特許 5851938 色素増感型太陽電池用金属基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5851938

(24)【登録日】2015年12月11日

(45)【発行日】2016年2月3日

(54)【発明の名称】色素増感型太陽電池用金属基板

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/20 20060101AFI20160114BHJP

【ＦＩ】

   H01G9/20 115A

   H01G9/20 115B

【請求項の数】13

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-122493(P2012-122493)

(22)【出願日】2012年5月29日

(65)【公開番号】特開2013-247095(P2013-247095A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2014年12月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】304051908

【氏名又は名称】株式会社ＮＥＯＭＡＸマテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】井上 良二

(72)【発明者】

【氏名】山本 晋司

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 啓太

(72)【発明者】

【氏名】石尾 雅昭

【審査官】 植前 充司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１５３１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２８３１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９２６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４７２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１６１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９２４０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ９／２０

Ｈ０１Ｍ １４／００

Ｈ０１Ｌ ３１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

色素増感型太陽電池素子の正極側に配置され、前記色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属により形成された非多孔質の第１金属層と、
前記第１金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合された第２金属層と、
前記第２金属層と接して前記第１金属層とは反対側に接合された第３金属層とを含むクラッド材を備え、
前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面には、凹凸が形成されており、
前記第２金属層の厚みは、前記クラッド材の厚みの５０％以上である、色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項2】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積／平面積は、１．０３以上である、請求項１に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項3】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積／平面積は、１．０５以上である、請求項２に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項4】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、０．５０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項5】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、１．２０μｍ以上である、請求項４に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項6】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さＲａは、０．１０μｍ以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項7】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さＲａは、０．２２μｍ以上である、請求項６に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項8】

前記第１金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面上には、触媒層が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項9】

前記第１金属層、前記第２金属層および第３金属層を含む前記クラッド材は、前記色素増感型太陽電池素子の正極を構成している、請求項１〜８のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項10】

前記第１金属層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されており、
前記第２金属層は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項11】

前記第３金属層の熱膨張係数と前記第１金属層の熱膨張係数との差は、前記第２金属層の熱膨張係数と前記第１金属層の熱膨張係数との差よりも小さい、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項12】

前記第３金属層は、前記第２金属層を構成する金属よりも耐食性の高い金属により形成されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【請求項13】

前記第１金属層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されており、
前記第２金属層は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されており、
前記第３金属層は、Ｆｅ、フェライト系ステンレス、ＴｉまたはＴｉ合金のいずれか１つにより形成されている、請求項１０に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、色素増感型太陽電池用金属基板に関し、特に、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属層を備える色素増感型太陽電池用金属基板に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属層を備える色素増感型太陽電池用金属基板が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、光入射側に配置され、縞状の白金電極が光入射側とは反対側の表面に形成されたガラス基板と、光入射側とは反対側に配置され、Ｔｉからなるチタン基板（色素増感型太陽電池用金属基板）と、チタン基板の表面上に配置されたチタニア膜と、チタニア膜と白金電極とが対向するように配置された状態で、両者の間に充填されたヨウ素電解質とを備える色素増感型太陽電池が開示されている。このチタニア膜には、光を吸収する増感色素が吸着されている。なお、上記特許文献１には、Ｔｉからなるチタン基板に代えてチタン合金またはステンレスからなる金属基板を用いることが可能である点が開示されている。これら、Ｔｉ、Ｔｉ合金またはステンレスからなる金属基板は、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−５５９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に開示された色素増感型太陽電池では、Ｔｉ、Ｔｉ合金またはステンレスからなる金属基板により、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持することが可能である一方、金属基板を構成するＴｉ、チタン合金またはステンレスが比較的大きい電気抵抗を有するために金属基板に電気的な損失が生じやすいという不都合がある。このため、色素増感型太陽電池の発電効率が低下するという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることが可能な色素増感型太陽電池用金属基板を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板は、色素増感型太陽電池素子の正極側に配置され、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属により形成された非多孔質の第１金属層と、第１金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、第１金属層の色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合された第２金属層と、第２金属層と接して第１金属層とは反対側に接合された第３金属層とを含むクラッド材を備え、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面には、凹凸が形成されており、第２金属層の厚みは、クラッド材の厚みの５０％以上である。

【0008】

この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、非多孔質の第１金属層と、第１金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、第１金属層に接合された第２金属層とを含むクラッド材を備えることによって、色素増感型太陽電池用金属基板が第１金属層のみからなる場合と異なり、色素増感型太陽電池用金属基板の一部が第１金属層の電気抵抗よりも低い第２金属層であるので、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第１金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、色素増感型太陽電池用金属基板内での電気的な損失が増大するのを抑制することができる。この結果、色素増感型太陽電池用金属基板が第１金属層のみからなる場合よりも、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。

【0009】

また、この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、第１金属層が色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属により形成されているとともに、第２金属層を第１金属層の色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合することによって、第２金属層を色素増感型太陽電池用金属基板に形成した場合においても、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持することができる。これらの結果、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。

【0010】

また、この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面に凹凸を形成することによって、基板表面の凹凸により基板表面の表面積を大きくすることができるので、たとえば、基板表面が触媒層に覆われる場合に、触媒層の表面積を大きくすることができる。この結果、触媒層を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池の発電効率をより向上させることができる。

【0011】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積／平面積は、１．０３以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。なお、平面積とは、表面積が測定される所定の範囲を平面に投影した場合の、平面における面積のことである。

【0012】

この場合、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積／平面積は、１．０５以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。

【0013】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、０．５０μｍ以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。

【0014】

この場合、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、１．２０μｍ以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。

【0015】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さＲａは、０．１０μｍ以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。

【0016】

この場合、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さＲａは、０．２２μｍ以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。

【0017】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面上には、触媒層が形成されている。このように構成すれば、凹凸により表面積が大きくされた基板表面上に触媒層が形成されるので、触媒層の表面積を大きくすることができる。この結果、触媒層を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池の発電効率をより向上させることができる。

【0018】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層、第２金属層および第３金属層を含むクラッド材は、色素増感型太陽電池素子の正極を構成している。このように色素増感型太陽電池素子の正極を構成している第１金属層、第２金属層および第３金属層を含むクラッド材から構成される色素増感型太陽電池用金属基板において、第２金属層を第１金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されていることによって、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第１金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。

【0019】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第１金属層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されており、第２金属層は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されている。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板が第１金属層のみからなる場合と異なり、色素増感型太陽電池用金属基板の一部が電気抵抗の低いＣｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されている第２金属層であるので、容易に、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第１金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。

【0020】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第３金属層の熱膨張係数と第１金属層の熱膨張係数との差は、第２金属層の熱膨張係数と第１金属層の熱膨張係数との差よりも小さい。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板が熱変形する際に、第２金属層が第１金属層に対して変形することに起因して色素増感型太陽電池用金属基板全体が変形するのを、第１金属層の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する第３金属層によって抑制することができる。

【0021】

上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第３金属層は、第２金属層を構成する金属よりも耐食性の高い金属により形成されている。このように構成すれば、外部環境などに起因して第２金属層が腐食するのを第３金属層によって抑制することができる。

