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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024104061
(43)【公開日】2024-08-02
(54)【発明の名称】太陽電池
(51)【国際特許分類】
H01G 9/20 20060101AFI20240726BHJP
【ＦＩ】
H01G9/20 307
H01G9/20 203B
H01G9/20 203C
H01G9/20 111D
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023008076
(22)【出願日】2023-01-23
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 やよい
(57)【要約】
【課題】発電性能のさらなる向上が図られた太陽電池を提供すること。
【解決手段】太陽電池は、電極と、電子輸送層と、光吸収層と、対向電極と、基板と、反射拡散部材とを備える。電極は、透明な電極である。電子輸送層は、電極の上に形成される。光吸収層は、電子輸送層の上に形成され、電子捕集剤と色素を含む。対向電極は、電極と対向して配置される透明な電極である。基板は、対向電極が設けられる透明な基板である。反射拡散部材は、基板の対向電極が設けられる面と逆側の面に設けられ、基板を透過した光を光吸収層に向けて反射及び拡散する。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池は、電極と、電子輸送層と、光吸収層と、対向電極と、基板と、反射拡散部材とを備える。電極は、透明な電極である。電子輸送層は、電極の上に形成される。光吸収層は、電子輸送層の上に形成され、電子捕集剤と色素を含む。対向電極は、電極と対向して配置される透明な電極である。基板は、対向電極が設けられる透明な基板である。反射拡散部材は、基板の対向電極が設けられる面と逆側の面に設けられ、基板を透過した光を光吸収層に向けて反射及び拡散する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明な電極と、
前記電極の上に形成される電子輸送層と、
前記電子輸送層の上に形成され、電子捕集剤と色素を含む光吸収層と、
前記電極と対向して配置される透明な対向電極と、
前記対向電極が設けられる透明な基板と、
前記基板の前記対向電極が設けられる面と逆側の面に設けられ、前記基板を透過した光を前記光吸収層に向けて反射及び拡散する反射拡散部材と、
を具備する太陽電池。
前記電極の上に形成される電子輸送層と、
前記電子輸送層の上に形成され、電子捕集剤と色素を含む光吸収層と、
前記電極と対向して配置される透明な対向電極と、
前記対向電極が設けられる透明な基板と、
前記基板の前記対向電極が設けられる面と逆側の面に設けられ、前記基板を透過した光を前記光吸収層に向けて反射及び拡散する反射拡散部材と、
を具備する太陽電池。
【請求項2】
前記反射拡散部材の前記基板と対向する面が白色である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記反射拡散部材は、白い紙である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記反射拡散部材は、金属シートの上に光拡散フィルムが形成されて構成されている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記基板と前記反射拡散部材との間には空気層がある請求項１に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記基板と前記反射拡散部材との間に設けられ、前記反射拡散部材で反射及び拡散された光を前記光吸収層に向けて集光する集光部材をさらに具備する請求項１乃至５の何れか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、太陽電池に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、ＩｏＴ（Internet of Things）デバイス用の電源及びエナジーハーベスティング素子として期待されている。太陽電池においては、さらなる光電変換の効率化による発電性能の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－３４７００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、発電性能のさらなる向上が図られた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】
【0005】
