意匠性を有する有機太陽電池素子、および製造方法
【課題】本発明は、異なる色相を有する複数の光電変換機能層を用いることが可能であり、異なる色の界面において色の差が明瞭である意匠性に優れた有機太陽電池素子を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子を提供することにより上記課題を解決するものである。
【解決手段】本発明は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子を提供することにより上記課題を解決するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、意匠性に優れ、発電効率が高い有機太陽電池素子を得ることができ、また製造工程の簡易化を可能とする有機太陽電池素子の製造方法および有機太陽電池素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。また、色素増感型太陽電池は、その製造コストの低さや低環境負荷以外にも、カラフル性、軽量フレキシブル性、シースルー性などの既存シリコン太陽電池では実現が難しい付加価値を有している点においても優れている。
【０００３】
色素増感型太陽電池は、小型化および低消費電力化の要求の強い電子機器への適用が検討されている。色素増感型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ため、意匠性が重要な要因となってくる。そこで、これらのニーズに対して意匠性に優れた色素増感型太陽電池を用いた商品展開も検討されている。
【０００４】
ここで、色素増感型太陽電池の意匠性について検討する。特許文献１、２では、酸化チタン層を複数回スクリーン印刷し、領域毎に酸化チタン層の厚みを変え色素を吸着させることで色の濃淡を表す方法が開示されている。この方法より、模様を表現することが可能となったが、複数の色素を用いることが出来ず、意匠性の高いセルを作製することは困難であるといった問題があった。
特許文献３では、電極上に酸化チタン層を形成し、一部酸化チタン層を除去し、除去部に隔壁層を配置し、この隔壁の内外で異なる色素溶液を注入し、酸化チタン層の色を塗り分ける方法が開示されている。しかしながら、この方法は隔壁部を有するため異なる色素を有する領域の界面において、意匠性が確保できず、また発電にも寄与しないため発電効率が低下してしまうといった問題があった。さらに、特許文献４では２枚の透明導電性基板の間に色素増感型太陽電池を形成し、２種類以上の色素を用いてパターンを形成しているが、色素の塗り分けが困難であり、記載されているインクジェット印刷法やオフセット印刷法では、十分な性能が得られない。また、２つの透明導電電極を使用しているため、基板の抵抗が高く性能が低下してしまうことが考えられる。
特許文献５においても、２枚の基板上に形成された酸化物半導体層上に２種類の異なる色素領域が形成されている。しかし、特許文献５においては、レジストを塗布し、色素領域を限定して作製していることから、工程が煩雑であり色の塗り分けも困難である。
【０００５】
ところで、上述した色素増感型太陽電池と同様に、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、有機薄膜太陽電池についての研究開発も進められている。また、有機薄膜太陽電池についても、優れた意匠性および高い発電効率が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３４６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１７０２３９号公報
【特許文献３】特開２００２−７５４７２号公報
【特許文献４】特開２００１−１７６５６５号公報
【特許文献５】特開２００５−３４６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複数の色素を用いることが可能であり、異なる色の界面において色の差が明瞭であり、さらに製造工程が簡易的である意匠性に優れた有機太陽電池素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子を提供する。
【０００９】
本発明によれば、上記光電変換機能層側基板が、色相が異なる光電変換機能層を有する光電変換機能層基板が複数組み合わされてなることから、複数の色素を用いることが可能であり、意匠性に優れた有機太陽電池素子とすることができる。また、光電変換機能層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い有機太陽電池素子とすることができる。
【００１０】
本発明においては、上記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることが好ましい。複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることにより、異なる色相の界面において色差が明瞭であり、かつ意匠性に優れた有機太陽電池素子とすることができる。また、層間に隔壁などを用いる必要がなくなるため、発電効率が高い有機太陽電池素子とすることができる。
【００１１】
本発明においては、上記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることが好ましい。上記有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子であり、上記色素増感型太陽電池素子における酸化物半導体層側基板が、色相が異なる上記酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板が複数組み合わされてなることにより、複数の色素を用いることが可能であり、意匠性に優れた色素増感型太陽電池素子とすることができる。また、上記酸化物半導体層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い色素増感型太陽電池素子とすることができる。
【００１２】
本発明においては、上記有機太陽電池素子が、有機薄膜太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、光電変換層であることが好ましい。上記有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池素子であり、上記有機薄膜太陽電池素子における光電変換層側基板が、色相が異なる光電変換層を有する上記光電変換層基板が複数組み合わされてなることにより、複数の色相を有する上記光電変換層基板を用いることが可能であり、意匠性に優れた有機薄膜太陽電池素子とすることができる。また、上記光電変換層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い有機薄膜太陽電池素子とすることができる。
【００１３】
本発明においては、色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、切断された上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明によれば、上述したような有機太陽電池素子の製造方法を用いることにより、複数の色相が異なる光電変換機能層を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
【００１５】
本発明においては、導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、上記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、切断された上記酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、上記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と上記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、上記導電性基板と上記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、上述したような色素増感型太陽電池素子を製造する有機太陽電池素子の製造方法を用いることにより、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の異なる色相を有する光電変換機能層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となり、また色の界面において色差が明瞭な意匠性の高い有機太陽電池素子を提供することが可能となる。さらに、複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることにより、層間に隔壁などを用いる必要がなくなるため、発電効率が高い有機太陽電池素子を簡易的に製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の酸化物半導体層側基板の一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明に用いられる酸化物半導体層側基板の組合せ工程図である。
【図４】本発明の有機薄膜太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の有機太陽電池素子の製造方法（第１態様）を示す工程図である。
【図６】本発明の有機太陽電池素子の製造方法（第２態様）を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の有機太陽電池素子、および有機太陽電池素子の製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
Ｉ．有機太陽電池素子
本発明の有機太陽電池素子は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とするものである。
また、本発明においては、上記光電変換機能層側基板が、上記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の有機太陽電池素子としては、有機系の太陽電池素子であれば特に限定されるものではないが、具体的には色素増感型太陽電池素子、または有機薄膜太陽電池素子を挙げることができる。以下、本発明の有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子である態様（以下、第１態様とする。）と、本発明の有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池である態様（以下、第２態様とする。）とに分けてそれぞれ説明する。
【００２２】
Ａ．第１態様
本態様は、本発明の有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子である態様である。以下、本態様の色素増感型太陽電池素子について説明する。
【００２３】
本態様においては、上記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることを特徴とするものである。以下本態様においては、光電変換機能層を酸化物半導体層とし、光電変換機能層基板を酸化物半導体層基板とし、光電変換機能層側基板を酸化物半導体層側基板とする。
【００２４】
まず、一般的な色素増感型太陽電池素子について説明する。図１は本態様の色素増感型太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。図１に示すように、本態様の色素増感型太陽電池素子１００は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に増感色素２２が担持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層２１を有する酸化物半導体層２３が積層された酸化物半導体層側基板１２と、導電性基板１を有する対向電極基板１３とが、上記酸化物半導体層２３および上記導電性基板１が対向するように配置され、その間に電解質層４が形成された構成を有するものであり、酸化物半導体層側基板１２に用いられる上記導電性基板１または対向電極基板１３に用いられる上記導電性基板１の少なくとも一方が透明性を有する基板である。
【００２５】
図２は、本態様に用いられるそれぞれ異なる色相を有する２種類の増感色素が担持された酸化物半導体層側基板の一例を示す概略斜視図である。本態様に用いられる酸化物半導体層側基板１２は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成され、異なる色相を有する２種類の増感色素２２ａ、２２ｂがそれぞれ担持された多孔質層２１を有する酸化物半導体層２３ａ、２３ｂとを有するものであり、上記２つの酸化物半導体層２３ａ、２３ｂを有する上記酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが組み合わされていることを特徴とするものである。なお、図２に示す酸化物半導体層側基板１２は異なる色相を有する上記酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが直に接するように配置されている態様である。
【００２６】
本態様によれば、酸化物半導体層側基板が、色相が異なる複数の酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板が組み合わされてなることにより、複数の色素を用いることができ、意匠性に優れた色素増感型太陽電池素子とすることができる。また、複数の上記酸化物半導体層基板を組み合わせるため、異なる色相を有する層間に隔壁を用いる必要がなくなる、すなわち発電効率に寄与しない酸化物半導体層がなくなるため、発電効率が高い色素増感型太陽電池素子とすることができる。
以下、本態様の色素増感型太陽電池素子に用いられる各部材について説明する。
【００２７】
１．酸化物半導体層側基板
本態様における酸化物半導体層側基板とは、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する酸化物半導体層を有するものである。
【００２８】
以下、上記酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板、および酸化物半導体層についてそれぞれ説明する。
【００２９】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本態様に用いられる導電性基板と、後述する対向電極基板に用いられる導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には、基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板に金属基板を用いることが好ましい。電気抵抗の低い金属基板を用いることにより、発電効率を高めることができるからである。
以下、金属基板および透明導電性基板についてそれぞれ説明する。
【００３０】
（ａ）金属基板
本態様に用いられる金属基板は、金属層を有するものであれば特に限定されるものではない。具体的には金属層のみを有する場合と、基材と基材上に配置された金属層とを有する場合とが挙げられる。以下、各場合について説明する。
【００３１】
（ｉ）金属層のみを有する場合
上記金属層としては、金属基板として用いることができるのであれば特に限定されるものではなく、フレキシブル性を有するものであってもよいし、フレキシブル性を有しないものであってもよいが、金属基板の加工の容易性等を考慮すると、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。フレキシブル性を有する金属層としては、金属箔を挙げることができる。
なお、上記フレキシブル性の有無は、ＪＩＳＺ２２４８の金属材料曲げ試験方法をおこなって、５×１０３Ｎの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。
【００３２】
上記金属箔に用いられる金属材料としては、具体的には、銅、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン、モリブデン、白金、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛、および鉄などの単体、ステンレス鋼などの上記金属の合金等が挙げられ、なかでも耐熱性の高いチタン等を用いることが好ましい。
【００３３】
上記金属箔の厚みとしては、上記多孔質層を形成することができる程度の自己支持性を有する範囲内であれば特に限定されるものではない。このような金属箔の厚みとしては、５μｍ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることがより好ましく、２０μｍ〜２００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
【００３４】
なお、フレキシブル性を有しない金属層としては、金属基板を挙げることができる。このような金属基板に用いられる金属材料については、上述した金属箔に用いられる金属材料と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記金属基板の膜厚については、一般的な電極基材に用いられる金属基板の膜厚と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３５】
（ｉｉ）基材と基材上に配置された金属層とを有する場合
上述した金属層および基材についてそれぞれ説明する。
【００３６】
（金属層）
上記金属層としては、後述する基材上に配置することにより、金属基板として用いることが可能であれば特に限定されるものではない。上記金属層としては、例えば、金属薄膜や金属板を挙げることができるが、この場合においては、金属薄膜であることがより好ましい。ここでの金属基板においては、基材上に配置された金属層をエッチングして、パターン状に形成する等の加工が可能であることから、上記金属層として金属薄膜を用いることにより、エッチングによる金属層のパターニングを容易に行うことが可能となる。また、フレキシブル性を有する基材上に金属薄膜を配置することにより、上記金属基板をフレキシブル性を有するものとすることができることから、加工性に優れた金属基板とすることが可能となる。なお、フレキシブル性の有無の判断については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３７】
このような金属薄膜の厚みとしては、後述する基材上に均一な膜厚で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。上記金属薄膜の厚みとしては、０．００５μｍ〜１μｍの範囲内、なかでも０.０１０μｍ〜０．５μｍの範囲内、特に０．０２０μｍ〜０．３μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３８】
上記金属薄膜に用いられる金属材料については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明した金属箔に用いられる金属材料と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
上記金属薄膜を後述する基材に配置する方法としては、上記金属薄膜を接着剤等を用いて基材上に配置する方法、基材上に直接上記金属薄膜を蒸着法等を用いて形成することにより配置する方法等を挙げることができる。上記接着剤等については、一般的な電極部材に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記蒸着法についても、金属薄膜を形成する際に一般的に用いられる方法と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００４０】
なお、上述したように、金属層として金属板を用いることも可能である。上記金属板とは、後述する基材上に形成される金属層の内、フレキシブル性を有しないものである。
このような金属板については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明した金属基板と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記金属板を後述する基材上に配置する方法としては、例えば上記金属基板を接着剤等を用いて基材上に配置する方法等を挙げることができる。なお、上記接着剤等については、一般的な電極部材に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００４１】
（基材）
次に、基材について説明する。ここで用いられる基材としては、金属薄膜および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有しているのであれば特に限定されるものではない。また、上記基材は透明性を有するものであってもよいし、透明性を有しないものであってもよい。
【００４２】
上記基材は可撓性を有するフレキシブル材であってもよく、または、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の可撓性を有さないリジッド材であってもよい。なかでも本発明に用いられる基材はフレキシブル材であることが好ましく、上記フレキシブル材のなかでもフィルム基材であることが好ましい。フィルム基材は加工性に優れ、製造コストの低減ができるからである。
【００４３】
上記フィルム基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂フィルム基材等を挙げることができ、なかでも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）が好ましい。
【００４４】
また、基材の厚みは、本態様に用いられる金属基板の用途等に応じて適宜選択することができるものであるが、通常、５０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、特に７５μｍ〜１８００μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１００μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。基材の厚みが上記範囲よりも薄いと、本態様に用いられる金属基板に十分な機械的強度を付与できない可能性があるからである。また基材の厚みが大きすぎると、本態様に用いられる金属基板の加工適性を損なう可能性があるからである。
【００４５】
（ｂ）透明導電性基板
本態様に用いられる透明導電性基板は、基材と透明導電膜とを有するものである。
以下、本態様に用いられる基材および透明導電膜について説明する。
（ｉ）基材
上記対向電極基板に用いられる基材について説明する。上記基材は、本発明により製造される色素増感型太陽電池素子が太陽光を受光する受光面に配置されるものであるため、太陽光に対する透過性を備えることが必要とされるものである。したがって上記基材としては、上述した増感色素の種類に応じて、上記増感色素の吸収波長に相当する太陽光を透過できるものであれば特に限定されない。
【００４６】
上記基材として、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂製フィルム基材を挙げることができる。なかでも本態様においては、上記樹脂製フィルム基材を用いることが好ましい。上記基材が樹脂製フィルム基材であることにより、可撓性を有する色素増感型太陽電池素子を提供できるからである。さらに、本態様においては上記樹脂製フィルム基材のなかでも、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることが好ましい。
【００４７】
（ｉｉ）透明導電膜
本態様に用いられる透明導電膜としては、透明性を有し、所定の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明導電膜に用いられる材料としては、金属酸化物、導電性高分子化合物材料等を挙げることができる。
【００４８】
上記金属酸化物としては、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、酸化インジウムにＳｎＯ２を添加した化合物（ＩＴＯ）、フッ素ドープしたＳｎＯ２（ＦＴＯ）、酸化インジウムにＺｎＯを添加した化合物（ＩＺＯ）、を挙げることができる。
一方、上記導電性高分子化合物材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を挙げることができる。また、これらを２種以上混合して用いることもできる。
【００４９】
本態様に用いられる透明導電膜は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる材料からなる層が積層された態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層が積層された態様を挙げることができる。
