JP6034280B2

JP6034280B2 - 色素増感太陽電池

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Publication number: JP6034280B2
Application number: JP2013256430A
Authority: JP
Inventors: 伸次大栢; 坂根　正恭; 正恭坂根; 雅彦古川; 雄矢眞田
Original assignee: Nissha Printing Co Ltd
Current assignee: Nissha Printing Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: JP2015115463A; WO2015087699A1

Description

本発明は太陽電池に関し、特に発電効率とデザイン性に優れた色素増感太陽電池に関する。

環境問題・資源問題などを背景に、クリーンエネルギーとしての太陽電池が注目を集めている。しかしながら、従来のシリコン系太陽電池は、製造コストが高い、原料供給が不十分などの課題が残されており、大幅普及には至っていない。また、ＣＩＳ系などの化合物系太陽電池は、極めて高い光電変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、コストや環境負荷などの問題が大幅普及への障害となっている。

一方、色素増感太陽電池は、安価で高い光電変換効率を得られる太陽電池である。そのため、色素増感太陽電池は小型化及び低消費電力化の要求の強い電子機器への適用が検討・期待されている。色素増感太陽電池を電子機器の主電源や補助電源として利用することにより、電子機器の充電を不要にし、あるいは充電サイクルを長くする効果が期待される。このような電子機器はパーソナルユースである為、意匠性が重要な要因となってくる。そこで、これらの市場ニーズに対して多様な色彩を有する色素太陽電池が開発されている。例えば特許文献１には、増感色素の種類や、酸化チタンの厚み、粒径などを適宜選択することにより、所定の着色模様を有する色素増感太陽電池が示されている。

上記のように構成すると、種々の着色模様を表現できる。しかし、上記の構成において模様を形成する輪郭部分は電解質層で形成されており、電解質層は発電に関与しないため特許文献１の色素増感太陽電池は発電効率が低いという問題があった。また、輪郭部分を電解質層で構成すると、電解質層と多孔質発電層との間ではっきりとしたコントラストを表現できず多孔質発電層に形成したデザインの輪郭がぼやけてしまい意匠性の低い色素増感太陽電池になるという問題もあった。なお、デザインがぼやけるという問題は、日中の間、色素増感太陽電池の背面側からバックライトで照光しない場合に特に顕著であった。

特開２０１０−１１３９０５

従って、本発明の目的は、発電効率に優れ、意匠性の高い色素増感太陽電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

以下に、本発明にかかる実施の形態に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る色素増感太陽電池の特徴構成は、
透明導電性基板と、前記透明導電性基板の異なる箇所に複数積層され受光面から見た場合に前記透明導電性基板の異なる箇所間でコントラストを発生させるともに幾何学形状を有する多孔質発電層とを電極セル内に備える色素増感太陽電池であって、
前記色素増感太陽電池を受光面側から見た場合に、前記異なる箇所の境界に前記多孔質発電層が有する幾何学形状の輪郭部分を形成し、前記多孔質発電層と反射率がＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なり、前記透明導電性基板の抵抗より抵抗値が低く前記多孔質発電層から発生した電子を外部電極に伝達する輪郭層が電極セル内に配置された点にある。

上記特徴構成によれば、電極セル内の透明導電性基板の異なる箇所間でコントラストを発生させる多孔質発電層の境界部分に輪郭層が配置されている。輪郭層は、受光面から見た場合に多孔質発電層が有する幾何学形状の輪郭部分を形成し、前記多孔質発電層と比較した場合に反射率がＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なる。そのため、受光面に光が入射したとき輪郭層によって多孔質発電層の有する輪郭をはっきりと表現できる。従って、本発明は多孔質発電層が有する幾何学形状をはっきりと表現できる意匠性の高い色素増感太陽電池となっている。

さらに、上記特徴構成によれば、輪郭層の抵抗値は透明導電性基板の抵抗値より低いため、多孔質発電層から発生した電子を外部電極に効率的に伝達できる。従って、発電効率の高い色素増感太陽電池となっている。

