JP2011023297A

JP2011023297A - 色素増感型光電変換素子

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Publication number: JP2011023297A
Application number: JP2009169151A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamamoto; 和寛山本
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: JP5460159B2

Abstract

【課題】複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、その光電変換効率を向上するとともに、その重量を軽量化した光電変換素子を提供する。
【解決手段】導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材８および第２基材９が網目状に編まれてなる領域から構成される作用極を備える色素増感型光電変換素子１であって、前記作用極の受光面側にのみ多孔質酸化物半導体層１３が形成されていることを特徴とする色素増感型光電変換素子１。
【選択図】図２

Description

本発明は、色素増感型太陽電池などに用いられる光電変換素子に関する。より詳しくは、光電変換効率に優れた構造を有する色素増感型光電変換素子に関する。

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、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、非特許文献１を参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、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やフッ素ドープ酸化スズ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。したがって、このような透明導電性基板を用いていない、全く新しい構造の色素増感型太陽電池が実現するならば、太陽電池の大幅な低価格化が可能であるとして研究開発が進められている。

これらの解決手段として、金属線を発電部の作用極に用いる新規な素子構造（特許文献１、２、３、４参照）が提案されている。しかし、これらの構造においては、作用極に金属線を採用したがゆえに、大面積の太陽電池モジュールの構成が困難となり、本来、色素増感型光電変換素子が有する、大面積化が容易であるという利点を損なう結果となった。そのため、上記の利点を損なうことのない素子構造の開発が必要とされている。
大面積素子を可能とする構造として、特許文献５に記載されたようなものがある。この構造は、例えば作用極をなす金属線を、複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造としたものであって、このような構造の作用極を用いることによって、大面積素子を構成するとともに、フレキシブルな構造の色素増感型光電変換素子の提供を可能とするものである。

特開２００８−１８１６９０号公報特開２００８−１８１６９１号公報特開２００５−１９６９８２号公報特表２００５−５１６３７０号公報特開２００８−３１１１２１号公報

O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ

色素増感型光電変換素子の作用極を複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造とした場合、作用極には色素を担持する酸化チタン等からなる多孔質酸化物半導体層が形成される。しかしながら、図４に示すように、多孔質酸化物半導体層で作用極を覆うことにより、作用極と対極とがその多孔質酸化物半導体層によって隔てられ、作用極と対極との物理的な距離が離れてしまうので光電変換効率が低下するという問題がある。また、太陽電池セルが大面積化する傾向にある今日、その重量の低減が望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の金属線が網目状に編まれてなる網目状構造の作用極に多孔質酸化物半導体層が形成されてなる発電極を有する色素増感型光電変換素子であって、その光電変換効率を向上するとともに、その重量を軽量化し、さらに低コスト化も図れる光電変換素子を提供する。

本発明の請求項１に記載の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域から構成される作用極を備える色素増感型光電変換素子であって、前記作用極の受光面側にのみ多孔質酸化物半導体層が形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記多孔質酸化物半導体層が、前記作用極の受光面側の表面プロファイルに沿った形状であることを特徴とする。

本発明の色素増感型光電変換素子によれば、前記領域からなる作用極の受光面側にのみ多孔質酸化物半導体層を形成し、対極に向き合う側には該多孔質酸化物半導体層を形成しないことにより、従来の色素増感型光電変換素子よりも、作用極と対極との距離が短くなり、光電変換効率を向上させることができる。さらに、作用極の単位面積あたりに形成される多孔質酸化物半導体層の重量を半減させて軽量化することができ、該単位面積あたりの多孔質酸化物半導体層の形成に要するコストを減らすことができる。
また、前記多孔質酸化物半導体層が、前記作用極の受光面側の表面プロファイルに沿った形状である場合、受光面における該多孔質酸化物半導体層の厚さがより均一になり、また該受光面の表面積が拡がるため、光電変換効率をより向上させることができる。

本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の概略構成図である。本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の概略断面図である。本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例の概略分解斜視図である。従来の色素増感型光電変換素子の一例の概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る色素増感型光電変換素子の一例について詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明に係る色素増感型光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた集電部３とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する集電用配線４を介して集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の網目状構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９とが編まれることによって矩形の網目状構造からなる領域をなしている。これら第１基材８と第２基材９とはともに線状をなす。