【００５０】
本態様に用いられる透明導電膜の厚みは、通常、５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な透明導電膜を形成することが困難となる場合や全光線透過率が低下して良好な光電変換効率を得ることが難しくなる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、透明導電膜の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、透明導電膜が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
【００５１】
上記透明導電膜を上記基材上に形成する方法としては、一般的な導電膜の形成方法と同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
【００５２】
（２）酸化物半導体層
本態様における酸化物半導体層は、上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有するものである。
【００５３】
以下、このような本態様に用いられる酸化物半導体層について説明する。本態様に用いられる酸化物半導体層は、多孔質層における金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有するものであり、上述した導電性基板上に形成され、かつ、後述する電解質層と接触するものである。以下、酸化物半導体層に用いられる多孔質層について説明する。
【００５４】
（ａ）多孔質層
本態様に用いられる多孔質層は、表面に増感色素が担持された金属酸化物半導体微粒子を有するものであり、上述した導電性基板上に形成され、かつ、後述する電解質層と接触するものである。
以下、上記多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子、および増感色素についてそれぞれ説明する。
【００５５】
（ｉ）金属酸化物半導体微粒子
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等を挙げることができる。なかでも本態様においては、ＴｉＯ２からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。ＴｉＯ２は特に半導体特性に優れるからである。
【００５６】
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子の平均粒径としては、通常、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
【００５７】
（ｉｉ）増感色素
本態様に用いられる増感色素は、上述した多孔質層において金属酸化物半導体微粒子の表面に担持されているものである。
【００５８】
本態様に用いられる増感色素としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような増感色素としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、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、インドリン系、カルバゾール系の色素が挙げられる。本態様においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、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を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
【００５９】
本態様に用いられる上記増感色素は、例えば、黄系〜緑系の色相を有するルテニウム錯体、赤系の色相を有するクマリン系有機色素、青系の色相を有するメロシアニン系有機色素等あらゆる色相を有する増感色素があるため、これらの増感色素を上記金属酸化物半導体微粒子に担持させ、異なる色相を有する酸化物半導体層を形成し、後述する組合せを行うことでカラフルな模様やデザインを描くことが可能となる。
【００６０】
（ｂ）任意の成分
本態様に用いられる酸化物半導体層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本態様に用いられる任意の成分としては、例えば、樹脂を挙げることができる。上記酸化物半導体層に樹脂が含有されることにより、本態様に用いられる酸化物半導体層の脆性を改善することができるからである。
【００６１】
本態様において酸化物半導体層に用いることができる樹脂としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カプロラクタン等を挙げることができる。
【００６２】
（ｃ）その他
本態様に用いられる酸化物半導体層の厚みは、本態様に用いられる色素増感型太陽電池素子の用途に応じて、適宜決定できるものであり、特に限定されるものではない。なかでも本発明における酸化物半導体層の厚みは、通常、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００６３】
（３）酸化物半導体層基板の組合せ
本態様に用いられる酸化物半導体層側基板は、上述した異なる色相を有する酸化物半導体層を有するものであり、色相が異なる上記酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板を複数組み合わされてなるものである。このような酸化物半導体層基板の組合せ方法としては、以下に示すような例を挙げることができる。
【００６４】
図３（ａ）方法１、（ｂ）方法２は、本態様における酸化物半導体層基板の組合せ方法の一例を示した工程図である。本態様に用いられる酸化物半導体層側基板１２は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成され、異なる色相を有する２種類の増感色素がそれぞれ担持された多孔質層を有する酸化物半導体層２３ａ、２３ｂとを有するものであり、上記２つの酸化物半導体層２３ａ、２３ｂを有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが組み合わされてなることを特徴とするものである。
【００６５】
（方法１）
図３（ａ）方法１は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが直に接するように共通基材１０上に接着層６を介して貼り合わせる方法を示している。
【００６６】
このような方法１は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが接着層６を介して共通基材１０上に貼り合わされる方法であれば特に限定されるものではない。
例えば、方法１に用いられる共通基材１０は、酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂや接着層６の大きさや形状等に応じて適宜選択されるものであるが、上記共通基材１０は上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂよりも面積が小さいものであってもよく、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂよりも面積が大きいものであってもよい。すなわち、接着層６を介して貼り合わせる酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを、共通基材１０が支持して固定できるものであればよい。
【００６７】
（方法２）
図３（ｂ）は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂの断面に接着層６を設けて、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを、接着層を介して貼り合わせる方法を示している。
【００６８】
このような方法２は、隣接する異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂがそれぞれ接触する面に接着層６を設けて、それぞれを貼り合わせることが可能であれば、特に限定されるものではない。
【００６９】
（その他の方法）
また、その他の方法として、図示はしないが、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層側基板が接触する断面に接着層を設けて複数の上記酸化物半導体層基板を貼り合わせ、さらに貼り合わせた上記酸化物半導体層基板を共通基材上に貼り合わせる方法を挙げることができる。この方法は、上述した方法１および方法２を合わせた方法である。
上述した方法以外にも、接着層を用いない方法として、異なる色相を有する酸化物半導体層基板を直に接するように配置し、異なる色相を有する酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板側に補強材等を用いて固定する方法等も挙げることができる。
【００７０】
本態様においては、図３（ａ）に示すような方法１が好ましい。図３（ａ）に示す方法１のように共通基材１０上に酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂを配置することで、より確実に上記酸化物半導体層基板を貼り合わせて固定することが可能であり、かつ図３（ｂ）に示す方法２、および上記方法１と上記方法２とを合わせた方法等に比べて酸化物半導体層基板を組み合わせる操作が簡易的であるからである。
【００７１】
本態様において、酸化物半導体層基板の組み合わせる際の各酸化物半導体層基板の配置としては、直に接するように配置しても良く、または酸化物半導体層基板の間に空隙ができた状態で配置してもよい。ここで、「直に接するように配置する」とは、酸化物半導体層基板が密着した状態で配置されていることを示す。また、酸化物半導体層基板の間に空隙が生じる場合の空隙の距離としては、例えば、２０００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、中でも５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００７２】
しかしながら、図３(ａ)に示す方法１のように、酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂに含まれる導電性基板１において、上記導電性基板１が接着層６と接触する側の面に導電性を有さない透明基板等を用いた場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが密着した状態で配置されていることが好ましい。上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを密着させた状態で配置することで、電気的に導通させることができるからである。
その他の方法としては、例えば、酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂのそれぞれに取り出し電極を設けることにより電気的に導通させる方法等が挙げられるが、太陽電池素子の設計やより高い光電変換効率を得る観点からは、隣接する複数個の酸化物半導体層基板の間に空隙が生じないように密着した状態で配置させることが好ましい。
【００７３】
（ａ）接着層
次に、異なる色相を有する酸化物半導体層基板を貼り合わせる場合に用いられる接着層について説明する。
使用される接着層としては、上記酸化物半導体層基板を接着できるものであれば特に限定されるものではない。また、接着層に用いる材料としては導電性を有するもの、または導電性を有さないものがあるが、それらは上記酸化物半導体層基板を貼り合わせる方法、また上述した酸化物半導体層基板の間の空隙の有無等に応じて適宜選択されるものである。
以下、導電性を有する接着層を好ましく用いる場合と、導電性を有さない接着層を用いることが可能である場合に分けて説明する。
【００７４】
（ｉ）導電性を有する接着層
まず、本発明において、導電性を有する接着層（以下、導電性接着層と称して説明する場合がある。）を用いて酸化物半導体層基板を貼り合わせる場合について説明する。
上述した図３（ａ）に示す方法１において、隣接する酸化物半導体層基板の間に空隙が生じる場合であって、導電性基板１が金属層のみを有する金属基板等の厚み方向にも導電性を有する場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂは接着層６および後述する共通基材１０を介して電気的に導通されることが好ましい。そのため、このような場合においては導電性を有する接着層を用いることが好ましい。
また、図３（ｂ）に示す方法２においては、隣接する上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが接触する面に接着層６が設けられているため、上記接着層６により貼り合わされた上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが上記接着層６を介して電気的に導通されていることが好ましい。そのため、図３（ｂ）に示す方法２における上記接着層６としは導電性を有するものを用いることが好ましい。
【００７５】
このような導電性を有する接着層の材料としては、接着層に所定の導電性を付与することが可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの炭素化合物、銀、銅、ニッケル、アルミなどの金属化合物、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物化合物、ポリチオフェン、ポリエチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子等を挙げることができる。これらの材料は、粒状や針状などの各種形状の微粒子にして、後述する導電性接着剤材料に分散させて用いることができる。また、導電性高分子などについては、後述する導電性接着剤材料に相溶させて用いることもできる。なお、本態様に用いられる導電性基板は透明性を有するものまたは透明性を有しない基材であることから、上記導電性材料としては、透明性を有するものまたは透明性を有しないもののいずれの導電性材料を適宜選択し用いられる。例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどの炭素化合物は、透明性を有しないが、樹脂に対する分散性が良好であり、比較的安価に入手できるので、本発明において好ましく用いることができる。
【００７６】
上記導電性接着剤層の固形分成分中の上記導電性材料の濃度（質量％）としては、本態様の色素増感型太陽電池素子を作製した際に、発電を行うことができる程度の導電性を有することができる程度であれば特に限定されるものではないが、２０質量％〜９５質量％の範囲内、なかでも３０質量％〜８５質量％の範囲内、特に４０質量％〜７５質量％の範囲内であることが好ましい。上記導電性材料の濃度が上記範囲を超える場合は、導電性接着剤を用いて、上記導電性基板を共通基材、もしくは導電性基板同士を良好に接着することが困難となる可能性があるからである。また、上記導電性材料の濃度が上記範囲に満たない場合は、導電性接着剤が十分な導電性を有しないことから、本態様の色素増感型太陽電池素子の発電効率を低下させる可能性があるからである。
【００７７】
本態様に用いられる導電性接着層としては、上述した導電性材料を含有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば上記導電性材料を含有するヒートシール剤であってもよいし、また例えば、上記導電性材料を含有する両面テープであってもよい。
【００７８】
上記導電性接着層がヒートシール剤である場合は、上記導電性接着層は、上記導電性材料の他に、通常、接着性樹脂を含有するものである。
また、上記接着性樹脂としては、上記導電性基板を上述した共通基材、もしくは酸化物半導体層側基板同士を接着することが可能であれば特に限定されるものではないが、所定の温度で融解する樹脂であることが好ましい。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が５０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましく、特に６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、さらに６５℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本態様の色素増感型太陽電池素子を屋外で使用した場合に、酸化物半導体層側基板と上記共通基材、もしくは酸化物半導体層側基板同士の間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、上記酸化物半導体層側基板に含まれる導電性基板に用いられている金属材料によっては、熱によるダメージを受ける場合があるからである。
【００７９】
本態様に用いられる接着性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ（メタ）アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アイオノマー樹脂等を挙げることができる。また、本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、特開２００６−３１０２５６号公報に記載されたものを挙げることができる。本態様においては、これらの接着性樹脂のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでも接着性、電解液に対する耐性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。
【００８０】
（ｉｉ）導電性を有さない接着層
次に、本態様において、導電性を有さない接着層を用いて酸化物半導体層基板を貼り合わせることが可能である場合について説明する。
図３（ａ）に示す方法１において、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが、互いの間に空隙をつくることなく密着した状態で共通基材１０上に配置されている場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが電気的に導通するため、導電性を有する接着層を用いて上記共通基材１０を介して電気的に接続されていなくてもよい。また、各酸化物半導体層基板が個別に取り出し電極層を有する場合も同様である。このような、上記場合においては導電性を有さない接着層を用いることが可能である。なお、高い変換効率を得るという観点から、上記場合においても導電性を有する接着層を用いることがより好ましい。
【００８１】
このような導電性を有さない接着層に用いられる接着性樹脂としては、上記導電性基板を上述した共通基材、もしくは酸化物半導体層基板同士を接着することが可能であれば特に限定されるものではないが、所定の温度で融解する樹脂であることが好ましい。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が５０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましく、特に６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、さらに６５℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本態様の色素増感型太陽電池素子を屋外で使用した場合に、酸化物半導体層基板と上記共通基材、もしくは酸化物半導体層基板同士の間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板に用いられている金属材料によっては、熱によるダメージを受ける場合があるからである。
【００８２】
本態様に用いられる接着性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ（メタ）アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アイオノマー樹脂等を挙げることができる。また、本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、特開２００６−３１０２５６号公報に記載されたものを挙げることができる。本態様においては、これらの接着性樹脂のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでも接着性、電解液に対する耐性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。
【００８３】
（ｉｉｉ）その他
本発明に用いられる接着層は導電性を有するか否かにかかわらず、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、長期にわたって安定した機械強度、黄変防止、ひび割れ防止、優れた加工適性を得ることができるからである。
【００８４】
上記光安定化剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種を補足し、光酸化を防止するものである。具体的には、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードピペリジン系化合物などの光安定化剤が挙げられる。
【００８５】
上記紫外線吸収剤は、太陽光中の有害な紫外線を吸収して、分子内で無害な熱エネルギーへと変換し、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種が励起されるのを防止するものである。具体的には、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サルチレート系、アクリロニトリル系、金属錯塩系、ヒンダードアミン系、および超微粒子酸化チタン（粒子径：０．０１μｍ〜０．０６μｍ）もしくは超微粒子酸化亜鉛（粒子径：０．０１μｍ〜０．０４μｍ）などの無機系等の紫外線吸収剤が挙げられる。
【００８６】
上記熱安定剤としては、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、ビス［２，４−ビス（１，１−ジメチルエチル）−６−メチルフェニル］エチルエステル亜リン酸、テトラキス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）［１，１−ビフェニル］−４，４´−ジイルビスホスフォナイト、およびビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールジフォスファイト等のリン系熱安定剤；８−ヒドロキシ−５，７−ジ−ｔ−ブチル−フラン−２−オンとｏ−キシレンとの反応生成物等のラクトン系熱安定剤などを挙げることができる。リン系熱安定剤とラクトン系熱安定剤とを併用することが好ましい。
【００８７】
上記酸化防止剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂の酸化劣化を防止するものである。具体的には、フェノール系、アミン系、イオウ系、リン系、およびラクトン系などの酸化防止剤が挙げられる。
【００８８】
これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤は、それぞれ１種単独で用いてもよく、あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００８９】
さらに、本発明に用いられる他の化合物としては上記以外に、架橋剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤等を挙げることができる。
【００９０】
このような接着層の形状としては、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板と上記共通基材、もしくは上記導電性基板同士の間の密着性が十分に保持される程度の厚さや面積等に応じて適宜選択されるものである。例えば、図３（ａ）に示す方法１の場合においては、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂおよび共通基材１０の３点に接するような形状であればよい。本態様においては、中でも接着面の全面を覆うような形状であることが好ましい。より確実に酸化物半導体層基板を貼り合わせて固定することができるからである。
【００９１】
本態様に用いられる接着層の厚みは、接着層を構成する接着性樹脂の種類に応じて、必要な接着力を発現できる範囲内であれば特に限定されないが、通常、５μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましく、特に１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。接着層の厚みが上記範囲よりも薄いと所望の接着力を得ることができない場合があり、また厚みが上記範囲よりも厚いと、接着層により層間接着強度を十分に発現させるために過剰な加熱が必要となり、基材などへの熱ダメージが大きくなる場合があるからである。
