特許 6013064 色素増感太陽電池

(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】6013064

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】色素増感太陽電池

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/20 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01G9/20 303B

   H01G9/20 303A

   H01G9/20 113B

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-164046(P2012-164046)

(22)【出願日】2012年7月24日

(65)【公開番号】特開2014-26745(P2014-26745A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年4月16日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002174

【氏名又は名称】積水化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100147267

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 真紀子

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】藤沼 尚洋

【審査官】 ▲辻▼ 弘輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２２６６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８１２８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ９／２０

Ｈ０１Ｍ １４／００

Ｈ０１Ｍ ２／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

色素が担持された酸化物半導体層を有する光電極、対極、前記光電極と前記対極との間に配置された、電解質を含み、液体からなる電荷輸送層、および、前記光電極と前記対極の間に配置された、前記電荷輸送層を封止する封止材を備えた色素増感太陽電池であって、
前記電荷輸送層と接触すると、前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層が、前記封止材と、前記光電極および前記対極との界面近傍に設けられ、
前記封止材には、前記光電極と接する面から厚さ方向に凹む溝状の第１の凹部と、前記対極と接する面から厚さ方向に凹む第２の凹部とが設けられ、前記第１の凹部と前記第２の凹部内に、前記粘度増加物質含有層が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】

色素が担持された酸化物半導体層を有する光電極、対極、前記光電極と前記対極との間に配置された、電解質を含み、液体からなる電荷輸送層、および、前記光電極と前記対極の間に配置された、前記電荷輸送層を封止する封止材を備えた色素増感太陽電池であって、
前記電荷輸送層と接触すると、前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層が、前記封止材と、前記光電極および前記対極との界面近傍に設けられ、
前記封止材には、その厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に前記粘度増加物質含有層が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3】

前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質は、ゲル化剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、色素増感太陽電池に関する。

【背景技術】

【0002】

色素増感太陽電池の重要な性能としては、安全性が挙げられる。色素増感太陽電池では、一般的に、電荷輸送層として電解液が使用される。仮に、色素増感太陽電池が破損した場合、電解液の漏洩が想定される。そのため、安全性の観点から、色素増感太陽電池を、より破損し難い構造にするか、あるいは、破損しても内部の物質が漏洩し難い構造にすることが望まれている。
これまでに、色素増感太陽電池を、破損しても内部の物質が漏洩し難い構造にするために、電解液を固体化もしくは擬固体化する試みが多数なされてきた（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−３４６９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電解液を固体化もしくは擬固体化すると、電解液中に含まれる電荷輸送物質の拡散速度が低下してしまい、液体の電解液と比べて、変換効率が低下するという課題があった。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、変換効率を低下することなく、破損により電解液が外部に漏洩することを防止した色素増感太陽電池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】

【0006】

本発明の色素増感太陽電池は、色素が担持された酸化物半導体層を有する光電極、対極、前記光電極と前記対極との間に配置された、電解質を含み、液体からなる電荷輸送層、および、前記光電極と前記対極の間に配置された、前記電荷輸送層を封止する封止材を備えた色素増感太陽電池であって、前記電荷輸送層と接触すると、前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層が、前記封止材と、前記光電極および前記対極との界面近傍に設けられ、前記封止材には、前記光電極と接する面から厚さ方向に凹む溝状の第１の凹部と、前記対極と接する面から厚さ方向に凹む第２の凹部とが設けられ、前記第１の凹部と前記第２の凹部内に、前記粘度増加物質含有層が設けられていることを特徴とする。

【0007】

本発明の色素増感太陽電池は、色素が担持された酸化物半導体層を有する光電極、対極、前記光電極と前記対極との間に配置された、電解質を含み、液体からなる電荷輸送層、および、前記光電極と前記対極の間に配置された、前記電荷輸送層を封止する封止材を備えた色素増感太陽電池であって、前記電荷輸送層と接触すると、前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層が、前記封止材と、前記光電極および前記対極との界面近傍に設けられ、前記封止材には、その厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に前記粘度増加物質含有層が設けられていることを特徴とする。