一態様の太陽電池は、電極と、電子輸送層と、光吸収層と、対向電極と、基板と、反射拡散部材とを備える。電極は、透明な電極である。電子輸送層は、電極の上に形成される。光吸収層は、電子輸送層の上に形成され、電子捕集剤と色素を含む。対向電極は、電極と対向して配置される透明な電極である。基板は、対向電極が設けられる透明な基板である。反射拡散部材は、基板の対向電極が設けられる面と逆側の面に設けられ、基板を透過した光を光吸収層に向けて反射及び拡散する。
【発明の効果】
【0006】
本開示によれば、発電性能のさらなる向上が図られた太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図4A】図４Ａは、光反射性を有する下地部材のみが用いられた色素増感太陽電池のＩ－Ｖ特性と光反射性を有する部材に加えて光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を測定した実験結果を示すグラフである。
【図4B】図４Ｂは、光反射性を有する下地部材のみが用いられた色素増感太陽電池のＩ－Ｖ特性と光反射性を有する部材に加えて光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を測定した実験結果を示すグラフである。
【図5A】図５Ａは、第２の基板の裏面に反射拡散部材が貼り付けられていない色素増感太陽電池のＩｓｃと第２の基板の裏面に反射拡散部材が貼り付けられている色素増感太陽電池のＩｓｃの比較結果を示す棒グラフである。
【図5B】図５Ｂは、第２の基板の裏面に反射拡散部材が貼り付けられていない色素増感太陽電池のＩｓｃと第２の基板の裏面に反射拡散部材が貼り付けられている色素増感太陽電池のＩｓｃの比較結果を示す棒グラフである。
【図7A】図７Ａは、光反射性を有する下地部材のみが用いられた色素増感太陽電池のＩ－Ｖ特性と、光反射性を有する部材に加えて光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池のＩ－Ｖ特性と、光反射性を有する部材に加えて光集光性を有する部材と光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池のＩ－Ｖ特性とを測定した実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
【0009】
色素増感太陽電池１は、複数の色素増感太陽電池のユニットＵ１及びＵ２を有する色素増感太陽電池モジュールである。図１では、ユニットの数は、２つである。ユニットの数は、２つに限定されるものではない。また、図１では、ユニットＵ１とユニットＵ２とは電気的に接続されていない。一方で、ユニットＵ１とユニットＵ２とは、直列接続されてもよいし、並列接続されてもよい。
【0010】
図１に示すように、色素増感太陽電池１のそれぞれのユニットＵ１及びＵ２は、第１の基板１１と第２の基板１２との間に形成される。第１の基板１１は、ガラス基板等の透明基板である。第２の基板１２は、第１の基板１１と対向するように配置される。第２の基板１２は、第１の基板１１と同様に、ガラス基板等の透明基板である。ここで、図１の例では、色素増感太陽電池１へは、図１の矢印Ｌ１で示すようにして第１の基板１１の側から光が入射する。
【0011】
以下では、それぞれのユニットの構成は同一であるものとして説明が続けられる。第１の基板１１のそれぞれのユニットの位置には、電極１３が形成されている。電極１３の間隔は、例えば隣接する電極間でのリーク電流等の影響がない程度の間隔である。電極１３は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）といった透明導電酸化膜（ＴＣＯ）によって形成される。それぞれの電極１３は、対応するユニットのアノード電極として用いられる。
【0012】
第２の基板１２のそれぞれのユニットの位置には、対向電極１４が形成されている。対向電極１４の間隔は、例えば隣接する電極間でのリーク電流等の影響がない程度の間隔である。対向電極１４は、電極１３と同様、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）といった透明導電酸化膜（ＴＣＯ）によって形成される。それぞれの対向電極１４は、対応するユニットのカソード電極として用いられる。
【0013】
それぞれのユニットのアノード電極を構成する電極１３の上には電子輸送層１５が形成されている。電子輸送層１５は、酸化チタン（ＴｉＯｘ）等の金属酸化膜で構成される。電子輸送層１５は、金属よりも高抵抗なＴＣＯで構成される電極１３による損失を抑制するために設けられ得る。また、電子輸送層１５が形成されることにより、電子輸送層１５の上にさらに形成される光吸収層１６の密着性が向上する。
【0014】
それぞれの電子輸送層１５の上には、光吸収層１６が形成されている。光吸収層１６は、電子捕集剤に色素が吸着されて構成された層である。電子捕集剤は、例えば微小な酸化物半導体、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）の集積体である。色素は、例えばルテニウム（Ｒｕ）色素（ＲＵ）（Ｎ７１９色素等）等である。電子捕集剤は、酸化チタンに限らず、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化インジウム及びその複合体等であってもよい。また、色素は、Ｎ７１９色素に限らない。例えば、ルテニウム系色素として、Ｎ３色素、ＢｌａｃｋＤｙｅや、純粋有機色素として、Ｄ１４９、キサンテン、ＰＶＫ、メロシアニン、オキサジン等が用いられてもよい。
