JP7262275B2

JP7262275B2 - 色素増感太陽電池

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Publication number: JP7262275B2
Application number: JP2019067495A
Authority: JP
Inventors: 秀徳染井; 岳行福島
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2023-04-21
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020167299A

Description

本発明は、色素増感太陽電池に関する。

手軽に使用可能な太陽電池としてアモルファスシリコンを利用したシリコン系の太陽電池が普及している。シリコン系の太陽電池の用途は、腕時計、街路灯、及び計算機等の多岐にわたる。

一方、このようなシリコン系の太陽電池に代わる新たな太陽電池として色素増感太陽電池が注目されている。色素増感太陽電池は、室内や薄暮時のように低照度の環境でも効率的に発電できるという特徴を有しており、その特徴を活かした様々な構造が提案されている（特許文献１～３）。

しかしながら、特許文献１～３の構造には、色素増感太陽電池の発電能力を長期にわたって維持するという点で改善の余地がある。

特開２００８－１１２７０４号公報特開２０１４－２１１９５１号公報特開２０１６－１７８２８８号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発電能力を維持することが可能な色素増感太陽電池を提供することを目的とする。

本発明に係る色素増感太陽電池は、透明基材と、前記透明基材の表面に設けられた透明電極層と、前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、少なくとも前記固体電解質層の側面を覆う封止層と、前記封止層を覆うように設けられ、前記封止層よりも紫外線の透過率が低い紫外線カット層とを有することを特徴とする。

上記色素増感太陽電池において、前記透明基材は、前記表面に相対する裏面を備え、前記紫外線カット層が前記裏面にも設けられてもよい。

上記色素増感太陽電池において、平面視において、前記透明電極層の第１の電極領域と、前記対向電極層の第２の電極領域とが露出してもよい。

上記色素増感太陽電池において、前記第１の電極領域は、平面視で多角形状の前記透明基材の角部に設けられてもよい。

上記色素増感太陽電池において、前記第２の電極領域は、前記対向電極層の中央部に設けられてもよい。

本発明によれば、発電能力を維持することが可能な色素増感太陽電池を提供することができる。

（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その１）である。（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その２）である。（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その３）である。（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その４）である。（ａ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。（ａ）は、図４（ｂ）のＣ－Ｃ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図４（ｂ）のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。（ａ）は、封止層と紫外線カット層のそれぞれを単体で用いた場合に、これらの層を透過する紫外線のエネルギ量を表す図であり、（ｂ）は、（ａ）の透過紫外線のエネルギ量を、入射紫外線のエネルギ量を基準にして百分率に換算した図である。（ａ）は、第１実施例における調査方法について模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、比較例に係る色素増感太陽電池の断面図である。第１実施例における調査結果を示す図である。第１実施例の別の例に係る色素増感太陽電池の拡大断面図である。（ａ）、（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その１）である。（ａ）、（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その２）である。（ａ）、（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その３）である。（ａ）、（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図（その４）である。（ａ）は、図１４（ａ）のＥ－Ｅ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図１４（ａ）のＦ－Ｆ線に沿う断面図である。（ａ）は、図１４（ｂ）のＧ－Ｇ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図１４（ｂ）のＨ－Ｈ線に沿う断面図である。

（第１実施例）
本実施例に係る色素増感太陽電池について、その製造方法を追いながら説明する。図１（ａ）～図４（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図である。

まず、図１（ａ）に示すように、相対する裏面２０ａと表面２０ｂとを備えた透明基材２０を用意する。これらの面のうち、裏面２０ａは、実使用下において光が入射する入射面となる。一方、表面２０ｂには予め透明電極層２１としてＦＴＯ（ＦｌｕｏｒｉｎｅｄｏｐｅｄＴｉｎＯｘｉｄｅ）層が０．１μｍ～０．５μｍ程度の厚さに形成される。なお、ＦＴＯ層に代えて、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）層、酸化亜鉛層、インジウム－錫複合酸化物層と銀層との積層膜、及びアンチモンがドープされた酸化錫層のいずれかを透明電極層２１として形成してもよい。