本発明に係る色素増感太陽電池の特徴構成は、
透明導電性基板と、
前記導電性基板の上に間隔をあけて複数配置される多孔質発電層と、
前記多孔質発電層と対向して配置される対極と、
前記多孔質発電層と前記対極の間に配置される電解質層と、
前記透明導電性基板の前記多孔質発電層が配置されていない箇所と、前記対極における前記多孔質発電層が配置されていない箇所と対向する位置に配置される輪郭層とを電極セル内に備え、
前記色素増感太陽電池を受光面側から見た場合に、
前記多孔質発電層は、幾何学形状を有しつつ前記透明導電性基板の異なる箇所の間でコントラストを発生させ、
前記輪郭層は、前記多孔質発電層が有する幾何学形状の輪郭を形成し、前記多孔質発電層と反射率がＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なり、
かつ、
前記輪郭層は、前記透明導電性基板や前記対極よりも抵抗値が低く前記多孔質発電層から発生した電子を外部電極に伝達するとともに前記対極から電子を前記電解質層に伝達する点にある。

上記構成によれば、輪郭層は透明導電性基板上に配置される。透明導電性基板上に配置される輪郭層は、透明導電性基板の多孔質発電層が配置されていない箇所に配置される。なお、多孔質発電層が配置されていない箇所とは、多孔質発電層の境界部分（多孔質発電層が形成する幾何学形状の輪郭部分）であり、かかる位置に多孔質発電層と反射率がＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なる輪郭層を配置することで、多孔質発電層の有する幾何学形状の輪郭をはっきり表現できる意匠性の高い色素増感太陽電池となっている。

さらに、上記特徴構成によれば、輪郭層の抵抗値は透明導電性基板の抵抗値より低いため、多孔質発電層から発生した電子を外部電極に効率的に伝達できる。そのため、発電効率の高い色素増感太陽電池となる。

さらに、上記特徴構成によれば、輪郭層は対極上にも配置される。対極に配置される輪郭層は、透明導電性基板上に配置された輪郭層と対向する位置に配置されている。すわなち、対極に配置される輪郭層は、色素増感太陽電池の厚み方向に対して透明導電性基板に配置された輪郭層の形状に沿うように配置されている。そのため、受光面から色素増感太陽電池を観察した場合、対極に配置された輪郭層は、透明導電性基板上に配置された輪郭層と重なり観察されない。従って、多孔質発電層が形成する幾何学形状は対極に配置される輪郭層によって阻害されず、透明導電性基板上に配置された多孔質発電層や輪郭層の形状をそのまま表現できるので、意匠性の高い色素増感太陽電池となっている。

また、対極に配置される輪郭層の抵抗値は対極の抵抗値より低くなるよう構成されている。そのため、対極から電解質層に電子を効率的に伝達できる。

従って、上記のように対極の上に輪郭層を配置することで意匠性の高い色素増感太陽電池を保持しつつも、さらに発電効率の高い色素増感太陽電池となっている。

本発明にかかる色素増感太陽電池の特徴構成の一態様によれば、
前記輪郭層を覆い前記輪郭層を保護する保護層を備えていてもよい。

本発明にかかる色素増感太陽電池の特徴構成の一態様によれば、
前記多孔質発電層は、異なる箇所で厚みが異なることによりコントラストを発生させてもよい。

本発明にかかる色素増感太陽電池の特徴構成の一態様によれば、
前記多孔質発電層は粒子が焼結された構成からなり、異なる箇所で前記粒子の粒径が異なることによりコントラストを発生させてもよい。

本発明の色素増感太陽電池を搭載した電子機器に係る斜視図である。図１のII−II断面における断面図である。本発明の色素増感太陽電池の平面図である。図３のIII−III断面における断面図である。図３のIV−IV断面における断面図である。

下記で、本発明に係る実施形態を図面に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明の実施例に記載した部位や部分の寸法、材質、形状、その相対位置などは、とくに特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

１．電子機器
以下で、本発明にかかる色素増感太陽電池について説明する。
本発明に係る色素増感太陽電池は、庭園灯や街路灯等の照明装置に用いられる。本実施形態では、照明装置の一種としてのオフグリッド型の照明装置に搭載された色素増感太陽電池を例として説明する。なお、以下の説明では、色素増感太陽電池の外部からの光を受光する面（後述する受光面）が位置している側を「受光面側」と称する。これとは反対に、ユーザーから見た場合における奥側を「背面側」と称する。

