JP2012064550A - 色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射した光を十分に透過させながら光電変換効率の低下を防止できる色素増感太陽電池及びこれを用いた色素増感太陽電池付き表示装置を提供すること。
【解決手段】一対の透明絶縁板５，６と、一対の透明絶縁板５，６の間に設けられる複数のスペーサ４と、複数のスペーサ４の間に設けられる発電部１０とを備え、発電部１０が、少なくとも１つの作用極１と、少なくとも１つの対極２と、対極２及び作用極１に接触する電解質３とを有し、作用極１が、金属ワイヤ１ａの表面を多孔質酸化物半導体層１ｂで被覆してなり、スペーサ４が、発電部１０よりも可視光に対して高い透過率を有する色素増感太陽電池１２０。
【選択図】図２

Description

本発明は、色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置に関する。

ノートＰＣや携帯電話などの表示装置においては一般的に電池が内蔵されており、その電池を充電するための非常用電源として太陽電池を使用することが提案されている。ここで、表示装置においてかなりの面積割合を占める表示部に太陽電池を組み込めると、表示部の表面を無駄なく使用することができるため望ましい。例えば下記特許文献１〜３では、反射型カラーディスプレイにおいて、カラーフィルタ基板の３色の配色パターンのうち１色或いは２色の画素の領域に太陽電池機能を持たせることが提案されている。

特許第４１０６７３５号公報 特許第４０１９４９６号公報 特許第４０６６５０３号公報

ところで、太陽電池として、色素増感太陽電池が知られている。色素増感太陽電池は一般に作用極と、対極と、作用極及び対極の間に配される電解質とを備えており、製造が容易で光電変換効率も高いことから太陽電池として有望視されている。従って、色素増感太陽電池によって表示装置に太陽電池機能を付与できることが望ましい。

しかし、上記特許文献１〜３に記載の太陽電池付き反射型カラーディスプレイは、色素増感太陽電池によって太陽電池機能を付与しようとした場合、以下の課題を有していた。

即ちカラーフィルタ基板に色素増感太陽電池を組み込む場合、正しい表示をするために電解質の色調整が極めて重要となるが、色調整に必要とされる光増感色素の設計の自由度には制限があり、光増感色素によって色調整を行うことが難しい。

また色素増感太陽電池は電解質中にヨウ素などの光吸収成分を含有している。このため、反射型カラーディスプレイに入射された後、色素増感太陽電池に入射される光はヨウ素などの光吸収成分によってかなり吸収される。このため、色素増感太陽電池に入射された光を十分に透過させることができなくなる。その結果、反射型カラーディスプレイから出射される光の強度が大幅に低下し、反射型カラーディスプレイのコントラストが大幅に低下する。ここで、色素増感太陽電池に入射された光を十分に透過させるためには、ヨウ素などの光吸収成分の濃度を低くすればよいとも考えられる。しかし、ヨウ素などの光吸収成分は、光電変換のために必要な成分であるため、濃度を低下させると、光電変換効率が低下してしまう。

従って、入射した光を十分に透過させながら光電変換効率の低下を防止できる色素増感太陽電池が求められていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、入射した光を十分に透過させながら光電変換効率の低下を防止できる色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置を提供することを目的とする。

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、下記発明により、上記課題を解決し得ることを見出した。

即ち本発明は、一対の透明絶縁板と、前記一対の透明絶縁板の間に設けられる複数のスペーサと、前記複数のスペーサの間に設けられる発電部とを備え、前記発電部が、少なくとも１つの作用極と、少なくとも１つの対極と、前記作用極及び前記対極に接触する電解質とを有し、前記作用極が、金属ワイヤの表面を多孔質酸化物半導体層で被覆してなり、前記スペーサが、前記発電部よりも可視光に対して高い透過率を有することを特徴とする色素増感太陽電池である。

