JP2009016165A - 色素増感型太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換効率のピーク波長が異なる２種以上の色素を用いてエネルギー変換効率を向上させた色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】光電変換層１３は光電変換効率のピーク波長が異なる色素が吸着された３種の色素領域１３ａ〜１３ｃを２次元配列のストライプ状パターンで備え、透明受光層１１の表面には該透明受光層１１に照射された白色光ＩＢを前記ピーク波長それぞれに整合した３種の波長光Ｂ１〜Ｂ３に分光して各波長光Ｂ１〜Ｂ３を対応するピーク波長の色素領域１３ａ〜１３ｃそれぞれに導くための複数のグレーティング１１ａが設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、色素増感型太陽電池に関する。

色素増感型太陽電池は、ガラス等の透明受光層に付設された錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等の透明電極層と、酸化チタン等の多孔質半導体及びその表面に吸着されたルテニウム金属錯体色素等の色素を含む光電変換層と、ヨウ素レドックスカップル（Ｉ^-／Ｉ₃ ^-）を含むアセトニトリル系溶媒等の電荷輸送層と、プラチナ等の対向電極層とを備えている。

この色素増感型太陽電池にあっては以下のようなサイクルで所期の光電変換が行われる。即ち、透明受光層及び透明電極層を通じて光電変換層の色素に太陽光等の白色光が照射されると、光エネルギーによる励起によって色素から電子が放出され、該電子が多孔質半導体を経由して透明電極層に移動しさらに透明電極層と対向電極層との間に接続された外部回路を介して対向電極層に移動する。電子を放出して酸化した色素は電荷輸送層から電子を受け取って中性化し、電子を失って酸化した電荷輸送層は対向電極層に移動した電子を受け取って還元される。
特開２００１−１７６５６５ 特開２００３−２４９２７４

色素増感型太陽電池の光電変換特性はエネルギー変換効率（単位は％）の他に光電変換効率（単位は％）と称されるＩＰＣＥ（Ｉｎｃｉｄｅｎｔ Ｐｈｏｔｏｎ ｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）によって評価される。因みに、この光電変換効率は照射光の波長を連続的に変化させながら起電力を測定することによって得られる値である。

より高いエネルギー変換効率を得るには、色素として広い周波数域で高い光電変換効率が得られるものを用いることが理想的であるが、現状にあってそのような特性の色素を得ることは技術的に困難である。

本発明者等はこのような現状を踏まえた上で、光電変換効率のピーク波長が異なる色素を２種以上混合して用いることを検討したが、光電変換に際して色素同士で会合や電子の授受やエネルギー移動等を生じてしまい、結果的に期待するほどのエネルギー変換効率が得られなかった。

本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、光電変換効率のピーク波長が異なる２種以上の色素を用いてエネルギー変換効率を向上させた色素増感型太陽電池を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、透明受光層に付設された透明電極層と、多孔質半導体及びその表面に吸着された色素を含む光電変換層と、電荷輸送層と、対向電極層とを具備した色素増感型太陽電池であって、光電変換層は、光電変換効率のピーク波長が異なる色素が吸着された２種以上の色素領域を２次元配列で備え、透明受光層または透明電極層は、透明受光層に照射された白色光を前記ピーク波長それぞれに整合した２種以上の波長光に分光して各波長光を対応するピーク波長の色素領域それぞれに導く分光手段を備える、ことをその特徴とする。

この色素増感型太陽電池によれば、透明受光層に照射された白色光を分光手段により２種以上の波長光に分光して各波長光を対応するピーク波長の色素領域それぞれに導くことができるので、各色素領域の色素における光吸収を効果的に且つ高効率で行って、色素増感型太陽電池全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。

本発明によれば、吸収波長域が異なる２種以上の色素を用いてエネルギー変換効率を向上できる色素増感型太陽電池を提供できる。

本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。

［第１実施形態］
図１〜図５は本発明の第１実施形態（色素増感型太陽電池１０）に係るもので、図１は色素増感型太陽電池の要部縦断面図、図２は図１の上面図、図３は図１及び図２に示したグレーティングの詳細図、図４は図１のＳ１−Ｓ１線断面図、図５は図１に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。

まず、図１〜図４を参照して、色素増感型太陽電池１０の構造について説明する。

この色素増感型太陽電池１０は、図１に示すように、透明受光層１１と、透明受光層１１に付設された透明電極層１２と、多孔質半導体及びその表面に吸着された色素を含む光電変換層１３と、電荷輸送層１４と、対向電極層１５と、支持層１６とを備えている。

透明受光層１１はアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から成る。この透明受光層１１の表面には、図１及び図２に示すように、帯状を成す透過型のグレーティング１１ａが帯状の平面部１１ｂを介して平行に且つ一体に設けられている。

各グレーティング１１ａは、図３に示すように、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ１の第１隆起１１ａ１を距離Ｌ１間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ２の第２隆起１１ａ２を距離Ｌ２間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ３の第３隆起１１ａ３を距離Ｌ３間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ４の第４隆起１１ａ４を距離Ｌ４間に複数配設した部分とを、同順序で連続して並べた形態を有する。第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４の高さｈは全て等しく距離Ｌ１〜Ｌ４も全て等しいが、周期Ｐ１〜Ｐ４はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係にある。

各グレーティング１１ａは、照射された白色光（太陽光や蛍光灯光や電球光等を含む）ＩＢを、赤色域波長、例えば７００ｎｍの第１波長光Ｂ１と、緑色域波長、例えば５３０ｎｍの第２波長光Ｂ２と、青紫域波長、例えば４３０ｎｍの第３波長光Ｂ３に分光するためのもので、第１〜第３波長光Ｂ１〜Ｂ３の回折角θB1〜θB3（図示省略）は各々の波長との兼ね合いからθB1＞θB2＞θB3の関係となる（図５参照）。因みに、第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、各隆起群ともθB1＞θB2＞θB3の関係は変わらない。

