特許 6227735 タンデム型ソーラーセル

(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】6227735

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】タンデム型ソーラーセル

(51)【国際特許分類】

   H01G 9/20 20060101AFI20171030BHJP

【ＦＩ】

   H01G9/20 301

   H01G9/20 111A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-175385(P2016-175385)

(22)【出願日】2016年9月8日

(62)【分割の表示】特願2013-520577(P2013-520577)の分割

【原出願日】2012年6月14日

(65)【公開番号】特開2017-5267(P2017-5267A)

(43)【公開日】2017年1月5日

【審査請求日】2016年10月6日

(31)【優先権主張番号】特願2011-131834(P2011-131834)

(32)【優先日】2011年6月14日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-154243(P2011-154243)

(32)【優先日】2011年7月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】514226958

【氏名又は名称】ｉｎＱｓ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小松 信明

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 朋子

(72)【発明者】

【氏名】落合 忠夫

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０４９１５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置され、
前記ガラス基板の一方に、２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種が配置され、
前記ガラス基板の他方に粒子の径が５００ｎｍ以下の２酸化ケイ素層が配置され、
前記２枚のガラス基板の間に電解質が充填され、
前記２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種に増感色素が吸着されたことを特徴とする、タンデム型ソーラーセル。

【請求項2】

透明導電膜が形成されたガラス基板の透明導電膜と金属板が向かい合わせて配置され、
前記ガラス基板に、２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種が配置され、
前記金属板に粒子の径が５００ｎｍ以下の２酸化ケイ素層が配置され、
前記ガラス基板と金属板の間に電解質が充填され、
前記２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種に増感色素が吸着されたことを特徴とする、タンデム型ソーラーセル。

【請求項3】

透明導電膜が形成されたガラス基板の透明導電膜と金属板が向かい合わせて配置され、
前記ガラス基板に粒子の径が５００ｎｍ以下の２酸化ケイ素層が配置され、
前記金属板に、２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種が配置され、
前記ガラス基板と金属板の間に電解質が充填され、
前記２酸化チタン、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェンから選ばれる１種に増感色素が吸着されたことを特徴とする、タンデム型ソーラーセル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２酸化チタンソーラーセルと２酸化ケイ素ソーラーセルを組み合わせたタンデム型のソーラーセルに関するものである。

【背景技術】

【0002】

シリコン等の半導体を用いたソーラーセルが実用段階に入りつつある。半導体ソーラーセルは変換効率が高い反面、高純度の材料を使用するため高価である。
比較的安価なソーラーセルとして２酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いるソーラーセルがある。

【0003】

図１により２酸化チタンソーラーセルの基本的な構成を説明する。
この図において１及び３はガラス基板であり各々１方の面にＦＴＯ透明導電膜２が形成され、ガラス基板１側から光が入射する。６は多孔質２酸化チタン焼結体である。５は電解液であり、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。
なお、４は封止材、７は抵抗器等の負荷である。

【0004】

この図においてハッチングされた矢印は紫外光を、白矢印は可視光を、黒矢印は赤外光を示している。また、大きく減衰した透過光は矢印を短くして示し、減衰しないあるいは減衰量が少ない透過光は矢印をそのままにして示すことにする。
以後の図面においては、この記載方法を採る。

【0005】

２酸化チタンが起電する光は波長が３８０nm以下の紫外光のみであり、この波長領域の紫外光は太陽光中の４％に過ぎない。そのため、最も豊富な光源である太陽光の利用効率は最大でも４％、実際には１％がせいぜいであり、太陽光の利用効率はきわめて低い。

【0006】

利用可能な波長領域が狭い２酸化チタンソーラーセルの欠点を補うため、焼結された多孔質２酸化チタンにルテニウム錯体色素を吸着させることにより利用可能な光の範囲を紫外光より波長が長い可視光領域まで拡げた色素増感ソーラーセル(ＤＳＳＣ:Dye Sensitized Solar Cell)がグレッツエルセルとして知られている。

