JP6120926B2

JP6120926B2 - 色素増感光電変換素子

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Description

本発明は、色素増感光電変換素子に関する。

色素増感光電変換素子は、スイスのグレッツェルらによって開発されたものであり、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換素子である。

色素増感光電変換素子は一般に、少なくとも１つの色素増感光電変換セルを有し、色素増感光電変換セルは、透明基板及び透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第１電極基板と、第１電極基板に対向する第２電極と、第１電極基板又は第２電極に設けられる酸化物半導体層と、酸化物半導体層に吸着される光増感色素とを備えている。

色素増感光電変換素子においては、酸化物半導体層として例えばＴｉＯ_２などを使用した場合、入射光に含まれる紫外線によって酸化物半導体層が光触媒作用を起こして光増感色素や電解質中の有機物の分解を促進するため、発電性能が徐々に低下するおそれがある。そこで、例えば下記特許文献１では、透明基板のうち第２電極と反対側にある光入射面上に紫外線吸収層を設けることが開示されている。

特開２００８−１１２７０４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の色素増感光電変換素子は以下に示す課題を有していた。

すなわち、上記特許文献１では、透明基板のうち第２電極と反対側にある光入射面上に紫外線吸収層が設けられるため、色素増感太陽電池素子に入射する紫外線の量が減少し、その結果、優れた耐光性は得られる。しかし、その際、入射光に含まれる可視光の光量までも減少するため、光電変換特性が低下する場合があった。このため、優れた光電変換特性および耐光性を有する色素増感光電変換素子が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた光電変換特性および耐光性を有する色素増感光電変換素子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に、酸化物半導体層を構成する酸化物半導体のバンドギャップに相当する波長における電解質の透過率と、同波長における紫外線吸収層の透過率との間に特定の関係があり、且つ、同波長における紫外線吸収層の透過率が特定の範囲にある場合に上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、少なくとも１つの色素増感光電変換セルを備え、前記色素増感光電変換セルが、透明基板及び前記透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第１電極基板と、前記第１電極基板に対向する第２電極と、前記第１電極基板又は前記第２電極に設けられる酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に吸着される光増感色素と、前記第１電極基板及び前記第２電極の間に設けられる電解質とを備え、前記第１電極基板は紫外線吸収層を有し、前記酸化物半導体層を構成する酸化物半導体のバンドギャップに相当する波長における前記電解質の透過率Ｔ_Ａ（％）および前記波長における前記第１電極基板の透過率Ｔ_Ｂ（％）が下記式（１）および（２）を満足し、前記電解質がトリヨウ化物イオンを含み、前記電解質の透過率Ｔ _Ａが５０〜７５％である色素増感光電変換素子である。
２．８≦０．０１×Ｔ_Ａ×Ｔ_Ｂ＜４２・・・・（１）
３．５≦Ｔ_Ｂ＜４２・・・・・・・・・・・・（２）

本発明の色素増感光電変換素子によれば、酸化物半導体層を構成する酸化物半導体のバンドギャップに相当する波長（以下、「バンドギャップ波長」と呼ぶ）における電解質の透過率と、バンドギャップ波長における紫外線吸収層の透過率との積が一定の値より小さく抑えられることで、酸化物半導体層に入射する紫外線の量を抑制することができ、酸化物半導体層による光触媒作用を十分に抑制することができ、光増感色素や電解質中の有機物の分解を十分に抑制することができる。このため、本発明の色素増感光電変換素子は、優れた耐光性を有することが可能となる。また本発明の色素増感光電変換素子によれば、バンドギャップ波長における紫外線吸収層の透過率が一定値以上であるため、紫外線の入射量が制限されすぎることが十分に抑制される。その結果、入射光に含まれる可視光が制限されすぎることも十分に抑制される。従って、本発明の色素増感光電変換素子は、優れた光電変換特性を有することも可能となる。

この色素増感光電変換素子によれば、上記バンドギャップ波長における電解質の透過率が十分に高くなり、電解質中の紫外線を吸収するトリヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）の濃度を十分に低減させることができる。そのため、低照度下で電子を運ぶトリヨウ化物イオンの濃度が低くなり、低照度下で漏れ電流を十分に低減させることが可能となり、低照度下で、より優れた光電変換特性を有することが可能となる。