透明電極層１２は錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）等から成る。

光電変換層１３を構成する多孔質半導体は、半導体特性を有する遷移金属の酸化物または複合酸化物、例えばＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₆，ＺｒＯ₂，ＣｅＯ₂，ＷＯ₃，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＣｕＡｌＯ₂，ＳｒＣｕ₂Ｏ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＫＴａＯ₃等から成る。この多孔質半導体は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。

また、光電変換層１３は、図４に示すように、平行帯状の第１〜第３色素領域１３ａ〜１３ｃを同じ並び順で連続して配した２次元配列のストライプ状パターンで有している。第１色素領域１３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域の色素、例えばフタロシアニン誘導体やシアニン色素等が吸着され、第２色素領域１３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域の色素、例えばインドリン系色素等が吸着され、第３色素領域１３ｂには光電変換効率のピーク波長が青紫色域の色素、例えばクマリン系色素やインドリン系色素等が吸着されている。

つまり、第１色素領域１３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合した色素が吸着され、第２色素領域１３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合した色素が吸着され、第１色素領域１３ａには光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合した色素が吸着されている。因みに、第１〜第３色素領域１３ａ〜１３ｃへの色素の吸着及び吸着領域の制御はインクジェット法等の公知の印刷法により的確に行える。

電荷輸送層１４は酸化還元性電解質を含む液体或いはゲル、例えばヨウ素レドックスカップル（Ｉ^-／Ｉ₃ ^-）を含むアセトニトリル系溶媒や、これにゲル化剤を添加したもの等から成る。図面では便宜上電荷輸送層１４を光電変換層１３に隣接して層状に描いてあるが、電荷輸送層１４を構成する酸化還元性電解質を含む液体或いはゲルは色素が吸着された光電変換層１３の表面（微細孔の内面を含む）に均一に接触している。

対向電極層１５はプラチナ等から成る。この対向電極層１５は前記同様の透明電極層やカーボン電極層やこれらにプラチナ膜を形成したもので代用してもよい。

支持層１６は不透明や半透明のプラスチックやガラス、或いは、透明プラスチックや透明ガラス等から成る。

次に、図５を参照して、色素増感型太陽電池１０の光電変換作用について説明する。

透明受光層１１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各グレーティング１１ａに照射された白色光ＩＢは赤色域波長の第１波長光Ｂ１と緑色域波長の第２波長光Ｂ２と青紫域波長の第３波長光Ｂ３に所定の回折角θB1〜θB3をもって分光される。先に述べたように第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、図５には図示の便宜上、これらをまとめて３本の矢印で示してある。

各グレーティング１１ａで分光された第１波長光Ｂ１は光電変換層１３の第１色素領域１３ａに配光され該第１色素領域１３ａの形状に沿うように照射される。また、各グレーティング１１ａで分光された第２波長光Ｂ２は光電変換層１３の第２色素領域１３ｂに配光され該第２色素領域１３ｂの形状に沿うように照射される。さらに、各グレーティング１１ａで分光された第３波長光Ｂ３は光電変換層１３の第３色素領域１３ｃに配光され該第３色素領域１３ｃの形状に沿うように照射される。因みに、透明受光層１１及び透明電極層１２の厚さｆは前記配光及び照射が行えるように設定されている。

詳しくは、左から２番目のグレーティング１１ａで分光された第１波長光Ｂ１は最も左の第１色素領域１３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域１３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域１３ｃに配光して照射される。また、左から３番目のグレーティング１１ａで分光された第１波長光Ｂ１は左から２番目の第１色素領域１３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域１３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域１３ｃに配光して照射される。さらに、左から４番目のグレーティング１１ａで分光された第１波長光Ｂ１は左から３番目の第１色素領域１３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域１３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域１３ｃに配光して照射される。

具体例を挙げて説明すれば、アクリル樹脂（ｎ＝１．４９２）を透明受光層１１及び各グレーティング１１ａの材料とする場合には、各グレーティング１１ａの第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４の高さｈを１０７７ｎｍとし、第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４の周期Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ３６００ｎｍ，２６００ｎｍ，２２００ｎｍ，１８００ｎｍとし、距離Ｌ１〜Ｌ４を５００μｍとし、厚さｆを１０ｍｍとし、各平坦部１１ｂの幅を１ｍｍとすると前記の如き分光，配光及び照射が的確に行える。因みに、第１〜第４隆起１１ａ１〜１１ａ４の高さｈは、分光時に赤色域波長の第１波長光Ｂ１（例えば７００ｎｍ）と青紫域波長の第３波長光Ｂ３（例えば４３０ｎｍ）の回折が極力効率良く行えるように、緑色域波長の第２波長光Ｂ２の波長（例えば５３０ｎｍ）で回折効率が最大になるように設定されている。

一方、透明受光層１１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各平面部１１ｂに照射された白色光は分光及び回折をせずに光電変換層１３の所定の色素領域に照射される。第１実施形態にあっては各平面部１１ｂに第３色素領域１３ｃが向き合うようになっているため、各平面部１１ｂに照射された白色光は第３色素領域１３ｃにそれぞれ照射される。

つまり、光電変換層１３の第１色素領域１３ａそれぞれには分光後の赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射され、第２色素領域１３ｂそれぞれには分光後の緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射され、第３色素領域１３ｃそれぞれには分光後の青紫域波長の第３波長光Ｂ３が照射されると共に白色光も照射される。

先に述べたように、各第１色素領域１３ａの色素は光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合し、各第２色素領域１３ｂの色素は光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合し、各第３色素領域１３ｃの色素は光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合しているため、各第１色素領域１３ａの色素は赤色域波長の第１波長光Ｂ１を高効率で吸収し、各第２色素領域１３ｂの色素は緑色域波長の第２波長光Ｂ２を高効率で吸収し、各第３色素領域１３ｃの色素は青紫域波長の第３波長光Ｂ３並びに白色光に含まれる青紫域波長の波長光を高効率で吸収する。