【0015】
それぞれのユニットのカソード電極を構成する対向電極１４の上には触媒層１７が形成されている。触媒層１７は、例えば白金層である。
【0016】
それぞれのユニットの光吸収層１６と触媒層１７との間には、電解液１８が充たされている。電解液１８の溶媒としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸エチレン等が用いられ得る。電解液１８の溶質としては、例えばヨウ素（Ｉ２）、１，２－ジメチル－３－ｎ－プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、４－ｔｅｒｔ－ブチルピリジン（ＴＢＰ）等が用いられ得る。図１に示すように、電解液１８は、ユニットＵ１とユニットＵ２の間の境界位置に設けられる封止材１９によって仕切られている。さらに、色素増感太陽電池１の最外周部にも、封止材１９が形成されている。封止材１９は、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせるとともに、電解液１８の外部への漏れ出しを防止する。封止材１９は、アクリル樹脂及びオレフィン樹脂等の耐溶媒性に優れた樹脂であり得る。ここで、図１において封止材１９に金属を混入させることによって導電性を持たせつつ、ユニットＵ１の電極１３とユニットＵ２の対向電極１４とを封止材を介して導通させることによって、ユニットＵ１とユニットＵ２とが直列接続されてもよい。
【0017】
実施形態においては、光が入射する基板と対向する基板である第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０が貼り付けられている。反射拡散部材２０は、例えば光反射性を有する下地部材の表面に光拡散部材が形成されてなる部材である。反射拡散部材２０は、後で説明する発電原理に従って光吸収層１６で吸収されずに第２の基板１２を透過した光を矢印Ｌ２で示すように反射及び拡散させつつ、光吸収層１６に戻すために設けられている。ここで、後で説明するが、光反射性を有する下地部材は、単に第２の基板１２と対向する側の面が白色の部材であってよい。この場合、光反射性を有する下地部材としては、表面が白色に着色されたアクリル板等が用いられ得る。さらには、光反射性と光拡散性の双方を有する下地部材として、白い紙が用いられてもよい。紙は、普通紙であってもよく、光沢紙であってもよい。
【0018】
図２は、１つのユニットにおける発電原理を説明するための図である。ここで、説明の簡単化のために、図２では、反射拡散部材２０が設けられていない色素増感太陽電池が示されている。また、以下の例では電子捕集剤は酸化チタン（ＴｉＯ２）であり、色素はルテニウム（Ｒｕ）色素であり、電解液１８はヨウ素（Ｉ）電解液であるとする。
【0019】
まず、色素増感太陽電池１に光が入射すると、その光は基板に形成された色素１６ａによって吸収される。色素１６ａは、光を吸収することによって励起する。反応式は、例えば以下の式（１）で示される。
Ｒｕ→Ｒｕ＋＋ｅ－ （１）
Ｒｕ→Ｒｕ＋＋ｅ－ （１）
【0020】
励起された色素１６ａから放出された電子（ｅ－）は、例えば多孔質の酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成される電子捕集剤１６ｂに注入される。電子捕集剤１６ｂに注入された電子は、アノード電極である電極１３に移動する。
【0021】
一方、電子（ｅ－）を失った色素１６ａは、電解液１８中の例えばヨウ化物イオン（Ｉ－）から、電子を供給される。電解液１８中のヨウ化物イオン（Ｉ－）は、電子（ｅ－）を色素１６ａに供給すると三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）になる。反応式は、例えば以下の式（２）、式（３）で示される。
Ｒｕ＋ｅ－→Ｒｕ （２）
３Ｉ－→Ｉ３ －＋２ｅ－ （３）
Ｒｕ＋ｅ－→Ｒｕ （２）
３Ｉ－→Ｉ３ －＋２ｅ－ （３）
【0022】
このような酸化反応によって生じた三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）は、カソード電極である対向電極１４から電子（ｅ－）を受け取ろうとする。このとき、対向電極１４と電極１３との間には、電位差が発生する。対向電極１４と電極１３との間に負荷が接続されていれば、電極１３まで移動した電子は、負荷を通って対向電極１４まで移動する。そして、対向電極１４に達した電子は、三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）によって吸収される。このような還元反応により、三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）はヨウ化物イオン（Ｉ－）に戻る。反応式は、例えば以下の式（４）で示される。