また、透明基材２０はガラス基板であって、その長辺の長さＡｘは５ｍｍ～４０ｍｍ、例えば１２ｍｍであり、短辺の長さＡｙは５ｍｍ～２０ｍｍ、例えば１０ｍｍである。また、透明基材２０の厚さＡｚは、０．１ｍｍ～３ｍｍ、例えば１．１ｍｍである。なお、ガラス基板に代えて透明なプラスチック板を透明基材２０として使用してもよい。

次に、図１（ｂ）に示すように、チタンアルコキシドから調整したアルコール溶液をセル領域Ｒｃにおける透明電極層２１の上に塗布した後、そのアルコール溶液を加熱して乾燥させることにより、逆電子移動防止層２２を５ｎｍ～０．１μｍ程度の厚さに形成する。本工程における乾燥温度は特に限定されず、４５０℃～６５０℃、例えば５５０℃程度の温度で乾燥を行えばよい。

なお、セル領域Ｒｃは、透明基材２０において太陽電池セルが形成される領域である。また、そのセル領域Ｒｃの隣の領域は、透明電極層２１から電力を引き出すための第１の電極領域Ｒ１であり、その第１の電極領域Ｒ１には逆電子移動防止層２２を形成しない。

各領域Ｒｃ、Ｒ１の形状や大きさは特に限定されない。セル領域Ｒｃは、平面視で一辺の長さＬが１ｍｍ～２０ｍｍ、例えば１０ｍｍの正方形状の領域とする。これにより、本実施例では、セル領域Ｒｃの面積は約１ｃｍ^２となる。また、第１の電極領域Ｒ１は、平面視で矩形状であり、その長辺の長さＢｙは１ｍｍ～２０ｍｍ、例えば１０ｍｍであり、短辺の長さＢｘは１ｍｍ～１０ｍｍ、例えば２ｍｍである。

続いて、図２（ａ）に示すように、粒径が５ｎｍ～５０ｎｍの酸化チタン粒子が分散されたスラリを逆電子移動防止層２２の上にスクリーン印刷法で１μｍ～１０μｍ程度の厚さに塗布し、それを加熱して有機物成分を除去することにより発電層２５を形成する。そのスラリとして、例えば日揮触媒化成製の酸化チタンペーストであるＰＳＴ－３０ＮＲＤを使用する。また、スラリの加熱温度は４５０℃～６５０℃、例えば５５０℃であり、その乾燥時間は１０分～１２０分、例えば３０分程度である。

なお、発電層２５を構成する半導体粒子は酸化チタン粒子に限定されず、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｃｒ、及びＮｂのいずれかの酸化物の粒子で発電層２５を構成してもよい。更に、ＳｒＴｉＯ_３やＣａＴｉＯ_３等のペロブスカイト型酸化物の粒子で発電層２５を形成してもよい。

また、発電層２５はセル領域Ｒｃのみに形成し、第１の電極領域Ｒ１には発電層２５を形成せず、第１の電極領域Ｒ１の透明電極層２１が露出した状態とする。

その後、色素を含有する有機溶液に透明基材２０を浸漬し、発電層２５を構成する半導体粒子の表面に色素を吸着させる。その有機溶液や浸漬条件も特に限定されない。例えば、アセトニトリルとｔ－ブタノールとを１：１の体積比率で混合した有機溶媒を用意し、その有機溶媒に色素としてＣＹＣ－Ｂ１１（Ｋ）を０．１ｍＭ～１ｍＭ、例えば０．２ｍＭの濃度で添加してなる有機溶液を本工程で使用し得る。そして、その有機溶液を０℃～８０℃、例えば５０℃に保温しつつ、有機溶液内において透明基材２０を１時間～１２時間、例えば４時間だけ静置することで発電層２５に色素を吸着させればよい。

更に、色素も上記に限定されず、金属錯体色素や有機色素を発電層２５に吸着させればよい。このうち、金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム－シス－ジアクア－ビピリジル錯体、ルテニウム－トリス錯体、ルテニウム－ビス錯体、オスミウム－トリス錯体、オスミウム－ビス錯体等の遷移金属錯体がある。また、亜鉛－テトラ(４－カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄－ヘキサシアニド錯体も金属錯体色素の一例である。

また、有機色素としては、例えば、９－フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、及びカルバゾール化合物系色素等がある。