【0008】

前記電荷輸送層の粘度を増加させる物質は、ゲル化剤であることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、電荷輸送層と接触すると、電荷輸送層の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層が、電荷輸送層の周囲の少なくとも一部に設けられているので、電荷輸送層を構成する電解液が漏洩した場合、その漏洩した電解液と、電解液の粘度を増加させる物質とが接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池の外部に漏洩することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の色素増感太陽電池の第一実施形態を示す概略断面図である。

【図2】本発明の色素増感太陽電池の第二実施形態を示す概略断面図である。

【図3】本発明の色素増感太陽電池の第三実施形態を示す概略断面図である。

【図4】本発明の色素増感太陽電池の第四実施形態を示す概略断面図である。

【図5】本発明の色素増感太陽電池の第五実施形態を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の色素増感太陽電池の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

【0013】

＜色素増感太陽電池＞
（第一実施形態）
図１は、本発明の色素増感太陽電池の第一実施形態を示す概略断面図である。
本実施形態の色素増感太陽電池１０は、光電極１１と、対極１２と、光電極１１と対極１２との間に配置された、電解質を含む電荷輸送層５と、光電極１１と対極１２の間に配置された、電荷輸送層５を封止する封止材４と、光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周であって、受光面と重ならない位置に設けられ、電荷輸送層５の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層１３とから概略構成されている。
すなわち、粘度増加物質含有層１３は、光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周であって、光電極１１の受光面１１ａ（透明基板１の導電層２と接している面とは反対側の面１ａ）と重ならない位置に設けられている。

【0014】

（光電極）
光電極１１は、透明基板１と、導電層２と、色素が担持された酸化物半導体層３とから構成され、透明基板１、導電層２および酸化物半導体層３が、この順で積層されている。

【0015】

透明基板１は、増感色素が吸収する可視光を透過させる基板であれば特に制限されず、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等が挙げられる。

【0016】

ガラス基板としては、特に限定されず、ソーダライムガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス等が挙げられる。
プラスチック基板としては、特に限定されず、ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ）、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性に優れる点から、ポリエステル、ＰＥＴ、ＰＥＮが好ましい。
薄く、軽く、かつフレキシブルな色素増感太陽電池を製造する観点からは、透明基板１は、ＰＥＴフィルムまたはＰＥＮフィルムであることが好ましい。

【0017】

導電層２は、導電性を有し、かつ可視光を透過させるものであれば良く、公知の透明導電層を適用できる。
透明導電層の材料としては、金属酸化物、導電性高分子等が挙げられる。

【0018】

金属酸化物としては、酸化インジウム／酸化スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化ガリウム／酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化チタン等が例示できる。これらの中でも、伝導度が高いＩＴＯ、耐熱性および耐候性に優れたＦＴＯが特に好ましい。
導電層２は、単層および複数層のいずれであっても良い。導電層２が複数層の場合、すべての層が同じ材料で構成されていても良いし、各層が異なる材料で構成されていても良い。

【0019】

（酸化物半導体層）
酸化物半導体層３は、増感色素が担持された酸化物半導体からなる多孔質層（多孔質膜）である。
酸化物半導体としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等が挙げられる。これらの中でも、多孔質層を形成した時に電子伝導性に優れる点から、酸化チタンが好ましい。

【0020】

酸化物半導体層３は透明基板１の上に製膜されたものであり、酸化物半導体層３の厚さは、１μｍ〜２００μｍであることが好ましく、２μｍ〜１００μｍであることが好ましく、５μｍ〜５０μｍであることが更に好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、酸化物半導体層３に担持させた色素が光エネルギーを吸収する確率を一層高めることができ、色素増感太陽電池１０における光電変換効率を一層向上できる。また、上記範囲の上限値以下であると、電解質（太陽電池セル内の電解質）と酸化物半導体層３内の電解質中のイオンの拡散が一層効率よく行われ、光電変換効率を一層向上できる。

