CN102254682A - 光电转换器件和光电转换器件模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电转换器件和光电转换器件模块，要提供一种光电转换器件，包括：第一衬底；收集器层，其被构造成设在所述第一衬底上方；第二衬底，其被构造成与所述第一衬底的平表面相对，并由金属形成，所述金属在一侧具有凹槽部分；连接端子，其被构造成连接到所述收集器层。所述连接端子被布置成与所述凹槽部分相对。

Description

光电转换器件和光电转换器件模块

技术领域

本发明涉及光电转换器件和光电转换器件模块，该模块是通过将这些光电转换器件布置在平面中并将它们彼此连接而获得的。

背景技术

近年来，对于环境保护的意识正在增加，光伏发电的重要性进一步提高。在染料敏化(dye-sensitized)太阳电池(DSSC)中，透明的导电层和氧化物半导体层被形成于透明衬底上方，通过使该氧化物半导体层承载敏化染料而获得的、承载有燃料的氧化物半导体层(光电转换层)被用作工作电极(光电极，窗口电极)。另外，氧化还原(redox)电解层被布置在该工作电极与相对的电极之间。在这种燃料敏化太阳电池中，染料中由阳光激发的电子被注入到氧化物半导体层中流向该透明导电膜，电流经过外部电路(包含负载)而流向该相对的电极，从而获得电池操作。

这种染料敏化太阳电池在下述方面优于硅基太阳电池：对于制造所需的原始材料的资源方面限制较小，并且不需要真空设备，而能够通过印刷系统或流水线生产系统来制造，因此制造成本和设施成本较低。

在这样的染料敏化太阳电池中，希望有更大的光接收面积以及更高的光电子量子转换效率。但是，由于透明导电层(例如ITO或FTO)的电阻较高，所以难以避免与面积增加相伴的转换效率降低。作为相对应的措施，例如采用了这样的方法：在透明导电层的表面上设置收集器互连件，从而降低电阻。

作为这样的染料敏化太阳电池，已经提出了具有各种结构的太阳电池。例如已有关于具有下述结构的染料敏化太阳电池的若干报道：在该结构中，工作电极(光电极，窗口电极)和设有保护层的收集器互连件层(收集器电极)被形成在透明衬底上，该工作电极是由承载有染料的氧化物半导体层(光电转换层)形成的，所述氧化物半导体层是通过使氧化物半导体(例如二氧化钛)承载敏化染料而获得的，所述透明衬底上形成有诸如ITO或FTO的透明导电层，氧化还原电解层布置在该工作电极与和工作电极相对的相对电极之间(例如参考日本专利申请公开No.2005-142089(0056和0057段，图1)、日本专利申请公开No.2006-92854(0022至0025段，图1)、日本专利申请公开No.2007-280906(0033至0037段，图1)、日本专利申请公开No.2009-277624(0015至0017段，0042段，图1，图3)(下文中分别称为专利文献1、专利文献2、专利文献3和专利文献4))。

此外，对于具有下述结构的染料敏化太阳电池也有若干报道：在该结构中，工作电极与相对电极之间的距离被缩短(例如参见日本专利申请公开No.2005-346971(0006至0019段，图1)和日本专利申请公开No.2009-9866(0015至0020段，图1)(下文中分别称为专利文献5和专利文献6))。

对于太阳电池模块中的太阳电池单元之间的连接结构有若干报道，该模块是通过将多个太阳电池单元布置在平面中并将它们彼此电连接而形成的(例如参考日本专利申请公开No.2006-244954(0010至0032段，图1至图6)和日本专利申请公开No.2008-226554(0033至0060段，图1至图5)(下文中分别称为专利文献7和专利文献8))。

在许多情形中，染料敏化太阳电池中作为光电转换器件的、承载有染料的氧化物半导体层(光电转换层)被设置作为工作电极，以覆盖透明衬底(例如玻璃衬底)上形成的透明导电层。但是，由于需要透明导电层具有透明度，所以其电阻降低受到了一些限制。因此，随着染料敏化太阳电池的面积越来越大，由光电转换层的光电转换所产生的电子进行有效收集也变得越来越难。作为相对应的措施，例如，在透明导电层上以网格方式形成低电阻的收集器互连件层(收集器电极)，以使电流可以被收集到这个收集器电极中。

为了减少由透明导电层造成的电阻性损耗并降低电阻，收集器电极的宽度或厚度需要增大。但是，如果例如增大宽度，则光电转换层的面积减小，并且每单位面积的转换效率降低。如果增大收集器电极的厚度，则工作电极与和工作电极相对的相对电极之间的距离(即电解层的厚度)增大，因而离子的迁移速度降低。结果，由于电解层的电阻性损耗而造成了转换效率的降低。

尽管通过设置收集器电极可以减小透明导电层造成的电阻性损耗，但是优选的是在使电阻性损耗尽可能小的优化条件下布置收集器互连件。另外，为了减小由电解层造成的电阻性损耗，工作电极与相对电极之间的距离需要被设定得尽可能小，需要设想合适的结构。

专利文献5和专利文献6中已经报道了具有下述结构的染料敏化太阳电池：在该结构中，工作电极与相对电极之间的距离被缩短；但是该结构较复杂。

在通过将多个染料敏化太阳电池(太阳电池单元)布置在平面中并将这些太阳电池单元彼此电连接来形成太阳电池模块的情形中，需要通过下述方式来获得具有更强的光收集效率的太阳电池模块：将较小的面积设定成端子区域(用于将这些太阳电池单元彼此电连接)的面积，并将较大的面积设定成每个太阳电池单元的光接收区域，从而使太阳电池单元总体的光接收面积相对于太阳电池模块的总体布局面积而言尽可能大。此外，还需要将这些太阳电池单元容易地彼此电连接的连接结构。但是在专利文献7和专利文献8中描述的太阳电池模块中，没有充分考虑这些需要。

发明内容

本发明希望提供光电转换器件和光电转换器件模块，该器件具有简单的结构并且能够增强转换效率并容易地相互连接，该模块是通过将这些光电转换器件布置在平面中并将它们彼此连接而获得的，并具有更强的光收集效率。

根据本发明的第一实施例，提供了一种光电转换器件，包括：第一衬底(例如下文要说明的本发明实施例中的透明衬底1)；收集器层(例如下文要说明的实施例中的收集器网格3)，其被构造成设在所述第一衬底上方；第二衬底(例如下文要说明的实施例中的相对衬底9)，其被构造成与所述第一衬底的平表面相对，并由金属形成，所述金属在一侧具有凹槽部分；连接端子，其被构造成连接到所述收集器层。所述连接端子被布置成与所述凹槽部分相对。

根据本发明的第二实施例，提供了一种光电转换器件模块，该模块包括被构造成布置在平面中的多个上述光电转换器件。彼此相邻的两个光电转换器件中一者的连接端子以及另一者的第二衬底彼此电连接。