上記色素増感光電変換素子においては、波長４５０〜７００ｎｍにおける前記第１電極基板の平均透過率Ｔ_Ｃが７３％以上であることが好ましい。

この色素増感光電変換素子によれば、可視光の平均透過率を特に大きくすることができるので、より優れた光電変換特性を有することが可能となる。

なお、本発明において、電解質の透過率とは、光路長を５０μｍとした場合に測定される透過率をいう。

また本発明において、「波長４５０〜７００ｎｍにおける前記第１電極基板の平均透過率Ｔ_Ｃ」は、４５０〜７００ｎｍの範囲内のｎ箇所の波長で第１電極基板の透過率を測定した場合に下記式で表される値をいう。
平均透過率Ｔ_Ｃ＝測定した各波長における透過率の合計／ｎ

本発明によれば、優れた光電変換特性および耐光性を有する色素増感光電変換素子が提供される。

本発明の色素増感光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。

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。

図１は、本発明の色素増感光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。

図１に示すように、色素増感光電変換素子１００は、１つの色素増感光電変換セル６０で構成されており、色素増感光電変換セル６０は、第１電極基板１０と、第１電極基板１０に対向する第２電極２０と、第１電極基板１０上に設けられる酸化物半導体層３０と、第１電極基板１０及び第２電極２０を連結する環状の封止部４０とを備えている。第１電極基板１０、第２電極２０及び封止部４０によって形成されるセル空間には電解質５０が充填されている。色素増感光電変換素子１００では、第１電極基板１０側から光が入射されるようになっている。

第１電極基板１０は、透明基板１１および透明基板１１の上に設けられる透明導電膜１２で構成される透明導電性基板１３と、透明導電性基板１３の透明基板１１のうち透明導電膜１２と反対側（光入射側）の表面上に設けられる紫外線吸収層１４とで構成されている。

第２電極２０は、導電性基板２１と、導電性基板２１の第１電極基板１０側に設けられて電解質５０の還元に寄与する触媒層２２とを備えている。

酸化物半導体層３０は、透明導電膜１２上であって封止部４０の内側に配置されている。また酸化物半導体層３０には光増感色素が吸着されている。

そして、酸化物半導体層３０を構成する酸化物半導体のバンドギャップ波長（以下、単に「バンドギャップ波長」と呼ぶ）における電解質５０の透過率Ｔ_Ａ（％）および上記バンドギャップ波長における第１電極基板１０の透過率Ｔ_Ｂ（％）は下記式（１）および（２）を満足する。
０．０１×Ｔ_Ａ×Ｔ_Ｂ＜４２・・・・（１）
３．５≦Ｔ_Ｂ≦７０・・・・・・・・・・・・（２）
以下、「０．０１×Ｔ_Ａ×Ｔ_Ｂ」を「Ｔ」と呼ぶ。

色素増感光電変換素子１００によれば、優れた光電変換特性および耐光性を有することが可能となる。

次に、第１電極基板１０、第２電極２０、酸化物半導体層３０、封止部４０、電解質５０及び光増感色素について詳細に説明する。

＜第１電極基板＞
第１電極基板１０は、上述したように、透明基板１１および透明基板１１の上に設けられる透明導電膜１２で構成される透明導電性基板１３と、透明導電性基板１３の透明基板１１のうち透明導電膜１２と反対側の表面上に設けられる紫外線吸収層１４とで構成されている。

透明基板１１を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、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）、及び、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板１１の厚さは、色素増感光電変換素子１００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５０〜４００００μｍの範囲にすればよい。

透明導電膜１２を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、及び、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜１２は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜１２が単層で構成される場合、透明導電膜１２は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。透明導電膜１２の厚さは例えば０．０１〜２μｍの範囲にすればよい。

紫外線吸収層１４は、紫外線を吸収することが可能な層であればよく、紫外線吸収層１４としては、例えば紫外線吸収剤と樹脂とを含む紫外線吸収性樹脂組成物などを用いることができる。

