JP2010103115A - 色素増感型太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で製造が簡単な色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】色素増感型太陽電池は、表面に染料が吸着された半導体電極４と、半導体電極４に対向するように配置された対向電極５と、半導体電極４と対向電極５と間に配置し、レドックスメディエイター及び少なくとも１つの共融イオン液体を含む電解質組成物１０とを備える。共融イオン液体は、コリンハライド又はコリンハライドの誘導体と、アルコールとを混合して生成するか、或いは、コリンハライド又はコリンハライドの誘導体と、尿素とを混合して生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感型太陽電池（Ｄｙｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ：ＤＳＳＣ）に関し、特に電解質組成物を含む電解液を共融イオン液体として用いる色素増感型太陽電池に関する。

一般に電池は、２種類の金属又は金属化合物をアノード電極及びカソード電極として用い、電解質中のカチオン及びアニオンを電池内部の移動媒体として用い、電池の外部は、電子の流れによりチャンネルが形成されている。太陽エネルギは無尽蔵なエネルギとして大いに注目され、研究開発が積極的に行われている。そのなかでも色素増感型太陽電池は、低コストかつ高可塑性という長所を備える上、日照角度による影響を受けずに室内の光源で発電することができるという長所を有する。そのため、色素増感型太陽電池は、太陽エネルギに関する技術のなかでも現在最もよく研究されている分野の一つである。

色素増感型太陽電池は、上下層の導電ガラス（ＳｎＯ_２：Ｆ）（ＦＴＯガラスとも称される。）を含む。導電ガラス表面の一層には、ナノスケールの「二酸化チタン（ＴｉＯ_２）半導体」粒子が含まれ、他方の層には、導電ガラス上に白金膜が設けられ、２つの導電ガラスの間には、導電を手助けする電解質と、太陽光を吸収する染料（ｄｙｅ）とが挟設されている。この染料は、二酸化チタンの粒子に吸着される。図１に示すように、色素増感型太陽電池を製造する際、まず、ガラス基板１を準備してから、ガラス基板上に１層の透明導電酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）２を形成する。その後、この透明導電酸化物２上に、ｎ型半導体電極４を堆積する。このｎ型半導体電極４は、二酸化チタン粒子３と、その表面に吸着された染料と、を含み、ガラス基板７上にスパッタリングした白金膜６を対向電極５として用いる。続いて、電解質の注入口だけを残しながら上下のガラス基板の周囲を封止材料１１で固定した後、ｎ型半導体電極４と対向電極５との間に電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）１０を注入する。以下、（１）〜（４）のステップで色素増感型太陽電池の作用原理を説明する。

（１）半導体電極（ＴｉＯ_２）の表面に吸着した染料が入射光子により励起された後、染料分子の中の電子が基底状態から励起状態に励起する。（S + hν → S*）
（２）ＴｉＯ_２の半導体電極の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ）に、電子が注入されると、ＴｉＯ_２伝導帯の電子が拡散してＴＣＯ電極に伝導するとともに、外部回路に伝達されるが、この時に染料分子が酸化状態となる。（S* → S⁺ + e^-）
（３）電解液の中に存在するレドックスメディエイター（一般にＩ⁻／Ｉ_３ ⁻である。）は、酸化染料と酸化還元電解液と反応して基底状態に戻り、還元剤が酸化される。（S⁺ + I^-→ S + I₃ ^-）
（４）酸化後の還元剤である電解液Ｉ_３ ⁻は、白金の対極に拡散し、外部回路により電子が伝送されてＩ⁻に還元されると、上述のサイクルを繰り返す。（I₃ ^-+ e^- →I^-）

実際には、色素増感型太陽電池の光電変換効率は最高で１１％を超えるが、このような高効率の太陽電池は、揮発性有機溶剤（例えば、アセトニトリル又は３−メトキシプロピオニトリル）を電解液として利用していたため、電池を屋外で用いることができなかった。そのため、研究者は、イオン液体を電解液として用い、不揮発性の色素増感型太陽電池を製造していた。色素増感型太陽電池のなかでも最もよく使用されるイオン液体は、イミダゾリウムカチオンと、ヨウ素イオン又はその他アニオンとで生成するイオン液体を含む。しかしイオン液体は、粘度が高いため、光電変換効率に悪い影響を与え、太陽電池への応用が好ましくなかった。