Ｉ３ －＋２ｅ－→３Ｉ－ （４）
Ｉ３ －＋２ｅ－→３Ｉ－ （４）
【0023】
以上の酸化還元反応が繰り返されることにより、色素増感太陽電池１のユニットは発電する。このような酸化還元反応が起きるためには、励起状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電子捕集剤１６ｂのエネルギー準位よりも高く、かつ、基底状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電解液１８のエネルギー準位より低いという関係を要する。
【0024】
次に、反射拡散部材２０について説明する。前述したように、色素増感太陽電池１に入射した光は、基本的には、光吸収層１６を構成する色素１６ａによって吸収される。一方で、色素増感太陽電池１に入射した光のうちで色素１６ａに吸収されない光も存在し得る。このような色素１６ａに吸収されなかった光は、第２の基板１２を透過することになる。このような第２の基板１２を透過した光は、色素増感太陽電池１の発電効率を低下させる要因になる。実施形態では、第２の基板１２を透過した光を反射拡散部材２０によって光吸収層１６に戻すことによって色素増感太陽電池１の発電効率の向上が図られる。
【0025】
反射拡散部材２０は、第２の基板１２を透過した光を単純に反射するだけではなく、反射及び拡散する。光吸収層１６の表面に近い色素１６ａに対しては、拡散による多方向からの光の入射により電子の励起が促進されることが期待される。また、光が拡散されることにより、光吸収層１６の色素１６ａに到達する光の光路長は増加しやすくなる。光路長の増加によって、色素１６ａへの光照射量が増加して電子の励起が促進されることも期待される。さらには、拡散による多方向からの光の入力によって光吸収層１６の表面での光の反射及び拡散も生じやすくなる。これによっても、光吸収層１６の色素１６ａに到達する光の光路長は増加しやすくなる。結果として、色素増感太陽電池１の発電効率の向上が期待される。
【0026】
図３Ａ及び図３Ｂは、種々の異なる光反射性を有する下地部材を用いて色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を測定した実験結果を示すグラフである。図３Ａは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から１０００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。図３Ｂは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から３００００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。１０００ｌｕｘの光は、室内光を想定した光である。３００００ｌｕｘの光は、晴天時の室外光を想定した光である。
【0027】
ここで、図３Ａ及び図３Ｂの「黒」は、下地部材が光反射性を有さない部材、実験では黒い板である色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図３Ａ及び図３Ｂの「白（１）」は、下地部材が白い普通紙である色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図３Ａ及び図３Ｂの「白（２）」は、下地部材が白い光沢紙であるときのＩ－Ｖ特性を示している。図３Ａ及び図３Ｂの「反射（１）」は、下地部材がクロム（Ｃｒ）シートである色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図３Ａ及び図３Ｂの「反射（２）」は、下地部材が銀（Ａｇ）シートである色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図３Ａ及び図３Ｂの「反射（３）」は、下地部材がリフレクタ、実験ではアルミ系金属シートである色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。
【0028】
また、図３Ａ及び図３Ｂの電流は、「黒」の短絡電流Ｉｓｃを１としたときの比率で表されている。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、Ｉｓｃは、電圧が０Ｖのときの電流に相当する。Ｉｓｃが大きいことは、色素増感太陽電池としての発電性能が高いことを示している。
【0029】
１０００ｌｕｘの光照射の条件下では、図３Ａに示すように、光反射性を有さない部材が用いられた場合のＩｓｃよりも光反射性を有する部材が用いられた場合のＩｓｃのほうが大きくなっている。また、光反射性を有する部材の中での比較では、１０００ｌｕｘの光照射の条件下では下地部材としてＣｒが使用されているときのＩｓｃは、その他の材料が使用されているときのＩｓｃよりも小さくなっている。
【0030】
