色素増感型光電変換素子
【課題】複数の金属線を網目状に編まれてなる布状構造の作用極を有する光電変換素子において、光電変換特性を向上させる。
【解決手段】導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材８および第２基材９が網目状に編まれてなる領域からなる作用極５と、第１基材８または第２基材９の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線４と、集電用配線４の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部３とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、集電部３は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材３１と集電用配線４とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、複数の外周基材３１の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする色素増感型光電変換素子１を提供する。
【解決手段】導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材８および第２基材９が網目状に編まれてなる領域からなる作用極５と、第１基材８または第２基材９の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線４と、集電用配線４の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部３とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、集電部３は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材３１と集電用配線４とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、複数の外周基材３１の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする色素増感型光電変換素子１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池などに用いられる光電変換素子に関する。より詳しくは、光電変換効率に優れた構造を有する色素増感型光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、非特許文献１を参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上にスズドープ酸化インジウムやフッ素ドープ酸化スズといった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。したがって、このような透明導電性基板を用いていない、全く新しい構造の色素増感型太陽電池が実現するならば、太陽電池の大幅な低価格化が可能であるとして研究開発が進められている。
【０００３】
これらの解決手段として、金属線を発電部の作用極に用いる新規な素子構造（特許文献１、２、３、４参照）が提案されている。しかし、これらの構造においては、作用極に金属線を採用したがゆえに、大面積の太陽電池モジュールの構成が困難となり、本来、色素増感型光電変換素子が有する、大面積化が容易であるという利点を損なう結果となった。そのため、上記の利点を損なうことのない素子構造の開発が必要とされている。
大面積素子を可能とする構造として、特許文献５に記載されたようなものがある。この構造は、例えば作用極をなす金属線を、複数の金属線が網目状に編まれてなる布状構造としたものであって、このような構造の作用極を用いることによって、大面積素子を構成するとともに、フレキシブルな構造の色素増感型光電変換素子の提供を可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８１６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１６９１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１６３７０号公報
【特許文献５】特開２００８−３１１１２１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、色素増感型光電変換素子の作用極を複数の金属線が網目状に編まれてなる布状構造とした場合、作用極において発生した電子の集電する際の構成は、作用極を構成する複数の金属線のうち任意の金属線の末端部分をセルの外部に引き出す構成であった。
この構成は、互いに直交する金属線の重複部における金属線どうしの抵抗が、無視できるほど小さい場合は問題とはならない。しかし実際は、金属線に塗布される酸化チタンや、作用極と対極の間に介在する電解液の影響により、金属線どうしの接触が不十分となり、作用極の抵抗が上昇するという現象が見られた。この結果、作用極で発生した電子の集電効率が低下し、ひいては光電変換素子の光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の金属線を網目状に編まれてなる布状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、その光電変換特性の大幅な向上を実現する光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、前記集電部は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、該複数の外周基材の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材または前記第２基材の一方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材および前記第２基材の両方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項３において、前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材および前記第２基材の両方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項５において、前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、色素増感型光電変換素子が、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域とからなる作用極と、第１基材および／または第２基材の一端側および／または両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部をまとめて電気的に接続する集電部とを有するものとしたため、網目状の作用極を構成する第１基材および／または第２基材の全て基材から直接集電することが可能になるため、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