本発明の目的は、安価で製造が簡単な色素増感型太陽電池を提供することにある。

（１）表面に染料が吸着された半導体電極と、前記半導体電極に対向するように配置された対向電極と、前記半導体電極と前記対向電極と間に配置し、レドックスメディエイター及び少なくとも１つの共融イオン液体を含む電解質組成物と、を備え、前記共融イオン液体は、コリンハライド又はコリンハライドの誘導体と、アルコールとを混合して生成するか、或いは、前記コリンハライド又は前記コリンハライドの誘導体と、尿素とを混合して生成することを特徴とする色素増感型太陽電池を提供する。

本発明の色素増感型太陽電池は、共融イオン液体として粘度が低い電解質組成物を含む電解液を用いるため、安価で製造が簡単である。

従来の色素増感型太陽電池の基本構造を示す模式図である。 モル比４：１、３：１、２：１、１：１及び１：２のモル比でグリセロールとヨウ化ブチリルコリンとを混合したときの、グリセロールのモル比と融点との関係を示す曲線グラフである。 本発明の第６実施例による電解質組成物の色素増感型太陽電池の電流密度−電圧特性を示す曲線グラフである。 本発明の第７実施例による電解質組成物の色素増感型太陽電池の電流密度−電圧特性を示す曲線グラフである。 本発明の第１比較例による電解質組成物の色素増感型太陽電池の電流密度−電圧特性を示す曲線グラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明の一実施形態による色素増感型太陽電池に用いる電解質組成物は、レドックスメディエイター（ｒｅｄｏｘ ｍｅｄｉａｔｏｒ）及び共融イオン液体（ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ）を含む。この共融イオン液体は、コリンハライド又はその誘導体と、アルコールとを混合して生成するか、或いは、コリンハライド又はその誘導体と、尿素とを混合して生成する。

本発明の一実施形態による色素増感型太陽電池は、染料が表面に吸着した半導体電極と、半導体電極に対向するように配置された対極と、半導体電極と対極との間に配置された電解質組成物と、を含む。この電解質組成物は、レドックスメディエイター及び共融イオン液体を含む。この共融イオン液体は、コリンハライド又はその誘導体と、アルコールとを混合して生成するか、或いは、コリンハライド又はその誘導体と、尿素とを混合して生成する。

本実施形態で使用する共融イオン液体中のコリンハライドの誘導体は、アルキルアシルコリンハライド（例えば、ヨウ化ブチリルコリン（ｂｕｔｙｒｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）、ブチリルコリンクロライド（ｂｕｔｙｒｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）など）及びアンモニウムアルキルアシルコリンハライド（例えば、アンモニウムホルミルコリンクロライド（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｆｏｒｍｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）など）を含む。アルコールは、例えば、グリセロール、エチレングリコール、ブチレングリコールなどである。

本実施形態の電解質組成物の中には、第１のイオン液体（例えば、一般に使用されるイミダゾリウムイオン液体）を加える。このイミダゾリウムイオン液体は、コリンハライド又はその誘導体と、アルコールとを混合して生成する共融イオン液体（或いは、コリンハライド又はその誘導体と、尿素とを混合して生成する共融イオン液体）とにより生成した二元イオン液体を色素増感型太陽電池の電解液として用いる。一般に、イミダゾリウムイオン液体は、１−アルキル−３−メチルイミダゾリウム（例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム又は１−プロピル−３−メチルイミダゾリウム）である。

本実施形態の電解質組成物には、添加剤（例えば、ヨウ化リチウム、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＩ）、１，２−ジメチル−３−プロピルメチルイミダゾリウム、Ｎ−メチルベンズイミダゾール、チオシアン酸グアニジン（ｇｕａｎｉｄｉｎｅ ｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ：ＧｕＳＣＮ））を加えてもよい。添加剤は、電解質を安定させ、電池の機能を高めたり、不必要な副作用を避けたり、電池の寿命を延ばしたりすることができる様々な機能を有する。

本実施形態の電解質組成物の中で使用するレドックスメディエイターは、例えば、ヨウ素イオン及び三ヨウ素イオン（Ｉ⁻／Ｉ_３ ⁻）、臭素及び臭素イオン（Ｂｒ_２／Ｂｒ⁻）、又は、チオシアン及びチオシアン酸（ＳＣＮ）_２／ＳＣＮ⁻である。