要するに、白色光を３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光して各波長光（Ｂ１〜Ｂ３）を対応するピーク波長の色素領域（１３ａ〜１３ｃ）それぞれに導いているので、各色素領域（１３ａ〜１３ｃ）の色素における光吸収を効果的に且つ高効率で行って、色素増感型太陽電池全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。しかも、白色光を光の３原色に相当する３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光しているので、白色光が持つ光エネルギーを有効利用して前記の光吸収をより効果的且つ高効率で行うことができる。

また、赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射された各第１色素領域１３ａは照射時に赤色域以外の色、例えばフタロシアニン誘導体の場合には青色に発色し、また、緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射された各第２色素領域１３ｂは照射時に緑色以外の色、例えばインドリン系色素の場合には赤紫色に発色し、さらに、青紫域波長の第３波長光Ｂ３及び白色光が照射された各第３色素領域１３ｃは青紫域以外の色、例えばインドリン系色素の場合には黄色に発色する。

要するに、前記の光照射によって光電変換層１３の第１〜第３色素領域１３ａ〜１３ｃはそれぞれ異なる色に発色して複数色で発色した２次元配列のストライプ状パターンを形成し、該複数色で発色した２次元配列のストライプ状パターンは透明電極層１２側から視認することができるので、単一色素の色素増感型太陽電池では得られない美麗な外観を得ることができる。

［第２実施形態］
図６〜図８は本発明の第２実施形態（色素増感型太陽電池２０）に係るもので、図６は色素増感型太陽電池の要部縦断面図、図７は図６の上面図、図８は図６のＳ２−Ｓ２線断面図である。

この色素増感型太陽電池２０は、透明受光層２１と、透明受光層２１に付設された透明電極層２２と、多孔質半導体及びその表面に吸着された色素を含む光電変換層２３と、電荷輸送層２４と、対向電極層２５と、支持層２６とを備えている。

この色素増感型太陽電池２０は、透明受光層２１の表面に設けた複数のグレーティング２１ａ及び平面部２１ｂの配列をチェック状とし、光電変換層２３の第１〜第３色素領域２３ａ〜２３ｃの配列をチェック状にした点において、前述の第１実施形態（色素増感型太陽電池１０）と構成を異にしている。名称を同じくする他の構成は前述の第１実施形態（色素増感型太陽電池１０）と同じであるためその説明を省略し、以下に構成を異にする透明受光層２１及び光電変換層２３について説明する。

透明受光層２１はアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から成る。この透明受光層２１の表面には、図６及び図７に示すように、所定長で帯状を成す透過型のグレーティング２１ａが平面部２１ｂを介してチェック状に且つ一体に設けられている。

各グレーティング２１ａは、図３に示したものと同様に、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ１の第１隆起２１ａ１（図示省略）を距離Ｌ１間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ２の第２隆起２１ａ２（図示省略）を距離Ｌ２間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ３の第３隆起２１ａ３（図示省略）を距離Ｌ３間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ４の第４隆起２１ａ４（図示省略）を距離Ｌ４間に複数配設した部分とを、同順序で連続して並べた形態を有する。第１〜第４隆起２１ａ１〜２１ａ４の高さｈは全て等しく距離Ｌ１〜Ｌ４も全て等しいが、周期Ｐ１〜Ｐ４はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係にある。

各グレーティング２１ａは、照射された白色光（太陽光や蛍光灯光や電球光等を含む）ＩＢを、赤色域波長、例えば７００ｎｍの第１波長光Ｂ１と、緑色域波長、例えば５３０ｎｍの第２波長光Ｂ２と、青紫域波長、例えば４３０ｎｍの第３波長光Ｂ３に分光するためのもので、第１〜第３波長光Ｂ１〜Ｂ３の回折角θB1〜θB3（図示省略）は各々の波長との兼ね合いからθB1＞θB2＞θB3の関係となる（図５参照）。因みに、第１〜第４隆起２１ａ１〜２１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、各隆起群ともθB1＞θB2＞θB3の関係は変わらない。

光電変換層２３を構成する多孔質半導体は、半導体特性を有する遷移金属の酸化物または複合酸化物、例えばＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₆，ＺｒＯ₂，ＣｅＯ₂，ＷＯ₃，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＣｕＡｌＯ₂，ＳｒＣｕ₂Ｏ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＫＴａＯ₃等から成る。この多孔質半導体は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。

また、光電変換層２３は、図８に示すように、平行帯状で所定長の第１〜第３色素領域２３ａ〜２３ｃを同じ並び順で連続して配した複数の列が交互に並び方向でずれるように配した２次元配列のチェック状パターンで有している。第１色素領域２３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域の色素、例えばフタロシアニン誘導体やシアニン色素等が吸着され、第２色素領域２３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域の色素、例えばインドリン系色素等が吸着され、第３色素領域２３ｂには光電変換効率のピーク波長が青紫色域の色素、例えばクマリン系色素やインドリン系色素等が吸着されている。

つまり、第１色素領域２３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合した色素が吸着され、第２色素領域２３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合した色素が吸着され、第１色素領域２３ａには光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合した色素が吸着されている。因みに、第１〜第３色素領域２３ａ〜２３ｃへの色素の吸着及び吸着領域の制御はインクジェット法等の公知の印刷法により的確に行える。

次に、色素増感型太陽電池２０の光電変換作用について説明する。

図５と同様に、透明受光層２１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各グレーティング２１ａに照射された白色光ＩＢは赤色域波長の第１波長光Ｂ１と緑色域波長の第２波長光Ｂ２と青紫域波長の第３波長光Ｂ３に所定の回折角θB1〜θB3をもって分光される。

各グレーティング２１ａで分光された第１波長光Ｂ１は光電変換層２３の第１色素領域２３ａに配光され該第１色素領域２３ａの形状に沿うように照射される。また、各グレーティング２１ａで分光された第２波長光Ｂ２は光電変換層２３の第２色素領域２３ｂに配光され該第２色素領域２３ｂの形状に沿うように照射される。さらに、各グレーティング２１ａで分光された第３波長光Ｂ３は光電変換層２３の第３色素領域２３ｃに該第３色素領域２３ｃの形状に沿うように配光される。因みに、透明受光層２１及び透明電極層２２の厚さｆは前記配光及び照射が行えるように設定されている。