本発明によれば、作用極を線状の複数の基材が網目状に編まれた構成にするとともに、集電部においても線状の複数の基材が網目状に編まれた構成としたため、基材を織る工程において作用極の作製と同時に集電部を作製するため、より短時間で簡単に集電部の構造を作製することができる。また、集電部をより薄く形成することが可能となる。
また、集電部を網目状とすることによって、集電部を構成する基材の一部に断線が発生した場合においても、他の部分によって集電が実施されるため、より信頼性の高い集電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の分解斜視図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の概略構成図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の概略構成図である。
【図６】本発明に係る第４の実施形態の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の光電変換素子を示す概略構成図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、光電変換素子の断面図である。また、図３は、光電変換素子の分解斜視図である。
【００１２】
図１、図２に示すように、本実施形態の光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた第１集電部３（集電部）とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する第１集電用配線４（集電用配線）を介して第１集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の布状構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。布状構造の作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９と、該第１基材８と第２基材９の周囲に配され色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成されており、該多孔質酸化物半導体層１３は、増感色素とともに電解質１８をも含浸している。
第１基材８と第２基材９とはともに線状をなし、これら第１基材８と第２基材９とが網目状に編まれることで矩形の布状構造をなしている。
【００１３】
対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を介して作用極５と重ね合わされている。また対極６は、第１集電部３と対となる接続部６ａを有しており、この接続部６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、２枚のフィルム１４により挟まれており、２枚のフィルム１４内は電解質１８で満たされている。発電部２は４辺において、熱圧着部１２によって封止されており、これにより電解質１８がフィルム１４内に封入されている。
【００１４】
作用極５を構成する複数の第１基材８の全ては、作用極５より延長されることで外方へ引き出され第１集電用配線４となり、外部において第１集電部３を有している。
第１集電部３は、第１集電用配線４を構成する第１基材８と、導電性を有する複数の第１外周基材３１（外周基材）とから構成されている。第１外周基材３１は線状をなしており、第１集電用配線４と網目状に編まれてなる部位をなす構造を有している。また、第１外周基材３１は、その両端側がこの網目状に編まれてなる部位から長手方向に延在している。
【００１５】
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
第１基材８、第２基材９、および第１外周基材３１は直径０．０５ｍｍのＴｉからなるワイヤである。作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる構造を有している。第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが十分接触するように編まれ、矩形をなす布状構造を有している。
第１基材８としてはＴｉに限ることはなく、ＷやＰｔなど耐食性の高い金属およびそれらの合金も使用可能である。また、導電性を有し、かつ、電解質１８に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材を、例えば、Ｔｉなどによって被覆したＴｉ被覆金属線なども第１機材８として用いられる。
以下、Ｔｉ被覆金属線としてＴｉ被覆Ｃｕ線の製造方法の一例を記す。
まず、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕ銅線を挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得る。
このような第１基材８の太さ（直径）は、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、第１基材８の太さは細いほどよい。
【００１６】
発電部２において、周囲の４辺のうち図１における側方に位置する辺をそれぞれ第１辺２０、第２辺２１とし、図１における上下に位置する辺をそれぞれ第３辺２２、第４辺２３とすると、各第２基材９は、第３辺２２から第４辺２３まで延在しているとともに、複数の第２基材９が第１辺２０から第２辺２１まで、所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、第３辺２２から第４辺２３まで所定本数列設されているとともに、第１辺２０から第１集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。
延長された第１基材８は、所定位置で第１外周基材３１と互いに交差するように網目状に編まれることで、集電構造を形成する。第１外周基材３１は、第１基材８と編まれることによって布状構造をなすように、３本以上からなることが好ましい。第１外周基材３１は、第１集電部３からその長手方向に延在しており、この延在部の任意の位置で集電が実施される。
【００１７】
第１基材８および第２基材９のうち、布状構造をなす部分には、その表面に多孔質酸化物半導体層１３が配されており、その表面には少なくとも一部に増感色素及び電解質１８が担持されている。第１基材８のうち、集電用配線部４には多孔質酸化物半導体層１３が配されることはない
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体は、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。この酸化チタンの膜厚は約５μｍとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、１μｍ〜５０μｍであってよい。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体としては酸化チタンに限ることはなく、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）など様々な半導体電極が制限なく使用可能である。