【0021】

増感色素は、特に限定されず、通常の色素増感太陽電池で使用されているもので良い。具体的には、シス−ジ（チオシアナト）−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）、シス−ジ（チオシアナト）−ビス（２，２’−ビピリジル−４，４’−ジカルボン酸）ルテニウム（ＩＩ）のビス−テトラブチルアンモニウム塩（以下、Ｎ７１９と略記する）、トリ（チオシアナト）−（４，４’，４’ ’−トリカルボキシ−２，２’：６’，２’ ’−ターピリジン）ルテニウムのトリス−テトラブチルアンモニウム塩（ブラックダイ）等のルテニウム系色素が例示できる。また、クマリン系色素、ポリエン系色素、シアニン系色素、ヘミシアニン系色素、チオフェン系色素、インドリン系色素、キサンテン系色素、カルバゾール系色素、ペリレン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、メロシアニン系色素、カテコール系色素、スクアリリウム系色素等の各種有機色素が挙げられる。さらに、これらの色素を組み合わせたドナー−アクセプター複合色素等が挙げられる。
酸化物半導体層３に担持されている増感色素は、１種のみでも良いし、２種以上でも良い。２種以上の場合、その組み合わせおよび比率は、目的に応じて適宜選択すれば良い。

【0022】

（対極）
対極１２は、基板７と、導電層６と、触媒層８とから構成され、基板７、導電層６および触媒層８が、この順で積層されている。
基板７および導電層６は、不透明、透明の何れであってもよいが、透明であることが好ましい。具体的には、前述の光電極１１の材料として例示したものが、同様に適用可能である。その中でも、基板７の材料としては、ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ）が好ましく、導電層６の材料としては、酸化インジウム／酸化スズ（ＩＴＯ）が好ましい。

【0023】

触媒層８は、導電層６上において、電荷輸送層５と接する領域に設けられている。
触媒層８は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の炭素材料を含むバインダー樹脂からなる層である。
触媒層８を対極１２の表面に配置することにより、電解質との電子授受を促進することができる。
触媒層８の厚さは特に制限されず、例えば０．１μｍ〜１０μｍとすることができる。

【0024】

（電荷輸送層）
電荷輸送層５は少なくとも電解質を含むものである。電荷輸送層５は、溶媒を含んでいても良いし、含んでいなくても良い。また、必要に応じてゲル化剤等を含んでいても良い。電荷輸送層５の状態は、液体、ゲル、固体のいずれの状態であっても良い。

【0025】

（溶媒）
溶媒としては、電解質を溶解可能であれば特に制限されず、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル、メトキシプロピオニトリル等のニトリル化合物が挙げられる。ニトリル化合物は、ヨウ素およびヨウ化物塩からなる電解質を溶解することが可能であり、イオン電導性に優れているので好ましい。
また、溶媒の主成分または添加剤として、イオン液体を用いても良い。イオン液体としては、例えば、ｔ−ブチルピリジンを含む常温溶融塩、メチルプロピルイミダゾリウム、ジメチルプロピルイミダゾリウムを含む常温溶融塩、グアニジウムチオシアナート、Ｎ−アルキルベンズイミダゾール等を含む常温溶融塩等が挙げられる。

【0026】

（ゲル化剤）
ゲル化剤としては、高分子ゲル化剤および低分子ゲル化剤を例示できる。これらの中でも、特にゾル−ゲル転移点以上での粘度が低く、流動性の高い電解質が得られる、低分子ゲル化剤が好ましい。ここで低分子ゲル化剤とは、分子量が１０００以下のゲル化剤を指す。

【0027】

低分子ゲル化剤としては、種々の公知のものが使用可能であり、例えば、１２−ヒドロキシステアリン酸等の脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール（新日本理化株式会社製、商品名「ゲルオールＤ」）等の糖誘導体、ヘキサトリアコンタン等の炭化水素類、その他アミド類等が挙げられる。
低分子ゲル化剤および高分子ゲル化剤の濃度は、使用するゲル化剤の種類および電荷輸送層に含まれる他の成分（電解質、溶媒等）によって適宜調整される。

【0028】

（電解質）
電荷輸送層５に含まれる電解質は、従来公知の色素増感太陽電池で使用されるものが適用できる。
電解質としては、ヨウ素分子（Ｉ_２）とヨウ化物の組み合わせまたは臭素分子（Ｂｒ_２）と臭素化合物の組み合わせが好適に用いられる。
ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）等の金属ヨウ化物、またはテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等のヨウ素塩が、好適なものとして挙げられる。
臭素物としては、例えば、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）等の金属臭化物、またはテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド、イミダゾリウムブロマイド等の臭素塩が、好適なものとして挙げられる。
これらの電解質の中でも、ヨウ素分子とＬｉＩ、またはヨウ素分子とイミダゾリウムヨーダイドを組み合わせた酸化還元対が好ましい。