根据本发明的第一实施例，光电转换器件具有：第一衬底；收集器层，其被构造成设在第一衬底上方；第二衬底，其被构造成与第一衬底的平表面相对，并由金属形成，该金属在一侧具有凹槽部分；连接端子，其被构造成连接到收集器层，并且连接端子被布置成与凹槽部分相对。因此，该光电转换器件具有简单的结构，并能够增大收集器层的厚度和增强电流收集效率。此外，还可以提供这样的光电转换器件：多个光电转换器件可以彼此非常接近地布置在平面中并容易地相互连接。

根据本发明的第二实施例，多个上述光电转换器件被布置在平面中，彼此相邻的两个光电转换器件中一者的连接端子以及另一者的第二衬底彼此电连接。因此，多个具有简单结构并能够增强转换效率的光电转换器件能够彼此非常接近地布置在平面中并容易地相互连接，可以提供这样的光电转换器件模块：该模块的光接收面积相对于安置多个光电转换器件的总面积的比率被增大，并能够增强光收集效率。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施例中染料敏化太阳电池(相对单元)的构造的俯视图；

图2A至图2D是用于说明本发明的实施例中染料敏化太阳电池(相对单元)的构造的剖视图；

图3A和图3B是通过本发明实施例中将构成染料敏化太阳电池(相对单元)的各个层的图案投影到衬底上而得的示意图；

图4是用于说明本发明的实施例中的染料敏化太阳电池(相对单元)的布置的俯视图；

图5A至图5D是用于说明本发明的实施例中多个染料敏化太阳电池(相对单元)的安装和连接的示意图；

图6A至图6C是用于说明本发明的实施例中染料敏化的太阳电池(相对单元)的构造的剖视图；

图7A和图7B是用于说明本发明的实施例中的染料敏化太阳电池(相对单元)中电子流动方向的剖视图；

图8是用于说明本发明的工作示例中多孔光电转换层(TiO2电极)的图案的示意图；

图9是用于说明本发明的工作示例中催化剂层(碳电极)的图案的示意图；

图10是用于说明本发明的工作示例中收集器网格(Ag电极)的图案的示意图；

图11是用于说明本发明的工作示例中的保护层(Ag电极保护层)的图案的示意图；

图12是用于说明本发明的工作示例中密封剂层的图案的示意图；

图13A和图13B是用于说明本发明的工作示例中相对衬底的形状的示意图；

图14A至图14C是用于说明本发明的工作示例中的相对单元与其单位结构之间的关系的示意图以及优化电极宽度的推导；

图15A和图15B是用于说明本发明的工作示例中优化电极宽度的示意图。

具体实施方式

根据本发明第一实施例的光电转换器件优选地具有如下构造。具体而言，该光电转换器件还包括：透明导电层，其被配置为形成在第一衬底上；氧化物半导体层，其被配置为在多个列上以条的方式形成在透明导电层的表面上并承载有染料；保护层，其被配置为覆盖收集器层的表面；催化剂层，其被配置为形成在第二衬底上方；电解层，其被配置为形成在第一衬底与第二衬底之间。第二衬底具有连续的平坦表面，该表面与第一衬底的平表面相对。收集器层在多个列上以线性方式形成在该透明导电层的表面上，夹住氧化物半导体层。催化剂层以连续或不连续的方式形成在该平坦表面上方。氧化物半导体层和催化剂层被布置成彼此相对。保护层的尖端被布置在催化剂层的表面与该平坦表面之间的位置。

即，对于该光电转换器件，优选的是具有以下构造。具体而言，该光电转换器件具有：第一衬底，其上形成有透明导电层；氧化物半导体层，其在多个列上以条的方式形成在透明导电层的表面上并承载有染料；收集器层，其在多个列上以线性方式形成在该透明导电层的表面上，夹住该氧化物半导体层；保护层，其覆盖这个收集器层的表面。该光电转换器件还包括：连接端子，其连接到收集器层；第二衬底，其具有与第一衬底的平表面相对的连续平坦表面并在一侧具有凹槽部分；催化剂层，其以连续或不连续的方式形成在该平坦表面上方；电解层，其形成在第一衬底与第二衬底之间。氧化物半导体层和电解层布置成彼此相对。保护层的尖端被布置在催化剂层的表面与该平坦表面之间的位置。连接端子被布置成与该凹槽部分相对。

根据这样的构造，光电转换器件具有简单的结构，并能使收集器层的厚度增大、电流收集效率增强。此外，氧化物半导体层与催化剂层之间的距离可以被设定得较短。这样，即使在给电解层使用具有较高电阻的电解液的情况下也能增强转换效率。此外，还能够通过下述方式来提供具有更强转换效率的这种光电转换器件：在使透明导电层造成的电阻性损耗尽可能小的优化条件下布置收集器互连件。

此外，优选的是采用这样的构造：满足H＞(H_t+H_c)并且H＞H_p＞(H_t+g)，其中，H是透明导电层的表面与该平坦表面之间的距离，H_t是氧化物半导体层的厚度，H_c是催化剂层的厚度，H_p是透明导电层的表面与保护层的尖端之间的距离，g是氧化物半导体层和催化剂层的相对表面之间的间距。这种构造能够提供这样的光电转换器件：在该器件中，氧化物半导体层和催化剂层可以被布置得彼此接近，从而能够抑制由于电解层的电阻性损耗造成的转换效率降低，并能够抑制由于氧化物半导体层与催化剂层的接触所造成的转换效率降低。氧化物半导体层的厚度H_t是通过将透明导电层和氧化物半导体层的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。催化剂层的厚度H_c是将第二衬底和催化剂层的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。氧化物半导体层与催化剂层之间的间距g是通过将氧化物半导体层和催化剂层的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。

另外，优选的是采用这样的构造：催化剂层以连续的方式形成，催化剂层中形成有容纳保护层尖端的凹部，保护层的尖端被布置在该凹部内。在这样的构造中，催化剂层在其整个表面上与电解层接触。这样能够提供下述光电转换器件：在该器件中，经过氧化的氧化还原离子的还原反应得到促进，能够增强转换效率。

此外，优选的是采用这样的构造：该构造满足W_c≥W_p，其中W_p是保护层的外部宽度，而W_c是凹部的内部的宽度。这样的构造能够提供下述光电转换器件：在该器件中，由于保护层与催化剂层的接触造成的保护层破坏能够受到抑制，收集器层能够可靠地由保护层保护，转换效率的降低能够受到抑制。

此外，优选的是采用这样的构造：催化剂层以不连续的方式在多个列上以条的方式形成，保护层的尖端位于彼此相邻并且是条的方式的催化剂层之间。这样的构造能够提供下述光电转换器件：在该器件中，氧化物半导体层和催化剂层能够被布置得彼此接近，由于电解层造成的电阻性损耗而发生的转换效率降低能够受到抑制。

另外，优选的是采用这样的构造：该构造满足Wc≥W_p，其中W_p是保护层的外部宽度，而W_c是彼此相邻的催化剂层之间的距离。这样的构造能够提供下述光电转换器件：在该器件中，由于保护层与催化剂层的接触造成的保护层破坏能够受到抑制，收集器层能够可靠地由保护层保护，转换效率的降低能够受到抑制。