【００１８】
増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等の有機色素などを適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
【００１９】
多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子及び導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
【００２０】
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
また、揮発性電解質溶液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。
【００２１】
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４−，ＰＦ６−，（ＨＦ）ｎ−、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
【００２２】
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する科学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２３】
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００２４】
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。
また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。
特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２５】
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。
【００２６】
対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となるＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。
対極６の構成は、上述したようなＰｔ被膜Ｔｉ板に限るものではなく、Ｐｔ板、またはＰｔを被膜した金属板であってよい。あるいは、カーボン板、またはカーボンを被膜した金属板であってよい。
対極６の厚みは約４０μｍ、膜の厚みは３０ｎｍとするとよいが、電流を流すことができ、触媒能を発揮できる厚みであればこれに限定されることはない。
【００２７】
作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなるセパレータ１０が挿入されている。セパレータ１０の材質は、ポリエチレンなどのポリオレフィンであり、厚さは２０μｍ以下であることが好ましいが、電解液に耐え、作用極５と対極６とを絶縁可能であれば、これらに限定はされない。
【００２８】
さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムで形成されたフィルム１４に挟まれる構成となっており、これにより電解質１８を封止している。
フィルム１４は、作用極５の布状構造部分、および対極６と略同形状の矩形形状をなしており、その４辺において熱圧着部１２が形成されている。
【００２９】
上述したような構成の光電変換素子１は、集電部３に電気機器などを接続導体を介して接続した場合、透光性のフィルム１４を介して太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が著しく向上する。
また、発電部２は、布状構造の作用極５、薄板状の対極６、およびＰＥＴからなるフィルム１４の組合せであるため、フレキシブル性に優れた光電変換素子の製造が可能となる。また、光電変換素子１の薄型化も可能となる。
また、第１基材８と第２基材９とからなる作用極５を互いに交差するように網目状に編む際、同時に第１集電部３を網目状に編むことによって、より短時間で作用極５と集電部３を形成することが可能となる。
また、複数の第１外周基材３１のそれぞれが、複数の第１基材８と網目状に編まれることで、第１基材８および／または第１外周基材３１の一部に断線が発生した場合においても、他の部分によって集電が実施されるため、より信頼性の高い集電が可能となる。
また、第１基材８の両側から集電することが可能となるため、より光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態に係る光電変換素子第２の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３１】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図４における左右方向両側に延在し、発電部２の左右方向に第１集電部３と第２集電部４１が設けられていること以外は、第１実施形態とほぼ同様である。
すなわち、本実施形態の第１基材８は、発電部２の両側方の外部で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８の両端部は、第１集電部３と第２集電部４１を構成している。第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造である。また、第２集電部４１は、第１基材８（第１集電用配線４）と第２外周基材３２とが網目状に編まれている構造である。
【００３２】
この実施形態によれば、第１基材８の全てから電子が直接集電されるともに、発電部２の両側方から集電することが可能となるため、第１実施形態と比較して、さらに光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【００３３】
＜第３実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係る光電変換素子の第３の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３４】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図５における左右方向の右側に延在するとともに、第２集電用配線５１が発電部２の図５における上下方向の上側に延在し、発電部２の図５における右側と上側に第１集電部３と第３集電部４２が設けられていること以外は、第１実施形態とほぼ同様である。
すなわち、本実施形態の光電変換素子は、第１基材８および第２基材９が、発電部２の外部で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８（第１集電用配線）および第２基材９の端部は、それぞれ第１集電用配線４と第２集電用配線５１を構成している。
第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造である。また、第３集電部４２は、第２基材９（第２集電用配線５１）と第３外周基材３３とが網目状に編まれている構造である。さらに、第１外周基材３１と第３外周基材３３とは、第１交差部４４において、網目状に編まれている。
【００３５】