【0029】

ピリジニウムヨーダイドおよびイミダゾリウムヨーダイドを構成するピリジニウム環およびイミダゾール環に結合する水素原子は、アルキル基で置換されていても良い。具体的には、１−ブチル−４―メチルピリジニウムヨーダイド、１−メチル−３―プロピルイミダゾリウムヨーダイド等が挙げられる。これらのヨウ化物塩を使用する場合、Ｎ−メチルベンゾイミダゾール等を添加剤として用いても良い。
また、電解質は一種を単独で用いても良いし、複数種を混合して用いてもよい。

【0030】

電解質（酸化還元対）としては、酸化型のイオン種（酸化種）、酸化種および還元種と平衡反応を生じる物質（平衡反応種）、および還元型のイオン種（還元種）の組み合わせで構成されるものが好ましい。例えば、ヨウ素イオン（Ｉ⁻）／ヨウ素分子（Ｉ_２）／三ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）の組み合わせからなる電解質、臭素イオン（Ｂｒ⁻)／臭素素分子（Ｂｒ_２）／三臭素化物イオン（Ｂｒ_３⁻）の組み合わせからなる電解質が挙げられる。これらの中でも、一般的に使用されている色素に対して、酸化還元電位が適した高さにあるヨウ素イオン（Ｉ⁻）／ヨウ素分子（Ｉ_２）／三ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）の組み合わせからなる電解質が好ましい。平衡反応種であるヨウ素分子（Ｉ_２）は、還元種であるヨウ素イオン（Ｉ⁻）と反応して、酸化種である三ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）を生じる。つまり、ヨウ素分子は、三ヨウ化物イオンおよびヨウ素イオンと平衡反応を生じる。
その他、チオシアネート系（ＳＣＮ⁻／（ＳＣＮ）_３⁻）、金属系（Ｃｏ（II）／Ｃｏ（III）、Ｃｕ（I）／Ｃｕ（II）等）等の電解質が使用できる。

【0031】

電解質（酸化還元対）として、ヨウ素イオン（Ｉ⁻）と、ヨウ素分子（Ｉ_２）と、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）との組み合わせを使用する場合、その混合比率は、電解質中に加えるヨウ化物イオン（Ｉ⁻）とヨウ素（Ｉ_２）の比率により決定できる。ヨウ素はヨウ化物イオンと反応し、ほぼ定量的に三ヨウ化物イオン（Ｉ_３⁻）になると考えてよい。
また、別途三ヨウ化物イオンまたはヨウ化物イオンを含むイオン液体等を電解質に添加する場合は、その混合比率も考慮する。

【0032】

電荷輸送層５における電解質中の、ヨウ素イオン（Ｉ⁻）を含有するヨウ化物塩等の還元種を含む塩類の濃度は、好ましくは０．１〜１０ｍｏｌ／Ｌ（以下、この単位をＭと記載することがある。）であり、より好ましくは０．５〜５ｍｏｌ／Ｌである。上記範囲の下限値以上であると酸化還元反応を充分に行うことができる。上記範囲の上限値以下であると、逆電子移動反応による性能低下を充分に抑制できる。また、電荷輸送層５にヨウ素（Ｉ_２)を添加する場合の好ましいヨウ素の濃度は０．００１〜１ｍｏｌ／Ｌである。

【0033】

（封止材）
封止材４は、光電極１１と対極１２の間に配置された電荷輸送層５を封止することが可能な材料からなるものであれば特に制限されず、例えば、光硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の材料からなる封止材が挙げられる。
封止材４を形成する方法としては、例えば、前記の樹脂を含む溶液を光電極１１または対極１２の所定の部位に塗布し、硬化させる方法が挙げられる。また、別の方法としては、予め硬化させた前記の樹脂を所定のサイズに成形した部材を封止材４として準備し、これを光電極１１と対極１２の間に配置して接着させる方法も例示できる。

