JP2014165060A - 色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】色素の脱離を抑制し、意匠性を維持出来る色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供する。
【解決手段】第１基板２０と、第１基板上に配置された第１電極１０と、第１電極上に配置され、半導体微粒子１２と色素分子Ｄｙｅを備える多孔質半導体層１３と、多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質２８と所定の色素分子Ｄｙｅを溶媒に所定の濃度で溶解した電解液１５と、電解液に接する第２電極１８と、第２電極上に配置された第２基板２２と、第１基板と第２基板との間に配置され、電解液を封止する封止材１６とを備える色素増感太陽電池２００およびその製造方法、および色素増感太陽電池２００を搭載した電子機器。
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ：Dye-sensitized Solar Cells）に係り、特に、色素の脱離を抑制し、意匠性を維持出来る色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器に関する。

近年、安価で高性能の太陽電池としてＤＳＣが注目されている。ＤＳＣは、スイス・ローザンヌ工科大学のグレツェルが開発したもので、増感色素を表面に担持した酸化チタンを用いることで、光電変換効率が高く、製造コストが安いなどの利点を有することから、次世代の太陽電池として期待されている。この太陽電池は、内部に電解液を封入してあることから、湿式太陽電池とも呼ばれる。

ＤＳＣは、増感色素を表面に担持した多孔質の酸化チタン層を備えた作用極と、作用極の酸化チタン層に対向して配置された対極と、作用極と対極との間に充填された電解質溶液とを備える（例えば、特許文献１参照。）。

ＤＳＣの作用極は、表面に担持された増感色素により、所定の色彩を呈する。そのため、ＤＳＣは、各種電子機器等に組み込まれた際に、発電機能に加えて、その色彩により電子機器等の美観を向上させる役割も果たしている。

特開平１１−１３５８１７号

ところが、ＤＳＣの作用極に担持されている増感色素は、経時的に脱離して電解液に溶け出してしまう。

これにより、発電効率が低下すると共に、作用極の当初の色彩が徐々に失われるという不都合があった。また、増感色素の溶出により電解液が徐々に着色され、ひいては電子機器等の美観が損なわれてしまうという問題もある。

本発明の目的は、色素の脱離を抑制し、意匠性を維持出来る色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１基板と、前記第１基板上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質と所定の色素分子を溶媒に所定の濃度で溶解した電解液と、前記電解液に接する第２電極と、前記第２電極上に配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材とを備える色素増感太陽電池が提供される。

本発明の他の態様によれば、第１基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第１基板上に第１電極をパターン形成する工程と、前記第１電極上に多孔質半導体層を形成後、前記多孔質半導体層に色素を浸漬する工程と、第２基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第２基板上に第２電極をパターン形成する工程と、前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、開口部よりＤＳＣセル内部に、所定の色素が所定の濃度で溶解されている電解液を封入し、開口部を封止する工程とを有する色素増感太陽電池の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、第１基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第１基板上に第１電極をパターン形成する工程と、前記第１電極上に多孔質半導体層を形成する工程と、第２基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第２基板上に第２電極をパターン形成する工程と、前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、開口部よりＤＳＣセル内部に、色素が所定の濃度で溶解されている電解液を封入し、前記多孔質半導体層に前記色素を浸漬する工程と、前記開口部を封止する工程とを有する色素増感太陽電池の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記の色素増感太陽電池を搭載した電子機器が提供される。

本発明によれば、色素の脱離を抑制し、意匠性を維持出来る色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供することができる。

（ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣの模式的平面パターン構成図および（ｂ）Ｉ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。 色素を溶解した電解液の調製状態を示す説明図。 比較例に係るＤＳＣの模式的断面構造図。 電解液における色素の溶解度曲線を示すグラフ。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの模式的断面構造図。 第２の実施の形態に係るＤＳＣの作成工程を示す説明図であって、（ａ）ＤＳＣの構成を示す側面図、（ｂ）色素とヨウ素を混合した電解液を示す側面図。 比較例に係るＤＳＣの作成工程を示す説明図であって、（ａ）ＤＳＣの構成を示す側面図、（ｂ）通常の電解液を示す側面図。 比較例に係るＤＳＣにおいて色素が溶け出した状態を示す側面図。 第２の実施の形態に係るＤＳＣにおける色素分子の動きを示す説明図。 比較例に係るＤＳＣの作成工程を示す図であって、セルに電解液を注入する前の状態を示す説明図。 比較例に係るＤＳＣの作成工程を示す図であって、セルを封止した状態を示す説明図。 比較例に係るＤＳＣにおいて、色素が脱離して電解液に溶出した状態を示す説明図。 比較例に係る当初状態のＤＳＣについての概略構成図。 比較例に係る経時状態のＤＳＣについての概略構成図。 実施例に係るＤＳＣの作成工程を示す図であって、セルに電解液を注入する前の状態を示す説明図。 実施例に係るＤＳＣの作成工程を示す図であって、セルを封止した状態を示す説明図。 実施例に係る当初状態のＤＳＣについての概略構成図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの模式的平面パターン構成図。 図１８のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 図１８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 図１８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。 図１８のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの多孔質半導体層の半導体微粒子の模式的構造図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの動作原理説明図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの電解液における電荷交換反応に基づく動作原理説明図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、多孔質半導体層（１３）／色素分子（３２）／電解液（１５）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラム。 第３の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、色素分子（３２）／電解液（１５）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図２６のＪ部分の拡大図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの各構成材料のエネルギーレベルと発電サイクルを示す説明図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣに用いられる色素を示す化学構造式であって、（ａ）Ｄ１４９を示す化学構造式、（ｂ）Ｎ７１９を示す化学構造式、（ｃ）Ｄ１３１を示す化学構造式。 第３の実施の形態に係るＤＳＣに用いられる色素を示す化学構造式であって、（ａ）紫色を呈する色素の化学構造式、（ｂ）緑色を呈するＹＤ２−ｏ−Ｃ８を示す化学構造式。 （ａ）第３の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、基本セルを４個直列構成に配置した模式的断面構造図、（ｂ）図３１（ａ）の模式的回路表現。 （ａ）第３の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、基本セルを４個並列構成に配置した模式的断面構造図、（ｂ）図３２（ａ）の模式的回路表現。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）第２基板を前処理する工程図、（ｂ）第２基板上に第２電極を形成する工程図、（ｃ）第２電極上に触媒層を形成する工程図、（ｄ）第１基板を前処理後、第１基板上に第１電極を形成する工程図、（ｅ）第１電極上に多孔質半導体層を形成後、多孔質半導体層に色素を浸漬する工程図、（ｆ）図３３（ｃ）の工程後の第２基板と図３３（ｅ）の工程後の第１基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程図、（ｇ）開口部より内部に電解液を封入し、開口部を封止し、ＤＳＣセルを形成する工程図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板上に複数の内部第１電極が形成された状態を示す平面図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第２基板上に複数の内部第２電極が形成された状態を示す平面図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板と第２基板を封止材を介して貼り合わせた状態を示す平面図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、図３６のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、横方向のスクライブラインを形成した状態を示す平面図。 第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、縦方向のスクライブラインをさらに形成した状態を示す平面図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを用いたＩＤカードを示す平面図。 （ａ）第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣのセルを３個形成した構成を示す平面図、（ｂ）３個のセルを直列接続した状態を示す説明図。 （ａ）第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣのセルを５個、直列接続した状態を示す模式図、（ｂ）図４２（ａ）の説明図、（ｃ）図４２（ａ）の構成例を示す平面図。 （ａ）第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣのセルをｎ個、タンデム構成に積層させた状態を示す模式図、（ｂ）図４３（ａ）の説明図。 （ａ）第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣのセルをｎ個、タンデム構成に積層させたものを並列接続した状態を示す模式図、（ｂ）図４４（ａ）の説明図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の構成例を示す平面図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の側面図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の他の構成例を示す側面図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した卓上デジタル時計の構成例を示す鳥瞰図。 （ａ）第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した電子手帳を開いた状態を示す鳥瞰図、（ｂ）閉じた状態を示す鳥瞰図。 第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した電子辞書を開いた状態を示す鳥瞰図。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

