JP2014175195A - 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】可撓性、耐久性、低コスト性を向上可能な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２０Ｍ（２０Ｐ）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１２２、半導体微粒子同士を固定するバインダ剤１２４および色素分子Ｄｙｅから構成される多孔質半導体層１３０と、多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶解した電解液１４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。
【選択図】図２

Description

本発明は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ：Dye-sensitized Solar Cells）に係り、特に、可撓性、耐久性、低コスト性を向上可能な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（電解液）とを備える（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−１３５８１７号

ところが、従来のＤＳＣは、基板としてガラスを用いているため、可撓性（フレキシブル性）に乏しく、用途が限定されるという難点があった。また、割れやすいガラスを用いるため耐久性が低いという不都合もあった。さらに、ガラス基板に導電性を持たせるために透明導電膜を形成する必要があり、コストが嵩むという問題もあった。

本発明の目的は、可撓性、耐久性、低コスト性を向上可能な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、前記半導体微粒子同士を固定するバインダ剤および色素分子から構成される多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶解した電解液と、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、半導体微粒子と前記半導体微粒子同士を固定するバインダ剤とを混練したペーストを塗布する工程と、前記ペーストを所定温度で熱処理して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、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、可撓性、耐久性、低コスト性を向上可能な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。

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。 図１のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 比較例に係るＤＳＣの模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣについて、成膜された多孔質半導体層を示す模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣについて、メタルフィルム上に多孔質半導体層を成膜させた状態を示す模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣについて、プラスチックフィルム上に多孔質半導体層を成膜させた状態を示す模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）メタルフィルムを前処理する工程図、（ｂ）メタルフィルム上にＴｉＯ_２膜を成膜する工程図、（ｃ）ＴｉＯ_２膜に色素を担持させる工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）第２基板上に第２電極を形成する工程図、（ｂ）第２電極上にＰｔ粒子から成る触媒層を形成する工程図、（ｃ）第２電極上にポリマーから成る触媒層を形成する工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、封止材を介してメタルフィルムと第２基板とを貼り合わせる工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、電解液を注入しＤＳＣを完成させる工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）プラスチックフィルムを前処理する工程図、（ｂ）プラスチックフィルム上に第１電極を形成する工程図、（ｃ）第１電極上にＴｉＯ_２膜を成膜する工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）ＴｉＯ_２膜に色素を担持させる工程図、（ｂ）封止材を介してプラスチックフィルムと第２基板とを貼り合わせる工程図。 第２の実施の形態に係るＤＳＣの模式的平面パターン構成図。 図１５のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。 図１５のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図。 図１５のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造図。 図１５のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成図。 第２の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）プラスチックフィルム上に第１電極を形成する工程図、（ｂ）内部第１電極と外部第１電極とを形成する工程図、（ｃ）内部第１電極上にＴｉＯ_２膜を成膜する工程図、（ｄ）ＴｉＯ_２膜に色素を担持させる工程図。 第２の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）第２基板に第２電極を形成する工程図、（ｂ）内部第２電極と外部第２電極とを形成する工程図、（ｃ）内部第２電極上に触媒層を形成する工程図、（ｄ）内部第２電極上に触媒として機能する粒子を付着させる工程図、（ｅ）内部第２電極上に触媒として機能するＰＥＤＯＴを塗布する工程図。 封止材を介してプラスチックフィルムと第２基板とを貼り合わせる工程図。 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。 実施の形態に係るＤＳＣの動作原理説明図。 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。 実施の形態に係るＤＳＣにおいて、多孔質半導体層（１２）／色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラム。 実施の形態に係るＤＳＣにおいて、色素分子（３２）／電解液（１４）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。 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。 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）ｉｎｄｏｌｉｎｅ系色素（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。 （ａ）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３０（ａ）の模式的回路表現。 （ａ）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３１（ａ）の模式的回路表現。 実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の更に別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 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。 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。 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１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、図３０のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 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。 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。 （ａ）第１および第２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および第２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および第２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および第２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。 光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長を示すグラフ。 第１および第２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および第２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および第２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および第２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および第２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および第２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。 第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュールの模式的ブロック構成図。 第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した別のＤＳＣ駆動センサモジュールの模式的ブロック構成図。 第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュールを適用したホームエネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）の構成例。