【0034】

封止材４の厚さは、特に限定されないが、光電極１１と対極１２が所定の間隔を置いて離隔し、かつ、電荷輸送層５が必要とされる厚さとなるように適宜調整される。

【0035】

（粘度増加物質含有層）
粘度増加物質含有層１３は、電荷輸送層５を構成する電解液と接触すると、電解液の粘度を増加させる物質を含有する層である。電解液の粘度を増加させるとは、電解液を固体化もしくは擬固体化することである。
粘度増加物質含有層１３は、光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周であって、受光面と重ならない位置に設けられている。光電極１１と封止材４の界面における剥離や、対極１２と封止材４の界面における剥離が生じることによって、あるいは、光電極１１や対極１２が損傷して、亀裂等が生じることによって、その剥離した箇所や亀裂から電荷輸送層５を構成する電解液が外部に漏洩する場合が多いことから、粘度増加物質含有層１３は、光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周に設けられることが好ましい。

【0036】

電解液の粘度を増加させる物質としては、例えば、低分子ゲル化剤が挙げられる。低分子ゲル化剤としては、種々の公知のものが使用可能であり、例えば、１２−ヒドロキシステアリン酸等の脂肪酸類、ジベンジリデンソルビトール（新日本理化株式会社製、商品名「ゲルオールＤ」）等の糖誘導体、ヘキサトリアコンタン等の炭化水素類、その他アミド類等が挙げられる。

【0037】

粘度増加物質含有層１３の形成方法としては、例えば、低分子ゲル化剤を分散させた分散溶液をフィルム上に塗工し、溶媒を乾燥させて、低分子ゲル化剤からなる層が形成されたフィルムで光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周を囲むことにより、太陽電池セルとフィルムの間に粘度増加物質含有層１３を形成する方法、表面に低分子ゲル化剤をまぶしたフィルムで光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周を囲むことにより、太陽電池セルとフィルムの間に粘度増加物質含有層１３を形成する方法、低分子ゲル化剤を分散させた分散溶液を収容した袋状の容器で光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周を囲むことにより、太陽電池セルとフィルムの間に粘度増加物質含有層１３を形成する方法等が挙げられる。

【0038】

粘度増加物質含有層１３の厚さは、特に限定されないが、電荷輸送層５を構成する電解液の量に応じて適宜調整される。

【0039】

本実施形態の色素増感太陽電池１０によれば、粘度増加物質含有層１３は、光電極１１、対極１２、電荷輸送層５および封止材４を含む積層体の外周であって、光電極１１の受光面１１ａと重ならない位置に設けられているので、光電極１１と封止材４の界面における剥離や、対極１２と封止材４の界面における剥離が生じて、その剥離した箇所から、前記の界面に沿って、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、あるいは、光電極１１や対極１２が破損して、亀裂等が生じて、その亀裂から、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、電解液と粘度増加物質含有層１３に含まれる低分子ゲル化剤が接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池１０の外部に漏洩することを防止できる。また、粘度増加物質含有層１３を設けることにより、電解液の漏洩を防止するために、電荷輸送層５を固体化もしくは擬固体化する必要がなく、色素増感太陽電池１０の変換効率を低下することがない。

【0040】

（第二実施形態）
図２は、本発明の色素増感太陽電池の第二実施形態を示す概略断面図である。
図２において、図１に示した色素増感太陽電池１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の色素増感太陽電池２０が、上述の色素増感太陽電池１０と異なる点は、光電極１１、対極１２および封止材４の側面を囲むように、粘度増加物質含有層２１が配置されている点である。

【0041】

粘度増加物質含有層２１の厚さは、特に限定されないが、電荷輸送層５を構成する電解液の量に応じて適宜調整される。

【0042】

粘度増加物質含有層２１を構成する電解液の粘度を増加させる物質としては、上述の第一実施形態と同様のものが用いられる。

【0043】

本実施形態の色素増感太陽電池２０によれば、光電極１１、対極１２および封止材４の側面を囲むように粘度増加物質含有層２１が配置されているので、光電極１１と封止材４の界面における剥離や、対極１２と封止材４の界面における剥離が生じて、その剥離した箇所から、前記の界面に沿って、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、電解液と粘度増加物質含有層２１に含まれる低分子ゲル化剤が接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池２０の外部に漏洩することを防止できる。また、粘度増加物質含有層２１を設けることにより、電解液の漏洩を防止するために、電荷輸送層５を固体化もしくは擬固体化する必要がなく、色素増感太陽電池２０の変換効率を低下することがない。