以下の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、「透明」とは、透過率が約５０％以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係るＤＳＣにおいて、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度、エネルギー約３．４５ｅＶ〜１．４９ｅＶ程度に相当し、この領域で透過率が５０％以上あれば透明である。

[第１の実施の形態]
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の模式的平面パターン構成は、図１（ａ）に示すように表され、そのＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表される。

本実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１および図２に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、半導体微粒子１２と色素分子Ｄｙｅを備える多孔質半導体層１３と、多孔質半導体層１３と接し、酸化還元電解質と色素分子Ｄｙｅを溶媒１４に所定の濃度で溶解した電解液１５と、電解液１５に接する第２電極（対極）１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、電解液１５に接して第２電極１８の表面上に配置される触媒層１９と、第１基板１０と第２基板２２との間に配置され、電解液１５を封止する封止材１６とを備える。

ここで、電解液１５に溶解されている所定の色素分子Ｄｙｅは、多孔質半導体層１３に吸着されている色素分子Ｄｙｅと同じ組成とすることができる。これにより、多孔質半導体層１３に吸着されている色素分子Ｄｙｅの脱離を抑制することができ、発電効率の低下を防ぐとともに、色素分子Ｄｙｅの脱離による美観の劣化を予防することができる。

特に、電解液１５に溶解されている所定の色素分子Ｄｙｅを、多孔質半導体層１３に吸着されている色素分子Ｄｙｅと同じ組成とすることにより、多孔質半導体層１３と電解液１５との色が略同じ色合いとなるため、電解液１５により多孔質半導体層１３の色味が悪くなることを解消できる。

また、電解液１５に溶解されている所定の色素分子Ｄｙｅは、多孔質半導体層１３に吸着されている色素分子Ｄｙｅと異なる組成のものとするようにしても良い。この場合には、色素分子Ｄｙｅの脱離を抑制すると共に、多孔質半導体層１３と電解液１５との色彩を代えて、ＤＳＣ２００の色のカラフル性を高め、美観を向上させることができる。

また、電解液１５における色素分子Ｄｙｅの所定の濃度は、飽和濃度とすることができる。これにより、多孔質半導体層１３からの色素分子Ｄｙｅの脱離をより有効に抑制することができる。

（電解液の調製）
図２は、色素Ｄｙｅを溶解した電解液１５の調製状態を示す。

図２に示す例では、ヒータ６００上に載置される加熱用容器６２０に加熱用媒体（例えば、水）６４０を入れて、所定の温度（例えば、５０〜６０℃）まで加熱する。

そして、予め酸化還元電解質を溶解した溶媒１４をビーカ２３に入れて、そのビーカ２３を加熱用容器６２０内の加熱用媒体６４０に浸す。

次いで、色素Ｄｙｅを所定の濃度（例えば、飽和濃度）に達するまでビーカ２３内の溶媒１４に投入する。

なお、色素Ｄｙｅを溶媒１４中に効率的に分散させるために、超音波振動装置を適用しても良い。すなわち、ビーカ２３内の溶媒１４に所定周波数の超音波振動エネルギーを供給することによって、色素Ｄｙｅを溶媒１４中に効率的に分散させることができる。

ここで、溶媒１４は、電解質、添加剤を溶解する液体であり、高沸点、化学的安定性が高く、高誘電率（電解質が良く溶解する）、低粘度であること望ましい。例えば、溶媒１４は、炭酸プロピレン、γブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどで構成されていても良い。また、場合によっては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルなどで構成されていても良い。

色素Ｄｙｅとしては、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、フタロシアニン系色素、ポルフィリン色素などを適用することができる。これにより、赤、黒、青、緑、紫等の色彩を有する電解液１５を調製することができる。

図４は、電解液１５における色素Ｄｙｅの溶解度曲線を示すグラフである。

このグラフを見ると分かるように、色素濃度（色素量／電解液：％）は、所定の濃度Ｄ₀までの溶解度Ｉ₀は線形で遷移し、徐々に溶解度が下がった後、飽和溶解度Ｉ_Sで限界に達し、飽和濃度Ｄ_Sとなる。

ここで、図３は、比較例に係るＤＳＣ２００Ａの模式的断面構造図である。なお、本実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

本実施の形態に係るＤＳＣ２００と比較例に係るＤＳＣ２００Ａとの相違点は、予め酸化還元電解質のみを溶解した溶媒１４を電解液１４ａとして用いている点である。

そのため、比較例に係るＤＳＣ２００Ａでは、多孔質半導体層（作用極）１３に担持されている色素Ｄｙｅは、経時的に脱離して電解液１４ａに溶け出してしまう。

これにより、発電効率が低下すると共に、多孔質半導体層１３の当初の色彩が徐々に失われてしまう。また、色素Ｄｙｅの溶出により電解液１４ａが徐々に着色され、ひいてはＤＳＣ２００Ａを搭載する電子機器等の美観が損なわれてしまう。

一方、図５は、本実施の形態に係るＤＳＣ２００の模式的断面構造図である。

本実施の形態に係るＤＳＣ２００では、酸化還元電解質と色素分子Ｄｙｅを溶媒１４に所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解した電解液１５を用いている。

これにより、多孔質半導体層１３に担持されている色素分子Ｄｙｅの脱離を抑制することができ、発電効率の低下を防ぐとともに、色素分子Ｄｙｅの脱離による美観の劣化を予防することができる。

