JP2005109033A - 光増感型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電力を効率よく取り出すことが出来、大面積化の可能な光増感型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。
【解決手段】 本発明は、傾斜壁面を有する溝を有する透明基板と、溝の傾斜壁面に設けられた金属からなる集電配線と、透明基板上の溝以外の領域に設けられた透明電極層と、透明電極層及び集電配線の上に設けられた半導体層と、半導体層上に設けられ、表面に色素が担持された半導体電極と、半導体電極に離間対向して配置され、表面に導電層を有する対向基板と、半導体電極と導電層との間に設けられ、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質とを有する電解質層とを具備することを特徴とする光増感型太陽電池を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光増感型太陽電池及びその製造方法に関する。

一般的な光増感型太陽電池として、金属酸化物の微粒子の表面に色素を担持させた半導体層を支持する透明電極と、この透明電極と対向する対向電極と、２つの電極間に介在される電解質層とを備えるものがある。

このような光増感型太陽電池は、以下の過程を経て動作する。すなわち、透明電極側より入射した光は、半導体層表面に担持された色素に到達し、この色素を励起する。励起した色素は、速やかに半導体層へ電子を渡す。一方、電子を失うことによって正に帯電した色素は、電解質層から拡散してきたイオンから電子を受け取ることによって電気的に中和される。電子を渡したイオンは対向電極に拡散して、電子を受け取る。この透明電極とこれに対向する対向電極とを、それぞれ負極および正極とすることにより、光増感型太陽電池が作動する。

ところで、この透明電極は抵抗が高い。従って、面積の大きい光増感型太陽電池を作製しようとした場合にはその抵抗が無視できなくなり、効率が低下する問題が生じる。

この問題を解決するために、透明電極の形成された側の基板にアルミなどの金属で集電するための配線を入れることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この場合は集電配線が透明電極を介して電解質層と接する。そして、一部の電解質組成物が透明電極を通り集電配線に接触することにより、電解質に含まれるヨウ素が集電配線の金属と反応して電解質中に溶出してしまう問題が生じる。
特開２００１−３２００６８公報（第３−２４頁、第５図）

本発明は、この問題に鑑み、電力を効率よく取り出すことが出来、大面積化の可能な光増感型太陽電池及びその製造方法を提供するものである。

そこで本発明は、傾斜壁面を有する溝を有する透明基板と、溝の傾斜壁面に設けられた金属からなる集電配線と、透明基板上の溝以外の領域に設けられた透明電極層と、透明電極層及び集電配線の上に設けられた半導体層と、半導体層上に設けられ、表面に色素が担持された半導体電極と、半導体電極に離間対向して配置され、表面に導電層を有する対向基板と、半導体電極と導電層との間に設けられ、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質とを有する電解質層とを具備することを特徴とする光増感型太陽電池を提供する。

本発明においては、溝の断面が、Ｖ字形状、Ｕ字形状、若しくは階段状であっても良い。

また本発明は、透明基板上に透明電極層を形成する工程と、透明電極層を形成した透明基板に、傾斜壁面を有する溝を形成する工程と、溝の傾斜壁面に金属からなる集電配線を形成する工程と、集電配線を形成した溝及び透明電極層の上に半導体層を形成する工程と
、半導体層上に半導体電極を形成し、半導体電極に色素を担持させる工程と、対向基板の表面に導電層を形成する工程と、半導体電極を形成した透明基板と導電層を形成した対向基板とを対向させて配置し、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質を注入してから封止して電解質層を形成する工程とを具備することを特徴とする光増感型太陽電池の製造方法を提供する。

本発明においては、溝の断面が、Ｖ字形状、Ｕ字形状、若しくは階段状であっても良い。

また本発明は、表面に複数の透明電極層を有し、透明電極層の間に傾斜壁面を有する溝が形成された透明基板と、溝の傾斜壁面に設けられた金属からなる集電配線と、透明電極層及び集電配線を覆う半導体層と、半導体層上に設けられ、表面に色素が担持された半導体微粒子群と、半導体微粒子群に離間対向して配置され、表面に導電層を有する対向基板と、半導体微粒子群と導電層との間に設けられ、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質とを有する電解質層とを具備することを特徴とする光増感型太陽電池を提供する。

本発明によれば、電力を効率よく取り出すことが出来、大面積化の可能な光増感型太陽電池及びその製造方法を提供することが出来る。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