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。また、ＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図は図３に示すように表され、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図は図４に示すように表される。

本実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１〜図４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、半導体微粒子同士を固定するバインダ剤および色素分子Ｄｙｅから構成される多孔質半導体層１３０と、多孔質半導体層１３０と接し、酸化還元電解質を溶解した電解液１４と、電解液１４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１４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２０と第２基板２２との間に配置され、電解液１４を封止する封止材１６とを備える。

封止材１６としては、紫外線硬化樹脂等の樹脂が用いられる。

また、電解液１４を注入し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とを備えている。このキャップ封止材３ａと開口部封止材３ｂは、ともに紫外線硬化樹脂等の樹脂で構成される。

図２〜図４に示す例において、第１基板２０は、所定厚さ（例えば、約０．０５〜０．１ｍｍ程度）の金属フィルム２０Ｍで構成される。この金属フィルム２０Ｍは、例えばステンレスまたはＴｉで形成されるようにできる。これにより、可撓性を有すると共に、錆等に強い耐久性を備えたＤＳＣ２００とすることができる。

なお、第１基板２０を金属フィルム２０Ｍで構成する場合には、金属フィルム２０Ｍ自体が導電性を備えるため、第１電極１０の形成を省略することができる。これにより、製造コストをより低廉化することが可能となる。

また、第２基板２２は、第１基板２０と同様に、所定厚さ（例えば、約０．０５〜０．１ｍｍ程度）の金属フィルムで構成されるようにできる。金属フィルムは、例えばステンレスやＴｉで形成される。

また、第２電極１８は、透明導電膜または金属膜で構成されるようにできる。なお、金属膜は、プラスチックフィルム上に蒸着や鍍金によって成膜することができる。これにより、第２基板２２を構成するプラスチックフィルムに導電性を持たせることができる。

プラスチックフィルムの材質は、第１基板２０と同様に、ＰＥＴ樹脂またはＰＥＮ樹脂で形成されるようにできる。

また、半導体微粒子は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されるようにできる。

また、触媒層１９は、Ｐｔ、Ｐｔナノコロイド、炭素、若しくは、導電性高分子のいずれかで形成されるようにできる。なお、Ｐｔナノコロイドとは、Ｐｔの微粒子によって形成されたコロイドである。

色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、Ｄ２０５、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ようにできる。

（比較例）
図５には、比較例に係るＤＳＣ２００Ａの模式的断面構造図を示す。

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。

比較例に係るＤＳＣ２００Ａにおいては、第１基板２０および第２基板２２として、ガラス基板を用いており、可撓性に乏しく、またガラス基板の脆弱性から耐久性で劣っていた。

また、第１電極１０および第２電極１８を設けるために、予め透明導電膜（ＴＣＯ）を形成したガラス基板を用いる場合には、コストが嵩んでいた。

さらに、多孔質半導体層１３は、ＴｉＯ₂の多孔質層１２を高温（例えば、５００℃程度）で焼結させて形成されていた。このため、可撓性、耐久性、低コスト性を考慮して、第１基板２０および第２基板２２として可撓性等に富むプラスチックフィルム等を適用しようとしても、これらのフィルムの耐熱温度（例えば、ＰＥＴ樹脂は１５０℃程度、ＰＥＮ樹脂は２００℃程度）がＴｉＯ₂の焼結温度より大幅に低いため、実現することができなかった。

（バインダ剤について）
本実施の形態に係るＤＳＣ２００の多孔質半導体層１３０において、半導体微粒子１２２同士を固定するバインダ剤１２４（図６参照）としては、アラミド樹脂を用いることができる。

アラミド樹脂としては、例えばポリメタフェニレンイソフタルアミドを用いることができる。

バインダ剤１２４としてポリメタフェニレンイソフタルアミドを用いる場合には、半導体微粒子１２２を混練したペーストとした後、第１基板としての金属フィルム２０Ｍに印刷手法により塗布し、例えば１５０℃の熱処理を行なって、半導体微粒子１２２を固定して多孔質半導体層１３０を形成する。