紫外線吸収層１４の厚さは、紫外線吸収層１４中の紫外線吸収剤の種類や濃度等によって異なるため一概には言えないが、通常は５〜５００μｍ程度である。

＜第２電極＞
第２電極２０は、上述したように、導電性基板２１と、導電性基板２１のうち第１電極基板１０側に設けられて電解質５０の還元に寄与する導電性の触媒層２２とを備えるものである。

導電性基板２１は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料や、上述した透明基板１１にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物からなる膜を形成したもので構成される。導電性基板２１の厚さは、色素増感光電変換素子１００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０．００５〜４ｍｍとすればよい。

触媒層２２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。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。

＜酸化物半導体層＞
酸化物半導体層３０は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、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）又はこれらの２種以上で構成される。酸化物半導体層３０の厚さは、例えば０．１〜１００μｍとすればよい。

＜封止部＞
封止部４０としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。

＜電解質＞
電解質５０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、バレロニトリル、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、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質５０は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。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−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。

また、電解質５０は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。

また電解質５０には添加剤を加えることができる。添加剤としては、１−メチルベンゾイミダゾール（ＮＭＢ）、１−ブチルベンゾイミダゾール（ＮＢＢ）などのベンゾイミダゾール、ＬｉＩ、４−ｔ−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネートなどが挙げられる。中でも、ベンゾイミダゾールが添加剤として好ましい。

さらに電解質５０としては、上記電解質に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電解質を用いてもよい。

＜光増感色素＞
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。

なお、色素増感光電変換素子１００が屋内や低照度（１０〜１００００ｌｕｘ）の環境下において使用される場合には、光増感色素として、ビピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体を用いることが好ましい。

＜透過率＞
色素増感光電変換素子１００において、上記バンドギャップ波長における電解質５０の透過率Ｔ_Ａ（％）および上記バンドギャップ波長における第１電極基板１０の透過率Ｔ_Ｂ（％）は上記式（１）および（２）を同時に満足すればよい。

（Ｔ）
Ｔが４２％以上であると、酸化物半導体層３０が、入射光に含まれる紫外線によって光触媒作用を起こし、光増感色素や電解質５０中の有機物などの分解が促進され、優れた耐光性を有することができない。

Ｔは好ましくは３０％以下であり、より好ましくは１２％以下である。

但し、光の利用効率を出来る限り向上させて光電変換効率を維持させるためには、Ｔは１．４％以上であることが好ましい。

（Ｔ_Ａ）
Ｔ_Ａは、Ｔ_ＡおよびＴ_Ｂが上記式（１）および（２）を満足する限り、特に制限されるものではないが、電解質５０がトリヨウ化物イオンを含む場合には、電解質５０の透過率Ｔ_Ａは４５％より大きいことが好ましい。

この場合、上記バンドギャップ波長における電解質５０の透過率が十分に高くなり、電解質５０中の紫外線を吸収するトリヨウ化物イオンの濃度を十分に低減させることができる。そのため、低照度下で、電子を運ぶトリヨウ化物イオンの濃度が低くなり、低照度下で漏れ電流を十分に低減させることが可能となり、低照度下でより優れた光電変換特性を有することが可能となる。

Ｔ_Ａは好ましくは５０％以上であり、より好ましくは７０％以上である。

但し、少しでも酸化還元対が電解質５０に含まれていないと出力が出ないため、Ｔ_Ａは９９．５％以下であることが好ましい。

（Ｔ_Ｃ）
波長４５０〜７００ｎｍにおける第１電極基板１０の平均透過率Ｔ_Ｃは７３％以上であることが好ましい。

この場合、可視光の平均透過率を特に大きくすることができるので、色素増感光電変換素子１００は、より優れた光電変換特性を有することが可能となる。

第１電極基板１０の平均透過率Ｔ_Ｃは好ましくは７５％以上であり、より好ましくは８０％以上である。

次に、上述した色素増感光電変換素子１００の製造方法について説明する。

まず１つの透明基板１１の上に透明導電膜１２を形成してなる透明導電性基板１３を用意する。

透明導電膜１２の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、スプレー熱分解法及びＣＶＤ法などが用いられる。

次に、透明導電膜１２の上に酸化物半導体層３０を形成する。酸化物半導体層３０は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成する。