[第２の実施の形態]
図６は、第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００の作成工程を示す説明図であり、図６（ａ）はＤＳＣ２００の構成を示す側面図、図６（ｂ）は色素Ｄｙｅとヨウ素を混合した電解液１５を示す側面図である。

なお、上述の第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様の構成については、同一符号を付して重複した説明は省略する。

第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００においては、溶媒１４に色素Ｄｙｅとヨウ素Ｉを混合して溶解させて電解液１５を調製している点が異なる。

なお、色素Ｄｙｅは、第１の実施の形態に挙げたものを用いることができる。

これにより、多孔質半導体層（作用極）１３と電解液１５の働きにより効率的に発電することができると共に、色素Ｄｙｅとヨウ素Ｉの混合によりバリエーションに富む色彩を呈することができ、美観が向上される。

また、多孔質半導体層１３に担持させる色素Ｄｙｅと、電解液１５に溶解させる色素Ｄｙｅとを同一組成のものとする場合には、多孔質半導体層１３に予め色素Ｄｙｅを浸漬させることなく、電解液１５を注入するだけで、多孔質半導体層１３に色素Ｄｙｅを吸着させて担持させることができる。この場合には、製造工程の簡略化により、製造コストの低廉化を図ることができる。

一方、図７は、比較例に係るＤＳＣ２００Ａの作成工程を示す説明図であって、図７（ａ）はＤＳＣ２００Ａの構成を示す側面図、図７（ｂ）は通常の電解液１４ａを示す側面図である。

比較例に係るＤＳＣ２００Ａでは、多孔質半導体層１３に予め色素Ｄｙｅを浸漬させて吸着させる工程が必要であり、第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００に比して工程数が多くなり、製造コストが嵩む。また、次に説明するように、電解液１４ａに色素が溶出してしまう。

図８は、比較例に係るＤＳＣ２００Ａにおいて色素Ｄｙｅが溶け出した状態を示す側面図である。

図８に示すように、多孔質半導体層（作用極）１３に担持されている色素Ｄｙｅは、経時的に脱離して電解液１４ａに溶け出してしまう。これにより、発電効率が低下すると共に、多孔質半導体層１３の当初の色彩が徐々に失われてしまう。また、色素Ｄｙｅの溶出により電解液１４ａが徐々に着色され、ひいてはＤＳＣ２００Ａを搭載する電子機器等の美観が損なわれてしまう。

図９は、実施の形態に係るＤＳＣ２００における色素分子の動きを示す説明図である。

図９に示すように、本実施の形態に係るＤＳＣ２００においては、多孔質半導体層（作用極）１３に担持されている色素Ｄｙｅが経時的に脱離して電解液１５に溶け出したとしても、電解液１５において色素Ｄｙｅは所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解されているため、再び多孔質半導体層１３に侵入して吸着される。

したがって、多孔質半導体層１３に担持されている色素Ｄｙｅが継続的に電解液１５に溶け出すことが抑制され、発電効率の低下が防がれるとともに、色素分子Ｄｙｅの脱離による美観の劣化も予防される。

（比較例に係るＤＳＣ）
図１０〜１４を参照して、比較例に係るＤＳＣ２００Ａについて説明する。

図１０は比較例に係るＤＳＣ２００Ａの作成工程を示す図であって、セルに電解液を注入する前の状態を示す説明図、図１１は比較例に係るＤＳＣ２００Ａの作成工程を示す図であって、セルを封止した状態を示す説明図、図１２は比較例に係るＤＳＣ２００Ａにおいて、色素Ｄｙｅが脱離して電解液に溶出した状態を示す説明図である。

また、図１３は、比較例に係る当初状態のＤＳＣ２００Ａについての概略構成図、図１４は、比較例に係る経時状態のＤＳＣ２００Ａについての概略構成図である。

図１０に示すように、ヨウ素のみを溶解した電解液１４ａは、セルの上部に開口された開口部からセル内に注入される。

多孔質半導体層１３は、半導体微粒子１２と色素分子Ｄｙｅを備える。この多孔質半導体層１３の色素分子Ｄｙｅは、予め色素溶液に浸漬させて吸着されている。

次いで、図１１に示すように、紫外線硬化樹脂等からなる封止材によって開口部が封止されてＤＳＣ２００Ａが作成される（図１３）。

この作成時においては、多孔質半導体層１３は色素Ｄｙｅが呈する色彩となり、電解液１４ａはヨウ素が呈する色彩（例えば、茶色等）となる。

しかし、時間が経過するに従って、多孔質半導体層１３に担持されている色素Ｄｙｅは徐々に電解液１４ａに溶出していき、図１２、図１４に示すように、色が薄くなった多孔質半導体層１３Ｄに変化していく。なお、色彩の変化と共に、色素Ｄｙｅによる増感機能が低下して発電効率も低下する。

一方、電解液１４ａの色は、多孔質半導体層１３からの色素Ｄｙｅの溶出により、ヨウ素の色と色素Ｄｙｅの色が混濁した色となり、ＤＳＣ２００Ａ全体の色が作成当初とは変化し、美観を損なってしまう。

また、電解液１４ａにはヨウ素が溶解されているため、例えばくすんだ茶色を呈する。その影響で、色素Ｄｙｅが吸着された多孔質半導体層１３の色もくすんで発色が悪く、美観を損なっていた。

（実施例に係るＤＳＣ）
図１５〜１７を参照して、実施例に係るＤＳＣ２００について説明する。

図１５は、実施例に係るＤＳＣ２００の作成工程を示す図であって、セルに電解液１５を注入する前の状態を示す説明図、図１６は、実施例に係るＤＳＣ２００の作成工程を示す図であって、セルを封止した状態を示す説明図、図１７は、実施例に係る当初状態のＤＳＣ２００についての概略構成図である。

図１５に示すように、所定の色素Ｄｙｅを溶媒１４に所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解した電解液１５は、セルの上部に開口された開口部からセル内に注入される。

多孔質半導体層１３は、半導体微粒子１２と色素分子Ｄｙｅを備える。この多孔質半導体層１３の色素分子Ｄｙｅは、予め色素溶液に浸漬させて吸着されるようにできる。

なお、電解液１５に溶解されている所定の色素Ｄｙｅと、多孔質半導体層１３に担持させる色素分子Ｄｙｅとが同一組成の場合には、電解液１５に浸漬させることによって多孔質半導体層１３に色素Ｄｙｅを吸着させて担持させることもできる。