【0022】

上記第１金属層がＴｉまたはＴｉ合金により形成され、第２金属層がＣｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成される構成において、好ましくは、第１金属層は、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されており、第２金属層は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されており、第３金属層は、Ｆｅ、フェライト系ステンレス、ＴｉまたはＴｉ合金のいずれか１つにより形成されている。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板一部が電気抵抗の低いＣｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されている第２金属層であるので、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第１金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。また、色素増感型太陽電池用金属基板が熱変形する際に、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されている第２金属層が第１金属層に対して変形することに起因して色素増感型太陽電池用金属基板全体が変形するのを、ＴｉまたはＴｉ合金により形成されている第１金属層の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する、Ｆｅ、フェライト系ステンレス、ＴｉまたはＴｉ合金のいずれか１つにより形成されている第３金属層によって抑制することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、上記のように、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態による色素増感型太陽電池の構造を示した断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態による金属基板の構造を模式的に示した斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態による金属基板の構造を示した断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態による金属基板の構造を示した拡大断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態による金属基板の構造を示した断面図である。

【図6】本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションによる３層構造の金属基板における体積抵抗率の計算値を示した図である。

【図7】本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションによる３層構造の金属基板における体積抵抗率のグラフである。

【図8】本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションによる２層構造の金属基板における体積抵抗率の計算値を示した図である。

【図9】本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションによる２層構造の金属基板における体積抵抗率のグラフである。

【図10】本発明の効果を確認するために行った３層構造の金属基板の上面に沿った方向における体積抵抗率の測定方法を示した斜視図である。

【図11】本発明の効果を確認するために行った３層構造の金属基板の上面に沿った方向における体積抵抗率の実験結果を示した図である。

【図12】本発明の効果を確認するために行った色素増感型太陽電池の発電効率の実験結果を示した図である。

【図13】本発明の効果を確認するために行った表面粗さを変化させた場合の色素増感型太陽電池の発電効率の実験結果を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0026】

（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による色素増感型太陽電池１００の構造について説明する。

【0027】

本発明の第１実施形態による色素増感型太陽電池１００は、図１に示すように、光入射側（Ｚ１側）に配置された太陽電池素子１と、光入射側とは反対側（Ｚ２側）に配置された金属基板２とを備えている。なお、太陽電池素子１は、本発明の「色素増感型太陽電池素子」の一例であり、金属基板２は、本発明の「クラッド材」および「色素増感型太陽電池用金属基板」の一例である。

【0028】

太陽電池素子１は、光入射側に配置され、光を透過するガラス基板１１と、ガラス基板１１の下面上（Ｚ２側）に形成された上部電極１２と、白金薄膜により形成されており、金属基板２の上面上に形成された白金触媒層１３とを含んでいる。また、白金触媒層１３の代わりにグラファイトにより形成された触媒層を用いてもよい。なお、白金触媒層１３は、本発明の「触媒層」の一例である。

【0029】

また、太陽電池素子１は、さらに、上部電極１２と白金触媒層１３との間に充填されたヨウ素電解質１４と、上部電極１２の下面の端部と白金触媒層１３の上面の端部とを接続するように配置され、ヨウ素電解質１４をガラス基板１１と金属基板２との間に封止するための封止材１５とを含んでいる。また、ヨウ素電解質１４には、ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）とヨウ素イオン（Ｉ⁻）とが含まれている。なお、ヨウ素電解質１４は、本発明の「電解質」の一例である。

【0030】

上部電極１２は、ヨウ素電解質１４に対して耐食性を有するとともに、光を透過することが可能なＦＴＯ（微量のフッ素が添加された酸化スズ）により形成されている。なお、ＦＴＯの体積抵抗率は、約８００×１０^−８Ω×ｍである。また、上部電極１２は、太陽電池素子１の負極として機能し、金属基板２は、太陽電池素子１の正極として機能するように構成されている。

【0031】

また、上部電極１２と金属基板２とには、それぞれ、色素増感型太陽電池１００において発生した電力を取り出すための端子３ａおよび３ｂが接続されている。このため、金属基板２の所定の領域と、端子３ｂとの間に電流を流すためには、Ｘ−Ｙ平面に沿った方向（Ｘ方向、Ｙ方向およびＸ方向の成分とＹ方向の成分とを合成した方向）に電流が流れる必要がある。

【0032】

また、上部電極１２の下面側には、粒子状の二酸化チタン１２ａが無数に固定されている。また、二酸化チタン１２ａの表面には、吸光部１２ｂが吸着されている。この吸光部１２ｂは、ルテニウム錯体などの色素からなり、可視光などからなる光を吸収して電子を放出する機能を有する。また、二酸化チタン１２ａは、吸光部１２ｂから放出された電子を上部電極１２に伝達する機能を有する。

【0033】

また、太陽電池素子１は、色素増感型の太陽電池素子である。この太陽電池素子１の具体的な発電機構を説明する。まず、太陽電池素子１に光が照射されると、吸光部１２ｂが光を吸収することにより吸光部１２ｂから電子が放出され、吸光部１２ｂが酸化状態になる。そして、吸光部１２ｂから放出された電子は、二酸化チタン１２ａを介して上部電極１２（負極）に到達する。その後、電子は、上部電極１２から端子３ａを介して図示しない外部回路を通過する。そして、電子は、端子３ｂを介して金属基板２（正極）に到達する。ここで、白金触媒層１３の白金を触媒として、ヨウ素電解質１４のヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）が電子を受け取って、３つのヨウ素イオン（３Ｉ⁻）が形成される。そして、ヨウ素イオン（Ｉ⁻）から酸化状態の吸光部１２ｂに電子が供給されることによって、元の吸光部１２ｂに戻るとともに、３つのヨウ素イオン（Ｉ⁻）がヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）に戻る。この一連のサイクルが繰り返されることによって、太陽電池素子１において電力が発生するように構成されている。

【0034】

金属基板２は、図２および図３に示すように、太陽電池素子１の白金触媒層１３側である上方（Ｚ１側）から順に、Ｔｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とが配置されることによって形成されている。つまり、Ｔｉ層２１は、白金触媒層１３の下面に接触した状態で配置されている。なお、Ｔｉ層２１は、本発明の「第１金属層」の一例であり、Ｃｕ層２２は、本発明の「第２金属層」の一例であり、ステンレス層２３は、本発明の「第３金属層」の一例である。

【0035】

また、この金属基板２は、各々平板状の形状を有するＴｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とが、厚み方向（Ｚ方向）に積層した状態で接合された、３層構造のクラッド材により構成されている。

【0036】

Ｔｉ層２１は、非多孔質のＴｉにより形成されており、ヨウ素電解質１４に対して耐食性を有する。また、図４に示すように、Ｔｉ層２１の白金触媒層１３側の上面２ａ（Ｚ１側の面）が粗くされることによって、上面２ａには凹凸が形成されている。なお、上面２ａは、本発明の「基板表面」の一例である。

【0037】

具体的には、Ｔｉ層２１の白金触媒層１３側の上面２ａの算術平均粗さＲａが約０．２２μｍであり、十点平均粗さＲｚｊｉｓが約１．２０μｍであり、表面積／平面積が約１．０５であるように形成されている。ここで、表面積／平面積とは、任意の正方形領域における上面２ａの表面積を、正方形領域の平面積で除した値を意味する。なお、上面２ａの算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚｊｉｓおよび表面積／平面積は、それぞれ、約０．１０μｍ以上、約０．５０μｍ以上、および、約１．０３以上であればよい。