上述したように、光増感型太陽電池において集電配線を設ける場合、集電配線の金属が電解質層中のヨウ素と反応して溶出するのを防ぐ必要がある。

そこで、本実施形態は、透明基板上に透明電極層を形成した後に溝を設け、この溝に集電配線を形成する。これにより、透明基板の表面は、透明電極層と集電配線とで覆われる。また、集電配線を、傾斜壁面を有する溝に形成すれば、透明電極層と集電配線とは、段切れなく連続に形成することが出来る。また、この上に、緻密な半導体層を形成していることから、この半導体層により電解質の浸入等は防止することが出来、集電配線の金属成分の溶出を防ぐことが可能となる。半導体層は電気抵抗を上昇させないために薄膜とすることが好ましく、小さな段差があった場合でも段切れしやすいが、本実施形態においては、透明電極層及び集電配線が段切れなく連続に形成され、平坦性が高いことから、半導体層の段切れも防止することが出来る。また、集電配線が基板上に凸型に出っ張ることがないことから、上に形成する半導体電極の剥離も防止することができる。

本実施形態の光増感型太陽電池を、図１の断面図を用いて説明する。

図１に示すように、透明基板８上には、断面がＶ字形状の溝が設けられ、この溝の傾斜壁面に集電配線７が設けられる。透明基板８上の溝以外の部分に透明電極層６が設けられている。集電配線７及び透明電極層６の上には半導体層５が設けられ、半導体層５上には半導体電極４が設けられている。この半導体電極４は、半導体微粒子の集合体から形成されるため、表面積が極めて大きい。また、半導体電極４の半導体微粒子の表面には色素が単分子吸着している。他方の対向基板１には、この対向基板１における半導体電極４側の面に形成された導電層２が設けられる。電解質組成物３は、透明な半導体電極４の半導体微粒子の細孔に保持されるとともに、半導体電極４と導電層２との間に介在される。このような光増感型太陽電池では、透明基板８側から入射した光を半導体電極４の表面に吸着されている色素が吸収する。光を吸収した色素は、半導体電極４へ電子を渡すと共に、前記色素が電解質層３にホールを渡すことによって光電変換を行う。

図１では、集電配線７を形成する溝の断面をＶ字形状としていることにより、集電配線７の段切れによる集電配線７と透明電極層６との接続不良を防ぐことが出来る。また、これらの上に設けられる半導体層５が段切れして、電解質組成物が集電配線７に浸入するのも防ぐことができる。溝の形状を、傾斜壁面を有するものとせずに、基板面に垂直な面を持つものとすると、集電配線７と透明電極層６との接続不良や、半導体層５の段切れが生じ易くなってしまう。また、加工溝断面がV字形状である事により、その上部に積層される集電配線７及び半導体層５が溝内部に入り易く、半導体層５と透明基板８の接触面が増加し、半導体層５の剥離抑制効果が得られる。また、V字形状の底面を平らにして、断面を台形状にしても良い。

また、図２に示すように、集電配線７を形成する溝の断面を階段状としても良い。階段状とすることにより、Ｖ字型と同様の効果を得られるだけでなく、透明基板８と集電配線７とが剥離しにくくなり、好ましい。なお、本実施形態では、溝の形状を、傾斜壁面を有するものとしており、階段状はミクロに見れば傾斜面でなく基板面に垂直な面と平行な面を有することになる。しかしながら、階段の1段の高さを1μm未満とすることにより、垂直な面を有することによる段切れなどを防止することができることから、階段状のものも傾斜壁面であるとする。

また、図３に示すように、集電配線７を形成する溝の断面をＵ字形状としても同様の効果を得ることができる。さらに、U字形状とすることにより、溝の底部に先鋭な非連続部分が無くなることで、溝内部に成膜した集電配線７の埋まりが良好となる。さらに同じ幅の加工溝を作製した場合、その幅に比べて溝の深さを比較的浅く抑えることになり、溝加工による透明基板８全体の強度低下が抑制できる。

さらに、これらのどの形状の場合にも、溝の最大厚みを透明基板８の厚みの約30%以下とすることにより、基板の強度を保つことができ、好ましい。また、溝と透明基板８面とのなす角を１３５度以上（１８０度で全く深さがない状態とする）とすることが好ましい。さらに、溝の幅を５０〜２００μｍ程度とし、溝と溝の間隔を３〜１０ｍｍ程度としてストライプ状とすることが好ましい。また、透明基板８としてポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等のプラスティック基板を用いることにより、曲面形状が作製可能、安価、外形のデザインの自由度が高い、割れにくく液漏れがしにくい、大面積化が容易、大きくなっても軽い、ロール・トゥ・ロールのプロセスが可能で量産向き、等の効果を得ることができる。