図１に示すように、電子機器１００は、略直方体状の筐体１１０と、この筐体１１０に内蔵された発光装置１１１と、発光装置１１１に対して受光面２ａ側に重ねて配置された色素増感太陽電池１とを備えている。筐体１１０は、金属材料や合成樹脂で構成されている。筐体１１０は、受光面２ａ側に向かって矩形状に開口する凹部１１０ａを備えている。凹部１１０ａは段差を有するように形成されており、この段差部分は、色素増感太陽電池１を背面側から支持する支持部１１０ｂとして機能する。支持部１１０ｂは、凹部１１０ａの形状に対応して、矩形枠状（額縁状）に形成されている。支持部１１０ｂ（段差部分）よりも背面側の箇所（第一収納凹部）には発光装置１１１が収納され、受光面２ａ側の箇所（第二収納凹部）には、支持部１１０ｂによって支持された状態で色素増感太陽電池１が収納されている。

凹部１１０ａ（第一収納凹部及び第二収納凹部）の形状及び寸法は、発光装置１１１や色素増感太陽電池１の形状及び寸法に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、一例として、発光装置１１１及び色素増感太陽電池１はいずれも略直方体状の形状を有しており、平面視（受光面側から見た状態）での寸法は発光装置１１１よりも色素増感太陽電池１の方が大きい。そして、凹部１１０ａは、第一収納凹部の側面と発光装置１１１の側面とが接するとともに第二収納凹部の側面と色素増感太陽電池１の側面とが接し、かつ、発光装置１１１の表面と支持部１１０ｂの表面とが略同じ高さとなるともに筐体１１０の表面が色素増感太陽電池１の表面より受光面２ａ側に出張るように形成されている。

なお、発光装置１１１は、ＬＣＤや有機ＥＬからなり、色素増感太陽電池１と電気的に接続されている。このように構成されることで、色素増感太陽電池１で発生した電気エネルギーが発光装置１１１に供給され、発光装置１１１は、供給された電気エネルギーを使用して発光できるようになっている。なお、発光装置１１１から発光された光は色素増感太陽電池１を透過して受光面２ａ側にいるユーザーに視認される。色素増感太陽電池１を透過した光は、色素増感太陽電池１に付された模様を通過しているため、受光面側にいるユーザーには色素増感太陽電池１の有する模様が光って視認されるようになっている。

本実施形態では、上述のように、色素増感太陽電池１は受光面２ａ側から光が照射されたときに、照射された光を吸収し電気エネルギーに変換する。さらに、色素増感太陽電池１の受光面２ａ側には、後述の多孔質発電層によってデザイン性の高い幾何学模様が描かれ意匠性の色素増感太陽電池となっている。すなわち、本実施形態に係る色素増感電池１は、受光面２ａに照射された光を電気エネルギーに変換するともに意匠性の高い色素増感太陽電池として構成されている。

２．色素増感太陽電池
図３に示すように、色素増感太陽電池１は、セル電極１ａと、封止層６と、集電線７と、外部接続電極８を有している。セル電極１ａは、太陽電池１において照射された光を電気に変換する電極のことであり、図３、および図４の太枠線内における部材で構成される。

図３に示すように、セル電極１ａの形状は特に限定されないが、本実施態様ではセル電極１ａは矩形形状を有している。なお、セル電極１ａは、幾何学模様を有している。本実施形態では、寺１０と、山１１と、背景部分１２における幾何学模様を有している。なお、寺１０と背景部分１２の間、および山１１と背景部分１２の間には、それぞれ寺１０と山１１の輪郭を形成する輪郭線１３が形成されている。

図３、および図４に示すように、セル電極１ａの周縁部には封止層６が配置されている。封止層６が、上記のように配置されることによりセル電極１ａ内から電解質層４が外部に漏れ出るのを防止している。

封止層６としては、アクリレート系のＵＶ硬化樹脂、ポリエチレン，ポリプロピレン，エポキシ樹脂，フッ素樹脂またはシリコーン樹脂等の樹脂接着剤、もしくはガラスフリット，セラミックス等の無機接着剤を挙げることができる。封止層６の厚み（高さ）は、０．５〜５００μｍであることが好ましい。０．５μｍ未満では、各多孔質発電層の厚さが０．５μｍ以下となり、増感色素が光を十分吸収できなくなってしまう。なお、５００μｍを超えると、電解質層４が５００μｍ近くになり、内部抵抗が大きくなる。なお、封止層６はホットプレス、ＵＶ硬化などの方法によって形成される。