３００００ｌｕｘの光照射の条件下でも、図３Ｂに示すように、光反射性を有さない部材が用いられた場合のＩｓｃよりも光反射性を有する部材が用いられた場合のＩｓｃのほうが大きくなっている。また、光反射性を有する部材の中での比較では、３００００ｌｕｘの光照射の条件下では部材による顕著な性能の差異は見られない。
【0031】
図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂの結果に基づく下地部材毎の短絡電流Ｉｓｃの比の値を示す図である。図３Ｃに示すように、基本的には、第２の基板１２の裏面に光反射性を有する部材を配置することによって発電性能の向上がみられる。また、光反射性を有する部材として単なる白い紙でも十分に利用できることも分かる。
【0032】
図４Ａ及び図４Ｂは、光反射性を有する下地部材のみが用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性と光反射性を有する部材に加えて光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を測定した実験結果を示すグラフである。図４Ａは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から１０００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。図４Ｂは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から３００００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。
【0033】
ここで、図４Ａ及び図４Ｂの「白」は、下地部材が白（１）のみである色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図４Ａ及び図４Ｂの「白＋拡散」は、白（１）の表面に光拡散フィルムが設けられている色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。光拡散フィルムは、表面に凹凸が形成された樹脂フィルムである。
【0034】
【0035】
１０００ｌｕｘの光照射の条件下では、図４Ａに示すように、「白」のＩｓｃと「白＋拡散」のＩｓｃとで顕著な差異はない。一方で、３００００ｌｕｘの光照射の条件下では、図４Ｂに示すように、「白」のＩｓｃよりも「白＋拡散」のＩｓｃのほうが明らかに大きくなっている。
【0036】
図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂの結果に基づく構成毎の短絡電流Ｉｓｃの比の値を示す図である。低照度下では、「白」のＩｓｃと「白＋拡散」のＩｓｃとで顕著な差異はない。これは、白い紙にもある程度の光拡散性があるためである。一方で、高照度下では、「白」のＩｓｃよりも「白＋拡散」のＩｓｃのほうが大きくなる。すなわち、拡散部材の効果は、特に高照度下で顕著になることが分かる。また、光拡散性を有する部材として単なる白い紙でも十分に利用できることも分かる。
【0037】
以上説明したように実施形態によれば、色素増感太陽電池１の光入射側の基板と対向する基板の裏面に反射拡散部材２０が設けられている。光吸収層１６の色素１６ａに吸収されなかった光が光吸収層１６に戻されることによって発電性能の向上が図られる。
【0038】
また、反射拡散部材２０は、第２の基板１２を透過した光を単純に反射するだけではなく、反射及び拡散する。光吸収層１６の表面に近い色素１６ａに対しては、拡散による多方向からの光の入射により電子の励起が促進されることが期待される。また、光が拡散されることにより、光吸収層１６の色素１６ａに到達する光の光路長は増加しやすくなる。光路長の増加によって、色素１６ａへの光照射量が増加して電子の励起が促進されることも期待される。さらには、拡散による多方向からの光の入力によって光吸収層１６の表面での光の反射及び拡散も生じやすくなる。これによっても、光吸収層１６の色素１６ａに到達する光の光路長は増加しやすくなる。結果として、色素増感太陽電池１の発電効率の向上が期待される。
【0039】
さらに、実施形態では、反射拡散部材２０は、光入射側の基板と対向する基板の裏面に設けられている。このため、既存の色素増感太陽電池１の構成を変えることなく、反射拡散部材２０が設けられ得る。このため、実施形態の色素増感太陽電池１は、簡易な構成で発電性能の向上が期待される。
【0040】
さらには、実施形態では、反射拡散部材２０として、単なる白い紙や白いアクリル板等が用いられ得る。これらであれば、反射拡散部材２０の製造も簡易である。したがって、低コストでの発電性能の向上が期待される。
【0041】
以下、実施形態の変形例を説明する。
（変形例１）
前述した実施形態では、反射拡散部材２０は、第２の基板１２の裏面に貼り付けられている。これに対し、反射拡散部材２０は、必ずしも第２の基板１２に貼り付けられていなくてもよい。
（変形例１）