詳しくは、左から２番目のグレーティング２１ａで分光された第１波長光Ｂ１は最も左の第１色素領域２３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域２３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域２３ｃに配光して照射される。また、左から３番目のグレーティング２１ａで分光された第１波長光Ｂ１は左から２番目の第１色素領域２３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域２３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域２３ｃに配光して照射される。さらに、左から４番目のグレーティング２１ａで分光された第１波長光Ｂ１は左から３番目の第１色素領域２３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその右側の第２色素領域２３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその右側の第３色素領域２３ｃに配光して照射される。この配光，照射作用は先に述べた第１〜第３色素領域２３ａ〜２３ｃの列それぞれで同様に行われる。

具体例を挙げて説明すれば、アクリル樹脂（ｎ＝１．４９２）を透明受光層２１及び各グレーティング２１ａの材料とする場合には、各グレーティング２１ａの第１〜第４隆起２１ａ１〜２１ａ４の高さｈを１０７７ｎｍとし、第１〜第４隆起２１ａ１〜２１ａ４の周期Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ３６００ｎｍ，２６００ｎｍ，２２００ｎｍ，１８００ｎｍとし、距離Ｌ１〜Ｌ４を５００μｍとし、厚さｆを１０ｍｍとし、各平坦部２１ｂの幅を１ｍｍとすると前記の如き分光，配光及び照射が的確に行える。因みに、第１〜第４隆起２１ａ１〜２１ａ４の高さｈは、分光時に赤色域波長の第１波長光Ｂ１（例えば７００ｎｍ）と青紫域波長の第３波長光Ｂ３（例えば４３０ｎｍ）の回折が極力効率良く行えるように、緑色域波長の第２波長光Ｂ２の波長（例えば５３０ｎｍ）で回折効率が最大になるように設定されている。

一方、透明受光層２１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各平面部２１ｂに照射された白色光は分光及び回折をせずに光電変換層２３の所定の色素領域に照射される。第２実施形態にあっては各平面部２１ｂに第３色素領域２３ｃが向き合うようになっているため、各平面部２１ｂに照射された白色光は第３色素領域２３ｃにそれぞれ照射される。

つまり、光電変換層２３の第１色素領域２３ａそれぞれには分光後の赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射され、第２色素領域２３ｂそれぞれには分光後の緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射され、第３色素領域２３ｃそれぞれには分光後の青紫域波長の第３波長光Ｂ３が照射されると共に白色光も照射される。

先に述べたように、各第１色素領域２３ａの色素は光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合し、各第２色素領域２３ｂの色素は光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合し、各第３色素領域２３ｃの色素は光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合しているため、各第１色素領域２３ａの色素は赤色域波長の第１波長光Ｂ１を高効率で吸収し、各第２色素領域２３ｂの色素は緑色域波長の第２波長光Ｂ２を高効率で吸収し、各第３色素領域２３ｃの色素は青紫域波長の第３波長光Ｂ３並びに白色光に含まれる青紫域波長の波長光を高効率で吸収する。

要するに、白色光を３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光して各波長光（Ｂ１〜Ｂ３）を対応するピーク波長の色素領域（２３ａ〜２３ｃ）それぞれに導いているので、各色素領域（２３ａ〜２３ｃ）の色素における光吸収を効果的に且つ高効率で行って、色素増感型太陽電池全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。しかも、白色光を光の３原色に相当する３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光しているので、白色光が持つ光エネルギーを有効利用して前記の光吸収をより効果的且つ高効率で行うことができる。

また、赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射された各第１色素領域２３ａは照射時に赤色域以外の色、例えばフタロシアニン誘導体の場合には青色に発色し、また、緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射された各第２色素領域２３ｂは照射時に緑色以外の色、例えばインドリン系色素の場合には赤紫色に発色し、さらに、青紫域波長の第３波長光Ｂ３及び白色光が照射された各第３色素領域２３ｃは青紫域以外の色、例えばインドリン系色素の場合には黄色に発色する。

要するに、前記の光照射によって光電変換層２３の第１〜第３色素領域２３ａ〜２３ｃはそれぞれ異なる色に発色して複数色で発色した２次元配列のチェック状パターンを形成し、該複数色で発色した２次元配列のチェック状パターンは透明電極層２２側から視認することができるので、単一色素の色素増感型太陽電池では得られない美麗な外観を得ることができる。

［第３実施形態］
図９〜図１２は本発明の第３実施形態（色素増感型太陽電池３０）に係るもので、図９は色素増感型太陽電池の要部縦断面図、図１０は図９の上面図、図１１は図９のＳ３−Ｓ３線断面図、図１２は図９に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。

まず、図９〜図１１を参照して、色素増感型太陽電池３０の構造について説明する。

この色素増感型太陽電池３０は、図９に示すように、透明受光層３１と、透明受光層３１に付設された透明電極層３２と、多孔質半導体及びその表面に吸着された色素を含む光電変換層３３と、電荷輸送層３４と、対向電極層３５と、支持層３６とを備えている。

透明受光層３１はアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から成る。この透明受光層３１の表面には、図９及び図１０に示すように、リング状の透過型のグレーティング３１ａがリング状の平面部３１ｂ（中心の平面部３１ｂのみは円）を介して同心状に且つ一体に設けられている。

各グレーティング３１ａは、図３に示したものと同様に、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ１の第１隆起３１ａ１（図示省略）を距離Ｌ１間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ２の第２隆起３１ａ２（図示省略）を距離Ｌ２間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ３の第３隆起３１ａ３（図示省略）を距離Ｌ３間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ４の第４隆起３１ａ４（図示省略）を距離Ｌ４間に複数配設した部分とを、同順序で連続して並べた形態を有する。第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４の高さｈは全て等しく距離Ｌ１〜Ｌ４も全て等しいが、周期Ｐ１〜Ｐ４はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係にある。

