JP2008181690A

JP2008181690A - 光電変換素子

Info

Publication number: JP2008181690A
Application number: JP2007012544A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kitamura; 隆之北村; Hiroshi Matsui; 浩志松井; Kenichi Okada; 顕一岡田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: JP5106866B2

Abstract

【課題】導電性基板を不要とし、低コスト化を図ることが可能な、新しい構造を有する光電変換素子を提供する。
【解決手段】本発明に係る光電変換素子は、別体をなす第一電極１０と第二電極１３とが、少なくとも一つづつ、電解質１４を介して配されてなる光電変換素子１であって、前記第一電極、前記第二電極および前記電解質は、略円筒状の筐体１５内に収納されるとともに、前記第一電極と前記第二電極は何れも、前記筐体内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極は、少なくとも導電性を有する第一線材１１と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体１２とから構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子及びこれに用いる第一電極に係る。より詳細には、導電性基板を不要とした新規構成からなる光電変換素子及びこれに用いる第一電極に関する。

色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、安価で高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照。）。

図７は、従来の色素増感型太陽電池の一例を示す断面図である。
この色素増感型太陽電池１００は、増感色素を担持させた多孔質半導体電極（以下、色素増感半導体電極とも呼ぶ）１０３が一方の面に形成された第一基板１０１と、導電膜１０４が形成された第二基板１０５と、これらの間に封入された例えばヨウ素／ヨウ化物イオンなどの酸化還元対を含む電解質層１０６を主な構成要素としている。

第一基板１０１としては光透過性の板材が用いられ、第一基板１０１の色素増感半導体電極１０３と接する面には導電性を持たせるために透明導電層１０２が配置されており、第一基板１０１、透明導電層１０２及び色素増感半導体電極１０３により作用極（窓極）１０８をなす。
一方、第二基板１０５としては、電解質層１０６と接する側の面には導電性を持たせるために例えば炭素や白金からなる導電層１０４が設けられ、第二基板１０５及び導電層１０４により対極１０９を構成している。

色素増感半導体電極１０３と導電層１０４が対向するように、第一基板１０１と第二基板１０５を所定の間隔をおいて配置し、両基板間の周辺部に例えば熱可塑性樹脂からなる封止剤１０７を設ける。そして、この封止剤１０７を介して２つの基板１０１、１０５を貼り合わせてセルを組み上げ、電解液の注入口１１０を通して、両極１０８、１０９間にヨウ素／ヨウ化物イオンなどの酸化還元対を含む有機電解液を充填し、電荷移送用の電解質層１０６を形成したものが挙げられる。

このような色素増感型の光電変換素子は、従来型の光電変換素子に比べて、大幅な低コスト化が可能と言われており、早期実用化が待たれる。その際、コスト低減を図る障害の一つとして、導電性基板を使用していることが挙げられる。すなわち、従来構造の光電変換素子では、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上に、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）や、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）といった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。ここで使用されるインジウム（Ｉｎ）は、希少金属であり、昨今の価格の急騰からも明らかなように、光電変換素子の低コスト化を阻害する要因となる。したがって、このような導電性基板を必要としない、全く新しい構造の色素増感型光電変換素子が実現すれば、大幅な低コスト化が図れることから、その開発が期待される。
特開平１−２２０３８０号公報 M.Graetzel et al., Nature, 737, p.353, 1991

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、導電性基板を不要とし、低コスト化を図ることが可能な、新しい構造を有する光電変換素子を提供する。

本発明の請求項１に記載の光電変換素子は、別体をなす第一電極と第二電極とが、少なくとも一つづつ、電解質を介して配されてなる光電変換素子であって、前記第一電極、前記第二電極および前記電解質は、略円筒状の筐体内に収納されるとともに、前記第一電極と前記第二電極は何れも、前記筐体内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の光電変換素子は、請求項１において、前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極が複数であることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の光電変換素子は、請求項２において、前記一方の電極は、前記他方の電極の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の光電変換素子は、請求項２において、前記一方の電極は、前記他方の電極に内包して配されていることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の光電変換素子は、請求項１において、前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極と前記第二電極の両方が複数であることを特徴とする。