【００９２】
（ｂ）共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せの際に、必要に応じて用いられる共通基材について説明する。
本態様に用いられる共通基材は、図３（ａ）に示す方法１のように、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂを貼り合わせて支持するものである。
このような共通基材としては、上記酸化物半導体層基板を支持できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、導電性を有する共通基材および導電性を有さない共通基材を挙げることができる。以下、それぞれの場合について説明する。
【００９３】
（ｉ）導電性を有する共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せに用いる共通基材として、導電性を有する基材を採用する場合について説明する。
上記導電性を有する共通基材を採用する場合には、例えば、図３（ａ）に示す方法１において、例えば、導電性基板１が金属層のみからなる場合の厚み方向に導電性を有する場合に特に有用であり、このような場合には接着層６および共通基材１０を介して電気的に導通することが好ましい。このように、共通基材１０を介して電気的に導通させる場合には、上記共通基材１０は導電性を有するものを好適に用いる。
【００９４】
上記導電性を有する共通基材としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板、または、金属基板等を挙げることができる。本発明においては、上記共通基板に金属基板を用いることが好ましい。電気抵抗の低い金属基板を用いることにより、発電効率を高めることができるからである。
なお、上記共通基材に用いられる透明導電性基板および金属基板についての詳しい説明については、「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００９５】
（ｉｉ）導電性を有さない共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せに用いる共通基材として、導電性を有さない基材を採用することが可能である場合について説明する。
上記導電性を有さない共通基材を採用する場合には、例えば、図３（ａ）に示す方法１において、例えば、導電性基板１が金属層のみからなる場合等の厚み方向に導電性を有する場合に特に有用であり、または、隣接する酸化物半導体層基板の接合面に接着層が設けられ、それぞれを貼り合わせることにより電気的に導通し、さらに電気的に導通した上記酸化物半導体層基板を共通基材上に接着層を介して貼り合わせた、図３（ａ）に示す方法１および図３（ｂ）に示す方法２を合わせたような方法を用いて、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の組合せを行う場合等が挙げられる。
【００９６】
上記導電性を有さない共通基材としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）からなる樹脂製基板、ガラス、金属酸化物等を挙げることができる。
【００９７】
なお、上記共通基材が導電性を有するか否かにかかわらず、上記酸化物半導体層基板が受光面となる場合には、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板を支持する共通基材は透明性を有するものが好ましい。
【００９８】
また、このような共通基材の形状は、上述した酸化物半導体層基板および接着層の形状や大きさに応じて適宜選択されるが、酸化物半導体層基板を貼り合わせて支持することが可能であれば特に限定されない。
【００９９】
本態様に用いられる上記共通基材の厚みとしては、本態様の色素増感型太陽電池素子の用途や酸化物半導体層側基板の厚み等に応じて適宜選択されるものであるが、具体的には、１０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、中でも２５μｍ〜１８００μｍの範囲内であることが好ましく、特に５０μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。
【０１００】
このように、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の組合せとしては、隣接する酸化物半導体層基板の間の空隙の有無、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板の構成、また接着層の位置と性質、共通基材の材質等に応じて適宜調整されるものである。
【０１０１】
２．電解質層
本態様に用いられる電解質層は、酸化還元対を含むものである。以下、本態様に用いられる電解質層について説明する。
【０１０２】
本態様における電解質層に用いられる酸化還元対としては、一般的に色素増感型太陽電池素子の電解質層に用いられているものであれば特に限定はされるものではない。なかでも本態様に用いられる酸化還元対は、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。
【０１０３】
上記酸化還元対として本態様に用いられるヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、例えば、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物と、Ｉ２との組合せを挙げることができる。さらに、上記臭素および臭化物の組合せとしては、例えば、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物と、Ｂｒ２との組合せを挙げることができる。
【０１０４】
本態様における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。
【０１０５】
電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用により室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。また、電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。さらに、電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばＣｕＩ、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
【０１０６】
このような電解質層の膜厚としては、特に限定はされないが、上記酸化物半導体層が連通孔を有する多孔質であることが好ましいことから、このような酸化物半導体層内に充填されて電解質層が形成されている場合には、酸化物半導体層の膜厚も含めて２μｍ〜１００μｍの範囲内、その中でも、２μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも膜厚が薄ければ酸化物半導体層と対向電極と接触しやすくなるため短絡の原因となり、上記範囲よりも膜厚が厚ければ内部抵抗が大きくなり性能低下につながるからである。
【０１０７】
３．対向電極基板
本態様に用いられる対向電極基板は、導電性基板を有し、上記酸化物半導体層側基板と電解質層を介して対向するように配置されたものである。
以下、本態様に用いられる導電性基板について説明する。
【０１０８】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本発明に用いられる導電性基板と、上述した酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、対向電極基板に用いられる導電性基板に透明導電性基板を用いることが好ましい。なお、金属基板および透明導電性基板についての詳しい説明は、「１．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」の項に記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１０９】
（２）その他
本態様に用いられる対向電極基板には、必要に応じて触媒層が形成されるものである。以下、本態様に用いられる触媒層について説明する。
【０１１０】
上記対向電極基板に触媒層が形成されていることにより、本態様の色素増感型太陽電池素子をより発電効率に優れたものにすることができる。このような触媒層の例としては、例えば、上記対向電極基板上にＰｔを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、パラトルエンスルホン酸（ＰＴＳ）およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。
【０１１１】
このような触媒層の膜厚としては、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、なかでも１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、特に１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１１２】
Ｂ．第２態様
本態様は、本発明の有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池素子である態様である。
【０１１３】
図４は本態様の有機薄膜太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。有機薄膜太陽電池素子２００は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成された光電変換層５１とを有する光電変換層側基板５２上に、対向電極基板１３が順次積層されたものである。
【０１１４】
ここで本態様においては、上記光電変換機能層が光電変換層となる。以下、光電変換機能層を光電変換層とし、光電変換機能層基板を光電変換層基板とし、光電変換機能層側基板を光電変換層側基板とする。
【０１１５】
本態様によれば、光電変換層側基板が、色相が異なる複数の光電変換層を有する上記光電変換層基板が組み合わされてなることにより、複数の色相を用いることができ、意匠性に優れた有機薄膜太陽電池素子とすることができる。また、複数の上記光電変換層基板を組み合わせるため、異なる色相を有する層間に隔壁を用いる必要がなくなる、すなわち発電効率に寄与しない光電変換層がなくなるため、発電効率が高い有機薄膜太陽電池素子とすることができる。
以下、本態様の有機薄膜太陽電池素子に用いられる各部材について説明する。
【０１１６】
１．光電変換層側基板
本態様における光電変換層側基板は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換層を有するものである。以下、本態様に用いられる光電変換層側基板について説明する。
【０１１７】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本態様に用いられる導電性基板と、後述する対向電極基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、光電変換層基板に用いられる導電性基板に金属基板を用いることが好ましい。なお、金属基板および透明導電性基板についての詳しい説明は、「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」に記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１８】
（２）光電変換層
本態様における光電変換層は、導電性基板上に形成され、異なる色相を有するものである。以下、本態様に用いられる光電変換層について説明する。
【０１１９】
本態様に用いられる光電変換層は、上記導電性基板および後述する対向電極基板の間に形成されるものであり、電子供与性材料と電子受容性材料とを含有するものである。光電変換層は、有機薄膜太陽電池素子の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する。
【０１２０】
電子供与性材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子はいわゆるπ共役高分子であり、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系から成り立っており、半導体的性質を示すものである。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利である。また、導電性高分子材料は、導電性高分子材料を溶媒に溶解もしくは分散させた塗工液を用いることで湿式塗工法により容易に成膜可能であることから、大面積の有機薄膜太陽電池素子を高価な設備を必要とせず低コストで製造できるという利点がある。
【０１２１】
電子供与性の導電性高分子材料としては、例えば、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポルフィリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体、あるいは、フタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等を挙げることができる。
【０１２２】
上記の中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フェニレンエチニレン−チオフェン共重合体、フェニレンエチニレン−フルオレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好ましく用いられる。これらは、多くの電子受容性材料に対して、エネルギー準位差が適当であるからである。
【０１２３】
また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性材料等を用いることもできる。中でも、電子供与性化合物もしくは電子受容性化合物がドープされた導電性高分子材料が好ましく用いられる。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利であり、また、電子供与性化合物や電子受容性化合物をドープすることによりπ共役主鎖中に電荷が発生し、電気伝導度を大きく増大させることが可能であるからである。
【０１２４】
上記電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述した電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばＦｅＣｌ３（III）、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｓＦ６やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。
【０１２５】
本態様に用いられる上記光電変換層の膜厚としては、一般的にバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において採用されている膜厚を採用することができる。具体的には、０．２ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは１ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内である。膜厚が上記範囲より厚いと、光電変換層における体積抵抗が高くなる場合があるからである。一方、膜厚が上記範囲より薄いと、光を十分に吸収できなかったり、電極間で短絡が生じたりする場合があるからである。
【０１２６】
本態様の有機薄膜太陽電池素子の色相は、上述した光電変換層に含まれる電子供与性材料および電子受容性材料により異なる。上記光電変換層に太陽光が入射すると、上記電子供与性材料および上記電子受容性材料の吸収波長に対応した波長の太陽光が吸収され、吸収されなかった波長領域における光源のみが現れる。このように、様々な色相を有する上記光電変換層を用いて上記光電変換層側基板を形成し、後述する組合せを行うことでカラフルな模様やデザインを描くことが可能となる。
【０１２７】
（３）光電変換層基板の組合せ
本態様に用いられる光電変換層基板の組合せ方法について説明する。
本態様に用いられる光電変換層側基板は、導電性基板と、上記導電性基板上に形成された光電変換層とを有するものであり、異なる色相を有する光電変換層基板が複数組み合わされて配置されていることを特徴とするものである。例えば、異なる色相を有する複数の光電変換層基板が直に接するように共通基材上に接着層を介して貼り合わせる方法、または、異なる色相を有する複数の光電変換層基板の断面に接着層を配置し、異なる色相を有する複数の光電変換層基板を直に接するように貼り合わせる方法等を挙げられる。その他にも、異なる色相を有する光電変換層基板を直に接するように配置し、導電性基板側に補強材等を用いて固定する方法等を挙げることができるが、本発明においては、異なる色相を有する複数の光電変換層基板が直に接するように共通基材上に接着層を用いて貼り合わせる方法が好ましい。
以下、光電変換層基板の組合せについての詳しい説明は「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （３）酸化物半導体層基板の組合せ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１２８】
２．対向電極基板
本態様に用いられる対向電極基板は、光電変換層上に形成され、上記導電性基板と対向するように配置されたものである。本態様における対向電極基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。
また、本態様に用いられる対向電極基板と上述した導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。
以下、透明性を有する場合と有さない場合とに分けて説明する。
【０１２９】
（１）透明性を有する場合
本態様に用いられる対向電極基板としては、導電性を有し、透明性を有するものであれば特に限定されるものではない。透明性を有する対向電極基板としては、基板上に透明導電膜が形成されたものが挙げられる。
以下、基材と透明導電膜について説明する。
（ｉ）基材
上記対向電極基板に用いられる基材について説明する。上記基材は、本発明により製造される有機薄膜太陽電池素子が太陽光を受光する受光面に配置されるものであるため、太陽光に対する透過性を備えることが必要とされるものである。したがって上記基材としては、後述する光電変換層の吸収波長に相当する太陽光を透過できるものであれば特に限定されない。
【０１３０】
上記基材として、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等のフレキシブル性のない透明なリジット材、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂製フィルム基材を挙げることができる。なかでも本態様においては、上記樹脂製フィルム基材を用いることが好ましい。上記基材が樹脂製フィルム基材であることにより、フレキシブル性を有する有機薄膜太陽電池素子を提供できるからである。さらに、本態様においては上記樹脂製フィルム基材のなかでも、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることが好ましい。
【０１３１】
（ｉｉ）透明導電膜
本態様に用いられる透明導電膜の構成材料としては、導電性および透明性を有するものであれば特に限定されなく、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ等を挙げることができる。中でも、上述した導電性基板の構成材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば導電性基板の構成材料を仕事関数の低い材料とした場合には、上記透明導電膜の構成材料は仕事関数の高い材料であることが好ましい。導電性および透明性を有し、かつ仕事関数の高い材料としては、ＩＴＯが好ましく用いられる。
【０１３２】
本態様に用いられる上記透明導電膜は、単層であってもよく、また異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
上記透明導電膜の膜厚としては、単層である場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄いと、透明導電膜のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚いと、全光線透過率が低下し、光電変換効率を低下させる可能性があるからである。
【０１３３】
（２）透明性を有さない場合
本態様に用いられる対向電極基板としては、導電性を有し、遮光性を有するものであれば特に限定されるものではない。
【０１３４】
本態様の対向電極基板としては、フレキシブル性を有するものであってもよいし、フレキシブル性を有しないものであってもよいが、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。フレキシブル性を有することにより、有機薄膜太陽電池にフレキシブル性を付与することが可能となり、加工性に優れたものとすることができるからである。
なお、上記フレキシブル性の有無は、ＪＩＳＺ２２４８の金属材料曲げ試験方法をおこなって、５×１０３Ｎの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。
【０１３５】
上記対向電極基板に用いられる材料としては、導電性および遮光性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、反射性を有するものが好ましい。また、導電性基板を仕事関数が高い材料を用いて形成した場合には、対向電極基板は仕事関数が低い材料を用いて形成することが好ましい。具体的に仕事関数が低い材料としては、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、ＬｉＦ等を挙げることができる。
【０１３６】
対向電極基板は、単層であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
対向電極基板の膜厚は、単層である場合にはその膜厚が、複数層からなる場合には各層を合わせた総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、対向電極基板のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性がある。
【０１３７】
対向電極基板の形成方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができる。
【０１３８】
ＩＩ．有機太陽電池素子の製造方法
本発明の有機太陽電池素子の製造方法は２つの態様に分けることができ、以下、それぞれの態様について説明する。
【０１３９】
Ａ．第１態様
本発明の第１態様について説明する。
本発明の第１態様は、色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、切断された上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする態様である。
【０１４０】
図５は、本発明の第１態様における有機太陽電池素子の製造工程を示す工程図である。なお、本態様は色素増感型太陽電池素子および有機薄膜太陽電池素子の製造工程として適用することができる。
【０１４１】
本態様によれば、有機太陽電池素子の製造方法において、異なる色相を有する２つ以上の光電変換機能層を有する光電変換機能層基板を準備する工程と、上記光電変換機能層基板から所定の形状の複数の断片に切断する工程と、その断片を単一の基材上に組み合わせる工程により、複数の色相が異なる光電変換機能層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
以下、本態様の有機太陽電池素子の製造方法における、本態様の各工程についてそれぞれ説明する。
【０１４２】
１．光電変換機能層基板の準備工程
本態様における光電変換機能層基板の準備工程について説明する。本工程は、色素増感型太陽電池素子を製造する場合と、有機薄膜太陽電池素子を製造する場合とで製造方法が異なるため、以下、色素増感型太陽電池素子の場合、および有機薄膜太陽電池素子の場合とに分けてそれぞれ説明する。
【０１４３】
（１）色素増感型太陽電池素子の場合
本工程は、異なる色相を有する酸化物半導体層を有する酸化物半導体層基板を準備する準備工程であり、色素増感型太陽電池素子の場合、上記金属酸化物半導体微粒子に上記増感色素を担持させる工程である。
【０１４４】