この色素増感太陽電池によれば、光は、一方の透明絶縁板から複数のスペーサ及び発電部に入射され、他方の透明絶縁板から出射される。このとき、色素増感太陽電池に入射される光は、発電部よりも可視光に対して高い透過率を有するスペーサを透過する。従って、スペーサを有しない色素増感太陽電池に比べて、色素増感太陽電池に入射された光を十分に透過させることができる。このため、発電部で光を十分に透過させるべく発電部の電解質に含まれるヨウ素などの光吸収成分の濃度を低下させずに済む。このため、本発明の色素増感太陽電池によれば、一方の透明絶縁板から発電部に太陽光が入射して光電変換が行われる場合に、光電変換効率の低下を防止することができる。また作用極が金属ワイヤの表面を多孔質酸化物半導体層で被覆してなるため、発電部に太陽光が入射された場合に、様々な方向の光を受光することができ、スペーサによる発電量の減少を補うことができる。

上記色素増感太陽電池において、前記対極がワイヤ状であり、前記スペーサが前記透明絶縁板に直接設けられていることが好ましい。

この色素増感太陽電池では、作用極も対極もワイヤ状なので、一般に光を吸収しやすく光透過性を低下させる要因となる透明導電膜を透明絶縁板上に設けて、電極にする必要がないので、スペーサを透明絶縁板上に直接形成することが出来る。こうしてスペーサが透明絶縁板に直接設けられることで、スペーサと透明絶縁板との間に、透明導電膜が存在することがなくなる。このため、透明導電膜による光の吸収がなくなり、色素増感太陽電池に入射した光をより十分に透過させることができる。

上記色素増感太陽電池においては、前記発電部が、ワイヤ状の前記作用極を複数本有し、ワイヤ状の前記対極を複数本有し、前記作用極同士又は前記対極同士が互いに平行に且つ交差しないように配置することが好ましい。

作用極同士又は対極同士を交差するように配置させると、例えば作用極の上に重ねるように作用極を配置する必要があるため、その分、確保しなければならないスペースが増えることになり、一対の透明絶縁板間の間隔を拡大する必要がある。これに対し、作用極同士又は対極同士が互いに平行に且つ交差しないように配置されると、確保しなければならないスペースを増やさずに済むため、一対の透明絶縁板間の間隔を拡大する必要がなくなる。従って、色素増感太陽電池の薄型化が可能となる。また、作用極同士又は対極同士が互いに平行に配置されるため、作用極又は対極を長くしても作用極同士又は対極同士が交差することがない。このため、色素増感太陽電池の大面積化も可能となる。

上記発電部において、複数本のワイヤ状の前記作用極同士又は複数本のワイヤ状の前記対極同士が互いに交差してもよい。

この場合、例えば複数本の作用極のうち一部の作用極で断線が生じても、その断線が生じた作用極の電子は、その断線が生じた作用極と交差する他の作用極を介して回収することが可能である。即ち、電子の流れを迂回させることが可能となる。同様に、複数本の対極のうち一部の対極で断線が生じても、その断線が生じた対極の電子は、その断線が生じた対極と交差する他の対極を介して回収することが可能である。即ち、電子の流れを迂回させることが可能となる。

上記色素増感太陽電池において、前記一対の透明絶縁板のいずれか一方から遠ざかる方向に前記作用極及び前記対極が順次配置され、前記対極が前記作用極に沿って重なるように配置されていることが好ましい。

この場合、一対の透明絶縁板のいずれか一方から遠ざかる方向に作用極及び対極が順次配置され、対極が作用極に沿って重なるように配置されることで、作用極１及び対極２の極間距離が短くなり、作用極及び対極が上記のように配置されない場合に比べて光電変換効率がさらに向上する。また一対の透明絶縁板のいずれか一方から遠ざかる方向に作用極及び対極が順次配置され、対極が作用極に沿って重なるように配置されるということは、スペーサの周囲で、光を吸収する発電部の厚さが増加することを意味する。従って、スペーサに対して大きな出射角を持つ光は、スペーサから発電部に入射されて吸収され、スペーサに対して小さな出射角を持つ光のみが、スペーサから発電部に入射されることなく透明絶縁板を経て出射される。即ち、色素増感太陽電池によれば、視野角を十分に小さくすることができる。即ち、色素増感太陽電池は、表示装置の視野角制御板として機能することができる。