図３に示すように、封止層６の外側の周縁部には、封止層６の形状に沿って集電線７が配置されている。図４に示すように、集電線７は、透明導電性基板２０に設けられる集電線７ａと、触媒層３１に配置される集電線７ｂから構成される。集電線７ａと集電線７ｂは、封止層６を介してセル電極１ａの外側にそれぞれ設けられる。なお、集電線７ａは透明導電性基板２０に配置された輪郭層５ａを介して多孔質発電層２５と電気的に接続され、集電線７ｂは触媒層３１に配置された輪郭層５ｂと電気的に接続されている。さらに、集電線７ａと集電線７ｂはガラスフリットなどの保護材７ｃで覆われていても良い。
また、図４に示すように、集電線７の一部は外部接続電極８を構成している。外部接続電極８は、集電線７ａの一部に配置される外部接続電極８ａと、集電線７ｂの一部に配置される外部接続電極８ｂからなる。外部接続電極８は、外部装置（例えば、発光装置１１１）接続とされ、色素増感太陽電池１と外部装置との間で電気のやりとりをするための電極である。集電線７の厚み（高さ）は、例えば０．５〜５００μｍであり、横幅は５００〜６０００μｍである。外部接続電極８ａ、８ｂの厚み（高さ）は、例えば０．５〜５００μｍであり、横幅は５００〜６０００μｍである。

集電線７、および外部接続電極８は、金、銀、銅、白金、ニッケル、アルミニウム、鉄等の金属、前記金属を１種以上含む合金、カーボンなどが挙げられる。また、集電層７、および外部接続電極８は、加熱蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、導電性ペーストを用いた印刷法等によって、透明導電層や触媒層上に設けられる。導電性ペーストとしては、金、銀、銅、白金、ニッケルなどの電気伝導度の高い金属微粉末を混入させたものが用いられる。

このように色素増感太陽電池１を構成することで、セル電極１ａ内で発生した電気は、集電線７と外部接続電極８を介して外部に取り出され、外部からの電気は外部接続電極８と集電線７を介してセル電極１ａ内に供給されるようになっている。

３．セル電極
図５に示すように、セル電極１ａは、負極２、正極３、電解質層４を有している。負極２、電解質層４、正極３は、受光面２ａ側から背面側に向かって記載の順に積層されている。図５に示すように、負極２は、透明導電性基板２０、多孔質発電層２５、輪郭層５ａを有している。なお、負極２において、多孔質発電層２５と輪郭層５ａは透明導電性基板２０の受光面とは逆の面に配置されている。

４．負極
＜透明導電性基板＞
上述のように、負極２は、透明導電性基板２０、多孔質発電層２５、輪郭層５ａを有している。図５に示すように、透明導電性基板２０は、第１透明基板２１と、第１基透明基板２１の背面側（正極３側）の面に配置される透明導電膜２２を有している。
第１透明基板２１は、透明性を有する基板から構成される。例えば、透明なガラス板やプラスチック板などである。厚みは例えば、０．１〜５ｍｍである。

透明導電層２２は、有機材料や無機材料からなる。有機材料としては、導電性高分子材料を使用できる。上記導電性高分子材料の中でも、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）と３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＥＤＯＴ）を用いて作成される水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を用いることが好ましい。水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）は透明性が高く、導電性も高い。そのため、水分散ポリチオフェン誘導体（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を透明導電層として用いることによって、色素増感太陽電池１内に外部からの光を効率的に取り込むことができる。

無機材料としては、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、またはニオブドープチタン酸化物などの無機酸化物を使用することができる。

なお、透明導電層２２の厚みは０．３〜２μｍ程度が好ましい。０．３μｍ未満では、シート抵抗が高くなり、色素増感太陽電池１の抵抗値が高くなる。なお、透明導電層１１は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スプレー法等によって形成される。

＜多孔質発電層＞
図５に示すように、多孔質発電層２５は、透明導電性基板２０の背面側（正極３側）であって、透明導電性基板２０の異なる箇所に間隔をあけて複数配置されている。「異なる箇所に配置」とは、同じ箇所に重なって配置されず、それぞれが独立して配置されているという意味である。本実施態様において、多孔質発電層２５として、透明導電性基板２０の異なる箇所に第１多孔質発電層２６と、第２多孔質発電層２７と、第３多孔質発電層２８が間隔をあけて配置されている。

