシートを、その厚みが０．３ｍｍになるまで１１５℃で
ヒートプレスした後、同じ温度で縦横が４．２×４．２倍となるように同時二軸延伸した
。その後、ヘプタンを用いて脱溶媒処理し、多孔質フィルム（セパレータの前駆体）を得
た。この多孔質フィルムを空気中、８５℃で１２時間加熱した後、さらに１１６℃で２時
間加熱し、多孔質フィルムを熱処理するとともにフィルム中の架橋性ゴムを架橋させ、セ
パレータを作製した。このセパレータの厚みは９μｍであり、空孔率は４８．４％であり
、ガーレが１０３ｓｅｃ／ｄｌ、針強度が１９６ｇｆ、平均孔径が０．０８μｍであった
。

上記光電極と対向電極との間に、電解液を充満させた上記セパレータを挟み込み、周縁
をポリオレフィン系樹脂のホットメルト剤（三井化学社製ハイミラン（商標））で封止し
て、色素増感型太陽電池を完成させた。なお、この電解液は、０．１Ｍヨウ化リチウム
、０．３Ｍヨウ化１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウム、０．０５Ｍヨ
ウ素および０．５Ｍｔ−ブチルピリジンを溶質とし、溶媒としてのメトキシアセトニト
リルに溶解させて生成した。

（実施例２）
実施例１にかかるセパレータを２枚重ねた厚さ１８μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例１と同様の色素増感型太陽電池である。

（実施例３）
実施例１にかかるセパレータを３枚重ねた厚さ２７μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例１と同様の色素増感型太陽電池である。

（実施例４）
実施例１にかかるセパレータを４枚重ねた厚さ３６μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例１と同様の色素増感型太陽電池である。

（比較例１）
実施例１にかかるセパレータを５枚重ねた厚さ５４μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例１と同様の色素増感型太陽電池である。

（比較例２）
光電極と対向電極との間にセパレータを設けず、電解液のみを挟み込ませたこと以外は
実施例１と同様の色素増感型太陽電池である。なお、このときの対電極間の距離が９μｍ
となるようにホットメルト剤の厚みを調整した。

上記の各電池について、液漏れの起こりにくさ、光電変換効率およびセパレータ挿入に
よる変換効率の低下率を、それぞれ以下のようにして調べた。

〔液漏れ防止性〕
室温で一週間、電極面の法線方向に沿って電極面に均一に０．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を
印加することにより、液漏れが発生するか否かを目視によって判別した。

〔光電変換効率〕
擬似太陽光（１００ｍＷ／ｃｍ^２、ＡＭ１．５）を照射して電流電圧曲線を測定し、こ
れに基づいて光電変換効率を算出した。

〔変換効率比〕
セパレータ挿入による変換効率の低下率を評価するため、比較例２の光電変換効率に対
する各電池の光電変換効率比を算出した。

実施例１〜４および比較例１〜２の液漏れ防止性、光電変換効率および変換効率比を下
記表１にまとめて示す。

この表１で示すように、実施例１〜４と比較例１では電解液の液漏れが全くなかった。
他方、セパレータを備えていない比較例２では液漏れが発生していた。

また、実施例１〜４では、いずれも２．８０％以上の変換効率が得られ、比較例２の変
換効率（３．４８％）に比して０．８０以上の高い変換効率比を示していた。特に、実施
例１〜２では、０．９２以上の優れた変換効率比を示していた。なお、比較例１では、後
述するようにその電流電圧曲線がＳ字形状となるため、他の電池と同条件でその変換効率
を算出することができない。

各電池の変換効率は、上述したように、それぞれの電流電圧曲線から算出したものであ
る。図２に、それぞれの電流電圧曲線を示す。ここで示すように、実施例１〜２と比較例
１では、それぞれの電流電圧曲線が、光電変換素子における典型的な電流電圧曲線形状で
ある一次曲線状をなしており、安定した電流電圧特性を示していた。実施例３〜４では、
その電流電圧曲線形状において０．４Ｖ近傍にわずかな凹みが発生し、実施例１〜２ほど
の高い安定性は発揮されなかったものの、光電変換素子としての実用に十分な程度に安定
した電流電圧特性を示していた。他方、比較例１では、０．４Ｖ近傍における凹みが顕著
化してその曲線形状がＳ字状となり、不安定な電流電圧特性を示していた。なお、このよ
うなＳ字状を示すのは、比較例１にかかるセパレータ態様では酸化還元対の円滑な移動が
阻害されてしまい、電池の対電極間における電荷の円滑な受け渡しが達成できなくなった
ためと考えられる。