また本発明は、表示部を有する表示装置と、前記表示装置の前記表示部に設けられる色素増感太陽電池とを備える色素増感太陽電池付き表示装置であって、前記表示部が、複数の画素領域および前記画素領域の間に設けられるブラックマトリクス部を有するカラーフィルタを有し、前記色素増感太陽電池の前記発電部が、前記カラーフィルタにおける前記ブラックマトリクス部と重なるように配置され、前記色素増感太陽電池の前記スペーサが前記カラーフィルタにおける前記画素領域と重なるように配置され、前記色素増感太陽電池が、上述した色素増感太陽電池である色素増感太陽電池付き表示装置である。

この色素増感太陽電池付き表示装置によれば、色素増感太陽電池の発電部が表示部のカラーフィルタにおけるブラックマトリクス部と重なるように配置され、スペーサが画素領域と重なるように配置されている。このため、表示部から出射されて色素増感太陽電池に入射された光は、一方の透明絶縁板を経てスペーサを透過し、他方の透明絶縁板を経て出射される。このとき、色素増感太陽電池において、表示部から出射されて色素増感太陽電池に入射された光は、発電部よりも可視光に対して高い透過率を有するスペーサを透過する。またこのとき、発電部は光の透過を妨げるブラックマトリクス部に重なるように配置されるため、表示部からの光は発電部にはほとんど入射されない。従って、スペーサを有しない色素増感太陽電池に比べて、表示部から出射されて色素増感太陽電池に入射された光を十分に透過させることができる。このため、発電部で光を十分に透過させるべく発電部の電解質に含まれるヨウ素などの光吸収成分の濃度を低下させずに済む。このため、本発明の色素増感太陽電池付き表示装置によれば、一方の透明絶縁板から発電部に太陽光が入射して光電変換が行われる場合に、光電変換効率の低下を防止することができる。また作用極が金属ワイヤの表面を多孔質酸化物半導体層で被覆してなるため、発電部に太陽光が入射された場合に、様々な方向の光を受光することができ、スペーサによる発電量の減少を補うことができる。このため、表示装置に電池が内蔵されている場合にはその電池を効率よく充電することができる。

本発明によれば、入射した光を十分に透過させながら光電変換効率の低下を防止できる色素増感太陽電池及び色素増感太陽電池付き表示装置が提供される。

本発明に係る色素増感太陽電池付き表示装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図１の色素増感太陽電池及び表示部を概略的に示す断面図である。 図２の色素増感太陽電池を示す部分拡大断面図である。 本発明の色素増感太陽電池付き表示装置の第２実施形態における色素増感太陽電池を示す部分断面図である。 本発明の色素増感太陽電池付き表示装置の第３実施形態における色素増感太陽電池を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず本発明に係る色素増感太陽電池付き表示装置の第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本発明に係る色素増感太陽電池付き表示装置の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１の色素増感太陽電池及び表示部を概略的に示す断面図、図３は、図２の色素増感太陽電池を示す部分拡大断面図である。

図１に示すように、色素増感太陽電池付き表示装置１００は、表示部１３０を有する表示装置１１０と、表示装置１１０の表示部１３０に設けられる色素増感太陽電池１２０とを備えている。表示装置１１０は、充電可能な電池（図示せず）を内蔵している。尚、図１では、表示装置１１０として、携帯電話が示されている。

図２に示すように、表示部１３０は、液晶層１３と、液晶層１３を挟むように設けられる一対の電極部２０，２１と、一対の電極部２０，２１を挟むように設けられる一対の偏光板８，１６と、偏光板１６に対向するように配置されるバックライトＬとを備えている。電極部２０は、偏光板８に設けられた透明基板９と、透明基板９の液晶層１３側に設けられたカラーフィルタ１１と、カラーフィルタ１１に設けられ液晶層１３に接触する透明電極１２とで構成されている。もう一方の電極部２１は、偏光板１６に設けられた透明基板１５と、透明基板１５の液晶層１３側に設けられ液晶層１３に接触する透明電極１４とで構成されている。

カラーフィルタ１１は、３色の配色パターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、これらの境界に設けられるブラックマトリクス部ＢＭとを有している。ここで、３色の配色パターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃは画素領域を構成している。ブラックマトリクス部ＢＭは、光の透過を妨げるものである。