透明基板８上に断面が傾斜面からなる溝を設け、この溝に集電配線７を、溝以外の部分に透明電極層６を形成する方法としては、例えば次のような方法がある。

まず、透明基板８上に、全面に透明電極層６をスパッタなどにより形成し、その上にレジストをスピンコートなどにより形成する。その後、作りたい溝の形状に合った先端形状を有するダイヤモンドブレードなどを用いて溝を形成する。スパッタ装置などを用いて金属材料からなる集電配線７を形成し、レジストを剥離して溝以外の部分の金属材料を除去する。あるいは、透明基板８上に溝加工を施した後、透明基板８全面に金属材料を蒸着もしくはメッキにて成膜し、溝加工部分以外をエッチングで除去しても同等の構造が得られる。

次に、本実施形態の光増感型太陽電池に用いられる各構成について詳しく説明する。

透明基板８は４００〜８００ｎｍの波長で吸収が少ない基板を用いることが望ましい。この透明基板８に用いられる基板は無機物、有機物どちらも用いることができる。例えば
無機物としてはガラス、有機物としてはＰＥＴフィルム、アクリル基板などのプラスティック基板がある。プラスティック基板は、研磨などの平坦化が難しいことから、本実施形態がより有効であるといえる。

透明基板８上の、溝が設けられた領域には集電配線７がある。集電配線層７の材料は特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミなどが用いられる。

透明基板８上の、溝以外の領域には透明電極層６が設けられ、ITO、SnO2、フッ素ドープSnO2などを用いることができる。

半導体層５は、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、あるいはタングステンなどの遷移金属の酸化物、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＳｒＮｂ₂Ｏ₆のようなペロプスカイトあるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、およびＧａＮなどを用いることができる。半導体層５は膜厚を０.７〜２０ｎｍ程度とすることがのぞましい。半導体層５は透明電極層６から電解質層３への逆電流を防止すると同時に電解質層３中の電解質が透明電極層６を通過し集電配線７と接触することを防ぐ。半導体層５は、膜厚が０．７ｎｍ未満であると電解液のバリア性が低下し、２０ｎｍ以上であると抵抗が上昇して太陽電池としてのエネルギー変換効率が低下する問題が生じる。

半導体電極４は、可視光領域の吸収が少ない透明な半導体から構成することが好ましい。半導体電極４は、５〜２０ｎｍ程度の大きさの微粒子が多数集まって出来た、微粒子の集合体若しくは多孔体となっている。かかる半導体としては、金属酸化物半導体が好ましい。具体的には、チタン、スズ、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、亜鉛、インジウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンあるいはタングステンなどの遷移金属の酸化物、ＳｒＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＭｇＴｉＯ₃、ＳｒＮｂ₂Ｏ₆のようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物または酸化物混合物、およびＧａＮなどを用いることができる半導体電極４は、半導体層５と同様の材料を用いることが好ましい。

半導体電極４の表面に吸着される色素としては、例えば、ルテニウム−トリス型の遷移金属錯体、ルテニウム−ビス型の遷移金属錯体、オスミウム−トリス型の遷移金属錯体、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、ルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、フタロシアニン、およびポルフィリン等を挙げることができる。

色素は、例えば、半導体電極４を、エタノールなどの媒体に溶解された色素溶液に浸漬することによりエステル結合によってチタニア表面に吸着させる。

対向基板１は、可視光領域の吸収が少ない材料を用いることが好ましい。

対向基板１の表面に設けられる導電層２は、例えば、白金、金、および銀のような金属、酸化スズ膜、フッ素がドープされた酸化スズ膜、酸化亜鉛膜、あるいはカーボンから形成することができる。電解質に対する耐久性を考慮すると、白金が特に好ましい。白金は、電気化学的またはスパッタリングなどにより対向基板１に付着させることができる。

本実施形態においては、全面に導電層２を設けた対向基板１にも、抵抗率を下げるための集電配線を形成しても良い。その場合は、対向基板１に導電層２を設けた上に、集電配線として白金などの電解質に対する耐性の高い材料を用いてストライプ状や格子状などのパターンで形成すればよい。対向基板１には半導体電極などを形成しないことから、集電
配線が凸状になっていても良く、溝を形成しなくてもよい。さらに、光利用効率などの観点から、透明基板８に設けられた集電配線７と対向基板１に設けられた集電配線とは同じパターンであることが好ましい。