次いで、図１６に示すように、紫外線硬化樹脂等からなる封止材によって開口部が封止されてＤＳＣ２００が作成される（図１７）。

この作成時においては、多孔質半導体層１３および電解液１５は色素Ｄｙｅが呈する色彩となる。

また、電解液１５には所定の濃度で色素Ｄｙｅが溶解されているので、時間が経過しても多孔質半導体層１３に担持されている色素Ｄｙｅが継続的に電解液１５に溶け出すことが抑制され、発電効率の低下が防がれる。また、色素分子Ｄｙｅの脱離による美観の劣化も予防される。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の模式的平面パターン構成は、図１８に示すように表され、図１８のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１９に示すように表され、図１８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図２０に示すように表され、図１８のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図２１に示すように表され、図１８のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成は、図２２に示すように表される。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１８〜図２２に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された内部第１電極１０Ａと、内部第１電極１０Ａ上に配置された多孔質半導体層１３と、多孔質半導体層１３と接し、酸化還元電解質と色素Ｄｙｅを所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶媒１４に溶解した電解液１５と、電解液１５に接する内部第２電極（対極）１８Ａと、内部第２電極１８Ａ上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２との間に配置され、電解液１５を封止する封止材１６とを備える。

また、第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１８〜図２２に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０上に配置された外部第１電極１０Ｂと、封止材１６の外部の第２基板２２上に配置された外部第２電極１８Ｂとを備えていても良い。

また、第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１８〜図２２に示すように、第１基板２０と第２基板２２に挟まれ、かつ封止材１６に囲まれたセル領域に電解液１５を注入する開口部を備え、内部第１電極１０Ａと外部第１電極１０Ｂは、第１基板２０上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されていても良い。

また、内部第２電極１８Ａと外部第２電極１８Ｂは、第２基板２２上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されていても良い。

また、開口部を封止する開口部封止材３ｂと、開口部に配置され、封止材１６と開口部封止材３ｂとを結合するキャップ封止材３ａとを備えていても良い。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、封止材１６は、図１８〜図２２に示すように、第１基板２０・第２基板２２に接触している。

内部第１電極１０Ａ・外部第１電極１０Ｂは、図１８、図２０〜図２２に示すように、電解液１５の注入用の開口部近傍において、電気的に接続されている。

内部第２電極１８Ａ・外部第２電極１８Ｂは、図１８、図２０〜図２２に示すように、電解液１５の注入用の開口部近傍において、電気的に接続されている。

また、封止材１６は、図１８〜図２２に示すように、内部第１電極１０Ａ・内部第２電極１８Ａとは接触していない。一方、封止材１６は、図１８〜図２２に示すように、外部第１電極１０Ｂ・外部第２電極１８Ｂとは電解液１５の注入用の開口部近傍において接触している。

また、キャップ封止材３ａ・開口部封止材３ｂは、図１８、図２０〜図２２に示すように、電解液１４ａの注入用の開口部において、第１電極１０Ｂ・第２電極１８Ｂと接触し、第１電極１０Ａ・第２電極１８Ａと接触していても良い。

また、第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００においては、図１８〜図２２に示すように、内部第２電極１８Ａの表面には、電解液１５に接して、触媒層１９を備えていても良い。

封止材１６・キャップ封止材３ａ・開口部封止材３ｂは、ガラスフリット、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂若しくはこれらを構造的に組み合わせて構成可能である。

紫外線硬化樹脂を硬化するための紫外線（ＵＶ）は波長１０〜４００ｎｍの範囲の波長の短い電磁波である。また、紫外線（ＵＶ）は波長によってＵＶ−Ａ（長波長紫外線：波長３１５〜４００ｎｍ）、ＵＶ−Ｂ（中波長紫外線：波長２８０〜３１５ｎｍ）、ＵＶ−Ｃ（短波長紫外線：波長１０ｎｍ前後〜２８０ｎｍ）の３つに区分される。紫外線（ＵＶ）の照射源としては、ＵＶランプ（水銀ランプ、メタルハライドランプ）等が用いられる。ここで、紫外線硬化樹脂としては、例えばエポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、不飽和ポリエステル、ポリエーテルアクリレート、ビニルアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、ポリスチリルエチルメタクリレート等が挙げられる。なお、耐電解液性、封止性の点ではアクリル系紫外線硬化樹脂がより好ましい。

第１基板２０および第２基板２２は、例えば、ガラス基板などで形成することができる。また、フレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。この場合、多孔質半導体層を構成するＴｉＯ₂ペーストとしては、２００℃以下で焼成可能なものを用いる。

また、光を照射するため、第１基板２０・第２基板２２は、照射光（白色光）に対して、透明であることが望ましい。なお、第１基板２０・第２基板２２の光が入射する側に反射防止膜などをコーティングしても良い。

第１電極１０Ａ・１０Ｂは、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２などの透明電極で形成される。第１基板２０上に電極加工し、ＦＴＯ付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。

同様に、第２電極１８Ａ・１８Ｂは、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２などの透明電極で形成される。第２基板２２上に電極加工し、ＦＴＯ付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。

多孔質半導体層１３は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂などの材料を用いて形成されていても良い。特に、効率面から安価なＴｉＯ₂（アナターゼ型、ルチル型）が主に用いられる。

多孔質半導体層１３は、例えば、スクリーン印刷技術、スピンコート技術、ディッピング、スプレーコート技術などを用いて形成することができる。

触媒層１９は、例えば、Ｐｔ、炭素、若しくは、導電性高分子などで構成されていても良い。導電性高分子は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどで構成されていても良い。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、溶媒１４は、電解質、添加剤を溶解する液体であり、高沸点、化学的安定性が高く、高誘電率（電解質が良く溶解する）、低粘度であること望ましい。例えば、溶媒１４は、炭酸プロピレン、γブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどで構成されていても良い。また、場合によっては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルなどで構成されていても良い。

色素Ｄｙｅは、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、フタロシアニン系色素、ポルフィリン色素などを適用することができる。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の多孔質半導体層１３の半導体微粒子２の模式的構造は、図２３に示すように表される。図２３に示すように、多孔質半導体層１３は、ＴｉＯ₂などからなる半導体微粒子２が互いに結合して複雑なネットワークを形成している。色素分子４は、半導体微粒子２の表面に吸着される。多孔質半導体層１３内には、大きさ約１００ｎｍ以下の細孔が多数存在する。

（動作原理）
第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の動作原理は、図２４に示すように表される。

下記の（ａ）〜（ｄ）の反応が継続して起こることで、起電力が発生し、負荷２４に電流が導通する。

（ａ）色素分子３２が光子（ｈν）を吸収し、電子（ｅ⁻）を放出し、色素分子３２は酸化体ＤＯになる。

（ｂ）Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６が多孔質半導体層１３中を拡散して、ＤＯで表される酸化体の色素分子３２に接近する。

（ｃ）酸化還元電解質２６から色素分子３２に電子（ｅ⁻）が供給される。酸化還元電解質２６は、Ｏｘで表される酸化体の酸化還元電解質２８になり、色素分子３２はＤＲで表される還元された色素分子３０になる。