酸化物半導体層形成用ペーストは、上述した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。

酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、又は、バーコート法などを用いることができる。

焼成温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は３５０〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は１〜５時間である。

こうして作用極が得られる。

次に、作用極の酸化物半導体層３０の表面に光増感色素を吸着させる。このためには、作用極を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その光増感色素を酸化物半導体層３０に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な光増感色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を酸化物半導体層３０に吸着させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を酸化物半導体層３０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層３０に吸着させてもよい。

次に、電解質５０を準備する。電解質５０は、酸化還元対を含むペーストなどで構成すればよい。

次に、酸化物半導体層３０の上に電解質５０を配置する。電解質５０は、例えばスクリーン印刷等の印刷法によって配置することが可能である。

次に、環状の封止部形成体を準備する。封止部形成体は、例えば封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに１つの四角形状の開口を形成することによって得ることができる。

そして、この封止部形成体を、透明導電性基板１３の上に接着させる。このとき、封止部形成体の透明導電性基板１３への接着は、例えば封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。

次に、第２電極２０を用意し、封止部形成体の開口を塞ぐように配置した後、封止部形成体と貼り合わせる。このとき、第２電極２０にも予め封止部形成体を接着させておき、この封止部形成体を第１電極基板１０側の封止部形成体と貼り合せてもよい。第２電極２０の封止部形成体への貼合せは、大気圧下で行っても減圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことが好ましい。

最後に、透明導電性基板１３の透明基板１１のうち透明導電膜１２と反対側（光入射側）の表面上に紫外線吸収層１４を設ける。

なお、電解質５０および第１電極基板１０は、上記Ｔおよび上記透過率Ｔ_Ｂが下記式（１）および（２）を満足するように選択する。
Ｔ＜４２・・・・・・・・（１）
３．５≦Ｔ_Ｂ≦７０・・・・・・・・（２）

具体的には、Ｔ_Ｂが小さい場合には、第１電極基板１０で紫外線が十分に吸収されるため、電解質５０の透過率Ｔ_Ａは大きくてよい。この場合、例えば電解質５０中のトリヨウ化物イオンの濃度を低減させればよい。具体的には、Ｔ_Ｂが３．５％以上４２％未満である場合には、電解質５０の透過率Ｔ_ＡはすでにＴ_ＢだけでＴ＜４２％を満たすためＴ_Ａ＝１００％でも構わない。

一方、Ｔ_Ｂが大きい場合には、第１電極基板１０で紫外線の吸収量が少なくなるため、電解質５０の透過率Ｔ_Ａは小さくする必要がある。この場合、電解質５０中のトリヨウ化物イオンの濃度を増加させればよい。具体的には、Ｔ_Ｂが４２％以上７０％以下である場合には、電解質５０の透過率Ｔ_Ａは４５％より大きく１００％未満の範囲とすればよく、この場合、例えば電解質５０中のトリヨウ化物イオンの濃度を０〜０．０５Ｍとすればよい。

以上のようにして色素増感光電変換素子１００が得られる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態の色素増感光電変換素子１００では、第１電極基板１０の透明導電膜１２上に多孔質酸化物半導体層３０が設けられ、色素増感光電変換素子１００は第１電極基板１０側から受光する構造となっているが、色素増感光電変換素子においては、多孔質酸化物半導体層３０が形成される基材として不透明な材料（例えば金属基板）を用い、第２電極２０を形成する基材として透明な透明導電性基板を用い、色素増感光電変換素子が第２電極２０側から受光する構造を有していても構わず、さらに、色素増感光電変換素子は両面から受光する構造を有していても構わない。

また上記実施形態では、色素増感光電変換素子１００が１つの色素増感光電変換セル６０で構成されているが、色素増感光電変換素子は、色素増感光電変換セル６０を複数備えていてもよい。ここで、複数の色素増感光電変換セル６０は直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。