各グレーティング３１ａは、照射された白色光（太陽光や蛍光灯光や電球光等を含む）ＩＢを、赤色域波長、例えば７００ｎｍの第１波長光Ｂ１と、緑色域波長、例えば５３０ｎｍの第２波長光Ｂ２と、青紫域波長、例えば４３０ｎｍの第３波長光Ｂ３に分光するためのもので、第１〜第３波長光Ｂ１〜Ｂ３の回折角θB1〜θB3（図示省略）は各々の波長との兼ね合いからθB1＞θB2＞θB3の関係となる（図１２参照）。因みに、第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、各隆起群ともθB1＞θB2＞θB3の関係は変わらない。

透明電極層３２は錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）等から成る。

光電変換層３３を構成する多孔質半導体は、半導体特性を有する遷移金属の酸化物または複合酸化物、例えばＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₆，ＺｒＯ₂，ＣｅＯ₂，ＷＯ₃，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＣｕＡｌＯ₂，ＳｒＣｕ₂Ｏ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＫＴａＯ₃等から成る。この多孔質半導体は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。

また、光電変換層３３は、図１１に示すように、同心リング状の第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃ（中心の第１色素領域３３ａのみは円）を同じ並び順で連続して配した２次元配列の多重リング状パターンで有している。第１色素領域３３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域の色素、例えばフタロシアニン誘導体やシアニン色素等が吸着され、第２色素領域３３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域の色素、例えばインドリン系色素等が吸着され、第３色素領域３３ｂには光電変換効率のピーク波長が青紫色域の色素、例えばクマリン系色素やインドリン系色素等が吸着されている。

つまり、第１色素領域３３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合した色素が吸着され、第２色素領域３３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合した色素が吸着され、第１色素領域３３ａには光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合した色素が吸着されている。因みに、第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃへの色素の吸着及び吸着領域の制御はインクジェット法等の公知の印刷法により的確に行える。

電荷輸送層３４は酸化還元性電解質を含む液体或いはゲル、例えばヨウ素レドックスカップル（Ｉ^-／Ｉ₃ ^-）を含むアセトニトリル系溶媒や、これにゲル化剤を添加したもの等から成る。図面では便宜上電荷輸送層３４を光電変換層３３に隣接して層状に描いてあるが、電荷輸送層３４を構成する酸化還元性電解質を含む液体或いはゲルは色素が吸着された光電変換層３３の表面（微細孔の内面を含む）に均一に接触している。

対向電極層３５はプラチナ等から成る。この対向電極層１５は前記同様の透明電極層やカーボン電極層やこれらにプラチナ膜を形成したもので代用してもよい。

支持層３６は不透明や半透明のプラスチックやガラス、或いは、透明プラスチックや透明ガラス等から成る。

次に、図１２を参照して、色素増感型太陽電池３０の光電変換作用について説明する。

透明受光層３１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各グレーティング３１ａに照射された白色光ＩＢは赤色域波長の第１波長光Ｂ１と緑色域波長の第２波長光Ｂ２と青紫域波長の第３波長光Ｂ３に所定の回折角θB1〜θB3をもって分光される。先に述べたように第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、図１２には図示の便宜上、これらをまとめて３本の矢印で示してある。

各グレーティング３１ａで分光された第１波長光Ｂ１は光電変換層３３の第１色素領域３３ａに配光され該第１色素領域３３ａの形状の沿うように照射される。また、各グレーティング３１ａで分光された第２波長光Ｂ２は光電変換層３３の第２色素領域３３ｂに配光され該第２色素領域３３ｂの形状に沿うように照射される。さらに、各グレーティング３１ａで分光された第３波長光Ｂ３は光電変換層３３の第３色素領域３３ｃに配光され該第３色素領域３３ｃの形状に沿うように照射される。

詳しくは、外側のグレーティング３１ａで分光された第１波長光Ｂ１は外側から３番目の第１色素領域３３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその外側の第２色素領域３３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその外側の第３色素領域３３ｃに配光して照射される。また、内側のグレーティング３１ａで分光された第１波長光Ｂ１は中心の第１色素領域３３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２はその外側の第２色素領域３３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３はその外側の第３色素領域３３ｃに配光して照射される。因みに、透明受光層３１及び透明電極層３２の厚さｆは前記配光及び照射が行えるように設定されている。

具体例を挙げて説明すれば、アクリル樹脂（ｎ＝１．４９２）を透明受光層３１及び各グレーティング３１ａの材料とする場合には、各グレーティング３１ａの第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４の高さｈを１０７７ｎｍとし、第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４の周期Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ３６００ｎｍ，２６００ｎｍ，２２００ｎｍ，１８００ｎｍとし、距離Ｌ１〜Ｌ４を５００μｍとし、厚さｆを１０ｍｍとし、グレーティング３１ａ間の平坦部３１ｂの幅を１ｍｍとすると前記の如き分光，配光及び照射が的確に行える。因みに、第１〜第４隆起３１ａ１〜３１ａ４の高さｈは、分光時に赤色域波長の第１波長光Ｂ１（例えば７００ｎｍ）と青紫域波長の第３波長光Ｂ３（例えば４３０ｎｍ）の回折が極力効率良く行えるように、緑色域波長の第２波長光Ｂ２の波長（例えば５３０ｎｍ）で回折効率が最大になるように設定されている。

一方、透明受光層３１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各平面部３１ｂに照射された白色光は分光及び回折をせずに光電変換層３３の所定の色素領域に照射される。第３実施形態にあっては外側の平面部３１ｂに最も外側の第３色素領域３３ｃが向き合い、中心の平面部３１ｂに内側の第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃが向き合うようになっているため、外側の平面部３１ｂに照射された白色光は最も外側の第３色素領域３３ｃに照射され、中心の平面部３１ｂに照射された光は内側の第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃに照射される。