【0007】

図２により、色素増感ソーラーセルの基本的な構成を説明する。
この図において１及び３はガラス基板であり各々１方の面にＦＴＯ透明導電膜２が形成され、ガラス基板１側から光が入射する。８はルテニウム錯体色素を吸着させた多孔質２酸化チタン焼結体である。５は電解液であり、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。
なお、４は封止材、７は抵抗器等の負荷である。
このような構成を有する色素増感ソーラーセルの太陽光利用効率は、理論的に３０％、実際には最大で１０％である。

【0008】

２酸化チタンは光触媒機能を有しているが、同様に光触媒機能を有する材料としてハロゲン化水素酸で処理された溶融石英粒子を使用することが特開２００４−２９０７４８号公報及び特開２００４−２９０７４７号公報に示されている。

【0009】

同様に、光触媒機能を有する材料としてフッ化水素酸で処理された人工水晶粒子を使用することが、国際公開公報ＷＯ２００５／０８９９４１号に示されている。

【0010】

この人工水晶光触媒は、特開２００４−２９０７４８号公報及び特開２００４−２９０７４７号公報に示された溶融石英を原材料とする光触媒よりもさらに広い２００〜８００nmという波長領域で光触媒として機能する。

【0011】

さらに、本発明者等は人工水晶を代表とする２酸化ケイ素がソーラーセルとして利用可能であることを発見し、このソーラーセルは国際公開公報ＷＯ２０１１／０４９１５６号に記載されている。
この２酸化ケイ素は無色である。

【0012】

２酸化ケイ素は結晶質である人工水晶ではなくても、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス等の非結晶質であるガラスの粒子であっても、ハロゲン化水素酸処理することにより、ソーラーセル材料として機能する。

【0013】

図３により、ＷＯ２０１１／０４９１５６号に記載された２酸化ケイ素ソーラーセルの構成の例を説明する。

【0014】

図３において１及び３はガラス基板であり、１方の面にＦＴＯ透明導電膜２が形成され、ガラス基板１側から光が入射する。９は２酸化ケイ素焼成体を粉砕した粒状体である。電解液は２酸化ケイ素粒状体９と共存しており、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。

【0015】

光入射側のガラス基板１のＦＴＯ層２には酸化亜鉛（ＺｎＯ），２酸化チタン（ＴｉＯ_２）等のｎ型半導体層１０が形成されている。
光入射側ではないガラス基板３のＦＴＯ層２には白金膜８が形成されている。

【0016】

ｎ型半導体層１０と白金膜８の間に０.１５〜０.２０mmの厚さでＳｉＯ_２を含むガラスと有機電解質を混合したソーラーセル材料９が封入されている。

【0017】

ソーラーセル材料９は、ＳｉＯ_２を含むガラス等の粒を５％のフッ化水素酸水溶液に５分間浸漬し、水洗後に乾燥させ、粒径が０.２mm以下になるように粉砕したものを用いている。

【0018】

沃素系電解質は、ＬｉＩを０.１mol、Ｉ_２を０.０５mol，４−tert-ブチルピリジンを０.５mol，テトラブチルアンモニウムヨージドを０.５molアセトニトリル溶媒に添加したものである。
なお、４は封止材、７は抵抗器等の負荷である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【特許文献1】特開２００４−２９０７４８号公報

【特許文献2】特開２００４−２９０７４７号公報

【特許文献3】国際公開公報ＷＯ２００５／０８９９４１号

【特許文献4】国際公開公報ＷＯ２０１１／０４９１５６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

この出願に係る発明は、２酸化チタンソーラーセルと２酸化ケイ素ソーラーセルを組み合わせることにより、優れた性能を発揮するソーラーセルを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0021】