（ｄ）酸化還元電解質２８は、触媒層１９方向に拡散し、触媒層１９より電子を供給されて、Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６になる。

酸化還元電解質２６は、多孔質半導体層１３中の入り組んだ空間を拡散しながら色素分子３２の近傍に接近する必要がある。

また、第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の電解液１５における電荷交換反応に基づく動作原理は、図２５に示すように表される。

まず、外部から光照射されると光子（ｈν）が色素分子３２と反応して、色素分子３２は基底状態から励起状態へと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ⁻）がＴｉＯ₂からなる多孔質半導体層１３の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。第２電極１８Ａから電解液１４ａ中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１５中のヨウ素酸化還元電解質（Ｉ⁻／Ｉ₃ ⁻）と電荷交換される。ヨウ素酸化還元電解質（Ｉ⁻／Ｉ₃ ⁻）が電解液１５内を拡散し、色素分子３２と再反応する。ここで、電荷交換反応は、色素分子表面において、３Ｉ⁻→Ｉ₃ ⁻＋２ｅ⁻に従って進行し、第２電極１８Ａにおいて、Ｉ₃ ⁻＋２ｅ⁻→３Ｉ⁻に従って進行する。

電解液１５は、溶媒１４として、例えば、アセトニトリルを使用し、この場合の電解質として、例えば、ヨウ素は、電解液１５中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ₃ ⁻として存在する。また、電解質として、例えば、ヨウ化物塩（ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムなど）は、電解液１４ａ中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ⁻として存在する。また、電解液１５中には、逆電子移動抑制溶液として添加剤（例えば、ＴＢＰ：ターシャルブチルピリジン）を適用しても良い。

上記の溶質、添加剤を溶媒（アセトニトリル）に溶解させることによって、電解液１５を構成することができる。なお、上記の材料は湿式ＤＳＣなどに適用可能なものであって、常温溶融塩（イオン性液体）や固体電解質を用いる場合には、構成材料が異なる。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、多孔質半導体層（１３）／色素分子（３２）／電解液（１５）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムは、図２６に示すように表される。また、色素分子（３２）／電解液（１５）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図２６のＪ部分の拡大図は、図２７に示すように表される。

外部から光照射されると光子（ｈν）により、色素分子３２は基底状態ＨＯＭＯから励起状態ＬＵＭＯへと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ⁻）がＴｉＯ₂からなる多孔質半導体層１３の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。触媒層１９から電解液１５中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１５中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液１５内を拡散し、色素分子３２を還元する。

電解液１５の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３のフェルミ準位Ｅ_f間の電位差が最大起電力Ｖ_MAXである。最大起電力Ｖ_MAXの値は、電解液１５の酸化還元電解質により変化する。酸化還元電解質単独系（ヨウ素酸化還元電解質）の場合には、例えば、０．９Ｖ（Ｉ，Ｎ７１９）である。電解液１５がヨウ素・臭素の混合系酸化還元電解質を含む場合には、図２７に示すように、混合比率を調整することで混合系酸化還元電解質の酸化還元電位を、ヨウ素酸化還元電解質の酸化還元電位と臭素酸化還元電解質の酸化還元電位の間の任意の値に調整することができる。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の各構成材料のエネルギーレベルと発電サイクルは図２８に示すように表される。図２８においては、外部から光照射されると光子（ｈν）により、色素（Ｄｙｅ）の充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺に存在する電子は、導電帯Ｓ^*に励起され、多孔質半導体層１３の伝導帯Ｅ_Cへ電子注入(electron injection)される。伝導帯Ｅ_Cへ電子注入された電子の一部は、再結合（recombination）されて、Ｄｙｅの充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺に遷移する。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。触媒層１９から電解液１４ａ中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１５中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液１５内を拡散し、電子注入により、Ｄｙｅの充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺において、色素分子３２を還元する。電解液１５の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３のフェルミ準位Ｅ_f間の電位差Ｖ_OCが最大起電力Ｖ_MAXである。

第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００に用いられる色素を示す化学構造式であって、Ｄ１４９を示す化学構造式は、図２９（ａ）に示すように表され、Ｎ７１９を示す化学構造式は、図２９（ｂ）に示すように表され、Ｄ１３１を示す化学構造式は、図２９（ｃ）に示すように表される。

また、紫色を呈する色素の化学構造式は図３０（ａ）に示すように表され、緑色を呈するＹＤ２−ｏ−Ｃ８を示す化学構造式は図３０（ｂ）に示すように表される。

―直列構成―
第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、基本セルを４個直列構成に配置した模式的断面構造は、図３１（ａ）に示すように表される。また、図３１（ａ）の模式的回路表現は、図３１（ｂ）に示すように表される。

基本セルは、図３１（ａ）に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａと、内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａ上に配置された多孔質半導体層１３₁・１３₂・１３₃・１３₄と、多孔質半導体層１３₁・１３₂・１３₃・１３₄と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１５₁・１５₂・１５₃・１５₄と、電解液１５₁・１５₂・１５₃・１５₄に接する内部第２電極（対極）１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａと、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａ上に配置された第２基板２２と、第１基板２０・第２基板２２間に配置され、電解液１５₁・１５₂・１５₃・１５₄を封止する封止材１６とを備える。

また、基本セルは、図３１（ａ）に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０上に配置された外部第１電極１０₁Ｂ・１０₂Ｂ・１０₃Ｂ・１０₄Ｂと、封止材１６の外部の第２基板２２上に配置された外部第２電極１８₁Ｂ・１８₂Ｂ・１８₃Ｂ・１８₄Ｂとを備えていても良い。

さらに、外部第１電極１０₂Ｂと外部第２電極１８₁Ｂは、図３１（ａ）に示すように、封止材１６の外部の側壁に沿って第１基板２０・第２基板２２間に配置された接続電極３Ａを介して接続される。同様に、外部第１電極１０₃Ｂ・外部第２電極１８₂Ｂ、外部第１電極１０₄Ｂ・外部第２電極１８₃Ｂも接続電極３Ａを介して接続される。

結果として、図３１（ｂ）に示すように、基本セル４個は、直列構成に配置される。

また、図３１に示される各基本セルにおいても、第１基板２０と第２基板２２に挟まれ、かつ封止材１６に囲まれたセル領域に電解液１５₁・１５₂・１５₃・１５₄を注入する開口部を備え、内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａと外部第１電極１０₁Ｂ・１０₂Ｂ・１０₃Ｂ・１０₄Ｂは、第１基板２０上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されている。

また、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａと外部第２電極１８₁Ｂ・１８₂Ｂ・１８₃Ｂ・１８₄Ｂは、第２基板２２上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されている。

