色素増感太陽電池及びその製造方法
【課題】光電変換効率の低下を十分に抑制できる色素増感太陽電池及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】作用極１と、作用極１に対向するように配置される対極２と、作用極１及び対極２を連結する環状の封止部４と、作用極１、対極２及び封止部４によって包囲される電解質３と、作用極１及び対極２の間に設けられる絶縁性のスペーサ５とを備え、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に設けられている色素増感太陽電池１００。
【解決手段】作用極１と、作用極１に対向するように配置される対極２と、作用極１及び対極２を連結する環状の封止部４と、作用極１、対極２及び封止部４によって包囲される電解質３と、作用極１及び対極２の間に設けられる絶縁性のスペーサ５とを備え、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に設けられている色素増感太陽電池１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子として、安価で、高い発電効率が得られることから色素増感太陽電池が注目されており、色素増感太陽電池に関して種々の開発が行われている。
【０００３】
色素増感太陽電池は一般に、作用極と、対極と、作用極及び対極を連結する封止部と、作用極、対極及び封止部とによって囲まれる電解質とを備えている。
【０００４】
しかし、この色素増感太陽電池においては、作用極と対極との間の間隔が小さくなると、作用極と対極とが短絡するおそれがある。そのため、作用極と対極との間にスペーサを配置することが望ましい。
【０００５】
このように作用極と対極との間にスペーサを配置した色素増感太陽電池として、下記特許文献１に記載のものが知られている。下記特許文献１には、作用極と対極との間に設けられる封止部がスペーサによって作用極側の封止部と対極側の封止部とに分離された色素増感太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１に記載の色素増感太陽電池では光電変換効率が低下しやすいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換効率の低下を十分に抑制できる色素増感太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記のように特許文献１に記載の色素増感太陽電池において光電変換効率が低下し易い原因について検討した。まず上述した特許文献１に記載の色素増感太陽電池では、封止部がスペーサによって作用極側の封止部と対極側の封止部とに分離されている。このため、本発明者は、封止部の厚さが不十分となり、作用極及び対極の各々に対する封止部の接着力が不十分になるとともに、スペーサに対する封止部の接着力も不十分となるのではないかと考えた。さらに、特許文献１に記載の色素増感太陽電池では、作用極とスペーサとの間の界面が、電解質と外部とを結ぶように形成され、対極とスペーサとの間の界面も電解質と外部とを結ぶように形成されている。そして、上述したようにスペーサに対する封止部の接着力が不十分であると考えられる。このことから、高温環境下で電解質が揮発して作用極と対極とに大きな応力が加えられることで封止部がスペーサから剥離すると、スペーサと封止部との界面を通って電解質が漏洩しやすくなるのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者は、封止部の厚さを十分に確保しながら、スペーサと作用極との界面が電解質と外部とを結ぶように形成しないようにすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備え、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池である。
【００１１】
この色素増感太陽電池によれば、以下の作用効果が奏される。すなわち、本発明の色素増感太陽電池はスペーサを有している。このため、色素増感太陽電池に熱応力等が加わり、作用極と対極とが近づくような力が働いても、スペーサにより、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極と対極との短絡を防止することができる。また本発明の色素増感太陽電池では、封止部が作用極と対極とを連結している。このため、作用極に対する封止部の接着力が十分に確保されると共に、対極に対する封止部の接着力も十分に確保される。このため、作用極からの封止部の剥離、および、対極からの封止部の剥離が十分に抑制される。従って、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩が十分に抑制される。また本発明の色素増感太陽電池では、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置されている。即ち、スペーサと封止部との界面が封止部の内周面と外周面との間に形成されている。このため、熱応力により、スペーサにそれを左右に動かすような力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされるので、スペーサが左右に移動して封止部から剥離することが十分に抑制される。また電解質が封止部を通過する場合、その電解質は、スペーサと封止部との界面でトラップされ、そのまま外部へと漏出することが十分に阻止される。このように、本発明の色素増感太陽電池によれば、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩を十分に抑制できるとともに、スペーサと封止部との界面を通る電解質の漏洩をも十分に抑制できる。従って、本発明の色素増感太陽電池によれば、電解質の漏洩による光電変換効率の低下を十分に抑制することができる。
【００１２】
上記色素増感太陽電池において、前記スペーサの全体が前記封止部によって包囲されていることが好ましい。
【００１３】
この場合、スペーサと作用極とが接触している場合に比べて封止部と作用極との接触面積が増加する。同様に、スペーサと対極とが接触している場合に比べて封止部と対極との接触面積が増加する。そのため、作用極と封止部との接着力、対極と封止部との接着力がより向上する。このため、作用極からの封止部の剥離、および、対極からの封止部の剥離がより十分に抑制され、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩がより十分に抑制される。また、スペーサと封止部との界面は、作用極及び対極の各々と封止部との界面につながっていない。このため、電解質がスペーサと封止部との界面に入り込んでも、その電解質はその界面にトラップされやすくなる。その結果、電解質が封止部の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００１４】
上記色素増感太陽電池において、前記スペーサは、前記作用極及び対極の少なくとも一方に接触していてもよい。
【００１５】
この場合、作用極と封止部の界面、又は、対極と封止部の界面を通って漏洩しようとする電解質は、スペーサと封止部の界面に突き当たるため、一部の電解質は、スペーサと封止部の界面にトラップされる。その結果、電解質が封止部の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００１６】
上記色素増感太陽電池は、前記作用極及び前記対極の少なくとも一方が可撓性を有する場合でも光電変換効率の低下を十分に抑制できる。即ち一般的には、作用極及び対極の少なくとも一方が可撓性を有すると、作用極及び対極のうち可撓性を有する電極（可撓性電極）に熱応力がかかっても、可撓性電極は熱応力に対応して変形できる。このため、可撓性電極は、クラックが発生しないため好ましい。しかし、この変形により、封止部と作用極との間、又は封止部と対極との間に過大な応力がかかる可能性がある。このような場合でも本発明の色素増感太陽電池は、封止部と作用極との間の接着性が十分に確保されるとともに、封止部と対極との間の接着性も十分に確保されており、電解質の漏洩が起こりにくくなっている。このため、本発明の色素増感太陽電池は、作用極及び対極の少なくとも一方が可撓性を有する場合でも、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。また熱応力により、作用極と対極とが近づくような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、スペーサにより、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極と対極との短絡を防止することができる。また同様に、可撓性電極を用いると、熱応力により、スペーサにそれを左右に動かすような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動が十分にブロックされるので、スペーサが左右に移動して封止部から剥離することが十分に抑制される。
【００１７】
また本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極と前記対極とによって、環状の接着剤の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサを設けてなり且つ前記スペーサの全体が前記接着剤によって包囲されている構造体を挟む構造体挟持工程と、前記構造体を加圧しながら加熱することにより前記構造体を前記作用極及び前記対極に接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含むことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法である。
【００１８】
この製造方法によれば、上述した色素増感太陽電池を有効に製造することができる。また本発明の製造方法によれば、封止部形成工程において、構造体の接着剤を作用極及び対極に接着させるために、構造体を加圧しながら加熱する際、スペーサが用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサにより一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池によれば、作用極と対極との短絡を防止することができる。また、本発明の製造方法では、内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサが設けられているため、封止部に均等に圧力がかからずスペーサにそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされる。このため、スペーサが左右に移動し、スペーサが封止部から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００１９】
上記色素増感太陽電池の製造方法は、前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する工程と、前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する工程とをさらに含んでもよい。
【００２０】
この場合、スペーサの全体が封止部によって包囲された色素増感太陽電池を確実に得ることができる。
【００２１】