この出願に係る発明は、２酸化チタンソーラーセルと２酸化ケイ素ソーラーセルをタンデム構成で組みあわせ、あるいは２酸化チタンソーラーセルと２酸化ケイ素ソーラーセルを単一筐体内にタンデム構成で組みあわせ、２酸化チタンソーラーセル側の電極と２酸化ケイ素ソーラーセル側の電極とから出力を取り出す。

【0022】

また、２酸化ケイ素に２酸化チタンソーラーセルで増感色素として使用されるルテニウム錯体色素を吸着させる。

【0023】

光入射側ガラス板と対向するガラス板に代えて金属板を使用する。

【0024】

この出願に係る発明のさらなる特徴は以下のとおりである。

【0025】

（１）透明導電膜が形成された２枚のガラス基板が各々の透明導電膜を向かい合わせて配置し、ガラス基板の一方に２酸化チタン層を配置し、他方に２酸化ケイ素層を配置し、２枚のガラス基板の間に電解質を充填してタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0026】

（２）２酸化チタン層に増感色素を吸着させて、（１）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0027】

（３）２酸化ケイ素層に増感色素を吸着させて、（１）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0028】

（４）透明導電膜が形成されたガラス基板の透明導電膜と金属板を向かい合わせて配置し、ガラス基板に２酸化チタン層を配置し、金属板に２酸化ケイ素層を配置し、ガラス基板と金属板の間に電解質を充填してタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0029】

（５）２酸化チタン層に増感色素を吸着させて、（４）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0030】

（６）２酸化ケイ素層に増感色素を吸着させて、（４）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0031】

（７）透明導電膜が形成されたガラス基板の透明導電膜と金属板を向かい合わせて配置し、ガラス基板に２酸化ケイ素層を配置し、金属板に２酸化チタン層を配置し、ガラス基板と金属板の間に電解質を充填してタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0032】

（８）２酸化チタン層に増感色素を吸着させて、（７）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【0033】

（９）２酸化ケイ素層に増感色素を吸着させて、（７）のタンデム型ソーラーセルを構成する。

【発明の効果】

【0034】

２酸化ケイ素ソーラーセルは可視光〜赤外光によっても起電することが可能である。そのため、紫外光によって起電する２酸化チタンソーラーセルが起電に利用しない紫外光以外の光によっても起電する２酸化ケイ素ソーラーセルを組み合わせることによって、光、特に太陽光の利用率が大幅に高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】従来技術の２酸化チタンソーラーセルの構成の模式図。

【図2】従来技術の色素増感２酸化チタンソーラーセルの構成の模式図。

【図3】従来技術の２酸化ケイ素ソーラーセルの構成の模式図。

【図4】先行技術の２酸化ケイ素ソーラーセルの構成の模式図。

【図5】実施例１のソーラーセルの構成の模式図。

【図6】実施例２のソーラーセルの構成の模式図。

【図7】実施例３のソーラーセルの構成の模式図。

【図8】実施例４のソーラーセルの構成の模式図。

【図9】実施例５のソーラーセルの構成の模式図。

【図10】実施例６のソーラーセルの構成の模式図。

【図11】実施例７のソーラーセルの構成の模式図。

【図12】実施例８のソーラーセルの構成の模式図。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、図を用いて実施例を説明する。

【0037】

図４に本出願人が他の出願で開示した２酸化ケイ素ソーラーセルを説明する。
このソーラーセルは図３に示した２酸化ケイ素ソーラーセルを図１に示した２酸化チタンの構成に基づいて構成したものである。

【0038】

図４において、１１は汎用のガラス板からなるガラス基板であり、一方の面にＦＴＯ等の透明導電膜１２が形成され、光入射側面とされる。１３は１１と同様な汎用のガラス板からなるガラス基板であり、一方の面にＦＴＯ等の透明導電膜１２が形成され、光出射側面とされる。ガラス基板１１とガラス基板１３は、双方の透明導電膜１２が対向するように配置される。