此外，优选的是采用这样的构造：氧化物半导体层的宽度被确定为使下述值尽可能大：该值是通过从氧化物半导体层的总体所产生的功率减去氧化物半导体层的总体中发生的电阻性损耗引起的功率损耗而获得的。在这样的构造中，氧化物半导体层的宽度被确定为使氧化物半导体层的总体中发生的电阻性损耗所贡献的功率损耗尽可能小。这能够提供下述光电转换器件：在该器件中，由于氧化物半导体层的电阻性损耗而发生的转换效率降低能够得到抑制。

根据本发明该实施例的光电转换器件具有：透明衬底，其上形成有透明导电膜；多孔的光电转换层，其在多个列上以条的方式形成在透明导电膜的表面上并承载有染料。该光电转换器件还具有：收集器网格，该网格在多个列上以线性方式形成于透明导电膜的表面上，夹住这个多孔的光电转换层，并由保护层覆盖；相对衬底，其布置成与该透明衬底相对，并由金属形成，其一侧形成有凹槽部分。另外，该光电转换器件还在这个相对衬底的表面上方具有：催化剂层，其以连续的方式形成并具有容纳保护层尖端的凹部；或者具有：催化剂层，其以不连续的方式在多个列上以条的方式形成。此外，该光电转换器件还具有电解层，该层形成于透明衬底与相对衬底之间。也可以采用下述构造。具体而言，不在该相对衬底中形成凹槽部分，而是在该相对衬底的侧面附近通过开通通孔而形成孔径部分。此外，与收集器网格相连的连接端子被布置成与该孔径部分相对。

多孔的光电转换层和催化剂层被布置成彼此相对，保护层的尖端被布置在凹部之内或者布置成与相邻催化剂层之间的相对衬底相对。通过这样的简单结构，多孔的光电转换层与催化剂层之间的距离可以被设定得较短，由电解层造成的电阻性损耗可以被降低以增强转换效率。此外，与收集器网格相连的连接端子以及凹槽部分被布置成彼此相对。通过这样的简单结构，光电转换层与催化剂层之间的距离可以被设定得较短，由电解层造成的电阻性损耗可以被降低以增强转换效率。另外，光电转换器件具有适于被集成到模块中的形状。

下面将以染料敏化太阳电池作为光电转换器件的示例，参考附图对本发明的实施例进行详细说明。但是，本发明不限于这种实施例，只要其构造满足上述操作和效果即可。应当注意，下文所示的附图被绘制成能够对这些构造进行清楚、容易的理解，因此附图的比例并非严格精确的。

[实施例]

<相对单元>

图1是用于说明本发明的实施例中染料敏化太阳电池(相对单元)的构造的俯视图。

图2A至图2D是用于说明本发明的实施例中染料敏化太阳电池(相对单元)的构造的剖视图。

图2A是沿图1所示X-X线所取的剖视图(X-X剖视图)。图2B是沿图1所示Y-Y线所取的剖视图(Y-Y剖视图)。图2C是沿图1所示W-W线所取的剖视图(W-W剖视图)。图2D是沿图1所示V-V线所取的剖视图(V-V剖视图)。

如图1和图2A-2D所示，该相对单元由窗口电极(工作电极)、相反电极和电解层6组成，光入射在窗口电极上，相反电极布置成与窗口电极相对，电解层6布置在窗口电极(工作电极)与相反电极之间。窗口电极(工作电极)由透明衬底1、透明导电膜2、收集器网格3、保护层4和多孔的光电转换层5组成。相反电极由催化剂层7a、由金属形成的相对衬底9、以及密封剂层10组成。

在这种相对单元中，电解层6布置在透明的导电膜2与相对电极8之间，多孔的光电转换层5在导电膜2上以图案方式形成为条形(该透明导电膜2形成在透明衬底1的表面上)，催化剂层7a在相对电极8上以图案方式形成为条形(该相对电极8形成在相对衬底9的表面上)，形成了多个光电转换元件。在相邻的光电转换元件之间形成收集器网格3，该网格由保护层4覆盖并作为用于电流收集的互连件。一个光电转换元件由堆叠在窗口电极(工作电极)与相反电极之间的多孔的光电转换层5、电解层6以及催化剂层7a形成。

在这种相对单元中，由保护层4覆盖的收集器网格3所分开的各个光电转换元件被形成于窗口电极(工作电极)的透明导电膜2与相反电极的相对电极8之间，每个光电转换元件电连接到两个相邻的收集器网格3。

凹槽部分15形成于相对衬底9的一侧，使得连接端子14可以向外部暴露。

图3A和图3B是通过将构成本发明实施例中的染料敏化太阳电池(相对单元)的各个层的图案投影到衬底上而得的示意图。

图3A是通过将多孔的光电转换层(例如TiO₂电极)5、作为用于电流收集的互连件的收集器电极(例如Ag电极)3、保护层(Ag电极保护层)4的图案投影到透明衬底(透明玻璃衬底(例如FTO玻璃衬底，其上形成有FTO))1上而得的示意图。图3B是通过将催化剂层(例如碳电极)7a和密封剂层10的图案投影到相对衬底(例如钛板)9上而得的示意图。

如图1至图3B所示，多孔的光电转换层5以及催化剂层7a各自在多个列和行上以条的方式形成(在图3A和图3B所示的示例中，十六列和三行)。收集器网格3和保护层4各自具有窄的宽度并在多个列和行上以线性方式形成(在图3A和图3B所示的示例中，十五列和两行)。以线性方式形成的收集器网格3被连接到连接端子14，该端子形成于透明衬底1的一侧附近。该连接端子14被形成于下述位置：当透明衬底1由密封剂层10接合到相对衬底9时，该位置对应于相对衬底9中形成的凹槽部分15。连接端子14向外部暴露。

光入射到的窗口电极(工作电极)以及与之相对地布置的相反电极是以下述方式制造的。

光入射到的窗口电极(工作电极)是以下述方式制造的。用透明导电衬底作为窗口电极(工作电极)衬底，该衬底是通过在透明衬底1上形成透明导电膜而获得的。该透明导电膜的、处于该透明导电衬底外周边(接合到密封剂层10)处的部分被去除。

首先，在透明导电膜2上形成多孔的氧化物半导体层。接着，在透明导电膜2的表面上形成收集器网格3。此外，还形成保护层4以使收集器网格3相对于电解层6受到遮蔽和保护。接着，通过使此前形成的多孔氧化物半导体层承载敏化染料，来形成多孔的光电转换层5。

与窗口电极(工作电极)相对的相反电极是以下述方式制造的。在相对衬底9的表面上形成催化剂层7a，该相对衬底由金属形成，也用作相对电极。接着，在相对衬底9的预定位置形成电解液灌注入口。接着，在相对衬底9的该表面上形成密封剂层10。