次に、図２（ｂ）に示す工程について説明する。まず、固体電解質前駆体２６として、ヨウ素、１，３－ジメチルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＩＩ）、アセトニトリル、及び分子量が１００万のポリエチレンオキシドの各々を均一になるように混合する。次いで、この固体電解質前駆体２６を発電層２５の上に０．１μＬ～５０μＬ、例えば２０μＬだけ滴下し、発電層２５に固体電解質前駆体２６を含浸させる。そして、発電層２５を５０℃～１５０℃、例えば１００℃に加熱し、この状態を１分～６０分、例えば３０分間維持することにより、固体電解質前駆体２６に含まれる余剰のアセトニトリルを揮発させ、発電層２５の上の固体電解質前駆体２６を固体電解質層２７とする。その後に、発電層２５を室温に戻す。

なお、固体電解質前駆体２６に含まれる電解質はＤＭＩＩに限定されない。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ヨウ素塩であって、室温付近で固体状態にある塩や溶融状態にある常温溶融塩をイオン液体として使用し得る。そのような常温溶融塩としては、例えば、１－メチル－３－プロピルイミダゾリウムヨージド、１－ブチル－３－メチルイミダゾリウムヨージド（ＢＭＩＩ）、１－エチル－ピリジニウムヨージド等のヨウ化４級アンモニウム塩化合物等がある。

更に、固体電解質層２７の材料は上記に限定されず、酸化還元対を含有する溶融塩、オキサジアゾール化合物、及びピラゾリン化合物等の有機半導体材料を固体電解質層２７の材料として使用してもよい。また、ヨウ化銅や臭化銅等の金属ハロゲン化物材料で固体電解質層２７を形成してもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、固体電解質層２７の上方に、セル領域Ｒｃと同様に一辺の長さが１０ｍｍ程度の正方形状の対向電極層３３を配する。対向電極層３３の層構造は特に限定されない。この例では、金属箔３１として厚さが５μｍ～２００μｍ、例えば１００μｍのチタン箔を用意し、その金属箔３１の両主面のうち透明基材２０に対向する主面の全面に触媒層３２として白金層をスパッタ法で０．０１μｍ～０．１μｍ程度、例えば０．０５μｍの厚さに形成することで対向電極層３３を作製する。

なお、触媒層３２の材料としては、上記の白金の他に、パラジウム、ロジウム、及びインジウム等の触媒機能を有する金属もある。また、グラファイトで触媒層３２を形成してもよい。更に、白金を担持したカーボン、インジウム－錫複合酸化物、アンチモンがドープされた酸化錫、及びフッ素がドープされた酸化錫で触媒層３２を形成してもよい。その他の材料としては、ポリ（３、４－エチレンジオキシチオフエン）（ＰＥＤＯＴ）、及びポリチオフェン等の有機半導体がある。

次に、図３（ｂ）に示すように、固体電解質層２７と対向電極層３３との間から気泡を排除しつつ、固体電解質層２７に対向電極層３３を密着させる。なお、本工程を減圧雰囲気中や真空中で行うことで、固体電解質層２７と対向電極層３３との間に気泡が残留し難くなる。

また、セル領域Ｒｃにおいては、透明電極層２１、発電層２５、固体電解質層２７、及び対向電極層３３の各々が平面視で相互に重なり、光の入射によってそのセル領域Ｒｃにおける発電層２５に起電力が生じるようになる。

次いで、図４（ａ）に示すように、透明基材２０の各側面と対向電極層３３の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、それを紫外線で硬化させることにより厚さが１０μｍ～１０００μｍ程度、例えば５００μｍの封止層４０を形成する。

このとき、第１の電極領域Ｒ１における透明電極層２１は、この封止層４０で覆われずに露出する。また、対向電極層３３の中央部の第２の電極領域Ｒ２にも封止層４０は形成されず、その第２の電極領域Ｒ２から対向電極層３３が露出する。

図５（ａ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ線に沿う断面図であり、図５（ｂ）は、図４（ａ）のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。

封止層４０は、固体電解質層２７の側面２７ｓが大気に曝されないようにすることで、大気中の水分によって固体電解質層２７が液化してその側面２７ｓから漏れ出すのを防止する役割を担う。

そのため、図５（ａ）に示すように、固体電解質層２７の側面２７ｓを覆うように固体電解質層２７を形成すればよく、側面２７ｓがない第１の電極領域Ｒ１寄りの透明基材２０の側面２０ｄには封止層４０を形成しない。