また、図３１に示される各基本セルにおいても、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａの表面には、電解液１５₁・１５₂・１５₃・１５₄に接して、触媒層１９₁・１９₂・１９₃・１９₄を備えていても良い。その他の構成は、図１８〜図２２に示す第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様である。

―並列構成―
第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、基本セルを４個並列構成に配置した模式的断面構造は、図３２（ａ）に示すように表される。また、図３２（ａ）の模式的回路表現は、図３２（ｂ）に示すように表される。

外部第１電極１０₂Ｂと外部第２電極１８₁Ｂは、図３２（ａ）に示すように、封止材１６の外部の側壁に沿って第１基板２０・第２基板２２間に配置された絶縁層３Ｂを介して絶縁される。同様に、外部第１電極１０₃Ｂ・外部第２電極１８₂Ｂ、外部第１電極１０₄Ｂ・外部第２電極１８₃Ｂも絶縁層３Ｂを介して絶縁される。結果として、図３２（ｂ）に示すように、基本セル４個は、並列構成に配置される。その他の構成は、図１８〜図２２に示す第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様である。

（製造方法）
第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００の製造方法は、図３３（ａ）〜図３３（ｇ）に示すように表される。

（ａ）まず、図３３（ａ）に示すように、第２基板２２を、洗浄工程によって前処理する。ここで、第２基板２２は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能であり、また透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。

（ｂ）次に、図３３（ｂ）に示すように、第２基板２２上に内部第２電極１８Ａをパターン形成する。外部第２電極１８Ｂも、第２基板２２上に同時に形成される。ここで、内部第２電極１８Ａ・外部第２電極１８Ｂは、スクリーン印刷で塗布されるＩＴＯ微粒子含有膜を大気焼結およびＮ_２雰囲気下の熱処理を行なって形成可能であり、透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板であれば各種エッチング法によりパターン形成することが可能である。

（ｃ）次に、図３３（ｃ）に示すように、内部第２電極１８Ａ上に触媒層１９を形成する。触媒層１９は、スクリーン印刷等によって形成することができる。

（ｄ）次に、図３３（ｄ）に示すように、第２基板２２と同様に、第１基板２０を前処理後、第１基板２０上に内部第１電極１０Ａをパターン形成する。外部第１電極１０Ｂも、第１基板２０上に同時に形成される。ここで、第１基板２０は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能である。ここで、内部第１電極１０Ａ・外部第１電極１０Ｂは、スクリーン印刷で塗布されるＩＴＯ微粒子含有膜を大気焼結およびＮ_２雰囲気下の熱処理を行なって形成可能である。

（ｅ）次に、図３３（ｅ）に示すように、内部第１電極１０Ａ上に多孔質半導体層１３を形成後、多孔質半導体層１３に色素Ｄｙｅを浸漬する。多孔質半導体層１３は、スクリーン印刷等を応用して形成することができる。なお、ここまでの工程においては、第２基板２２に対する処理工程を第１基板２０に対する処理工程に対して先に実施しているが、第１基板２０に対する処理工程を第２基板２２に対する処理工程に対して先に実施しても良い。

（ｆ）次に、図３３（ｆ）に示すように、図３３（ｃ）の工程後の第２基板２２と図２４（ｅ）の工程後の第１基板２０とを互いに対向させ、封止材１６を用いて張り合わせる。

（ｇ）次に、図３３（ｇ）に示すように、開口部より内部に電解液１５を封入し、開口部を封止し、ＤＳＣセルを形成する。

（複数のＤＳＣの製造方法）
実施の形態に係るＤＳＣにおいて、複数のＤＳＣセルの製造方法は、複数個（ｍ×ｎ：但し、ｍおよびｎは整数）のセルを作り込み、分離して複数個のＤＳＣ２００を得る製造方法である。

第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板２０上に複数の内部第１電極１０₁₁Ａ・１０₁₂Ａ・…・１０_1nＡ・…・１０_m1Ａ・１０_m2Ａ・…・１０_mnＡが形成された状態を示す平面図は、図３４に示すように表される。ここで、外部第１電極１０₁₁Ｂ・１０₁₂Ｂ・…・１０_1nＢ・…・１０_m1Ｂ・１０_m2Ｂ・…・１０_mnＢについては、簡単化のため、図示を省略する。

第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第２基板２２上に複数の第２電極１８₁₁Ａ・１８₁₂Ａ・…・１８_1nＡ・…・１８_m1Ａ・１８_m2Ａ・…・１８_mnＡが形成された状態を示す平面図は、図３５に示すように表される。ここで、外部第２電極１８₁₁Ｂ・１８₁₂Ｂ・…・１８_1nＢ・…・１８_m1Ｂ・１８_m2Ｂ・…・１８_mnＢについては、簡単化のため、図示を省略する。

第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板（作用極側）２０と第２基板（対極側）２２を封止材１６を介して貼り合わせた状態を示す平面図は、図３６に示すように表され、図３６のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図３７に示すように表される。図３６および図３７では、第１基板（作用極側）２０を上方向、第２基板（対極側）を下方向に配置している。

第３の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、横方向のスクライブラインＳＬ１を形成した状態を示す平面図は、図３８に示すように表され、さらに縦方向のスクライブラインＳＬ２を形成した状態を示す平面図は、図３９に示すように表される。

なお、図３７に示すように、封止材１６の間に基板のみ残る箇所があるが、そこがスクライブラインＳＬ２となり、打撃等のブレークにより各素子に分離される。

次いで、図３７のように計ｍ×ｎ個のＤＳＣが貼り合わされた状態で、図３８に示すように横方向のスクライブラインＳＬ１を形成する。

具体的には、封止材１６が設けられた位置に、スクライビング装置のスクライビングホイールを高精度に位置合わせして各スクライブラインＳＬ１を形成する。

続いて、図３９に示すように縦方向のスクライブラインＳＬ２を形成する。

そして、スクライブラインＳＬ１およびスクライブラインＳＬ２に沿って打撃を与えるなどすると、ガラス材が有する劈開性によりスクライブラインＳＬ１およびスクライブラインＳＬ２に沿って割れて各素子に分離される。

なお、図示は省略するが、各素子に分離された後、電解液が注入され、ガラス板の接着や、樹脂の充填等によって封止し、電解液が漏れ出さないよう処置することでＤＳＣが作り込まれる。

第３の実施の形態によれば、シール密着力を改善し、封止性能の良好な色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することができる。

（適用例）
―ＩＤカード―
図４０を参照して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を用いたＩＤカードの適用例について説明する。

図４０に示す名刺サイズのＩＤカード５００では、左上側のセルＢ１、その下方側の部署名等を表示する部位のセルＢ２、氏名等を表示する部位のセルＢ３、写真を貼付する部位のセルＢ４に第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を配置している。