図３に示すように、作用極５の受光面側Ａには、色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３が形成されている。発電極７は、作用極５と多孔質酸化物半導体層１３とから構成される。該多孔質酸化物半導体層１３は、電解質１８を含浸している。一方、作用極５が対極６に向き合う側Ｂには、多孔質酸化物半導体層は形成されていない。

一方、図４に示すように、従来の光電変換素子１００において、基材１０８及び基材１０９が網目状に編まれてなる領域からなる作用極１０５には、その両面に多孔質酸化物半導体層１１３が形成されている。その結果、作用極１０５と対極１０６とが多孔質酸化物半導体層１１３及びセパレーター１１０で隔てられる構成となる。

本発明の色素増感型光電変換素子１の特徴は、上記のように、発電極７において作用極５の受光面側Ａに多孔質酸化物半導体層１３が形成され、作用極５が対極６に向き合う側Ｂ（以下、非受光面側Ｂということがある）には多孔質酸化物半導体層が形成されないことである。このような構成とすることで、作用極５の非受光面側Ｂにおいて、複数の第１基材８および複数の第２基材９と対極６との距離を、従来（図４）よりも短くすることができる。その結果、本発明の色素増感型光電変換素子１の光電変換効率を向上させることができる。そのメカニズムとしては、該距離を短くすることにより、ヨウ素／ヨウ化物イオン等の酸化還元対が作用極５の非受光面側Ｂと対極６との間を効率良く移動できるため、多孔質酸化物半導体層１３に担持された色素に対する対極６からの電子の供給がより速やかに行われることが考えられる。

このように、前記受光面側Ａにのみ多孔質酸化物半導体層１３を形成して、前記非受光面側Ｂには形成しないので、発電極７の重量における多孔質酸化物半導体層１３の占める重量を従来のおおよそ半分に低減することができる。また、発電極７の製造コストにおける多孔質酸化物半導体層１３の形成に要するコストを従来のおおよそ半分にすることができる。よって、本発明の色素増感型光電変換素子１は、従来（図４）の色素増感型光電変換素子よりも軽量性に優れ、製造コストの観点からも優れている

つぎに、図１〜３に示すように、対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を挟んで作用極５と重ね合わされている。また対極６は、集電部３と対となる接続部６ａを有しており、この接続部６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、２枚のフィルム１４により挟まれており、２枚のフィルム１４内は電解質１８で満たされている。発電部２は４辺において、熱圧着部１２によって封止されており、これにより電解質１８がフィルム１４内に封入されている。

また、作用極５を構成する複数の第１基材８の全てが、作用極５より延長されることで外方へ引き出され集電用配線４となり、外部において集電部３を有している。
前記集電部３は、集電用配線４を構成する第１基材８と、導電性を有する複数の外周基材３１（外周基材）とから構成されている。外周基材３１は線状をなしており、集電用配線４と網目状に編まれてなる部位をなす構造を有している。また、外周基材３１は、その両端側がこの網目状に編まれてなる部位から長手方向に延在している。

以下、各構成要素について、詳細に説明する。
図１〜３で例示した色素増感型光電変換素子１では、第１基材８、第２基材９、および外周基材３１は直径０．０５ｍｍのチタン（Ｔｉ）からなるワイヤである。作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる構造を有している。第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが十分接触するように編まれ、矩形をなす網目状構造を有している。
前記網目状構造の単位面積あたりの隙間面積（開口率）としては特に制限されず、例えば０％以上２０％以下でよい。

図１〜３に示した発電部２において、周囲の４辺のうち側方に位置する辺をそれぞれ第１辺２０、第２辺２１とし、上下に位置する辺をそれぞれ第３辺２２、第４辺２３とすると、各第２基材９は、第３辺２２から第４辺２３まで延在しているとともに、複数の第２基材９が第１辺２０から第２辺２１まで、所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、第３辺２２から第４辺２３まで所定本数列設されているとともに、第１辺２０から集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。第１基材８のうち、第２辺２１と集電部３との間の部分は、集電用配線４となり、作用極５にて発生した電子は、この集電用配線４を介して集電部３に集められる。