一方、その側面２０ｄに対向する透明基材２０の側面２０ｅは、その上方に固体電解質層２７の側面２７ｓが位置しているため、その側面２７ｓを保護するために封止層４０を形成する。

なお、固体電解質層２７は平面視で四つの辺を備えた矩形状であり、この例では四つの辺にそれぞれに対応した全ての側面２７ｓを封止層４０で覆う。但し、固体電解質層２７が液化するおそれがない場合には一部の側面２７ｓのみを封止層４０で覆ってもよい。

また、図５（ｂ）に示す断面では、透明基材２０の各側面２０ｆ、２０ｇの上方に固体電解質層２７の側面２７ｓが位置しているため、その側面２７ｓを保護するために各側面２０ｆ、２０ｇに封止層４０を形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、紫外線カット層４１として紫外線カットフィルムを封止層４０に貼付して、その紫外線カット層４１で封止層４０を覆う。紫外線カット層４１は、固体電解質層２７や封止層４０を紫外線から保護する役割を担うため、封止層４０に紫外線が入射しないように封止層４０の全面に形成するのが好ましい。

なお、紫外線カット層４１の紫外線透過率が封止層４０のそれよりも高いと、封止層４０とは別に紫外線カット層４１を設けて固体電解質層２７を紫外線から保護するという目的を達成するのが困難となる。そこで、この例では、封止層４０よりも紫外線透過率が低い紫外線カット層４１で封止層４０を覆う。

紫外線カット層４１として使用し得る紫外線カットフィルムは特に限定されないが、本実施例ではＮＮＥ７５Ｍをその紫外線カットフィルムとして使用する。また、その紫外線カットフィルムは、硬化済の封止層４０の表面に貼付される。

更に、紫外線カットフィルムに代えて液状の紫外線カット樹脂を封止層４０に塗布し、それを紫外線の照射や熱により硬化させて紫外線カット層４１を形成してもよい。そのような紫外線カット樹脂としては、例えばシルビアＵＶカットクリヤーがある。

また、前述の第１の電極領域Ｒ１と第２の電極領域Ｒ２はこの紫外線カット層４１で覆われず、第１の電極領域Ｒ１から透明電極層２１が露出すると共に、第２の電極領域Ｒ２から対向電極層３３が露出する。

以上により、本実施例に係る色素増感太陽電池５０の基本構造が完成する。

図６（ａ）は、図４（ｂ）のＣ－Ｃ線に沿う断面図であり、図６（ｂ）は、図４（ｂ）のＤ－Ｄ線に沿う断面図である。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、実使用下においては透明基材２０の裏面２０ａから光Ｒを入射することにより発電層２５に起電力が生じる。この例では透明電極層２１が負極として機能し、発電層２５に生じた起電力のうち負側の電圧が第１の電極領域Ｒ１の透明電極層２１から引き出される。また、対向電極層３３は正極として機能し、発電層２５に生じた起電力のうちの正側の電圧が第２の電極領域Ｒ２の対向電極層３３から引き出される。

また、紫外線カット層４１は、前述のように封止層４０を覆うと共に、透明基材２０の裏面２０ａも覆うように形成される。これにより、固体電解質層２７の側面２７ｓから入射する紫外線だけでなく、裏面２０ａから入射する紫外線によって固体電解質層２７が劣化するのを抑制することが可能となる。更に、この例では対向電極層３３の上にも紫外線カット層４１を設けたことで、透明基板２０がその両面から対向電極層３３で挟まれた構造となり、透明基板２０の機械的強度を向上させることが可能となる。

以上説明した本実施例によれは、図６（ａ）、（ｂ）に示したように、少なくとも固体電解質層２７の側面２７ｓを覆うように封止層４０を形成するため、大気中の水分から固体電解質層２７を保護できる。そのため、固体電解質層２７が吸湿して液化するのを抑制でき、液化した固体電解質層２７が側面２７ｓから漏れ出すのを封止層４０で防ぐことができる。

しかも、その封止層４０を紫外線カット層４１で覆うことにより、基板横方向から入射する紫外線によって固体電解質層２７や封止層４０が劣化するのを防止できる。特に、発電層２５を構成する酸化チタン粒子は光触媒として機能し、紫外線を受けたときに色素を分解してしまう。よって、このように基板横方向から入射する紫外線を紫外線カット層４１でカットすることにより、色素の分解に起因して色素増感太陽電池５０の発電能力が低下するのを抑制することが可能となる。