この実施形態によれば、第１基材８の全てが外方へ引き出されるとともに、第２基材９の全てが外方へ引き出され、第１基材８と第２基材９とが集電用配線４、５１を有するものとしたため、第１基材８および第２基材９の全てから電子を取り出すことが可能となり、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
また、複数の第１外周基材３１と複数の第３外周基材とが互いに網目状に編まれる構成としたため、集電構造の形成が容易となる。
【００３６】
＜第４実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態に係る光電変換素子第４の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３７】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図６における左右方向の両側方に延在するとともに、第２集電用配線５１が発電部２の図６における上下方向の両方向に延在し、発電部２の図６における両側方に第１集電部３と第２集電部４１が、発電部２の図５における上下側に第３集電部４２と第４集電部４３が設けられている。
すなわち、本実施形態の光電変換素子は、第１基材８および第２基材９が、発電部２の外部、かつ図６における上下左右側で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８（第１集電用配線）および第２基材９の端部は、それぞれ第１集電用配線４と第２集電用配線５１を構成している。
第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造であり、第２集電部４１は第１基材８と第２外周基材３２とが網目状に編まれているこうぞうである。また、第３集電部４２は、第２基材９（第２集電用配線５１）と第３外周基材３３とが網目状に編まれている構造であり、第４集電部４３は、第２基材９と第４外周基材３４とが網目状に編まれている構造である。
さらに、集電部を構成する４つの基材である、第１外周基材３１、第２外周基材３２、第３外周基材３３、および第４外周基材３４は、それぞれ交差する位置で互いに網目状に編まれる構成となっている。すなわち、第１外周基材３１と第３外周基材３３とは、第１交差部４４において、網目状に編まれている。同様に、第１外周基材３１と第４外周基材３４とは、第２交差部４５において、網目状に編まれている。第２外周基材３２と第３外周基材３３とは、第３交差部４６において、網目状に編まれている。第２外周基材３２と第４外周基材３４とは、第４交差部４７において網目状に編まれている。
【００３８】
この実施形態によれば、第１基材８の全てが外方へ引き出されるとともに、第２基材９の全てが外方へ引き出され、第１基材８と第２基材９とが集電用配線４、５１を有するものとしたため、第１基材８および第２基材９の全てから電子を取り出すことが可能となり、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
発電部２の図６における上下左右全方向から集電することが可能となるため、第３実施形態と比較して、さらに光電変換効率が向上するという効果が得られる。
また、集電部を構成する４つの基材である、第１外周基材３１、第２外周基材３２、第３外周基材３３、および第４外周基材３４が、それぞれ交差する位置で互いに網目状に編まれる構成となっているため、集電構造の形成が容易となる。
【００３９】
（実施例）
図６に示す構造の光電変換素子を作製した。
まず、直径０．０５０ｍｍのＴｉ線を、図６のように織機により密な平織り構造に製織した。縦横のＴｉ線が織り重ねられる矩形部分（布状部）のサイズは５ｃｍ×５ｃｍとし、Ｔｉ線の本数は縦横それぞれ９００本とした。
４箇所の集電部を構成するＴｉ線の本数はそれぞれ１８０本とし、集電部の幅は１ｃｍとした。
【００４０】
この布状部をＴｉＯ２ペースト（触媒化成製、PST-21NR）中に浸漬した後に引き上げて仮乾燥（完全に乾燥させない状態）させた。その後、電気炉にて５００℃、１時間焼結して多孔質ＴｉＯ２膜付きＴｉ布状部を得た。ＴｉＯ２の膜厚はおよそ１５μｍであった。なお、作用極を構成する布状部（５ｃｍ×５ｃｍ）以外の部分は、ペーストへの浸漬の際には、テープなどによりマスキングを行うことによって、ＴｉＯ２が形成されるのは、布状部のみとなった。
【００４１】
次に、上記電極を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般には
Ｎ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置してＴｉＯ２表面に色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄し、これを作用極とした。
【００４２】
一方、三元ＲＦスパッタ装置を用いて５ｃｍ×５ｃｍの矩形Ｔｉ板上にＰｔを蒸着させたものを対極とした。作用極と対極とは、厚さ１２μｍのセパレータを介して重ね合わせた。
【００４３】
ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムを２枚重ね、この２枚のフィルムの間に作用極と対極を挟んでＰＥＴフィルム外周部を熱圧着により結合し、発電部のセルを形成した。
セル内に、メトキシアセトニトリルを溶媒とする揮発性電解質を注入した。最後に電解液注入部を熱圧着することによって、発電部を封止した。
【００４４】
以上のようにして作製された光電変換素子に、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）にて光を照射し、電流電位曲線を測定した。その結果、光電変換効率は、２．５％であった。
また、この光電変換素子を折り曲げてみたところ、変換効率は変動することがなく、一定値を維持した。
以上のことから、フレキシブル性に富む、光電変換効率の良好な光電変換素子を提供できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…光電変換素子、２…発電部、３…第１集電部、４…第１集電用配線、５…作用極、６…対極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１１…集電線、１２…熱圧着部、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…フィルム、１５…布状構造部、１８…電解質、３１…第１外周基材、３２…第２外周基材、３３…第３外周基材、３４…第４外周基材、４１…第２集電部、４２…第３集電部、４３…第４集電部、５１…第２集電用配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池などに用いられる光電変換素子に関する。より詳しくは、光電変換効率に優れた構造を有する色素増感型光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、非特許文献１を参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上にスズドープ酸化インジウムやフッ素ドープ酸化スズといった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。したがって、このような透明導電性基板を用いていない、全く新しい構造の色素増感型太陽電池が実現するならば、太陽電池の大幅な低価格化が可能であるとして研究開発が進められている。