【0039】

光入射側ガラス基板１１の透明導電膜１２に２酸化ケイ素粒子焼成体が配置されている。
２酸化ケイ素粒子はハロゲン化水素酸処理した結晶質人工水晶粒又は非結晶質ガラス粒を粒径が０．２mm以下、望ましくは５００nm以下に粉砕された人工水晶粒子であり、２酸化ケイ素粒子焼成体はエタノールと混合して白金等の層が形成された透明導電膜１２上に塗布し乾燥させた。

【0040】

２酸化ケイ素粒として、２酸化ケイ素の結晶質である水晶あるいは非結晶質である石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰等のガラス粒が使用可能であり、粗粉砕した２酸化ケイ素粒をフッ化水素酸水溶液に浸漬し、次いで水晶粒あるいはガラス粒を水洗後に乾燥し、その後微粉砕する。フッ化水素酸以外に塩化水素酸あるいは臭化水素酸がハロゲン化水素酸として用いられるが、フッ化水素酸が好ましい。

【0041】

２酸化ケイ素粒子の径は５００nm以下の微粒子に限定されず、０．２mm程度の径であっても使用可能である。

【0042】

２枚のガラス基板１１と１３の間に電解質１５が充填されている。
１４は封止材であり、１７は外部負荷である。

【0043】

電解質１５には最も簡易には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられるが、この電解質は有色であるため、無色であることが必要なときには次に示す電解質が使用可能である。

【0044】

１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド：０．４Ｍ
テトラブチルアンモニウムアイオダイド：０．４Ｍ
４−ｔ−ブチルピリジン：０．２Ｍ
グアニジウムイソチオシアネート：０．１Ｍ
をプロピレンカーボネート液として調製。

【0045】

この電解液は、Ｉ_２、Ｂｒ_２などのハロゲン分子の濃度が０．０００４mol／ｌ以下の場合には、可視光領域においてほぼ無色透明である。

【0046】

この他に、次の電解質も使用できる。
ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）０．５mol，金属ヨウ素（Ｉ_２）０．０５molを分子量２２０のポリエチレングリコールを溶媒として調製したもの。

【0047】

さらに、次の電解質も使用できる。
ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）０．５mol，金属ヨウ素（Ｉ_２）０．０５molをメトキシプロピオニトリルに溶かしたものに増粘剤を加え、さらに開放電圧とフィルファクターを向上させるため４−tert-butyl pyridineを添加したもの。

【0048】

最高値を得た電解質として次のものがある。
ＬｉＩとＩ_２，溶媒に３−メトキシプロピオニトリル，粘性を低くしイオンの拡散をスムーズにする常温溶融塩として１-propyl-２，３ dimethylimidazolium iodide，逆電流を防ぎ開放電圧を高める４-tert-butyl pyridineを所定比混合したもの。

【0049】

なお、無色透明であることを要求されない場合には濃度を下げた沃素係電解液等有色の電解液を用いることもできる。
無色の電解質として酢酸あるいはクエン酸等も使用できる。

【0050】

このソーラーセルの取り出し電極であるＦＴＯ層１２−１２間に取り出し線を取付け、光入射側ガラス基板１側から照射光源として蛍光灯により照度１５,０００〜１９,０００luxの光を照射し、取り出し電極の間の解放電圧及び短絡電流を計測した。

【0051】

ソーラーセル材料として、人工水晶，溶融石英ガラス，ソーダ石灰ガラス，無アルカリガラス，ホウケイ酸ガラスについて試験した。その結果は次のとおりである。
（１）人工水晶を用いたソーラーセルの解放電圧は３５ｍＶ、短絡電流は０.５μＡであった。
（２）溶融石英ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は３０ｍＶ、 短絡電流は０.５μＡであった。
（３）ソーダ石灰ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は１５ｍＶ、 短絡電流は０.３μＡであった。
（４）無アルカリガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は３０ｍＶ、 短絡電流は０.４μＡであった。
（５）ホウケイ酸ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は１４ｍＶ、 短絡電流は０.３μＡであった。