また本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程と、前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極に固定した前記接着剤と前記対極に固定した前記接着剤とによって、絶縁性のスペーサを挟むスペーサ挟持工程と、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤を加圧しながら加熱することにより前記スペーサを前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤に接着させ、かつ、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤同士を接着させて、前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含み、前記封止部形成工程において、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に配置されるように前記封止部が形成される、ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法である。
【００２２】
この場合でも、スペーサの全体が封止部によって包囲された色素増感太陽電池を製造することは可能である。また本発明の製造方法によれば、封止部形成工程において、スペーサを作用極及び対極に接着させ、かつ、作用極及び対極上に固定した接着剤同士を接着させるために、作用極及び対極上に固定した接着剤を加圧しながら加熱する際、スペーサが用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサにより、一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池によれば、作用極と対極との短絡を防止することができる。また、本発明の製造方法では、封止部の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサが設けられているため、封止部に均等に圧力がかからずスペーサにそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされる。このため、スペーサが左右に移動し、スペーサが封止部から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００２３】
なお、本発明において、作用極又は対極について「可撓性を有する」とは、２０℃の環境下で５０ｍｍ×２００ｍｍのシート状電極の長辺側の両縁部（それぞれ幅５ｍｍ）を張力１Ｎで水平に固定し、電極の中央に２０ｇ重の荷重をかけた際の電極の撓みの最大変形率が２０％を超えるものを言うものとする。ここで、最大変形率とは、下記式：
最大変形率（％）＝１００×（最大変位量／シート状電極の厚さ）
に基づいて算出される値を言う。従って、例えば厚さ０．０４ｍｍのシート状電極が上記のようにして荷重をかけることにより撓み、最大変形量が０．０１ｍｍとなった場合、最大変形率は２５％となり、このシート状電極は可撓性電極となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光電変換効率の低下を十分に抑制できる色素増感太陽電池及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る色素増感太陽電池の一実施形態を示す断面図である。
【図２】構造体を示す断面図である。
【図３】スペーサを接着剤で挟んだ状態を示す断面図である。
【図４】接着剤を固定した作用極を示す断面図である。
【図５】接着剤を固定した対極を示す断面図である。
【図６】図２の構造体を作用極と対極とによって挟持している状態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る色素増感太陽電池の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】スペーサの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全図中、同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は本発明に係る色素増感太陽電池の好適な実施形態を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、色素増感太陽電池１００は、作用極１と、作用極１に対向するように配置される対極２と、作用極１と対極２とを連結する封止部４と、作用極１、対極２及び封止部４によって包囲される電解質３と、作用極１と対極２との間に配置される絶縁性のスペーサ５とを備えている。
【００２９】
作用極１は、透明基板６と、透明基板６の対極２側に設けられる透明導電膜７と、透明導電膜７の上に設けられる多孔質酸化物半導体層８とを備えている。多孔質酸化物半導体層８には光増感色素が担持されている。また対極２は、対極基板９と、対極基板９のうち作用極１側に設けられて対極２の表面における還元反応を促進する導電性の触媒層１０とを備えている。ここで、作用極１は可撓性を有しておらず、対極２は可撓性を有している。
【００３０】
封止部４は、作用極１と対極２とを連結している。封止部４は作用極１の多孔質酸化物半導体層８側の表面上、即ち透明導電膜７の表面上に固定されると共に、対極２の触媒層１０の表面上に固定されている。
【００３１】
スペーサ５はその全体が封止部４によって包囲されている。即ちスペーサ５が封止部４に内包されている。詳細に述べると、スペーサ５は、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置され、作用極１から離間するとともに対極２からも離間している。即ちスペーサ５は、内周面４ａ、外周面４ｂ、作用極１及び対極２の全てから離間している。
【００３２】
この色素増感太陽電池１００によれば、以下の作用効果が奏される。すなわち、色素増感太陽電池１００はスペーサ５を有している。このため、色素増感太陽電池１００に熱応力が加わり、作用極１と対極２とが近づくような力が働いても、スペーサ５により、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また色素増感太陽電池１００では、封止部４が作用極１と対極２とを連結している。このため、作用極１に対する封止部４の接着力が十分に確保されると共に、対極２に対する封止部４の接着力も十分に確保される。このため、作用極１からの封止部４の剥離、および、対極２からの封止部４の剥離が十分に抑制される。従って、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩が十分に抑制される。また色素増感太陽電池１００では、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置されている。即ちスペーサ５と封止部４との界面１５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に形成されている。即ち、界面１５は、封止部４を内周面４ａから延びて外周面４ｂに達するようには形成されていない。このため、熱応力により、スペーサ５にそれを左右に動かすような力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされるので、スペーサ５が左右に移動して封止部４から剥離することが十分に抑制される。また電解質３が封止部４を通過する場合、その電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面１５でトラップされ、そのまま外部へと漏出することが十分に阻止される。このように、色素増感太陽電池１００によれば、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩を十分に抑制できることに加えて、スペーサ５と封止部４との界面１５を通る電解質３の漏洩をも十分に抑制できる。従って、色素増感太陽電池１００によれば、電解質３の漏洩による光電変換効率の低下を十分に抑制することができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、スペーサ５はその全体が封止部４によって包囲されており、作用極１から離間すると共に対極２からも離間している。このため、スペーサ５と作用極１とが接触している場合に比べて封止部４と作用極１との接触面積が増加する。同様に、スペーサ５と対極２とが接触している場合に比べて封止部４と対極２との接触面積が増加する。そのため、作用極１と封止部４との接着力、対極２と封止部４との接着力がより向上する。このため、作用極１からの封止部４の剥離、および、対極２からの封止部４の剥離がより十分に抑制され、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩がより十分に抑制される。このため、電解質３がスペーサ５と封止部４との界面１５に入り込んでも、その電解質３はその界面１５にトラップされやすくなる。その結果、電解質３が封止部４の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００３４】
また色素増感太陽電池１００は、作用極１及び対極２のうち対極２が可撓性を有しているものの、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。即ち、対極２が可撓性を有すると、可撓性を有する対極２に熱応力がかかっても、対極２は熱応力に対応して変形できる。このため、対極２は、クラックが発生しないため好ましい。しかし、この変形により、封止部４と作用極１との間、又は封止部４と対極２との間に過大な応力がかかる可能性がある。このような場合でも色素増感太陽電池１００は、封止部４と作用極１との間の接着性が十分に確保されるとともに、封止部４と対極２との間の接着性も十分に確保されており、電解質３の漏洩が起こりにくくなっている。このため、色素増感太陽電池１００は、作用極１及び対極２のうち対極２が可撓性を有する場合でも、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。また対極２が可撓性を有すると、熱応力により、作用極１と対極２とが近づくような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、スペーサ５により、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また同様に、対極２が可撓性を有すると、熱応力により、スペーサ５にそれを左右に動かすような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動が十分にブロックされるので、スペーサ５が左右に移動して封止部４から剥離することが十分に抑制される。
【００３５】
次に、上述した色素増感太陽電池１００の製造方法について説明する。
【００３６】
［準備工程］
まず作用極１及び対極２を準備する。
【００３７】
（作用極）
作用極１は、以下のようにして得ることができる。
【００３８】
はじめに透明基板６の上に透明導電膜７を形成する。透明導電膜７の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）及びＣＶＤ法などが用いられる。これらのうちスプレー熱分解法が装置コストの点から好ましい。
【００３９】
透明基板６を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板６の厚さは、色素増感太陽電池１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜１００００μｍの範囲にすればよい。