【０００３】
これらの解決手段として、金属線を発電部の作用極に用いる新規な素子構造（特許文献１、２、３、４参照）が提案されている。しかし、これらの構造においては、作用極に金属線を採用したがゆえに、大面積の太陽電池モジュールの構成が困難となり、本来、色素増感型光電変換素子が有する、大面積化が容易であるという利点を損なう結果となった。そのため、上記の利点を損なうことのない素子構造の開発が必要とされている。
大面積素子を可能とする構造として、特許文献５に記載されたようなものがある。この構造は、例えば作用極をなす金属線を、複数の金属線が網目状に編まれてなる布状構造としたものであって、このような構造の作用極を用いることによって、大面積素子を構成するとともに、フレキシブルな構造の色素増感型光電変換素子の提供を可能とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８１６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１６９１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１６３７０号公報
【特許文献５】特開２００８−３１１１２１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、色素増感型光電変換素子の作用極を複数の金属線が網目状に編まれてなる布状構造とした場合、作用極において発生した電子の集電する際の構成は、作用極を構成する複数の金属線のうち任意の金属線の末端部分をセルの外部に引き出す構成であった。
この構成は、互いに直交する金属線の重複部における金属線どうしの抵抗が、無視できるほど小さい場合は問題とはならない。しかし実際は、金属線に塗布される酸化チタンや、作用極と対極の間に介在する電解液の影響により、金属線どうしの接触が不十分となり、作用極の抵抗が上昇するという現象が見られた。この結果、作用極で発生した電子の集電効率が低下し、ひいては光電変換素子の光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の金属線を網目状に編まれてなる布状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、その光電変換特性の大幅な向上を実現する光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、前記集電部は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、該複数の外周基材の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材または前記第２基材の一方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材および前記第２基材の両方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項３において、前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項１において、前記第１基材および前記第２基材の両方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の色素増感型光電変換素子は、請求項５において、前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、色素増感型光電変換素子が、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域とからなる作用極と、第１基材および／または第２基材の一端側および／または両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部をまとめて電気的に接続する集電部とを有するものとしたため、網目状の作用極を構成する第１基材および／または第２基材の全て基材から直接集電することが可能になるため、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
本発明によれば、作用極を線状の複数の基材が網目状に編まれた構成にするとともに、集電部においても線状の複数の基材が網目状に編まれた構成としたため、基材を織る工程において作用極の作製と同時に集電部を作製するため、より短時間で簡単に集電部の構造を作製することができる。また、集電部をより薄く形成することが可能となる。
また、集電部を網目状とすることによって、集電部を構成する基材の一部に断線が発生した場合においても、他の部分によって集電が実施されるため、より信頼性の高い集電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態の分解斜視図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態の概略構成図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の概略構成図である。
【図６】本発明に係る第４の実施形態の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態の光電変換素子を示す概略構成図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、光電変換素子の断面図である。また、図３は、光電変換素子の分解斜視図である。
【００１２】
図１、図２に示すように、本実施形態の光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた第１集電部３（集電部）とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する第１集電用配線４（集電用配線）を介して第１集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の布状構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。布状構造の作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９と、該第１基材８と第２基材９の周囲に配され色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成されており、該多孔質酸化物半導体層１３は、増感色素とともに電解質１８をも含浸している。
第１基材８と第２基材９とはともに線状をなし、これら第１基材８と第２基材９とが網目状に編まれることで矩形の布状構造をなしている。
【００１３】
対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を介して作用極５と重ね合わされている。また対極６は、第１集電部３と対となる接続部６ａを有しており、この接続部６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、２枚のフィルム１４により挟まれており、２枚のフィルム１４内は電解質１８で満たされている。発電部２は４辺において、熱圧着部１２によって封止されており、これにより電解質１８がフィルム１４内に封入されている。