【0052】

なお、フッ化水素酸処理をしていない２酸化ケイ素組成物でも、次に示す解放電圧及び短絡電流が得られた。
（１）人工水晶を用いたソーラーセルの解放電圧は３ｍＶ、短絡電流は０.１μＡであった。
（２）溶融石英ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は３ｍＶ、短絡電流は０.２μＡであった。
（３）ソーダ石灰ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は５ｍＶ、短絡電流は０.１μＡであった。
（４）無アルカリガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は５ｍＶ、短絡電流は０.１μＡであった。
（５）ホウケイ酸ガラスを用いたソーラーセルの解放電圧は１２ｍＶ、短絡電流は０.２μＡであった。

【0053】

これらの結果から、２酸化ケイ素は光電池としての機能を有しており、フッ化水素酸で処理することにより、光起電圧が著しく高くなることが把握される。

【0054】

処理に使用するハロゲン化水素酸を塩化水素酸とし、同様にＬｉＩを０.１mol、Ｉ_２を０.０５ｍｏｌ，４−tert-ブチルピリジンを０.５mol，テトラブチルアンモニウムヨージドを０.５molアセトニトリル溶媒に添加した有機電解質を使用した時に得られた解放電圧は４ｍＶ、短絡電流は０.１μＡであった。

【0055】

紫外領域の成分を含まない光源である３００Ｗの白熱電球により、ほぼ直射日光に等しい照度で短絡電流を測定したところ、それぞれ４００ｍＶの解放電圧及び０.５μＡの短絡電流が観測された。

【0056】

このことから、人工水晶ソーラーセルは紫外領域の成分を含まない光によっても起電するといえる。

【0057】

図１に示した２酸化チタンソーラーセルは太陽光中に４％しか含まれない波長が３８０nm以下の紫外光のみによって起電するため、太陽光の利用効率は最大でも４％、実際には１％がせいぜいである。

【0058】

また、利用可能な波長領域が狭い２酸化チタンソーラーセルの欠点を補うため、焼結多孔質２酸化チタンにルテニウム錯体色素を吸着させることにより利用可能な光の範囲を紫外光より波長が長い可視光領域まで拡げた色素増感ソーラーセルでも、起電する光は可視光の１部分にすぎないため、太陽光の利用効率は、理論的に３０％、実際には最大で１０％にすぎない。

【0059】

前に述べたように、紫外領域の成分を含まない光源である３００Ｗの白熱電球により、ほぼ直射日光に等しい照度で短絡電流を測定したところ、それぞれ４００ｍＶの解放電圧及び０.５μＡの短絡電流が観測されている。

【0060】

この２酸化ケイ素ソーラーセルの赤外線透過に対する影響を調べるためにこの２酸化ケイ素ソーラーセルと、このソーラーセルを構成する両側の２枚のＦＴＯガラスとの光透過率を計測した結果を表１に示す。
この表１において上段の数字は透過率を、下段の括弧内の数字は遮断率である。

【0061】

【表1】

【0062】

この表に示されたように、２酸化ケイ素ソーラーセルは４７０nm以下の波長領域の光をほぼ１００％遮断するのに対し、ＦＴＯガラスは２８９nm以下の波長領域の光をほぼ１００％遮断するが、２８９nm〜４７０nmの波長領域の光は６５％以上透過させる。
また、２酸化ケイ素ソーラーセルは８００nmの波長の光を８４．７％遮断するのに対し、ＦＴＯガラスの遮断率は１５．７％に過ぎない。
このような赤外光の遮断と、白熱電球による起電を併せ考えると、２酸化ケイ素ソーラーセルは入射した赤外光によっても起電していると考えられる。