上記増感色素を坦持させる処理を施す方法としては、上記金属酸化物半導体微粒子に増感色素を坦持させることが可能な方法であれば特に限定はされない。例えば、増感色素の溶液に金属酸化物半導体微粒子を有する多孔質層を浸漬させ、浸透させた後、乾燥させる方法や、増感色素の溶液を上記多孔質層上に塗布し、両者に浸透させた後、乾燥させる方法等を挙げることができる。
【０１４５】
本態様においては、上述した増感色素を担持させる酸化物半導体層基板の準備工程以外にも、必要な工程を適宜選択して追加することができる。
【０１４６】
（２）有機薄膜太陽電池素子の場合
本工程は、異なる色相を有する光電変換層を有する光電変換層基板を準備する準備工程である。
【０１４７】
上記光電変換層の形成方法としては、例えば、光電変換層用塗工液を塗布することが挙げられる。光電変換層用塗工液としては、上述した光電変換層に好適な材料を溶剤に溶解もしくは分散させることにより調製することができる。上記溶剤としては、「Ｉ．有機太陽電池素子 Ｂ．第２態様 １．光電変換層側基板」の項に記載した材料を溶解もしくは分散できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、水等を挙げることができる。また、上記光電変換層形成用塗工液には、上述した材料および溶剤に加えて、種々の添加剤を加えることができる。上記光電変換層形成用塗工液の塗布法としては、透明電極層上に塗布することができる方法であれば特に限定するものではなく、例えば、スピンコート法、ダイコート法、キャスト法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法等が挙げられる。中でも、光電変換層形成用塗工液の塗布方法は、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能である方法であることが好ましい。主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法としては、例えば、ダイコート法、ビードコート法、バーコート法、グラビアコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を挙げることができる。印刷法は有機薄膜太陽電池の大面積化を図るために好適である。
【０１４８】
上記光電変換層形成用塗工液の塗布後は、形成された塗膜を乾燥する乾燥処理を施しても良い。光電変換層形成用塗工液に含有される溶媒等を早期に除去することにより、生産性を向上させることができるからである。乾燥処理の方法としては、例えば、加熱乾燥、送風乾燥、真空乾燥、赤外線加熱乾燥等、一般的な乾燥方法を用いることができる。
【０１４９】
２．光電変換機能層基板の切断工程
本態様の光電変換機能層基板の切断工程について説明する。
なお、本工程においては、１つ、または２つ以上の光電変換機能層基板を切断し、複数の断片を作製することができる。
【０１５０】
本工程における切断方法としては、光電変換機能層基板を切断可能な方法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、カッター切断、ラッピング切断、プレスによる切断等の機械的切断、ガス溶断、ウォータージェット切断、レーザー切断、プラズマ切断、ワイヤカット等を挙げることができる。
【０１５１】
３．光電変換機能層基板の組合せ工程
本態様の光電変換機能層基板の組合せ工程について説明する。本態様においては、切断された複数の光電変換機能層基板を組み合わせて文字・図形・模様等のデザインを描くことが可能な方法であれば、特に限定されない。本発明に用いられる光電変換層基板の組合せ工程についての詳しい説明は、「Ｉ．有機太陽電池素子 Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （３）酸化物半導体層基板の組合せ」および「Ｉ．有機太陽電池素子 Ｂ．第２態様 （３）光電変換層基板の組合せ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１５２】
４．対向電極基板配置工程
本態様の対向電極配置工程について説明する。本態様においては、導電性基板と光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する工程である。なお、本工程においては、一般的な方法を用いることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１５３】
Ｂ．第２態様
本発明の第２態様について説明する。
本発明の第２態様は、導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、上記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、上記切断された酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、上記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と上記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、上記導電性基板と上記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とするものである。
【０１５４】
図６は、本発明の第２態様における有機太陽電池素子の製造工程を示す工程図である。なお、本工程は色素増感型太陽電池素子に適用することができる。
【０１５５】
本態様によれば、有機太陽電池素子の製造方法において、導電性基板上に、異なる色相を有する酸化物半導体層が形成された１つ、または２つ以上の酸化物半導体層基板を準備する工程と、上記酸化物半導体層基板から所定の形状の複数の断片に切断する工程と、その断片にそれぞれ異なる色相を有する増感色素を担持して、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層基板を形成する工程とにより、上記担持工程で得られた複数の酸化物半導体層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
以下、本発明の色素増感型太陽電池素子の製造方法における、本態様の各工程についてそれぞれ説明する。
【０１５６】
１．酸化物半導体層基板の準備工程
本態様の酸化物半導体基板の準備工程について説明する。本工程における具体的方法としては、例えば特開２００５−１６６６４８号公報に記載された方法等の一般的に酸化物半導体基板の製造方法として公知の方法を用いることができるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１５７】
２．酸化物半導体層基板の切断工程
本態様の酸化物半導体層基板の切断工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 ２．光電変換機能層基板の切断工程」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。なお、本工程においては、１つ、または２つ以上の酸化物半導体層基板を切断することにより複数の断片を作製できるが、１つの酸化物半導体層基板を切断して複数の断片を作製する方が好ましい。後述する組合せ工程において一致度が高まるからである。
【０１５８】
３．増感色素を担持する担持工程
本態様の増感色素を担持する担持工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 １．光電変換機能層基板の準備工程 （１）色素増感型太陽電池素子の場合」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１５９】
４．酸化物半導体層側基板の組合せ工程
本態様の酸化物半導体層基板の組合せ工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 ３．光電変換機能層基板の組合せ工程」の項で説明したものと同様とすることができるのでここでの説明は省略する。
【０１６０】
５．電解質層形成工程
本態様の電解質形成工程について説明する。本態様は、酸化物半導体層上に電解質層を形成する工程である。なお、本態様においては、一般的な方法を用いることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１６１】
６．対向電極基板配置工程
本態様の対向電極基板配置工程について説明する。本態様は、導電性基板と電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する工程である。なお、本態様においては、一般的な方法を用いることができるため、ここでの説明は省略する。
【０１６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１６３】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【０１６４】
［実施例１］
実施例１の有機太陽電池素子は、色素増感型太陽電池素子である。なお、上記色素増感型太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第１態様に基づいて作製した。
【０１６５】
（酸化物半導体層形成用インキの調製）
金属酸化物半導体微粒子（日本エアロジル社製、商品名：Ｐ２５）５ｇをエタノール１６．７ｇに投入し、さらにアセチルアセトン０．２５ｇ、及びジルコニアビーズ（φ１．０ｍｍ）２０ｇを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン（日本触媒社製、商品名：Ｋ−３０）を０．２５ｇ添加して酸化物半導体層形成用のインキを調製した。
【０１６６】
（酸化物半導体層基板の形成）
上記作製した酸化物半導体層形成用インキを、導電性基板である２枚のチタン箔上にドクターブレード法により塗布し、その後、１２０℃で乾燥させることで、多数の金属酸化物半導体微粒子を含む膜厚９μｍの層を形成した。その金属酸化物半導体微粒子の層にロールプレス機で０．１ｔ／ｃｍの線圧を加えた。プレス後、５００℃で３０分間焼成した。
これにより２枚の酸化物半導体層基板を得た。
【０１６７】
（増感色素の担持）
次に、増感色素として２種類の有機色素（三菱製紙社製、商品名：Ｄ３５８、およびＤ１３１）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリル、およびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素担持用塗工液を調製した。この色素担持用塗工液に対し、上述の金属酸化物半導体微粒子の層を形成した２枚の酸化物半導体層基板をそれぞれの色素溶液に１枚ずつ３時間浸漬させた。その後、色素担持用塗工液から引き上げ、金属酸化物半導体微粒子に付着した色素担持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、金属酸化物半導体微粒子の細孔表面に増感色素を担持させて酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層基板を得た。
【０１６８】
（酸化物半導体層基板の切断）
上記異なる増感色素を担持させた２枚の酸化物半導体層基板を所定の形に切り分けた。
【０１６９】
（酸化物半導体層基板の再配置）
上記異なる色素を浸漬した２枚の酸化物半導体層基板をチタン箔上に導電性両面テープを介して貼り合わせ、所定の図柄を有する１枚の酸化物半導体層側基板を形成した。
【０１７０】
（電解質層形成用塗工液の調製）
カチオン性ヒドロキシセルロース（ダイセル化学社製、商品名：ジェルナーＱＨ２００）０．１４ｇをエタノール２．７２ｇに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを０．０４３ｇ加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、およびＩ２を０．０２５ｇ加えて、攪拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な電解質層形成用塗工液を調製した。
【０１７１】
（固体電解質層の形成）
上述した酸化物半導体層側基板上に、電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
【０１７２】
（対向電極基板の作製）
ＰＥＮフィルム上にＩＴＯ膜が形成された透明導電膜を用意し、そのＩＴＯ膜上に白金を厚み１３Å（透過率７２％）で積層することにより、対向電極基板を作製した。
【０１７３】
（貼り合わせ）
酸化物半導体層側基板上に形成された固体電解質層上に、対向電極基板を配置することにより、色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１７４】
（封止）
作製した色素増感型太陽電池素子を充填材で挟み、１１０℃でラミネートすることにより封止した。
【０１７５】
［実施例２］
実施例２の有機太陽電池素子は、有機薄膜太陽電池素子である。なお、上記有機薄膜太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第１態様に基づいて作製した。
【０１７６】
（光電変換層基板の作製）
基材は、厚さが約１２５μｍのＰＥＮフィルムとした。透明導電膜は、膜厚が約１５０ｎｍで、シート抵抗が約２０Ω／□の透明電極とした。ＩＴＯ膜の反応性イオンプレーティングの条件は、パワーが約３．７ｋＷ、酸素分圧が約７３％、成膜圧力が０．３Ｐａ、成膜速度が約１５０ｎｍ／分、基板温度が約２０℃とした。次いで、形成された基板をアセトン、基板洗浄液、及びイソプロパノール（ＩＰＡ）等を用いて洗浄した。
スピンコート法によりポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンを分散した導電性高分子ペーストを基板上に成膜した。成膜した導電性高分子ペーストを約１５０℃で約３０分間乾燥させ正孔取出し層を形成した。正孔取出し層の膜厚は、約１００ｎｍである。上記工程により、２枚の電極基板を得た。
【０１７７】
次に、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）をクロロベンゼン等の溶媒に溶解させ、固形分濃度が約１．４重量％の第1光電変換層用塗工液を準備した。スピンコート法により、準備した塗工溶液を正孔取出し層上に回転数約６００ｒｐｍの条件で塗布して光電変換層を形成した。この第１光電変換層の吸収波長領域は緑色光領域であり、第１光電変換層では赤色の光が透過し、赤色に見えた。次いで、温度約１５０℃のホットプレート上で、電極、正孔取出し層、光電変換層が形成された基板を加熱乾燥した。
【０１７８】
次に、ポリ[２−メトキシ−５−（３‘，７’−ジメチルオクチルオキシ)−１,４−フェニレンビニレン]（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）とＣ６０を主体とするＰＣＢＭ（Ｃ６０ＰＣＢＭ）をクロロベンゼンに溶解させ、固形分濃度１．４ｗｔ％の第２光電変換層用塗工液を準備した。スピンコート法により、準備した塗工溶液を正孔取出し層上に回転数約６００ｒｐｍの条件で塗布して光電変換層を形成した。この第２光電変換層の吸収波長領域は青色光領域であり、第２光電変換層では橙色の光が透過し、橙色に見えた。次に、温度約１５０℃のホットプレート上で、電極、正孔取出し層、光電変換層が形成された基板を加熱乾燥した。上記工程により、２枚の光電変換層基板を得た。
【０１７９】
（対向電極基板の作製）
対向電極基板の導電性基板は、上記光電変換層側基板と同様に作製したＩＴＯ／ＰＥＮフィルムとした。次いで、形成された導電性基板をアセトン、基板洗浄液、及びイソプロパノール（ＩＰＡ）等を用いて洗浄した。次に、導電性基板のＩＴＯ上にＡｌを真空蒸着法により成膜して対向電極基板を形成した。Ａｌの膜厚は約１００ｎｍとした。
【０１８０】
（光電変換層基板の切断）
色相が異なる上記光電変換層を有する２枚の光電変換層基板を所定の形に切り分けた。
【０１８１】
（光電変換層基板の再配置）
所定の形に切り分けた色相が異なる上記光電変換層を有する２枚の光電変換層基板を、導電性接着材層を介して貼り合わせて、所定の図柄を有する１枚の光電変換層側基板を形成した。
【０１８２】
（貼り合わせ）
光電変換層側基板上に対向電極基板を配置し、熱プレスすることで有機薄膜太陽電池素子を得た。
【０１８３】
［実施例３］
実施例３の有機太陽電池素子は、色素増感型太陽電池素子である。なお、上記色素増感型太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第２態様に基づいて作製した。
【０１８４】
（酸化物半導体層形成用インキの調製）
金属酸化物半導体微粒子（日本エアロジル社製、商品名：Ｐ２５）５ｇをエタノール１６．７ｇに投入し、さらにアセチルアセトン０．２５ｇ、及びジルコニアビーズ（φ１．０ｍｍ）２０ｇを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン（日本触媒社製、商品名：Ｋ−３０）を０．２５ｇ添加して酸化物半導体層形成用のインキを調製した。
【０１８５】
（酸化物半導体層の形成）
上記作製した酸化物半導体層形成用インキを、導電性基板であるチタン箔上にドクターブレード法により塗布し、その後、１２０℃で乾燥させることで、多数の金属酸化物半導体微粒子を含む膜厚９μｍの層を形成した。その金属酸化物半導体微粒子の層にロールプレス機で０．１ｔ／ｃｍの線圧を加えた。プレス後、５００℃で３０分間焼成した。
【０１８６】
（酸化物半導体層基板の切断）
上記金属酸化物半導体微粒子の層を形成したチタン箔を所定の形に２つに切り分けた。
【０１８７】
（増感色素の担持）
次に、増感色素として赤色の有機色素（三菱製紙社製、商品名：Ｄ３５８）と黄色の有機色素(三菱製紙社製、商品名：Ｄ１３１）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリル、およびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素担持用塗工液を調製した。この色素担持用塗工液に対し、上述の金属酸化物半導体微粒子の層を形成した２枚の酸化物半導体層基板をそれぞれの色素溶液に１枚ずつ３時間浸漬させた。その後、色素担持用塗工液から引き上げ、金属酸化物半導体微粒子に付着した色素担持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、金属酸化物半導体微粒子の細孔表面に増感色素を担持させて酸化物半導体層を形成し、２枚の酸化物半導体層基板を得た。
【０１８８】
（酸化物半導体層基板の再配置）
上記異なる色素を浸漬した２枚の酸化物半導体層基板をチタン箔上に導電性両面テープを介して貼り合わせ、所定の図柄を有する１枚の酸化物半導体層側基板を形成した。
【０１８９】
（電解質層形成用塗工液の調製）
カチオン性ヒドロキシセルロース（ダイセル化学社製、商品名：ジェルナーＱＨ２００）０．１４ｇをエタノール２．７２ｇに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを０．０４３ｇ加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、およびＩ２を０．０２５ｇ加えて、攪拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な電解質層形成用塗工液を調製した。
【０１９０】
（固体電解質層の形成）
上述した酸化物半導体層上に、電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
【０１９１】
（対向電極基板の作製）
ＰＥＮフィルム上にＩＴＯ膜が形成された透明導電膜を用意し、そのＩＴＯ膜上に白金を厚み１３Å（透過率７２％）で積層することにより、対向電極基板を作製した。
【０１９２】
（貼り合わせ）
酸化物半導体層側基板上に形成された固体電解質層上に、対向電極基板を配置することにより、色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１９３】
（封止）
作製した色素増感型太陽電池素子を充填材で挟み、１１０℃でラミネートすることにより封止した。
【０１９４】
（電池性能の評価）
作製した色素増感型太陽電池素子について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、入射光強度１００ｍＷ／ｃｍ２）を光源として、対向電極基板側から入射させ、ソースメジャーユニット（ケースレー２４００型）を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流密度６ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧０．７Ｖ、曲線因子０．６８、変換効率２．９％特性を示した。
【０１９５】
作製した有機薄膜太陽電池素子について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、入射光強度１００ｍＷ／ｃｍ２）を光源として、光電変換機能層側基板側から入射させ、ソースメジャーユニット（ケースレー２４００型）を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流密度６ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧０．８Ｖ、曲線因子０．５５、変換効率３．０％特性を示した。
【符号の説明】
【０１９６】
１ … 導電性基板
１０ … 共通基材
１２ … 酸化物半導体層側基板
１２ａ、１２ｂ … 酸化物半導体層基板
１３ … 対向電極基板
２１ … 多孔質層
２２、２２ａ、２２ｂ … 増感色素
２３、２３ａ、２３ｂ … 酸化物半導体層
４ … 電解質層
５１ … 光電変換層
５２ … 光電変換層側基板
６ … 接着層
１００ … 色素増感型太陽電池素子
２００ … 有機薄膜太陽電池素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、意匠性に優れ、発電効率が高い有機太陽電池素子を得ることができ、また製造工程の簡易化を可能とする有機太陽電池素子の製造方法および有機太陽電池素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の増加が原因とされる地球温暖化等の環境問題が深刻となり、世界的にその対策が進められている。中でも環境に対する負荷が小さく、クリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを利用した太陽電池に関する積極的な研究開発が進められている。このような太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、および化合物半導体太陽電池などが既に実用化されているが、これらの太陽電池は製造コストが高い等の問題がある。そこで、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目され研究開発が進められている。また、色素増感型太陽電池は、その製造コストの低さや低環境負荷以外にも、カラフル性、軽量フレキシブル性、シースルー性などの既存シリコン太陽電池では実現が難しい付加価値を有している点においても優れている。
【０００３】
色素増感型太陽電池は、小型化および低消費電力化の要求の強い電子機器への適用が検討されている。色素増感型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ため、意匠性が重要な要因となってくる。そこで、これらのニーズに対して意匠性に優れた色素増感型太陽電池を用いた商品展開も検討されている。
【０００４】
ここで、色素増感型太陽電池の意匠性について検討する。特許文献１、２では、酸化チタン層を複数回スクリーン印刷し、領域毎に酸化チタン層の厚みを変え色素を吸着させることで色の濃淡を表す方法が開示されている。この方法より、模様を表現することが可能となったが、複数の色素を用いることが出来ず、意匠性の高いセルを作製することは困難であるといった問題があった。
特許文献３では、電極上に酸化チタン層を形成し、一部酸化チタン層を除去し、除去部に隔壁層を配置し、この隔壁の内外で異なる色素溶液を注入し、酸化チタン層の色を塗り分ける方法が開示されている。しかしながら、この方法は隔壁部を有するため異なる色素を有する領域の界面において、意匠性が確保できず、また発電にも寄与しないため発電効率が低下してしまうといった問題があった。さらに、特許文献４では２枚の透明導電性基板の間に色素増感型太陽電池を形成し、２種類以上の色素を用いてパターンを形成しているが、色素の塗り分けが困難であり、記載されているインクジェット印刷法やオフセット印刷法では、十分な性能が得られない。また、２つの透明導電電極を使用しているため、基板の抵抗が高く性能が低下してしまうことが考えられる。
特許文献５においても、２枚の基板上に形成された酸化物半導体層上に２種類の異なる色素領域が形成されている。しかし、特許文献５においては、レジストを塗布し、色素領域を限定して作製していることから、工程が煩雑であり色の塗り分けも困難である。
【０００５】