【００１４】
作用極５を構成する複数の第１基材８の全ては、作用極５より延長されることで外方へ引き出され第１集電用配線４となり、外部において第１集電部３を有している。
第１集電部３は、第１集電用配線４を構成する第１基材８と、導電性を有する複数の第１外周基材３１（外周基材）とから構成されている。第１外周基材３１は線状をなしており、第１集電用配線４と網目状に編まれてなる部位をなす構造を有している。また、第１外周基材３１は、その両端側がこの網目状に編まれてなる部位から長手方向に延在している。
【００１５】
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
第１基材８、第２基材９、および第１外周基材３１は直径０．０５ｍｍのＴｉからなるワイヤである。作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる構造を有している。第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが十分接触するように編まれ、矩形をなす布状構造を有している。
第１基材８としてはＴｉに限ることはなく、ＷやＰｔなど耐食性の高い金属およびそれらの合金も使用可能である。また、導電性を有し、かつ、電解質１８に対して電気化学的に不活性な材質からなる線状基材を、例えば、Ｔｉなどによって被覆したＴｉ被覆金属線なども第１機材８として用いられる。
以下、Ｔｉ被覆金属線としてＴｉ被覆Ｃｕ線の製造方法の一例を記す。
まず、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕ銅線を挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得る。
このような第１基材８の太さ（直径）は、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、第１基材８の太さは細いほどよい。
【００１６】
発電部２において、周囲の４辺のうち図１における側方に位置する辺をそれぞれ第１辺２０、第２辺２１とし、図１における上下に位置する辺をそれぞれ第３辺２２、第４辺２３とすると、各第２基材９は、第３辺２２から第４辺２３まで延在しているとともに、複数の第２基材９が第１辺２０から第２辺２１まで、所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、第３辺２２から第４辺２３まで所定本数列設されているとともに、第１辺２０から第１集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。
延長された第１基材８は、所定位置で第１外周基材３１と互いに交差するように網目状に編まれることで、集電構造を形成する。第１外周基材３１は、第１基材８と編まれることによって布状構造をなすように、３本以上からなることが好ましい。第１外周基材３１は、第１集電部３からその長手方向に延在しており、この延在部の任意の位置で集電が実施される。
【００１７】
第１基材８および第２基材９のうち、布状構造をなす部分には、その表面に多孔質酸化物半導体層１３が配されており、その表面には少なくとも一部に増感色素及び電解質１８が担持されている。第１基材８のうち、集電用配線部４には多孔質酸化物半導体層１３が配されることはない
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体は、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。この酸化チタンの膜厚は約５μｍとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、１μｍ〜５０μｍであってよい。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体としては酸化チタンに限ることはなく、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）など様々な半導体電極が制限なく使用可能である。
【００１８】
増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等の有機色素などを適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
【００１９】
多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子及び導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
【００２０】
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
また、揮発性電解質溶液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。
【００２１】
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４−，ＰＦ６−，（ＨＦ）ｎ−、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
【００２２】
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する科学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２３】
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００２４】
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。
また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。
特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２５】
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。
【００２６】
対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となるＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。
対極６の構成は、上述したようなＰｔ被膜Ｔｉ板に限るものではなく、Ｐｔ板、またはＰｔを被膜した金属板であってよい。あるいは、カーボン板、またはカーボンを被膜した金属板であってよい。
対極６の厚みは約４０μｍ、膜の厚みは３０ｎｍとするとよいが、電流を流すことができ、触媒能を発揮できる厚みであればこれに限定されることはない。
【００２７】
作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなるセパレータ１０が挿入されている。セパレータ１０の材質は、ポリエチレンなどのポリオレフィンであり、厚さは２０μｍ以下であることが好ましいが、電解液に耐え、作用極５と対極６とを絶縁可能であれば、これらに限定はされない。