電解質層３中に含まれる電解質組成物は、Ｉ^-とＩ₃ ^-とからなる可逆的な酸化還元対を含むことが好ましい。可逆的な酸化還元対は、ヨウ素（Ｉ₂）とヨウ化物との混合物等から供給することができる。

上述したような酸化還元対は、後述する色素の酸化電位よりも０．１〜０．６Ｖ小さい酸化還元電位を示すことが望ましい。色素の酸化電位よりも０．１〜０．６Ｖ小さい酸化還元電位を示す酸化還元対は、例えば、Ｉ^-のような還元種が、酸化された色素から正孔を受け取ることができる。こうした酸化還元対が電解質層３中に含有されることによって、半導体電極４と導電層２との間の電荷輸送の速度を速くすることができるとともに、開放端電圧を高くすることができる。

ヨウ化物の溶融塩としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、第４級アンモニウム塩、ピロリジニウム塩、ピラゾリジウム塩、イソチアゾリジニウム塩、およびイソオキサゾリジニウム塩等の複素環含窒素化合物のヨウ化物を使用することができる。

ヨウ化物の溶融塩としては、例えば、１，３−ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−ペンチルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−イソペンチルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−ヘキシルイミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−イソヘキシル（分岐）イミダゾリウムアイオダイド、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムアイオダイド、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾールアイオダイド、１−エチル−３−イソプロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−プロピル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、およびピロリジニウムアイオダイド等を挙げることができる。こうしたヨウ化物の溶融塩は、単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。また、その含有量は、電解質層９中0.005mol／l以上7mol/l以下程度であることが好ましい。0.005mol/l未満の場合には、効果を十分に得ることが困難となる。一方、7mol/lを越えると、粘度が高くイオン伝導性が著しく低下するおそれがある。

また、電解質組成物はヨウ素を含有し、その含有量は０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下とすることが好ましい。ヨウ素は、電解質層３中で、ヨウ化物と混合して可逆的な酸化還元対として作用する。したがって、ヨウ素の含有量が０．０１ｍｏｌ／Ｌ未満の場合には、酸化還元対の酸化体が不足し電荷を輸送することが困難になる。一方、３ｍｏｌ／Ｌを越えると、溶液の光吸収が増大し、半導体電極４に効率よく光を与えることができないおそれがある。なお、ヨウ素の含有量は、０．０３ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましい。

電解質組成物は、液体状およびゲル状のいずれであってもよく、有機溶媒を含有することもできる。有機溶媒を含有することによって、電解質組成物の粘度をよりいっそう低下させることができるため、半導体電極４へ浸透されやすくなる。

使用し得る有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などの環状カーボネート；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、およびジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート；γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、およびプロピオン酸エチルなどが挙げられる。さらに、テトラヒドロフラン、および２一メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル；
ジメトキシエタン、およびジエトキシエタンなどの鎖状エーテル；アセトニトリル、プロピオニトリル、グルタロニトリル、およびメトキシプロピオニトリルなどのニトリル系溶剤などが挙げられる。こうした有機溶媒は、単独であるいは２種以上の混合物として用いることができる。

有機溶媒の含有量は、特に限定されないが電解質組成物中３０重量％以下にすることが好ましい。有機溶媒の含有量が30重量％を越えると、揮発による性能劣化のおそれがある。有機溶媒の含有量は、０重量％以上30重量％以下にすることがより好ましい。

以下、図面を参照して、具体例をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
図１に示すように、ポリエチレンテレフタレート《ＰＥＴ》樹脂からなる縦横20ｃｍ×15ｃｍ、厚み100μｍの透明基板８上に、酸化スズ、酸化インジウム合金からなる透明導電性酸化膜（ＩＴＯ）を透明電極層６として50nmの厚さとなるようスパッタにより成膜し、その上にポリビニルベンゼンを溶媒のキシレンに20％となるよう溶解したレジストをスピンコートで形成し、100℃で乾燥した。

透明電極層６とレジストとを形成した面を上面としてダイシングソーに設置し、厚さ50μｍ、先端形状がＶ字状をなすダイヤモンドブレードを用いて透明基板８上面に溝加工を施した。加工溝は最大深さ50μｍであり、10ｍｍピッチで透明基板６の横手方向に溝加工を施し、透明基板６上面と溝側面の角度が略４５度となる断面形状を有するように加工した。