【００４０】
透明導電膜７を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−doped−Tin−Oxide：ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜７は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜７が単層で構成される場合、透明導電膜７は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。また透明導電膜７として、複数の層で構成される積層体を用いると、各層の特性を反映させることが可能となることから好ましい。中でも、ＩＴＯで構成される層と、ＦＴＯで構成される層との積層体を用いることが好ましい。この場合、高い導電性、耐熱性及び耐薬品性を持つ透明導電膜７が実現できる。透明導電膜７の厚さは例えば０．０１μｍ〜２μｍの範囲にすればよい。
【００４１】
次に、透明導電膜７上に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷する。多孔質酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。多孔質酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。
【００４２】
次に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを焼成して透明導電膜７上に多孔質酸化物半導体層８を形成する。焼成温度は酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１４０℃〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１〜５時間である。
【００４３】
上記酸化物半導体粒子としては、例えば酸化チタン（ＴiＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴiＯ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ３Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タリウム（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又はこれらの２種以上で構成される酸化物半導体粒子が挙げられる。これら酸化物半導体粒子の平均粒径は１〜１０００ｎｍであることが、色素で覆われた酸化物半導体の表面積が大きくなり、即ち光電変換を行う場が広くなり、より多くの電子を生成することができることから好ましい。ここで、多孔質酸化物半導体層８が、粒度分布の異なる酸化物半導体粒子を積層させてなる積層体で構成されることが好ましい。この場合、積層体内で繰り返し光の反射を起こさせることが可能となり、入射光を積層体の外部へ逃がすことなく効率よく光を電子に変換することができる。多孔質酸化物半導体層８の厚さは、例えば０．５〜５０μｍとすればよい。なお、多孔質酸化物半導体層８は、異なる材料からなる複数の多孔質酸化物半導体層の積層体で構成することもできる。
【００４４】
（対極）
対極２は、以下のようにして得ることができる。
【００４５】
即ちまず対極基板９を準備する。そして、対極基板９の上に触媒層１０を形成する。触媒層１０の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。
【００４６】
対極基板９は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料や、透明基板６の上にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物を形成してなるものなどで構成される。対極基板９の厚さは、色素増感太陽電池１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとすればよい。
【００４７】
触媒層１０は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
【００４８】
［構造体の作製工程］
一方、図２に示すように、環状の接着剤１１の内周面１１ｃと外周面１１ｄとの間にスペーサ５を配置してなる構造体１２を用意する。構造体１２は、図３に示すように、２枚の環状で且つフィルム状の接着剤１１ａ，１１ｂを用意し、２枚の接着剤１１ａ，１１ｂでスペーサ５を挟み、接着剤１１ａ，１１ｂを溶融圧着させることによって得ることができる。
【００４９】
接着剤１１ａ，１１ｂは、電解質３に対して耐性を有するものであればよく、このような接着剤１１ａ，１１ｂとしては、例えばエチレン−メタクリル酸共重合体、アイオノマー樹脂などが挙げられる。
【００５０】
スペーサ５は、絶縁性を有し、接着剤１１ａ，１１ｂよりも大きい剛性を有する材料で構成されればよく、このような材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂のほか、ガラス、アルミナなどの無機絶縁材料を挙げることができる。スペーサ５の剛性は、スペーサ５の剛性率によって決定することができる。
【００５１】
［第１及び第２接着剤固定工程］
次に、図４に示すように、作用極１の表面の周縁部に、構造体１２に接着させる環状の接着剤１３ｂを固定する。一方、図５に示すように、対極２の表面の周縁部にも、構造体１２に接着させる環状の接着剤１３ａを固定する。
【００５２】
接着剤１３ａ，１３ｂとしては、接着剤１１ａ，１１ｂと同様のものを用いることができる。
【００５３】
［電解質配置工程］
次に、作用極１上であって封止部４の内側に電解質３を配置する。電解質３は、作用極１上であって封止部４の内側に注入したり、印刷したりすることによって得ることができる。
【００５４】
電解質３は通常、電解液で構成される。この電解液は例えばＩ−／Ｉ３−などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばＩ−／Ｉ３−のほか、臭素／臭化物イオンなどの対が挙げられる。色素増感太陽電池１００は、酸化還元対としてＩ−／Ｉ３−のような揮発性溶質及び、高温下で揮発しやすいアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルのような有機溶媒を含む電解液を電解質として用いた場合に特に有効である。この場合、色素増感太陽電池１００の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が特に大きくなり、封止部４と対極２との界面１７、および封止部４と作用極１との界面１６から電解質３が漏洩しやすくなるからである。なお、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質３は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。この場合も、色素増感太陽電池１００の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が大きくなるためである。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、ＬｉＩ、Ｉ２、４−ｔ−ブチルピリジンなどが挙げられる。さらに電解質３としては、上記イオン液体電解質にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットイオンゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化したイオン液体電解質を用いてもよい。
【００５５】
［構造体挟持工程］
そして、図６に示すように、作用極１と対極２とを対向させ、作用極１と対極２とによって構造体１２を挟む（構造体挟持工程）。具体的には、作用極１，対極２によって、接着剤１３ａ、１３ｂを介して構造体１２を挟む。
【００５６】
［封止部形成工程］
そして、作用極１又は対極２を介して構造体１２を加圧しながら加熱することにより、接着剤１１ａ、接着剤１１ｂ、接着剤１３ａ及び接着剤１３ｂを溶融させて構造体１２を作用極１及び対極２に圧着させる。この溶融圧着により、構造体１２は、接着剤１３ｂを介して作用極１に接着され、接着剤１３ａを介して対極２に接着され、封止部４が形成される。こうして色素増感太陽電池１００の製造が完了する。
【００５７】
上記のようにして色素増感太陽電池１００を製造すると、上述した色素増感太陽電池１００の作用効果に加え、以下の作用効果が奏される。
【００５８】
すなわち上述した色素増感太陽電池１００の製造方法によれば、封止部形成工程において、スペーサ５を作用極１及び対極２に接着させるために、スペーサ５を、作用極１又は対極２を介して加圧する際、スペーサ５が用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサ５により一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池１００によれば、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また上述した色素増感太陽電池１００の製造方法では、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に絶縁性のスペーサ５が設けられているため、封止部４に均等に圧力がかからずスペーサ５にそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされる。このため、スペーサ５が左右に移動し、スペーサ５が封止部４から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００５９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、スペーサ５全体が封止部４によって包囲され、スペーサ５が作用極１からも対極２からも離間しているが、図７に示す色素増感太陽電池２００のように、スペーサ５は、作用極１に接触し且つ対極２に接触していてもよい。この色素増感太陽電池は以下のようにして作製することができる。すなわち、まず作用極１に環状の接着剤を固定する（第１接着剤固定工程）。一方、対極２にも環状の接着剤を固定する（第２接着剤固定工程）。そして、接着剤を固定した作用極１と、接着剤を固定した対極２とを対向させ、作用極１に固定した接着剤と対極２に固定した接着剤とによってスペーサ５を挟む（スペーサ挟持工程）。そして、作用極１及び対極２上に固定した接着剤を加圧しながら加熱することによりスペーサ５を作用極１及び対極２に接着させ、かつ、作用極１及び対極２上に固定した接着剤同士を接着させて封止部４を形成すると共に作用極１、対極２及び封止部４によって電解質３を包囲する（封止部形成工程）。このとき、封止部４は、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置されるように形成する。またスペーサ５によって接着剤を加圧しながら接着剤を加熱することにより接着剤を十分に流動させ、作用極１とスペーサ５との間、対極２とスペーサ５との間から接着剤を排除するようにする。こうして、スペーサ５が作用極１にも対極２にも接触した色素増感太陽電池２００を得ることができる。
【００６０】