以下述方式制造的窗口电极(工作电极)和相反电极的电极表面被设定成彼此相对，将密封剂层10夹住，密封剂被固化以使窗口电极(工作电极)和相反电极彼此成为一体。

接着，例如从相对衬底9中此前形成的电解液灌注入口(未示出)注入电解液，并使电解液渗透到该相对单元的内部。随后，灌注入口周围的电解液被除去，电解液灌注入口被密封。

如果图1至图3B所示的相对单元被单独地使用，则以线性方式形成的各个收集器网格3被连接，并在连接端子14以及相对衬底9的背面各自制造与外部负载相连的互连件，所述连接端子形成于透明衬底1的一侧附近并向外部暴露。

<多个相对单元的安装和连接示例>

以下述方式来形成太阳电池模块，该模块中使用了多个如图1至图3B所示的相对单元。

图4是用于说明本发明的实施例中的染料敏化太阳电池(相对单元)的布置的俯视图。

如图4所示，该太阳电池模块具有以把矩阵方式布置的多个相对单元的整体串联连接为基础的结构。该结构是以下述方式制造的。具体而言，通过将多个图1至图3B所示的相对单元在中间具有间隙的情况下沿竖直方向布置成直线方式，并将它们彼此连接，来形成电池单元。多个电池单元沿水平方向布置。另外，在每个电池单元中，沿竖直方向彼此相邻的那些相对单元由镀有焊剂的互连部件(互连件)彼此串联。此外，还使这些电池单元之间电串联。

图5A至图5D是用于说明本发明的实施例中多个染料敏化太阳电池(相对单元)的安装和连接的示意图。

图5A是沿图4所示U-U线(对应于图1所示的W-W线)的剖视图(U-U剖视图)。图5B是图5A的详细局部放大图。图5C是用于说明互连件的形状示例及其连接表面的立体图。图5D是由互连件的连接部分的局部放大剖视图。

如图5A所示，太阳电池模块是通过下述方式制造的：用透明填料22(例如乙烯—乙酸乙烯酯(EVA)共聚物树脂)将图4所示布置成矩阵的多个相对单元密封在透明支撑上板(上盖片)20与支撑下板(下盖片)21之间。相邻的相对单元被布置成中间具有间隙，使得可以防止相邻的相对单元的相对衬底9彼此接触。由互连件23将相邻的相对单元彼此电连接。相邻的相对单元之间的间隙没有特别限制，通常等于或长于0.5mm。该间隙越短，光的利用效率就越高。但是，如果该间隙短于0.5mm，则在对多个相对单元进行密封时，相邻的相对单元可能彼此接触并被破坏。

如图5B至图5D所示，在相邻的相对单元中，一个相对单元的透明衬底1上形成的连接端子14与另一个相对单元的相对衬底9由互连件23彼此电连接。在该互连件23中，在其几乎中心处形成有挠性台阶部分，该部分对应于相对单元的厚度减去透明衬底1的厚度。通过这个挠性台阶部分，一个连接表面A(23a)被连接到一个相对单元的连接端子14，而另一个连接表面B(23b)被连接到另一个相对单元的相对衬底9。

<相对单元的构造>

图6A至图6C是用于说明本发明的实施例中染料敏化的太阳电池(相对单元)的构造的剖视图。

图6A是用于说明在相对电极8上布置了具有矩形形状的催化剂层7a的构造的示意图。图6B是图6A的局部放大图。图6C是用于说明一种对比示例中的相对电极8与催化剂层7b之间的位置关系的示意图。

如图6A和图6B所示，在该相对单元中，电解层16被布置在透明导电膜2与相对电极8之间，形成了多个光电转换元件，多孔的光电转换层5在透明导电膜2上以图案方式形成为条状(该透明导电膜2形成于透明衬底1的表面上)，催化剂层7a以图案方式在该相对电极8上形成为条状(该相对电极8形成于相对衬底9的表面上)。在相邻的光电转换元件之间形成收集器网格3，该网格由保护层4覆盖并作为用于电流收集的互连件。一个光电转换元件由堆叠在窗口电极(工作电极)与相反电极之间的多孔光电转换层5、电解层6和催化剂层7a形成。

在该相对单元中，由保护层4覆盖的收集器网格3所分开的各个光电转换元件被形成于窗口电极(工作电极)的透明导电膜2与相反电极的相对电极8之间，每个光电转换元件电连接到两个相邻的收集器网格3。

即，相对单元由多个光电转换元件形成，并由光入射到的窗口电极(工作电极)、与之相对地布置的相反电极、布置在窗口电极(工作电极)与相反电极之间的电解层6组成。窗口电极(工作电极)由透明衬底1、透明导电膜2、收集器网格3、保护层4以及承载有染料并由多孔氧化物半导体层形成的多孔光电转换层5组成。相反电极由催化剂层7a、相对电极8、相对衬底9和密封剂层10组成。

如果相对衬底9由金属(例如钛或SUS)形成，则可以不提供相对电极8。布置在窗口电极(工作电极)与相反电极之间的电解层6由密封剂层10密封。

多孔光电转换层5和催化剂层7a各自在多个列上以条的方式形成。在图6A和图6B所示的示例中，催化剂层7a是以不连续的方式形成的。在相邻的条状催化剂层7a之间的不连续部分处，相对电极8与电解层6接触，保护层4的尖端与相对电极8相对。这样的结构能够增大收集器网格3的厚度并增强电流收集效率。

也可以采用这样的结构：催化剂层7a以连续的方式形成，在催化剂层7a中与下述位置对应地形成凹部(沟槽)：在该位置处，保护层4的尖端与相对电极8相对。在这样的结构中，以连续的方式形成的催化剂层7a在其整个表面积上与电解层6接触。这样，经过氧化的氧化还原离子的还原反应受到促进，转换效率能够被增强。此外，与上述说明类似，还能够增大收集器网格3的厚度并能够增强电流收集效率。

通过以不连续的方式形成催化剂层7a或者通过以连续的方式形成催化剂层7a并提供该凹部(沟槽)还能实现下列优点。具体而言，如果用电解液作为电解层6，则从开口部分(未示出)灌注的电解液迅速扩散到催化剂层7a的不连续部分或该凹部(沟槽)中。这样，电解液被有效地注入到多孔光电转换层5与催化剂层7a之间的窄间隙中。

收集器网格3与保护层4各自具有窄的宽度，并在多个列上以线性方式形成。在具有较大的光接收面积的染料敏化太阳电池中，用于电流收集的互连件(像收集器网格3那样)是不可缺少的。由于形成用于电流收集的互连件而造成的窗口电极(工作电极)与相反电极之间的间隙增大致使转换效率降低。这样，该间隙需要被设定得尽可能短。

透明衬底1可以是任何衬底，只要它在可见光区域是透明的。可以用玻璃衬底、陶瓷衬底、树脂衬底或薄膜作为透明衬底1。例如，钠玻璃、耐热玻璃和石英玻璃可以用作玻璃，氧化铝等可以用作陶瓷。作为树脂，可以使用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)和聚醚砜树脂(PES)。