本発明では、作用極をなす第一電極を、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成するとともに、略円筒状の筐体内に、その長手方向に延びる線状をなす第一電極および第二電極と、電解質とを収納することで、導電性基板を不要とした、低コスト化が図れる新しい構造の光電変換素子を提供することができる。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の光電変換素子の一例を示す断面図である。
この光電変換素子１Ａ（１）は、別体をなす第一電極１０と第二電極１３とが、少なくとも一つづつ、電解質層１４を介して配されてなる光電変換素子であって、前記第一電極１０、前記第二電極１３および前記電解質層１４は、略円筒状の筐体１５内に収納される。
そして本発明の光電変換素子は、前記第一電極１０と前記第二電極１３は何れも、前記筐体１５内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極１０は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする。

本発明では、導電性基板を必要としない、従来とは全く異なる光電変換素子１の構造を提案する。導電性は耐食性の良い金属線（第一線材１１）に担わせる。
このような光電変換素子１では、線状をなす第一電極１０の外周面が受光面となるため、照射光に対する投影面積を増大することができ、かつ光入射角度依存性が少なくなることが期待される。
また、第一電極１０と第二電極１３の双方が線状をなすことで、システム設計上の自由度が向上する。

図１において、符号１は色素増感型の光電変換素子、１０は第一電極（作用極）、１１は第一線材、１２は多孔質酸化物半導体層、１３は第二電極（対極）、１４は電解質層、１５は筐体をそれぞれ示している。
光電変換素子１において、第一電極１０、第二電極１３および電解質層１４が、略円筒状の筐体１５内に収納、封止されて光電変換素子として機能する。また、第一電極１０と第二電極１３は何れも、前記筐体１５内において、その長手方向に延びる線状をなす。

そして本実施形態の光電変換素子１では、前記第一電極１０又は前記第二電極１３の何れか一方の電極（第二電極１３）は、その他方の電極（第一電極１０）と前記筐体１５との間に配されており、前記一方の電極（第二電極１３）が複数とされている。線状をなす第一電極１０の外側に、線状をなす第二電極１３が複数配されるので、発電効率に優れる。

第一電極１０は、図１に示すように、少なくとも導電性を有する第一線材１１と、該第一線材１１の外周に配され、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層１２とから構成され、線状をなしている。

ガラス、プラスチックなどからなる透明基材上に、ＦＴＯやＩＴＯなどの透明導電膜が形成されてなる透明導電性基板を用いた従来の電極（作用極）では、透明基材の耐熱性の問題がから、多孔質酸化物半導体層の形成時に、高温での焼成が難しかったが、この第一電極１０では、上記のような問題がなく、高温で十分に焼成できるため、光電変換素子１用電極（作用極）として好適である。

また、板状の基板を用いずに線状の線材を用いているので、柔軟性を有し、様々な構造の光電変換素子用電極として利用することができる。
さらに、従来の電極のようにガラス基板や、透明導電膜を用いないため、安価に電極を製造することができる。

第一線材１１としては、具体的には、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、Ｍｏのいずれか、またはこれらの合金からなるワイヤや、中空の線材、棒材などが挙げられる。また、導電性を有し、かつ、電解質に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材を、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、Ｍｏのいずれか、またはこれらの合金で被覆したものも第一線材１１として用いられる。
このような第一線材１１の太さ（直径）としては、特に限定されるものではないが、例えば、１０［μｍ］〜５［ｍ］とするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、第一線材１１の太さは細いほどよい。

多孔質酸化物半導体層１２は、第一線材１１の周囲に設けられており、その表面には少なくとも一部に増感色素が担持されている。
なお、多孔質酸化物半導体層１２は、第一線材１１の外周の一部のみを覆うものであってもよいが、光収集能力の低下、逆電子移動反応の促進などがあるため、第一線材１１の外周を完全に覆うことが好ましい。

多孔質酸化物半導体層１２を形成する半導体としては特に限定されず、通常、光電変換素子１用の多孔質酸化物半導体を形成するのに用いられるものであれば、いかなるものでも用いることができる。このような半導体としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タングステン（ＷＯ_３）などを用いることができる。

多孔質酸化物半導体層１２を形成する方法としては、例えば、市販の酸化物半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調製できるコロイド溶液に、必要に応じて所望の添加剤を添加してから、浸漬、塗布、押し出しなどの方法により前記第一線材１１の外周に配した後、焼成することにより形成する手法が挙げられる。
このような多孔質酸化物半導体層１２の厚みとしては、特に限定されるものではないが、例えば、１［μｍ］〜５０［μｍ］が好ましい。

増感色素としては、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などを適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。