次に、紫外線カット層４１による紫外線の阻止能力について説明する。

図７（ａ）は、封止層４０と紫外線カット層４１のそれぞれを単体で用いた場合に、これらの層を透過する紫外線のエネルギ量（Ｗ／ｍ^２）を表す図である。なお、図７（ａ）において、「無し」は、封止層４０と紫外線カット層４１がない場合の透過紫外線のエネルギ量であって、これらの層４０、４１に入射する入射紫外線のエネルギ量に相当する。

また、封止層４０の厚みは、紫外線カット層と比較するため、１５０μｍとして評価を行った。一方、紫外線カット層４１については、厚さが１５０μｍの場合と７５μｍの場合のそれぞれの値を示している。

更に、紫外線は、波長が２８０μｍ～３１５μｍのＵＶ－Ｂと、波長が３１５μｍ～４００μｍのＵＶ－Ａの二種類を用いている。また、参考のために、波長が４００μｍ～１０５０μｍの可視光を用いた場合の結果についても図７（ａ）に示している。

一方、図７（ｂ）は、図７（ａ）の透過紫外線のエネルギ量（Ｗ／ｍ^２）を、入射紫外線のエネルギ量（Ｗ／ｍ^２）を基準にして百分率に換算した図である。なお、図７（ｂ）において、「無し」は、図７（ａ）と同様に封止層４０と紫外線カット層４１がない場合の透過紫外線のエネルギ量の百分率である。

図７（ｂ）に示すように、封止層４０のみでは、入射紫外線の３０％～５０％程度の紫外線が封止層４０を透過してしまっている。一方、紫外線カット層４１においては、入射紫外線の０．０１％～９％程度の紫外線しか透過できない。

この結果から、封止層４０のみでは色素増感太陽電池５０の内部に入射する紫外線をカットするのが難しいのに対し、紫外線カット層４１を利用することでその紫外線を大幅にカットできることが分かる。

紫外線カット層４１による紫外線の透過率をどの程度まで低減させるかは特に限定されない。但し、前述のような色素の分解等を抑制するには、紫外線カット層４１の厚さを５０μｍ～１５０μｍとしたときに、ＵＶ－ＡとＵＶ－Ｂのそれぞれの紫外線の透過率が０．１％～２０％となるような材料で紫外線カット層４１を形成するのが好ましい。なお、透過率は、入射紫外線と透過紫外線のそれぞれの強度の比の百分率で定義される。また、効率的に紫外線をカットするために、封止層４０と紫外線カット層４１とを同じ厚さで比較したときに、紫外線カット層４１の紫外線の透過率が封止層４０のそれよりも低くなるような材料で紫外線カット層４１を形成するのが好ましい。

本願発明者は、色素増感太陽電池５０の発電能力が低下するのを紫外線カット層４１でどの程度抑制されるのかを調査した。

図８（ａ）は、その調査方法について模式的に示す断面図である。図８（ａ）に示すように、この調査では、基板横方向から太陽光１ＳＵＮ（１０００Ｗ／ｍ^２）を照射し、その照射時間と発電能力との関係を調べた。なお、発電能力は、２００ＬｕｘのＬＥＤランプを照射したときの色素増感太陽電池５０の発電量である。

また、その調査では、紫外線カット層４１を設ける部位による発電能力の相違を調べるために、図８（ｂ）に示すような比較例に係る色素増感太陽電池５５についても同様の調査を行った。

図８（ｂ）は、比較例に係る色素増感太陽電池５５の断面図である。この色素増感太陽電池５５においては、固体電解質層２７の側面２７ｓの横に紫外線カット層４１を形成せずに、透明基材２０の裏面２０ａのみに紫外線カット層４１を形成した。そして、図８（ａ）の本実施例と同様に、基板横方向から色素増感太陽電池５５に太陽光１ＳＵＮ（１０００Ｗ／ｍ^２）を照射した。

調査結果を図９に示す。なお、図９の横軸は太陽光１ＳＵＮ（１０００Ｗ／ｍ^２）の照射時間を表す。また、図９の縦軸は色素増感太陽電池５５の性能維持率である。性能維持率は、太陽光を照射する前の初期状態を基準にした場合の色素増感太陽電池５５の発電量の百分率として定義される。