【0038】

また、白金触媒層１３は、凹凸を有する上面２ａ上を覆うように形成されている。この結果、白金触媒層１３の表面積は上面２ａに凹凸が形成されていない場合よりも大きくなる。なお、白金触媒層１３が粉末状の場合には、白金は薄膜状（層状）に形成されずに上面２ａの一部に付着すると考えられる。この場合においても、上面２ａが粗くされていることにより上面２ａ上に白金が付着しやすいので、白金の表面積は大きくなる。

【0039】

Ｃｕ層２２は、Ｃｕにより形成されている。ステンレス層２３は、Ｃｕよりも耐食性の高いＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）により形成されている。具体的には、ステンレス層２３は、約１６％以上約１８％以下のＣｒを含むフェライト系のステンレスであるＦｅ合金により形成されている。

【0040】

ここで、第１実施形態では、図３に示すように、金属基板２の厚み方向（Ｚ方向）における厚みｔ１は、約１００μｍになるように構成されている。また、Ｃｕ層２２の厚み方向（Ｚ方向）における厚みｔ２は、金属基板２の厚みｔ１の約４０％の約４０μｍになるように構成されている。なお、Ｃｕ層２２の厚みｔ２は、金属基板２の厚みｔ１の約２０％（約２０μｍ）以上約７０％（約７０μｍ）以下であるのが好ましい。また、Ｃｕ層２２の厚みｔ２は、金属基板２の厚みｔ１の約３０％（約３０μｍ）以上約６０％（約６０μｍ）以下であるのがより好ましい。

【0041】

また、Ｔｉ層２１の厚み方向（Ｚ方向）における厚みｔ３と、ステンレス層２３の厚み方向における厚みｔ４とは、略同一になるように構成されている。つまり、Ｔｉ層２１の厚みｔ３およびステンレス層２３の厚みｔ４は、共に、金属基板２の厚みｔ１の約３０％の約３０μｍになるように構成されている。なお、Ｔｉ層２１の厚みｔ３は、金属基板２の厚みｔ１の約２０％（約２０μｍ）以上であるのが好ましい。なお、Ｔｉ層２１の上面２ａ上に形成された白金触媒層１３の厚みｔ５（図４参照）は、約１ｎｍ以上約３００ｎｍ以下になるように形成されている。

【0042】

また、Ｔｉ層２１が有する体積抵抗率Ｒ１は、約５４×１０^−８Ω×ｍである。また、Ｃｕ層２２が有する体積抵抗率Ｒ２は、約１．７×１０^−８Ω×ｍである。また、ステンレス層２３が有する体積抵抗率Ｒ３は、約６０×１０^−８Ω×ｍである。つまり、Ｃｕ層２２の体積抵抗率Ｒ２は、Ｔｉ層２１の体積抵抗率Ｒ１およびステンレス層２３の体積抵抗率Ｒ３の約２０分の１以下であるように構成されている。

【0043】

また、Ｔｉ層２１の熱膨張係数は、約８．９×１０^−６／℃である。また、Ｃｕ層２２の熱膨張係数は、約１７×１０^−６／℃である。また、ステンレス層２３の熱膨張係数は、約１０．４×１０^−６／℃である。つまり、Ｔｉ層２１の熱膨張係数とステンレス層２３の熱膨張係数との差（＝約１．５×１０^−６／℃）は、Ｃｕ層２２の熱膨張係数とステンレス層２３の熱膨張係数との差（＝約８．１×１０^−６／℃）よりも小さい。

【0044】

また、図２に示すように、厚み方向（Ｚ方向）と直交する上面２ａに沿ったＸ方向において、Ｔｉ層２１の体積抵抗率Ｒ１と、Ｃｕ層２２の体積抵抗率Ｒ２と、ステンレス層２３の体積抵抗率Ｒ３とを合成したＸ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚは、約２×１０^−８Ω×ｍになるように構成されている。なお、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚとは、Ｙ−Ｚ平面と直交する方向（Ｘ方向）に沿ってＹ−Ｚ平面を貫通するように流れる電流Ｉｘに対する、金属基板２の体積抵抗率のことである。

【0045】

また、Ｙ方向、および、Ｘ方向成分とＹ方向成分とを合成した方向は、Ｘ方向と同様に、厚み方向（Ｚ方向）と直交する上面２ａに沿った方向である。したがって、Ｙ方向の合成体積抵抗率（Ｙ方向に沿って流れる電流に対する金属基板２の体積抵抗率）と、Ｘ方向成分とＹ方向成分とを合成した方向の合成体積抵抗率（合成した方向に沿って流れる電流に対する金属基板２の体積抵抗率）とは、共に、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚと同一になる。このため、これ以降、厚み方向（Ｚ方向）と直交する上面２ａに沿った方向の合成体積抵抗率として、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚのみを考慮する。

【0046】

また、厚み方向（Ｚ方向）において、Ｔｉ層２１の体積抵抗率Ｒ１と、Ｃｕ層２２の体積抵抗率Ｒ２と、ステンレス層２３の体積抵抗率Ｒ３とを合成した厚み方向の合成体積抵抗率Ｒｘｙは、約１８×１０^−８Ω×ｍになるように構成されている。つまり、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚ（約２×１０^−８Ω×ｍ）は、厚み方向（Ｚ方向）の合成体積抵抗率Ｒｘｙ（約１８×１０^−８Ω×ｍ）よりも小さくなるように構成されている。なお、厚み方向の合成体積抵抗率Ｒｘｙとは、Ｘ−Ｙ平面と直交する方向（厚み方向：Ｚ方向）に沿ってＸ−Ｙ平面を貫通するように流れる電流Ｉｚに対する、金属基板２の体積抵抗率のことである。

【0047】

次に、図１および図３を参照して、本発明の第１実施形態による色素増感型太陽電池１００の製造プロセスについて説明する。

【0048】

まず、非多孔質からなるロール状のＴｉ板、ロール状のＣｕ板およびＳＵＳ４３０のロール状のステンレス板（図示せず）を準備する。なお、Ｃｕ板の厚みは、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの約４０％である。また、Ｔｉ板の厚みおよびステンレス板の厚みは、共に、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの約３０％である。

【0049】

そして、ロールを解いてＴｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の順に積層させた状態で、図示しない圧延機によって連続的に接合する。この際、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板を、所定の圧力を加えながら冷間で圧延する。これにより、図３に示すように、約３０μｍの厚みｔ３を有するＴｉ層２１と、約４０μｍの厚みｔ２を有するＣｕ層２２と、約３０μｍの厚みｔ４を有するステンレス層２３とが接合されて約１００μｍの厚みｔ１を有するクラッド材（金属基板２）が連続的に形成される。そして、図４に示すように、クラッド材（金属基板２）の白金触媒層１３側の上面２ａ（Ｚ１側の面）にショットブラストを行う。この際、Ｔｉ層２１の上面２ａにおける算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚｊｉｓおよび表面積／平面積が、それぞれ、約０．２２μｍ、約１．２０μｍ、および、約１．０５になるように上面２ａを粗くして凹凸を形成する。

【0050】

その後、クラッド材（金属基板２）の上面２ａ上に、スパッタ法やペースト塗布などによって、白金薄膜の白金触媒層１３を形成する。これにより、凹凸を有する上面２ａ上に白金触媒層１３が形成される。そして、白金触媒層１３が形成されたクラッド材（金属基板２）が連続的に形成されて、ロール状に巻き取られる。