ところで、上述した色素増感型太陽電池と同様に、環境負荷が小さく、かつ製造コストを削減できる太陽電池として、有機薄膜太陽電池についての研究開発も進められている。また、有機薄膜太陽電池についても、優れた意匠性および高い発電効率が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３４６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１７０２３９号公報
【特許文献３】特開２００２−７５４７２号公報
【特許文献４】特開２００１−１７６５６５号公報
【特許文献５】特開２００５−３４６９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複数の色素を用いることが可能であり、異なる色の界面において色の差が明瞭であり、さらに製造工程が簡易的である意匠性に優れた有機太陽電池素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子を提供する。
【０００９】
本発明によれば、上記光電変換機能層側基板が、色相が異なる光電変換機能層を有する光電変換機能層基板が複数組み合わされてなることから、複数の色素を用いることが可能であり、意匠性に優れた有機太陽電池素子とすることができる。また、光電変換機能層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い有機太陽電池素子とすることができる。
【００１０】
本発明においては、上記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることが好ましい。複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることにより、異なる色相の界面において色差が明瞭であり、かつ意匠性に優れた有機太陽電池素子とすることができる。また、層間に隔壁などを用いる必要がなくなるため、発電効率が高い有機太陽電池素子とすることができる。
【００１１】
本発明においては、上記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることが好ましい。上記有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子であり、上記色素増感型太陽電池素子における酸化物半導体層側基板が、色相が異なる上記酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板が複数組み合わされてなることにより、複数の色素を用いることが可能であり、意匠性に優れた色素増感型太陽電池素子とすることができる。また、上記酸化物半導体層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い色素増感型太陽電池素子とすることができる。
【００１２】
本発明においては、上記有機太陽電池素子が、有機薄膜太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、光電変換層であることが好ましい。上記有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池素子であり、上記有機薄膜太陽電池素子における光電変換層側基板が、色相が異なる光電変換層を有する上記光電変換層基板が複数組み合わされてなることにより、複数の色相を有する上記光電変換層基板を用いることが可能であり、意匠性に優れた有機薄膜太陽電池素子とすることができる。また、上記光電変換層基板を複数組み合わせるため、隔壁などを用いる必要がなくなる。これにより、発電効率が高い有機薄膜太陽電池素子とすることができる。
【００１３】
本発明においては、色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、切断された上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法を提供する。
【００１４】
本発明によれば、上述したような有機太陽電池素子の製造方法を用いることにより、複数の色相が異なる光電変換機能層を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
【００１５】
本発明においては、導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、上記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、切断された上記酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、上記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と上記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、上記導電性基板と上記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法を提供する。
【００１６】
本発明によれば、上述したような色素増感型太陽電池素子を製造する有機太陽電池素子の製造方法を用いることにより、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の異なる色相を有する光電変換機能層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となり、また色の界面において色差が明瞭な意匠性の高い有機太陽電池素子を提供することが可能となる。さらに、複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることにより、層間に隔壁などを用いる必要がなくなるため、発電効率が高い有機太陽電池素子を簡易的に製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の酸化物半導体層側基板の一例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明に用いられる酸化物半導体層側基板の組合せ工程図である。
【図４】本発明の有機薄膜太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。
【図５】本発明の有機太陽電池素子の製造方法（第１態様）を示す工程図である。
【図６】本発明の有機太陽電池素子の製造方法（第２態様）を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の有機太陽電池素子、および有機太陽電池素子の製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
Ｉ．有機太陽電池素子
本発明の有機太陽電池素子は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、上記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、上記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とするものである。
また、本発明においては、上記光電変換機能層側基板が、上記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることが好ましい。
【００２１】
本発明の有機太陽電池素子としては、有機系の太陽電池素子であれば特に限定されるものではないが、具体的には色素増感型太陽電池素子、または有機薄膜太陽電池素子を挙げることができる。以下、本発明の有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子である態様（以下、第１態様とする。）と、本発明の有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池である態様（以下、第２態様とする。）とに分けてそれぞれ説明する。
【００２２】
Ａ．第１態様
本態様は、本発明の有機太陽電池素子が色素増感型太陽電池素子である態様である。以下、本態様の色素増感型太陽電池素子について説明する。
【００２３】
本態様においては、上記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、上記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることを特徴とするものである。以下本態様においては、光電変換機能層を酸化物半導体層とし、光電変換機能層基板を酸化物半導体層基板とし、光電変換機能層側基板を酸化物半導体層側基板とする。
【００２４】
まず、一般的な色素増感型太陽電池素子について説明する。図１は本態様の色素増感型太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。図１に示すように、本態様の色素増感型太陽電池素子１００は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に増感色素２２が担持された金属酸化物半導体微粒子を含む多孔質層２１を有する酸化物半導体層２３が積層された酸化物半導体層側基板１２と、導電性基板１を有する対向電極基板１３とが、上記酸化物半導体層２３および上記導電性基板１が対向するように配置され、その間に電解質層４が形成された構成を有するものであり、酸化物半導体層側基板１２に用いられる上記導電性基板１または対向電極基板１３に用いられる上記導電性基板１の少なくとも一方が透明性を有する基板である。
【００２５】
図２は、本態様に用いられるそれぞれ異なる色相を有する２種類の増感色素が担持された酸化物半導体層側基板の一例を示す概略斜視図である。本態様に用いられる酸化物半導体層側基板１２は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成され、異なる色相を有する２種類の増感色素２２ａ、２２ｂがそれぞれ担持された多孔質層２１を有する酸化物半導体層２３ａ、２３ｂとを有するものであり、上記２つの酸化物半導体層２３ａ、２３ｂを有する上記酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが組み合わされていることを特徴とするものである。なお、図２に示す酸化物半導体層側基板１２は異なる色相を有する上記酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが直に接するように配置されている態様である。
【００２６】
本態様によれば、酸化物半導体層側基板が、色相が異なる複数の酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板が組み合わされてなることにより、複数の色素を用いることができ、意匠性に優れた色素増感型太陽電池素子とすることができる。また、複数の上記酸化物半導体層基板を組み合わせるため、異なる色相を有する層間に隔壁を用いる必要がなくなる、すなわち発電効率に寄与しない酸化物半導体層がなくなるため、発電効率が高い色素増感型太陽電池素子とすることができる。
以下、本態様の色素増感型太陽電池素子に用いられる各部材について説明する。
【００２７】
１．酸化物半導体層側基板
本態様における酸化物半導体層側基板とは、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する酸化物半導体層を有するものである。
【００２８】
以下、上記酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板、および酸化物半導体層についてそれぞれ説明する。
【００２９】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本態様に用いられる導電性基板と、後述する対向電極基板に用いられる導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には、基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板に金属基板を用いることが好ましい。電気抵抗の低い金属基板を用いることにより、発電効率を高めることができるからである。
以下、金属基板および透明導電性基板についてそれぞれ説明する。
【００３０】
（ａ）金属基板
本態様に用いられる金属基板は、金属層を有するものであれば特に限定されるものではない。具体的には金属層のみを有する場合と、基材と基材上に配置された金属層とを有する場合とが挙げられる。以下、各場合について説明する。
【００３１】
（ｉ）金属層のみを有する場合
上記金属層としては、金属基板として用いることができるのであれば特に限定されるものではなく、フレキシブル性を有するものであってもよいし、フレキシブル性を有しないものであってもよいが、金属基板の加工の容易性等を考慮すると、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。フレキシブル性を有する金属層としては、金属箔を挙げることができる。
なお、上記フレキシブル性の有無は、ＪＩＳＺ２２４８の金属材料曲げ試験方法をおこなって、５×１０３Ｎの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。
【００３２】
上記金属箔に用いられる金属材料としては、具体的には、銅、アルミニウム、チタン、クロム、タングステン、モリブデン、白金、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛、および鉄などの単体、ステンレス鋼などの上記金属の合金等が挙げられ、なかでも耐熱性の高いチタン等を用いることが好ましい。
【００３３】
上記金属箔の厚みとしては、上記多孔質層を形成することができる程度の自己支持性を有する範囲内であれば特に限定されるものではない。このような金属箔の厚みとしては、５μｍ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜５００μｍの範囲内であることがより好ましく、２０μｍ〜２００μｍの範囲内であることがさらに好ましい。
【００３４】
なお、フレキシブル性を有しない金属層としては、金属基板を挙げることができる。このような金属基板に用いられる金属材料については、上述した金属箔に用いられる金属材料と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記金属基板の膜厚については、一般的な電極基材に用いられる金属基板の膜厚と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３５】
（ｉｉ）基材と基材上に配置された金属層とを有する場合
上述した金属層および基材についてそれぞれ説明する。
【００３６】
（金属層）
上記金属層としては、後述する基材上に配置することにより、金属基板として用いることが可能であれば特に限定されるものではない。上記金属層としては、例えば、金属薄膜や金属板を挙げることができるが、この場合においては、金属薄膜であることがより好ましい。ここでの金属基板においては、基材上に配置された金属層をエッチングして、パターン状に形成する等の加工が可能であることから、上記金属層として金属薄膜を用いることにより、エッチングによる金属層のパターニングを容易に行うことが可能となる。また、フレキシブル性を有する基材上に金属薄膜を配置することにより、上記金属基板をフレキシブル性を有するものとすることができることから、加工性に優れた金属基板とすることが可能となる。なお、フレキシブル性の有無の判断については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３７】
このような金属薄膜の厚みとしては、後述する基材上に均一な膜厚で配置することが可能であれば特に限定されるものではない。上記金属薄膜の厚みとしては、０．００５μｍ〜１μｍの範囲内、なかでも０.０１０μｍ〜０．５μｍの範囲内、特に０．０２０μｍ〜０．３μｍの範囲内であることが好ましい。
【００３８】
上記金属薄膜に用いられる金属材料については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明した金属箔に用いられる金属材料と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００３９】
上記金属薄膜を後述する基材に配置する方法としては、上記金属薄膜を接着剤等を用いて基材上に配置する方法、基材上に直接上記金属薄膜を蒸着法等を用いて形成することにより配置する方法等を挙げることができる。上記接着剤等については、一般的な電極部材に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記蒸着法についても、金属薄膜を形成する際に一般的に用いられる方法と同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００４０】
なお、上述したように、金属層として金属板を用いることも可能である。上記金属板とは、後述する基材上に形成される金属層の内、フレキシブル性を有しないものである。
このような金属板については、「（ｉ）金属層のみを有する場合」の項で説明した金属基板と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、上記金属板を後述する基材上に配置する方法としては、例えば上記金属基板を接着剤等を用いて基材上に配置する方法等を挙げることができる。なお、上記接着剤等については、一般的な電極部材に用いられているものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【００４１】
（基材）
次に、基材について説明する。ここで用いられる基材としては、金属薄膜および多孔質層を支持することが可能な程度の自己支持性を有しているのであれば特に限定されるものではない。また、上記基材は透明性を有するものであってもよいし、透明性を有しないものであってもよい。
【００４２】
上記基材は可撓性を有するフレキシブル材であってもよく、または、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の可撓性を有さないリジッド材であってもよい。なかでも本発明に用いられる基材はフレキシブル材であることが好ましく、上記フレキシブル材のなかでもフィルム基材であることが好ましい。フィルム基材は加工性に優れ、製造コストの低減ができるからである。
【００４３】
上記フィルム基材としては、例えば、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂フィルム基材等を挙げることができ、なかでも二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）が好ましい。
【００４４】
また、基材の厚みは、本態様に用いられる金属基板の用途等に応じて適宜選択することができるものであるが、通常、５０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、特に７５μｍ〜１８００μｍの範囲内であることが好ましく、さらに１００μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。基材の厚みが上記範囲よりも薄いと、本態様に用いられる金属基板に十分な機械的強度を付与できない可能性があるからである。また基材の厚みが大きすぎると、本態様に用いられる金属基板の加工適性を損なう可能性があるからである。
【００４５】
（ｂ）透明導電性基板
本態様に用いられる透明導電性基板は、基材と透明導電膜とを有するものである。
以下、本態様に用いられる基材および透明導電膜について説明する。
（ｉ）基材
上記対向電極基板に用いられる基材について説明する。上記基材は、本発明により製造される色素増感型太陽電池素子が太陽光を受光する受光面に配置されるものであるため、太陽光に対する透過性を備えることが必要とされるものである。したがって上記基材としては、上述した増感色素の種類に応じて、上記増感色素の吸収波長に相当する太陽光を透過できるものであれば特に限定されない。
【００４６】
上記基材として、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂製フィルム基材を挙げることができる。なかでも本態様においては、上記樹脂製フィルム基材を用いることが好ましい。上記基材が樹脂製フィルム基材であることにより、可撓性を有する色素増感型太陽電池素子を提供できるからである。さらに、本態様においては上記樹脂製フィルム基材のなかでも、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることが好ましい。
【００４７】
（ｉｉ）透明導電膜
本態様に用いられる透明導電膜としては、透明性を有し、所定の導電性を有するものであれば特に限定されるものではない。このような透明導電膜に用いられる材料としては、金属酸化物、導電性高分子化合物材料等を挙げることができる。
【００４８】
上記金属酸化物としては、例えば、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、酸化インジウムにＳｎＯ２を添加した化合物（ＩＴＯ）、フッ素ドープしたＳｎＯ２（ＦＴＯ）、酸化インジウムにＺｎＯを添加した化合物（ＩＺＯ）、を挙げることができる。
一方、上記導電性高分子化合物材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリスチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等を挙げることができる。また、これらを２種以上混合して用いることもできる。
【００４９】
本態様に用いられる透明導電膜は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。複数の層が積層された構成としては、例えば、仕事関数が互いに異なる材料からなる層が積層された態様や、互いに異なる金属酸化物からなる層が積層された態様を挙げることができる。
【００５０】
本態様に用いられる透明導電膜の厚みは、通常、５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内が好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。厚みが上記範囲よりも厚いと、均質な透明導電膜を形成することが困難となる場合や全光線透過率が低下して良好な光電変換効率を得ることが難しくなる場合があり、また、厚みが上記範囲よりも薄いと、透明導電膜の導電性が不足する可能性があるからである。
なお、上記厚みは、透明導電膜が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
【００５１】
上記透明導電膜を上記基材上に形成する方法としては、一般的な導電膜の形成方法と同様とすることができるのでここでの記載は省略する。
【００５２】
（２）酸化物半導体層
本態様における酸化物半導体層は、上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有するものである。
【００５３】
以下、このような本態様に用いられる酸化物半導体層について説明する。本態様に用いられる酸化物半導体層は、多孔質層における金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有するものであり、上述した導電性基板上に形成され、かつ、後述する電解質層と接触するものである。以下、酸化物半導体層に用いられる多孔質層について説明する。
【００５４】
（ａ）多孔質層
本態様に用いられる多孔質層は、表面に増感色素が担持された金属酸化物半導体微粒子を有するものであり、上述した導電性基板上に形成され、かつ、後述する電解質層と接触するものである。
以下、上記多孔質層に用いられる金属酸化物半導体微粒子、および増感色素についてそれぞれ説明する。
【００５５】
（ｉ）金属酸化物半導体微粒子
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３等を挙げることができる。なかでも本態様においては、ＴｉＯ２からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。ＴｉＯ２は特に半導体特性に優れるからである。
【００５６】
本態様に用いられる金属酸化物半導体微粒子の平均粒径としては、通常、１ｎｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、特に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
【００５７】
（ｉｉ）増感色素
本態様に用いられる増感色素は、上述した多孔質層において金属酸化物半導体微粒子の表面に担持されているものである。
【００５８】