作为透明导电膜2，例如可以使用下列导电金属氧化物：氧化铟、掺锡氧化铟(ITO)、掺锌氧化铟(IZO)、氧化锡、掺锑氧化锡(ATO)、掺氟氧化锡(FTO)、氧化锌、掺铝氧化锌(AZO)。

收集器网格(用于电流收集的互连层)3由具有比透明导电膜2更小的电阻的材料形成。例如，可以使用Au、Ag、Al、Cu、Ti、Ni、Fe、Zn、Mo、W、Cr或者这些金属的化合物或合金，收集器网格3可以以网格方式、条状方式或梳状方式形成。

保护层4可以是任何层，只要它由对应电解液(例如碘电解液)具有耐腐蚀性的材料形成。保护层4将导电互连层从电解质屏蔽开，并防止导电互连件的反向电子迁移反应和腐蚀。作为保护层4，可以使用下述材料：金属氧化物；金属氮化物(例如TiN和WN)；玻璃(例如低熔点玻璃粉；树脂(例如环氧树脂、硅树脂、聚酰亚胺、丙烯酸、聚异丁烯、离子交联聚合物和聚烯烃)。

作为多孔氧化物半导体层的材料，可以使用一般被用作光电转换材料的材料。例如可以使用下述半导体化合物：氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO₃)、氧化铌(Nb₂O₅)、钛酸锶(SrTiO₃)、氧化锡(SnO₂)、氧化铟(In₃O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化铊(Ta₂O₅)、氧化镧(La₂O₃)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化钬(Ho₂O₃)、氧化铋(Bi₂O)、氧化铈(CeO₂)和氧化铝(Al₂O₃)。

作为要被吸附到多孔氧化物半导体层并用作光敏剂的染料，可以使用在可见光区域和/或红外区域中具有吸收的各种化合物。可以使用有机染料、金属络合物染料等。可用的有机染料的示例包括氮基(azo-based)染料、醌基染料、醌亚胺基(quinoneimine-based)染料、喹吖(二)酮基染料、方酸基染料、菁基染料、部花青基染料、三苯甲烷基染料、(夹)氧杂蒽基染料、卟啉基染料、酞菁基染料、二萘嵌苯基染料、靛青基染料和萘酞菁基染料。可用的金属络合物染料的示例包括钌基金属络合物染料，例如双吡啶钌基金属络合物染料、三吡啶钌基金属络合物染料、四吡啶钌基金属络合物染料。为了将染料紧密地吸附到多孔氧化物半导体层，优选地使用这样的染料：该染料在其染料分子中具有联锁基团，例如羧基基团、烷氧基基团、羟基基团、羟烷基基团、磺酸基基团、酯基团、巯基基团和膦酰基团。它们中，具有羧基基团(COOH基团)的染料是特别优选的。总的来说，联锁基团具有将染料吸附并固定到半导体表面的功能，并提供了电耦合，这种电耦合便于在激发态的染料与多孔氧化物半导体层的导带之间的电子迁移。

作为用于相反电极的相对衬底9，可以使用形成有透明导电膜(例如ITO或FTO)的玻璃板、树脂片、或者膜，或者形成有金属(例如Pt、Ir或Ru)膜的玻璃板、塑料片、或者膜。在此情形下，透明导电膜和金属膜用作相对电极8。如果金属衬底或箔被用作相对衬底9，则可以不提供相对电极8。

催化剂层7a可以是任何层，只要它具有促进电解液中经过氧化的氧化还原离子(例如I₃ ^-离子)的还原反应的催化能力并使该还原反应能够以足够高速进行的能力。例如可以使用Pt、碳(C)、Rh、Ru或Ir形成的层。

作为用于形成电解层6的电解质，可以使用各种包含阳离子(例如锂离子)和阴离子(例如碘离子)的电解溶液。优选地，该电解质中存在氧化还原对，所述对能够以可逆方式采取被氧化形式和被还原形式。这种氧化还原对的示例包括碘—碘化合物、溴—溴化合物以及醌—对苯二酚。除了液体电解质外，也可以使用凝胶体电解质、固体电解质和熔盐凝胶体电解质。

密封剂层10将相反电极接合到窗口电极(工作电极)。此外，它还防止电解层6泄漏和挥发，并防止杂质从外部进入内部。作为密封剂层10，使用了树脂，该树脂对应形成电解层6的电解质具有抗性。例如，可以使用热密封膜、可热固化的树脂以及可紫外固化的树脂。

如图6B所示，H、H_t、H_c、H_p、H_a、g、W_c、W_p和W_a定义如下。H表示透明导电层2和相对电极8的相对表面之间的间距。H_t表示多孔光电转换层5的厚度。H_c表示催化剂层7a的厚度。H_p表示从透明导电层2的表面到保护层4的尖端的距离。H_a表示从透明导电层2的表面到收集器网格3的尖端的距离。g表示多孔光电转换层5和催化剂层7a的相对表面之间的间距。W_c表示以条的方式形成的相邻催化剂层7a之间的间距。W_p表示保护层的外部宽度。W_a表示收集器网格3的外部宽度。

通过使氧化物半导体层承载染料而形成的多孔光电转换层5的厚度H_t是通过将透明导电层2和多孔光电转换层5的各个表面的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。催化剂层7a的厚度H_c是通过将相对电极8和催化剂层7a的各个表面的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。多孔光电转换层5与催化剂层7a之间的间距g是通过将多孔光电转换层5和催化剂层的各个表面的凹凸进行平均而获得的这些平均表面之间的距离。收集器网格3的厚度H_a与保护层4的厚度之和是H_p。

如图6B所示，满足H＞(H_t+H_c)，即g＞0。即，多孔光电转换层5和催化剂层7a被分开布置，从而不彼此接触。此外，还满足H＞H_p＞(H_t+g)。即，在多个列上以条的方式不连续地形成的相邻条状催化剂层7a之间，保护层4的尖端的位置不接触与该尖端相对的相对电极8的表面。另外，还满足W_c＞W_p＞W_a。即，保护层4被形成为不与催化剂层7a接触。

通过采用这样的构造，能够通过增大收集器网格3的厚度来增强电流收集效率，并能够由保护层4可靠地保护收集器网格3。此外，多孔光电转换层5和催化剂层7a可以被布置得彼此接近，由电解层6引起的电阻性损耗而产生的转换效率降低可以得到抑制。此外，由于多孔光电转换层5与催化剂层7a或相对电极8的接触而造成的转换效率降低也可以得到抑制。

在图6C所示的对比示例中，示出了通过将图6A和图6B所示的催化剂层7a一体地形成而获得的催化剂层7b与相对电极8之间的位置关系。如果与图6A和图6B所示的情形类似地将催化剂层7b的厚度和多孔光电转换层5的厚度分别定义为H_c和H_t，从透明导电层2的表面到保护层4的尖端的距离定义为H_p，则多孔光电转换层5与催化剂层7b之间的间距为(H_p-H_t)。显然，该间距比图6A和图6B中的g更长，因而由于电解层6的电阻性损耗而发生的转换效率降低更大。此外，由于满足H_r＞H，该对比示例中的结构具有更大的厚度。