つまり、光電変換層３３の第１色素領域３３ａそれぞれには分光後の赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射され、第２色素領域３３ｂそれぞれには分光後の緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射され、第３色素領域３３ｃそれぞれには分光後の青紫域波長の第３波長光Ｂ３が照射される。また、最も外側の第３色素領域３３ｃと内側の第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃには白色光も照射される。

先に述べたように、各第１色素領域３３ａの色素は光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合し、各第２色素領域３３ｂの色素は光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合し、各第３色素領域３３ｃの色素は光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合しているため、各第１色素領域３３ａの色素は赤色域波長の第１波長光Ｂ１を高効率で吸収し、各第２色素領域３３ｂの色素は緑色域波長の第２波長光Ｂ２を高効率で吸収し、各第３色素領域３３ｃの色素は青紫域波長の第３波長光Ｂ３並びに白色光に含まれる青紫域波長の波長光を高効率で吸収する。

要するに、白色光を３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光して各波長光（Ｂ１〜Ｂ３）を対応するピーク波長の色素領域（３３ａ〜３３ｃ）それぞれに導いているので、各色素領域（３３ａ〜３３ｃ）の色素における光吸収を効果的に且つ高効率で行って、色素増感型太陽電池全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。しかも、白色光を光の３原色に相当する３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光しているので、白色光が持つ光エネルギーを有効利用して前記の光吸収をより効果的且つ高効率で行うことができる。

また、赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射された各第１色素領域３３ａは照射時に赤色域以外の色、例えばフタロシアニン誘導体の場合には青色に発色し、また、緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射された各第２色素領域３３ｂは照射時に緑色以外の色、例えばインドリン系色素の場合には赤紫色に発色し、さらに、青紫域波長の第３波長光Ｂ３及び白色光が照射された各第３色素領域３３ｃは青紫域以外の色、例えばインドリン系色素の場合には黄色に発色する。

要するに、前記の光照射によって光電変換層３３の第１〜第３色素領域３３ａ〜３３ｃはそれぞれ異なる色に発色して複数色で発色した２次元配列の多重リング状パターンを形成し、該複数色で発色した２次元配列の多重リング状パターンは透明電極層３２側から視認することができるので、単一色素の色素増感型太陽電池では得られない美麗な外観を得ることができる。

［第４実施形態］
図１３〜図１６は本発明の第４実施形態（色素増感型太陽電池４０）に係るもので、図１３は色素増感型太陽電池の要部縦断面図、図１４は図１３の上面図、図１５は図１３のＳ４−Ｓ４線断面図、図１６は図１３に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。

まず、図１３〜図１５を参照して、色素増感型太陽電池４０の構造について説明する。

この色素増感型太陽電池４０は、図１３に示すように、透明受光層４１と、透明受光層４１に付設された透明電極層４２と、多孔質半導体及びその表面に吸着された色素を含む光電変換層４３と、電荷輸送層４４と、対向電極層４５と、支持層４６とを備えている。

透明受光層４１はアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から成る。この透明受光層４１の表面には、図１３及び図１４に示すように、向きが異なる螺旋状の２つの透過型のグレーティング４１ａが螺旋状の平面部４１ｂ（中心の平面部４１ｂのみは異形）を介して同心状に且つ一体に設けられている（図９及び図１０参照）。

各グレーティング４１ａは、図３に示したものと同様に、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ１の第１隆起４１ａ１（図示省略）を距離Ｌ１間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ２の第２隆起４１ａ２（図示省略）を距離Ｌ２間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ３の第３隆起４１ａ３（図示省略）を距離Ｌ３間に複数並設した部分と、縦断面形が直角三角形を成し高さがｈで周期がＰ４の第４隆起４１ａ４（図示省略）を距離Ｌ４間に複数配設した部分とを、同順序で連続して並べた形態を有する。第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４の高さｈは全て等しく距離Ｌ１〜Ｌ４も全て等しいが、周期Ｐ１〜Ｐ４はＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ４の関係にある。

各グレーティング４１ａは、照射された白色光（太陽光や蛍光灯光や電球光等を含む）ＩＢを、赤色域波長、例えば７００ｎｍの第１波長光Ｂ１と、緑色域波長、例えば５３０ｎｍの第２波長光Ｂ２と、青紫域波長、例えば４３０ｎｍの第３波長光Ｂ３に分光するためのもので、第１〜第３波長光Ｂ１〜Ｂ３の回折角θB1〜θB3（図示省略）は各々の波長との兼ね合いからθB1＞θB2＞θB3の関係となる（図１６参照）。因みに、第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、各隆起群ともθB1＞θB2＞θB3の関係は変わらない。

透明電極層４２は錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）やフッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）等から成る。

光電変換層４３を構成する多孔質半導体は、半導体特性を有する遷移金属の酸化物または複合酸化物、例えばＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，ＺｎＯ，Ｎｂ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₆，ＺｒＯ₂，ＣｅＯ₂，ＷＯ₃，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＮｉＯ，Ｔａ₂Ｏ₅，ＣｕＡｌＯ₂，ＳｒＣｕ₂Ｏ₂，ＳｒＴｉＯ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＫＴａＯ₃等から成る。この多孔質半導体は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。

また、光電変換層４３は、図１５に示すように、同心１／２リング状の第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃ（中心の第１色素領域４３ａのみは半円）を同じ並び順で連続して配した２つの群が互いの直線境界でずれるように配した２次元配列の多重円弧状パターンで有している。第１色素領域４３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域の色素、例えばフタロシアニン誘導体やシアニン色素等が吸着され、第２色素領域４３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域の色素、例えばインドリン系色素等が吸着され、第３色素領域４３ｂには光電変換効率のピーク波長が青紫色域の色素、例えばクマリン系色素やインドリン系色素等が吸着されている。