一方、色素増感太陽電池１２０は、一対の透明絶縁板５，６と、一対の透明絶縁板５，６の間に設けられる複数のスペーサ４と、複数のスペーサ４の間に設けられる発電部１０と、透明絶縁板６に設けられ、表示部１３０の偏光板８に色素増感太陽電池１２０を固定するための粘着剤層７とを備えている。図３に示すように、透明絶縁板５は、透明基板５ａと、その上に設けられるホットメルト樹脂層５ｂとで構成され、透明絶縁板６は、透明基板６ａと、その上に設けられるホットメルト樹脂層６ｂとで構成されている。そして、スペーサ４は、透明絶縁板５のホットメルト樹脂層５ｂによって透明基板５ａに固定され、透明絶縁板６のホットメルト樹脂層６ｂによって透明基板６ａに固定されている。ここで、スペーサ４は、発電部１０よりも可視光に対して高い透過率を有する。スペーサ４としては、液晶層１３側からの光を減衰・変色させずに透過するという理由から、透過率が５０％以上で、４５０〜６５０ｎｍの範囲で透過率変化が３０％以内であるものが好ましく用いられる。尚、例えば電解質として、ヨウ素を含むヨウ素電解液が用いられる場合、ヨウ素電解液は４５０ｎｍ付近に大きな吸収ピークを有するため、透過光が茶色に見える。そこで、スペーサ４の隙間に入り込んだ電解質３の色をキャンセルするために５５０〜６５０ｎｍの光よりも４５０ｎｍ付近の光を１０〜２０％良く透過するように調色したものが好ましい。尚、「可視光」とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲内の光を言い、「透過率」とは、日本分光・紫外可視近赤外分光光度計Ｖ−６００によって測定された値を言う。

図３に示すように、発電部１０は、複数本のワイヤ状の作用極１と、複数本のワイヤ状の対極２と、これらに接触する電解質３とを備えている。ワイヤ状作用極１は、金属ワイヤ１ａの表面を多孔質酸化物半導体層１ｂで被覆してなり、多孔質酸化物半導体層１ｂには光増感色素が担持されている。ワイヤ状の対極２は、金属ワイヤ２ａの表面を触媒膜２ｂで被覆してなるものである。ここで、作用極１及び対極２は、透明絶縁板６から遠ざかる方向に順次配置され、対極２は作用極１に沿って重なるように配置されている。また複数本の作用極１は互いに平行に且つ交差しないように配置され、複数本の対極２も互いに平行に且つ交差しないように配置されている。作用極１及び対極２は、表示装置１１０に内蔵された電池に電気的に接続され、この電池を充電することが可能となっている。

そして、図２に示すように、色素増感太陽電池１２０の発電部１０は、発電部１０の厚さ方向において、表示部１３０のブラックマトリクス部ＢＭと重なるように配置され、色素増感太陽電池１２０のスペーサ４は、スペーサ４の厚さ方向において、表示部１３０の配色パターン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、即ち画素領域と重なるように配置されている。

色素増感太陽電池付き表示装置１００によれば、表示装置１１０の電源をオンにし、一対の電極部２０，２１間に電圧を印加した状態でバックライトＬを発光させると、その光は、偏光板１６、電極部２１、液晶層１３、電極部２０を経てカラーフィルタ１１に入射される。このとき、光は、配色パターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃを透過し、ブラックマトリクス部ＢＭは透過しない。配色パターン１１ａ，１１ｂ，１１ｃを透過した光は、偏光板８を経て、色素増感太陽電池１２０に入射される。色素増感太陽電池１２０に入射された光は、粘着剤層７および透明絶縁板６を経てスペーサ４を透過し、透明絶縁板５を経て出射される。このとき、表示部１３０から出射されて色素増感太陽電池１２０に入射された光は、発電部１０よりも可視光に対して高い透過率を有するスペーサ４を透過する。またこのとき、発電部１０は、発電部１０の厚さ方向において、光の透過を妨げるブラックマトリクス部ＢＭに重なるように配置されるため、表示部１３０のバックライトＬからの光は発電部１０にはほとんど入射されない。即ち、色素増感太陽電池付き表示装置１００によれば、バックライトＬからの光が、発電部１０でほとんど吸収されることなく出射される。従って、スペーサ４を有しない色素増感太陽電池に比べて、表示部１３０から出射されて色素増感太陽電池１２０に入射された光を十分に透過させることができる。このため、発電部１０で光を十分に透過させるべく発電部１０の電解質３に含まれるヨウ素などの光吸収成分の濃度を低下させずに済む。従って、色素増感太陽電池１２０に、透明絶縁板５から発電部１０に太陽光が入射して光電変換が行われても、光電変換効率の低下を防止することができる。また作用極１が金属ワイヤ１ａの表面を多孔質酸化物半導体層１ｂで被覆してなるため、発電部１０に太陽光が入射された場合に、様々な方向の光を受光することができ、スペーサ４による発電量の減少を補うことができる。従って、表示装置１１０に内蔵されている電池を効率よく充電することができる。