図９に示すように、本実施例では、照射時間が１００時間となっても、初期状態と同程度の発電能力が維持されている。これに対し、比較例では、照射時間が１００時間になると初期状態の６０％程度の発電量しか得られなくなってしまった。

この結果から、固体電解質層２７の横の封止層４０を覆うように紫外線カット層４１を設け、基板横方向から入射する紫外線をその紫外線カット層４１でカットすることが、色素増感太陽電池５０の発電能力を維持するのに有効であることが確認できた。

なお、基板横方向から入射する紫外線をカットするために、図１０に示すように紫外線カット層４１を設けてもよい。

図１０は、本実施例の別の例に係る色素増感太陽電池５０の拡大断面図である。この例では、固体電解質層２７の側面２７ｓとその周囲のみに封止層４０と紫外線カット層４１とを設ける。

このようにしても、基板横方向から封止層４０に入射する紫外線を紫外線カット層４１でカットし、紫外線で封止層４０が劣化するのを抑制できる。また、その封止層４０を介して発電層２５や固体電解質層２７に入射する紫外線もカットできるため、色素増感太陽電池５０の発電能力が紫外線で劣化するのを抑制することが可能となる。

（第２実施例）
本実施例では、第１実施例よりも発電量を増やすことが可能な色素増感太陽電池について説明する。

図１１（ａ）～図１４（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図である。なお、図１１（ａ）～図１４（ｂ）において、第１実施例で説明したのと同じ要素には第１実施例におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

まず、第１実施例と同様に、表面２０ｂに透明電極層２１が設けられた透明基材２０を用意する。その透明基材２０は平面視で矩形状であり、その長辺の長さＡｘは５ｍｍ～５０ｍｍ、例えば１０ｍｍであり、短辺の長さＡｙは５ｍｍ～４０ｍｍ、例えば１０ｍｍである。また、透明基材２０の厚さＡｚは、０．５ｍｍ～３ｍｍ、例えば１．１ｍｍである。

次に、図１１（ｂ）に示すように、チタンアルコキシドから調整したアルコール溶液をセル領域Ｒｃにおける透明電極層２１の上に塗布した後、そのアルコール溶液を加熱して乾燥させることにより、逆電子移動防止層２２を５ｎｍ～０．１μｍ程度の厚さに形成する。第１実施例と同様に、本工程における乾燥温度は４５０℃～６５０℃、例えば５５０℃程度とする。

また、本実施例では、矩形状の透明基材２０の角部２０ｈにおける直角三角形状の領域を第１の電極領域Ｒ１とし、その角部２０ｈを除いた五角形状の領域をセル領域Ｒｃとする。

直角三角形状の第１の電極領域Ｒ１の各辺のうち、直角を挟む一方の辺の長さＣｘは０．５ｍｍ～５ｍｍ、例えば２ｍｍであり、他方の辺の長さＣｙは０．５ｍｍ～５ｍｍ、例えば２ｍｍである。これにより、透明基板２０の表面２０ｂにおいて第１の電極領域Ｒ１を除いたセル領域Ｒｃの面積は約０．９８ｃｍ^２となる。

なお、逆電子移動防止層２２はセル領域Ｒｃのみに形成され、第１の電極領域Ｒ１には透明電極層２１が露出する。

次に、図１２（ａ）に示すように、粒径が５ｎｍ～５０ｎｍの酸化チタン粒子が分散されたスラリを逆電子移動防止層２２の上にスクリーン印刷法で１μｍ～１０μｍ程度の厚さに塗布し、それを加熱して有機物成分を除去することにより発電層２５を形成する。スラリの加熱温度は４５０℃～６５０℃、例えば５５０℃であり、その乾燥時間は１０分～１２０分、例えば３０分程度である。なお、スラリは特に限定されないが、この例では、第１実施例と同様に、日揮触媒化成製の酸化チタンペーストであるＰＳＴ－３０ＮＲＤをそのスラリとして使用する。