如上所述，显然，图6A和图6B所示的相对单元具有更小的厚度，与图6C所示的对比示例相比，因电解层6的电阻性损耗而发生的转换效率降低得到了抑制。

构成相反电极的各个层的厚度例如如下。

透明衬底1的厚度没有限制，并可以自由地选择以与相对电极的构造相匹配。但是，考虑到机械强度和重量，该厚度一般是0.5mm到10mm，优选为1mm到5mm。

透明导电膜2的厚度没有限制，并可以自由地选择以与相对电极的构造相匹配。但是，考虑到透光度与薄层电阻之间的平衡，该厚度是50nm到2000nm，优选为100nm到1000nm。

收集器网格3的厚度根据相对电极的尺寸以及其中流动的电流大小来设计。尽管较大的厚度能够提供较低的电阻，但是存在合适的厚度值，因为较大的厚度造成了密封层的厚度较大以及催化剂层的厚度较大。具体而言，该厚度一般是0.1μm到100μm，优选为1μm到50μm。

保护层4的厚度没有限制，只要收集器网格能够被完全从电解质屏蔽开。但是，该厚度一般是0.1μm到100μm，优选为1μm到50μm。

多孔光电转换层5的厚度的优化值取决于所用的染料而不同。该厚度一般是1μm到100μm，优选为5μm到50μm。

电解层6的厚度在图6B中由g表示。较小的电解层厚度提供了较低的离子扩散阻力，因而更为优选。但是，太小的厚度造成多孔半导体电极与催化剂层之间短路。因此，该厚度优选为0.1μm到100μm，更优选为1μm到50μm。

从增大表面积这个意义来说，较大的催化剂层7a厚度更为优选。但是，较大的厚度造成密封层厚度较大。这个厚度一般是1μm到200μm，优选为5μm到100μm。

相对电极8的厚度没有限制，并可以自由地选择以与相对单元的构造相匹配。但是，该厚度一般是0.1μm到10μm，优选为1μm到5μm。

密封层10的厚度没有限制，并可以自由地选择以与相对单元的构造相匹配。但是，太大的密封层厚度可能造成不佳的密封性能。该厚度一般是1μm到200μm，优选为10μm到100μm。

<相对单元中的电子流动方向>

图7A和图7B是用于说明本发明的实施例中的染料敏化太阳电池(相对单元)中电子流动方向的剖视图。

图7A是用于说明相对单元中的电子运动方向的示意图，图7B是用于说明作为对比示例的Z模块中电子运动方向的示意图。

如图7B所示，在Z模块中，电解层6布置在透明衬底1与相对衬底9之间，形成了多个光电转换元件，透明导电膜2和多孔光电转换层5在透明衬底1上方依次以图案方式形成为条状，相对电极8和催化剂层7a在相对衬底9上方依次以图案方式形成为条状。在相邻的光电转换元件之间，形成有由一对绝缘阻挡层13a和13b夹住的导电连接层12。该导电连接层12将透明导电膜2电连接到相对电极8。绝缘阻挡层13a和13b用作光电转换元件之间的障碍，并作为用于导电连接层12的保护层。该光电转换元件是通过将多孔光电转换层5、电解层6和催化剂层7a进行堆叠而构成的。

在这种Z模块中，由这对绝缘阻挡层13a和13b分开的各个光电转换元件形成于窗口电极(工作电极)的透明导电膜2与相反电极的相对电极8之间。此外，相邻光电转换元件的透明导电膜2和相对电极8用导电连接层12彼此耦合，从而彼此电连接(串联连接)。在这种Z模块中，电子流动方向是一个方向。

如图7A所示，在该相对单元中，透明导电膜2中运动的电子流入最近的位置处形成的收集器网格3。因此，电子的最大运动距离等于或短于(d₁+(保护层厚度))。该距离是相邻收集器网格3之间的距离的几乎一半。

另一方面，在图7B所示的Z模块中，电子的最大运动距离等于相邻的导电连接层12之间的距离。

由图7A与图7B之间的比较可以看到，在考虑Z模块和相对单元(在二者中，一个光电转换元件的多孔光电转换层5具有相同宽度)时，相对单元中的电子运动距离是Z模块中的几乎一半。在考虑Z模块和相对单元(在二者中，由透明导电膜2造成的电阻性损耗等于或小于相同的特定值)时，如果Z模块中相邻的导电连接层12之间的距离被定义为d₁，则当相对单元中相邻收集器网格3之间的距离为2d₁时，相对单元中由透明导电膜2造成的电阻性损耗与Z模块中相当。

下面将说明与相反电极有关的工作示例。

[工作示例]

<相对电极的层构造示例>

下面将说明构成图1至图3B所示相对电极的各个层的具体示例。

图8是用于说明本发明的工作示例中多孔光电转换层(多孔氧化物半导体层，TiO₂电极)5的图案的示意图。

如图8所示，多孔光电转换层5的图案在透明衬底(透明玻璃衬底(FTO玻璃衬底，其上形成有FTO))1的表面上形成为20μm的厚度。该图案由多孔光电转换层5的十六个列和三个行组成，该层具有2.95mm×23mm、2.95mm×46mm、2.95mm×19.5mm、2.95mm×39mm、5.9mm×23mm、5.9mm×46mm的条状图案。

图9是用于说明本发明的工作示例中催化剂层(碳电极)的图案的示意图。

如图9所示，催化剂层7a的图案具有与多孔光电转换层5的图案相同的形状，并由厚度为50μm的金属(钛(Ti))形成。该图案被形成于相对衬底9的表面上，该衬底的一侧形成有凹槽部分15。

图10是用于说明本发明的工作示例中收集器网格(例如Ag电极)的图案的示意图。

如图10所示，收集器网格3的图案包括在十五列上重复的线性图案，每个线性图案具有0.3mm的宽度、96mm的长度和30μm的厚度，并形成于透明衬底1的表面上。十五列上的收集器网格3由两个线性图案彼此连接，这两个线性图案各自具有1mm的宽度、95mm的长度和30μm的厚度，这些收集器网格被连接到具有矩形图案的连接端子14，这些端子的厚度为30μm，尺寸为3mm×4mm。

图11是用于说明本发明的工作示例中的保护层(Ag电极保护层)的图案的示意图。

如图11所示，保护层4由环氧基树脂形成，其图案包括在十五列上重复的线性图案，每个线性图案具有0.5mm的宽度、97mm的长度和20μm的厚度。十五列上的保护层4由两个线性图案彼此连接，这两个线性图案各自具有2mm的宽度、95mm的长度和20μm的厚度，这些保护层4被形成于透明衬底1的表面上，覆盖收集器网格3的图案中各个列和行。

图12是用于说明本发明的工作示例中密封剂层的图案的示意图。

如图12所示，密封剂层10由可UV固化的树脂形成，其图案的宽度为1.5mm。密封剂层10以连续的方式沿相对衬底9的外周边形成，在该外周边中，在一侧的两个位置处形成有凹槽部分15。