本実施形態で使用する染料は、例えば、カルボキシレート・ポリピリジル・ルテニウム（ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ ｐｏｌｙｐｙｒｉｄｙｌ ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）、ホスホネート・ポリピリジル・ルテニウム（ｐｈｏｓｐｈｏｎａｔｅ ｐｏｌｙｐｙｒｉｄｙｌ ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）又は多核ビピリジルルテニウム（ｐｏｌｙｎｕｃｌｅａｒ ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ）である。

本実施形態では、コリンハライド又はその誘導体と、アルコールとを混合して生成する共融イオン液体（或いは、コリンハライド又はその誘導体と、尿素とを混合して生成する共融イオン液体）を電池の電解液として色素増感型太陽電池を製造する。そのため、本実施形態の色素増感型太陽電池は、イミダゾリウムイオン液体を電池の電解液として使用する従来技術よりも光電変換効率が優れている。

〈共融イオン液体の製造〉
（第１実施例）
グリセロール（融点１８℃）とヨウ化ブチリルコリン（ｂｕｔｙｒｙｌｃｈｏｌｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）（融点８７〜８９℃）とをモル比４：１、３：１、２：１、１：１及び１：２で三角フラスコの中に入れて混合した後、示差走査熱量測定（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：ＤＳＣ）を利用してグリセロールとヨウ化ブチリルコリンとにより生成した共融イオン液体の融点を測定したそれぞれの結果を図２に示す。図２において、Ｇはグリセロールを表し、ＢＣＩはヨウ化ブチリルコリンを表し、Ｇ・ＢＣＩ（ｘ：ｙ）は、グリセロールとヨウ化ブチリルコリンとをｘ：ｙのモル比で混合した混合物を表す。図２に示すように、グリセロールとヨウ化ブチリルコリンとを３：１のモル比で混合した混合物は、示差走査熱量測定を利用して得られる融点が約２５℃である。その結果は、グリセロールとヨウ化ブチリルコリンとを２．５：１〜３．５：１の間のモル比で混合する場合が好適であった。

（第２実施例〜第５実施例）
グリセロールとヨウ化ブチリルコリンとをモル比３：１で三角フラスコの中に入れて混合した後、この混合物を透明かつ均一な液体になるまで６０℃で加熱し、ヨウ化ブチリルコリンとグリセロールとで生成した共融イオン液体を色素増感型太陽電池の電解液として用いる。

（第６及び第７実施例）
第６実施例及び第７実施例の合成方法は、第２実施例〜第５実施例と略同じである。第６実施例では、コリンクロライド（ｃｈｏｌｉｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）とグリセロールとをモル比１：２で混合し、均一かつ無色の液体になるまで５０℃で加熱する。これにより、コリンクロライドとグリセロールとで生成した共融イオン液体を色素増感型太陽電池の電解液として用いる。第７実施例では、コリンクロライドと尿素とをモル比１：２で混合し、均一かつ無色の液体になるまで５０℃で加熱する。これにより、コリンクロライドと尿素とで生成した共融イオン液体を色素増感型太陽電池の電解液として用いる。

〈電解液中に様々なヨウ化物を添加した場合の影響〉
（第２実施例）
第１実施例で得られるヨウ化ブチリルコリンとグリセロールとにより生成された共融イオン液体の中に、０．２Ｍのヨウ化物（Ｉ_２）及び０．５ＭのＮ−メチルベンズイミダゾール（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）を含む添加剤を加え、電池の電解液を得る。ヨウ化ブチリルコリンとグリセロールとで生成する共融イオン液体は、下記一般式（化１）で表される。

X^-：F^-, Cl^-, Br^-, I^-

（第３実施例）
第３実施例は、０．５Ｍのヨウ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｉ）を加える以外、残部の成分が第２実施例の電池の電解液と同じである。

（第４実施例）
第４実施例は、０．５Ｍの１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（１，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｐｒｏｐｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ：ＤＭＰＩＩ）を加える以外、残部の成分は第２実施例の電池の電解液と同じである。

（第５実施例）
第５実施例は、０．５Ｍのヨウ化アンモニウム及び０．５Ｍの１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（１，２−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｐｒｏｐｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ ｉｏｄｉｄｅ：ＤＭＰＩＩ）を加える以外、残部の成分は第２実施例の電池の電解液と同じである。