また上記実施形態では、色素増感光電変換素子は、色素増感光電変換セル６０を第２電極２０側から覆うバックシートをさらに有していてもよい。

また上記実施形態では、紫外線吸収層１４が透明基板１１上に設けられているが、透明基板１１上に紫外線吸収層１４を設けず、透明基板１１が紫外線吸収層１４を兼ねるようにしてもよい。この場合、透明基板１１は、紫外線吸収剤を含む紫外線吸収性ガラス組成物で構成されればよい。またこの場合、透明基板１１の厚さは、透明基板１１に含まれる紫外線吸収剤の種類や濃度等によって異なるため一概には言えないが、通常は０．０５〜５ｍｍ程度である。

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜９及び比較例１〜３）
＜色素増感光電変換素子用電解質の準備＞
（１）電解質
以下の組成を有する電解質１〜４を準備した。
電解質１
ヨウ素（Ｉ_２）０．００２Ｍ
１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）０．６Ｍ
ｎ−ブチルベンゾイミダゾール（ＮＢＢ）０．１Ｍ
３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）からなる溶媒
電解質２
１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＨＭＩｍＩ）０．６Ｍ
ｎ−メチルベンゾイミダゾール（ＮＭＢ）０．３Ｍ
グアニジンチオシアネート（ＧｕＳＣＮ）０．１Ｍ
３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）からなる溶媒
電解質３
ヨウ素（Ｉ_２）０．００５Ｍ
１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）０．６Ｍ
ｎ−ブチルベンゾイミダゾール（ＮＢＢ）０．１Ｍ
３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）からなる溶媒
電解質４
ヨウ素（Ｉ_２）０．０１Ｍ
１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）０．６Ｍ
ｎ−ブチルベンゾイミダゾール（ＮＢＢ）０．１Ｍ
３−メトキシプロピオニトリル（ＭＰＮ）からなる溶媒
（２）透過率
上記電解質１〜４の波長３８７．５ｎｍ（ＴｉＯ_２のバンドギャップに相当する波長）の透過率Ｔ_Ａは表１に示す通りである。
上記電解質１〜４の波長３８７．５ｎｍの透過率Ｔ_Ａは以下のようにして測定した。
まず４５ｍｍ×１２ｍｍ×２．２ｍｍの寸法を有する２枚の青板ガラスを用意し、一方の青板ガラスには、直径０．５ｍｍのピンホールを形成した。そして、２枚の青板ガラスをそれらの間に、商品名「バイネル」（デュポン社製）からなる環状の封止部形成体を挟んだ状態で対向させ、封止部形成体を加熱溶融して貼り合わせた。こうして透過率測定用の空セルを作製した。このとき、２枚の青板ガラス間の距離は５０μｍであった。そして、この空セルに対し、下記の光源で光を照射し、透過光を下記の分光器を用いて受光して透過スペクトルの測定を行った。この空セルの透過スペクトルをバックグラウンドとした。

光源：重水素ハロゲン光源（製品名「ＤＨ−２０００−ＢＡＬ」、オーシャンオプティクス社製）
分光器：ファイバマルチチャネル分光器（製品名「ＵＳＢ４０００−ＸＲ１−ＥＳ」、オーシャンオプティクス社製）

次に、空セルのピンホールを通して電解質１〜４を注入し、ピンホールを商品名「ハイミラン」（三井・デュポンポリケミカル社製）からなる封止樹脂で封止して、透過率測定用の測定セルを得た。

そして、この透過率測定用のセルに対し、空セルの場合と同様にして透過スペクトルの測定を行い、波長３８７．５ｎｍにおける電解質の透過率Ｔ_Ａ（％）を測定した。結果を表１に示す。なお、電解質の透過スペクトルを測定した際の電解質の光路長は５０μｍであった。

＜透過率測定用第１電極基板の準備＞
（１）透過率測定用第１電極基板
以下のようにして透過率測定用第１電極基板を準備した。

すなわち、はじめに、ガラス基板上にＦＴＯ膜が形成されたＦＴＯ／ガラス基板（商品名「ＴＥＣ−Ａ７」、ピルキントン社製）を準備した。次に、ＦＴＯ／ガラス基板上に下記３種類の紫外線吸収層１〜３を１枚又は２〜５枚重ねて貼り付け、透過率測定用第１電極基板を得た。
紫外線吸収層１
ＵＶカットコート樹脂（商品名「ＵＶカットコート」、ジャパンナノコート社製、厚さ１５μｍ）
紫外線吸収層２
ＵＶカットフィルム（商品名「アークトップ」、旭硝子社製、厚さ１３０μｍ）
紫外線吸収層３
ＵＶカットコートフィルム（商品名「ＬａｇプロテクトＧ−０３０ＥＶ５０」、リンテック社製、厚さ５０μｍ）