なお、発電層２５はセル領域Ｒｃのみに形成し、第１の電極領域Ｒ１には発電層２５は形成せずに、第１の電極領域Ｒ１の透明電極層２１が露出した状態とする。

その後に、色素を含有する有機溶液に透明基材２０を浸漬し、発電層２５を構成する半導体粒子の表面に色素を吸着させる。その有機溶液として、第１実施例と同様に、アセトニトリルとｔ－ブタノールとを１：１の体積比率で混合した有機溶媒に色素としてＣＹＣ－Ｂ１１（Ｋ）を添加してなる有機溶液を使用する。なお、有機溶液における色素の濃度は、０．１ｍＭ～１ｍＭ、例えば０．２ｍＭである。そして、その有機溶液を０℃～８０℃、例えば５０℃に保温しつつ、有機溶液内において透明基材２０を１時間～１２時間、例えば４時間だけ静置することで発電層２５に色素を吸着させればよい。

次に、図１２（ｂ）に示すように、固体電解質前駆体２６を発電層２５の上に０．１μＬ～５０μＬ、例えば２０μＬだけ滴下し、発電層２５に固体電解質前駆体２６を含浸させる。その固体電解質前駆体２６として、例えばヨウ素、１，３－ジメチルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＩＩ）、アセトニトリル、及び分子量が１００万のポリエチレンオキシドの各々を均一に混合した液を使用する。

そして、発電層２５を加熱して固体電解質前駆体２６に含まれる余剰のアセトニトリルを揮発させ、発電層２５の上の固体電解質前駆体２６を固体電解質層２７とする。なお、発電層２５の加熱温度は５０℃～１５０℃、例えば１００℃である。また、その加熱時間は、１分～６０分、例えば３０分間である。その後に、発電層２５を室温に戻す。

次に、図１３（ａ）に示すように、対向電極層３３を固体電解質層２７の上方に配する。その対向電極層３３の外形は、一辺の長さが約１０ｍｍの正方形の一つの角を切り落とすことにより、セル領域Ｒｃと同じ五角形状とされる。

また、対向電極層３３は、第１実施例と同様に、厚さが５μｍ～２００μｍ、例えば１００μｍの金属箔３１の上に触媒層３２を０．０１μｍ～０．１μｍ、程度、例えば０．０５μｍの厚さに形成してなる。その金属箔３１は例えばチタン箔であり、触媒層３２は例えば白金層である。

次に、図１３（ｂ）に示すように、固体電解質層２７に触媒層３２を密着させる。このとき、固体電解質層２７と触媒層３２との間に気泡が混入するのを防止するために、本工程を減圧雰囲気中や真空中で行うのが好ましい。

また、第１実施例と同様にセル領域Ｒｃにおいては透明電極層２１、発電層２５、固体電解質層２７、及び対向電極層３３の各々が平面視で相互に重なり、光の入射によってそのセル領域Ｒｃにおける発電層２５に起電力が生じるようになる。

続いて、図１４（ａ）に示すように、透明基材２０の各側面と対向電極層３３の上に紫外線硬化樹脂を塗布し、それを紫外線で硬化させることにより厚さが１０μｍ～１０００μｍ程度、例えば５００μｍの封止層４０を形成する。

このとき、第１の電極領域Ｒ１における透明電極層２１は封止層４０で覆われずに露出する。また、対向電極層３３の中央付近の第２の電極領域Ｒ２にも封止層４０は形成されず、その第２の電極領域Ｒ２から対向電極層３３が露出する。

図１５（ａ）は、図１４（ａ）のＥ－Ｅ線に沿う断面図であり、図１５（ｂ）は、図１４（ａ）のＦ－Ｆ線に沿う断面図である。

図１５（ａ）に示すように、封止層４０は、固体電解質層２７の側面２７ｓを覆うと共に、透明基材２０の各側面２０ｄ、２０ｅにも形成される。

また、図１５（ｂ）に示すように、前述の側面２０ｄ、２０ｅとは別の透明基材２０の側面２０ｆ、２０ｇにも封止層４０が形成される。

なお、固体電解質層２７は平面視で五つの辺を備えた多角形であり、この例では五つの辺にそれぞれに対応した全ての側面２７ｓを封止層４０で覆う。但し、第１実施形態と同様に、固体電解質層２７が液化するおそれがない場合には一部の側面２７ｓのみを封止層４０で覆ってもよい。