第二電極１３は、線状をなし、例えば白金（Ｐｔ）、カーボン、導電性高分子から構成される。また、導電性を有し、かつ、電解質に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材をＰｔで被覆したものや、上記線状基材をカーボンや導電性高分子で被覆したものも第二電極１３として用いられる。このような第二電極１３では電解質との電荷の授受が速やかに進行する。
このような線状基材としては、具体的には、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｒｈ、Ｍｏなどの不活性金属、あるいは炭素繊維などが挙げられる。

上記カーボンとしては、具体的には、例えば、グラファイト化（結晶化）カーボンあるいは非晶質カーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子をペースト化し、塗布してもよい。このようなカーボンを使用する場合には、加熱、焼成処理などにより不要吸着物を除去して用いたほうが、ヨウ素レドックス対の電極反応が円滑に進むようになるので好ましい。
また、第二電極１３の材料を構成する導電性高分子としては、例えば、ＰＥＤＯＴ［Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)：「ポリエチレンジオキシチオフェン」］誘導体や、ＰＡＮＩ［Polyaniline］誘導体などが挙げられる。

電解質層１４は、多孔質酸化物半導体層１２内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１２内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１２と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子および導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。

上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン性液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。

上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、（ＨＦ）_ｎ ⁻、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ_３Ｓ０_２）_２ ⁻］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。

上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどが特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質の半導電性を低下させることがなく、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。

このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。

上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合でも、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。

このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。

筐体１５としては、太陽光を透過する光学特性を有する部材が用いられる。太陽光を透過する光学特性を有する部材としては特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなど透明で剛性のある材質からなる部材が挙げられる。また、例えば、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などの透明で可撓性や柔軟性のある材質からなる部材を用いることで、光電変換素子１に可撓性や柔軟性を付与することができる。

上述した第一実施形態の光電変換素子（図１）は、例えば、以下の工程（１）〜（４）に説明する一連の製造プロセスＡ（図５）により形成できる。
（１）まず、図５に示すように、外径が０．５ｍｍφのＴｉワイヤを１本用い、半導体微粒子の懸濁液（以下、「半導体溶液」ともよぶ。）中を通過させ、このワイヤの外周に厚さが５０［μｍ］〜１００［μｍ］の被膜を形成してから、乾燥処理を施す。この被膜の形成方法として、例えば、半導体溶液を入れた容器の底部に、所望の略丸形をなす孔を一つ設け、この孔を通過させるようにワイヤを移動させる方法が挙げられる。その後、内部温度を４５０［℃］〜５５０［℃］とした恒温槽内を通し、この被膜を焼結させることにより、図１に示すような、ワイヤ１１の外周に厚さが１［μｍ］〜５０［μｍ］の多孔質半導体層１２が形成された第一電極１０を得る。
（２）次に、第一電極１０の表皮を構成する多孔質半導体層１２に色素を担時させる。その処理は、例えば、浸漬などにより行う。
（３）次いで、横断面構造において、第一電極１０を中心に配置し、白金からなる複数本の第二電極１３（図１では、８本）を第一電極１０に縦添えさせながら、押し出し法などを用いて、これらの外周を包み込み、被覆するように筐体１５を設ける。
（４）その後、適当な長さに切断し、第一電極１０と筐体１５との間に電解液を充填し、端末部を封止する。封止の際には、第一電極１０と第二電極１３がそれぞれ外部と電気的に接続されるように封止部から露呈された構成とする。
ここで、封止とは、筐体１５の端部を溶融する手法でも良いし、あるいは耐侯性の優れた材料を用いて被覆する手法であっても構わない。耐侯性の優れた材料としては、例えば、ブチルゴム、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ハイミラン、バイネルなどが挙げられる。

＜第二実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本実施形態に係る光電変換素子１Ｂ（１）の一例を示す概略斜視図である。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。ただし、図２には、内部の構造のみ明示してあり、電解質層１４や外被をなす筐体１５は省略してある。

本実施形態は、光電変換素子１が備える第一電極１０と第二電極１３の配置が異なること以外は、第一実施形態とほぼ同様である。すなわち、第一実施形態では、第二電極１３は第一電極１０と平行に配されていたが、本実施形態の光電変換素子１Ｂは、前記一方の電極（第二電極１３）は、前記他方の電極（第一電極１０）の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配されていることを特徴とする。