【0044】

（第三実施形態）
図３は、本発明の色素増感太陽電池の第三実施形態を示す概略断面図である。
図３において、図１に示した色素増感太陽電池１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の色素増感太陽電池３０が、上述の色素増感太陽電池１０と異なる点は、封止材４には、光電極１１と接する面から厚さ方向に凹む溝状の凹部４ａと、対極１２と接する面から厚さ方向に凹む凹部４ｂとが設けられ、凹部４ａ、４ｂ内に、電荷輸送層５の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層３１が設けられている点である。すなわち、粘度増加物質含有層３１は、封止材４の凹部４ａ、４ｂ内に充填された電解液の粘度を増加させる物質によって形成されている。

【0045】

封止材４に形成される凹部４ａ、４ｂの形状、大きさ（深さ、平面視した場合の面積）は、特に限定されないが、電荷輸送層５を構成する電解液の量に応じて適宜調整される。
また、凹部４ａ、４ｂは、封止材４の幅方向に沿って、間隔を置いて形成された２つ以上の溝状をなしていてもよい。

【0046】

粘度増加物質含有層３１を構成する電解液の粘度を増加させる物質としては、上述の第一実施形態と同様のものが用いられる。

【0047】

本実施形態の色素増感太陽電池３０によれば、封止材４には、光電極１１と接する面から厚さ方向に凹む溝状の凹部４ａ内に粘度増加物質含有層３１が設けられ、対極１２と接する面から厚さ方向に凹む凹部４ｂ内に粘度増加物質含有層３１が設けられているので、光電極１１と封止材４の界面における剥離や、対極１２と封止材４の界面における剥離が生じて、その剥離した箇所から、前記の界面に沿って、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、電解液と粘度増加物質含有層３１に含まれる低分子ゲル化剤が接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池３０の外部に漏洩することを防止できる。また、粘度増加物質含有層３１を設けることにより、電解液の漏洩を防止するために、電荷輸送層５を固体化もしくは擬固体化する必要がなく、色素増感太陽電池３０の変換効率を低下することがない。

【0048】

（第四実施形態）
図４は、本発明の色素増感太陽電池の第四実施形態を示す概略断面図である。
図４において、図１に示した色素増感太陽電池１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の色素増感太陽電池４０が、上述の色素増感太陽電池１０と異なる点は、封止材４には、その厚さ方向に貫通する貫通孔４ｃが設けられ、貫通孔４ｃ内に電荷輸送層５の粘度を増加させる物質を含有する粘度増加物質含有層４１が設けられている点である。すなわち、粘度増加物質含有層４１は、封止材４の貫通孔４ｃ内に充填された電解液の粘度を増加させる物質によって形成されている。

【0049】

封止材４に形成される貫通孔４ｃの形状、大きさ（幅）は、特に限定されないが、電荷輸送層５を構成する電解液の量に応じて適宜調整される。
また、貫通孔４ｃは、封止材４の幅方向に沿って、間隔を置いて形成された２つ以上の貫通孔であってもよい。

【0050】

粘度増加物質含有層４１を構成する電解液の粘度を増加させる物質としては、上述の第一実施形態と同様のものが用いられる。

【0051】

本実施形態の色素増感太陽電池４０によれば、封止材４には、その厚さ方向に貫通する貫通孔４ｃ内に粘度増加物質含有層４１が設けられているので、光電極１１と封止材４の界面における剥離や、対極１２と封止材４の界面における剥離が生じて、その剥離した箇所から、前記の界面に沿って、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、電解液と粘度増加物質含有層４１に含まれる低分子ゲル化剤が接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池４０の外部に漏洩することを防止できる。また、粘度増加物質含有層４１を設けることにより、電解液の漏洩を防止するために、電荷輸送層５を固体化もしくは擬固体化する必要がなく、色素増感太陽電池４０の変換効率を低下することがない。