前述した実施形態では、反射拡散部材２０は、第２の基板１２の裏面に貼り付けられている。これに対し、反射拡散部材２０は、必ずしも第２の基板１２に貼り付けられていなくてもよい。
【0042】
図５Ａ及び図５Ｂは、第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０が貼り付けられていない色素増感太陽電池１のＩｓｃと第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０が貼り付けられている色素増感太陽電池１のＩｓｃの比較結果を示す棒グラフである。図５Ａは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から１０００ｌｕｘの光を照射したときのＩｓｃを示している。図５Ｂは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から３００００ｌｕｘの光を照射したときのＩｓｃを示している。
【0043】
ここで、図５Ａ及び図５Ｂの「配置のみ」は、第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０が貼り付けられていない色素増感太陽電池１のＩｓｃを示している。実験では、「配置のみ」は、第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０を置いただけの状態であって、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に空気層が形成されている状態である。図５Ａ及び図５Ｂの「貼り付け」は、第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０が貼り付けられている色素増感太陽電池１のＩｓｃを示している。実験では、「貼り付け」は、第２の基板１２の裏面に反射拡散部材２０を接着剤によって貼り付けた状態であって、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に空気層が形成されていない状態である。
【0044】
また、図５Ａ及び図５Ｂの「下地（１）」は、反射拡散部材２０が白い光沢紙である色素増感太陽電池１のＩｓｃを示している。図５Ａ及び図５Ｂの「下地（２）」は、反射拡散部材２０がリフレクタである色素増感太陽電池１のＩｓｃを示している。
【0045】
【0046】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、低照度下であっても、高照度下であっても、また、反射拡散部材２０の部材が異なる場合であっても、「配置のみ」のＩｓｃと「貼り付け」のＩｓｃとで顕著な差異はない。これは、反射拡散部材２０が第２の基板１２の裏面に必ずしも貼り付けられる必要がないことを示している。
【0047】
このように、変形例１では、第２の基板１２の反射拡散部材２０が貼り付けられる必要がないことにより、接着剤等の貼り付けに必要な部材のコストが削減され得る。
【0048】
（変形例２）
前述した変形例１では、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に空気層が形成されていてよいとされている。空気層に代えて、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に集光部材が設けられていてもよい。
前述した変形例１では、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に空気層が形成されていてよいとされている。空気層に代えて、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に集光部材が設けられていてもよい。
【0049】
図６は、変形例２に係る太陽電池の構成の一例を示す断面図である。変形例２においては、図６に示すように、第２の基板１２と反射拡散部材２０との間に集光部材２１が設けられている。集光部材２１は、例えばプリズムシートであり、反射拡散部材２０から入射した光を矢印Ｌ３で示す光吸収層１６の方向に集光するようにプリズムの傾斜角が調整されている。プリズムの傾斜角は、第２の基板１２の屈折率及び電解液１８の屈折率等の物性値を考慮して決定される。
【0050】
反射拡散部材２０からの拡散光の射出角度が集光部材２１によって調整されることで、光吸収層１６に再入射する光の光路長を最適にすることができる。これによって、色素増感太陽電池１のさらなる発電効率の向上が期待される。
【0051】