【0063】

以下に説明する実施例は、紫外光により起電する２酸化チタンソーラーセル、あるいは紫外光及び可視光により起電する色素増感２酸化チタンソーラーセルと可視光及び赤外光により起電する２酸化ケイ素ソーラーセルとを組み合わせることにより、太陽光等からの入射光のすべての波長領域の光によって起電することができる。

【実施例1】

【0064】

図５に示す実施例１は、２酸化チタンソーラーセルと２酸化ケイ素ソーラーセルを組み合わせた原理的なタンデム構成のソーラーセルである。
このタンデム構成のソーラーセルは、図１に示した従来技術の２酸化チタンソーラーセルと図４に示した先行技術の２酸化ケイ素ソーラーセルを直列に配置して構成したものである。

【0065】

上側に配置されたのは２酸化チタンソーラーセルであり、このソーラーセルにおいて１１及び１３は各々１方の面にＦＴＯ透明導電膜１２が形成されたガラス基板であり、ガラス基板１１側から光が入射する。１６は多孔質２酸化チタン焼結体である。１５は電解液であり、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。
なお、１４は封止材、１７は抵抗器等の負荷である。

【0066】

下側に配置されたのは２酸化ケイ素ソーラーセルであり、このソーラーセルにおいて１１及び１３は各々１方の面にＦＴＯ透明導電膜１２が形成されたガラス基板であり、ガラス基板１１側から光が入射する。１８は２酸化ケイ素焼成体である。１５は電解液であり、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。
なお、１４は封止材、１７は抵抗器等の負荷である。

【0067】

このタンデム構成のソーラーセルの２酸化チタンソーラーセルのガラス基板１１側から紫外光、可視光及び赤外光を含む太陽光等が入射する。

【0068】

２酸化チタンソーラーセルにおいては、紫外光により２酸化チタンが起電し、紫外光は減衰して出射するが、可視光及び赤外光は吸収される以外はそのまま出射する。

【0069】

出射した減衰紫外光、可視光及び赤外光は２酸化ケイ素ソーラーセルのガラス基板１１から入射する。

【0070】

２酸化ケイ素ソーラーセルにおいては、可視光及び赤外光により２酸化ケイ素が起電し、可視光及び赤外光も減衰して出射する。

【0071】

２酸化チタンを用いた複合ガラス板が起電する紫外光は２酸化ケイ素が起電する可視光・赤外光と比較してソーラーセル内を透過しにくいため、２酸化チタンソーラーセルは、光が入射する側に配置することが好ましい。
なお、２酸化ケイ素ソーラーセルを光が入射する側に配置することができることは言うまでもない。

【0072】

以下に説明する実施例の場合も同様であるが、２酸化チタン焼結体に増感色素を添加することが可能であることは言うまでもない。

【実施例2】

【0073】

図６により実施例２のタンデム型ソーラーセルを説明する。
実施例２のタンデム型ソーラーセルは、２酸化チタンを用いたソーラーセルと２酸化ケイ素を用いたソーラーセルを電解質を共通要素として１個の筐体に収納にしたものである。２酸化チタンが起電する紫外光は２酸化ケイ素が遮断・起電する可視光・赤外光と比較してソーラーセル中を透過しにくいため、光が入射する側のガラス基板に２酸化チタン層を配置する。

【0074】

図６において、１１はガラス板からなるガラス基板であり、一方の面にＦＴＯ等の透明導電膜１２が形成され、光入射側面とされる。１３は１１と同様な汎用のガラス板からなるガラス基板であり、一方の面にＦＴＯ等の透明導電膜１２が形成され、光出射側面とされる。ガラス基板１１とガラス基板１３は、双方の透明導電膜１２が対向するように配置される。

【0075】

光入射側ガラス基板１１の透明導電膜１２に２酸化チタン１６が配置され、光出射側ガラス基板１３の透明導電膜１２に２酸化ケイ素１８が配置されている。
なお、２酸化ケイ素１８を光入射面側に配置し、２酸化チタン１８を光出射側面に配置することができることは言うまでもない。
２枚のガラス基板１１，１３の間に電解質１５が充填されている。
１４は封止材、１７は外部負荷であり、透明導電膜１２，１２に接続される。