【0052】

（第五実施形態）
図５は、本発明の色素増感太陽電池の第五実施形態を示す概略断面図である。
図５において、図１に示した色素増感太陽電池１０と同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の色素増感太陽電池５０が、上述の色素増感太陽電池１０と異なる点は、透明基板１の導電層２と接している面とは反対側の面に、粘度増加物質含有層５１が設けられている点である。

【0053】

粘度増加物質含有層５１の厚さは、特に限定されないが、電荷輸送層５を構成する電解液の量に応じて適宜調整される。

【0054】

粘度増加物質含有層５１を構成する電解液の粘度を増加させる物質としては、上述の第一実施形態と同様のものが用いられる。

【0055】

本実施形態の色素増感太陽電池５０によれば、粘度増加物質含有層５１は、透明基板１の導電層２と接している面とは反対側の面に設けられているので、色素増感太陽電池５０の断面が鋭利なもの等で破損し、その破損した箇所から、電荷輸送層５を構成する電解液が漏洩した場合、電解液と粘度増加物質含有層５１に含まれる低分子ゲル化剤が接触し、電解液を固体化もしくは擬固体化するため、電解液が色素増感太陽電池５０の外部に漏洩することを防止できる。また、粘度増加物質含有層５１を設けることにより、電解液の漏洩を防止するために、電荷輸送層５を固体化もしくは擬固体化する必要がなく、色素増感太陽電池５０の変換効率を低下することがない。

【実施例】

【0056】

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【0057】

［実施例１］
（光電極作製）
透明基板として、予め一方の面にＩＴＯからなる導電層が形成されたＰＥＮ基板（ＩＴＯ−ＰＥＮ基板、シート抵抗１５Ω／ｃｍ^２、ペクセル社製）を用いた。
そのＰＥＮ基板上に、低温焼成酸化チタン（ＴｉＯ_２）ペースト（ペクセル社製）をドクターブレード法により塗布し、大気雰囲気下、１５０℃にて３０分間加熱して焼成することにより、膜厚１０μｍの酸化物半導体層を形成した。
次いで、アセトニトリル／ｔｅｒｔ−ブタノール（１／１、体積比）の混合溶媒に濃度が０．３ｍＭとなるように色素Ｎ７１９を溶解させたＮ７１９色素溶液を調製した。
次いで、前記酸化物半導体層が形成された基板を、前記Ｎ７１９色素溶液に２０時間浸漬させ、光電極を作製した。

【0058】

（対極基板作製）
基板として、予め一方の面にＩＴＯからなる導電層が形成されたＰＥＮ基板（ＩＴＯ−ＰＥＮ基板、シート抵抗１５Ω／ｃｍ^２、ペクセル社製）を用いた。
次いで、導電層上に、カーボンペーストをスクリーン印刷法により塗布し、大気雰囲気下、１２０℃にて２０分間加熱して焼成することにより、膜厚８μｍの触媒層を形成した。

【0059】

（封止）
光電極と対極基板を、厚さ５０μｍの封止材（ハイミラン）、厚さ３０μｍの不織布（セパレータ）および厚さ５０μｍの封止材（ハイミラン）をこの順に積層したものを介して対向させた後、熱プレスを行うことにより、光電極と対極基板を貼り合わせた。
次いで、予め対極基板の一部に設けておいた貫通孔から電解液（１．０Ｍの１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド、０．００５Ｍのヨウ素、０．１Ｍのチオシアン酸グアニジン メトキシプロピオニトリル電解液）を注入し、最後に貫通孔を光硬化性樹脂で封止した。

【0060】

（ラミネート）
厚さ５０μｍのＰＥＮ基板の一方の面に、１２−ヒドロキシステアリン酸をまぶして、光電極、対極基板および封止材からなる積層体の対極基板側の外側に、１２−ヒドロキシステアリン酸をまぶした側が対極側になるようにＰＥＮ基板を配置し、積層体の光電極側には５０μｍのＰＥＮ基板を配置して、前記の積層体をラミネートし、実施例１の色素増感太陽電池を得た。