この場合に、第１基板を構成する金属フィルム２０Ｍ（あるいは後述するプラスチックフィルム２０Ｐ）の耐熱温度は、バインダ剤１２４の熱処理温度より高いため、金属フィルム２０Ｍ（プラスチックフィルム２０Ｐ）に影響を与えることなく、多孔質半導体層１３０を形成することができる。このようにして形成された多孔質半導体層１３０には、後述するように色素分子Ｄｙｅが担持される。

また、バインダ剤１２４としては、アラミド樹脂以外に、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることができる
なお、ＰＴＦＥ以外には、例えば、ＰＴＦＥとは同じフッ素系樹脂で、ＰＴＦＥの構造に枝分かれ部や架橋部分を有する樹脂なども適用可能である。例えば、ＰＴＦＥの構造の枝分かれ部にＰＭＶＥ(Perfluoromethylvinyl ether)をもつ樹脂などである。

図７には、第１基板としての金属フィルム２０Ｍ上に多孔質半導体層１３００を成膜させた状態を示す。また、図８には、第１基板としてプラスチックフィルム２０Ｐを用い、その上に導電性を確保するための第１電極１０と、多孔質半導体層１３００とを成膜させた状態を示す。

プラスチックフィルム２０Ｐとしては、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）樹脂や、ＰＥＮ（Polyethylenenaphthalate）樹脂等で形成することができる。

ここで、ＰＥＴ樹脂の耐熱温度は１５０℃程度、ＰＥＮ樹脂の耐熱温度は２００℃程度である。したがって、上述のように、バインダ剤１２４としてポリメタフェニレンイソフタルアミドを用いる場合に、半導体微粒子１２２を混練した後、第１基板としてのプラスチックフィルム２０Ｐに塗布し、例えば１５０℃の熱処理を行なって、半導体微粒子１２２を固定して多孔質半導体層１３０を形成することができる。

これにより、第１基板にプラスチックフィルム２０Ｐを用いて、可撓性、耐久性、低コスト性を向上させたＤＳＣ２００を得ることができる。

なお、第１電極１０を構成する透明導電膜（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されるようにできる。

（第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法）
次に、第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法について説明する。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法は、次の工程からなる、即ち、
（１）金属フィルム２０Ｍから成る第１基板２０を、洗浄工程によって前処理する工程と、
（２）第１基板２０上に、半導体微粒子１２２と半導体微粒子１２２同士を固定するバインダ剤１２４とを混練したペーストを印刷手法により塗布する工程と、
（３）ペーストを所定温度で熱処理して多孔質半導体層１３００を形成後、多孔質半導体層１３００に色素Ｄｙｅを浸漬して多孔質半導体層１３０を形成する工程と、
（４）プラスチックフィルム等で構成される第２基板２２を、洗浄工程によって前処理後、第２基板２２上に第２電極１８をパターン形成する工程と、
（５）第２電極２２上に触媒層１９を形成する工程と、
（６）第１基板２０と第２基板２２とを互いに対向させ、封止材１６を用いて張り合わせる工程と、
（７）開口部よりＤＳＣセル内部に、電解液１４を封入し、開口部を封止する工程と
を有する。

なお、半導体微粒子１２２とバインダ剤１２４とを混練したペーストを所定温度で熱処理する工程は、ペーストに所定の圧力を加えた状態で行うようにしても良い。

また、第２電極２２上に触媒層１９を形成する工程は、第２基板２２をＰｔナノコロイドに浸漬させて行うようにしても良い。この場合には、第２基板２２上にＰｔの粒子が所定密度で散在した状態となる。