図７Ａ及び図７Ｂは、光反射性を有する下地部材のみが用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性と、光反射性を有する部材に加えて光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性と、光反射性を有する部材に加えて光集光性を有する部材と光拡散性を有する部材が用いられた色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性とを測定した実験結果を示すグラフである。図７Ａは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から１０００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。図７Ｂは、色素増感太陽電池１に対してＬＥＤ光源から３００００ｌｕｘの光を照射したときのＩ－Ｖ特性を示している。
【0052】
ここで、図７Ａ及び図７Ｂの「白」は、下地部材が白（１）のみである色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。図７Ａ及び図７Ｂの「白＋拡散」は、白（１）の表面に光拡散フィルムが設けられている色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。光拡散フィルムは、表面に凹凸は形成された樹脂フィルムである。図７Ａ及び図７Ｂの「白＋集光＋拡散」は、白（１）と光拡散フィルムの上にさらに集光部材が設けられている色素増感太陽電池１のＩ－Ｖ特性を示している。集光部材は、プリズムシートである。
【0053】
【0054】
１０００ｌｕｘの光照射の条件下では、図７Ａに示すように、「白」のＩｓｃと「白＋拡散」のＩｓｃと「白＋集光＋拡散」とで顕著な差異はないものの、「白＋集光＋拡散」のＩｓｃが大きい。一方で、３００００ｌｕｘの光照射の条件下では、図７Ｂに示すように、「白」のＩｓｃ及び「白＋拡散」のＩｓｃよりも「白＋集光＋拡散」のほうが明らかに大きくなっている。
【0055】
図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂの結果に基づく構成毎の短絡電流Ｉｓｃの比の値を示す図である。低照度下では、「白」のＩｓｃと「白＋拡散」のＩｓｃと「白＋集光＋拡散」で顕著な差異はないものの、「白＋集光＋拡散」のＩｓｃが大きい。一方で、高照度下では、「白」及び「白＋拡散」のＩｓｃよりも「白＋集光＋拡散」のＩｓｃのほうが大きくなる。すなわち、集光部材の効果も、特に高照度下で顕著になることが分かる。
【0056】
このように、変形例２では、反射拡散部材２０の上に集光部材２１が配置されることにより、色素増感太陽電池１のさらなる性能の向上を図ることができる。
【0057】
［その他の変形例］
その他の変形例を説明する。前述した実施形態、変形例１及び変形例２では、液体型電解液の色素増感太陽電池への適用例が示されている。これに対し、反射拡散部材２０は、太陽電池の基板の裏面に設置されればよいので、前述した実施形態、変形例１及び変形例２の構成は、液体型電解液の色素増感太陽電池以外の構成についても適用され得る。例えば、色素増感太陽電池１は、固体型電解液の色素増感太陽電池であってもよい。固体型電解液の色素増感太陽電池の場合、それぞれのユニットの光吸収層１６と触媒層１７との間に介在しているのが電解液１８ではなく、固体電解質層である点のみが異なる。固体電解質層は、例えば、電解液１８をゲル化剤等によってゲル化させたものであり得る。
その他の変形例を説明する。前述した実施形態、変形例１及び変形例２では、液体型電解液の色素増感太陽電池への適用例が示されている。これに対し、反射拡散部材２０は、太陽電池の基板の裏面に設置されればよいので、前述した実施形態、変形例１及び変形例２の構成は、液体型電解液の色素増感太陽電池以外の構成についても適用され得る。例えば、色素増感太陽電池１は、固体型電解液の色素増感太陽電池であってもよい。固体型電解液の色素増感太陽電池の場合、それぞれのユニットの光吸収層１６と触媒層１７との間に介在しているのが電解液１８ではなく、固体電解質層である点のみが異なる。固体電解質層は、例えば、電解液１８をゲル化剤等によってゲル化させたものであり得る。
【0058】
また、さらなる変形例として、前述した実施形態、変形例１及び変形例２の構成は、ペロブスカイト型太陽電池等の色素増感太陽電池以外の各種の太陽電池にも適用され得る。例えば、ペロブスカイト型太陽電池の場合には、固体電解質層がペロブスカイト結晶層に置き換えられればよい。
【0059】
また、前述した実施形態、変形例１及び変形例２では、第１の基板１１と第２の基板１２とは、ガラス基板等の透明基板であるとされている。これに対し、第１の基板１１と第２の基板１２は、可撓性基材であってもよい。この場合において、前述した実施形態、変形例１及び変形例２の構成は、第１の基板１１と第２の基板１２の一方にだけ電極等が形成されるモノリシック構造にも適用され得る。
【0060】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【0061】
１ 色素増感太陽電池、１１ 第１の基板、１２ 第２の基板、１３ 電極、１４ 対向電極、１５ 電子輸送層、１６ 光吸収層、１７ 触媒層、１８ 電解液、１９ 封止材、２０ 反射拡散部材、２１ 集光部材。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