これにより、ＤＳＣ２００は、例えば、ＩＤカード５００に充電池を搭載する場合にはその充電用電源、ＧＰＳ装置を搭載する場合にはその駆動電源、ＬＥＤ等のライトを搭載する場合にはその駆動電源等として機能する。

ここで、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、用いる色素Ｄｙｅによって種々の色彩を呈するようにすることができ、ＩＤカード５００のデザイン性を高めて美観を向上させることができる。

特に、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、電解液に色素を所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解させているため、時間が経過しても多孔質半導体層に担持されている色素が継続的に電解液に溶け出すことが抑制され、発電効率の低下が防がれる。また、色素分子の脱離によるＩＤカード５００の美観の劣化も予防される。

―バッテリーセル―
次に、図４１〜図４４を参照して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００で構成されるバッテリーセル（以下、単に「セル」と呼ぶ）の適用例について説明する。

図４１の（ａ）は、３個のセルＢ１〜Ｂ３を形成した状態を示す。図４１の（ａ）の例では、面積の等しい３つのセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３が同一基板内に設けられている。

この３個のセルＢ１〜Ｂ３は図示しない配線によって、図４１の（ｂ）に示すように直列接続される。セルＢ１〜Ｂ３の総電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３となり、総電流量Ｉは、Ｉ＝Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３となる。

図４２は、５個のセルＢ１〜Ｂ５を並設した状態を示す。

この５個のセルＢ１〜Ｂ５は配線によって、図４２の（ｂ）に示すように直列接続される。セルＢ１〜Ｂ５の総電圧Ｖは、各セルＢ１〜Ｂ５の電圧の総和５Ｅとなる。

図４３は、ｎ個のセルをタンデム構成に積層させた状態を模式的に示す。このｎ個のセルは、図４３の（ｂ）に示すように直列接続される。セルの総電圧Ｖは、各セルの電圧の総和ｎＥとなる。

図４４は、ｎ個のセルをタンデム構成に積層させたものを並列接続した状態を模式的に示す。セルの総電圧Ｖは、直列接続されたセルの電圧の総和ｎＥとなる。

特に、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、電解液に色素を所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解させているため、時間が経過しても多孔質半導体層に担持されている色素が継続的に電解液に溶け出すことが抑制され、バッテリーセルの発電効率の低下が防がれる。また、色素分子の脱離によるバッテリーセルの美観の劣化も予防される。

―電子機器―
第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、様々な電子機器に搭載可能である。例えば、リモコン装置、卓上デジタル時計、電子手帳、電子辞書などの適用可能である。

図４５〜図４７を参照して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したリモコン装置３３０の構成例について説明する。

図４５および図４６に示すように、リモコン装置３３０は、プラスチック等で構成される筐体３８において表裏に貫通する開口部４１が形成され、この開口部４１からＤＳＣ２００が臨むように設けられて、太陽電池部３９が構成されている。

また、リモコン装置３３０には、太陽電池部３９を電源として駆動され、例えば日付や時刻、テレビのチャンネル番号等を表示する液晶部３４と、テレビのチャンネルの選択等の操作を行う操作ボタン３６が設けられている。

ＤＳＣ２００は、リモコン装置３３０の厚み方向の略中央部に水平状態で設けられている。なお、ＤＳＣ２００の第１基板２０側、第２基板２２側の何れをリモコン装置３３０の表側または裏側とするかは任意でよい。

図４８に示す構成例では、開口部４１に、筐体３８の表面および裏面と面一となるように、ＤＳＣ２００を保護する透明部材４０が嵌め込まれている。これにより、ＤＳＣ２００の表面や裏面にホコリが付着したり、傷つくことが防止される。

また、開口部４１の側面にも透明部材を設けると良い。

これにより、透明部材４０を介して、リモコン装置３３０の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、ＤＳＣ２００の第１基板２０側からの入射光および第２基板２２側からの入射光の何れもが、多孔質半導体層１３に到達することとなる。したがって、ＤＳＣ２００により、外部光を効率的に利用した発電を行ってリモコン装置３３０に電力を安定的に供給することができる。

特に、テレビやビデオ装置等のリモコン装置３３０は、置き方によっては、操作ボタン３６等が設けられた表側が例えばテーブルの天板等に面するような状態（裏返しの状態）となることがある。

第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したリモコン装置３３０では、透明部材４０を介して、リモコン装置３３０の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、装置の表面または裏面から光線が入射すればＤＳＣ２００は発電機能を発揮する。したがって、裏返しの状態でリモコン装置３３０が置かれた場合であっても、安定して電力を供給することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

なお、ＤＳＣ２００で発電された電力は、液晶部３４に直接供給されるのではなく、バッテリーなどに蓄電された後、このバッテリーなどから供給可能である。

図４７に示すリモコン装置３３０の変形例では、透明部材４０を省き、支持部３８ａ、３８ｂによってＤＳＣ２００を支持する構成としている。なお、太陽電池部３９の側部は筐体３８の一部によって覆われている。

図４７に示すリモコン装置３３０では、太陽電池部３９の表裏から入射する光線（ｈνｆ）、（ｈνｒ）によってＤＳＣ２００は発電機能を発揮する。なお、２枚以上のＤＳＣ２００を重ね合わせ、配線によって直列接続等するようにしてもよい。

図４８を参照して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した卓上デジタル時計５０の構成例について説明する。

卓上デジタル時計５０は、透明なアクリル板等で構成される側面形状が三角形の筐体５４の一平面に、デジタル式の時計表示を行う時計部５２と、ＤＳＣ２００が設けられている。

ＤＳＣ２００は、筐体５４に２ヶ所の開口部４３が形成され、この各開口部４３からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。

図４８に示す構成例では、各開口部４３に取付けられるＤＳＣ２００は、フレーム５６を介して２つのセルが並設されている。特には限定されないが、ＤＳＣ２００の各セルは配線によって直列接続として、電圧および電流を稼ぐようにできる。

卓上デジタル時計５０が備えるＤＳＣ２００は、図４６に示すように、正面側から入射する光線（ｈνｆ）および透明な筐体５４を介して裏面側から入射する光線（ｈνｒ）の何れによっても発電機能を発揮することができる。

したがって、卓上デジタル時計５０を置く場所の自由度が高まると共に、外部光を有効に利用して時計部５２に安定して電力を供給することができる。

図４７を参照して、実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０の構成例について説明する。

電子手帳８０は、各種入力を行う操作ボタン３６や各種情報を表示する液晶部３４を備える本体部８０ｂと、本体部８０ｂと蝶番部８０ｃを介して開閉自在に取付けられるＤＳＣ２００を備えた蓋部８０ａとから構成されている。

蓋部８０ａには、蓋部８０ａ自体を表裏に貫通する開口部４５が形成され、この開口部４５からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。ＤＳＣ２００は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。