本態様に用いられる増感色素としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定はされない。このような増感色素としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、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、インドリン系、カルバゾール系の色素が挙げられる。本態様においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、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を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
【００５９】
本態様に用いられる上記増感色素は、例えば、黄系〜緑系の色相を有するルテニウム錯体、赤系の色相を有するクマリン系有機色素、青系の色相を有するメロシアニン系有機色素等あらゆる色相を有する増感色素があるため、これらの増感色素を上記金属酸化物半導体微粒子に担持させ、異なる色相を有する酸化物半導体層を形成し、後述する組合せを行うことでカラフルな模様やデザインを描くことが可能となる。
【００６０】
（ｂ）任意の成分
本態様に用いられる酸化物半導体層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本態様に用いられる任意の成分としては、例えば、樹脂を挙げることができる。上記酸化物半導体層に樹脂が含有されることにより、本態様に用いられる酸化物半導体層の脆性を改善することができるからである。
【００６１】
本態様において酸化物半導体層に用いることができる樹脂としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチルセルロース、カプロラクタン等を挙げることができる。
【００６２】
（ｃ）その他
本態様に用いられる酸化物半導体層の厚みは、本態様に用いられる色素増感型太陽電池素子の用途に応じて、適宜決定できるものであり、特に限定されるものではない。なかでも本発明における酸化物半導体層の厚みは、通常、１μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、特に３μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００６３】
（３）酸化物半導体層基板の組合せ
本態様に用いられる酸化物半導体層側基板は、上述した異なる色相を有する酸化物半導体層を有するものであり、色相が異なる上記酸化物半導体層を有する上記酸化物半導体層基板を複数組み合わされてなるものである。このような酸化物半導体層基板の組合せ方法としては、以下に示すような例を挙げることができる。
【００６４】
図３（ａ）方法１、（ｂ）方法２は、本態様における酸化物半導体層基板の組合せ方法の一例を示した工程図である。本態様に用いられる酸化物半導体層側基板１２は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成され、異なる色相を有する２種類の増感色素がそれぞれ担持された多孔質層を有する酸化物半導体層２３ａ、２３ｂとを有するものであり、上記２つの酸化物半導体層２３ａ、２３ｂを有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂが組み合わされてなることを特徴とするものである。
【００６５】
（方法１）
図３（ａ）方法１は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが直に接するように共通基材１０上に接着層６を介して貼り合わせる方法を示している。
【００６６】
このような方法１は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが接着層６を介して共通基材１０上に貼り合わされる方法であれば特に限定されるものではない。
例えば、方法１に用いられる共通基材１０は、酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂや接着層６の大きさや形状等に応じて適宜選択されるものであるが、上記共通基材１０は上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂよりも面積が小さいものであってもよく、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂよりも面積が大きいものであってもよい。すなわち、接着層６を介して貼り合わせる酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを、共通基材１０が支持して固定できるものであればよい。
【００６７】
（方法２）
図３（ｂ）は、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂの断面に接着層６を設けて、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを、接着層を介して貼り合わせる方法を示している。
【００６８】
このような方法２は、隣接する異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂがそれぞれ接触する面に接着層６を設けて、それぞれを貼り合わせることが可能であれば、特に限定されるものではない。
【００６９】
（その他の方法）
また、その他の方法として、図示はしないが、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層側基板が接触する断面に接着層を設けて複数の上記酸化物半導体層基板を貼り合わせ、さらに貼り合わせた上記酸化物半導体層基板を共通基材上に貼り合わせる方法を挙げることができる。この方法は、上述した方法１および方法２を合わせた方法である。
上述した方法以外にも、接着層を用いない方法として、異なる色相を有する酸化物半導体層基板を直に接するように配置し、異なる色相を有する酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板側に補強材等を用いて固定する方法等も挙げることができる。
【００７０】
本態様においては、図３（ａ）に示すような方法１が好ましい。図３（ａ）に示す方法１のように共通基材１０上に酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂを配置することで、より確実に上記酸化物半導体層基板を貼り合わせて固定することが可能であり、かつ図３（ｂ）に示す方法２、および上記方法１と上記方法２とを合わせた方法等に比べて酸化物半導体層基板を組み合わせる操作が簡易的であるからである。
【００７１】
本態様において、酸化物半導体層基板の組み合わせる際の各酸化物半導体層基板の配置としては、直に接するように配置しても良く、または酸化物半導体層基板の間に空隙ができた状態で配置してもよい。ここで、「直に接するように配置する」とは、酸化物半導体層基板が密着した状態で配置されていることを示す。また、酸化物半導体層基板の間に空隙が生じる場合の空隙の距離としては、例えば、２０００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、中でも５００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
【００７２】
しかしながら、図３(ａ)に示す方法１のように、酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂに含まれる導電性基板１において、上記導電性基板１が接着層６と接触する側の面に導電性を有さない透明基板等を用いた場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが密着した状態で配置されていることが好ましい。上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂを密着させた状態で配置することで、電気的に導通させることができるからである。
その他の方法としては、例えば、酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂのそれぞれに取り出し電極を設けることにより電気的に導通させる方法等が挙げられるが、太陽電池素子の設計やより高い光電変換効率を得る観点からは、隣接する複数個の酸化物半導体層基板の間に空隙が生じないように密着した状態で配置させることが好ましい。
【００７３】
（ａ）接着層
次に、異なる色相を有する酸化物半導体層基板を貼り合わせる場合に用いられる接着層について説明する。
使用される接着層としては、上記酸化物半導体層基板を接着できるものであれば特に限定されるものではない。また、接着層に用いる材料としては導電性を有するもの、または導電性を有さないものがあるが、それらは上記酸化物半導体層基板を貼り合わせる方法、また上述した酸化物半導体層基板の間の空隙の有無等に応じて適宜選択されるものである。
以下、導電性を有する接着層を好ましく用いる場合と、導電性を有さない接着層を用いることが可能である場合に分けて説明する。
【００７４】
（ｉ）導電性を有する接着層
まず、本発明において、導電性を有する接着層（以下、導電性接着層と称して説明する場合がある。）を用いて酸化物半導体層基板を貼り合わせる場合について説明する。
上述した図３（ａ）に示す方法１において、隣接する酸化物半導体層基板の間に空隙が生じる場合であって、導電性基板１が金属層のみを有する金属基板等の厚み方向にも導電性を有する場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂは接着層６および後述する共通基材１０を介して電気的に導通されることが好ましい。そのため、このような場合においては導電性を有する接着層を用いることが好ましい。
また、図３（ｂ）に示す方法２においては、隣接する上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが接触する面に接着層６が設けられているため、上記接着層６により貼り合わされた上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが上記接着層６を介して電気的に導通されていることが好ましい。そのため、図３（ｂ）に示す方法２における上記接着層６としは導電性を有するものを用いることが好ましい。
【００７５】
このような導電性を有する接着層の材料としては、接着層に所定の導電性を付与することが可能であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどの炭素化合物、銀、銅、ニッケル、アルミなどの金属化合物、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物化合物、ポリチオフェン、ポリエチレンスルフォン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）などの導電性高分子等を挙げることができる。これらの材料は、粒状や針状などの各種形状の微粒子にして、後述する導電性接着剤材料に分散させて用いることができる。また、導電性高分子などについては、後述する導電性接着剤材料に相溶させて用いることもできる。なお、本態様に用いられる導電性基板は透明性を有するものまたは透明性を有しない基材であることから、上記導電性材料としては、透明性を有するものまたは透明性を有しないもののいずれの導電性材料を適宜選択し用いられる。例えば、カーボンブラックやカーボンナノチューブなどの炭素化合物は、透明性を有しないが、樹脂に対する分散性が良好であり、比較的安価に入手できるので、本発明において好ましく用いることができる。
【００７６】
上記導電性接着剤層の固形分成分中の上記導電性材料の濃度（質量％）としては、本態様の色素増感型太陽電池素子を作製した際に、発電を行うことができる程度の導電性を有することができる程度であれば特に限定されるものではないが、２０質量％〜９５質量％の範囲内、なかでも３０質量％〜８５質量％の範囲内、特に４０質量％〜７５質量％の範囲内であることが好ましい。上記導電性材料の濃度が上記範囲を超える場合は、導電性接着剤を用いて、上記導電性基板を共通基材、もしくは導電性基板同士を良好に接着することが困難となる可能性があるからである。また、上記導電性材料の濃度が上記範囲に満たない場合は、導電性接着剤が十分な導電性を有しないことから、本態様の色素増感型太陽電池素子の発電効率を低下させる可能性があるからである。
【００７７】
本態様に用いられる導電性接着層としては、上述した導電性材料を含有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば上記導電性材料を含有するヒートシール剤であってもよいし、また例えば、上記導電性材料を含有する両面テープであってもよい。
【００７８】
上記導電性接着層がヒートシール剤である場合は、上記導電性接着層は、上記導電性材料の他に、通常、接着性樹脂を含有するものである。
また、上記接着性樹脂としては、上記導電性基板を上述した共通基材、もしくは酸化物半導体層側基板同士を接着することが可能であれば特に限定されるものではないが、所定の温度で融解する樹脂であることが好ましい。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が５０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましく、特に６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、さらに６５℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本態様の色素増感型太陽電池素子を屋外で使用した場合に、酸化物半導体層側基板と上記共通基材、もしくは酸化物半導体層側基板同士の間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、上記酸化物半導体層側基板に含まれる導電性基板に用いられている金属材料によっては、熱によるダメージを受ける場合があるからである。
【００７９】
本態様に用いられる接着性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ（メタ）アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アイオノマー樹脂等を挙げることができる。また、本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、特開２００６−３１０２５６号公報に記載されたものを挙げることができる。本態様においては、これらの接着性樹脂のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでも接着性、電解液に対する耐性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。
【００８０】
（ｉｉ）導電性を有さない接着層
次に、本態様において、導電性を有さない接着層を用いて酸化物半導体層基板を貼り合わせることが可能である場合について説明する。
図３（ａ）に示す方法１において、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが、互いの間に空隙をつくることなく密着した状態で共通基材１０上に配置されている場合には、上記酸化物半導体層基板１２ａおよび１２ｂが電気的に導通するため、導電性を有する接着層を用いて上記共通基材１０を介して電気的に接続されていなくてもよい。また、各酸化物半導体層基板が個別に取り出し電極層を有する場合も同様である。このような、上記場合においては導電性を有さない接着層を用いることが可能である。なお、高い変換効率を得るという観点から、上記場合においても導電性を有する接着層を用いることがより好ましい。
【００８１】
このような導電性を有さない接着層に用いられる接着性樹脂としては、上記導電性基板を上述した共通基材、もしくは酸化物半導体層基板同士を接着することが可能であれば特に限定されるものではないが、所定の温度で融解する樹脂であることが好ましい。なかでも本発明に用いられる接着性樹脂は融点が５０℃〜２００℃の範囲内であることが好ましく、特に６０℃〜１８０℃の範囲内であることが好ましく、さらに６５℃〜１５０℃の範囲内であることが好ましい。融点が上記範囲よりも低いと、例えば、本態様の色素増感型太陽電池素子を屋外で使用した場合に、酸化物半導体層基板と上記共通基材、もしくは酸化物半導体層基板同士の間の密着性が十分に保持されない可能性があるからである。また、融点が上記範囲よりも高いと、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板に用いられている金属材料によっては、熱によるダメージを受ける場合があるからである。
【００８２】
本態様に用いられる接着性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、エチレン−プロピレンゴム等のポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチルセルロース、トリ酢酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリ（メタ）アクリル酸とそのエステルとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アイオノマー樹脂等を挙げることができる。また、本発明に用いられる接着性樹脂としては、例えば、特開２００６−３１０２５６号公報に記載されたものを挙げることができる。本態様においては、これらの接着性樹脂のいずれであっても好適に用いることができるが、なかでも接着性、電解液に対する耐性及び転写性の点から、ポリオレフィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、および酸変性樹脂が好ましい。
【００８３】
（ｉｉｉ）その他
本発明に用いられる接着層は導電性を有するか否かにかかわらず、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤からなる群から選ばれる少なくとも１種の添加剤を含有することが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、長期にわたって安定した機械強度、黄変防止、ひび割れ防止、優れた加工適性を得ることができるからである。
【００８４】
上記光安定化剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種を補足し、光酸化を防止するものである。具体的には、ヒンダードアミン系化合物、ヒンダードピペリジン系化合物などの光安定化剤が挙げられる。
【００８５】
上記紫外線吸収剤は、太陽光中の有害な紫外線を吸収して、分子内で無害な熱エネルギーへと変換し、接着層に用いられる熱可塑性樹脂中の光劣化開始の活性種が励起されるのを防止するものである。具体的には、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サルチレート系、アクリロニトリル系、金属錯塩系、ヒンダードアミン系、および超微粒子酸化チタン（粒子径：０．０１μｍ〜０．０６μｍ）もしくは超微粒子酸化亜鉛（粒子径：０．０１μｍ〜０．０４μｍ）などの無機系等の紫外線吸収剤が挙げられる。
【００８６】
上記熱安定剤としては、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、ビス［２，４−ビス（１，１−ジメチルエチル）−６−メチルフェニル］エチルエステル亜リン酸、テトラキス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）［１，１−ビフェニル］−４，４´−ジイルビスホスフォナイト、およびビス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ペンタエリスリトールジフォスファイト等のリン系熱安定剤；８−ヒドロキシ−５，７−ジ−ｔ−ブチル−フラン−２−オンとｏ−キシレンとの反応生成物等のラクトン系熱安定剤などを挙げることができる。リン系熱安定剤とラクトン系熱安定剤とを併用することが好ましい。
【００８７】
上記酸化防止剤は、接着層に用いられる熱可塑性樹脂の酸化劣化を防止するものである。具体的には、フェノール系、アミン系、イオウ系、リン系、およびラクトン系などの酸化防止剤が挙げられる。
【００８８】
これらの光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤および酸化防止剤は、それぞれ１種単独で用いてもよく、あるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００８９】
さらに、本発明に用いられる他の化合物としては上記以外に、架橋剤、分散剤、レベリング剤、可塑剤、消泡剤等を挙げることができる。
【００９０】
このような接着層の形状としては、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板と上記共通基材、もしくは上記導電性基板同士の間の密着性が十分に保持される程度の厚さや面積等に応じて適宜選択されるものである。例えば、図３（ａ）に示す方法１の場合においては、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂおよび共通基材１０の３点に接するような形状であればよい。本態様においては、中でも接着面の全面を覆うような形状であることが好ましい。より確実に酸化物半導体層基板を貼り合わせて固定することができるからである。
【００９１】
本態様に用いられる接着層の厚みは、接着層を構成する接着性樹脂の種類に応じて、必要な接着力を発現できる範囲内であれば特に限定されないが、通常、５μｍ〜３００μｍの範囲内であることが好ましく、特に１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。接着層の厚みが上記範囲よりも薄いと所望の接着力を得ることができない場合があり、また厚みが上記範囲よりも厚いと、接着層により層間接着強度を十分に発現させるために過剰な加熱が必要となり、基材などへの熱ダメージが大きくなる場合があるからである。
【００９２】
（ｂ）共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せの際に、必要に応じて用いられる共通基材について説明する。
本態様に用いられる共通基材は、図３（ａ）に示す方法１のように、異なる色相を有する酸化物半導体層基板１２ａ、１２ｂを貼り合わせて支持するものである。
このような共通基材としては、上記酸化物半導体層基板を支持できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、導電性を有する共通基材および導電性を有さない共通基材を挙げることができる。以下、それぞれの場合について説明する。
【００９３】
（ｉ）導電性を有する共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せに用いる共通基材として、導電性を有する基材を採用する場合について説明する。
上記導電性を有する共通基材を採用する場合には、例えば、図３（ａ）に示す方法１において、例えば、導電性基板１が金属層のみからなる場合の厚み方向に導電性を有する場合に特に有用であり、このような場合には接着層６および共通基材１０を介して電気的に導通することが好ましい。このように、共通基材１０を介して電気的に導通させる場合には、上記共通基材１０は導電性を有するものを好適に用いる。
【００９４】
上記導電性を有する共通基材としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板、または、金属基板等を挙げることができる。本発明においては、上記共通基板に金属基板を用いることが好ましい。電気抵抗の低い金属基板を用いることにより、発電効率を高めることができるからである。
なお、上記共通基材に用いられる透明導電性基板および金属基板についての詳しい説明については、「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【００９５】
（ｉｉ）導電性を有さない共通基材
本態様における酸化物半導体層基板の組合せに用いる共通基材として、導電性を有さない基材を採用することが可能である場合について説明する。
上記導電性を有さない共通基材を採用する場合には、例えば、図３（ａ）に示す方法１において、例えば、導電性基板１が金属層のみからなる場合等の厚み方向に導電性を有する場合に特に有用であり、または、隣接する酸化物半導体層基板の接合面に接着層が設けられ、それぞれを貼り合わせることにより電気的に導通し、さらに電気的に導通した上記酸化物半導体層基板を共通基材上に接着層を介して貼り合わせた、図３（ａ）に示す方法１および図３（ｂ）に示す方法２を合わせたような方法を用いて、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の組合せを行う場合等が挙げられる。
【００９６】
上記導電性を有さない共通基材としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレートフィルム（ＰＥＮ）、ポリカーボネートフィルム（ＰＣ）からなる樹脂製基板、ガラス、金属酸化物等を挙げることができる。