【0051】

一方、準備したガラス基板１１の下面上に、スパッタ法などによって、ＦＴＯの上部電極１２を形成する。その後、粒子状の二酸化チタンの粉末を含む塗布材を上部電極１２の下面上に塗布した後に、乾燥および焼成を行う。これにより、上部電極１２の下面上に粒子状の二酸化チタン１２ａが固定される。そして、ガラス基板１１をルテニウム錯体などの色素を含む溶液に浸すことによって、二酸化チタン１２ａの表面に色素からなる吸光部１２ｂを吸着させる。これにより、上部電極１２、二酸化チタン１２ａおよび吸光部１２ｂが形成されたガラス基板１１が形成される。そして、ガラス基板１１の下面上に所定の間隔を隔てて、封止材１５を配置する。

【0052】

その後、ガラス基板１１とクラッド材（金属基板２）との間に所定の間隔が形成されるように、ロールを解いたクラッド材（金属基板２）の上面上にガラス基板１１を配置する。そして、ガラス基板１１の両端部に対応する位置でクラッド材を切断した後に、ガラス基板１１と金属基板２と封止材１５とで形成される空間内にヨウ素電解質１４を充填する。これにより、太陽電池素子１が形成される。最後に、上部電極１２と金属基板２とに、それぞれ、端子３ａおよび３ｂを接続することによって、図１に示す色素増感型太陽電池１００が製造される。

【0053】

第１実施形態では、上記のように、太陽電池素子１の正極として機能する金属基板２が、非多孔質のＴｉ層２１と、Ｔｉ層２１の体積抵抗率Ｒ１（約５４×１０^−８Ω×ｍ）よりも低い体積抵抗率Ｒ２（約１．７×１０^−８Ω×ｍ）を有するＣｕにより形成されているとともに、Ｔｉ層２１に接合されたＣｕ層２２とを備えることによって、金属基板２がＴｉ層２１のみからなる場合と異なり、金属基板２の一部がＴｉ層２１の電気抵抗よりも低いＣｕにより形成されているＣｕ層２２であるので、金属基板２の電気抵抗を、Ｔｉ層のみからなる金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、金属基板２において電気的な損失が増大するのを抑制することができる。この結果、金属基板２がＴｉ層２１のみからなる場合よりも、色素増感型太陽電池１００の発電効率を向上させることができる。

【0054】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２１の白金触媒層１３側の上面２ａを粗くすることにより上面２ａに凹凸を形成することによって、上面２ａの凹凸により白金触媒層１３に覆われる上面２ａの表面積を大きくすることができるので、白金触媒層１３の表面積を大きくすることができる。この結果、白金触媒層１３を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池１００の発電効率をより向上させることができる。

【0055】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２１の白金触媒層１３側の上面２ａの算術平均粗さＲａが約０．２２μｍであり、十点平均粗さＲｚｊｉｓが約１．２０μｍであり、表面積／平面積が約１．０５であるように形成することによって、上面２ａの凹凸により触媒層に覆われる上面２ａの表面積を効果的に大きくすることができるので、白金触媒層１３の表面積を効果的に大きくすることができる。

【0056】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２１がヨウ素電解質１４に対して耐食性を有するＴｉにより形成されているとともに、Ｃｕ層２２をＴｉ層２１の太陽電池素子
１とは反対側に接合することによって、Ｃｕ層２２を金属基板２に形成した場合においても、太陽電池素子１のヨウ素電解質１４に対する耐食性を維持することができる。これらの結果、太陽電池素子１のヨウ素電解質１４に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池１００の発電効率を向上させることができる。

【0057】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２１の熱膨張係数とＳＵＳ４３０のステンレス層２３の熱膨張係数との差（＝約１．５×１０^−６／℃）を、Ｃｕ層２２の熱膨張係数とステンレス層２３の熱膨張係数との差（＝約８．１×１０^−６／℃）よりも小さくすることによって、金属基板２が熱変形する際に、Ｃｕ層２２がＴｉ層２１に対して変形することに起因して金属基板２全体が変形するのを、Ｔｉ層２１の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するＳＵＳ４３０のステンレス層２３によって抑制することができる。

【0058】

また、第１実施形態では、上記のように、ステンレス層２３を、Ｃｕ層２２を構成するＣｕよりも耐食性の高いフェライト系ステンレスにより形成することによって、外部環境などに起因してＣｕ層２２が腐食するのをステンレス層２３によって抑制することができる。

【0059】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２１の厚みｔ３およびステンレス層２３の厚みｔ４を、共に、金属基板２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約３０％（約３０μｍ）にすることによって、金属基板２全体が変形するのを、Ｔｉ層２１の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するとともに、Ｔｉ層２１の厚みｔ３と同一の厚みｔ４を有するステンレス層２３によってより抑制することができる。また、Ｔｉ層２１の厚みｔ３とステンレス層２３の厚みｔ４とが異なることに起因してＴｉ層２１、Ｃｕ層２２およびステンレス層２３を接合してクラッド材を形成するのが困難になるのを抑制することができる。

【0060】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｃｕ層２２の厚みｔ２を、金属基板２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約４０％（約４０μｍ）にすることによって、電気抵抗の低いＣｕにより形成されているＣｕ層２２の占める領域をある程度大きくすることができるので、金属基板２全体の電気抵抗をより低くすることができる。また、Ｃｕ層２２の占める領域が過度に大きくなるのを抑制することができるので、Ｔｉ層２１の占める領域が過度に小さいことに起因してＴｉ層２１に破れなどの欠陥が生じるのを抑制することができる。また、熱変形の大きなＣｕ層２２の占める領域が過度に大きくなることに起因して金属基板２が変形しやすくなるのを抑制することができる。

【0061】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｃｕ層２２の体積抵抗率Ｒ２を、Ｔｉ層２１の体積抵抗率Ｒ１およびステンレス層２３の体積抵抗率Ｒ３の約２０分の１以下にすることによって、Ｔｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とを含む金属基板２の電気抵抗を効果的に低くすることができるので、金属基板２内での電気的な損失が増大するのを効果的に抑制することができる。

【0062】

（第２実施形態）
次に、図１および図５を参照して、本発明の第２実施形態による色素増感型太陽電池２００の構造について説明する。この第２実施形態による色素増感型太陽電池２００では、上記第１実施形態と異なり、金属基板２０２が、Ｔｉ層２２１とＣｕ層２２２とが接合された２層構造のクラッド材により構成されている場合について説明する。

【0063】

本発明の第２実施形態による色素増感型太陽電池２００（図１参照）の金属基板２０２は、図５に示すように、太陽電池素子１側（図１参照）である上方（Ｚ１側）から順に、Ｔｉ層２２１とＣｕ層２２２とが配置されることによって形成されている。つまり、白金触媒層１３の下面に接触した状態でＴｉ層２２１が配置されている。なお、金属基板２０２は、本発明の「クラッド材」および「色素増感型太陽電池用金属基板」の一例である。また、Ｔｉ層２２１は、本発明の「第１金属層」の一例であり、Ｃｕ層２２２は、本発明の「第２金属層」の一例である。

【0064】

この金属基板２０２は、各々平板状の形状を有するＴｉ層２２１とＣｕ層２２２とが、厚み方向（Ｚ方向）に積層した状態で接合された、２層構造のクラッド材により構成されている。また、Ｔｉ層２２１は非多孔質のＴｉにより形成されているとともに、Ｃｕ層２２２はＣｕにより形成されている。