図３に示すように、多孔質発電層２５を構成する第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８は、色素増感太陽電池１を受光面２ａ側から見た場合に、幾何学形状を有している。
本実施形態において、第１多孔質発電層２６は、寺１０の形状を有し、第２多孔質発電層２７は山１１の形状を有し、第３多孔質発電層２８は背景部分１２の形状を有している。また、第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８において、厚み、または構成する粒子のサイズが異なっている。そのため、各発電層間で異なる色味が生じ、各発電層間でコントラストを発生させている。
本実施態様では、第１多孔質発電層２６は、粒径２０ｎｍの微粒子からなる厚さが３μｍの多孔質層からなり、第２多孔質発電層２７は、粒径２０ｎｍの微粒子からなる厚さが６μｍの多孔質層からなり、第３多孔質発電層２８は、粒径２０ｎｍの微粒子からなる厚さが９μｍの多孔質層から構成されている。

多孔質発電層２５（第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８）は、増感色素が担持された金属酸化物の微粒子（半導体膜）からなる。金属酸化物としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）が最適であり、他の材料としては、チタン（Ｔｉ），亜鉛（Ｚｎ），錫（Ｓｎ），ニオブ（Ｎｂ），インジウム（Ｉｎ），イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ），ジルコニウム（Ｚｒ），タンタル（Ｔａ），ハフニウム（Ｈｆ），ストロンチウム（Ｓｒ），バリウム（Ｂａ），カルシウム（Ｃａ），バナジウム（Ｖ），タングステン（Ｗ）等の金属元素の少なくとも１種以上の金属酸化物半導体がよく、例えば、ＴｉＯ２、ＷＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、またはＳｒＴｉＯ３のうち少なくとも１つから成る。また窒素（Ｎ），炭素（Ｃ），フッ素（Ｆ），硫黄（Ｓ），塩素（Ｃｌ），リン（Ｐ）等の非金属元素の１種以上を含有していてもよい。酸化チタン等はいずれも電子エネルギーバンドギャップが可視光のエネルギーより大きい２〜５ｅＶの範囲にあり、好ましい。

増感色素としては、有機色素または金属錯体色素を使用することができ、有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられ、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素が好ましい。例えば、酸化物半導体膜だけでは、可視光（４００〜８００ｎｍ程度の波長）を殆ど吸収できないが、ルテニウム錯体を担持させることにより、大幅に可視光まで取り込んで光電変換できるようになる。

＜輪郭層＞
図５に示すように、多孔質発電層２５において、各発電層の境界領域には、輪郭層５ａが配置されている。なお、本実施形態において、輪郭層５ａは透明導電膜２２を介して、第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８と電気的に接続されている。図３に示すように、輪郭層５ａは集電線７（集電線７ａ）とも接続されている。さらに、輪郭層５ａは透明導電膜２２の抵抗値よりも低くなるように構成されている。そのため、輪郭層５ａは，第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８で発生した電子を、発生した近傍で集めて外部接続電極８に効率的に伝達できるようになっている。

なお、輪郭層５ａは線形状を有し、図３に示すように、色素増感太陽電池１を受光面２ａから見た場合に、輪郭層５ａは各発電層が有する幾何学形状の輪郭を形成している（輪郭層５ａは、図３における輪郭線１３を構成している）。本実施形態において、輪郭層５ａは、第１多孔質発電層２６が有するお寺の形状と、第２多孔質発電層２７が有する山の形状の輪郭を形成している。

なお、輪郭層５ａと多孔質発電層２５の反射率は、ＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なる。そのため、色素増感太陽電池１に受光面側から光を照射したとき、輪郭層５ａと、第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、第３多孔質発電層２８では、光の反射率が大きく異なり、第１多孔質発電層２６、第２多孔質発電層２７、および第３多孔質発電層２８が有する幾何学形状の輪郭をはっきりと表現できる意匠性の高い色素増感太陽電池１となっている。

また、図３に示すように、輪郭層５ａには、一部に切断箇所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが設けられている。切断箇所は、色素増感太陽電池１に電解質層４を注入する際、電解質層４を一箇所から色素増感太陽電池１全体に注入できるように設けられる。すなわち、多孔質発電層２５を構成する各層に一度で注入できるように設けられる。本実施態様では、第１多孔質発電層２６と第３多孔質発電層２８の間で輪郭を形成する輪郭層５ａについては、切断箇所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで切断されている。第１多孔質発電層２６と第２多孔質発電層２７の間で輪郭を形成する輪郭層５ａについては、切断箇所Ｅで切断されている。第２多孔質発電層２７と第３多孔質発電層２８の間で輪郭を形成する輪郭層５ａについては、切断箇所Ｆで切断されている。このように構成されることで、多孔質発電層２５を構成する各層は隔たりのない１つの空間内に配置することになる。そのため、セル電極１ａ内に設けられる１つの注入口から電解質層４を一度注入するだけで、多孔質発電層２５を構成する各層を電解質層４で満たすことができるようになっている。さらに、輪郭層５ａは切断箇所Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆで切断されても、それぞれの輪郭層５ａは集電線７と接続され、輪郭層５ａがセル電極１ａ内に孤立しないように構成されている。上記のように構成されることで、切断箇所で輪郭層５ａが切断されても、輪郭層５ａはいずれかの集電線７と必ず接続するので、多孔質発電層２５から発生した電子を効率よく集電線７に伝達することができるようになっている。