また色素増感太陽電池１２０では、複数本の作用極１は互いに平行に且つ交差しないように配置され、複数本の対極２も互いに平行に且つ交差しないように配置されている。作用極１同士及び対極２同士を交差するように配置させると、例えば作用極１の上に重ねるように作用極１を配置する必要があるため、その分、確保しなければならないスペースが増えることになり、一対の透明絶縁板５，６間の間隔を拡大する必要がある。これに対し、作用極１同士又は対極２同士が互いに平行で交差しないように配置すると、確保しなければならないスペースを増やさずに済むため、一対の透明絶縁板５，６間の間隔を拡大する必要がなくなる。従って、色素増感太陽電池１２０の薄型化が可能となる。また、作用極１同士及び対極２同士が互いに平行に配置されるため、作用極１及び対極２を長くしても作用極１同士及び対極２同士が交差することがないため、色素増感太陽電池１２０の大面積化も可能となる。

さらに色素増感太陽電池１２０では、透明絶縁板６から遠ざかる方向に作用極１、対極２の順に配置され、ワイヤ状の対極２がワイヤ状の作用極１に沿って重なるように配置されている。このため、作用極１及び対極２の極間距離が短くなり、対極２及び作用極１が上記のように配置されない場合に比べて光電変換効率がさらに向上する。また透明絶縁板５から遠ざかる方向に対極２及び作用極１が順次配置され、対極２及び作用極１が互いに重なるように配置されるということは、スペーサ４の周囲で、光を吸収する発電部１０の高さが増加することを意味する。従って、スペーサ４に対して大きな出射角を持つ光は、スペーサ４から発電部１０に入射されて吸収され、スペーサ４に対して小さな出射角を持つ光のみが、スペーサ４から発電部１０に入射されることなく透明絶縁板５を経て出射される。即ち、色素増感太陽電池１２０によれば、視野角を十分に小さくすることができる。即ち、色素増感太陽電池１２０は、表示装置１１０の視野角制御板として機能することができる。

さらにまた、色素増感太陽電池１２０では、作用極１も対極２もワイヤ状なので、一般に光を吸収しやすく光透過性を低下させる要因となる透明導電膜を透明絶縁板５又は６上に設けて、電極にする必要がないので、スペーサ４を透明絶縁板５又は６上に直接形成することが出来る。こうしてスペーサ４が透明絶縁板５，６に直接設けられることで、スペーサ４と透明絶縁板５，６との間に、透明導電膜が存在することがなくなる。このため、透明導電膜による光の吸収がなくなり、色素増感太陽電池１２０に入射した光をより十分に透過させることができる。

次に、色素増感太陽電池付き表示装置１００の製造方法について説明する。

まず表示装置１１０を準備する。表示装置１１０としては、表示部１３０を有する公知の表示装置を用いることができる。図１では、表示装置１１０として、携帯電話が示されているが、ノートＰＣ等を使用することも可能である。

一方、色素増感太陽電池１２０を準備する。色素増感太陽電池１２０は以下のようにして準備する。

まず透明絶縁板５，６、スペーサ４、ワイヤ状の作用極１及びワイヤ状の対極２を準備する。

透明絶縁板５，６は、次のようにして得ることができる。即ち、例えば透明基板５ａ，６ａにホットメルト樹脂フィルムを加圧しながら溶融させる。こうして透明基板５ａ上にホットメルト樹脂層５ｂが形成され、透明基板６ａ上にホットメルト樹脂層６ｂが形成され、透明絶縁板５，６が得られる。