図９〜図１２を参照して、第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の具体例について説明する。

（ａ）まず、ステンレスやＴｉ等で形成される金属フィルム２０Ｍを前処理する（図９（ａ））。

（ｂ）金属フィルム２０Ｍ上にＴｉＯ_２膜１２０を成膜する（図９（ｂ）参照）、
（ｃ）ＴｉＯ_２膜１２０に色素Ｄｙｅを担持させる（図９（ｃ）参照）、
（ｄ）プラスチックフィルム等で構成される第２基板２２上に第２電極１８を形成する（図１０（ａ）参照）。

（ｅ）第２電極２２上にＰｔ粒子から成る触媒層１９を形成する（図１０（ｂ）参照）。

（ｆ）ＵＶ硬化樹脂等で構成される封止材１６を介して金属フィルム２０Ｍと第２基板２２とを貼り合わせる（図１１参照）。

（ｇ）図示しない開口部を介して電解液１４を注入して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００が完成される。

なお、触媒層１９は、第２基板２２をＰｔナノコロイドに浸漬させ、第２電極１８上にＰｔ粒子１９０が所定の密度で散在させて触媒層１９を形成するようにできる（図１０（ｃ）参照）。

また、図１０（ｄ）に示すように、第２電極１８上にポリマー（導電性高分子）から成る触媒層１９Ｐを形成するようにしても良い。なお、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。

また、触媒層１９を活性炭で構成するようにしても良い。具体的には、触媒層１９は、活性炭およびＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３等の金属酸化物の微粒子を含むペーストを第２電極１８上にスクリーン印刷等により塗布した後、熱処理して形成することができる。

なお、第２基板２２をプラスチックフィルム等で構成し、第２電極１８を透明導電膜で構成する場合には、第２基板２２側からも光ｈνを入射させて、発電効率を向上させることができる。

（第１の実施の形態に係るＤＳＣの他の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係るＤＳＣの他の製造方法について説明する。

この製造方法は、次の工程からなる、即ち、
（１）プラスチックフィルムから成る第１基板２０Ｐを、洗浄工程によって前処理後、第１基板２０Ｐ上に第１電極１０をパターン形成する工程と、
（２）第１電極１０上に、半導体微粒子１２２と半導体微粒子１２２同士を固定するバインダ剤１２４とを混練したペーストを塗布する工程と、
（３）ペーストを所定温度で熱処理して多孔質半導体層１３００を形成後、多孔質半導体層１３００に色素Ｄｙｅを浸漬する工程と、
（４）プラスチックフィルム等で構成される第２基板２２を、洗浄工程によって前処理後、第２基板２２上に第２電極１８をパターン形成する工程と、
（５）第２電極２２上に触媒層１９を形成する工程と、
（６）第１基板２０Ｐと第２基板２２とを互いに対向させ、封止材１６を用いて張り合わせる工程と、
（７）開口部よりＤＳＣセル内部に、電解液１４を封入し、開口部を封止する工程と
を有する。

なお、半導体微粒子１２２とバインダ剤１２４とを混練したペーストを所定温度で熱処理する工程は、ペーストに所定の圧力を加えた状態で行うようにしても良い。

また、第２電極２２上に触媒層１９を形成する工程は、第２基板２２をＰｔナノコロイドに浸漬させて行うようにしても良い。この場合には、第２基板２２上にＰｔの粒子が所定密度で散在した状態となる。

図１３、図１４を参照して、本製造方法の具体例について説明する。

（ａ）まず、ＰＥＴ樹脂やＰＥＮ樹脂等で形成されるプラスチックフィルム２０Ｐを前処理する（図１３（ａ））。

（ｂ）プラスチックフィルム２０Ｐ上に第１電極１０を形成する（図１３（ｂ）参照）、
（ｃ）プラスチックフィルム２０Ｐ上にＴｉＯ_２膜１２０を成膜する（図１３（ｃ）参照）、
（ｄ）ＴｉＯ_２膜１２０に色素Ｄｙｅを担持させる（図１４（ｃ）参照）、
（ｅ）プラスチックフィルム等で構成される第２基板２２上に第２電極１８を形成する。

（ｆ）第２電極２２上にＰｔ粒子から成る触媒層１９を形成する。

（ｇ）ＵＶ硬化樹脂等で構成される封止材１６を介して金属フィルム２０Ｍと第２基板２２とを貼り合わせる（図１４（ｂ）参照）。

（ｈ）図示しない開口部を介して電解液１４を注入して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００が完成される。