延長された第１基材８は、所定位置で外周基材３１と互いに交差するように網目状に編まれることで、集電構造を形成する。外周基材３１は、第１基材８と編まれることによって網目状構造をなすように、３本以上からなることが好ましい。外周基材３１は、集電部３からその長手方向に延在しており、この延在部の任意の位置で集電が実施される。

第１基材８および第２基材９の材料としてはＴｉに限ることはなく、タングステン（Ｗ）や白金（Ｐｔ）など耐食性の高い金属およびそれらの合金も使用可能である。また、導電性を有し、かつ、電解質１８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などによって被覆したＴｉ被覆金属線なども第１機材８および第２基材９として用いられる。
第１基材８よび第２基材９の太さ（直径）としては、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍ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、これらの基材の太さは細いほどよい。

前記Ｔｉ被覆金属線としては、例えばＴｉ被覆銅（Ｃｕ）線が挙げられる。導電性の高いＣｕ線からなる中心線を、耐食性の高いＴｉで被覆することにより、該ワイヤで構成される作用極５の内部抵抗を抑えると同時に、該ワイヤの電解液による腐食を抑制することができる。
前記Ｔｉ被覆Ｃｕ線の製造方法としては、公知の方法で行うことができる。例えば、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕ線を挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得ることができる。
このような線引き加工法により作製されたＴｉ被覆Ｃｕ線は、スパッタ法やめっき加工法等によって製造されたものよりも被覆層の密着性に優れ、その製造コストを低く抑えることができる。

前記網目状に編まれてなる領域の製織方法としては、図３に例示した平織りに限定されず、綾織り、朱子織り等の一般的な布の製織方法と同様の方法を適用できる。その平織りは、織り機上で、第２基材９からなる複数の縦線が一本ずつ交互に上下に分けられ、その上下に分かれた複数の縦線の間に第１基材８からなる横糸が通され、筬で打ち込まれる工程が１サイクルとなる。次のサイクルでは、複数の縦線の上下を前回のサイクルと入れ換えて再び一本ずつ交互に上下に分けられて、その間に横線が通され、筬で打ち込まれる。
このようにして、第１基材８および第２基材９が網目状に編まれてなる網目状構造の領域からなる作用極５を得ることができる。

前記作用極５の受光面側Ａにのみ形成される多孔質酸化物半導体層１３の材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、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）等の半導体が挙げられ、これらのなかでも容易に入手可能であり優れた電気伝導特性を有することから、酸化チタンが好ましい。

多孔質酸化物半導体層１３を前記受光面側Ａに形成する方法としては、公知の方法が適用できる。
例えば、多孔質酸化物半導体を溶媒に懸濁したものをスクリーン印刷法によって、前記受光面側Ａに塗布することができる。この場合、塗布量及び塗布圧力を厳密に調整できるので、前記受光面側Ａの表面プロファイル（網目状構造を構成する縦線と横線とによって形成される凹凸形状）に沿って薄く塗布することができる。塗布後乾燥し、さらに５００℃程度の高温で焼結することによって、前記受光面側Ａに形成される多孔質酸化物半導体層１３からなる受光面（表面）が、前記受光面側Ａの表面プロファイルに沿った形状で形成される。
このような形状で形成された前記受光面の場合、平板状の受光面（表面）よりも光電変換効率を向上させることができるので好ましい。
光電変換効率が向上する理由としては、前記受光面側Ａの表面プロファイルに沿った形状の受光面において、多孔質酸化物半導体層１３の厚さがより均一になり、相対的に厚い部分が無いためであること、さらに、その受光面は凹凸形状であるので、平坦な受光面よりも表面積が広いこと、が考えられる。なお、前記相対的に厚い部分では、色素から作用極５へ電子が移動する際の多孔質酸化物半導体層１３による抵抗が増してしまい、光電変換効率が相対的に低くなる傾向がある。また、該多孔質酸化物半導体層１３が薄すぎる部分では、担持される色素量が少ないので作用極５へ移動する電子自体が少なくなり、光電変換効率が低くなる傾向がある。この２つのトレードオフの関係において、該多孔質酸化物半導体層１３の厚さとしては、５μｍ以上４０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以上２０μｍ以下が最も好ましい。