この場合、スペーサ５を作用極１又は対極２に接着させ、かつ、作用極１及び対極２上に固定した接着剤同士を接着させるために、作用極１及び対極２上に固定した接着剤を加圧しながら加熱する際、スペーサ５が用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサ５により一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池２００によれば、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また、色素増感太陽電池２００の製造方法では、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に絶縁性のスペーサ５が設けられているため、封止部４に均等に圧力がかからずスペーサ５にそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされる。このため、スペーサ５が左右に移動し、スペーサ５が封止部４から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００６１】
またスペーサ５は、作用極１及び対極２のいずれか一方にのみ接触していてもよい。この場合、作用極１と封止部４との界面、又は、対極２と封止部４との界面を通って漏洩しようとする電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面に突き当たるため、一部の電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面にトラップされる。その結果、電解質３が封止部４の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００６２】
また上記実施形態では、電解質３が、構造体１２を作用極１と対極２とによって挟む前に作用極１の上に配置されているが、電解質３は、構造体１２を作用極１及び対極２に固定し、封止部４を形成した後に配置することも可能である。この場合、予め作用極１又は対極２に注入用の穴を形成しておき、この注入用の穴を通して電解質３を注入すればよい。
【００６３】
さらに上記実施形態では、スペーサ５を接着剤１１ａ，１１ｂで挟んで構造体１２を作製してからこの構造体１２を作用極１と対極２とで挟み色素増感太陽電池１００が製造されているが、スペーサ５を接着剤１１ａ，１１ｂで挟まず、スペーサ５を、作用極１に固定した接着剤１３ａと、対極２に固定した接着剤１３ｂとで挟むことによっても、色素増感太陽電池１００を製造することは可能である。
【００６４】
また上記実施形態では、スペーサ５は連続した環状をなしているが、図８に示すように、環状の封止部４に沿って複数のビーズ５ａを所定の間隔で配置してなるものであってもよい。即ち環状のスペーサ５は不連続であってもよい。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６６】
（実施例１）
（作用極の作製）
基板として、ガラスからなる基板の上にＦＴＯを形成してなるＦＴＯ基板を用意した。そして、この基板の表面に、スクリーン印刷法により酸化チタンナノ粒子のペースト（Solaronix社製、Ti nanoixide T/sp）を塗布し、５００℃で１時間焼成した。こうして作用極を得た。
【００６７】
次に、この作用極を、光増感色素であるＮ７１９色素を０．２ｍＭ溶かした脱水エタノール液中に一昼夜浸漬し、作用極に光増感色素を担持させた。
【００６８】
そして、作用極の周縁部に、ホットメルト接着剤として、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなる環状の接着剤を配置して１５０℃で溶融圧着した。こうして作用極の周縁部に環状の接着剤を固定した。
【００６９】
（対極の作製）
対極基板として、厚さ２０μｍのＴｉ箔を用い、その上にスパッタリング法により白金膜を形成した。こうして対極を得た。そして、白金膜の上に、ホットメルト接着剤として、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなる環状の接着剤を配置して１５０℃で溶融圧着した。こうして対極の周縁部に環状の接着剤を固定した。
【００７０】
（構造体の作製）
スペーサとして幅１ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＥＴフィルムを準備した。そして、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなるフィルムを２枚用意した。そして、２枚のフィルムでスペーサを挟み、１５０℃でフィルム同士を溶融圧着した。こうして、スペーサ全体がニュクレルによって包囲されている構造体を作製した。
【００７１】
（色素増感太陽電池の作製）
そして、作用極に固定した環状の接着剤の内側に、ヨウ化リチウム０．１Ｍ、ヨウ素０．０５Ｍ、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン０．５Ｍをメトキシプロピオニトリル中に溶解させた電解質を注入した。そして、作用極と対極の接着剤同士を互いに対向させ、それらの接着剤の間に、上記のようにして得た構造体を挟んだ。そして、作用極に固定された接着剤、及び、対極に固定された接着剤を、３ＭＰａ、１５０℃の条件で溶融圧着した。こうして図１に示すような構造を有する色素増感太陽電池を得た。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサの全体が封止部によって包囲されている構造を有していた。
【００７２】
（実施例２〜４）
作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いたこと以外は実施例１と同様にして図１に示すような構造を有する色素増感太陽電池を作製した。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサの全体が封止部によって包囲されている構造を有していた。
【００７３】
（実施例５〜８）
構造体の代わりにスペーサをそのまま用い、作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いると共に、スペーサを作用極及び対極に接着させる際、スペーサと作用極及び対極の各々との間から接着剤を排除するようにしたこと以外は実施例１と同様にして図７に示すような構造を有する色素増感太陽電池を作製した。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置され、且つ、スペーサが作用極及び対極と接触している構造を有していた。なお、表１中、「構造体の作製に使用した接着剤」において、「−」は接着剤を使用しなかったことを示す。
【００７４】
（比較例１〜４）
作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いたこと以外は実施例１と同様にして色素増感太陽電池を作製した。この色素増感太陽電池は、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置されておらず、且つスペーサが作用極及び対極と接触していない構造を有する色素増感太陽電池であった。言い換えると、この色素増感太陽電池は、スペーサの内周面が電解質と接触し外周面が外気と接触し、且つスペーサが作用極及び対極から離間している構造を有する色素増感太陽電池であった。
【００７５】
［特性評価］
実施例１〜８及び比較例１〜４で得られた色素増感太陽電池について、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）にて擬似太陽光を５００時間照射して、電流電位曲線を得た。そして、この電流電位曲線の結果から光電変換効率を算出した。そして、擬似太陽光を照射する前後の光電変換効率の値から下記式：
光電変換効率の減少率（％）＝（η０−η）／η０）×１００
（上記式中、η０は擬似太陽光照射前の光電変換効率を表し、ηは、擬似太陽光を５００ｈ照射した後の光電変換効率を表す）
に基づいて光電変換効率の減少率を算出した。結果を表１に示す。
【表１】
【００７６】
表１に示す結果より、実施例１〜８の色素増感太陽電池は、比較例１〜４の色素増感太陽電池に比べて、光電変換効率の減少率が極めて小さいことが分かった。
【００７７】
このことから、本発明の色素増感太陽電池によれば、光電変換効率の低下を十分に抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１…作用極
２…対極
３…電解質
４…封止部
４ａ…内周面
４ｂ…外周面
５…スペーサ
１５…スペーサと封止部との界面
１００，２００…色素増感太陽電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子として、安価で、高い発電効率が得られることから色素増感太陽電池が注目されており、色素増感太陽電池に関して種々の開発が行われている。
【０００３】
色素増感太陽電池は一般に、作用極と、対極と、作用極及び対極を連結する封止部と、作用極、対極及び封止部とによって囲まれる電解質とを備えている。
【０００４】
しかし、この色素増感太陽電池においては、作用極と対極との間の間隔が小さくなると、作用極と対極とが短絡するおそれがある。そのため、作用極と対極との間にスペーサを配置することが望ましい。
【０００５】
このように作用極と対極との間にスペーサを配置した色素増感太陽電池として、下記特許文献１に記載のものが知られている。下記特許文献１には、作用極と対極との間に設けられる封止部がスペーサによって作用極側の封止部と対極側の封止部とに分離された色素増感太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９４０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述した特許文献１に記載の色素増感太陽電池では光電変換効率が低下しやすいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換効率の低下を十分に抑制できる色素増感太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記のように特許文献１に記載の色素増感太陽電池において光電変換効率が低下し易い原因について検討した。まず上述した特許文献１に記載の色素増感太陽電池では、封止部がスペーサによって作用極側の封止部と対極側の封止部とに分離されている。このため、本発明者は、封止部の厚さが不十分となり、作用極及び対極の各々に対する封止部の接着力が不十分になるとともに、スペーサに対する封止部の接着力も不十分となるのではないかと考えた。さらに、特許文献１に記載の色素増感太陽電池では、作用極とスペーサとの間の界面が、電解質と外部とを結ぶように形成され、対極とスペーサとの間の界面も電解質と外部とを結ぶように形成されている。そして、上述したようにスペーサに対する封止部の接着力が不十分であると考えられる。このことから、高温環境下で電解質が揮発して作用極と対極とに大きな応力が加えられることで封止部がスペーサから剥離すると、スペーサと封止部との界面を通って電解質が漏洩しやすくなるのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者は、封止部の厚さを十分に確保しながら、スペーサと作用極との界面が電解質と外部とを結ぶように形成しないようにすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備え、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池である。
【００１１】