ここでさらに、以下の実施例５および比較例３〜５にかかる色素増感型太陽電池を作製
し、それらの液漏れ防止性、光電変換効率および変換効率比について調べた。

（実施例５）
光電極におけるメソポーラス二酸化チタン多孔質膜の膜厚を１２μｍとするとともに、
以下のようにして作製したセパレータを用いたこと以外は、実施例１と同様の色素増感型
太陽電池である。

実施例１にかかるセパレータの作製方法において、その厚みが１．０ｍｍになるまで１
１５℃でヒートプレスした後、同じ温度で縦横が４．０×４．０となるように同時二軸延
伸したこと以外は実施例１と同様にしてセパレータを作製した。なお、このセパレータの
膜厚は１６μｍであり、空孔率は３４．７％であり、ガーレが３５５ｓｅｃ／ｄｌであり
、針強度が３５０ｇｆであり、平均孔径が０．０４７μｍであった。

（比較例３）
実施例５にかかるセパレータを２枚重ねた厚さ３２μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例５と同様の色素増感型太陽電池である。

（比較例４）
実施例５にかかるセパレータを３枚重ねた厚さ４８μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例５と同様の色素増感型太陽電池である。

（比較例５）
光電極と対向電極との間にセパレータを設けず、電解液のみを挟み込ませたこと以外は
実施例５と同様の色素増感型太陽電池である。なお、このときの対電極間の距離が１６μ
ｍとなるようにホットメルト剤の厚みを調整した。

上記実施例１〜４および比較例１〜２と同様にして、これら実施例５および比較例３〜
５の液漏れ防止性を調べたところ、実施例５と比較例３〜４では電解液の液漏れが全くな
かったが、セパレータを備えていない比較例５では液漏れが発生していた。

また、上記実施例１〜４および比較例１〜２と同様にして、これら実施例５および比較
例３〜５の電流電圧曲線を測定した。この測定結果を図３に示す。ここで示すように、実
施例５と比較例５では、それぞれの電流電圧曲線が、光電変換素子における典型的な電流
電圧曲線形状である一次曲線状をなしており、安定した電流電圧特性を示していた。他方
、比較例３〜４では、０．４Ｖ近傍における凹みが顕著化してその曲線形状がＳ字状とな
り、不安定な電流電圧特性を示していた。

この図３で示す電流電圧曲線に基づいて電池の変換効率を算出したところ、実施例５の
変換効率は３．７％であり、比較例５では４．２％であった。この比較例５の変換効率に
基づいて実施例５の変換効率比を求めたところ、０．８８と高い変換効率比を示した。

次に、以下の実施例６〜７および比較例６〜７にかかる色素増感型太陽電池を作製し、
それらの液漏れ防止性、光電変換効率および変換効率比について調べた。

（実施例６）
光電極におけるメソポーラス二酸化チタン多孔質膜の膜厚を１３μｍとするとともに、
セパレータとしてフッ素樹脂多孔質膜（日東電工株式会社製テミッシュＮＴＦ１０３３（
商標））を親水化処理したものを用いたこと以外は、実施例１と同様の色素増感型太陽電
池である。親水化処理は、フッ素系界面活性剤（ダイキン工業株式会社製ユニダインＤＳ
−４０３（商標））の１％アセトン溶液に上記フッ素樹脂多孔質膜を浸漬した後、室温で
乾燥させることで行った。なお、親水化処理後のフッ素樹脂多孔質膜の膜厚は２０μｍで
あり、空孔率は９０％であり、ガーレが０．２ｓｅｃ／ｄｌであり、圧力損失が１０２Ｐ
ａであった。