（２）透過率
上記透過率測定用第１電極基板の波長３８７．５ｎｍの透過率Ｔ_Ｂは表１に示す通りである。
上記透過率測定用第１電極基板の波長３８７．５ｎｍの透過率Ｔ_Ｂは以下のようにして測定した。

すなわち、透過率測定用第１電極基板に対し、電解質の透過率の測定に用いた上記の光源で光を照射し、透過光を同じく電解質の透過率の測定に用いた上記の分光器を用いて受光して透過スペクトルの測定を行い、波長３８７．５ｎｍにおける透過率測定用第１電極基板の透過率Ｔ_Ｂ（％）を測定した。結果を表１に示す。

＜色素増感光電変換素子の作製＞
はじめに、ガラス基板上にＦＴＯ膜が形成されたＦＴＯ／ガラス基板（商品名「ＴＥＣ−Ａ７」、ピルキントン社製）を準備した。そして、このＦＴＯ／ガラス基板の所定の位置にレーザスクライブを入れ、ガラス基板上に、互いに離間した４つのＦＴＯ部を形成した。次に、この基板に対して洗浄およびＵＶ−Ｏ_３処理を行い、その基板のうちの４つのＦＴＯ部の各々の上に、酸化チタンを含有する第１酸化チタンペーストをスクリーン印刷により３回塗布し、乾燥させて第１乾燥体を得た後、酸化チタンを含有する第２酸化チタンペーストを上記第１乾燥体の上にスクリーン印刷により塗布し、酸化物半導体層の前駆体を形成した。このとき、第１酸化チタンペーストとしては、商品名「ＰＳＴ−２１ＮＲ」（日揮触媒化成社製）を用い、第２酸化チタンペーストとしては、商品名「ＰＳＴ−４００Ｃ」（日揮触媒化成社製）を用いた。一方、４つのＦＴＯ部の各々の上に、銀ペーストおよびガラスフリットを含むペーストを塗布した。こうして未焼成基板を得た。そして、最後に、この未焼成基板をオーブンに入れて５００℃で１時間焼成して、４つのＦＴＯ部の各々の上に、１７ｍｍ×４２ｍｍ×１２μｍの寸法を有する多孔質酸化チタン層を得た。また、４つのＦＴＯ部の各々の上には銀で構成される金属層およびガラスで構成されるガラス層も得た。こうして共通のガラス基板上に４つの作用極を有する構造体を得た。

次に、光増感色素であるＺ９０７色素を、アセトニトリルとｔ−ブチルアルコールとを１：１（体積比）で混合した混合溶媒中に０．２ｍＭの濃度となるように溶かして色素溶液を作製した。そして、この色素溶液中に上記構造体を常温にて２４時間浸漬させ、多孔質酸化チタン層に光増感色素を吸着させた。

一方、４６ｍｍ×２０ｍｍ×４０μｍの寸法を有するＴｉ箔を４枚用意し、各Ｔｉ箔上にスパッタリング法によってＰｔを堆積させた。こうして第２電極を得た。

次に、各作用極の上に、商品名「バイネル」（デュポン社製）からなる環状の熱可塑性樹脂シートを配置した。このとき、環状の熱可塑性樹脂シートの内側に、多孔質酸化チタン層が配置されるようにした。そして、熱可塑性樹脂シートを１８０℃で５分間加熱し溶融させて作用極に接着させた。

他方、表１に示す電解質をスクリーン印刷法によって、多孔質酸化チタン層を覆うように塗布した。このとき、電解質の使用量は、１セルあたり２０μＬとした。

そして作用極に対し、第２電極を、作用極との間に電解質を挟むように重ね合わせ、封止部を減圧下（１０００Ｐａ）で加熱溶融することによって第２電極と封止部とを接着させた。こうして共通のガラス基板上に４つのセルを得た。