【0065】

ここで、第２実施形態では、Ｃｕ層２２２の厚み方向（Ｚ方向）における厚みｔ２は、金属基板２０２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約７０％の約７０μｍになるように構成されている。なお、Ｃｕ層２２２の厚みｔ２は、金属基板２０２の厚みｔ１の約２０％（約２０μｍ）以上約８５％（約８５μｍ）以下であるのが好ましい。また、Ｃｕ層２２２の厚みｔ２は、金属基板２０２の厚みｔ１の約５０％（約５０μｍ）以上約８０％（約８０μｍ）以下であるのがより好ましい。

【0066】

また、Ｔｉ層２２１の厚み方向（Ｚ方向）における厚みｔ３は、金属基板２０２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約３０％の約３０μｍになるように構成されている。なお、Ｔｉ層２２１の厚みｔ３は、金属基板２０２の厚みｔ１の約１５％（約１５μｍ）以上であるのが好ましい。

【0067】

また、第２実施形態では、Ｔｉ層２２１の白金触媒層１３側の上面２ａの算術平均粗さＲａが約０．２２μｍであり、十点平均粗さＲｚｊｉｓが約１．２０μｍであり、表面積／平面積が約１．０５であるように、上面２ａに凹凸が形成されている。なお、第２実施形態の色素増感型太陽電池２００のその他の構成は、上記第１実施形態と略同様である。

【0068】

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による色素増感型太陽電池２００の製造プロセスについて説明する。

【0069】

まず、非多孔質からなるロール状のＴｉ板およびロール状のＣｕ板（図示せず）を準備する。なお、Ｃｕ板の厚みは、Ｔｉ板およびＣｕ板の合計の厚みの約７０％である。また、Ｔｉ板の厚みは、Ｔｉ板およびＣｕ板の合計の厚みの約３０％である。

【0070】

そして、ロールを解いてＴｉ板およびＣｕ板を積層させた状態で、図示しない圧延機によって連続的に接合する。この際、Ｔｉ板とＣｕ板とを、所定の圧力を加えながら冷間で圧延する。これにより、図５に示すように、約３０μｍの厚みｔ３を有するＴｉ層２２１と、約７０μｍの厚みｔ２を有するＣｕ層２２２とが接合されて約１００μｍの厚みｔ１を有するクラッド材（金属基板２０２）が連続的に形成される。なお、第２実施形態のその他の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。

【0071】

第２実施形態では、上記のように、金属基板２０２が、非多孔質のＴｉ層２２１と、Ｔｉ層２２１の体積抵抗率Ｒ１（約５４×１０^−８Ω×ｍ）よりも低い体積抵抗率Ｒ２（約１．７×１０^−８Ω×ｍ）を有するＣｕにより形成されているとともに、Ｔｉ層２２１に接合されたＣｕ層２２２とを備えることによって、金属基板２０２の電気抵抗を、Ｔｉ層のみからなる金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、金属基板２０２において電気的な損失が増大するのを抑制することができるので、色素増感型太陽電池２００の発電効率を向上させることができる。

【0072】

また、第１実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２２１の白金触媒層１３側の上面２ａを粗くすることにより上面２ａに凹凸を形成することによって、上面２ａの凹凸により白金触媒層１３に覆われる上面２ａの表面積を大きくすることができるので、白金触媒層１３の表面積を大きくすることができる。この結果、白金触媒層１３を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池２００の発電効率をより向上させることができる。

【0073】

また、第２実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２２１がヨウ素電解質１４に対して耐食性を有するＴｉにより形成されているとともに、Ｃｕ層２２２をＴｉ層２２１の太陽電池素子１とは反対側に接合することによって、Ｃｕ層２２２を金属基板２０２に形成した場合においても、太陽電池素子１のヨウ素電解質１４に対する耐食性を維持することができる。

【0074】

また、第２実施形態では、上記のように、Ｃｕ層２２２の厚みｔ２を、金属基板２０２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約７０％（約７０μｍ）にすることによって、電気抵抗の低いＣｕにより形成されているＣｕ層２２２の占める領域を大きくすることができるので、金属基板２０２全体の電気抵抗をより低くすることができる。

【0075】

また、第２実施形態では、上記のように、Ｔｉ層２２１の厚みｔ３を、金属基板２０２の厚みｔ１（約１００μｍ）の約３０％（約３０μｍ）にすることによって、Ｔｉ層２２１の厚みｔ３が過度に小さくなるのを抑制することができるので、Ｔｉ層２２１の厚みｔ３が過度に小さいことに起因してＴｉ層２２１に破れなどの欠陥が生じるのを抑制することができる。また、熱変形の大きなＣｕ層２２２の占める領域が過度に大きくなることに起因して金属基板２０２が変形しやすくなるのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0076】

[実施例]
次に、図２〜図１３を参照して、本発明の効果を確認するために行った体積抵抗率のシミュレーションおよび測定と、発電効率の測定とについて説明する。具体的には、上記第１実施形態による３層構造の金属基板２における体積抵抗率、および、上記第２実施形態による２層構造の金属基板２０２における体積抵抗率のシミュレーションを行った。また、上記第１実施形態による３層構造の金属基板２における上面２ａに沿った方向の体積抵抗率の測定と、この金属基板２を用いて作製した色素増感型太陽電池１００の発電効率の測定と、金属基板２の表面粗さを変化させた場合の色素増感型太陽電池１００の発電効率の測定とを行った。

【0077】

（体積抵抗率のシミュレーション）
以下に説明する３層構造の金属基板における体積抵抗率のシミュレーションでは、図６に示すように、上記第１実施形態の金属基板２に対応する実施例１〜９の金属基板２として、各々平板状の形状を有するＴｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とが、厚み方向に積層した状態で接合された、３層構造のクラッド材により構成されている金属基板２を想定した。ここで、実施例１〜９の金属基板２として、Ｃｕ層２２の厚みｔ２（図３参照）が、それぞれ、金属基板２の厚みｔ１（図３参照）の１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％および９０％である場合を想定した。また、実施例１〜９において、Ｔｉ層２１の厚みｔ３（図３参照）およびステンレス層２３の厚みｔ４（図３参照）は、同一の厚みであると仮定した。したがって、実施例１〜９の金属基板２では、Ｔｉ層２１の厚みｔ３およびステンレス層２３の厚みｔ４は、それぞれ、金属基板２の厚みｔ１の４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、１５％、１０％および５％であるようなモデル化を行った。

【0078】

また、実施例１〜９に対する比較例１として、Ｔｉ層およびステンレス層とが、厚み方向に積層した状態で接合された、２層構造のクラッド材により構成されている金属基板（Ｃｕ層を含まない金属基板）を想定した。なお、比較例１の金属基板において、Ｔｉ層の厚みおよびステンレス層の厚みは、共に金属基板の厚みの５０％であると仮定した。

【0079】

また、２層構造の金属基板における体積抵抗率のシミュレーションでは、図８に示すように、上記第２実施形態の金属基板２０２に対応する実施例１０〜１８として、各々平板状の形状を有するＴｉ層２２１とＣｕ層２２２とが、厚み方向に積層した状態で接合された、２層構造のクラッド材により構成されている金属基板２０２を想定した。ここで、実施例１０〜１８の金属基板２０２として、Ｃｕ層２２２の厚みｔ２（図５参照）が、それぞれ、金属基板２０２の厚みｔ１（図５参照）の１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％および９０％である場合を想定した。また、実施例１０〜１８の金属基板２０２において、Ｔｉ層２２１の厚みｔ３（図３参照）は、それぞれ、金属基板２０２の厚みｔ１の９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、３０％、２０％および１０％であるようなモデル化を行った。