つまり、第１色素領域４３ａには光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合した色素が吸着され、第２色素領域４３ｂには光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合した色素が吸着され、第１色素領域４３ａには光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合した色素が吸着されている。因みに、第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃへの色素の吸着及び吸着領域の制御はインクジェット法等の公知の印刷法により的確に行える。

電荷輸送層４４は酸化還元性電解質を含む液体或いはゲル、例えばヨウ素レドックスカップル（Ｉ^-／Ｉ₃ ^-）を含むアセトニトリル系溶媒や、これにゲル化剤を添加したもの等から成る。図面では便宜上電荷輸送層４４を光電変換層４３に隣接して層状に描いてあるが、電荷輸送層４４を構成する酸化還元性電解質を含む液体或いはゲルは色素が吸着された光電変換層４３の表面（微細孔の内面を含む）に均一に接触している。

対向電極層４５はプラチナ等から成る。この対向電極層１５は前記同様の透明電極層やカーボン電極層やこれらにプラチナ膜を形成したもので代用してもよい。

支持層４６は不透明や半透明のプラスチックやガラス、或いは、透明プラスチックや透明ガラス等から成る。

次に、図１６を参照して、色素増感型太陽電池４０の光電変換作用について説明する。

透明受光層４１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各グレーティング４１ａに照射された白色光ＩＢは赤色域波長の第１波長光Ｂ１と緑色域波長の第２波長光Ｂ２と青紫域波長の第３波長光Ｂ３に所定の回折角θB1〜θB3をもって分光される。先に述べたように第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４を群毎に見た場合の回折角θB1〜θB3は周期Ｐ１〜Ｐ４が異なることから違った値となるが、図１６には図示の便宜上、これらをまとめて３本の矢印で示してある。

各グレーティング４１ａで分光された第１波長光Ｂ１は光電変換層４３の第１色素領域４３ａに配光され該第１色素領域４３ａの形状に沿うように照射される。また、各グレーティング４１ａで分光された第２波長光Ｂ２は光電変換層４３の第２色素領域４３ｂに配光され該第２色素領域４３ｂの形状に沿うように照射される。さらに、各グレーティング４１ａで分光された第３波長光Ｂ３は光電変換層４３の第３色素領域４３ｃに配光され該第３色素領域４３ｃの形状に沿うように照射される。

詳しくは、左側の螺旋状グレーティング４１ａで分光された第１波長光Ｂ１は左から３番目の第１色素領域４３ａと右から６番目の第１色素領域４３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２は左から２番目の第２色素領域４３ｂと右から５番目の第２色素領域４３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３は最も左の第３色素領域４３ｃと右から４番目の第３色素領域４３ｃに配光して照射される。また、右側の螺旋状グレーティング４１ａの各第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ１のそれぞれで分光された第１波長光Ｂ１は右から３番目の第１色素領域４３ａと左から６番目の第１色素領域４３ａに配光して照射され、第２波長光Ｂ２は右から２番目の第２色素領域４３ｂと左から５番目の第２色素領域４３ｂに配光して照射され、第３波長光Ｂ３は最も右の第３色素領域４３ｃと左から４番目の第３色素領域４３ｃに配光して照射される。因みに、透明受光層３１及び透明電極層３２の厚さｆは前記配光及び照射が行えるように設定されている。

具体例を挙げて説明すれば、アクリル樹脂（ｎ＝１．４９２）を透明受光層４１及び各グレーティング４１ａの材料とする場合には、各グレーティング４１ａの第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４の高さｈを１０７７ｎｍとし、第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４の周期Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれ３６００ｎｍ，２６００ｎｍ，２２００ｎｍ，１８００ｎｍとし、距離Ｌ１〜Ｌ４を５００μｍとし、厚さｆを１０ｍｍとし、グレーティング４１ａ間の平坦部４１ｂの幅を１ｍｍとすると前記の如き分光，配光及び照射が的確に行える。因みに、第１〜第４隆起４１ａ１〜４１ａ４の高さｈは、分光時に赤色域波長の第１波長光Ｂ１（例えば７００ｎｍ）と青紫域波長の第３波長光Ｂ３（例えば４３０ｎｍ）の回折が極力効率良く行えるように、緑色域波長の第２波長光Ｂ２の波長（例えば５３０ｎｍ）で回折効率が最大になるように設定されている。

一方、透明受光層４１の表面に照射された白色光ＩＢのうち、各平面部４１ｂに照射された白色光は分光及び回折をせずに光電変換層４３の所定の色素領域に照射される。第４実施形態にあっては外側の平面部４１ｂに最も左と右の第３色素領域４３ｃが向き合い、中心の平面部４１ｂに内側の第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃが向き合うようになっているため、外側の平面部４１ｂに照射された白色光は最も左と右の第３色素領域４３ｃに照射され、中心の平面部４１ｂに照射された光は内側の第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃに照射される。

つまり、光電変換層４３の第１色素領域４３ａそれぞれには分光後の赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射され、第２色素領域４３ｂそれぞれには分光後の緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射され、第３色素領域４３ｃそれぞれには分光後の青紫域波長の第３波長光Ｂ３が照射される。また、最も左と右の第３色素領域４３ｃと内側の第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃには白色光も照射される。

先に述べたように、各第１色素領域４３ａの色素は光電変換効率のピーク波長が赤色域波長の第１波長光Ｂ１に整合し、各第２色素領域４３ｂの色素は光電変換効率のピーク波長が緑色域波長の第２波長光Ｂ２に整合し、各第３色素領域４３ｃの色素は光電変換効率のピーク波長が青紫域波長の第３波長光Ｂ３に整合しているため、各第１色素領域４３ａの色素は赤色域波長の第１波長光Ｂ１を高効率で吸収し、各第２色素領域４３ｂの色素は緑色域波長の第２波長光Ｂ２を高効率で吸収し、各第３色素領域４３ｃの色素は青紫域波長の第３波長光Ｂ３並びに白色光に含まれる青紫域波長の波長光を高効率で吸収する。