続いて、４つのセルを、商品名「ドータイト」（藤倉化成社製）からなる銀ペーストで直列に接続し、最後に４つのセルを、ブチルゴムを用いてアルミ製バックシートで覆うようにガラス基板に固定した。

最後に、ガラス基板のうち光入射面となる面（ＦＴＯ膜とは反対側の面）に、表１に示す紫外線吸収層を貼付した。こうして、ＦＴＯ／ガラス基板と紫外線吸収層とからなる第１電極基板が構成された。

こうして色素増感光電変換素子を得た。

＜特性の評価＞
（光電変換特性）
上記のようにして得られた上記実施例１〜９及び比較例１〜３の色素増感光電変換素子について、２００ｌｕｘの白色光をセル全体に均一に照射した状態でＩＶ曲線を測定し、最大出力動作電力Ｐｍ_０（μＷ）を算出した。結果を表１に示す。なお、ＩＶ曲線の測定に用いた光源、照度計および電源は以下の通りである。

光源：白色ＬＥＤ（製品名「ＬＥＬ−ＳＬ５Ｎ−Ｆ」、東芝ライテック社製）
照度計：製品名「ＡＳＯＮＥＬＭ−３３１」、アズワン社製
電源：電圧／電流発生器（製品名「ＡＤＶＡＮＴＥＳＴＲ６２４６」、アドバンテスト社製）

また光電変換特性の合格基準は以下の通りとした。
（合格基準）
Ｐｍ_０が１９０μＷ以上

（耐光性）
上記のようにして得られた上記実施例１〜８及び比較例１〜３の色素増感光電変換素子に対し、メタルハライドランプの疑似太陽光を２００時間照射した。疑似太陽光照射中の色素増感光電変換セルの温度は２０℃で固定した。そして、光電変換特性の評価に用いた装置にて疑似太陽光照射前後のＩＶ曲線を測定し、出力低下率Ｐｍ／Ｐｍ_０を算出した。結果を表１に示す。なお、Ｐｍは、色素増感光電変換素子に対し、メタルハライドランプの疑似太陽光を２００時間照射した後に測定された出力を表す。また耐光性の合格基準は以下の通りとした。

（合格基準）
出力低下率Ｐｍ／Ｐｍ_０が０．９０以上

表１に示す結果より、実施例１〜９の色素増感光電変換素子は、光電変換特性および耐光性のいずれの点でも合格基準を満たすことが分かった。これに対し、比較例１〜３の色素増感光電変換素子は、光電変換特性および耐光性の少なくとも一方の点で合格基準を満たさないことが分かった。

以上より、本発明の色素増感光電変換素子用電解質によれば、優れた光電変換特性および耐光性を有することが確認された。

１０…第１電極基板
１１…透明基板
１２…透明導電膜
１３…透明導電性基板
１４…紫外線吸収層
２０…第２電極
３０…酸化物半導体層
５０…電解質
６０…色素増感光電変換セル
１００…色素増感光電変換素子

Claims

少なくとも１つの色素増感光電変換セルを備え、
前記色素増感光電変換セルが、
透明基板及び前記透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第１電極基板と、
前記第１電極基板に対向する第２電極と、
前記第１電極基板又は前記第２電極に設けられる酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に吸着される光増感色素と、
前記第１電極基板及び前記第２電極の間に設けられる電解質とを備え、
前記第１電極基板は紫外線吸収層を有し、
前記酸化物半導体層を構成する酸化物半導体のバンドギャップに相当する波長における前記電解質の透過率Ｔ_Ａ（％）および前記波長における前記第１電極基板の透過率Ｔ_Ｂ（％）が下記式（１）および（２）を満足し、
前記電解質がトリヨウ化物イオンを含み、
前記電解質の透過率Ｔ _Ａが５０〜７５％である色素増感光電変換素子。
２．８≦０．０１×Ｔ_Ａ×Ｔ_Ｂ＜４２・・・・（１）
３．５≦Ｔ_Ｂ＜４２・・・・・・・・・・・・（２）
波長４５０〜７００ｎｍにおける前記第１電極基板の平均透過率Ｔ_Ｃが７３％以上である、請求項１に記載の色素増感光電変換素子。