【0080】

また、実施例１〜１８に対する比較例２として、Ｃｕ層のみからなる金属基板（Ｔｉ層およびステンレス層を含まない金属基板）を想定した。また、実施例１０〜１８に対する比較例３として、Ｔｉ層のみからなる金属基板（Ｃｕ層を含まない金属基板）を想定した。

【0081】

また、体積抵抗率のシミュレーションでは、実施例１〜１８および比較例１〜３のそれぞれにおいて、金属基板の上面に沿った方向（Ｘ方向）の合成体積抵抗率Ｒｙｚと、厚み方向（Ｚ方向）の合成体積抵抗率Ｒｘｙとを算出した。なお、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚは、式「１／Ｒｙｚ＝ａ／Ｒ１＋ｂ／Ｒ２＋ｃ／Ｒ３」から求めた。また、Ｚ方向の合成体積抵抗率Ｒｘｙは、式「Ｒｘｙ＝ａ×Ｒ１＋ｂ×Ｒ２＋ｃ×Ｒ３」から求めた。なお、上記式内のａ、ｂおよびｃは、それぞれ、金属基板の厚みに対するＴｉ層の厚み、Ｃｕ層の厚みおよびステンレス層の厚みの比率である。また、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、それぞれ、Ｔｉ、Ｃｕおよびステンレス層の体積抵抗率である。ここで、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３として、それぞれ、５４×１０^−８Ω×ｍ、１．７×１０^−８Ω×ｍおよび６０×１０^−８Ω×ｍを用いた。

【0082】

図６および図７に示した実施例１〜９と比較例１および２との結果から、３層構造の金属基板にＣｕ層を形成することによって、３層構造の金属基板がＣｕ層を含まない場合（比較例１）と比べて、Ｘ方向の合成体積抵抗率ＲｙｚおよびＺ方向の合成体積抵抗率Ｒｘｙのいずれも小さくなることが分かった。同様に、図８および図９に示した実施例１０〜１８と比較例２および３との結果から、２層構造の金属基板にＣｕ層を形成することによって、２層構造の金属基板がＣｕ層を含まない場合（比較例３）と比べて、Ｘ方向の合成体積抵抗率ＲｙｚおよびＺ方向の合成体積抵抗率Ｒｘｙのいずれも小さくなることが分かった。これらの結果から、金属基板にＣｕ層を形成することによって、金属基板において電気的な損失が増大するのを抑制することが可能であることが判明した。

【0083】

また、図６〜図９に示した実施例１〜１８と比較例１〜３との結果から、体積抵抗率の小さいＣｕにより形成されたＣｕ層の厚みの比率を大きくすることによって、合成体積抵抗率ＲｙｚおよびＲｘｙのいずれも小さくすることが可能であることが分かった。また、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚは、Ｃｕ層の厚みの比率が小さい領域において変化量が大きくなるとともに、Ｃｕ層の厚みの比率が大きい領域において変化量が小さくなることが分かった。

【0084】

また、図６〜図９に示した実施例２〜９および１１〜１８の結果と比較例２の結果とから、Ｃｕ層の厚みを金属基板の厚みの２０％以上にすることによって、Ｘ方向の体積抵抗率Ｒｙｚを８×１０^−８Ω×ｍ以下にすることが可能であることが分かった。これにより、Ｃｕ層の厚みを金属基板の厚みの２０％以上にすることによって、主にＸ方向に電流を流す際の電気的な損失が増大するのをより抑制することが可能であることが判明した。このことから、太陽電池素子を大型化するのに伴い金属基板の厚み方向と直交するＸ−Ｙ平面（上面）の面積を大きくした場合であっても、Ｃｕ層の厚みが金属基板の厚みの２０％以上であれば金属基板における電気的な損失の増大を抑制することが可能であるので、大型化した色素増感型太陽電池からより多くの電気を得ることが可能になると考えられる。

【0085】

さらに、実施例５〜９および１４〜１８の結果と比較例２の結果とから、Ｃｕ層の厚みを金属基板の厚みの５０％以上にすることによって、Ｘ方向の体積抵抗率Ｒｙｚを４×１０^−８Ω×ｍ以下にすることが可能であることが分かった。これにより、Ｃｕ層の厚みを金属基板の厚みの５０％以上にすることによって、主にＸ方向に電流を流す際の電気的な損失が増大するのをさらに抑制することが可能であることが分かった。

【0086】

（金属基板の上面に沿った方向の体積抵抗率の測定）
以下に説明する上面に沿った方向の体積抵抗率の測定では、実際に上記第１実施形態の金属基板２に対応する金属基板２を作製して体積抵抗率の測定を行った。具体的には、非多孔質からなるＴｉ板、Ｃｕ板およびＳＵＳ４３０のステンレス板を準備した。そして、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の順に積層させた状態で、圧延機によって連続的に接合した。この際、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板に所定の圧力を加えながら冷間で圧延した。これにより、上記第１実施形態の金属基板２に対応する実施例２ａ、４ａおよび６ａの金属基板２をそれぞれ６枚ずつ、合計１８枚作製した。

【0087】

ここで、上記したシミュレーションの実施例２（図６参照）に対応する実施例２ａの金属基板２では、Ｃｕ板の厚みが、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの２０％であり、Ｔｉ板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの４０％（Ｃｕ板の厚みの２倍）であるように構成した。

【0088】

また、上記したシミュレーションの実施例４（図６参照）に対応する実施例４ａの金属基板２では、Ｃｕ板の厚みが、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの４０％であり、Ｔｉ板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの３０％（Ｃｕ板の厚みの３／４倍）であるように構成した。

【0089】

また、上記したシミュレーションの実施例６（図６参照）に対応する実施例６ａの金属基板２では、Ｃｕ板の厚みが、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの６０％であり、Ｔｉ板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ｔｉ板、Ｃｕ板およびステンレス板の合計の厚みの２０％（Ｃｕ板の厚みの１／３倍）であるように構成した。

【0090】

そして、作製した１８枚の金属基板２（実施例２ａの６枚の金属基板２、実施例４ａの６枚の金属基板２および実施例６ａの６枚の金属基板２）の各々において、Ｔｉ層２１の厚みｔ３、Ｃｕ層２２の厚みｔ２、ステンレス層２３の厚みｔ４および金属基板２の厚みｔ１を所定の測定方法によって測定した。

【0091】

また、作製した１８枚の金属基板２の各々において、上面２ａに沿ったＸ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚを、４探針法によって測定した。具体的には、図１０に示す体積抵抗率測定器３００の探針３００ａ〜３００ｄのうち、外側に配置された探針３００ａおよび３００ｂの間に一定電流Ｉ_０を流した際の、内側に配置された探針３００ｃおよび３００ｄ間の電位差Ｖを測定することによって、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚを算出した。

【0092】

そして、実施例２ａ、４ａおよび６ａのそれぞれにおいて、６枚の金属基板２における測定結果（Ｔｉ層２１の厚みｔ３、Ｃｕ層２２の厚みｔ２、ステンレス層２３の厚みｔ４、金属基板２の厚みｔ１およびＸ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚ）の平均値を算出した。