輪郭層５ａは、金、銀、銅、白金、ニッケル、アルミニウム、鉄等の金属が挙げられる。輪郭層５ａは、加熱蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、導電性ペーストを用いた印刷法等によって、透明導電層や触媒層上に設けられる。導電性ペーストとしては、金、銀、銅、白金、ニッケルなどの電気伝導度の高い金属微粉末を混入させたものが用いられる

さらに、図５に示すように、輪郭層５ａの上には、輪郭層５ａを保護する保護層５０ａが形成されていてもよい。本実施態様では、保護層５０ａは、輪郭層５ａを覆って輪郭層５ａを電解質層４から保護している。保護層５０ａは、ガラスフリットなどから構成される。上記のように構成すると、輪郭層５ａが電解質層４に腐食されるのを抑制できるので、意匠性の高い色素増感太陽電池としての機能を長時間の間、持続できる。

５．正極
図５に示すように、色素増感太陽電池１において、負極２と対向する位置には正極３が配置されている。正極３は、第２透明基板３０、触媒層３１、輪郭層５ｂを有している。なお、第２透明基板３０、触媒層３１、輪郭層５ｂは、背面側から受光面２ａ側に、記載の順番で配置されている。

＜第２透明基板＞
図５に示すように、第２透明基板３０は、第１透明基板２１と対向するように配置されている。なお、電極セル１ａで発生した電子を外部に取り出したり、電極セル１ａ内に電子を供給したりできるよう、第２透明基板３０は、透明導電性基板２０や触媒層３１の上に配置される外部電極接続部８を露出させるように第１透明基板２１と対向して配置されている。具体的には、第２透明基板３０は、外部電極接続部８の分だけ幅方向、または長さ方向にずらして第１透明基板２１と対向するよう配置されている。第２透明基板３０を構成する部材としては、第１透明基板２１と同様に考えることができる。

＜触媒層＞
図５に示すように、第２透明基板３０の受光面２ａ側の面には触媒層３１が配置されている。触媒層３１は、白金、炭素、ポリチオフェン誘導体などからなる。上記の中でも、白金を用いることが好ましい。白金を用いることによって、変換効率と透明性が向上する。触媒層の厚みは０．１〜１００ｎｍであることが好ましい。なお、触媒層３１はドクターブレード、スクリーン印刷、スプレー塗布、インクジェットなどの方法によって、第２透明基板３０の上に形成される。

＜輪郭層＞
図５に示すように、触媒層３１の受光面２ａ側の面には輪郭層５ｂが配置されている。具体的には、輪郭層５ｂは、触媒層３１における負極２の輪郭層５ａが配置された箇所の延長線上に配置される。さらに、輪郭層５ｂは、色素増感太陽電池１を受光面２ａ側から見た場合に、輪郭層５ａの形状に沿うように触媒層３１の受光面２ａ側に配置されている。そのため、色素増感太陽電池１を受光面２ａ側から観察した場合に、輪郭層５ｂは、負極２に配置された輪郭層５ａによって隠蔽され見えなくなっている。その結果、色素増感太陽電池１を受光面２ａ側から観察した場合に、ユーザーは多孔質発電層２５によって形成された幾何学形状と、上記幾何学形状の輪郭を形成する輪郭層５ａしか観察できないので、負極２に形成された幾何学形状を忠実に表現できる意匠性の高い色素増感太陽電池となっている。

さらに、輪郭層５ｂは輪郭層５ａと間隔を空けて配置されている。上記のように構成されていると、輪郭層５ａと輪郭層５ｂを介して負極２と正極３とが通電し、色素増感太陽電池１が短絡してしまうのを防止できる。