なお、上述のように触媒層１９は、第２基板２２をＰｔナノコロイドに浸漬させ、第２電極１８上にＰｔ粒子１９０が所定の密度で散在させて触媒層１９を形成するようにできる。

また、第２電極１８上にポリマー（導電性高分子）から成る触媒層１９Ｐを形成するようにしても良い。なお、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。

また、触媒層１９を活性炭で構成するようにしても良い。具体的には、触媒層１９は、活性炭およびＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３等の金属酸化物の微粒子を含むペーストを第２電極１８上にスクリーン印刷等により塗布した後、熱処理して形成する
以上述べたように、第１の実施の形態に係るＤＳＣによれば、可撓性、耐久性、低コスト性を向上させることができる。

また、第２基板２２をプラスチックフィルム等で構成し、第２電極１８を透明導電膜で構成する場合には、第２基板２２側からも光ｈνを入射させて、発電効率を向上させることができる。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００の模式的平面パターン構成は、図１５に示すように表され、図１５のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１６に示すように表され、図１５のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図１７に示すように表され、図１５のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造は、図１８に示すように表され、図１５のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成は、図１９に示すように表される。

第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１５〜図１９に示すように、プラスチックフィルムで構成される第１基板２０Ｐと、第１基板２０Ｐ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１３０と、多孔質半導体層１３０と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する内部第２電極（対極）１８Ａと、内部第２電極１８上に配置されたプラスチックフィルム等で構成される第２基板２２と、第１基板２０Ｐと第２基板２２との間に配置され、電解液１４を封止する封止材１６とを備える。

また、第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１５〜図１９に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０Ｐ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２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１５〜図１９に示すように、第１基板２０Ｐ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１４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２の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、封止材１６は、図１５〜図１９に示すように、第１基板２０Ｐ・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１５、図１７〜図１９に示すように、電解液１４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１５、図１７〜図１９に示すように、電解液１４の注入用の開口部近傍において、電解液１４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１５〜図１９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１５〜図１９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１４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１５、図１７〜図１９に示すように、電解液１４の注入用の開口部において、第１電極１０Ｂ・第２電極１８Ｂと接触している。

また、第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００においては、図１５〜図１９に示すように、内部第２電極１８Ａの表面には、電解液１４に接して、触媒層１９を備えていても良い。

（第２の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法）
図２０〜図２２を参照して、第２の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の具体例について説明する。

（ａ）まず、ＰＥＴ樹脂やＰＥＮ樹脂等で形成されるプラスチックフィルム２０Ｐ上に第１電極１０を形成する（図２０（ａ）参照）。

（ｂ）第１電極１０をエッチングして、内部第１電極１０Ａと外部第１電極１０Ｂを形成する（図２０（ｂ）参照）。

（ｃ）外部第１電極１０Ｂ上に半導体微粒子１２２と半導体微粒子１２２同士を固定するバインダ剤１２４とを混練したペーストを塗布し、所定温度で熱処理してＴｉＯ_２膜１２０を成膜する（図２０（ｃ）参照）、
（ｄ）ＴｉＯ_２膜１２０に色素Ｄｙｅを担持させて多孔質半導体層１３０を形成する（図２０（ｄ）参照）、
（ｅ）プラスチックフィルム等で構成される第２基板２２上に第２電極１８を形成する（図２１（ａ）参照）。

（ｆ）第２電極１８をエッチングして、内部第２電極１８Ａと外部第２電極１８Ｂを形成する（図２１（ｂ）参照）。

（ｇ）内部第２電極１８Ａ上に触媒層１９を形成する（図２１（ｃ）参照）。なお、触媒層１９は、第２基板２２をＰｔナノコロイドに浸漬させ、内部第２電極１８Ａ上にＰｔ粒子１９０が所定の密度で散在させて触媒層１９を形成するようにできる（図２１（ｄ）参照）。また、内部第２電極１８Ａ上にポリマー（導電性高分子）から成る触媒層１９Ｐを形成するようにしても良い（図２１（ｅ）参照）。なお、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。