この色素増感太陽電池によれば、以下の作用効果が奏される。すなわち、本発明の色素増感太陽電池はスペーサを有している。このため、色素増感太陽電池に熱応力等が加わり、作用極と対極とが近づくような力が働いても、スペーサにより、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極と対極との短絡を防止することができる。また本発明の色素増感太陽電池では、封止部が作用極と対極とを連結している。このため、作用極に対する封止部の接着力が十分に確保されると共に、対極に対する封止部の接着力も十分に確保される。このため、作用極からの封止部の剥離、および、対極からの封止部の剥離が十分に抑制される。従って、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩が十分に抑制される。また本発明の色素増感太陽電池では、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置されている。即ち、スペーサと封止部との界面が封止部の内周面と外周面との間に形成されている。このため、熱応力により、スペーサにそれを左右に動かすような力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされるので、スペーサが左右に移動して封止部から剥離することが十分に抑制される。また電解質が封止部を通過する場合、その電解質は、スペーサと封止部との界面でトラップされ、そのまま外部へと漏出することが十分に阻止される。このように、本発明の色素増感太陽電池によれば、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩を十分に抑制できるとともに、スペーサと封止部との界面を通る電解質の漏洩をも十分に抑制できる。従って、本発明の色素増感太陽電池によれば、電解質の漏洩による光電変換効率の低下を十分に抑制することができる。
【００１２】
上記色素増感太陽電池において、前記スペーサの全体が前記封止部によって包囲されていることが好ましい。
【００１３】
この場合、スペーサと作用極とが接触している場合に比べて封止部と作用極との接触面積が増加する。同様に、スペーサと対極とが接触している場合に比べて封止部と対極との接触面積が増加する。そのため、作用極と封止部との接着力、対極と封止部との接着力がより向上する。このため、作用極からの封止部の剥離、および、対極からの封止部の剥離がより十分に抑制され、作用極と封止部との界面、対極と封止部との界面を通る電解質の漏洩がより十分に抑制される。また、スペーサと封止部との界面は、作用極及び対極の各々と封止部との界面につながっていない。このため、電解質がスペーサと封止部との界面に入り込んでも、その電解質はその界面にトラップされやすくなる。その結果、電解質が封止部の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００１４】
上記色素増感太陽電池において、前記スペーサは、前記作用極及び対極の少なくとも一方に接触していてもよい。
【００１５】
この場合、作用極と封止部の界面、又は、対極と封止部の界面を通って漏洩しようとする電解質は、スペーサと封止部の界面に突き当たるため、一部の電解質は、スペーサと封止部の界面にトラップされる。その結果、電解質が封止部の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００１６】
上記色素増感太陽電池は、前記作用極及び前記対極の少なくとも一方が可撓性を有する場合でも光電変換効率の低下を十分に抑制できる。即ち一般的には、作用極及び対極の少なくとも一方が可撓性を有すると、作用極及び対極のうち可撓性を有する電極（可撓性電極）に熱応力がかかっても、可撓性電極は熱応力に対応して変形できる。このため、可撓性電極は、クラックが発生しないため好ましい。しかし、この変形により、封止部と作用極との間、又は封止部と対極との間に過大な応力がかかる可能性がある。このような場合でも本発明の色素増感太陽電池は、封止部と作用極との間の接着性が十分に確保されるとともに、封止部と対極との間の接着性も十分に確保されており、電解質の漏洩が起こりにくくなっている。このため、本発明の色素増感太陽電池は、作用極及び対極の少なくとも一方が可撓性を有する場合でも、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。また熱応力により、作用極と対極とが近づくような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、スペーサにより、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極と対極との短絡を防止することができる。また同様に、可撓性電極を用いると、熱応力により、スペーサにそれを左右に動かすような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動が十分にブロックされるので、スペーサが左右に移動して封止部から剥離することが十分に抑制される。
【００１７】
また本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極と前記対極とによって、環状の接着剤の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサを設けてなり且つ前記スペーサの全体が前記接着剤によって包囲されている構造体を挟む構造体挟持工程と、前記構造体を加圧しながら加熱することにより前記構造体を前記作用極及び前記対極に接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含むことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法である。
【００１８】
この製造方法によれば、上述した色素増感太陽電池を有効に製造することができる。また本発明の製造方法によれば、封止部形成工程において、構造体の接着剤を作用極及び対極に接着させるために、構造体を加圧しながら加熱する際、スペーサが用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサにより一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池によれば、作用極と対極との短絡を防止することができる。また、本発明の製造方法では、内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサが設けられているため、封止部に均等に圧力がかからずスペーサにそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされる。このため、スペーサが左右に移動し、スペーサが封止部から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００１９】
上記色素増感太陽電池の製造方法は、前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する工程と、前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する工程とをさらに含んでもよい。
【００２０】
この場合、スペーサの全体が封止部によって包囲された色素増感太陽電池を確実に得ることができる。
【００２１】
また本発明は、作用極と、前記作用極に対向するように配置される対極と、前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程と、前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極に固定した前記接着剤と前記対極に固定した前記接着剤とによって、絶縁性のスペーサを挟むスペーサ挟持工程と、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤を加圧しながら加熱することにより前記スペーサを前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤に接着させ、かつ、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤同士を接着させて、前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含み、前記封止部形成工程において、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に配置されるように前記封止部が形成される、ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法である。
【００２２】
この場合でも、スペーサの全体が封止部によって包囲された色素増感太陽電池を製造することは可能である。また本発明の製造方法によれば、封止部形成工程において、スペーサを作用極及び対極に接着させ、かつ、作用極及び対極上に固定した接着剤同士を接着させるために、作用極及び対極上に固定した接着剤を加圧しながら加熱する際、スペーサが用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサにより、一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池によれば、作用極と対極との短絡を防止することができる。また、本発明の製造方法では、封止部の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサが設けられているため、封止部に均等に圧力がかからずスペーサにそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部の内周面又は外周面によりスペーサの移動がブロックされる。このため、スペーサが左右に移動し、スペーサが封止部から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００２３】
なお、本発明において、作用極又は対極について「可撓性を有する」とは、２０℃の環境下で５０ｍｍ×２００ｍｍのシート状電極の長辺側の両縁部（それぞれ幅５ｍｍ）を張力１Ｎで水平に固定し、電極の中央に２０ｇ重の荷重をかけた際の電極の撓みの最大変形率が２０％を超えるものを言うものとする。ここで、最大変形率とは、下記式：
最大変形率（％）＝１００×（最大変位量／シート状電極の厚さ）
に基づいて算出される値を言う。従って、例えば厚さ０．０４ｍｍのシート状電極が上記のようにして荷重をかけることにより撓み、最大変形量が０．０１ｍｍとなった場合、最大変形率は２５％となり、このシート状電極は可撓性電極となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光電変換効率の低下を十分に抑制できる色素増感太陽電池及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る色素増感太陽電池の一実施形態を示す断面図である。
【図２】構造体を示す断面図である。
【図３】スペーサを接着剤で挟んだ状態を示す断面図である。
【図４】接着剤を固定した作用極を示す断面図である。
【図５】接着剤を固定した対極を示す断面図である。
【図６】図２の構造体を作用極と対極とによって挟持している状態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る色素増感太陽電池の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】スペーサの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全図中、同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２７】