光電変換素子１Ｂは、上記第一実施形態と同様に、第一電極１０極の周りに第二電極１３を配した構造だが、第一電極１０の周りに第二電極１３をスパイラル状に巻きつけている。第二電極１３をスパイラル状に配することで、光電変換素子１は可撓性に優れたものとなる。

なお、図２では第一電極１０の周りに一本の第二電極１３ををスパイラル状に巻きつけているが、第一電極１０への光の入射を妨げない範囲で、上記第一実施形態と同様に、複数の第二電極１３を設けても良いし、それらを網目状に配してもよい。網目状にすることにより素子を小径化でき、また、形態安定性に優れる。

また、第一電極１０と第二電極１３とを入れ替えて、第一電極１０が外側になる構造としてもよい。これにより、第一電極１０の上に第二電極１３によって影ができることが回避され、入射する光を有効に活用できる。

第二実施形態の光電変換素子（図２）を形成する製造プロセスＢは、上述した第一実施形態の製造プロセスＡとほぼ同一であり、工程（３）において、第一電極１０に対してスパイラル状に巻き付けた形状となるように第二電極１３を設ける点のみ異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
ゆえに、第二実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。

＜第三実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態に係る光電変換素子１Ｃ（１）の一例を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

本実施形態は、光電変換素子が備える第一電極１０と第二電極１３の配置が異なること以外は、第一実施形態とほぼ同様である。すなわち、第一実施形態では、第二電極１３は第一電極１０の周囲に配されていたが、本実施形態では、一方の電極（第二電極１３）は、他方の電極（第一電極１０）に内包して配されている。

図１で示した構造では、必要な電解質の量が多くなり、素子が太くなってしまうので、本実施形態の光電変換素子１Ｃでは、図３に示すように、第一電極１０の基材（第一線材１１）にＵ字やＶ字の凹み１６を設け、その凹み１６の中に第二電極１３を配した構造とする。第二電極１３による影の部分が少なくなるため、光の収集効率が向上する。
このように第二電極１３を、第一電極１０に内在させることで、素子内部に注入される電解質の量を少なくすることができるとともに、素子の細径化が図れる。

第三実施形態の光電変換素子（図３）を形成する製造プロセスＣは、上述した第一実施形態の製造プロセスＡとほぼ同一であり、工程（１）において、横断面構造が略円形をなす第一電極１０に代えて、第二電極１３を落とし込むための凹み１６を設けた第一電極１０を用いた点が第一実施形態と異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
第一電極１０に凹み１６設けたことにより、工程（３）のみ若干変更を要する。つまり、工程（２）において色素を担持させた後、工程（３）では、凹み１６を備えた第一電極１０を中心に配置し、第二電極１３を第一電極１０の凹み１６の内部に落とし込むつつ、押し出し法などを用いて、これらの外周を包み込み、被覆するように筐体１５を設ける。
ゆえに、第三実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。

＜第四実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第四実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態に係る光電変換素子１Ｄ（１）の一例を示す断面図である。なお、本実施形態では、上述した実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

本実施形態の光電変換素子１Ｄは、第一電極１０又は第二電極１３の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体１５との間に配されており、前記一方の電極と第二電極１３の両方が複数であることを特徴とする。
図４に示す光電変換素子１Ｄでは、同軸ケーブルのように、複数の第二電極１３を多孔質体１７の中に埋め込み、さらにその周りに複数の第一電極１０を配している。このような構造とすることにより、第一電極１０の上に第二電極１３によって影ができることが回避され、入射する光を有効に活用できる。

第四実施形態の光電変換素子（図４）を形成する製造プロセスＤ（図６）は、上述した第一実施形態の製造プロセスＡとほぼ同一であり、工程（１）において、ワイヤを複数本（図４では、３本）用いて、ワイヤからなる第二電極１３が多孔質体１７に埋め込まれた構造体を形成した後、工程（３）において、この構造体の周りに複数本（図４では、１６本）の第一電極１０を設ける点が第一実施形態と異なり、その他の点は第一実施形態と同様である。
第二電極１３を複数本とすることにより、工程（１）のみ若干変更を要する。つまり、製造プロセスＤの工程（１）において、３本の第二電極１３が多孔質体１７に埋め込まれた構造体とするために、多孔質体１７を形成する際に、例えば、半導体溶液を入れた容器の底部に、所望の略丸形をなす孔を三つ設け、これらの孔を通過させるように個々のワイヤを移動させる方法が挙げられる。その際、図４に示すような第二電極１３の配置例とするためには、３つの孔の配置は、それぞれ孔の中心点が正三角形の各頂点をなし、ワイヤ同士が接触しない程度（必ず隣接する位置のワイヤ間に多孔質体が存在する）とすればよい。これにより、前述した構造体の横断面形状（多孔質体１７の外周形状）は、円形に近い形状とすることができる。
ゆえに、第四実施形態の光電変換素子は、前述した第一実施形態とほぼ同様の一連の製造プロセスにより形成できる。