（ｈ）ＵＶ硬化樹脂等で構成される封止材１６を介してプラスチックフィルム２０Ｐと第２基板２２とを貼り合わせる（図２２参照）。

（ｉ）図示しない開口部を介して電解液１４を注入して、第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００が完成される。

第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００の多孔質半導体層１３０の半導体微粒子１２２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１３０は、ＴｉＯ_２などからなる半導体微粒子１２２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１２２の表面に吸着される。多孔質半導体層１３０内には、大きさ約１００ｎｍ以下の細孔が多数存在する。

（動作原理）
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１３０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１３０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、実施の形態に係るＤＳＣ２００の電解液１４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１３０の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３０中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０から外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８へ移動する。第２電極１８から電解液１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４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１４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１８において、Ｉ₃ ⁻＋２ｅ⁻→３Ｉ⁻に従って進行する。

電解液１４は、溶媒として、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１４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１４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１４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１４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。

実施の形態に係るＤＳＣ２００において、多孔質半導体層（１３０）／色素分子（３２）／電解液（１４）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（１４）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１３０の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３０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１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４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１４内を拡散し、色素分子３２を還元する。

電解液１４の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３０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１４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１４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２４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。

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１３０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１３０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１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４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１４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１４の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３０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。

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、ｉｎｄｏｌｉｎｅ系色素（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。

―直列構成―
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３０（ａ）に示すように表される。また、図３０（ａ）の模式的回路表現は、図３０（ｂ）に示すように表される。

基本セルは、図３０（ａ）に示すように、プラスチックフィルムで構成される第１基板２０Ｐと、第１基板２０Ｐ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１３０₁・１３０₂・１３０₃・１３０₄と、多孔質半導体層１３０₁・１３０₂・１３０₃・１３０₄と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄と、電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄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１４₁・１４₂・１４₃・１４₄を封止する封止材１６とを備える。

また、基本セルは、図３０（ａ）に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０Ｐ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３０（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２０Ｐ・第２基板２２間に配置された接続電極１３Ａ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１３Ａを介して接続される。

結果として、図３０（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３０に示される各基本セルにおいても、第１基板２０Ｐ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１４₁・１４₂・１４₃・１４₄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３０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１４₁・１４₂・１４₃・１４₄に接して、触媒層１９₁・１９₂・１９₃・１９₄を備えていても良い。

―並列構成―
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。

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間に配置された絶縁層１３Ｂ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１３Ｂを介して絶縁される。結果として、図３１（ｂ）に示すように、基本セル４個は、並列構成に配置される。

（ＤＳＣテストセルの基板内配置例とカットライン）
実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）２００ ₁₁ ・２００ ₁₂ ・…・２００ _1n ・…・２００ _m1 ・２００ _m2 ・…・２００ _mn の第１基板２０Ｐ内の配置例とカットラインＳＬ１・ＳＬ２の模式的平面パターン構成は、図３２に示すように表される。また、別の基板内配置例とカットラインの模式的平面パターン構成は、図３３に示すように表される。更に別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成は、図３３に示すように表される。

第１基板２０Ｐ上には、内部第１電極１０Ａ上に配置された多孔質半導体層１３０および外部第１電極１０Ｂがマトリックス状に配置されている。第１基板２０Ｐと対向する第２基板２２上においても内部第２電極１８Ａ上に配置された触媒層１９および外部第２電極１８Ｂがマトリックス状に配置される（図示省略）。

図３３・図３４に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状は、図３２に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状の変形例である。所定の製造工程を経た後、カットラインＳＬ１・ＳＬ２において、カットすることによって、個別のＤＳＣセルを複数同時形成可能である。また、図３０に示された直列構成若しくは図３１に示された並列構成も複数同時形成可能である。

図３３・図３４に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状を適用する場合においても、所定の製造工程を経た後、カットラインＳＬ１・ＳＬ２において、カットすることによって、個別のＤＳＣセルを複数同時形成可能である。また、図３０に示された直列構成若しくは図３１に示された並列構成も複数同時形成可能である。