〈二元イオン液体電解質の製造〉
不揮発性の太陽電池にとって、イミダゾリウムイオン液体の粘度は高いため、電池の性能に悪影響を与える。そのため、本実施例では、二元イオン液体（ｂｉｎａｒｙ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ）をレドックス電解液として用い、不揮発性の太陽電池を製造した。二元イオン液体電解質は、グロッタス（Ｇｒｏｔｔｈｕｓ）機構に類似した物質移動効果を発生させるため、拡散率及び／又はイオン移動度が大幅に低下する虞がない。

（第６実施例及び第７実施例）
異なる組成を製造する二元イオン液体電解質は、Ｉ⁻／Ｉ_３ ⁻（レドックスメディエイター）、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウム（ＰＭＩＩ）（第１のイオン液体）、Ｎ−メチルベンズイミダゾール（ＮＭＢＩ）（添加剤）を含み、グリセロールとコリンクロライドとで生成した共融イオン液体（グリセロールコリンクロライド（Ｇ．ＣＣ）とも称される。）又は尿素とコリンクロライドとで生成する共融イオン液体（尿素コリンクロライド（Ｕ．ＣＣ）とも称される。）（第２のイオン液体）を使用する。
第６実施例において、第２のイオン液体はグリセロールコリンハライド（Ｇ．ＣＸ、Ｘはハロゲンを表す。）であり、その構造は下記一般式（化２）で表される。

X^-：F^-、Cl^-、Br^-又はI^-

第７実施例において、第２のイオン液体は尿素コリンハライドであり（Ｕ．ＣＸ、Ｘはハロゲンを表す。）、その構造は下記一般式（化３）で表される。

X^-：F^-、Cl^-、Br^-又はI^-

〈様々なイオン液体電解質の製造〉
（第８実施例及び第９実施例）
異なる組成のイオン液体電解質の製造には、０．２Ｍのヨウ化物（Ｉ_２）、０．５ＭのＮ−メチルベンズイミダゾール（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ：ＮＭＢＩ）（添加剤）を含み、グリセロールコリンイオダイド（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）（Ｇ．ＣＩ）又はグリセロールコリンイオダイド（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｉｏｄｉｄｅ）（Ｇ．ＢＣＩ）をＩ⁻ソース及び溶剤（第２のイオン液体）として用いる。

（第１比較例）
第１比較例では、溶剤型電解質により色素増感型太陽電池を製造し、第６実施例及び第７実施例と比較する。この色素増感型太陽電池は、上述の第６実施例及び第７実施例と略等しく、アセトニトリル（ＡＮ）及びバレロニトリル（ＶＮ）を電解質の溶剤として用いる以外、０．１Ｍのヨウ化リチウム及び０．０５Ｍの４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（４−ｔｅｒｔ−ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ：ＴＢＰ）を添加剤として用いる。第６実施例、第７実施例及び第１比較例の電解質の配合割合は表１に示す。

（第２比較例）
第２比較例では、マイケル・グレッツェル（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒａｅｔｚｅｌ）の二元イオン液体（１−プロピル−３−メチルイミダゾリウム及びテトラシアノボロン酸（ｔｅｔｒａｃｙａｎｏｂｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）１−エチル−３−メチルイミダゾル（１−ｅｔｈｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌ ｉｍｉｄａｚｏｌｅ）[ＰＭＩＩ／ＥＭＩＢ（ＣＮ）_４]）を電解液として用い、色素増感型太陽電池を製造し、添加剤にチオシアン酸グアニジンを加え、第８実施例及び第９実施例と比較する。第８実施例、第９実施例及び第２比較例の電解質の配合割合は表２に示す。