透明基板５ａ，６ａは、バックライトＬからの光に対して透明で且つ絶縁性を有する板状部材であればよい。透明基板５ａ，６ａを構成する材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板５ａ、６ａの厚さは、色素増感太陽電池１２０のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜１００００μｍの範囲にすればよい。

ホットメルト樹脂フィルムは、熱によって溶融する樹脂であればいかなるものでも使用可能である。具体的には、三井デュポンポリケミカル社製のHIMILAN（ハイミラン）やデュポン社製のBynel（バイネル）などを用いることができる。

スペーサ４としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などを用いることができる。スペーサ４としては、バックライトＬからの光の透過率が、同じ厚さの発電部１０よりも高いものが用いられる。またスペーサ４の厚さは、透明絶縁板５，６間に作用極１及び対極２を配置できる厚さとすればよい。また各スペーサ４の厚さ方向に直交する断面の大きさは、表示部１３０の画素領域と同一の大きさとする。

作用極１は、次のようにして作製する。即ちまず金属ワイヤ１ａを用意する。金属ワイヤ１ａとしては、例えばチタン線などを用いることができる。また、金属ワイヤ１ａとしては、銅などの抵抗の低い金属に、チタンなどの耐食性の強い金属を被覆したものを用いることが好ましい。金属ワイヤ１ａの最大幅は、スペーサ４間の間隔に応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとすればよい。

そして、この金属ワイヤ１ａを、多孔質酸化物半導体層形成用ペースト中に浸漬した後、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを乾燥して焼成する。こうして、金属ワイヤ１ａの表面を覆う多孔質酸化物半導体層１ｂを形成する。このとき多孔質酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。酸化物半導体粒子としては、酸化チタン（ＴiＯ₂）、酸化亜鉛（ＺnＯ）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化ニオブ（Ｎb₂Ｏ₅）、チタン酸ストロンチウム（ＳrＴiＯ₃）、酸化スズ（ＳnＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ_３Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化タリウム（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。焼成温度は酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１４０℃〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１〜５時間である。

次に、作用極１の多孔質酸化物半導体層１ｂに光増感色素を担持させる。このためには、作用極１を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を多孔質酸化物半導体層１ｂに吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を多孔質酸化物半導体層１ｂに吸着させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層１ｂに塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を酸化物半導体多孔膜に吸着させても、光増感色素を多孔質酸化物半導体層１ｂに担持させることが可能である。

光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。

対極２は次のようにして作製する。まずワイヤ状の対極基材２ａを準備する。そして、対極基材２ａの上に触媒膜２ｂを形成する。触媒膜２ｂの形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。

対極基材２ａは、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料や、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物で構成される。対極２についても、作用極１と同様に、銅などの抵抗の低い金属に、チタンなどの耐食性の強い金属を被覆したものを用いることが好ましい。対極基材２ａの最大幅は、スペーサ４間の間隔に応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ〜０．５ｍｍとすればよい。

触媒膜２ｂは、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。

そして、透明絶縁板５のホットメルト樹脂層５ｂに対し複数のスペーサ４を加熱しながら加圧することによってホットメルト樹脂層５ｂを溶融させる。こうして、スペーサ４をホットメルト樹脂層５ｂによって透明基板５ａに固定する。

そして、複数のスペーサ４の間に、複数本のワイヤ状の作用極１を、互いに平行になるように且つ交差しないように配置する。次に、複数本のワイヤ状の対極２をワイヤ状の作用極１に沿って重ね合わせるように配置する。このとき、複数本のワイヤ状の対極２は、互いに平行になるように且つ交差しないように配置する。

その後、複数のスペーサ４の間に電解質３を注入する。電解質３は通常、電解液で構成され、この電解液は例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻のほか、臭素／臭化物イオンなどの対が挙げられる。尚、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質３は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、ＬｉＩ、Ｉ_２、４−ｔ−ブチルピリジンなどが挙げられる。さらに電解質３としては、上記イオン液体電解質にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットイオンゲル電解質を用いてもよく、また、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の有機系ゲル化剤を用いてゲル化したイオン液体電解質を用いてもよい。

そして、透明絶縁板６のホットメルト樹脂層６ｂに対し複数のスペーサ４を加熱しながら加圧することによってホットメルト樹脂層６ｂを溶融させる。こうしてスペーサ４をホットメルト樹脂層６ｂによって透明基板６ａに固定する。このとき、スペーサ４への透明絶縁板６の貼付けは、大気圧下で行ってもよいが、減圧下で行ってもよい。