（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。

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３５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。

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３８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。

実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、プラスチックフィルムで構成される第１基板（作用極側）２０Ｐ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３７に示すように表され、図３７のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図３８に示すように表される。図３７および図３８では、第１基板（作用極側）２０Ｐを上方向、第２基板（対極側）を下方向に配置している。

実施の形態に係るＤＳＣ２００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３９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４０に示すように表される。

なお、図３８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３９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４０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、電解液を注入した開口部を塞ぐことで水分等が侵入しないよう処置してＤＳＣ２００が作り込まれる。

実施の形態によれば、可撓性、耐久性、低コスト性を向上可能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。

また、第２基板２２をプラスチックフィルム等で構成し、第２電極１８を透明導電膜で構成する場合には、第２基板２２側からも光ｈνを入射させて、発電効率を向上させることができる。

（適用例）
―バッテリーセル―
次に、図４１〜図４４を参照して、第１および第２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４２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４２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。

図４５には、紫外線Ｌ１の波長領域（波長１０〜４００ｎｍ）、白色光Ｌ２の波長領域（波長４００〜８００ｎｍ）、赤外線Ｌ３の波長領域（波長６００〜１０００ｎｍ）を示す。第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、Ｌ１〜Ｌ３の少なくとも１つの領域の光線によって発電機能を発揮させることができる。

特に、第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、可撓性、耐久性、低コスト性に優れ、バッテリーセルの耐久性を向上させ、また低廉化に貢献することができる。

―電子機器―
第１および第２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、ＤＳＣ駆動センサモジュールなどの適用可能である。

図４６〜図４８を参照して、第１および第２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４９および図５０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４７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１３０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および第２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４８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４８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４９を参照して、第１および第２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４９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４９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５０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５０（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５０（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および第２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および第２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５１を参照して、第１および第２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５１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および第２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および第２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および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、可撓性、耐久性、低コスト性に優れ、電子辞書９０等の各種電子機器の耐久性を向上させ、また低廉化に貢献することができる。

（センサネットワークへの応用）
無線通信モジュールやＤＳＣ、センサなどを組み合わせたセンサネットワークを構築することができる。３０ｍ程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、３１５ＭＨｚや８６８ＭＨｚを適用可能である。さらに、１００ｍ程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、９２０ＭＨｚを適用可能である。

第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００は、図５２に示すように、ＤＳＣモジュール８０１と、無線通信モジュール８０５とを備える。ＤＳＣモジュール８０１は、室内光で発電可能なＤＳＣ直列若しくは並列セルＤＳＣ１・ＤＳＣ２を備え、センサ駆動電源として機能する。無線通信モジュール８０５は、無線センサノード８０４を搭載し、センシングと無線通信を行うことができる。

第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した別のＤＳＣ駆動センサモジュール８０７の模式的ブロック構成は、図５３に示すように、ＤＳＣモジュール８０１と、無線通信モジュール８０５と、蓄電部８０６とを備える。ＤＳＣモジュール８０１は、室内光で発電可能なＤＳＣ直列若しくは並列セルＤＳＣ１・ＤＳＣ２・ＤＳＣ３・ＤＳＣ４を備え、センサ駆動電源として機能する。蓄電部８０６には、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electrical Double Layer Capacitor）８０８および制御ＩＣ８０９が搭載される。ＤＳＣモジュール８０１において発電された電力を蓄電部８０６に蓄積することで、安定的に無線通信モジュール８０５に電力を供給可能である。

第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００を適用したホームエネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）９００の構成例は、図５４に示すように表される。

各ＤＳＣ駆動センサモジュール８００では、温度／湿度センサ、照度センサなどのセンシング情報、ＰＣ９３０・ＴＶ９０１・エアコン９４０（エアコンコントローラ９０３）・太陽電池９０２などの利用状況が収集され、無線通信によって、センサ情報受信器９２０にデータ送信される。センサ情報受信器９２０においては、データ受信、エネルギーの利用状況の把握などのための信号処理が実施される。