【0093】

図１１に示した実施例２ａ、４ａおよび６ａの結果から、実際に測定した場合においても、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚは、Ｔｉ層およびステンレス層のみからなる金属基板の体積抵抗率（５７×１０^−８Ω×ｍ、比較例１）およびＴｉ層のみからなる金属基板の体積抵抗率（５４×１０^−８Ω×ｍ、比較例３）よりも小さくなることが分かった。これにより、実際に、金属基板２にＣｕ層２２を形成することによって、金属基板２がＣｕ層２２を含まない場合（金属基板がＴｉ層およびステンレス層のみからなる場合、および、金属基板がＴｉ層のみからなる場合）と比べて、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚを小さくすることができることが判明した。

【0094】

また、実施例２ａ、４ａおよび６ａの実験結果（実測値）と、体積抵抗率のシミュレーションの実施例２、４および６のシミュレーション結果（計算値）とから、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚの実測値は、計算値よりも大きくなることが分かった。これは、クラッド材の各層間の界面における化合物層の生成によるものであると考えられる。

【0095】

また、Ｃｕ層２２の厚みｔ２の比率が小さい場合（実施例２および２ａ）における合成体積抵抗率Ｒｙｚの実測値と計算値との差（＝８．７６×１０^−８Ω×ｍ）は、Ｃｕ層２２の厚みｔ２の比率が大きい場合（実施例６および６ａ）における合成体積抵抗率Ｒｙｚの実測値と計算値との差（＝０．５７×１０^−８Ω×ｍ）よりも大きくなることが分かった。これは、上記したように、実測値の合成体積抵抗率Ｒｙｚには、Ｔｉ層２１を通過する際の電気抵抗が加わっているため、Ｔｉ層２１の厚みｔ３の比率が大きい実施例２および２ａでは、Ｔｉ層２１の厚みｔ３の比率が小さい実施例６および６ａに比べて、Ｔｉ層２１を通過する際の電気抵抗が大きくなる。このため、Ｃｕ層２２の厚みｔ２の比率が小さい場合における合成体積抵抗率Ｒｙｚの実測値と計算値との差は、Ｃｕ層２２の厚みｔ２の比率が大きい場合における合成体積抵抗率Ｒｙｚの実測値と計算値との差よりも大きくなったと考えられる。

【0096】

（Ｃｕ層の厚みの比率を異ならせた場合の発電効率測定）
以下に説明するＣｕ層の厚みの比率を異ならせた場合の発電効率の測定では、図１２に示すように、上記第１実施形態の金属基板２に対応する実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２として、各々平板状の形状を有するＴｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とが、厚み方向に積層した状態で接合された、３層構造のクラッド材により構成されている金属基板２を準備した。この際、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２において、厚みｔ１（図３参照）と、厚み方向と直交するＸ−Ｙ平面（図２参照）の面積とが互いに同一になるようにした。

【0097】

ここで、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２として、Ｃｕ層２２の厚みｔ２（図３参照）が、それぞれ、金属基板２の厚みｔ１（図３参照）の２０％、３０％、４０％、５０％、６０％および７０％である金属基板２を作製した。なお、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２として、Ｔｉ層２１の厚みｔ３（図３参照）とステンレス層２３の厚みｔ４（図３参照）とを同一にした。具体的には、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２では、Ｔｉ層２１の厚みｔ３およびステンレス層２３の厚みｔ４を、それぞれ、金属基板２の厚みｔ１の４０％、３５％、３０％、２５％、２０％および１５％にした。

【0098】

また、実施例２ｂ〜７ｂに対する比較例４の金属基板として、平板状の形状を有するＴｉ層のみからなる金属基板を準備した。この際、比較例４の金属基板の厚みと、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２の厚みｔ１（図３参照）とが同一になるようにした。また、比較例４の金属基板の厚み方向と直交するＸ−Ｙ平面の面積と、実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２の厚み方向と直交するＸ−Ｙ平面（図２参照）の面積とが同一になるようにした。つまり、比較例４の金属基板として、Ｔｉ層のみからなる点だけが実施例２ｂ〜７ｂの金属基板２と異なる金属基板を作製した。

【0099】

そして、上記第１実施形態における色素増感型太陽電池１００の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、実施例２ｂ〜７ｂおよび比較例４に対応する色素増感型太陽電池をそれぞれ作製した。その後、同一条件下において、比較例４の色素増感型太陽電池の発電効率を１００％とした場合の、実施例２ｂ〜７ｂの色素増感型太陽電池１００の発電効率をそれぞれ計測した。

【0100】

図１２に示した実施例２ｂ〜７ｂと比較例４との結果から、金属基板２にＣｕ層２２を形成することによって、金属基板がＴｉ層のみからなる場合（比較例４、発電効率：１００％）と比べて、色素増感型太陽電池の発電効率が大きくなる（実施例２ｂ〜７ｂ、発電効率：１１０％以上１１５％以下）ことが分かった。これは、Ｔｉ層のみからなる金属基板（比較例４）と比べて、Ｃｕ層を含む金属基板２（実施例２ｂ〜７ｂ）は、Ｘ方向の体積抵抗率ＲｙｚおよびＺ方向の体積抵抗率Ｒｘｙのいずれも小さいので、金属基板において電気的な損失が増大するのが抑制されたためである。したがって、実施例２ｂ〜７ｂに対応する色素増感型太陽電池１００では、比較例４に対応する色素増感型太陽電池に比べて、発電効率が大きくなったと考えられる。

【0101】

また、実施例５ｂ〜７ｂの結果から、Ｃｕ層２２の厚みｔ２が金属基板２の厚みｔ１の５０％以上になる場合には、色素増感型太陽電池１００の発電効率は略変化しない（１１５％）ことが分かった。つまり、Ｃｕ層２２の厚みｔ２は、金属基板２の厚みｔ１の５０％以上であるのが好ましいことが判明した。これは、図７に示す体積抵抗率のシミュレーションのグラフから、Ｃｕ層２２の厚みｔ２の割合が５０％以上の領域では、Ｘ方向の合成体積抵抗率Ｒｙｚの変化が非常に小さくなっており、電流がＸ方向に流れる際の電気抵抗値がさほど変わらないからであると考えられる。

【0102】

また、実施例２ｂ〜７ｂの結果から、Ｃｕ層２２の厚みｔ２が金属基板２の厚みｔ１の３０％以上の場合（実施例３ｂ〜７ｂ、発電効率：１１３％以上１１５％以下）では、Ｃｕ層２２の厚みｔ２が金属基板２の厚みｔ１の２０％の場合（実施例２ｂ、発電効率：１１０％）に比べて、色素増感型太陽電池１００の発電効率をより大きくすることができることが確認できた。さらに、Ｃｕ層２２の厚みｔ２が金属基板２の厚みｔ１の５０％以上の場合（実施例５ｂ〜７ｂ、発電効率：１１５％）では、色素増感型太陽電池１００の発電効率をさらに大きくすることができることが確認できた。