【００９７】
なお、上記共通基材が導電性を有するか否かにかかわらず、上記酸化物半導体層基板が受光面となる場合には、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板を支持する共通基材は透明性を有するものが好ましい。
【００９８】
また、このような共通基材の形状は、上述した酸化物半導体層基板および接着層の形状や大きさに応じて適宜選択されるが、酸化物半導体層基板を貼り合わせて支持することが可能であれば特に限定されない。
【００９９】
本態様に用いられる上記共通基材の厚みとしては、本態様の色素増感型太陽電池素子の用途や酸化物半導体層側基板の厚み等に応じて適宜選択されるものであるが、具体的には、１０μｍ〜２０００μｍの範囲内であることが好ましく、中でも２５μｍ〜１８００μｍの範囲内であることが好ましく、特に５０μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。
【０１００】
このように、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の組合せとしては、隣接する酸化物半導体層基板の間の空隙の有無、上記酸化物半導体層基板に含まれる導電性基板の構成、また接着層の位置と性質、共通基材の材質等に応じて適宜調整されるものである。
【０１０１】
２．電解質層
本態様に用いられる電解質層は、酸化還元対を含むものである。以下、本態様に用いられる電解質層について説明する。
【０１０２】
本態様における電解質層に用いられる酸化還元対としては、一般的に色素増感型太陽電池素子の電解質層に用いられているものであれば特に限定はされるものではない。なかでも本態様に用いられる酸化還元対は、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。
【０１０３】
上記酸化還元対として本態様に用いられるヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、例えば、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物と、Ｉ２との組合せを挙げることができる。さらに、上記臭素および臭化物の組合せとしては、例えば、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物と、Ｂｒ２との組合せを挙げることができる。
【０１０４】
本態様における電解質層には、上記酸化還元対以外のその他の化合物として、架橋剤、光重合開始剤、増粘剤、常温融解塩等の添加剤を含有していてもよい。
【０１０５】
電解質層は、ゲル状、固体状または液体状のいずれの形態からなる電解質層であってもよい。電解質層をゲル状とした場合には、物理ゲルと化学ゲルのいずれであってもよい。ここで、物理ゲルは物理的な相互作用により室温付近でゲル化しているものであり、化学ゲルは架橋反応などにより化学結合でゲルを形成しているものである。また、電解質層を液体状とした場合には、例えば、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸プロピレンなどを溶媒とし、酸化還元対を含んだものや、同じくイミダゾリウム塩をカチオンとするイオン性液体を溶媒とすることができる。さらに、電解質層を固体状とした場合には、酸化還元対を含まずにそれ自身が正孔輸送剤として機能するものであればよく、例えばＣｕＩ、ポリピロール、ポリチオフェンなどを含む正孔輸送剤であってもよい。
【０１０６】
このような電解質層の膜厚としては、特に限定はされないが、上記酸化物半導体層が連通孔を有する多孔質であることが好ましいことから、このような酸化物半導体層内に充填されて電解質層が形成されている場合には、酸化物半導体層の膜厚も含めて２μｍ〜１００μｍの範囲内、その中でも、２μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲よりも膜厚が薄ければ酸化物半導体層と対向電極と接触しやすくなるため短絡の原因となり、上記範囲よりも膜厚が厚ければ内部抵抗が大きくなり性能低下につながるからである。
【０１０７】
３．対向電極基板
本態様に用いられる対向電極基板は、導電性基板を有し、上記酸化物半導体層側基板と電解質層を介して対向するように配置されたものである。
以下、本態様に用いられる導電性基板について説明する。
【０１０８】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本発明に用いられる導電性基板と、上述した酸化物半導体層側基板に用いられる導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、対向電極基板に用いられる導電性基板に透明導電性基板を用いることが好ましい。なお、金属基板および透明導電性基板についての詳しい説明は、「１．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」の項に記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１０９】
（２）その他
本態様に用いられる対向電極基板には、必要に応じて触媒層が形成されるものである。以下、本態様に用いられる触媒層について説明する。
【０１１０】
上記対向電極基板に触媒層が形成されていることにより、本態様の色素増感型太陽電池素子をより発電効率に優れたものにすることができる。このような触媒層の例としては、例えば、上記対向電極基板上にＰｔを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡ）、パラトルエンスルホン酸（ＰＴＳ）およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。
【０１１１】
このような触媒層の膜厚としては、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、なかでも１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内、特に１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１１２】
Ｂ．第２態様
本態様は、本発明の有機太陽電池素子が有機薄膜太陽電池素子である態様である。
【０１１３】
図４は本態様の有機薄膜太陽電池素子の一例を示す概略斜視図である。有機薄膜太陽電池素子２００は、導電性基板１と、上記導電性基板１上に形成された光電変換層５１とを有する光電変換層側基板５２上に、対向電極基板１３が順次積層されたものである。
【０１１４】
ここで本態様においては、上記光電変換機能層が光電変換層となる。以下、光電変換機能層を光電変換層とし、光電変換機能層基板を光電変換層基板とし、光電変換機能層側基板を光電変換層側基板とする。
【０１１５】
本態様によれば、光電変換層側基板が、色相が異なる複数の光電変換層を有する上記光電変換層基板が組み合わされてなることにより、複数の色相を用いることができ、意匠性に優れた有機薄膜太陽電池素子とすることができる。また、複数の上記光電変換層基板を組み合わせるため、異なる色相を有する層間に隔壁を用いる必要がなくなる、すなわち発電効率に寄与しない光電変換層がなくなるため、発電効率が高い有機薄膜太陽電池素子とすることができる。
以下、本態様の有機薄膜太陽電池素子に用いられる各部材について説明する。
【０１１６】
１．光電変換層側基板
本態様における光電変換層側基板は、導電性基板、および上記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換層を有するものである。以下、本態様に用いられる光電変換層側基板について説明する。
【０１１７】
（１）導電性基板
本態様に用いられる導電性基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。また、本態様に用いられる導電性基板と、後述する対向電極基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。例えば、透明性を有さない場合は、金属層を有する金属基板を挙げることができ、また、透明性を有する場合には基材と、上記基材上に透明導電膜とを有する透明導電性基板を挙げることができる。本発明においては、光電変換層基板に用いられる導電性基板に金属基板を用いることが好ましい。なお、金属基板および透明導電性基板についての詳しい説明は、「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （１）導電性基板」に記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１１８】
（２）光電変換層
本態様における光電変換層は、導電性基板上に形成され、異なる色相を有するものである。以下、本態様に用いられる光電変換層について説明する。
【０１１９】
本態様に用いられる光電変換層は、上記導電性基板および後述する対向電極基板の間に形成されるものであり、電子供与性材料と電子受容性材料とを含有するものである。光電変換層は、有機薄膜太陽電池素子の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する。
【０１２０】
電子供与性材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子はいわゆるπ共役高分子であり、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系から成り立っており、半導体的性質を示すものである。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利である。また、導電性高分子材料は、導電性高分子材料を溶媒に溶解もしくは分散させた塗工液を用いることで湿式塗工法により容易に成膜可能であることから、大面積の有機薄膜太陽電池素子を高価な設備を必要とせず低コストで製造できるという利点がある。
【０１２１】
電子供与性の導電性高分子材料としては、例えば、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポルフィリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体、あるいは、フタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等を挙げることができる。
【０１２２】
上記の中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フェニレンエチニレン−チオフェン共重合体、フェニレンエチニレン−フルオレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好ましく用いられる。これらは、多くの電子受容性材料に対して、エネルギー準位差が適当であるからである。
【０１２３】
また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性材料等を用いることもできる。中でも、電子供与性化合物もしくは電子受容性化合物がドープされた導電性高分子材料が好ましく用いられる。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利であり、また、電子供与性化合物や電子受容性化合物をドープすることによりπ共役主鎖中に電荷が発生し、電気伝導度を大きく増大させることが可能であるからである。
【０１２４】
上記電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述した電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばＦｅＣｌ３（III）、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｓＦ６やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。
【０１２５】
本態様に用いられる上記光電変換層の膜厚としては、一般的にバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において採用されている膜厚を採用することができる。具体的には、０．２ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは１ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内である。膜厚が上記範囲より厚いと、光電変換層における体積抵抗が高くなる場合があるからである。一方、膜厚が上記範囲より薄いと、光を十分に吸収できなかったり、電極間で短絡が生じたりする場合があるからである。
【０１２６】
本態様の有機薄膜太陽電池素子の色相は、上述した光電変換層に含まれる電子供与性材料および電子受容性材料により異なる。上記光電変換層に太陽光が入射すると、上記電子供与性材料および上記電子受容性材料の吸収波長に対応した波長の太陽光が吸収され、吸収されなかった波長領域における光源のみが現れる。このように、様々な色相を有する上記光電変換層を用いて上記光電変換層側基板を形成し、後述する組合せを行うことでカラフルな模様やデザインを描くことが可能となる。
【０１２７】
（３）光電変換層基板の組合せ
本態様に用いられる光電変換層基板の組合せ方法について説明する。
本態様に用いられる光電変換層側基板は、導電性基板と、上記導電性基板上に形成された光電変換層とを有するものであり、異なる色相を有する光電変換層基板が複数組み合わされて配置されていることを特徴とするものである。例えば、異なる色相を有する複数の光電変換層基板が直に接するように共通基材上に接着層を介して貼り合わせる方法、または、異なる色相を有する複数の光電変換層基板の断面に接着層を配置し、異なる色相を有する複数の光電変換層基板を直に接するように貼り合わせる方法等を挙げられる。その他にも、異なる色相を有する光電変換層基板を直に接するように配置し、導電性基板側に補強材等を用いて固定する方法等を挙げることができるが、本発明においては、異なる色相を有する複数の光電変換層基板が直に接するように共通基材上に接着層を用いて貼り合わせる方法が好ましい。
以下、光電変換層基板の組合せについての詳しい説明は「Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （３）酸化物半導体層基板の組合せ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１２８】
２．対向電極基板
本態様に用いられる対向電極基板は、光電変換層上に形成され、上記導電性基板と対向するように配置されたものである。本態様における対向電極基板としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。
また、本態様に用いられる対向電極基板と上述した導電性基板とは、少なくともいずれか一方が透明性を有する基板である。
以下、透明性を有する場合と有さない場合とに分けて説明する。
【０１２９】
（１）透明性を有する場合
本態様に用いられる対向電極基板としては、導電性を有し、透明性を有するものであれば特に限定されるものではない。透明性を有する対向電極基板としては、基板上に透明導電膜が形成されたものが挙げられる。
以下、基材と透明導電膜について説明する。
（ｉ）基材
上記対向電極基板に用いられる基材について説明する。上記基材は、本発明により製造される有機薄膜太陽電池素子が太陽光を受光する受光面に配置されるものであるため、太陽光に対する透過性を備えることが必要とされるものである。したがって上記基材としては、後述する光電変換層の吸収波長に相当する太陽光を透過できるものであれば特に限定されない。
【０１３０】
上記基材として、例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等のフレキシブル性のない透明なリジット材、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）フィルム、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）フィルム、ポリイミド（ＰＩ）フィルム、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂製フィルム基材を挙げることができる。なかでも本態様においては、上記樹脂製フィルム基材を用いることが好ましい。上記基材が樹脂製フィルム基材であることにより、フレキシブル性を有する有機薄膜太陽電池素子を提供できるからである。さらに、本態様においては上記樹脂製フィルム基材のなかでも、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）、ポリエステルナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いることが好ましい。
【０１３１】
（ｉｉ）透明導電膜
本態様に用いられる透明導電膜の構成材料としては、導電性および透明性を有するものであれば特に限定されなく、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ等を挙げることができる。中でも、上述した導電性基板の構成材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば導電性基板の構成材料を仕事関数の低い材料とした場合には、上記透明導電膜の構成材料は仕事関数の高い材料であることが好ましい。導電性および透明性を有し、かつ仕事関数の高い材料としては、ＩＴＯが好ましく用いられる。
【０１３２】
本態様に用いられる上記透明導電膜は、単層であってもよく、また異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
上記透明導電膜の膜厚としては、単層である場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄いと、透明導電膜のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚いと、全光線透過率が低下し、光電変換効率を低下させる可能性があるからである。
【０１３３】
（２）透明性を有さない場合
本態様に用いられる対向電極基板としては、導電性を有し、遮光性を有するものであれば特に限定されるものではない。
【０１３４】
本態様の対向電極基板としては、フレキシブル性を有するものであってもよいし、フレキシブル性を有しないものであってもよいが、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。フレキシブル性を有することにより、有機薄膜太陽電池にフレキシブル性を付与することが可能となり、加工性に優れたものとすることができるからである。
なお、上記フレキシブル性の有無は、ＪＩＳＺ２２４８の金属材料曲げ試験方法をおこなって、５×１０３Ｎの力をかけたときに曲がるか否で判断することができる。
【０１３５】
上記対向電極基板に用いられる材料としては、導電性および遮光性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、反射性を有するものが好ましい。また、導電性基板を仕事関数が高い材料を用いて形成した場合には、対向電極基板は仕事関数が低い材料を用いて形成することが好ましい。具体的に仕事関数が低い材料としては、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、ＬｉＦ等を挙げることができる。
【０１３６】
対向電極基板は、単層であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
対向電極基板の膜厚は、単層である場合にはその膜厚が、複数層からなる場合には各層を合わせた総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、対向電極基板のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性がある。
【０１３７】
対向電極基板の形成方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができる。
【０１３８】
ＩＩ．有機太陽電池素子の製造方法
本発明の有機太陽電池素子の製造方法は２つの態様に分けることができ、以下、それぞれの態様について説明する。
【０１３９】
Ａ．第１態様
本発明の第１態様について説明する。
本発明の第１態様は、色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、切断された上記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、上記導電性基板と上記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とする態様である。
【０１４０】
図５は、本発明の第１態様における有機太陽電池素子の製造工程を示す工程図である。なお、本態様は色素増感型太陽電池素子および有機薄膜太陽電池素子の製造工程として適用することができる。
【０１４１】
本態様によれば、有機太陽電池素子の製造方法において、異なる色相を有する２つ以上の光電変換機能層を有する光電変換機能層基板を準備する工程と、上記光電変換機能層基板から所定の形状の複数の断片に切断する工程と、その断片を単一の基材上に組み合わせる工程により、複数の色相が異なる光電変換機能層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
以下、本態様の有機太陽電池素子の製造方法における、本態様の各工程についてそれぞれ説明する。
【０１４２】
１．光電変換機能層基板の準備工程
本態様における光電変換機能層基板の準備工程について説明する。本工程は、色素増感型太陽電池素子を製造する場合と、有機薄膜太陽電池素子を製造する場合とで製造方法が異なるため、以下、色素増感型太陽電池素子の場合、および有機薄膜太陽電池素子の場合とに分けてそれぞれ説明する。
【０１４３】
（１）色素増感型太陽電池素子の場合
本工程は、異なる色相を有する酸化物半導体層を有する酸化物半導体層基板を準備する準備工程であり、色素増感型太陽電池素子の場合、上記金属酸化物半導体微粒子に上記増感色素を担持させる工程である。
【０１４４】
上記増感色素を坦持させる処理を施す方法としては、上記金属酸化物半導体微粒子に増感色素を坦持させることが可能な方法であれば特に限定はされない。例えば、増感色素の溶液に金属酸化物半導体微粒子を有する多孔質層を浸漬させ、浸透させた後、乾燥させる方法や、増感色素の溶液を上記多孔質層上に塗布し、両者に浸透させた後、乾燥させる方法等を挙げることができる。
【０１４５】
本態様においては、上述した増感色素を担持させる酸化物半導体層基板の準備工程以外にも、必要な工程を適宜選択して追加することができる。
【０１４６】
（２）有機薄膜太陽電池素子の場合
本工程は、異なる色相を有する光電変換層を有する光電変換層基板を準備する準備工程である。
【０１４７】
上記光電変換層の形成方法としては、例えば、光電変換層用塗工液を塗布することが挙げられる。光電変換層用塗工液としては、上述した光電変換層に好適な材料を溶剤に溶解もしくは分散させることにより調製することができる。上記溶剤としては、「Ｉ．有機太陽電池素子 Ｂ．第２態様 １．光電変換層側基板」の項に記載した材料を溶解もしくは分散できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、水等を挙げることができる。また、上記光電変換層形成用塗工液には、上述した材料および溶剤に加えて、種々の添加剤を加えることができる。上記光電変換層形成用塗工液の塗布法としては、透明電極層上に塗布することができる方法であれば特に限定するものではなく、例えば、スピンコート法、ダイコート法、キャスト法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット法等が挙げられる。中でも、光電変換層形成用塗工液の塗布方法は、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能である方法であることが好ましい。主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法としては、例えば、ダイコート法、ビードコート法、バーコート法、グラビアコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を挙げることができる。印刷法は有機薄膜太陽電池の大面積化を図るために好適である。
【０１４８】
上記光電変換層形成用塗工液の塗布後は、形成された塗膜を乾燥する乾燥処理を施しても良い。光電変換層形成用塗工液に含有される溶媒等を早期に除去することにより、生産性を向上させることができるからである。乾燥処理の方法としては、例えば、加熱乾燥、送風乾燥、真空乾燥、赤外線加熱乾燥等、一般的な乾燥方法を用いることができる。
【０１４９】
２．光電変換機能層基板の切断工程