第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００を適用したホームエネルギーマネージメントシステム９００によれば、建物９１０全体の屋内環境に合わせて電力供給をコントロールすることができる。

特に、第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、第１および第２の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、可撓性、耐久性、低コスト性に優れ、ＤＳＣ駆動センサモジュール８０７等の耐久性を向上させ、また低廉化に貢献することができる。

以上説明したように、本発明によれば、可撓性、耐久性、低コスト性を向上させることのでき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、可撓性、耐久性、低コスト性を向上させることができ、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。

３ａ…キャップ封止材
３ｂ…開口部封止材
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
１２０…ＴｉＯ_２膜
１３０・１３０₁・１３０₂・１３０₃・１３０₄…多孔質半導体層
１３Ａ…接続電極
１３Ｂ…絶縁層
１４…電解液（電荷輸送層）
１６…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、２０Ｍ、２０Ｐ…第１基板
２２…第２基板
２４…負荷
２６、２８…酸化還元電解質
３０、３２…色素分子
３１、３１１…セル
１２２…半導体微粒子
１２４…バインダ剤
２００、２００Ａ…色素増感太陽電池（ＤＳＣ）
Ｄｙｅ…色素

Claims (27)

1. 第１基板と、
   前記第１基板上に配置され、半導体微粒子、前記半導体微粒子同士を固定するバインダ剤および色素分子から構成される多孔質半導体層と、
   前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶解した電解液と、
   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. 前記第１基板は、所定厚さの金属フィルムで構成され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. 前記金属フィルムは、ステンレスまたはＴｉで形成されることを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
4. 前記第１基板は、第１電極を形成した所定厚さのプラスチックフィルムで構成され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。
5. 前記プラスチックフィルムは、ＰＥＴ樹脂またはＰＥＮ樹脂で形成されることを特徴とする請求項４に記載の色素増感太陽電池。
6. 前記第１電極は、透明導電膜で形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の色素増感太陽電池。
7. 前記透明導電膜は、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の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
8. 前記バインダ剤は、アラミド樹脂であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
9. 前記アラミド樹脂は、ポリメタフェニレンイソフタルアミドであることを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
10. 前記バインダ剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
11. 前記第２電極の表面には、前記電解液に接して触媒層が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
12. 前記色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、Ｄ２０５、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１〜１１のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
13. 前記第２基板は、所定厚さの金属フィルムで構成されることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
14. 前記金属フィルムは、ステンレスまたはＴｉで形成されることを特徴とする請求項１３に記載の色素増感太陽電池。
15. 第２電極は、透明導電膜または金属膜で構成されることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
16. 前記プラスチックフィルムは、ＰＥＴ樹脂またはＰＥＮ樹脂で形成されることを特徴とする請求項１５に記載の色素増感太陽電池。
17. 前記第２電極を形成する前記透明導電膜は、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１５または請求項１６に記載の色素増感太陽電池。
18. 前記半導体微粒子は、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１〜１７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
19. 前記触媒層は、Ｐｔ、Ｐｔナノコロイド、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１〜１８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
20. 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１〜１９のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
21. 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２０に記載の色素増感太陽電池。
22. 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２０に記載の色素増感太陽電池。
23. 金属フィルムから成る第１基板を、洗浄工程によって前処理する工程と、
    前記第１基板上に、半導体微粒子と前記半導体微粒子同士を固定するバインダ剤とを混練したペーストを塗布する工程と、
    前記ペーストを所定温度で熱処理して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、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。
24. プラスチックフィルムから成る第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、半導体微粒子と前記半導体微粒子同士を固定するバインダ剤とを混練したペーストを塗布する工程と、
    前記ペーストを所定温度で熱処理して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、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。
25. 前記ペーストを所定温度で熱処理する工程は、前記ペーストに所定の圧力を加えた状態で行うことを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
26. 前記第２電極上に触媒層を形成する工程は、前記第２基板をＰｔナノコロイドに浸漬させて行うことを特徴とする請求項２３〜２５の何れか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
27. 請求項１〜２２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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