图13A和图13B是用于说明本发明的工作示例中相对衬底的形状的示意图。

如图13A和图13B所示，相对衬底9是0.5mm厚的金属板(例如钛板)，其中，在一侧的两个位置出形成有凹槽部分15。整个相对衬底9被用作电极。此外，由于相对衬底9是金属，所以这个相对衬底9中可以形成注入开口(用于形成电解层6的电解液经过该开口注入)，该注入开口可以在电解液被注入之后通过激光焊接方式密封。这样，端部密封的密封性能大大增强。

下面将对相对单元中光电转换元件的多孔氧化物半导体层(TiO₂)的优化宽度(电极宽度)进行说明。

<优化电极宽度的计算模型和计算结果示例>

图14A至图14C是用于说明本发明的工作示例中的相对单元与其单位结构之间的关系的示意图以及优化电极宽度的推导。

图14A是用于说明相对单元中的单位结构的示意图。图14B是用于说明对该单位结构中的区域[0，d₁]进行模拟的电路的示意图。图14C是用于说明将该单位结构扩展到整个相对单元的示意图。

如图14A所示，该相对单元中的单位结构被定义为一个收集器网格3的中心位置与距离相邻收集器网格3相等距离的中间点之间的区域中的结构体。具体而言，如图14A所示，当设定了x轴时，该单位结构是由下述区域表示的结构体：该区域具有(d₁+d₂)的长度，由收集器网格3和保护层4的一半区域(-d₂≤x≤0)和与该区域相连的相邻区域(0≤x≤d₁)限定。这个d₁对应于距离相邻收集器网格3相等距离处的中间点，2d₂被定义为保护层4的总宽度。当一个光电转换元件被定义为相邻的收集器网格3的相应中心位置之间的区域时，该结构体(单位结构)被定义为该光电转换元件的(1/2)。

下面将用图14B所示的模拟电路代替相对单元中的单位结构来执行分析，该电路是通过将透明导电膜2和多孔光电转换层5各自简化成一维实体并将电流方向反转而获得的。为了这个分析，用作多孔光电转换层5的多孔氧化物半导体层(TiO₂)的位置x(0≤x≤d₁)处的电流元(A/m)被定义为i(x)。用作透明导电膜2的FTO膜在位置x(0≤x≤d₁)处的线电阻(Ω/cm)被定义为r(x)。从FTO膜流向外部负载R_ext的总电流被定义为I_tot。

如图14C所示，整个相对单元可以通过重复上述结构体(单位结构)来表示。因此，例如如图14C所示当整个单元的长度为L时，这整个单元的长度L中包含的结构体(单位结构)的数目n为n＝L/(d₁+d₂)。整个单元的功率输出等于结构体(单位结构)的单元功率输出的n倍。

在位置x处入射到透明导电膜2上的光的强度被定义为I(x)，光(该光具有恒定值I(x)并因而具有均匀的强度分布)所入射到的结构体(单位结构)的单元功率输出(即，一个光电转换元件的多孔光电转换层5的宽度能够放大多少)以下述方式进行计算(模拟)。这样，能够获得多孔光电转换层5的优化宽度。

透明导电膜2的位置x处的电压V(x)由式(1)给出。位置x处由于电流元i(x)引起的焦耳热P_loss(x)由式(2)给出。整个透明导电膜2中产生的焦耳热P_unit loss由式(3)给出。

$V\left(x\right)=R_{\mathrm{ext}}{I}_{\mathrm{tot}}+\underset{0}{\overset{x}{\&Integral;}}r\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\underset{x}{\overset{d_1}{\&Integral;}}i\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(1\right)$

$P_{\mathrm{loss}}\left(x\right)=[V\left(x\right)-V\left(0\right)]\&CenterDot;i\left(x\right)=[\underset{0}{\overset{x}{\&Integral;}}r\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\underset{x}{\overset{d_1}{\&Integral;}}i\left(x\right)d\left(x\right)]i\left(x\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

$P_{\mathrm{unit\; loss}}=\underset{0}{\overset{d_1}{\&Integral;}}{P}_{\mathrm{loss}}\left(x\right)\mathrm{dx}=\underset{0}{\overset{d_1}{\&Integral;}}[\underset{0}{\overset{x}{\&Integral;}}r\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\underset{x}{\overset{d_1}{\&Integral;}}i\left(x\right)\mathrm{dx}]i\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

如果多孔氧化物半导体层(TiO₂)的位置x处产生的功率被定义为P_gen(x)，由上述结构体(单位结构)中包含的整个多孔氧化物半导体层(TiO₂)引起的所产生的功率P_unit gen由式(4)给出。

$P_{\mathrm{unit\; gen}}=\underset{0}{\overset{d_1}{\&Integral;}}{P}_{\mathrm{gen}}\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(4\right)$

如上所述，具有长度L的整个相对单元中包含的结构体(单位结构)的数目n为n＝L/(d₁+d₂)。因此，当L被定义为单位长度＝1时，整个相对单元的可用的产生功率P_cell由式(5)给出。

$P_{\mathrm{cell}}=n\&CenterDot;(P_{\mathrm{unit\; gen}}\left(x\right)-P_{\mathrm{unit\; loss}}\left(x\right))$

$=(1/(d_1+d_2))\{\underset{0}{\overset{d_1}{\&Integral;}}{P}_{\mathrm{gen}}\left(x\right)\mathrm{dx}-\underset{0}{\overset{d_1}{\&Integral;}}[\underset{0}{\overset{x}{\&Integral;}}r\left(x\right)\mathrm{dx}\&CenterDot;\underset{x}{\overset{d_1}{\&Integral;}}i\left(x\right)\mathrm{dx}\left]i\left(x\right)\mathrm{dx}\right\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(5\right)$

因此，通过对于

的计算，获得了提供最大可用产生功率P_cell的d₁。

根据具有均匀强度分布的光入射在结构体(单位结构)上这一假定，将r(x)＝r(Ω/cm)和i(x)＝i(A/m)代入式(5)。另外，还将

代入式(5)中的大括号{ }中第一项并执行积分。结果获得了式(6)。

$P_{\mathrm{cell}}=(d_1/d_1+d_2))[P_{{\mathrm{gen}}^{*}}-(r{\left({\mathrm{id}}_1\right)}^2/6)]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(6\right)$

在式(6)中，d₁/(d₁+d₂)表示光电转换元件的开口率(aperture ratio)项(代表对于产生功率有贡献的面积的比率)。

表示功率产生的项。R(id₁)²/6代表损耗项。

图15A和图15B是用于说明本发明的工作示例中优化电极宽度的示意图。图15A是用于说明相对单元中的优化电极宽度的示意图。图15B是用于说明Z模块中的优化电极宽度的示意图。在图15A和图15B中，横坐标表示多孔氧化物半导体层(TiO₂)的宽度(电极宽度)(mm)，纵坐标表示功率输出(W/m²)。