また、多孔質酸化物半導体層１３を前記受光面側Ａに形成する別の方法としては、ドクターブレード法が挙げられる。
多孔質酸化物半導体を溶媒に懸濁してペースト状にしたものを、前記受光面側Ａに塗布して、ドクターブレード法によって平板状に展ばして成膜する。これを乾燥し、さらに５００℃程度の高温で焼結することによって、多孔質酸化物半導体層１３を形成することができる。

前記受光面側Ａに形成される多孔質半導体層１３の厚さとしては、前記基材の太さによって適宜調整すればよく、例えば１μｍ〜５０μｍの厚さで行うことができる。
なお、多孔質半導体層１３は、集電配線４には形成されない。

前記受光面側Ａに形成される多孔質半導体層１３の表面には、少なくともその一部に増感色素が担持され、電解質１８が含浸されている。
その増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等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。

また、多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３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１３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１３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、酸化物半導体粒子及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。
また、揮発性電解質溶液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。

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_３ＳＯ_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は特に限定されるものではないが、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１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する科学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８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るものではないが、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１８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１８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。

対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となるＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。
対極６の構成は、上述したようなＰｔ被膜Ｔｉ板に限るものではなく、Ｐｔ板、またはＰｔを被膜した金属板であってよい。あるいは、カーボン板、またはカーボンを被膜した金属板であってよい。
対極６の厚みは約４０μｍ、膜の厚みは３０ｎｍとするとよいが、電流を流すことができ、触媒能を発揮できる厚みであればこれに限定されることはない。

作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなるセパレータ１０が挿入されている。セパレータ１０は作用極５と対極６とが直接接触することを防いで電気的に絶縁できるものであり、且つ、作用極５と対極６との間を前記酸化還元対が移動できるものであれば、その形状や材質は特に制限されない。例えば、樹脂製の多孔質平膜を好適に用いることができる。セパレータ１０の材質としては、ポリエチレンなどのポリオレフィンが好適であり、厚さは２０μｍ以下であることが好ましいが、電解液に耐え、作用極５と対極６とを絶縁可能であれば、これらに限定はされない。

さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムで形成されたフィルム１４に挟まれる構成となっており、これにより電解質１８を封止している。
フィルム１４は、作用極５の網目状構造部分、および対極６と略同形状の矩形形状をなしており、その４辺において熱圧着部１２が形成されている。

上述したような構成の光電変換素子１は、集電部３に電気機器などを接続導体を介して接続した場合、透光性のフィルム１４を介して太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が著しく向上する。
また、発電部２は、網目状構造の作用極５、薄板状の対極６、およびＰＥＴからなるフィルム１４の組合せであるため、フレキシブル性に優れた光電変換素子の製造が可能となる。また、光電変換素子１の薄型化も可能となる。
また、第１基材８と第２基材９とからなる作用極５を互いに交差するように網目状に編む際、同時に第１集電部３を網目状に編むことによって、より短時間で作用極５と集電部３を形成することが可能となる。
また、複数の第１外周基材３１のそれぞれが、複数の第１基材８と網目状に編まれることで、第１基材８および／または第１外周基材３１の一部に断線が発生した場合においても、他の部分によって集電が実施されるため、より信頼性の高い集電が可能となる。
また、第１基材８の両側から集電することが可能となるため、より光電変換効率が向上するという効果が得られる。

上述した色素増感型光電変換素子１は、第１基材８の一端が延在され集電部３が形成されているが、該集電部３は複数設けることができる。例えば、第１基材８の両端を延在して２つの集電部３が発電部２を挟むように設けてもよく、第２基材９の一端又は両端を延在して、同様に集電部３を設けてもよい。複数の集電部３を設けることにより、第１基材８及び第２基材９に発生した電子の取り出し効率を高めて、光電変換素子１の光電変換効率を高めることができる。

[実施例１]
図１〜３に示す構造の光電変換素子を実施例１として、以下のとおり作製した。
まず、直径０．０５０ｍｍのＴｉ線を縦線及び横線として使用して、開口率が０．５％である密な網目状構造を平織りで製織した。縦横のＴｉ線が網目状に編まれてなる矩形の領域（作用極）のサイズは５ｃｍ×５ｃｍとし、Ｔｉ線の本数は縦横それぞれ９００本とした。
集電部を構成するＴｉ線の本数はそれぞれ１８０本とし、集電部の幅は１ｃｍとした。