【0076】

２酸化チタン１６は、スパッタリング，化学的蒸着法（ＣＶＤ），物理的蒸着法（ＰＶＤ），ゾル−ゲル法，メッキ法，電解重合法，分子プレカーサー法等の手段により形成された２酸化チタン膜である場合と、焼結等の手段により固体化された２酸化チタン多孔質焼結体である場合とがある。
分子プレカーサー法の場合には機能向上のために、２酸化チタン粒子を別途添加することが望ましい。

【0077】

光入射側には２酸化チタンの他に、ＣｕＯ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｒＴｉＯ_３，窒化炭素、グラフェン等も使用可能である。

【0078】

２酸化ケイ素焼成体５０の粒子は粒径が０．２mm以下、望ましくは５００nm以下に粉砕された人工水晶粒子であり、エタノールと混合して白金等の層が形成された透明導電膜１２上に塗布し乾燥させたものである。

【0079】

２酸化ケイ素粒として、２酸化ケイ素の結晶質である人工水晶あるいは非結晶質である石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰等のガラス粒が使用可能であり、粗粉砕した２酸化ケイ素粒をフッ化水素酸水溶液に浸漬し、次いで人工水晶粒あるいはガラス粒を水洗後に乾燥し、その後微粉砕する。フッ化水素酸以外に塩化水素酸がハロゲン化水素酸として用いられるが、フッ化水素酸が好ましい。

【0080】

人工水晶粒子あるいは他のガラス粒子はフッ化水素酸以外のハロゲン化水素酸、塩化水素酸あるいは臭化水素酸で処理することが可能である。

【0081】

電解質１５には最も簡易には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられるが、他の電解質も使用可能である。

【0082】

実施例１のソーラーセルと同様に以下の組成の電解質が有用である。
１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド：０．４Ｍ
テトラブチルアンモニウムアイオダイド：０．４Ｍ
４−ｔ−ブチルピリジン：０．２Ｍ
グアニジウムイソチオシアネート：０．１Ｍ
をプロピレンカーボネート液として調製。

【0083】

この電解液は、Ｉ_２、Ｂｒ_２などのハロゲン分子の濃度が０．０００４mol／ｌ以下の場合には、可視光領域においてほぼ無色透明である。

【0084】

この他に無色透明である酢酸あるいはクエン酸等も透明電解液として使用可能である。

【0085】

ソーラーシミュレータにより太陽常数である１ｋｗ／ｍ^２の光を面積が１cm×１cmのタンデム型ソーラーセルに照射し、ソーラーセルとしての特性を測定したところ、３４８μＡの短絡電流、６２０ｍＶの開放電圧が得られた。

【0086】

タンデム型ソーラーセルの面積を２cm×２cmにしたところ、１．７９９０ｍＡの短絡電流、５７０ｍＶの開放電圧が得られ、従来のソーラーセルとは逆に面積が大きいものの方が大きな光−電気変換能を示した。

【0087】

なお、粒径が０．２mm以下の人工水晶粒子の場合には１cm×１cmの場合、２０μＡの短絡電流、４１７ｍＶの開放電圧が得られた。

【0088】

なお、２酸化ケイ素側から照射した場合と２酸化チタン側から照射した場合との間で大きな差は認められなかった。

【0089】

実施例では光入射側に２酸化チタンを使用しているが、酸化亜鉛等他の適宜な材料が選択可能である。

【実施例3】

【0090】

図７に示す実施例３のタンデム型ソーラーセルは、実施例２のタンデム型ソーラーセルの２酸化チタン１６に加えて、２酸化チタン粒１９を用いたタンデム型ソーラーセルである。