（第１実験例）
第１実験例では、第２実施例〜第５実施例の電解質組成を使用した色素増感型太陽電池を評価する。

色素増感型太陽電池の製造では、ガラス基板を準備してから、ガラス基板上に１層の透明導電酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）を形成し、その後、スクリーン印刷により二酸化チタン粒子が堆積される。この半導体電極を染料に浸すと、二酸化チタン粒子に染料が十分に吸着される。続いて、透明導電酸化物を有するもう一つのガラス基板上に白金膜をスパッタリングして対極を設ける。電解質の注入口だけを残して、上下のガラス基板の周囲を封止材料で固定してから、半導体電極と対向電極との間に電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を注入する。ＡＵＴＯＬＡＢ Ｐ１０のポテンショスタット（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｔａｔ）及びソーラシミュレータ（Ｎｅｗｐｏｒｔ ｓｏｌａｒ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２）の照射走査を用い、毎秒５ｍＶの走査速度で電池の開放電圧Ｖ_ｏｃから零電圧まで走査するとともに、色素増感型太陽電池が発生させる電流の大きさを記録することにより、電流密度−電圧特性を示す曲線（Ｊ−Ｖ ｃｕｒｖｅ）を得て、色素増感型太陽電池の機能を評価する結果を表３に示す。表３では、ＦＦ（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）はフィルファクターを示し、hは光電変換効率を示し、以下の数式１及び数式２に基づいてそれぞれ計算することができる。

Ｊ_ｍ：最大出力パワー時の電流密度
Ｖ_ｍ：最大出力パワー時の電圧
Ｊ_ｓｃ：短絡電流密度
Ｖ_ｏｃ：開放電圧
Ｐ_ｓ：ソーラシミュレータの入力パワー（例えば、１００ｍＷ／ｃｍ^２）

表３に示すように、ヨウ化ブチリルコリンとグリセロールとにより生成した共融イオン液体電解液中に異なるヨウ化物を添加して色素増感型太陽電池の機能を高めることができる。その主な理由は、これらヨウ化物のカチオンにより色素増感型太陽電池の機能を向上させ、特殊効果を得ることができるためである。例えば、ＤＭＰＩ^＋がＴｉＯ_２のナノ粒子の表面に吸着されると、ＴｉＯ_２ナノ粒子の欠陥サイト（ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｔｅ）をブロックし、これにより、ＴｉＯ_２ナノ粒子に伝送された光電子が電解液中の三ヨウ素イオン（Ｉ_３ ⁻）により捕獲される。言い換えれば、ＤＭＰＩ^＋により、ＴｉＯ_２ナノ粒子と電解質との界面で電子が逆流することを防ぐことができるため、電流量が増大し、電解液の導電能力を高めることができる。

（第２実験例）
第２実験例では、第６実施例及び第７実施例の電解質組成を使用した色素増感型太陽電池の機能を評価する。

第６実施例及び第７実施例の二元イオン液体と、第１比較例の電解質とは、色素増感型太陽電池の製造に応用する。ここで、色素増感型太陽電池は、白金がスパッタリングされた透明導電ガラス電極をカソードとして用い、スクリーン印刷されたナノ／マイクロ二酸化チタン複合導電ガラス電極（厚みが６マイクロメートルである）をアノードとして用い、これらカソードとアノードとの間に電解質を注入して電池を製造する。

ＡＵＴＯＬＡＢ Ｐ１０のポテンショスタット（ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｔａｔ）及びソーラシミュレータ（Ｎｅｗｐｏｒｔ）（ｓｏｌａｒ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２）の照射走査を行い、毎秒５ｍＶの走査速度で電池の開放電圧Ｖ_ｏｃから零電圧まで走査するとともに、色素増感型太陽電池が発生させる電流の大きさを記録することにより、電流密度−電圧特性を示す曲線を得て（図３〜５に示す）、色素増感型太陽電池の機能を評価する結果を表４に示す。

表４から分かるように、第６実施例及び第７実施例の電解質の組成により製造した電池のＶ_ｏｃ及びＪ_ｓｃは良好であった。特に、第６実施例で製造した電池の光電変換効率は、一般の溶剤型電解質（ｓｏｌｖｅｎｔ ｔｙｐｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）により製造した電池（第１比較例）に略等しかった。

上述の実施例から分かるように、本発明は、従来の電解質溶剤に替えて、粘度が低い不揮発性イオン性液体（例えば、Ｇ．ＣＸ又はＵ．ＣＸなど）を用いることにより、溶剤の揮発により発生する問題を防ぐことができた。さらに、Ｇ．ＣＸ又はＵ．ＣＸは、回収することができる上に環境に優しく、製造工程で副産物を生成しないため、精製工程が必要ない上、製造される電池の光電変換効率が溶剤型電解質により製造した電池に略等しいため、色素増感型太陽電池系統への利用に非常に適している。