つづいて、作用極の受光面側にのみＴｉＯ_２ペースト（触媒化成製；ＰＳＴ−２１ＮＲ）をスクリーン印刷法によって、塗膜の厚みが７μｍとなるように、前記受光面側の表面プロファイルに沿って塗布した。つぎに、これを乾燥させ、再び塗布して成膜するという一連の工程を３回繰り返した。
つぎに、ＴｉＯ_２を成膜した作用極を、電気炉で５００℃、１時間焼結して、その網目状の凹凸に沿った形状の多孔質ＴｉＯ_２層が形成された作用極からなる発電極を得た。その多孔質ＴｉＯ_２層の厚さは１５μｍであった。

得られた前記発電極を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般にはＮ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置して前記多孔質ＴｉＯ_２層の表面にルテニウム色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄した。

一方、三元ＲＦスパッタ装置を用いて５ｃｍ×５ｃｍの矩形Ｔｉ板上にＰｔを蒸着させたものを対極とした。
そして、発電極の多孔質ＴｉＯ_２層が形成されていない面を対極に向かい合わせて、厚さ１２μｍのセパレータを介して重ね合わせた。

つづいて、ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムを２枚重ね、この２枚のフィルムの間に発電極および対極を挟んでＰＥＴフィルム外周部を熱圧着により結合し、発電部のセルを形成した。
セル内に、メトキシアセトニトリルを溶媒とする揮発性電解質を注入した。最後に電解液注入部を熱圧着することによって、発電部を封止した。
なお、セルの側面を封止する際、集電部および作用極と集電部をつなぐ集電配線を、セルの外へ引き出してから、セルを封止した。

[比較例１]
比較例１として、作用極の両面（一方の面および他方の面）に多孔質ＴｉＯ_２層が形成されたこと以外は、実施例１と同じ構成をもつ色素増感型光電素子を作製した。前記作用極の両面に形成された、網目状の凹凸に沿った形状の多孔質ＴｉＯ_２層は、それぞれ１５μｍの厚さであった。

＜光電変換効率の評価＞
以上のようにして作製された実施例１および比較例１の各色素増感型光電変換素子のセルに対して、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２）を用いて光を照射し、電流電位曲線を測定し、その光電変換効率を求めた。
その結果、実施例１の光電変換効率は３．５％であり、比較例１の光電変換効率は３．０％であった。

以上の結果から、本発明に係る実施例１の色素増感型光電変換素子は、比較例１の色素増感型光電変換素子に比べて、光電変換効率に優れることが明らかである。
また、本発明に係る実施例１の色素増感型光電変換素子の作用極に形成された多孔質ＴｉＯ_２層の重量は、比較例１の色素増感型光電変換素子の作用極に形成された多孔質ＴｉＯ_２層の重量のおおよそ半分であるため、単位面積あたりの発電極の重量について、実施例１の方が比較例１よりも軽くなることは明らかである。したがって、本発明に係る実施例１の色素増感型光電変換素子は、比較例１の色素増感型光電変換素子に比べて、軽量性に優れることが明らかである。

また、実施例１のセルを折り曲げてみたところ、光電変換効率は変動することがなく、一定値を維持した。
このことから、本発明に係る実施例１の色素増感型光電変換素子は、屈曲性（フレキシブル性）に富むことが確認された。

本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。

１…色素増感型光電変換素子、２…発電部、３…集電部、４…集電用配線、５…作用極、６…対極、７…発電極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１２…熱圧着部、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…フィルム、１５…網目状構造部、１８…電解質、３１…外周基材、１００…色素増感型変換素子、１０５…作用極、１０６…対極、１０８…第１基材、１０９…第２基材、１１０…セパレーター、１１２…熱圧着部、１１３…多孔質酸化物半導体層、１１４…フィルム、１１８電解質。

Claims

導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域から構成される作用極を備える色素増感型光電変換素子であって、
前記作用極の受光面側にのみ多孔質酸化物半導体層が形成されていることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
前記多孔質酸化物半導体層が、前記作用極の受光面側の表面プロファイルに沿った形状であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。