図１は本発明に係る色素増感太陽電池の好適な実施形態を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すように、色素増感太陽電池１００は、作用極１と、作用極１に対向するように配置される対極２と、作用極１と対極２とを連結する封止部４と、作用極１、対極２及び封止部４によって包囲される電解質３と、作用極１と対極２との間に配置される絶縁性のスペーサ５とを備えている。
【００２９】
作用極１は、透明基板６と、透明基板６の対極２側に設けられる透明導電膜７と、透明導電膜７の上に設けられる多孔質酸化物半導体層８とを備えている。多孔質酸化物半導体層８には光増感色素が担持されている。また対極２は、対極基板９と、対極基板９のうち作用極１側に設けられて対極２の表面における還元反応を促進する導電性の触媒層１０とを備えている。ここで、作用極１は可撓性を有しておらず、対極２は可撓性を有している。
【００３０】
封止部４は、作用極１と対極２とを連結している。封止部４は作用極１の多孔質酸化物半導体層８側の表面上、即ち透明導電膜７の表面上に固定されると共に、対極２の触媒層１０の表面上に固定されている。
【００３１】
スペーサ５はその全体が封止部４によって包囲されている。即ちスペーサ５が封止部４に内包されている。詳細に述べると、スペーサ５は、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置され、作用極１から離間するとともに対極２からも離間している。即ちスペーサ５は、内周面４ａ、外周面４ｂ、作用極１及び対極２の全てから離間している。
【００３２】
この色素増感太陽電池１００によれば、以下の作用効果が奏される。すなわち、色素増感太陽電池１００はスペーサ５を有している。このため、色素増感太陽電池１００に熱応力が加わり、作用極１と対極２とが近づくような力が働いても、スペーサ５により、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また色素増感太陽電池１００では、封止部４が作用極１と対極２とを連結している。このため、作用極１に対する封止部４の接着力が十分に確保されると共に、対極２に対する封止部４の接着力も十分に確保される。このため、作用極１からの封止部４の剥離、および、対極２からの封止部４の剥離が十分に抑制される。従って、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩が十分に抑制される。また色素増感太陽電池１００では、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置されている。即ちスペーサ５と封止部４との界面１５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に形成されている。即ち、界面１５は、封止部４を内周面４ａから延びて外周面４ｂに達するようには形成されていない。このため、熱応力により、スペーサ５にそれを左右に動かすような力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされるので、スペーサ５が左右に移動して封止部４から剥離することが十分に抑制される。また電解質３が封止部４を通過する場合、その電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面１５でトラップされ、そのまま外部へと漏出することが十分に阻止される。このように、色素増感太陽電池１００によれば、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩を十分に抑制できることに加えて、スペーサ５と封止部４との界面１５を通る電解質３の漏洩をも十分に抑制できる。従って、色素増感太陽電池１００によれば、電解質３の漏洩による光電変換効率の低下を十分に抑制することができる。
【００３３】
特に、本実施形態では、スペーサ５はその全体が封止部４によって包囲されており、作用極１から離間すると共に対極２からも離間している。このため、スペーサ５と作用極１とが接触している場合に比べて封止部４と作用極１との接触面積が増加する。同様に、スペーサ５と対極２とが接触している場合に比べて封止部４と対極２との接触面積が増加する。そのため、作用極１と封止部４との接着力、対極２と封止部４との接着力がより向上する。このため、作用極１からの封止部４の剥離、および、対極２からの封止部４の剥離がより十分に抑制され、作用極１と封止部４との界面１６、対極２と封止部４との界面１７を通る電解質３の漏洩がより十分に抑制される。このため、電解質３がスペーサ５と封止部４との界面１５に入り込んでも、その電解質３はその界面１５にトラップされやすくなる。その結果、電解質３が封止部４の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００３４】
また色素増感太陽電池１００は、作用極１及び対極２のうち対極２が可撓性を有しているものの、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。即ち、対極２が可撓性を有すると、可撓性を有する対極２に熱応力がかかっても、対極２は熱応力に対応して変形できる。このため、対極２は、クラックが発生しないため好ましい。しかし、この変形により、封止部４と作用極１との間、又は封止部４と対極２との間に過大な応力がかかる可能性がある。このような場合でも色素増感太陽電池１００は、封止部４と作用極１との間の接着性が十分に確保されるとともに、封止部４と対極２との間の接着性も十分に確保されており、電解質３の漏洩が起こりにくくなっている。このため、色素増感太陽電池１００は、作用極１及び対極２のうち対極２が可撓性を有する場合でも、光電変換効率の低下を十分に抑制できる。また対極２が可撓性を有すると、熱応力により、作用極１と対極２とが近づくような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、スペーサ５により、一定間隔の極間距離を保つことができる。このため、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また同様に、対極２が可撓性を有すると、熱応力により、スペーサ５にそれを左右に動かすような力が働く可能性がより高まる。しかし、このような場合であっても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動が十分にブロックされるので、スペーサ５が左右に移動して封止部４から剥離することが十分に抑制される。
【００３５】
次に、上述した色素増感太陽電池１００の製造方法について説明する。
【００３６】
［準備工程］
まず作用極１及び対極２を準備する。
【００３７】
（作用極）
作用極１は、以下のようにして得ることができる。
【００３８】
はじめに透明基板６の上に透明導電膜７を形成する。透明導電膜７の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）及びＣＶＤ法などが用いられる。これらのうちスプレー熱分解法が装置コストの点から好ましい。
【００３９】
透明基板６を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板６の厚さは、色素増感太陽電池１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜１００００μｍの範囲にすればよい。
【００４０】
透明導電膜７を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−doped−Tin−Oxide：ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜７は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜７が単層で構成される場合、透明導電膜７は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。また透明導電膜７として、複数の層で構成される積層体を用いると、各層の特性を反映させることが可能となることから好ましい。中でも、ＩＴＯで構成される層と、ＦＴＯで構成される層との積層体を用いることが好ましい。この場合、高い導電性、耐熱性及び耐薬品性を持つ透明導電膜７が実現できる。透明導電膜７の厚さは例えば０．０１μｍ〜２μｍの範囲にすればよい。
【００４１】
次に、透明導電膜７上に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷する。多孔質酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。多孔質酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。
【００４２】
次に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを焼成して透明導電膜７上に多孔質酸化物半導体層８を形成する。焼成温度は酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１４０℃〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１〜５時間である。
【００４３】
上記酸化物半導体粒子としては、例えば酸化チタン（ＴiＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴiＯ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ３Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タリウム（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又はこれらの２種以上で構成される酸化物半導体粒子が挙げられる。これら酸化物半導体粒子の平均粒径は１〜１０００ｎｍであることが、色素で覆われた酸化物半導体の表面積が大きくなり、即ち光電変換を行う場が広くなり、より多くの電子を生成することができることから好ましい。ここで、多孔質酸化物半導体層８が、粒度分布の異なる酸化物半導体粒子を積層させてなる積層体で構成されることが好ましい。この場合、積層体内で繰り返し光の反射を起こさせることが可能となり、入射光を積層体の外部へ逃がすことなく効率よく光を電子に変換することができる。多孔質酸化物半導体層８の厚さは、例えば０．５〜５０μｍとすればよい。なお、多孔質酸化物半導体層８は、異なる材料からなる複数の多孔質酸化物半導体層の積層体で構成することもできる。
【００４４】
（対極）
対極２は、以下のようにして得ることができる。
【００４５】
即ちまず対極基板９を準備する。そして、対極基板９の上に触媒層１０を形成する。触媒層１０の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。
【００４６】
対極基板９は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料や、透明基板６の上にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物を形成してなるものなどで構成される。対極基板９の厚さは、色素増感太陽電池１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとすればよい。