電子手帳８０が備えるＤＳＣ２００は、図４９（ａ）に示すように蓋部８０ａを開いた状態においては、表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、本体部８０ｂに安定した電力を供給することができる。

一方、図４９（ｂ）に示すように蓋部８０ａを閉じた状態においても、ＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部８０ｂ側が備えるリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる。

このように、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

また、例えば、蓋部の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０は大型化することがなく、また一つのＤＳＣ２００で足りるため製造コストを低減することができる。

図５０を参照して、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０の構成例について説明する。

電子辞書９０は、各種入力を行う操作ボタン３６ａおよびＤＳＣ２００を備える本体部９０ｂと、本体部９０ｂと蝶番部９０ｃを介して開閉自在に取付けられる各種情報を表示する液晶部３４およびＤＳＣ２００を備えた蓋部９０ａとから構成されている。

蓋部９０ａおよび本体部９０ｂには、表裏に貫通する開口部４６が形成され、この各開口部４６からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。ＤＳＣ２００は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。

図５０に示すように蓋部９０ａを開いた状態においては、蓋部９０ａ側のＤＳＣ２００は表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、また本体部９０ｂ側のＤＳＣ２００は表面側から入射する光線によって発電機能を発揮する。したがって、液晶部３４や本体部９０ｂが備える演算装置等に安定した電力を供給することができる。

一方、蓋部９０ａを閉じた状態においても、蓋部９０ａ側のＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部９０ｂ側が備える二次電池を充電することができる。

また、例えば、蓋部９０ａ側が下となるように電子辞書９０が置かれた場合であっても、本体部９０ｂのＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮するので、例えば本体部９０ｂ側が備える二次電池を充電することができる。

このように、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

また、例えば、蓋部や本体の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、電子辞書９０は大型化することがなく、また一つのＤＳＣ２００で足りるため製造コストを低減することができる。

なお、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０のＤＳＣ２００の配置の仕方は、同様の構造を備えるゲーム機器やノート型パソコン等の各種電子機器に適用することが可能である。

特に、第１〜第３の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、電解液に色素を所定の濃度（例えば、飽和濃度）で溶解させているため、時間が経過しても多孔質半導体層に担持されている色素が継続的に電解液に溶け出すことが抑制され、発電効率の低下が防がれる。また、色素分子の脱離による電子辞書９０等の美観の劣化も予防される。

以上説明したように、本発明によれば、色素の脱離を抑制し、意匠性を維持出来る色素増感太陽電池およびその製造方法および電子機器を提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本発明の色素増感太陽電池は、カラフル性に富む色彩を呈し、小型軽量高効率の電源として適用することによって、様々な電子機器、ワイヤレスセンサネットワークシステムなどに適用可能である。

２、１２…半導体微粒子
３ａ…キャップ封止材
３ｂ…開口部封止材
３Ａ…接続電極
３Ｂ…絶縁層
４、３０、３２…色素分子
１０…第１電極
１０Ａ・１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａ…内部第１電極
１０Ｂ・１０₁Ｂ・１０₂Ｂ・１０₃Ｂ・１０₄Ｂ…外部第１電極
１３・１３₁・１３₂・１３₃・１３₄、１３Ｄ…多孔質半導体層
１４…溶媒
１４ａ、１５…電解液（電荷輸送層）
１６、１６Ａ…封止材
１８…第２電極
１８Ａ・１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａ…内部第２電極
１８Ｂ・１８₁Ｂ・１８₂Ｂ・１８₃Ｂ・１８₄Ｂ…外部第２電極
１９・１９₁・１９₂・１９₃・１９₄…触媒層
２０…第１基板
２２…第２基板
２３…ビーカ
２４…負荷
２８…酸化還元電解質
２６、２８…酸化還元電解質
３０、３２…色素分子
２００、２００Ａ、２００Ｂ…色素増感太陽電池（ＤＳＣ）
６００…ヒータ
６２０…加熱用容器
６４０…加熱用媒体
Ｄｙｅ…色素

Claims (16)

1. 第１基板と、
   前記第１基板上に配置された第１電極と、
   前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、
   前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質と所定の色素分子を溶媒に所定の濃度で溶解した電解液と、
   前記電解液に接する第２電極と、
   前記第２電極上に配置された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材と
   を備えることを特徴とする色素増感太陽電池。
2. 前記電解液に溶解されている前記所定の色素分子は、前記多孔質半導体層に吸着されている前記色素分子と同じ組成であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
3. 前記電解液に溶解されている前記所定の色素分子は、前記多孔質半導体層に吸着されている前記色素分子と異なる組成であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
4. 前記所定の濃度は、前記電解液における前記所定の色素分子の飽和濃度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
5. 前記溶媒は、炭酸プロピレン、γブチロラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルのいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
6. 前記色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、フタロシアニン系色素、ポルフィリン色素のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
7. 前記第１電極および前記第２電極は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
8. 前記多孔質半導体層は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
9. 前記触媒層は、Ｐｔ、炭素、若しくは、導電性高分子のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
10. 前記封止材の外部の前記第１基板上に配置された外部第１電極と、
    前記封止材の外部の前記第２基板上に配置された外部第２電極と
    を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
11. 前記外部第１電極と前記外部第２電極とを前記封止材の外部の側壁に沿って前記第１基板および前記第２基板間に配置された接続電極を備え、
    前記色素増感太陽電池の複数のセルを、前記接続電極を介して直列接続したことを特徴とする請求項１０に記載の色素増感太陽電池。
12. 前記外部第１電極と前記外部第２電極とを前記封止材の外部の側壁に沿って前記第１基板および前記第２基板間に配置された絶縁層を備え、
    前記色素増感太陽電池の複数のセルを、前記絶縁層を介して並列接続したことを特徴とする請求項１０に記載の色素増感太陽電池。
13. 第１基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第１基板上に第１電極をパターン形成する工程と、
    前記第１電極上に多孔質半導体層を形成後、前記多孔質半導体層に色素を浸漬する工程と、
    第２基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第２基板上に第２電極をパターン形成する工程と、
    前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、
    前記第１基板と前記第２基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、
    開口部よりＤＳＣセル内部に、所定の色素が所定の濃度で溶解されている電解液を封入し、開口部を封止する工程と
    を有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
14. 第１基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第１基板上に第１電極をパターン形成する工程と、
    前記第１電極上に多孔質半導体層を形成する工程と、
    第２基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第２基板上に第２電極をパターン形成する工程と、
    前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、
    前記第１基板と前記第２基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、
    開口部よりＤＳＣセル内部に、色素が所定の濃度で溶解されている電解液を封入し、前記多孔質半導体層に前記色素を浸漬する工程と、
    前記開口部を封止する工程と
    を有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
15. 前記所定の濃度は、前記電解液における前記色素の飽和濃度であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
16. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を搭載したことを特徴とする電子機器。

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