そして、透明絶縁板５，６の周囲を封止樹脂で封止して封止部（図示せず）を形成する。

最後に、透明絶縁板６上に粘着剤層７を形成する。こうして色素増感太陽電池１２０が得られる。

この色素増感太陽電池１２０を、表示装置１１０の表示部１３０に、粘着剤層７で貼り付けると、色素増感太陽電池付き表示装置１００が得られる。このとき、色素増感太陽電池１２０は、表示装置１１０に対し、外付けで容易に取り付けることが可能である。

（第２実施形態）
まず本発明に係る色素増感太陽電池付き表示装置の第２実施形態について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置の第２実施形態における色素増感太陽電池を示す部分断面図である。尚、図４において、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置は、色素増感太陽電池２２０の発電部２１０が、作用極１及び対極２からなる電極対を複数有する点で、第１実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置１００と異なる。

即ち、図４に示す色素増感太陽電池２２０では、透明絶縁板６から遠ざかる方向に作用極１、対極２、作用極１及び対極２が順次配置されている。

この色素増感太陽電池２２０を用いると、スペーサ４の周囲で、光を吸収する発電部１０の高さが増加する。その結果、スペーサ４に対して大きな出射角を持つ光は、スペーサ４から発電部１０に入射されて吸収され、スペーサ４に対して小さな出射角を持つ光のみが、スペーサ４から発電部１０に入射されることなく透明絶縁板５を経て出射される。即ち、色素増感太陽電池２２０によれば、第１実施形態の色素増感太陽電池１２０よりも視野角を十分に小さくすることができる。加えて、色素増感太陽電池２２０では、作用極１及び対極２からなる電極対を複数有するため、第１実施形態の色素増感太陽電池１２０に比べて発電量をより一層増加させることができる。従って、表示装置１１０に電池が内蔵されている場合にはその電池を一層効率よく充電することができる。

（第３実施形態）
まず本発明に係る色素増感太陽電池付き表示装置の第３実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置の第３実施形態における色素増感太陽電池を示す部分断面図である。尚、図５において、第１及び第２実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置は、色素増感太陽電池３２０の発電部３１０が、ワイヤ状の作用極１及びワイヤ状の対極２をそれぞれ複数本有し、複数本の作用極１同士が互いに交差し、複数本のワイヤ状対極２同士が互いに交差している点で、第１実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置１００と異なる。

ここで、図５に示す色素増感太陽電池３２０では、透明絶縁板６から遠ざかる方向に複数本の作用極１、複数本の作用極１、複数本の対極２、及び複数本の対極２が順次配置されている。そして、透明絶縁板６から２段目に設けられた作用極１は、１段目に設けられた作用極１に対して交差しており、スペーサ４に形成された貫通孔を貫通している。また透明絶縁板６から２段目に設けられた対極２は、１段目に設けられた対極２に対して交差しており、スペーサ４に形成された貫通孔又は溝を貫通している。

この場合、例えば複数本の作用極１のうち一部の作用極１で断線が生じても、その断線が生じた作用極１の電子は、その断線が生じた作用極１と交差する他の作用極１を介して回収することが可能である。即ち、電子の流れを迂回させることが可能となる。同様に、複数本の対極２のうち一部の対極２で断線が生じても、その断線が生じた対極２の電子は、その断線が生じた対極２と交差する他の対極２を介して回収することが可能である。即ち、電子の流れを迂回させることが可能となる。このため、本実施形態の色素増感太陽電池付き表示装置は、信頼性の点でより優れたものとなる。

本発明は、上記第１〜第３実施形態に限定されるものではない。例えば上記第１〜第３実施形態では、対極２がワイヤ状となっているが、ワイヤ状の対極２を除去し、その代わりに、透明絶縁板５上に対極基材２ａ及び触媒膜２ｂを順次形成してなる対極板を用いてもよい。

さらに上記第１〜第３実施形態では、作用極１及び対極２のいずれも複数本用いられているが、作用極１及び対極２のいずれも複数本用いる必要はなく、１本だけで用いられてもよい。