【0091】

２酸化チタン粒は、２酸化チタン１６上に散布した後全体を焼成する等の手段により固定される。

【0092】

その他の構成及び変形構成は実施例２のタンデム型ソーラーセルと異なる点はないので、さらなる説明は省略する。

【実施例4】

【0093】

図８に示す実施例３のタンデム型ソーラーセルは、実施例２のタンデム型ソーラーセルの２酸化ケイ素１８にルテニウム錯体等の増感色素を吸着させている。

【0094】

その他の構成及び変形構成は実施例２のタンデム型ソーラーセルと異なる点はないので、さらなる説明は省略する。

【0095】

２酸化ケイ素は、フッ化水素酸で処理した粒径が５００nm以下の人工水晶微粒子にルテニウム増感色素を吸着が吸着させ、エタノールを溶媒として白金粉末を混合してＦＴＯ膜２上に塗布し焼成したものである。

【0096】

増感色素を吸着した２酸化ケイ素起電体と焼結多孔質２酸化チタン起電体が入射光に対して直列に配置された実施例４のタンデム型ソーラーセルにおいて、２酸化ケイ素起電体は可視光より長波長の光で起電し、紫外線は透過する。増感色素は可視光領域の光で起電し、焼結多孔質２酸化チタン起電体が２酸化ケイ素起電体を透過した紫外光により起電する。このように、実施例４のタンデム型ソーラーセルは広範な波長領域の光を有効に利用して起電することができる。

【0097】

２酸化ケイ素粉末と白金粉末との焼成体はルテニウム錯体増感色素の吸着量が多くはないため、２酸化チタンの場合よりも着色は少ない。
そのため、電解質を無色透明なものとした場合には、全体の着色は非常に少ない。

【実施例5】

【0098】

ソーラーセルを窓ガラスとして使用せず、屋根等に設置する場合には対電極が透明である必要はなく、対電極を金属板とすれば、ソーラーセルの強度が増すとともに、構造も簡素になる。
図９に示したのは図３に示した従来技術のソーラーセルの対電極を金属板としたソーラーセルである。

【0099】

実施例５のソーラーセルが従来技術のソーラーセルと異なるのは、対電極がＦＴＯガラス２及びガラス基板３から金属板２１に変更された点のみであるので、さらなる説明は省略する。

【0100】

金属板２１としては、アルミニウム、銀、ニッケル等が採用されるが、電解液に対する耐食性を考慮する場合には、合金あるいは複合材が用いられる。

【実施例6】

【0101】

図１０に示した実施例６のソーラーセルは、図４に示した先行技術の２酸化ケイ素ソーラーセルのＦＴＯガラス２及びガラス基板３を金属板２１に変更した点のみであるので、さらなる説明は省略する。

【実施例7】

【0102】

図１１に示した実施例７のソーラーセルは、図５に示した実施例１のタンデム型ソーラーセルの２酸化ケイ素ソーラーセルのＦＴＯ膜１２及びガラス基板１３を金属板２１に変更した点のみであるので、さらなる説明は省略する。

【実施例8】

【0103】

図１２に示した実施例８のソーラーセルは、図６に示した実施例２のタンデム型ソーラーセルのＦＴＯ膜１２及びガラス基板１３を金属板２１に変更した点のみであるので、さらなる説明は省略する。

【産業上の利用可能性】

【0104】

２酸化ケイ素を用いたソーラーセルと２酸化チタンソーラーセルを組み合わせたタンデム型ソーラーセルは紫外光から赤外光に及ぶ広範囲の光による起電が可能であり、エネルギー問題の解決にきわめて有効である。

【符号の説明】

【0105】

１，３，１１，１３ ガラス基板
２，１２ ＦＴＯ透明導電膜
４，１４ 封止材
５，１５ 電解液
６ ２酸化チタン膜
８ 増感色素添加２酸化チタン多孔質焼結体
１６ ２酸化チタン
１８ ２酸化ケイ素
２１ 金属板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】