（第３実験例）
第３実験例では、同じ条件下で、異なる共融イオン液体組成を電解液として用いる色素増感型太陽電池の機能を比較した。

第３実験例では、ＴｉＯ_２ナノ粒子の表面積が拡大し、アノード電極をＴｉＣｌ_４溶液中に浸して処理するため、本発明の共融イオン液体を最適な状態にすることができた。その後、ＡＵＴＯＬＡＢ Ｐ１０のポテンショスタット及びソーラシミュレータ（１００ｍＷ／ｃｍ^２）を使用し、第８実施例、第９実施例及び第２比較例に対して電解液の色素増感型太陽電池を走査し、電流密度−電圧特性を示す曲線を得て、色素増感型太陽電池の機能を評価した結果を表５に示す。

表５から分かるように、本実施例の共融イオン液体（アルキルアシルコリンハライド（ａｌｋｙｌ ａｃｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｈａｌｉｄｅ）とグリセロールとにより生成する）を電解液として用いて色素増感型太陽電池を製造する場合と、第２比較例で使用するマイケル・グレッツェルの二元イオン液体（（１−プロピル−３−メチルイミダゾリウム及びテトラシアノボロン酸（ｔｅｔｒａｃｙａｎｏｂｏｒｏｎｉｃ ａｃｉｄ）１−エチル−３−メチルイミダゾル（１−ｅｔｈｙｌ−３−ｍｅｔｈｙｌ ｉｍｉｄａｚｏｌｅ）[ＰＭＩＩ／ＥＭＩＢ（ＣＮ）_４]）を電解液として用いて色素増感型太陽電池を製造する場合とでは、色素増感型太陽電池の性能が等しい。

そのため、本実施例のアルキルアシルコリンハライド（ａｌｋｙｌ ａｃｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｈａｌｉｄｅ）とグリセロールとにより生成する共融イオン液体を電解液にした色素増感型太陽電池は、高機能を備えるとともに、電解液が１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムを含まず吸水特性が低下するため、安価かつ安定した上に環境に優しい色素増感型太陽電池を得ることができた。さらに、アルキルアシルコリンハライドのアルキルアシル基が存在するため、窒素原子の電荷が非局在化（ｄｅｌｏｃａｌｉｚｅｄ）するため、ヨウ素イオンが捕獲されなくなり、電解液の導電性を高めることができた。

さらに、本発明の一実施例において、色素増感型太陽電池の電解液中でグリセロールとコリンハライドとにより生成した混合物を粘度の低いイオン液体として用いることにより、イミダゾリウムイオン液体の粘度を低下させるが、コリンハライド上の−ＯＨ基により吸水しやすいため、工程全体をグローブボックス（ｇｌｏｖｅ ｂｏｘ）の中で行わなければならなかったが、これらの問題を解決するためにアルキルアシルコリンハライドを使用することが好ましい。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１ ガラス基板
２ 透明導電酸化物
３ 二酸化チタン粒子
４ ｎ型半導体電極
５ 対向電極
６ 白金膜
７ ガラス基板
８ エポキシ樹脂
１０ 電解質
１１ 封止材料

Claims (6)

1. 表面に染料が吸着された半導体電極と、
   前記半導体電極に対向するように配置された対向電極と、
   前記半導体電極と前記対向電極と間に配置し、レドックスメディエイター及び少なくとも１つの共融イオン液体を含む電解質組成物と、を備え、
   前記共融イオン液体は、コリンハライド又はコリンハライドの誘導体と、アルコールとを混合して生成するか、或いは、前記コリンハライド又は前記コリンハライドの誘導体と、尿素とを混合して生成することを特徴とする色素増感型太陽電池。
2. 前記コリンハライドの誘導体は、アルキルアシルコリンハライド又はアンモニウムアルキルアシルコリンハライド（ａｍｍｏｎｉｕｍ ａｌｋｙｌ ａｃｙｌ ｃｈｏｌｉｎｅ ｈａｌｉｄｅ）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。
3. 前記アルコールは、グリセロール、エチレングリコール又はブチレングリコール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。
4. 第１のイオン液体をさらに備え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。
5. 前記第１のイオン液体はイミダゾリウムイオン液体であることを特徴とする請求項４に記載の色素増感型太陽電池。
6. ヨウ化リチウム、ヨウ化アンモニウム、Ｎ−メチルベンズイミダゾール、ヨウ化テトラブチルアンモニウム及び１，２−ジメチル−３−プロピルメチルイミダゾリウムからなる群から選ばれる一種以上を含む添加剤をさらに備え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。

Images