【００２８】
さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムで形成されたフィルム１４に挟まれる構成となっており、これにより電解質１８を封止している。
フィルム１４は、作用極５の布状構造部分、および対極６と略同形状の矩形形状をなしており、その４辺において熱圧着部１２が形成されている。
【００２９】
上述したような構成の光電変換素子１は、集電部３に電気機器などを接続導体を介して接続した場合、透光性のフィルム１４を介して太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が著しく向上する。
また、発電部２は、布状構造の作用極５、薄板状の対極６、およびＰＥＴからなるフィルム１４の組合せであるため、フレキシブル性に優れた光電変換素子の製造が可能となる。また、光電変換素子１の薄型化も可能となる。
また、第１基材８と第２基材９とからなる作用極５を互いに交差するように網目状に編む際、同時に第１集電部３を網目状に編むことによって、より短時間で作用極５と集電部３を形成することが可能となる。
また、複数の第１外周基材３１のそれぞれが、複数の第１基材８と網目状に編まれることで、第１基材８および／または第１外周基材３１の一部に断線が発生した場合においても、他の部分によって集電が実施されるため、より信頼性の高い集電が可能となる。
また、第１基材８の両側から集電することが可能となるため、より光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【００３０】
＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態に係る光電変換素子第２の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３１】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図４における左右方向両側に延在し、発電部２の左右方向に第１集電部３と第２集電部４１が設けられていること以外は、第１実施形態とほぼ同様である。
すなわち、本実施形態の第１基材８は、発電部２の両側方の外部で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８の両端部は、第１集電部３と第２集電部４１を構成している。第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造である。また、第２集電部４１は、第１基材８（第１集電用配線４）と第２外周基材３２とが網目状に編まれている構造である。
【００３２】
この実施形態によれば、第１基材８の全てから電子が直接集電されるともに、発電部２の両側方から集電することが可能となるため、第１実施形態と比較して、さらに光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【００３３】
＜第３実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態に係る光電変換素子の第３の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３４】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図５における左右方向の右側に延在するとともに、第２集電用配線５１が発電部２の図５における上下方向の上側に延在し、発電部２の図５における右側と上側に第１集電部３と第３集電部４２が設けられていること以外は、第１実施形態とほぼ同様である。
すなわち、本実施形態の光電変換素子は、第１基材８および第２基材９が、発電部２の外部で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８（第１集電用配線）および第２基材９の端部は、それぞれ第１集電用配線４と第２集電用配線５１を構成している。
第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造である。また、第３集電部４２は、第２基材９（第２集電用配線５１）と第３外周基材３３とが網目状に編まれている構造である。さらに、第１外周基材３１と第３外周基材３３とは、第１交差部４４において、網目状に編まれている。
【００３５】
この実施形態によれば、第１基材８の全てが外方へ引き出されるとともに、第２基材９の全てが外方へ引き出され、第１基材８と第２基材９とが集電用配線４、５１を有するものとしたため、第１基材８および第２基材９の全てから電子を取り出すことが可能となり、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
また、複数の第１外周基材３１と複数の第３外周基材とが互いに網目状に編まれる構成としたため、集電構造の形成が容易となる。
【００３６】
＜第４実施形態＞
以下、本発明に係る光電変換素子の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態に係る光電変換素子第４の実施形態を示す概略構成図である。なお、本実施形態では、上述した第１実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３７】
本実施形態は、第１集電用配線４が発電部２の図６における左右方向の両側方に延在するとともに、第２集電用配線５１が発電部２の図６における上下方向の両方向に延在し、発電部２の図６における両側方に第１集電部３と第２集電部４１が、発電部２の図５における上下側に第３集電部４２と第４集電部４３が設けられている。
すなわち、本実施形態の光電変換素子は、第１基材８および第２基材９が、発電部２の外部、かつ図６における上下左右側で集電が可能であるのに十分な長さを有している。第１基材８（第１集電用配線）および第２基材９の端部は、それぞれ第１集電用配線４と第２集電用配線５１を構成している。
第１集電部３は、第１基材８（第１集電用配線４）と第１外周基材３１とが網目状に編まれている構造であり、第２集電部４１は第１基材８と第２外周基材３２とが網目状に編まれているこうぞうである。また、第３集電部４２は、第２基材９（第２集電用配線５１）と第３外周基材３３とが網目状に編まれている構造であり、第４集電部４３は、第２基材９と第４外周基材３４とが網目状に編まれている構造である。
さらに、集電部を構成する４つの基材である、第１外周基材３１、第２外周基材３２、第３外周基材３３、および第４外周基材３４は、それぞれ交差する位置で互いに網目状に編まれる構成となっている。すなわち、第１外周基材３１と第３外周基材３３とは、第１交差部４４において、網目状に編まれている。同様に、第１外周基材３１と第４外周基材３４とは、第２交差部４５において、網目状に編まれている。第２外周基材３２と第３外周基材３３とは、第３交差部４６において、網目状に編まれている。第２外周基材３２と第４外周基材３４とは、第４交差部４７において網目状に編まれている。
【００３８】
この実施形態によれば、第１基材８の全てが外方へ引き出されるとともに、第２基材９の全てが外方へ引き出され、第１基材８と第２基材９とが集電用配線４、５１を有するものとしたため、第１基材８および第２基材９の全てから電子を取り出すことが可能となり、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