【００４７】
触媒層１０は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
【００４８】
［構造体の作製工程］
一方、図２に示すように、環状の接着剤１１の内周面１１ｃと外周面１１ｄとの間にスペーサ５を配置してなる構造体１２を用意する。構造体１２は、図３に示すように、２枚の環状で且つフィルム状の接着剤１１ａ，１１ｂを用意し、２枚の接着剤１１ａ，１１ｂでスペーサ５を挟み、接着剤１１ａ，１１ｂを溶融圧着させることによって得ることができる。
【００４９】
接着剤１１ａ，１１ｂは、電解質３に対して耐性を有するものであればよく、このような接着剤１１ａ，１１ｂとしては、例えばエチレン−メタクリル酸共重合体、アイオノマー樹脂などが挙げられる。
【００５０】
スペーサ５は、絶縁性を有し、接着剤１１ａ，１１ｂよりも大きい剛性を有する材料で構成されればよく、このような材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂のほか、ガラス、アルミナなどの無機絶縁材料を挙げることができる。スペーサ５の剛性は、スペーサ５の剛性率によって決定することができる。
【００５１】
［第１及び第２接着剤固定工程］
次に、図４に示すように、作用極１の表面の周縁部に、構造体１２に接着させる環状の接着剤１３ｂを固定する。一方、図５に示すように、対極２の表面の周縁部にも、構造体１２に接着させる環状の接着剤１３ａを固定する。
【００５２】
接着剤１３ａ，１３ｂとしては、接着剤１１ａ，１１ｂと同様のものを用いることができる。
【００５３】
［電解質配置工程］
次に、作用極１上であって封止部４の内側に電解質３を配置する。電解質３は、作用極１上であって封止部４の内側に注入したり、印刷したりすることによって得ることができる。
【００５４】
電解質３は通常、電解液で構成される。この電解液は例えばＩ−／Ｉ３−などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばＩ−／Ｉ３−のほか、臭素／臭化物イオンなどの対が挙げられる。色素増感太陽電池１００は、酸化還元対としてＩ−／Ｉ３−のような揮発性溶質及び、高温下で揮発しやすいアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルのような有機溶媒を含む電解液を電解質として用いた場合に特に有効である。この場合、色素増感太陽電池１００の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が特に大きくなり、封止部４と対極２との界面１７、および封止部４と作用極１との界面１６から電解質３が漏洩しやすくなるからである。なお、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質３は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。この場合も、色素増感太陽電池１００の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が大きくなるためである。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、ＬｉＩ、Ｉ２、４−ｔ−ブチルピリジンなどが挙げられる。さらに電解質３としては、上記イオン液体電解質にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットイオンゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化したイオン液体電解質を用いてもよい。
【００５５】
［構造体挟持工程］
そして、図６に示すように、作用極１と対極２とを対向させ、作用極１と対極２とによって構造体１２を挟む（構造体挟持工程）。具体的には、作用極１，対極２によって、接着剤１３ａ、１３ｂを介して構造体１２を挟む。
【００５６】
［封止部形成工程］
そして、作用極１又は対極２を介して構造体１２を加圧しながら加熱することにより、接着剤１１ａ、接着剤１１ｂ、接着剤１３ａ及び接着剤１３ｂを溶融させて構造体１２を作用極１及び対極２に圧着させる。この溶融圧着により、構造体１２は、接着剤１３ｂを介して作用極１に接着され、接着剤１３ａを介して対極２に接着され、封止部４が形成される。こうして色素増感太陽電池１００の製造が完了する。
【００５７】
上記のようにして色素増感太陽電池１００を製造すると、上述した色素増感太陽電池１００の作用効果に加え、以下の作用効果が奏される。
【００５８】
すなわち上述した色素増感太陽電池１００の製造方法によれば、封止部形成工程において、スペーサ５を作用極１及び対極２に接着させるために、スペーサ５を、作用極１又は対極２を介して加圧する際、スペーサ５が用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサ５により一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池１００によれば、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また上述した色素増感太陽電池１００の製造方法では、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に絶縁性のスペーサ５が設けられているため、封止部４に均等に圧力がかからずスペーサ５にそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされる。このため、スペーサ５が左右に移動し、スペーサ５が封止部４から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００５９】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、スペーサ５全体が封止部４によって包囲され、スペーサ５が作用極１からも対極２からも離間しているが、図７に示す色素増感太陽電池２００のように、スペーサ５は、作用極１に接触し且つ対極２に接触していてもよい。この色素増感太陽電池は以下のようにして作製することができる。すなわち、まず作用極１に環状の接着剤を固定する（第１接着剤固定工程）。一方、対極２にも環状の接着剤を固定する（第２接着剤固定工程）。そして、接着剤を固定した作用極１と、接着剤を固定した対極２とを対向させ、作用極１に固定した接着剤と対極２に固定した接着剤とによってスペーサ５を挟む（スペーサ挟持工程）。そして、作用極１及び対極２上に固定した接着剤を加圧しながら加熱することによりスペーサ５を作用極１及び対極２に接着させ、かつ、作用極１及び対極２上に固定した接着剤同士を接着させて封止部４を形成すると共に作用極１、対極２及び封止部４によって電解質３を包囲する（封止部形成工程）。このとき、封止部４は、スペーサ５が封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に配置されるように形成する。またスペーサ５によって接着剤を加圧しながら接着剤を加熱することにより接着剤を十分に流動させ、作用極１とスペーサ５との間、対極２とスペーサ５との間から接着剤を排除するようにする。こうして、スペーサ５が作用極１にも対極２にも接触した色素増感太陽電池２００を得ることができる。
【００６０】
この場合、スペーサ５を作用極１又は対極２に接着させ、かつ、作用極１及び対極２上に固定した接着剤同士を接着させるために、作用極１及び対極２上に固定した接着剤を加圧しながら加熱する際、スペーサ５が用いられている。このため、高い圧力が加えられても、スペーサ５により一定間隔の極間距離が保たれる。このため、得られる色素増感太陽電池２００によれば、作用極１と対極２との短絡を防止することができる。また、色素増感太陽電池２００の製造方法では、封止部４の内周面４ａと外周面４ｂとの間に絶縁性のスペーサ５が設けられているため、封止部４に均等に圧力がかからずスペーサ５にそれを左右に動かそうとする力が働いても、封止部４の内周面４ａ又は外周面４ｂによりスペーサ５の移動がブロックされる。このため、スペーサ５が左右に移動し、スペーサ５が封止部４から剥離した状態となることが十分に抑制される。その結果、圧力を極端に制御する必要がなくなり、歩留まりが向上する。
【００６１】
またスペーサ５は、作用極１及び対極２のいずれか一方にのみ接触していてもよい。この場合、作用極１と封止部４との界面、又は、対極２と封止部４との界面を通って漏洩しようとする電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面に突き当たるため、一部の電解質３は、スペーサ５と封止部４との界面にトラップされる。その結果、電解質３が封止部４の外側に漏洩しにくくなる。よって、光電変換効率の低下をより十分に抑制することができる。
【００６２】
また上記実施形態では、電解質３が、構造体１２を作用極１と対極２とによって挟む前に作用極１の上に配置されているが、電解質３は、構造体１２を作用極１及び対極２に固定し、封止部４を形成した後に配置することも可能である。この場合、予め作用極１又は対極２に注入用の穴を形成しておき、この注入用の穴を通して電解質３を注入すればよい。
【００６３】
さらに上記実施形態では、スペーサ５を接着剤１１ａ，１１ｂで挟んで構造体１２を作製してからこの構造体１２を作用極１と対極２とで挟み色素増感太陽電池１００が製造されているが、スペーサ５を接着剤１１ａ，１１ｂで挟まず、スペーサ５を、作用極１に固定した接着剤１３ａと、対極２に固定した接着剤１３ｂとで挟むことによっても、色素増感太陽電池１００を製造することは可能である。
【００６４】
また上記実施形態では、スペーサ５は連続した環状をなしているが、図８に示すように、環状の封止部４に沿って複数のビーズ５ａを所定の間隔で配置してなるものであってもよい。即ち環状のスペーサ５は不連続であってもよい。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００６６】
（実施例１）
（作用極の作製）
基板として、ガラスからなる基板の上にＦＴＯを形成してなるＦＴＯ基板を用意した。そして、この基板の表面に、スクリーン印刷法により酸化チタンナノ粒子のペースト（Solaronix社製、Ti nanoixide T/sp）を塗布し、５００℃で１時間焼成した。こうして作用極を得た。
【００６７】
次に、この作用極を、光増感色素であるＮ７１９色素を０．２ｍＭ溶かした脱水エタノール液中に一昼夜浸漬し、作用極に光増感色素を担持させた。
【００６８】
そして、作用極の周縁部に、ホットメルト接着剤として、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなる環状の接着剤を配置して１５０℃で溶融圧着した。こうして作用極の周縁部に環状の接着剤を固定した。
【００６９】
（対極の作製）
対極基板として、厚さ２０μｍのＴｉ箔を用い、その上にスパッタリング法により白金膜を形成した。こうして対極を得た。そして、白金膜の上に、ホットメルト接着剤として、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなる環状の接着剤を配置して１５０℃で溶融圧着した。こうして対極の周縁部に環状の接着剤を固定した。
【００７０】
（構造体の作製）