次に、図１４（ｂ）に示すように、紫外線カット層４１として紫外線カットフィルムを封止層４０に貼付し、その紫外線カット層４１で封止層４０を覆う。第１実施例と同様に、紫外線カット層４１は、固体電解質層２７や封止層４０を紫外線から保護する役割を担うため、封止層４０に紫外線が入射しないように封止層４０の全面に形成するのが好ましい。

その紫外線カット層４１として使用し得る紫外線カットフィルムとしては、例えばＮＮＥ７５Ｍがある。また、その紫外線カットフィルムは、硬化済の封止層４０の表面に貼付される。

更に、紫外線カットフィルムに代えて、シルビアＵＶカットクリヤー等の液状の紫外線カット樹脂を封止層４０に塗布し、それを紫外線の照射や熱により硬化させて紫外線カット層４１を形成してもよい。

また、前述の第１の電極領域Ｒ１と第２の電極領域Ｒ２は紫外線カット層４１で覆われず、第１の電極領域Ｒ１から透明電極層２１が露出すると共に、第２の電極領域Ｒ２から対向電極層３３が露出する。

以上により、本実施例に係る色素増感太陽電池６０の基本構造が完成する。

図１６（ａ）は、図１４（ｂ）のＧ－Ｇ線に沿う断面図であり、図１６（ｂ）は、図１４（ｂ）のＨ－Ｈ線に沿う断面図である。

図１６（ａ）、（ｂ）に示すように第１実施例と同様に実使用下においては透明基材２０の裏面２０ａから光Ｒを入射し、これにより発電層２５に生じた起電力を第１の電極領域Ｒ１と第２の電極領域Ｒ２のそれぞれから引き出す。

また、紫外線カット層４１は、第１実施例と同様に封止層４０を覆うと共に、透明基材２０の裏面２０ａも覆うように形成される。これにより、固体電解質層２７の側面２７ｓから入射する紫外線だけでなく、裏面２０ａから入射する紫外線によって固体電解質層２７が劣化するのを抑制することが可能となる。

以上説明した本実施例によれは、図１４（ｂ）に示したように、透明基材２０の角部２０ｈに第１の電極領域Ｒ１を設ける。そのため、透明基材２０の全領域のうち、第１の電極領域Ｒ１以外の領域をセル領域Ｒｃとすることができる。その結果、透明基材２０の全領域にセル領域Ｒｃが占める割合を第１実施例よりも増やすことができ、第１実施例よりも色素増感太陽電池６０の発電量を増加させることが可能となる。

しかも、第１実施例と同様に、少なくとも固体電解質層２７の側面２７ｓを覆うように封止層４０を形成したことで、大気中の水分から固体電解質層２７を保護できる。

そして、封止層４０を紫外線カット層４１で覆うことにより、基板横方向から入射する紫外線によって固体電解質層２７や封止層４０が劣化するのを防止できる。

２０透明基材
２１透明電極層
２２逆電子移動防止層
２５発電層
２６固体電解質前駆体
２７固体電解質層
２７ｓ側面
３１金属箔
３２触媒層
３３対向電極層
４０封止層
４１紫外線カット層
５０色素増感太陽電池
６０色素増感太陽電池

Claims

透明基材と、
前記透明基材の表面に設けられた透明電極層と、
前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、
前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、
前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、
少なくとも前記固体電解質層の側面を覆う封止層と、
前記封止層を覆うように設けられ、前記封止層よりも紫外線の透過率が低い紫外線カット層と、
を有し、
平面視において、前記透明電極層の第１の電極領域と、前記対向電極層の第２の電極領域とが露出したことを特徴とする色素増感太陽電池。
前記透明基材は、前記表面に相対する裏面を備え、
前記紫外線カット層が前記裏面にも設けられたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記紫外線カット層が前記対向電極層の上にも設けられたことを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
前記第１の電極領域は、平面視で多角形状の前記透明基材の角部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記第２の電極領域は、前記対向電極層の中央部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
透明基材と、
前記透明基材の表面に設けられた透明電極層と、
前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、
前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、
前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、
少なくとも、前記透明基材の側面と、前記透明電極層の側面と、前記発電層の側面と、前記固体電解質層の側面と、前記対向電極層の側面と、を覆う封止層と、
前記封止層のうち少なくとも前記固体電解質層の側面に対応する領域を覆うように設けられ、前記封止層よりも紫外線の透過率が低い紫外線カット層と、
を有することを特徴とする色素増感太陽電池。