多孔氧化物半导体层(TiO₂)的宽度被定义为D(电极宽度)，用作透明导电膜2的FTO膜的线电阻(Ω/cm)被设定为r(x)＝10(Ω/□)。另外，还设定d₂＝0.25(mm)、i(平均产生的电流(实验值))＝250(A/m²)、

在此情形下，由于满足d₁＝(D/2)，所以根据式(6)，功率输出(W/m²)由P_cell＝(D/(D+0.5)){100-0.02604D²}给出。图15A示出了用该公式获得的功率输出(W/m²)对于电极宽度(D)的依赖关系。

图15A所示曲线在D＝9.60(mm)时具有最大值。在D＜9.6的区域中，该曲线表明由于开口率下降造成功率输出降低。在D＞9.6的区域中，该曲线表明由于用作透明导电膜2的FTO膜的电阻造成功率输出降低。

对于Z模块，在式(6)中，多孔氧化物半导体层(TiO₂)的宽度被定义为D(电极宽度)，用作透明导电膜2的FTO膜的线电阻(Ω/cm)被设定为r(x)＝10(Ω/□)。另外，还设定d₂＝0.4(mm)、i(平均产生的电流(实验值))＝250(A/m²)、

在此情形下，由于满足d₁＝D，所以功率输出(W/m²)由P_cell＝(D/(D+0.4)){100-0.10417D²}给出。图15B示出了用该公式获得的功率输出(W/m²)对于电极宽度(D)的依赖关系。

图15B所示曲线在D≈5.6(mm)时具有最大值。在D＜5.6的区域中，该曲线表明由于开口率下降造成功率输出降低。在D＞5.6的区域中，该曲线表明由于用作透明导电膜2的FTO膜的电阻造成功率输出降低。

以上述方式，通过使用平均产生的电流(实验值)，可以对于相对单元和Z模块获得电极宽度(D)的优化值。由图15A所示曲线与图15B所示曲线之间的对比可见，由于电极宽度(D)的增大而造成的功率输出降低在图15A中表现出平缓的改变，而在图15B中表现出迅速改变。即，明显的是，在具有相同电极宽度(D)的相对单元与Z模块之间进行比较时，相对单元产生了更高的功率输出。

根据本发明的实施例的相对单元可以通过下述方式获得：用密封剂层10在没有失准的情况下将具有100mm×100mm外部尺寸的透明衬底(透明玻璃衬底(例如FTO玻璃衬底，其上形成有FTO))1与具有100mm×100mm外部尺寸的、由金属形成的相对衬底9(例如钛板)彼此接合，该透明衬底上形成有多孔光电转换层5、收集器网格3(作为用于电流收集的互连件)、以及保护层4的图案，该相对衬底上形成有催化剂层7a和密封剂层10的图案。因此，相对单元的外部形状也是100mm×100mm。这样，能够容易执行多个相对单元的倾斜(布置)，并能够提供大尺寸的太阳电池模块。

尽管上文已经说明了本发明的实施例，但本发明不限于上述实施例，根据本发明的技术内容可以进行各种变更。

本发明可以提供染料敏化太阳电池以及通过将这些染料敏化太阳电池布置在平面中并将它们彼此连接而获得的太阳电池模块，该太阳电池具有简单的结构并能够增强转换效率且容易相互连接。

本发明包含与2010年3月31日在日本特许厅提交的日本在先专利申请JP2010-080220中公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用方式结合于此。

本领域技术人员应当明白，根据设计要求和其他因素，可以产生各种变更、组合、子组合和替换形式，只要它们在所附权利要求及其等同含义的范围内。

Claims (9)

1.一种光电转换器件，包括：

第一衬底；

收集器层，其被构造成设在所述第一衬底上方；

第二衬底，其被构造成与所述第一衬底的平表面相对，并由金属形成，所述金属在一侧具有凹槽部分；和

连接端子，其被构造成连接到所述收集器层，其中，

所述连接端子被布置成与所述凹槽部分相对。

2.根据权利要求1所述的光电转换器件，还包括：

透明导电层，其被构造成形成于所述第一衬底上；

氧化物半导体层，其被构造成在多个列上以条的方式形成在所述透明导电层的表面上，并承载染料；

保护层，其被构造成覆盖所述收集器层的表面；

催化剂层，其被构造成形成于所述第二衬底的上方；以及

电解层，其被构造成形成于所述第一衬底与所述第二衬底之间，其中，

所述第二衬底具有连续的平坦表面，该表面与所述第一衬底的平表面相对，

所述收集器层在多个列上以线性方式形成于所述透明导电层的表面上，夹住所述氧化物半导体层，

所述催化剂层以连续的或不连续的方式形成于所述平坦表面上方，

所述氧化物半导体层和所述催化剂层被布置成彼此相对，并且

所述保护层的尖端被布置在所述催化剂层的表面与所述平坦表面之间的位置。

3.根据权利要求2所述的光电转换器件，其中，

满足H＞(H_t+H_c)以及H＞H_p＞(H_t+g)，其中，H是所述透明导电层的表面与所述平坦表面之间的距离，H_t是所述氧化物半导体层的厚度，H_c是所述催化剂层的厚度，H_p是所述透明导电层的表面与所述保护层的尖端之间的距离，g是所述氧化物半导体层和所述催化剂层的相对表面之间的间距。

4.根据权利要求2所述的光电转换器件，其中，

所述催化剂层以连续的方式形成，所述催化剂层中形成有凹部，该凹部容纳所述保护层的尖端，并且

所述保护层的尖端被布置在所述凹部内。

5.根据权利要求4所述的光电转换器件，其中，

满足W_c≥W_p，其中，W_p是所述保护层的外部宽度，W_c是所述凹部的内部的宽度。

6.根据权利要求2所述的光电转换器件，其中，

所述催化剂层以不连续的方式，在多个列上以条的方式形成，并且

所述保护层的尖端位于彼此相邻的并且是条的方式的所述催化剂层之间。

7.根据权利要求6所述的光电转换器件，其中，

满足Wc≥W_p，其中，W_p是所述保护层的外部宽度，W_c是彼此相邻的所述催化剂层之间的距离。

8.根据权利要求2所述的光电转换器件，其中，

所述氧化物半导体层的宽度被确定为使下述值成为最大：该值是通过从所述氧化物半导体层的总体所产生的功率减去所述氧化物半导体层的总体中发生的阻抗损耗引起的功率损耗而获得的。

9.一种光电转换器件模块，包括：

被构造成在平面中布置的多个光电转换器件，所述光电转换器件包括：

第一衬底；

收集器层，其被构造成设在所述第一衬底上方；

第二衬底，其被构造成与所述第一衬底的平表面相对，并由金属形成，所述金属在一侧具有凹槽部分；和

连接端子，其被构造成连接到所述收集器层，

所述连接端子被布置成与所述凹槽部分相对，其中，

彼此相邻的两个光电转换器件中一者的连接端子以及另一者的第二衬底彼此电连接。

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