その後、スパッタ装置にてCr；0.1μm、Au；2μmを連続して成膜し、アセトンでレジストを除去して集電配線７を形成した。透明基板８上面に、再び透明導電膜（図示せず）としてITOを50nmの厚さで成膜し、電解質による腐食のバリア層となる半導体層５としてTiO2を10nmの厚さで成膜した。

平均一次粒径が30μmの高純度酸化チタン粉末と硝酸、純水、界面活性剤とを混練してチタニアペーストを作製した。半導体層５を形成した透明基板８上面にチタニアペーストをスクリーン印刷法で印刷し、120℃で焼成し、厚さ2μmの酸化チタンからなるｎ型半導体電極を形成した。この印刷と焼成工程を繰り返し、厚さ10μm、ラフネスファクター2000の半導体電極４を形成した。

ｎ型半導体電極４表面に色素であるルテニウム錯体を担持させるため、シス−ビス（シオシアナト）−Ｎ，Ｎ−ビス（２，２’−ジピリジル−４，４’−ジカルボン酸）−ルテニウム（II）二水和物）を乾燥エタノールに溶解し、３×１０-4Ｍの乾燥エタノール溶液を調製し、ｎ型半導体電極を、この溶液（温度約９０℃）に３時間浸漬した後、アルゴン気流中で引き上げた。

次に、別の透明樹脂基板上に、白金を20nm、ITO導電膜を50nmを導電層２としてスパッタにより形成して、対極基板１とした。

ｎ型半導体電極４が作製された透明基板８上に、直径３０μｍの樹脂製球状ビーズ（スペーサ）を介してこの対向基板１を設置し、電解液注入口を残して常温において周囲をエポキシ系樹脂９で固めて固定した。以上の操作によって色素増感電池ユニットが得られた。

電解質組成物は、次のようにして調製した。まず、１−メチル−３−プロピルイミダゾ
リウムアイオダイドに、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム０．５Ｍ、ヨウ化カリウム０．０２Ｍおよびヨウ素０．２Ｍを溶解させて、電解質溶液（Ａ）を調製した。この電解質溶液（Ａ）１０ｇに、Ｎを含有する化合物としてのポリ（４−ビニルピリジン）０．３ｇ、および水を１．１ｇ溶解させた。得られた溶液に、有機臭化物としての１，６−ジブロモヘキサン０．３ｇを溶解させることによって、ゲル電解質前駆体である電解質組成物を得た。次いで光電変換ユニットの開口部に電解質組成物を注入した。電解質組成物３はｎ型半導体電極４に浸透するとともに、ｎ型半導体電極４と導電層２との間にも注入された。引き続き光電変換ユニットの開口部をエポキシ樹脂１０で封口した後、６０℃で３０分間、ホットプレート上で加熱することにより、光電変換素子、すなわち光増感型太陽電池を製造した。

この色素増感型太陽電池を用い、100mW/cm²の擬似太陽光を用い太陽電池のエネルギー変換効率を測定したところ、有効面積全体の平均で３．５％の変換効率が得られた。また、プロセス中、発電試験後にも集電配線７の断線は発生せず、加工溝部分を顕微鏡観察したところ、色素を担持させた半導体電極４の剥離は溝内壁面積全体の１％未満と極僅かしか観察されなかった。

さらに集電配線７の電解質層３による腐食も生じなかった。これらのことから溝加工形状が基板上面と略４５度の角度を設けたことによる導通不良の回避が有効であることが確認できた。また、半導体層５として設けたTiO2バリア層も溝加工部分での連続性が十分であることが確認できた。
（実施例２）
溝加工用のダイヤモンドブレードの先端形状を、厚さ50μｍ、先端形状が図２に示すような階段状をなすダイヤモンドブレードを用いて透明基板８に溝加工を施す他は、実施例１と同様の材料、方法を用いて光増感型太陽電池を作製した。透明基板８上面と溝の階段状の断面との角度が略４５度となるように加工した。

同様にエネルギー変換効率を測定したところ３．３％であった。また、加工溝部分を顕微鏡観察したところ、色素を担持させた半導体電極４の剥離は溝内壁面積全体の０．５％未満と極僅かしか観察されず、溝加工形状を階段状にしたことで透明基板８と集電配線７との剥離強度が向上していることが確認できた。
（実施例３）
溝加工用のダイヤモンドブレードの先端形状を、厚さ100μｍ、先端形状が図３に示すようなＵ字形状をなすダイヤモンドブレードを用いて透明基板８に溝加工を施す他は、実施例１と同様の材料、方法を用いて光増感型太陽電池を作製した。加工溝は最大深さ15μｍとして、透明基板８上面と溝の端面の接線が形成する角度が略150〜160度となる断面形状を有するように加工した。