（実施例７）
膜厚が９μｍであり、空孔率が８９％であり、ガーレが０．５ｓｅｃ／ｄｌであり、圧
力損失が５９８Ｐａである親水化処理後のフッ素樹脂多孔質膜（日東電工株式会社製テミ
ッシュＮＴＦ９５２３Ｋ（商標））をセパレータに用いたこと以外は、実施例６と同様の
色素増感型太陽電池である。なお、親水化処理は、フッ素系界面活性剤（ダイキン工業株
式会社製ユニダインＤＳ−４０３（商標））の０．０６％アセトン溶液に上記フッ素樹脂
多孔質膜を浸漬した後、室温で乾燥させることで行った。

（比較例６）
実施例６にかかるセパレータを２枚重ねた厚さ４０μｍのセパレータを用いたこと以外
は、実施例６と同様の色素増感型太陽電池である。

（比較例７）
光電極と対向電極との間にセパレータを設けず、電解液のみを挟み込ませたこと以外は
実施例６と同様の色素増感型太陽電池である。なお、このときの対電極間の距離が１６μ
ｍとなるようにホットメルト剤の厚みを調整した。

上記実施例１〜４および比較例１〜２と同様にして、これら実施例６〜７および比較例
６〜７の液漏れ防止性を調べた。また、それぞれの光電変換効率および変換効率比を調べ
た。結果を下記表２にまとめて示す。

この表２で示すように、実施例６〜７と比較例６では電解液の液漏れが全くなかったが
、セパレータを備えていない比較例７では液漏れが発生していた。

また、上記実施例１〜４および比較例１〜２と同様にして、これら実施例６〜７および
比較例６〜７の電流電圧曲線を測定した。この測定結果を図４に示す。ここで示すように
、実施例６〜７と比較例７では、それぞれの電流電圧曲線が、光電変換素子における典型
的な電流電圧曲線形状である一次曲線状をなしており、安定した電流電圧特性を示してい
た。比較例６は、実施例６〜７や比較例７ほど安定ではないものの、やや安定した電流電
圧特性を示していた。

この図４で示す電流電圧曲線に基づいて電池の変換効率を算出したところ、上記表２で
示すように、実施例６の変換効率は３．４０％であり、実施例７では３．６７％であった
。また、比較例６では２．４３％であり、比較例７では３．６２％であった。この比較例
７の変換効率に基づいて実施例６の変換効率比を求めたところ、０．９４と高い変換効率
比を示した。また、実施例７では１．０１とさらに高い変換効率比を示した。他方、比較
例６では０．６７と低い変換効率比を示した。

以上の結果から、電解液がセパレータ（多孔質支持体）に充満され、当該多孔質支持体
が以下の物性（１）〜（３）のいずれか１つを満たしている本発明の態様であると、電解
液の液漏れが発生しにくくなって電池の長期信頼性を向上できるとともに、安定した電流
電圧特性が発揮されることが判った。

また、この多孔質支持体の厚みが３〜２０μｍの範囲にあると、電流電圧特性の安定性
に一層優れることが判った。

本発明は、電解液が液漏れしにくく、かつ安定した電流電圧特性を発揮する色素増感型
太陽電池の提供にも適用できる。また、電池の変形に起因した内部短絡が発生しにくい色
素増感型太陽電池の提供にも適用できる。

本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す断面図である。実施例１〜４および比較例１〜２の電流電圧曲線を示す図である。実施例５と比較例３〜５との電流電圧曲線を示す図である。実施例６〜７と比較例６〜７との電流電圧曲線を示す図である。

符号の説明

１基板
２導電膜
３バリアー層
４酸化物半導体膜
５光電極
６電解質層
７導電膜
８基板
９対向電極

Claims

電解質層を含む色素増感型太陽電池において、
前記電解質層が、多孔質支持体と、前記多孔質支持体内に充満された電解液とを含み、
前記多孔質支持体が以下の物性（１）〜（３）のいずれか一つを満たすことを特徴とす
る色素増感型太陽電池。
（１）厚さが３μｍ以上４０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が４０％以上７０％以下の
範囲にある。
（２）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が３０％以上４０％未満の
範囲にある。
（３）厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあり、空孔率が７０％を超えて９５％以
下の範囲にある。
前記多孔質支持体の厚さが３μｍ以上２０μｍ以下の範囲にある請求項１に記載の色素
増感型太陽電池。