以上、本発明の光電変換素子について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、第一電極および第二電極の断面が略円形状をなす場合を例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限定されず、それぞれの電極の断面は楕円、三角形、四角形、星型、その他の多角形など形状を問わない。また、これらの形状を組み合わせてもよい。中でも円や楕円、特に作用極が円であれば、あらゆる方向から入射する光に対してほぼ同じ感度を示し、第二電極の断面が円形状であれば、第一電極上に生じる影になる部分の面積を最小限にするので、素子全体としての光の入射方向に対する変換効率の変動、低下が少ない構成が得られる。さらに、断面が円形状の金属線は、延伸によりもっとも安価に製造できるため、コストメリットの高い構成とすることができる。

第一電極および第二電極の数も、上述した例に限定されない。例えば、図１は、一本の第一電極１０の外側に同じ太さを有する八本の第二電極１３を配した構成例であるが、第二電極１３の本数を増減した構成としてもよい。また、異なる太さを有する第二電極１３を何種類か用い、これらを順番にあるいは無作為に混在させた構成とすることも可能である。さらに、図示はしないが、第二電極１３を中心とし、第一電極１０を外周に配置した構成としてもよい。ただし、第一電極１０を外周に配する場合は最密充填配置が好ましいが、第二電極１３を外周に配する場合は中心に配された第一電極１０に光が届きにくくなるので、第二電極１３の配置方法に考慮することが大切である。

また、上述した図２の構成例は、一方の電極（第二電極１３）は、他方の電極（第一電極１０）の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配された一例を示しているが、例えば、両電極間も満たすように配される電解質層１４の特性に応じて、両電極間の離間距離を適宜調整して、発電特性を制御できる。特に、スパイラル状とする場合には、隣接して同様にスパイラル状に配置される一方の電極（第二電極１３）同士の間隔や、スパイラル状に巻き付ける角度などを適宜調整することによっても、発電特性を制御可能となる。

ここでは、図１と図２の構成例を取り上げて各種のオプション的な配置について説明したが、図３や図４の構成例にあっても、上述した各種のオプション的な配置は採用可能であり、必要に応じて適用されるものである。

本発明は、導電性基板を不要とし、低コスト化を図ることが可能な光電変換素子として適用可能である。これ加えて、本発明に係る光電変換素子は、従来は適用が困難であった、入射光の角度依存性が少ないことを求められる用途や、柔軟性が求められる用途などに好適である。

本発明に係る光電変換素子の一例を示す断面図である。図１の光電変換素子において外側の電極の配置例を示す斜視図である。本発明に係る光電変換素子の他の一例を示す断面図である。本発明に係る光電変換素子の他の一例を示す断面図である。本発明に係る光電変換素子の製造プロセスＡを示す図である。本発明に係る光電変換素子の製造プロセスＤを示す図である。従来の光電変換素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ（１）光電変換素子、１０第一電極、１１第一線材、１２多孔質酸化物半導体層、１３第二電極、１４電解質層、１５筐体、１６凹み、１７多孔質体。

Claims

別体をなす第一電極と第二電極とが、少なくとも一つづつ、電解質を介して配されてなる光電変換素子であって、
前記第一電極、前記第二電極および前記電解質は、略円筒状の筐体内に収納されるとともに、
前記第一電極と前記第二電極は何れも、前記筐体内において、その長手方向に延びる線状をなしており、かつ、前記第一電極は、少なくとも導電性を有する第一線材と、該第一線材の外周に配され、色素を担持した多孔質酸化物半導体とから構成されていることを特徴とする光電変換素子。
前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極が複数であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
前記一方の電極は、前記他方の電極の外面に沿って、スパイラル状または網目状に配されていることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。
前記一方の電極は、前記他方の電極に内包して配されていることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。
前記第一電極又は前記第二電極の何れか一方の電極は、その他方の電極と前記筐体との間に配されており、前記一方の電極と前記第二電極の両方が複数であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。