同様にエネルギー変換効率を測定したところ３．６％であった。また、加工溝部分を顕微鏡観察したところ、色素を担持させた半導体電極４の剥離は溝内壁面積全体の1％未満と極僅かしか観察されなかった。また、透明基板８全体のたわみが少なく、加工溝の深さを浅くしたことによる太陽電池全体の強度が増加していた。
（比較例１）
透明基板に溝加工を行わず、集電配線を設けないこと以外は実施例１と同様の材料、方法を用いて光増感型太陽電池を作製した。同様にエネルギー変換効率を測定したところ０．３％であった。集電配線が無いことにより大面積での発電効率が大幅に低下していることが確認できた。
（比較例２）
溝加工用のダイヤモンドブレードの先端形状を、厚さ50μｍ、先端形状が矩形状をなすダイヤモンドブレードを用いて透明基板上面に溝加工を施した。加工溝は最大深さ15μｍ
として、透明基板上面と溝の端面の角度が90度となる断面形状を有するように加工した。

同様にエネルギー変換効率を測定したところ１．２％であった。また、加工溝部分を顕微鏡観察したところ、色素を担持させた半導体電極の剥離は溝内壁面積全体の３％観察された。また、透明電極層と集電配線との間で導通不良部分が頻発し、溝加工の側面が９０度と切り立っている為、側面へ集電配線が付着していない不良が確認された。

以上示したように、各実施例の光増感型太陽電池は、エネルギー変換効率が高く、かつ集電配線や透明基板上に成膜した半導体層、半導体電極の信頼性も高い。なお、各実施例等においては、ｎ型半導体電極側から太陽光を入射させる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。対向電極側から太陽光を入射させる構成の太陽電池の場合でも、同様に本発明の構成を適用して、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施形態に係る光増感型太陽電池を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に係る光増感型太陽電池を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施形態に係る光増感型太陽電池を示す断面図である。

符号の説明

１…対向基板
２…導電層
３…電解質層
４…半導体電極
５…半導体層
６…透明電極層
７…集電配線
８…透明基板
９，１０…エポキシ樹脂

Claims (5)

1. 傾斜壁面を有する溝を有する透明基板と、
   前記溝の前記傾斜壁面に設けられた金属からなる集電配線と、
   前記透明基板上の前記溝以外の領域に設けられた透明電極層と、
   前記透明電極層及び前記集電配線の上に設けられた半導体層と、
   前記半導体層上に設けられ、表面に色素が担持された半導体電極と、
   前記半導体電極に離間対向して配置され、表面に導電層を有する対向基板と、
   前記半導体電極と前記導電層との間に設けられ、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質とを有する電解質層と
   を具備することを特徴とする光増感型太陽電池。
2. 前記溝の断面が、Ｖ字形状、Ｕ字形状、若しくは階段状であることを特徴とする請求項１記載の光増感型太陽電池。
3. 透明基板上に透明電極層を形成する工程と、
   前記透明電極層を形成した前記透明基板に、傾斜壁面を有する溝を形成する工程と、
   前記溝の前記傾斜壁面に金属からなる集電配線を形成する工程と、
   前記集電配線を形成した前記溝及び前記透明電極層の上に半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層上に半導体電極を形成し、前記半導体電極に色素を担持させる工程と、
   対向基板の表面に導電層を形成する工程と、
   前記半導体電極を形成した前記透明基板と前記導電層を形成した前記対向基板とを対向させて配置し、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質を注入してから封止して電解質層を形成する工程と
   を具備することを特徴とする光増感型太陽電池の製造方法。
4. 前記溝の断面が、Ｖ字形状、Ｕ字形状、若しくは階段状であることを特徴とする請求項３記載の光増感型太陽電池の製造方法。
5. 表面に複数の透明電極層を有し、前記透明電極層の間に傾斜壁面を有する溝が形成された透明基板と、
   前記溝の前記傾斜壁面に設けられた金属からなる集電配線と、
   前記透明電極層及び前記集電配線を覆う半導体層と、
   前記半導体層上に設けられ、表面に色素が担持された半導体微粒子群と、
   前記半導体微粒子群に離間対向して配置され、表面に導電層を有する対向基板と、
   前記半導体微粒子群と前記導電層との間に設けられ、ヨウ素分子及びヨウ化物を含む電解質とを有する電解質層と
   を具備することを特徴とする光増感型太陽電池。

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