また上記第１〜第３実施形態では、透明絶縁板５が透明基板５ａの上にホットメルト樹脂層５ｂを形成してなるものとなっているが、ホットメルト樹脂層５ｂは必ずしも必要ではなく、省略することが可能である。同様に、透明絶縁板６のホットメルト樹脂層６ｂも省略可能である。

また上記第１〜第３実施形態では、表示装置１１０として、バックライトＬを有する透過型の液晶表示装置が使用されているが、バックライトＬに代えて反射板を備える反射型の液晶表示装置ももちろん使用可能である。

さらに上記第１〜第３実施形態では、色素増感太陽電池を、液晶層１３を有する表示部１３０を備えた表示装置に適用した例が示されているが、本発明の色素増感太陽電池は、液晶層を有する表示部を備えた表示装置に限られず、有機又は無機ＥＬ素子を有する表示部を備えた表示装置などの他の表示装置にも適用できる。この場合、表示装置１１０におけるバックライトＬ及び偏光板８，１６は不要となる。

また上記第１〜第３実施形態では、色素増感太陽電池１２０，２２０，３２０は表示部１３０を有する表示装置１１０に貼り付けられて使用されているが、色素増感太陽電池１２０，２２０，３２０は、光を十分に透過させながら、光電変換効率の低下を十分に防止できるため窓材として使用することも可能である。特に色素増感太陽電池を窓材として使用する場合、光の透過率を高めることが重要である。そのため、発電部よりもスペーサの光入射面積を十分に大きくすることが望ましい。このとき、発電部の光入射面積が小さくなることで、発電量が低下することが考えられるが、この場合でも、作用極が金属ワイヤの全周を多孔質酸化物半導体層で被覆してなるものとなるようにすれば、作用極の径を小さくしながら受光面積を広くすることができるため、発電量の低下を十分に抑えることができる。

１…作用極
１ａ…金属ワイヤ
１ｂ…多孔質酸化物半導体層
２…対極
３…電解質
４…スペーサ
５、６…透明絶縁板
１０，２１０，３１０…発電部
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…配色パターン（画素領域）
１００…色素増感太陽電池付き表示装置
１１０…表示装置
１２０，２２０，３２０…色素増感太陽電池
１３０…表示部
ＢＭ…ブラックマトリクス部

Claims (6)

1. 一対の透明絶縁板と、
   前記一対の透明絶縁板の間に設けられる複数のスペーサと、
   前記複数のスペーサの間に設けられる発電部とを備え、
   前記発電部が、少なくとも１つの作用極と、少なくとも１つの対極と、前記作用極及び前記対極に接触する電解質とを有し、
   前記作用極が、金属ワイヤの表面を多孔質酸化物半導体層で被覆してなり、
   前記スペーサが、前記発電部よりも可視光に対して高い透過率を有することを特徴とする色素増感太陽電池。
2. 前記対極がワイヤ状であり、前記スペーサが前記透明絶縁板に直接設けられている請求項１に記載の色素増感太陽電池。
3. 前記発電部が、ワイヤ状の前記作用極を複数有し、ワイヤ状の前記対極を複数本有し、前記作用極同士又は前記対極同士が互いに平行に且つ交差しないように配置されている請求項２に記載の色素増感太陽電池。
4. 前記発電部が、ワイヤ状の前記作用極を複数有し、ワイヤ状の前記対極を複数本有し、前記対極同士又は前記作用極同士が互いに交差している請求項２に記載の色素増感太陽電池。
5. 前記一対の透明絶縁板のいずれか一方から遠ざかる方向に前記作用極及び前記対極が順次配置され、前記対極が前記作用極に沿って重なるように配置されている請求項２〜４のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
6. 表示部を有する表示装置と、前記表示装置の前記表示部に設けられる色素増感太陽電池とを備える色素増感太陽電池付き表示装置であって、
   前記表示部が、複数の画素領域および前記画素領域の間に設けられるブラックマトリクス部を有するカラーフィルタを有し、
   前記色素増感太陽電池の前記発電部が、前記カラーフィルタにおける前記ブラックマトリクス部と重なるように配置され、前記色素増感太陽電池の前記スペーサが前記カラーフィルタにおける前記画素領域と重なるように配置され、
   前記色素増感太陽電池が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池である表示装置。

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