【0103】

（金属基板の表面粗さを異ならせた場合の発電効率測定）
以下に説明する金属基板の表面粗さを異ならせた場合の発電効率測定の測定では、上記第１実施形態の金属基板２に対応する上記実施例４ｂの金属基板２を３枚準備した。つまり、Ｃｕ層２２の厚みｔ２（図３参照）が、金属基板２の厚みｔ１（図３参照）の４０％であるとともに、Ｔｉ層２１の厚みｔ３（図３参照）とステンレス層２３の厚みｔ４（図３参照）とが、金属基板２の厚みｔ１の３０％である金属基板２を準備した。

【0104】

そして、３枚の実施例４ｂの金属基板２のうちの２枚の金属基板２のＴｉ層２１の上面２ａに対してショットブラストを行うことによって、実施例４ｂの金属基板２の上面２ａよりも表面粗さが大きい上面２ａを有する、実施例４ｃの金属基板２および実施例４ｄの金属基板２を作製した。この際、実施例４ｄの金属基板２の上面２ａの表面粗さを、実施例４ｃの金属基板２の上面２ａの表面粗さよりも大きくなるように作製した。

【0105】

その後、実施例４ｂの金属基板２、実施例４ｃの金属基板２および実施例４ｄの金属基板２の各々の上面２ａの表面粗さを測定した。具体的には、上面２ａの算術平均粗さＲａおよび十点平均粗さＲｚｊｉｓについては、接触式の表面粗さ測定器（ｓｕｒｆｃｏｍ４８０Ａ、株式会社東京精密製）を用いて測定し、表面積については、レーザ顕微鏡（ＶＫ−９７００、株式会社キーエンス製）を用いて測定した。表面積の測定条件としては、５０倍の対物レンズを用いる表面形状の測定モードで測定を行うとともに、超高精細の測定品質になるように測定した。なお、表面積／平面積は、任意の２４０μｍ四方の正方形領域における金属基板２の表面積を、正方形領域の平面積（２４０×２４０μｍ^２）で除することによって求めた。

【0106】

そして、実施例４ｂの金属基板２、実施例４ｃの金属基板２および実施例４ｄの金属基板２の各々の上面２ａ上に、スパッタ法によって白金薄膜の白金触媒層１３を形成した。その後、上記第１実施形態における色素増感型太陽電池１００の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、実施例４ｂ、４ｃおよび４ｄに対応する色素増感型太陽電池をそれぞれ作製した。その後、同一条件下において、実施例４ｂの色素増感型太陽電池の発電効率を１００％とした場合の、実施例４ｃおよび４ｄの色素増感型太陽電池１００の発電効率をそれぞれ計測した。

【0107】

実施例４ｂ、４ｃおよび４ｄの実験結果を図１３に示す。なお、発電効率における三角印は発電効率が１００％以上１０５％未満であったことを示し、発電効率があまり向上しなかったことを意味する。また、丸印は発電効率が１０５％以上であったことを示し、発電効率が十分に向上したことを意味する。

【0108】

実施例４ｂ、４ｃおよび４ｄの実験結果から、金属基板２のＴｉ層２１の上面２ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚｊｉｓおよび表面積／平面積）を大きくすることによって、発電効率を向上させることができることが判明した。

【0109】

また、実施例４ｃおよび４ｄの結果から、上面２ａの算術平均粗さＲａが０．１０μｍ以上である場合、十点平均粗さＲｚｊｉｓが０．５０μｍ以上である場合、または、表面積／平面積が１．０３以上のいずれか１つを満たす場合には、発電効率の向上が期待できることが判明した。特に、上面２ａの算術平均粗さＲａが０．２２μｍ以上である場合、十点平均粗さＲｚｊｉｓが１．２０μｍ以上である場合、および、表面積／平面積が１．０５以上である場合には、発電効率が十分に向上することが判明した。これは、金属基板２のＴｉ層２１の上面２ａの表面粗さが大きくなったことにより、Ｔｉ層２１の上面２ａに付着した白金触媒層１３の白金の量が増加した。これにより、白金を介した電子の授受がより行われるようになったからであると考えられる。

【0110】

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0111】

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明の「第１金属層」を非多孔質のＴｉのＴｉ層２１（２２１）から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第１金属層」を非多孔質でかつヨウ素電解質に対して耐食性を有するＴｉ合金により形成されるように構成してもよい。

【0112】

また、上記第１および第２実施形態では、本発明の「第２金属層」をＣｕにより形成されたＣｕ層２２（２２２）から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第２金属層」を電気抵抗の低いＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金のいずれか１つにより形成されるように構成してもよい。

【0113】

また、上記第１実施形態では、本発明の「第３金属層」をＳＵＳ４３０のステンレス層２３から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第３金属層」をＳＵＳ４３０以外のフェライト系ステンレスにより形成されるように構成してもよい。また、たとえば、本発明の「第３金属層」をフェライト系ステンレス以外のＦｅ、ＴｉまたはＴｉ合金のいずれか１つにより形成されるように構成してもよい。この際、第３金属層を安価なＦｅにすることによって、金属基板に安価に第３金属層を形成することが可能である。また、第３金属層を耐食性の高いＴｉまたはＴｉ合金にすることによって、金属基板の耐食性をより向上させることが可能である。

【0114】

また、上記第１実施形態では、金属基板２がＴｉ層２１とＣｕ層２２とステンレス層２３とが接合されたクラッド材により構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、金属基板は、ステンレス層２３と接してＣｕ層２２とは反対側の表面にさらに他の金属層を備えていてもよいし、Ｃｕ層２２とステンレス層２３との間に他の金属層を備えていてもよい。

【0115】

また、上記第１実施形態では、Ｔｉ層２１の厚みｔ３とステンレス層２３の厚みｔ４とが略同一になるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｔｉ層の厚みｔ３とステンレス層の厚みｔ４とを異ならせてもよい。この際、Ｔｉは、ＳＵＳ４３０（フェライト系ステンレス）よりも一般的に高価であるため、Ｔｉ層の厚みｔ３をステンレス層の厚みｔ４よりも小さくする方が好ましい。

【0116】

また、上記第１実施形態では、Ｔｉ層２１の上面２ａの算術平均粗さＲａが約０．２２μｍであり、十点平均粗さＲｚｊｉｓが約１．２０μｍであり、表面積／平面積が約１．０５である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｔｉ層２１の上面２ａの算術平均粗さＲａを約０．２２μｍよりも大きくしてもよいし、十点平均粗さＲｚｊｉｓを約１．２０μｍよりも大きくしてもよいし、表面積／平面積を約１．０５よりも大きくしてもよい。

【0117】

また、上記第１実施形態では、Ｔｉ層２１の上面２ａにおける算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚｊｉｓおよび表面積／平面積が、それぞれ、約０．１０μｍ以上、約０．５０μｍ以上、および、約１．０３以上でもよいことを示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、算術平均粗さＲａを約０．１０μｍ以上にする一方、十点平均粗さＲｚｊｉｓおよび表面積／平面積を、それぞれ、約０．５０μｍ未満、および、約１．０３未満にしてもよい。なお、少なくとも表面積／平面積を約１．０３以上にするのが好ましい。

【符号の説明】

【0118】

１ 太陽電池素子（色素増感型太陽電池素子）
２、２０２ 金属基板（クラッド材、色素増感型太陽電池用金属基板）
２ａ 上面（基板表面）
１３ 白金触媒層（触媒層）
１４ ヨウ素電解質（電解質）
２１、２２１ Ｔｉ層（第１金属層）
２２、２２２ Ｃｕ層（第２金属層）
２３ ステンレス層（第３金属層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】