【0061】

［実施例２］
（光電極作製）
実施例１と同様にして、光電極を作製した。

【0062】

（対極基板作製）
実施例１と同様にして、対極基板を作製した。

【0063】

（封止）
光電極の酸化物半導体層の外周部分および対極基板の触媒層の外周部分に、間隔を空けて、マスクを用いて、１２−ヒドロキシステアリン酸をまぶした。この光電極と対極を、厚さ５０μｍの封止材（ハイミラン）、厚さ３０μｍの不織布（セパレータ）および厚さ５０μｍの封止材（ハイミラン）をこの順に積層したものを介して対向させた後、熱プレスを行うことにより、光電極と対極基板を貼り合わせた。このとき、前記の封止材は、１２−ヒドロキシステアリン酸を覆うように配置した。
次いで、予め対極基板の一部に設けておいた貫通孔から電解液（１．０Ｍの１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド、０．００５Ｍのヨウ素、０．１Ｍのチオシアン酸グアニジン メトキシプロピオニトリル電解液）を注入し、最後に貫通孔を光硬化性樹脂で封止し、実施例２の色素増感太陽電池を得た。

【0064】

［実施例３］
（光電極作製）
実施例１と同様にして、光電極を作製した。

【0065】

（対極基板作製）
実施例１と同様にして、対極基板を作製した。

【0066】

（封止）
光電極の酸化物半導体層の外周部分および対極基板の触媒層の外周部分のそれぞれに、予め二重の枠状となるように成形した、厚さ５０μｍの封止材（ハイラミン）を配置した。この上から、マスクを用いて、それぞれの二重の枠の中間部分に、１２−ヒドロキシステアリン酸をまぶした。このような積層体と対極を、厚さ３０μｍの不織布（セパレータ）および厚さ５０μｍの同じく二重の枠状となるように成形した封止材（ハイラミン）介して対向させた後、熱プレスを行うことにより、光電極と対極基板を貼り合わせた。
次いで、予め対極基板の一部に設けておいた貫通孔から電解液（１．０Ｍの１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド、０．００５Ｍのヨウ素、０．１Ｍのチオシアン酸グアニジン メトキシプロピオニトリル電解液）を注入し、最後に貫通孔を光硬化性樹脂で封止し、実施例３の色素増感太陽電池を得た。

【0067】

［比較例］
１２−ヒドロキシステアリン酸をまぶしたＰＥＮ基板により、光電極、対極基板および封止材からなる積層体の側面を囲まなかったこと以外は実施例と同様にして、比較例の色素増感太陽電池を得た。

【0068】

［評価］
（１）出力測定
実施例１〜３および比較例の色素増感太陽電池について、出力を測定した。
光源として、Ｘｅランプを用い、色素増感太陽電池に擬似太陽光を照射して、各電圧における電流を実測することにより、色素増感太陽電池の出力を得た。なお、Ｘｅランプからの擬似太陽光の強度は１００Ｗ／ｃｍ^２であった。
測定の結果、実施例１の色素増感太陽電池の出力は２．１Ｗ／ｃｍ^２、実施例２の色素増感太陽電池の出力は２．３Ｗ／ｃｍ^２、実施例３の色素増感太陽電池の出力は２．２Ｗ／ｃｍ^２であった。一方、比較例の色素増感太陽電池の出力は２．１Ｗ／ｃｍ^２であった。

【0069】

（２）電解液の飛散状態
また、実施例１〜３および比較例の色素増感太陽電池を、カッターを用いて物理的に破断させて、電解液の飛散状態を目視にて確認した。
その結果、比較例の色素増感太陽電池では、破断後の電解液の漏れが顕著であった。
一方、実施例１〜３の色素増感太陽電池では、破断後に電解液が漏れたものの、比較例と比べて電解液の漏れ量が少なかった。なお、実施例１〜３の色素増感太陽電池では、電解液の漏れ量が少なかったが、実施例１においては電解液の漏れ量が特に少なかった。

【符号の説明】

【0070】

１・・・透明基板、２・・・導電層、３・・・酸化物半導体層、４・・・封止材、５・・・電荷輸送層、６・・・導電層、７・・・基板、１０，２０，３０，４０，５０・・・色素増感太陽電池、１１・・・光電極、１２・・・対極、１３，２１，３１，４１，５１・・・粘度増加物質含有層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】