本態様の光電変換機能層基板の切断工程について説明する。
なお、本工程においては、１つ、または２つ以上の光電変換機能層基板を切断し、複数の断片を作製することができる。
【０１５０】
本工程における切断方法としては、光電変換機能層基板を切断可能な方法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、カッター切断、ラッピング切断、プレスによる切断等の機械的切断、ガス溶断、ウォータージェット切断、レーザー切断、プラズマ切断、ワイヤカット等を挙げることができる。
【０１５１】
３．光電変換機能層基板の組合せ工程
本態様の光電変換機能層基板の組合せ工程について説明する。本態様においては、切断された複数の光電変換機能層基板を組み合わせて文字・図形・模様等のデザインを描くことが可能な方法であれば、特に限定されない。本発明に用いられる光電変換層基板の組合せ工程についての詳しい説明は、「Ｉ．有機太陽電池素子 Ａ．第１態様 １．酸化物半導体層側基板 （３）酸化物半導体層基板の組合せ」および「Ｉ．有機太陽電池素子 Ｂ．第２態様 （３）光電変換層基板の組合せ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。
【０１５２】
４．対向電極基板配置工程
本態様の対向電極配置工程について説明する。本態様においては、導電性基板と光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する工程である。なお、本工程においては、一般的な方法を用いることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１５３】
Ｂ．第２態様
本発明の第２態様について説明する。
本発明の第２態様は、導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、上記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、上記切断された酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、上記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と上記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、上記導電性基板と上記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、を有することを特徴とするものである。
【０１５４】
図６は、本発明の第２態様における有機太陽電池素子の製造工程を示す工程図である。なお、本工程は色素増感型太陽電池素子に適用することができる。
【０１５５】
本態様によれば、有機太陽電池素子の製造方法において、導電性基板上に、異なる色相を有する酸化物半導体層が形成された１つ、または２つ以上の酸化物半導体層基板を準備する工程と、上記酸化物半導体層基板から所定の形状の複数の断片に切断する工程と、その断片にそれぞれ異なる色相を有する増感色素を担持して、異なる色相を有する複数の酸化物半導体層基板を形成する工程とにより、上記担持工程で得られた複数の酸化物半導体層基板を用いて文字・図形・模様などのデザインを描くことが可能となる。また、色素領域を限定して色を塗り分けるなどの操作がなくなることにより、簡易的かつ意匠性の高い有機太陽電池素子を製造することができる。
以下、本発明の色素増感型太陽電池素子の製造方法における、本態様の各工程についてそれぞれ説明する。
【０１５６】
１．酸化物半導体層基板の準備工程
本態様の酸化物半導体基板の準備工程について説明する。本工程における具体的方法としては、例えば特開２００５−１６６６４８号公報に記載された方法等の一般的に酸化物半導体基板の製造方法として公知の方法を用いることができるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１５７】
２．酸化物半導体層基板の切断工程
本態様の酸化物半導体層基板の切断工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 ２．光電変換機能層基板の切断工程」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの記載は省略する。なお、本工程においては、１つ、または２つ以上の酸化物半導体層基板を切断することにより複数の断片を作製できるが、１つの酸化物半導体層基板を切断して複数の断片を作製する方が好ましい。後述する組合せ工程において一致度が高まるからである。
【０１５８】
３．増感色素を担持する担持工程
本態様の増感色素を担持する担持工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 １．光電変換機能層基板の準備工程 （１）色素増感型太陽電池素子の場合」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１５９】
４．酸化物半導体層側基板の組合せ工程
本態様の酸化物半導体層基板の組合せ工程について説明する。本態様においては、「Ａ．第１態様 ３．光電変換機能層基板の組合せ工程」の項で説明したものと同様とすることができるのでここでの説明は省略する。
【０１６０】
５．電解質層形成工程
本態様の電解質形成工程について説明する。本態様は、酸化物半導体層上に電解質層を形成する工程である。なお、本態様においては、一般的な方法を用いることができるので、ここでの説明は省略する。
【０１６１】
６．対向電極基板配置工程
本態様の対向電極基板配置工程について説明する。本態様は、導電性基板と電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する工程である。なお、本態様においては、一般的な方法を用いることができるため、ここでの説明は省略する。
【０１６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１６３】
以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
【０１６４】
［実施例１］
実施例１の有機太陽電池素子は、色素増感型太陽電池素子である。なお、上記色素増感型太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第１態様に基づいて作製した。
【０１６５】
（酸化物半導体層形成用インキの調製）
金属酸化物半導体微粒子（日本エアロジル社製、商品名：Ｐ２５）５ｇをエタノール１６．７ｇに投入し、さらにアセチルアセトン０．２５ｇ、及びジルコニアビーズ（φ１．０ｍｍ）２０ｇを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン（日本触媒社製、商品名：Ｋ−３０）を０．２５ｇ添加して酸化物半導体層形成用のインキを調製した。
【０１６６】
（酸化物半導体層基板の形成）
上記作製した酸化物半導体層形成用インキを、導電性基板である２枚のチタン箔上にドクターブレード法により塗布し、その後、１２０℃で乾燥させることで、多数の金属酸化物半導体微粒子を含む膜厚９μｍの層を形成した。その金属酸化物半導体微粒子の層にロールプレス機で０．１ｔ／ｃｍの線圧を加えた。プレス後、５００℃で３０分間焼成した。
これにより２枚の酸化物半導体層基板を得た。
【０１６７】
（増感色素の担持）
次に、増感色素として２種類の有機色素（三菱製紙社製、商品名：Ｄ３５８、およびＤ１３１）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリル、およびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素担持用塗工液を調製した。この色素担持用塗工液に対し、上述の金属酸化物半導体微粒子の層を形成した２枚の酸化物半導体層基板をそれぞれの色素溶液に１枚ずつ３時間浸漬させた。その後、色素担持用塗工液から引き上げ、金属酸化物半導体微粒子に付着した色素担持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、金属酸化物半導体微粒子の細孔表面に増感色素を担持させて酸化物半導体層を形成し、酸化物半導体層基板を得た。
【０１６８】
（酸化物半導体層基板の切断）
上記異なる増感色素を担持させた２枚の酸化物半導体層基板を所定の形に切り分けた。
【０１６９】
（酸化物半導体層基板の再配置）
上記異なる色素を浸漬した２枚の酸化物半導体層基板をチタン箔上に導電性両面テープを介して貼り合わせ、所定の図柄を有する１枚の酸化物半導体層側基板を形成した。
【０１７０】
（電解質層形成用塗工液の調製）
カチオン性ヒドロキシセルロース（ダイセル化学社製、商品名：ジェルナーＱＨ２００）０．１４ｇをエタノール２．７２ｇに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを０．０４３ｇ加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、およびＩ２を０．０２５ｇ加えて、攪拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な電解質層形成用塗工液を調製した。
【０１７１】
（固体電解質層の形成）
上述した酸化物半導体層側基板上に、電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
【０１７２】
（対向電極基板の作製）
ＰＥＮフィルム上にＩＴＯ膜が形成された透明導電膜を用意し、そのＩＴＯ膜上に白金を厚み１３Å（透過率７２％）で積層することにより、対向電極基板を作製した。
【０１７３】
（貼り合わせ）
酸化物半導体層側基板上に形成された固体電解質層上に、対向電極基板を配置することにより、色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１７４】
（封止）
作製した色素増感型太陽電池素子を充填材で挟み、１１０℃でラミネートすることにより封止した。
【０１７５】
［実施例２］
実施例２の有機太陽電池素子は、有機薄膜太陽電池素子である。なお、上記有機薄膜太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第１態様に基づいて作製した。
【０１７６】
（光電変換層基板の作製）
基材は、厚さが約１２５μｍのＰＥＮフィルムとした。透明導電膜は、膜厚が約１５０ｎｍで、シート抵抗が約２０Ω／□の透明電極とした。ＩＴＯ膜の反応性イオンプレーティングの条件は、パワーが約３．７ｋＷ、酸素分圧が約７３％、成膜圧力が０．３Ｐａ、成膜速度が約１５０ｎｍ／分、基板温度が約２０℃とした。次いで、形成された基板をアセトン、基板洗浄液、及びイソプロパノール（ＩＰＡ）等を用いて洗浄した。
スピンコート法によりポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェンを分散した導電性高分子ペーストを基板上に成膜した。成膜した導電性高分子ペーストを約１５０℃で約３０分間乾燥させ正孔取出し層を形成した。正孔取出し層の膜厚は、約１００ｎｍである。上記工程により、２枚の電極基板を得た。
【０１７７】
次に、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）及びフェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）をクロロベンゼン等の溶媒に溶解させ、固形分濃度が約１．４重量％の第1光電変換層用塗工液を準備した。スピンコート法により、準備した塗工溶液を正孔取出し層上に回転数約６００ｒｐｍの条件で塗布して光電変換層を形成した。この第１光電変換層の吸収波長領域は緑色光領域であり、第１光電変換層では赤色の光が透過し、赤色に見えた。次いで、温度約１５０℃のホットプレート上で、電極、正孔取出し層、光電変換層が形成された基板を加熱乾燥した。
【０１７８】
次に、ポリ[２−メトキシ−５−（３‘，７’−ジメチルオクチルオキシ)−１,４−フェニレンビニレン]（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）とＣ６０を主体とするＰＣＢＭ（Ｃ６０ＰＣＢＭ）をクロロベンゼンに溶解させ、固形分濃度１．４ｗｔ％の第２光電変換層用塗工液を準備した。スピンコート法により、準備した塗工溶液を正孔取出し層上に回転数約６００ｒｐｍの条件で塗布して光電変換層を形成した。この第２光電変換層の吸収波長領域は青色光領域であり、第２光電変換層では橙色の光が透過し、橙色に見えた。次に、温度約１５０℃のホットプレート上で、電極、正孔取出し層、光電変換層が形成された基板を加熱乾燥した。上記工程により、２枚の光電変換層基板を得た。
【０１７９】
（対向電極基板の作製）
対向電極基板の導電性基板は、上記光電変換層側基板と同様に作製したＩＴＯ／ＰＥＮフィルムとした。次いで、形成された導電性基板をアセトン、基板洗浄液、及びイソプロパノール（ＩＰＡ）等を用いて洗浄した。次に、導電性基板のＩＴＯ上にＡｌを真空蒸着法により成膜して対向電極基板を形成した。Ａｌの膜厚は約１００ｎｍとした。
【０１８０】
（光電変換層基板の切断）
色相が異なる上記光電変換層を有する２枚の光電変換層基板を所定の形に切り分けた。
【０１８１】
（光電変換層基板の再配置）
所定の形に切り分けた色相が異なる上記光電変換層を有する２枚の光電変換層基板を、導電性接着材層を介して貼り合わせて、所定の図柄を有する１枚の光電変換層側基板を形成した。
【０１８２】
（貼り合わせ）
光電変換層側基板上に対向電極基板を配置し、熱プレスすることで有機薄膜太陽電池素子を得た。
【０１８３】
［実施例３］
実施例３の有機太陽電池素子は、色素増感型太陽電池素子である。なお、上記色素増感型太陽電池素子は、上述した有機太陽電池素子の製造方法の第２態様に基づいて作製した。
【０１８４】
（酸化物半導体層形成用インキの調製）
金属酸化物半導体微粒子（日本エアロジル社製、商品名：Ｐ２５）５ｇをエタノール１６．７ｇに投入し、さらにアセチルアセトン０．２５ｇ、及びジルコニアビーズ（φ１．０ｍｍ）２０ｇを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン（日本触媒社製、商品名：Ｋ−３０）を０．２５ｇ添加して酸化物半導体層形成用のインキを調製した。
【０１８５】
（酸化物半導体層の形成）
上記作製した酸化物半導体層形成用インキを、導電性基板であるチタン箔上にドクターブレード法により塗布し、その後、１２０℃で乾燥させることで、多数の金属酸化物半導体微粒子を含む膜厚９μｍの層を形成した。その金属酸化物半導体微粒子の層にロールプレス機で０．１ｔ／ｃｍの線圧を加えた。プレス後、５００℃で３０分間焼成した。
【０１８６】
（酸化物半導体層基板の切断）
上記金属酸化物半導体微粒子の層を形成したチタン箔を所定の形に２つに切り分けた。
【０１８７】
（増感色素の担持）
次に、増感色素として赤色の有機色素（三菱製紙社製、商品名：Ｄ３５８）と黄色の有機色素(三菱製紙社製、商品名：Ｄ１３１）を、濃度が３．０×１０−４ｍｏｌ／ｌとなるようにアセトニトリル、およびｔｅｒｔ−ブチルアルコールの体積比１：１溶液に溶解させて色素担持用塗工液を調製した。この色素担持用塗工液に対し、上述の金属酸化物半導体微粒子の層を形成した２枚の酸化物半導体層基板をそれぞれの色素溶液に１枚ずつ３時間浸漬させた。その後、色素担持用塗工液から引き上げ、金属酸化物半導体微粒子に付着した色素担持用塗工液をアセトニトリルにより洗浄後、風乾した。これにより、金属酸化物半導体微粒子の細孔表面に増感色素を担持させて酸化物半導体層を形成し、２枚の酸化物半導体層基板を得た。
【０１８８】
（酸化物半導体層基板の再配置）
上記異なる色素を浸漬した２枚の酸化物半導体層基板をチタン箔上に導電性両面テープを介して貼り合わせ、所定の図柄を有する１枚の酸化物半導体層側基板を形成した。
【０１８９】
（電解質層形成用塗工液の調製）
カチオン性ヒドロキシセルロース（ダイセル化学社製、商品名：ジェルナーＱＨ２００）０．１４ｇをエタノール２．７２ｇに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを０．０４３ｇ加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート（ＥＭＩｍ−Ｂ（ＣＮ）４）０．１８ｇ、１−プロピル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド（ＰＭＩｍ−Ｉ）０．５ｇ、およびＩ２を０．０２５ｇ加えて、攪拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な電解質層形成用塗工液を調製した。
【０１９０】
（固体電解質層の形成）
上述した酸化物半導体層上に、電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、１２０℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
【０１９１】
（対向電極基板の作製）
ＰＥＮフィルム上にＩＴＯ膜が形成された透明導電膜を用意し、そのＩＴＯ膜上に白金を厚み１３Å（透過率７２％）で積層することにより、対向電極基板を作製した。
【０１９２】
（貼り合わせ）
酸化物半導体層側基板上に形成された固体電解質層上に、対向電極基板を配置することにより、色素増感型太陽電池素子を得た。
【０１９３】
（封止）
作製した色素増感型太陽電池素子を充填材で挟み、１１０℃でラミネートすることにより封止した。
【０１９４】
（電池性能の評価）
作製した色素増感型太陽電池素子について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、入射光強度１００ｍＷ／ｃｍ２）を光源として、対向電極基板側から入射させ、ソースメジャーユニット（ケースレー２４００型）を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流密度６ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧０．７Ｖ、曲線因子０．６８、変換効率２．９％特性を示した。
【０１９５】
作製した有機薄膜太陽電池素子について、擬似太陽光（ＡＭ１．５、入射光強度１００ｍＷ／ｃｍ２）を光源として、光電変換機能層側基板側から入射させ、ソースメジャーユニット（ケースレー２４００型）を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流密度６ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧０．８Ｖ、曲線因子０．５５、変換効率３．０％特性を示した。
【符号の説明】
【０１９６】
１ … 導電性基板
１０ … 共通基材
１２ … 酸化物半導体層側基板
１２ａ、１２ｂ … 酸化物半導体層基板
１３ … 対向電極基板
２１ … 多孔質層
２２、２２ａ、２２ｂ … 増感色素
２３、２３ａ、２３ｂ … 酸化物半導体層
４ … 電解質層
５１ … 光電変換層
５２ … 光電変換層側基板
６ … 接着層
１００ … 色素増感型太陽電池素子
２００ … 有機薄膜太陽電池素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板、および前記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、前記導電性基板と前記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、
前記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、前記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子。
【請求項２】
前記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池素子。
【請求項３】
前記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、
前記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機太陽電池素子。
【請求項４】
前記有機太陽電池素子が、有機薄膜太陽電池素子であり、
前記光電変換機能層が、光電変換層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機太陽電池素子。
【請求項５】
色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、
前記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、
切断された前記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、
前記導電性基板と前記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、
を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、
前記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、
切断された前記酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、
前記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と
前記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、
前記導電性基板と前記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、
を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法。
【請求項１】
導電性基板、および前記導電性基板上に形成され、異なる色相を有する光電変換機能層を有する光電変換機能層側基板と、前記導電性基板と前記光電変換機能層を介して対向するように配置された対向電極基板とを有する、有機太陽電池素子であって、
前記光電変換機能層側基板は、一の光電変換機能層を有する一の光電変換機能層基板と、前記一の光電変換機能層と色相が異なる他の光電変換機能層を有する他の光電変換機能層基板とが複数組み合わされてなることを特徴とする有機太陽電池素子。
【請求項２】
前記色相が異なる複数の光電変換機能層が直に接するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池素子。
【請求項３】
前記有機太陽電池素子が、色素増感型太陽電池素子であり、
前記光電変換機能層が、金属酸化物半導体微粒子の表面に担持された増感色素を有する酸化物半導体層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機太陽電池素子。
【請求項４】
前記有機太陽電池素子が、有機薄膜太陽電池素子であり、
前記光電変換機能層が、光電変換層であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機太陽電池素子。
【請求項５】
色相が異なる光電変換機能層を各導電性基板上に形成し、異なる色相を有する光電変換機能層基板を複数準備する準備工程と、
前記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を、所定の形状に切断する切断工程と、
切断された前記異なる色相を有する複数の光電変換機能層基板を組み合わせる組合せ工程と、
前記導電性基板と前記光電変換機能層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、
を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
導電性基板上に酸化物半導体層を形成して酸化物半導体層基板を準備する準備工程と、
前記酸化物半導体層基板を、所定の形状に切断して複数の断片を形成する切断工程と、
切断された前記酸化物半導体層基板の複数の断片に、それぞれが異なる色相となるように複数種類の増感色素を担持して、異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を形成する担持工程と、
前記担持工程で得られた前記異なる色相を有する酸化物半導体層基板の複数の断片を組み合わせる組合せ工程と
前記酸化物半導体層上に電解質層を形成する電解質層形成工程と、
前記導電性基板と前記電解質層を介して対向するように対向電極基板を配置する対向電極基板配置工程と、
を有することを特徴とする有機太陽電池素子の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４８００（Ｐ２０１３−４８００Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５４６５（Ｐ２０１１−１３５４６５）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]