発電部２の図６における上下左右全方向から集電することが可能となるため、第３実施形態と比較して、さらに光電変換効率が向上するという効果が得られる。
また、集電部を構成する４つの基材である、第１外周基材３１、第２外周基材３２、第３外周基材３３、および第４外周基材３４が、それぞれ交差する位置で互いに網目状に編まれる構成となっているため、集電構造の形成が容易となる。
【００３９】
（実施例）
図６に示す構造の光電変換素子を作製した。
まず、直径０．０５０ｍｍのＴｉ線を、図６のように織機により密な平織り構造に製織した。縦横のＴｉ線が織り重ねられる矩形部分（布状部）のサイズは５ｃｍ×５ｃｍとし、Ｔｉ線の本数は縦横それぞれ９００本とした。
４箇所の集電部を構成するＴｉ線の本数はそれぞれ１８０本とし、集電部の幅は１ｃｍとした。
【００４０】
この布状部をＴｉＯ２ペースト（触媒化成製、PST-21NR）中に浸漬した後に引き上げて仮乾燥（完全に乾燥させない状態）させた。その後、電気炉にて５００℃、１時間焼結して多孔質ＴｉＯ２膜付きＴｉ布状部を得た。ＴｉＯ２の膜厚はおよそ１５μｍであった。なお、作用極を構成する布状部（５ｃｍ×５ｃｍ）以外の部分は、ペーストへの浸漬の際には、テープなどによりマスキングを行うことによって、ＴｉＯ２が形成されるのは、布状部のみとなった。
【００４１】
次に、上記電極を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般には
Ｎ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置してＴｉＯ２表面に色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄し、これを作用極とした。
【００４２】
一方、三元ＲＦスパッタ装置を用いて５ｃｍ×５ｃｍの矩形Ｔｉ板上にＰｔを蒸着させたものを対極とした。作用極と対極とは、厚さ１２μｍのセパレータを介して重ね合わせた。
【００４３】
ＰＥＴを基板とする高ガスバリアフィルムを２枚重ね、この２枚のフィルムの間に作用極と対極を挟んでＰＥＴフィルム外周部を熱圧着により結合し、発電部のセルを形成した。
セル内に、メトキシアセトニトリルを溶媒とする揮発性電解質を注入した。最後に電解液注入部を熱圧着することによって、発電部を封止した。
【００４４】
以上のようにして作製された光電変換素子に、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）にて光を照射し、電流電位曲線を測定した。その結果、光電変換効率は、２．５％であった。
また、この光電変換素子を折り曲げてみたところ、変換効率は変動することがなく、一定値を維持した。
以上のことから、フレキシブル性に富む、光電変換効率の良好な光電変換素子を提供できることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…光電変換素子、２…発電部、３…第１集電部、４…第１集電用配線、５…作用極、６…対極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１１…集電線、１２…熱圧着部、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…フィルム、１５…布状構造部、１８…電解質、３１…第１外周基材、３２…第２外周基材、３３…第３外周基材、３４…第４外周基材、４１…第２集電部、４２…第３集電部、４３…第４集電部、５１…第２集電用配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、
前記集電部は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、該複数の外周基材の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
【請求項２】
前記第１基材または前記第２基材の一方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項３】
前記第１基材および前記第２基材の両方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項４】
前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする請求項３に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項５】
前記第１基材および前記第２基材の両方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項６】
前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする請求項５に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項１】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有してなる色素増感型光電変換素子であって、
前記集電部は、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域をなし、該複数の外周基材の一端側または両端側が前記他の領域からその長手方向に延在していることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
【請求項２】
前記第１基材または前記第２基材の一方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項３】
前記第１基材および前記第２基材の両方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項４】
前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする請求項３に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項５】
前記第１基材および前記第２基材の両方の両端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線を備え、
前記集電部を有しない集電用配線の端部近傍に、前記集電部と同じ構成を有する他の集電部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項６】
前記集電部を構成する外周基材と、前記他の集電部を構成する外周基材とが、網目状に編まれてなる交差部を有することを特徴とする請求項５に記載の色素増感型光電変換素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−６０６６３（Ｐ２０１１−６０６６３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０８１０（Ｐ２００９−２１０８１０）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]