要するに、白色光を３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光して各波長光（Ｂ１〜Ｂ３）を対応するピーク波長の色素領域（４３ａ〜４３ｃ）それぞれに導いているので、各色素領域（４３ａ〜４３ｃ）の色素における光吸収を効果的に且つ高効率で行って、色素増感型太陽電池全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。しかも、白色光を光の３原色に相当する３つの波長光（Ｂ１〜Ｂ３）に分光しているので、白色光が持つ光エネルギーを有効利用して前記の光吸収をより効果的且つ高効率で行うことができる。

また、赤色域波長の第１波長光Ｂ１が照射された各第１色素領域４３ａは照射時に赤色域以外の色、例えばフタロシアニン誘導体の場合には青色に発色し、また、緑色域波長の第２波長光Ｂ２が照射された各第２色素領域４３ｂは照射時に緑色以外の色、例えばインドリン系色素の場合には赤紫色に発色し、さらに、青紫域波長の第３波長光Ｂ３及び白色光が照射された各第３色素領域４３ｃは青紫域以外の色、例えばインドリン系色素の場合には黄色に発色する。

要するに、前記の光照射によって光電変換層４３の第１〜第３色素領域４３ａ〜４３ｃはそれぞれ異なる色に発色して複数色で発色した２次元配列の多重円弧状パターンを形成し、該複数色で発色した２次元配列の多重円弧状パターンは透明電極層４２側から視認することができるので、単一色素の色素増感型太陽電池では得られない美麗な外観を得ることができる。

［他の変形形態］
前述の第１〜第４実施形態では、光電変換層（１３，２３，３３，４３）として光電変換効率のピーク波長が異なる色素が吸着された３種の色素領域（１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃ，４３ａ〜４３ｃ）を２次元配列で備えたものを例示したが、２種或いは４種以上の色素領域の２次元配列したものを光電変換層として用いてもよい。この場合には、透過型のグレーティングを含む分光手段として透明受光層に照射された白色光を前記ピーク波長それぞれに整合した２種或いは４種以上の波長光（波長は任意）に分光して各波長光を対応するピーク波長の色素領域それぞれに導くものを用いる。

また、前述の第１〜第４実施形態では、分光手段を構成するグレーティング（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を透明受光層（１１，２１，３１，４１）の表面に設けたものを例示したが、該グレーティングは透明受光層（１１，２１，３１，４１）と透明電極層（１２，２２，３２，４２）との境界面に設けてもよい。

さらに、前述の第１〜第４実施形態では、複数のグレーティング（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を平面部（１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ）を介して設けたものを例示したが、平面部を排除し複数のグレーティング（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）を順に並べて設けた構成を採用することも可能である。

さらにまた、前述の第１〜第４実施形態では、グレーティング（１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ）として４つの隆起（１１ａ１〜１１ａ４，２１ａ１〜２１ａ４，３１ａ１〜３１ａ４，４１ａ１〜４１ａ４）の群の組み合わせを例示したが、同様の分光が行えるものであれば、前記以外の構成から成るグレーティングを用いてもよく、また、グレーティングとは異なる透過型のプリズムを代わりに用いてもよい。

さらにまた、前述の第１〜第４実施形態では、光電変換層（１３，２３，３３，４３）３種の色素領域（１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃ，４３ａ〜４３ｃ）を２次元配列のストライプ状パターン，チェック状パターン，多重リング状パターン，多重円弧状パターンで有するものを例示したが、２種以上の色領域の２次元配列によって前記以外のパターンや、文字，数字等の記号及びその並びや、絵等、即ち、任意のデザインを形成し、該デザインを各波長光が照射されたときに発色させて透明電極層側から視認できるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る、色素増感型太陽電池の要部縦断面図である。 図１の上面図である。 図１及び図２に示したグレーティングの詳細図である。 図１のＳ１−Ｓ１線断面図である。 図１に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る、色素増感型太陽電池の要部縦断面図である。 図６の上面図である。 図６のＳ２−Ｓ２線断面図である。 本発明の第３実施形態に係る、色素増感型太陽電池の要部縦断面図である。 図９の上面図である。 図９のＳ３−Ｓ３線断面図である。 図９に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。 本発明の第４実施形態に係る、色素増感型太陽電池の要部縦断面図である。 図１３の上面図である。 図１３のＳ４−Ｓ４線断面図である。 図１３に示した色素増感型太陽電池の光電変換作用の説明図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０…色素増感型太陽電池、１１，２１，３１，４１…透明受光層、１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ…グレーティング、１１ａ１〜１１ａ４…第１〜第４隆起、１２，２２，３２，４２…透明電極層、１３，２３，３３，４３…光電変換層、１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃ，４３ａ〜４３ｃ…色素領域、１４，２４，３４，４４…電荷輸送層、１５，２５，３５，４５…対向電極層。

Claims (4)

1. 透明受光層に付設された透明電極層と、光電変換層と、電荷輸送層と、対向電極層とを具備した色素増感型太陽電池であって、
   光電変換層は、光電変換効率のピーク波長が異なる色素が吸着された２種以上の色素領域を２次元配列で備え、
   透明受光層または透明電極層は、透明受光層に照射された白色光を前記ピーク波長それぞれに整合した２種以上の波長光に分光して各波長光を対応するピーク波長の色素領域それぞれに導く分光手段を備える、
   ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
2. 分光手段は、透明受光層に照射された白色光を前記ピーク波長それぞれに整合した２種以上の波長光に分光する透過型のグレーティングまたはプリズムを含む、
   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。
3. 光電変換層の２種以上の色素領域は、前記ピーク波長が赤色域の色素領域と前記ピーク波長が緑色域の色素領域と前記ピーク波長が青紫域の色素領域であり、
   分光手段により分光される２種以上の波長光は、赤色域波長の波長光と緑色域波長の波長光と青紫域波長の波長光である、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
4. ２種以上の色素領域の２次元配列は、各波長光が照射されたときの発色によって透明受光層側から視認可能な所定のデザインを形成する、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の色素増感型太陽電池。

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