スペーサとして幅１ｍｍ、厚さ７５μｍのＰＥＴフィルムを準備した。そして、幅２ｍｍ、厚さ５０μｍのニュクレル（三井デュポンポリケミカル社製）からなるフィルムを２枚用意した。そして、２枚のフィルムでスペーサを挟み、１５０℃でフィルム同士を溶融圧着した。こうして、スペーサ全体がニュクレルによって包囲されている構造体を作製した。
【００７１】
（色素増感太陽電池の作製）
そして、作用極に固定した環状の接着剤の内側に、ヨウ化リチウム０．１Ｍ、ヨウ素０．０５Ｍ、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン０．５Ｍをメトキシプロピオニトリル中に溶解させた電解質を注入した。そして、作用極と対極の接着剤同士を互いに対向させ、それらの接着剤の間に、上記のようにして得た構造体を挟んだ。そして、作用極に固定された接着剤、及び、対極に固定された接着剤を、３ＭＰａ、１５０℃の条件で溶融圧着した。こうして図１に示すような構造を有する色素増感太陽電池を得た。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサの全体が封止部によって包囲されている構造を有していた。
【００７２】
（実施例２〜４）
作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いたこと以外は実施例１と同様にして図１に示すような構造を有する色素増感太陽電池を作製した。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサの全体が封止部によって包囲されている構造を有していた。
【００７３】
（実施例５〜８）
構造体の代わりにスペーサをそのまま用い、作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いると共に、スペーサを作用極及び対極に接着させる際、スペーサと作用極及び対極の各々との間から接着剤を排除するようにしたこと以外は実施例１と同様にして図７に示すような構造を有する色素増感太陽電池を作製した。すなわち、得られた色素増感太陽電池は、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置され、且つ、スペーサが作用極及び対極と接触している構造を有していた。なお、表１中、「構造体の作製に使用した接着剤」において、「−」は接着剤を使用しなかったことを示す。
【００７４】
（比較例１〜４）
作用極に固定した接着剤、対極に固定した接着剤、構造体の作製に使用した接着剤として表１に示すものを用いたこと以外は実施例１と同様にして色素増感太陽電池を作製した。この色素増感太陽電池は、スペーサが封止部の内周面と外周面との間に配置されておらず、且つスペーサが作用極及び対極と接触していない構造を有する色素増感太陽電池であった。言い換えると、この色素増感太陽電池は、スペーサの内周面が電解質と接触し外周面が外気と接触し、且つスペーサが作用極及び対極から離間している構造を有する色素増感太陽電池であった。
【００７５】
［特性評価］
実施例１〜８及び比較例１〜４で得られた色素増感太陽電池について、ソーラーシミュレータ（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２）にて擬似太陽光を５００時間照射して、電流電位曲線を得た。そして、この電流電位曲線の結果から光電変換効率を算出した。そして、擬似太陽光を照射する前後の光電変換効率の値から下記式：
光電変換効率の減少率（％）＝（η０−η）／η０）×１００
（上記式中、η０は擬似太陽光照射前の光電変換効率を表し、ηは、擬似太陽光を５００ｈ照射した後の光電変換効率を表す）
に基づいて光電変換効率の減少率を算出した。結果を表１に示す。
【表１】
【００７６】
表１に示す結果より、実施例１〜８の色素増感太陽電池は、比較例１〜４の色素増感太陽電池に比べて、光電変換効率の減少率が極めて小さいことが分かった。
【００７７】
このことから、本発明の色素増感太陽電池によれば、光電変換効率の低下を十分に抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【００７８】
１…作用極
２…対極
３…電解質
４…封止部
４ａ…内周面
４ｂ…外周面
５…スペーサ
１５…スペーサと封止部との界面
１００，２００…色素増感太陽電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備え、
前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記スペーサの全体が前記封止部によって包囲されている、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記スペーサが、前記作用極及び対極の少なくとも一方に接触している、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記作用極及び前記対極の少なくとも一方が可撓性を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、
前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極と前記対極とによって、環状の接着剤の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサを設けてなり且つ前記スペーサの全体が前記接着剤によって包囲されている構造体を挟む構造体挟持工程と、
前記構造体を加圧しながら加熱することにより前記構造体を前記作用極及び前記対極に接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含むことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、
前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程とをさらに含む、請求項５に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項７】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、
前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、
前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程と、
前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極に固定した前記接着剤と前記対極に固定した前記接着剤とによって、絶縁性のスペーサを挟むスペーサ挟持工程と、
前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤を加圧しながら加熱することにより前記スペーサを前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤に接着させ、かつ、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤同士を接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含み、
前記封止部形成工程において、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に配置されるように前記封止部が形成される、ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項１】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備え、
前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に設けられていることを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記スペーサの全体が前記封止部によって包囲されている、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記スペーサが、前記作用極及び対極の少なくとも一方に接触している、請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記作用極及び前記対極の少なくとも一方が可撓性を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、
前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極と前記対極とによって、環状の接着剤の内周面と外周面との間に絶縁性のスペーサを設けてなり且つ前記スペーサの全体が前記接着剤によって包囲されている構造体を挟む構造体挟持工程と、
前記構造体を加圧しながら加熱することにより前記構造体を前記作用極及び前記対極に接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含むことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、
前記構造体挟持工程の前に行われ、前記構造体に接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程とをさらに含む、請求項５に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
【請求項７】
作用極と、
前記作用極に対向するように配置される対極と、
前記作用極及び前記対極を連結する環状の封止部と、
前記作用極、前記対極及び前記封止部によって包囲される電解質と、
前記作用極及び前記対極の間に設けられる絶縁性のスペーサとを備える色素増感太陽電池の製造方法であって、
前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記作用極に固定する第１接着剤固定工程と、
前記スペーサに接着させる環状の接着剤を前記対極に固定する第２接着剤固定工程と、
前記作用極と前記対極とを対向させ、前記作用極に固定した前記接着剤と前記対極に固定した前記接着剤とによって、絶縁性のスペーサを挟むスペーサ挟持工程と、
前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤を加圧しながら加熱することにより前記スペーサを前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤に接着させ、かつ、前記作用極及び前記対極上に固定した前記接着剤同士を接着させて前記封止部を形成すると共に前記作用極、前記対極及び前記封止部によって前記電解質を包囲する封止部形成工程とを含み、
前記封止部形成工程において、前記スペーサが前記封止部の内周面と外周面との間に配置されるように前記封止部が形成される、ことを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４１７８（Ｐ２０１３−４１７８Ａ）
【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２０１１−１３０７２５（Ｐ２０１１−１３０７２５）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【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２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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