なお、輪郭層５ｂは、触媒層３１、および集電線７ｂと電気的に接続され、輪郭層５ｂの抵抗値は、触媒層３１の抵抗値よりも低くなるように構成されている。そのため、外部接続電極８ｂからセル電極１ａ内に電子が供給される場合、供給される電子は輪郭層５ｂを介して電解質層４に効率的に伝達されるようになっている。その結果、変換効率の高い色素増感太陽電池となっている。

さらに、色素増感太陽電池１は、負極２側の輪郭層５ａと正極３側の輪郭層５ｂを接続する接着層９を備えていてもよい。上記のように構成されると、輪郭層５ａと輪郭層５ｂは、接着層９によっても電解質の腐食から保護されるので、意匠性の高い色素増感太陽電池としての機能をより長時間の間、持続できる。

また、上記のように構成されていると、色素増感太陽電池１を構成する負極２と正極３は、封止層６以外の箇所でも接着されることになるので、負極２と正極３の密着性が向上する。その結果、電解質層４が外部に漏れだしにくく、耐久性の高い色素増感太陽電池となっている。

＜電解質層＞
図５に示すように、セル電極１ａは、負極２と正極３の他に、電解質層４を有している。電解質層４は、負極２と正極３の間に配置されている。電解質層４は、正極３から供給される電子を負極２に伝達するための部材であり、液状電解質もしくはゲル状電解質を用いられる。電荷の輸送特性に優れる液状電解質もしくはゲル状電解質を用いることによって、光電変換効率が向上する。また、電解質層はポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール，ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体，ペンタセン誘導体，ペリレン誘導体，トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤から成るものであってもよい。なお、電解質層はヨウ素／ヨウ化物塩，臭素／臭化物塩，コバルト錯体およびフェロシアン化カリウム等を含む。電解質層の厚みは１〜５００μｍであることが好ましい。

１：色素増感太陽電池
１ａ：電極セル
２：負極
２ａ：受光面
２０：透明導電性基板
２１：第１基板
２２：透明導電膜
２５：多孔質発電層
２６：第１多孔質発電層
２７：第２多孔質発電層
２８：第３多孔質発電層
３：正極
３０：第２基板
３１：触媒層
４：電解質層
４１：第１電解質層
４２：第２電解質層
５ａ：輪郭層
５ｂ：輪郭層
５０ａ：保護層
５０ｂ：保護層
６：封止層
７：集電線
８：外部接続電極
９：接着層
１０：寺
１１：山
１２：背景部分
１３：輪郭線
１００：電子機器
１１０：筐体
１１１：発光装置
Ａ：切断箇所
Ｂ：切断箇所
Ｃ：切断箇所
Ｄ：切断箇所
Ｅ：切断箇所
Ｆ：切断箇所

Claims

受光面に、色彩及び平面形状の異なる複数の幾何学形状を有する色素増感太陽電池であって、
一方面に透明導電膜が形成された第１透明基板と、
前記透明導電膜の上に、前記幾何学形状に形成された多孔質発電層と、
前記第１透明基板と間隔をあけて配置され、前記透明導電膜と対向する面に触媒層が形成された第２透明基板と、
前記第１透明基板と前記第２透明基板との間を周囲で封止する封止層と、
前記多孔質発電層と前記触媒層との間に注入された電解質層と、
前記幾何学形状の輪郭を形成するように、前記多孔質発電層が形成されていない、前記透明導電膜の上に形成された、前記多孔質発電層から発生した電子を外部電極に伝達する第１輪郭層と、
平面視で第１輪郭層と重なるように、前記第１輪郭層と間隔をあけて、前記触媒層の上に形成された、外部電極から供給された電子を前記電解質層に伝達する第２輪郭層とを備え、
前記第１輪郭層は、前記多孔質発電層と、ＪＩＳＺ８７２１−１９９３に準じた測定方法で４０％以上異なる反射率であり、抵抗値が前記透明導電膜の抵抗値より低く、
前記第２輪郭層は、抵抗値が前記触媒層の抵抗値より低い、色素増感太陽電池。
前記第１輪郭層と前記第２輪郭層とを接続する接着層を更に備えた、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記多孔質発電層は、１の前記幾何学形状と他の前記幾何学形状とで厚みが異なる、請求項１又は請求項２に記載の色素増感太陽電池。
前記多孔質発電層は、金属酸化物の微粒子を含み、１の前記幾何学形状と他の前記幾何学形状とで前記微粒子の粒径が異なる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の色素増感太陽電池。