JP2005216663A - 色素増感型太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】
片側の基板のみから外部電極と接続可能な色素増感型太陽電池を提供すること。
【解決手段】
本発明に係る色素増感型太陽電池は、上側基板１１に形成された上側電極１３と下側基板１２に形成された下側電極１４との間に色素増感型電解質を含む電解液１７を挟持している。電解液１７は、シール材１８により上側基板１１と下側基板１２間に封止されている。このシール材１８は、下側電極１４を上側基板１１に形成された接続用電極部１３２に接続するトランスファー部１９を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チタン酸化物の微粒子を用いて、この表面に色素を担持させ、可視域の波長の光を吸収する色素増感型太陽電池に関する。

近年、クリーンエネルギーとして、太陽光を直接電気エネルギーに変換する太陽電池が注目されている。太陽電池は、結晶性シリコン、アモルファスシリコンを用いたものが主流であるが、エネルギーの発電体を製造するという本来の目的とは反して、製造するのに多大なエネルギーを必要とする。さらに、材料自体が高価な上に製造に多くのエネルギーが必要なため、シリコン型太陽電池は高価であるという問題があった。

他方、色素増感型太陽電池が提案され、その開発が盛んに行なわれている。この色素増感型太陽電池は、ｎ型酸化物半導体として比較的安価な材料であるチタン酸化物の微粒子を用いて、この表面に色素を担持させ、可視域の波長の光を吸収することを可能としているため、変換効率が高く、しかも安価に製造することができるという利点を有する。

色素増感型太陽電池は、一般的に次のようにして製造される。まず、透光性基板上に透明導電膜が形成することにより、透明導電電極を形成する。次に、この透明導電電極上に、酸化チタン等の金属酸化物微粒子をコーティングして加熱焼成する。さらに、透明導電電極に色素増感するためのルテニウム錯体やクマリン系色素を担持させて、対極に導電性電極を絶縁性のシール剤等を介して対向させて電解液を内部に封止する。この対向する導電性電極は、透明導電ガラスのような透光性でも、アルミニウム、ニッケルといった不透光性の金属でもよい。

電解液には、電荷を輸送する電解質とI^-／I^３-等のレドックス対とが含まれる。さらに、溶媒や溶媒の代わりに常温で液体であるイオン性液体等を含む液状もしくはゲル化剤等でゲル状にしたものが用いられる。このような色素増感型太陽電池の一例が、本願出願人が以前に出願した特許文献１に開示されている。

色素増感型太陽電池は、シリコン型太陽電池と同様に、単セル０．８Ｖ程度の起電力で同程度の電圧であるから、実用的には、セルを積層して電圧を高める必要がある。その際に、色素増感型太陽電池は、内部に液体もしくはゲル状の電解液を有しており、液絡しないように積層して電圧を高めるモジュール化が全固体型のシリコン型太陽電池に比べ困難であるという問題があった。
特開２００３−１５１３５５号公報

従来の色素増感型太陽電池では、２枚の透光性基板のそれぞれに導電性電極が設けられているため、外部電極と接続するためには、双方の透光性基板のそれぞれに設けられた導電性電極と接続する必要があった。

また、従来の色素増感型太陽電池では、単セルを積層してモジュール化する場合に液絡のおそれがあるため、シリコン型太陽電池に比べて積層によってモジュール化することが困難であるという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、第１に、片側の基板のみから外部電極と接続可能な色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。

また、本発明は第２に１シートあたりの電圧を高めることができる色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。

本発明に係る色素増感型太陽電池は、透光性を有する第１の基板と、前記第１の基板上に形成された透光性を有する第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたチタン酸化物微粒子膜層と、当該チタン酸化物微粒子膜層に担持された色素と、前記第１の基板と対向して設けられた第２の基板と、前記第２の基板上に形成された第２の電極と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入されイオン伝導性電解質とレドックス対を含有する電解液とを備えた色素増感型太陽電池であって、前記電解液は、シール材により前記第１の基板と前記第２の基板間に封止され、前記シール材と兼用又は別の場所に、前記第２の電極を第１の基板に形成された外部接続用端子に接続するトランスファー部を備えた備えたものである。このような構成によれば、片方の基板より２つの電極に接続された端子を設置することが可能となるため、外部電極との接続を容易に行なうことができる。

また、前記第１の電極は、互いに分離した複数の電極パターンを有し、前記第２の電極は、第１の電極の各電極パターンに対応して互いに分離した複数の電極パターンを有し、前記シール材は、電極パターンのそれぞれを封止し、各電極パターンは、前記トランスファー部によって直列に接続されていることが望ましい。このような構成により、１シートあたりの電圧を簡易な構成により高めることが可能となる。

さらに、前記第１の電極に設けられた複数の電極パターンと、前記第２の電極に設けられた複数の電極パターンは、トランスファー部と接続するために前記電極パターンの一辺より突出して形成された突出部を備え、当該突出部は、隣接する電極パターン同士で反対側の辺から突出して形成されていることが好ましい。

また、直列に接続された電極パターンの端の電極パターンを除く電極パターンに中間の起電力を取り出すための端子が設けられているとよい。このような構成によれば、簡易な構成により中間電位を形成することができる。

さらに、前記第１の基板と第２の基板の間に表示素子が挟持され、前記第１の基板及び／又は前記第２の基板上に少なくとも駆動回路が形成され、前記駆動回路と前記第１の基板に設けられた外部接続用端子とを接続するようにしてもよい。このような構成により、太陽電池と表示素子を同一基板上に形成することができ、装置の小型化、低コスト化が実現できる。

好適な実施の形態における表示素子は、液晶表示素子である。

本発明によれば、片側の基板のみから外部電極と接続可能な色素増感型太陽電池を提供することができる。さらに、本発明によれば、１シートあたりの電圧を高めることができる色素増感型太陽電池を提供することができる。

本発明にかかる色素増感型太陽電池は、色素増感型電解質が一対の電極付き基板間に挟持され、この一方の基板の電極が他方の基板の電極に少なくとも１箇所以上においてトランスファーにより接続されたものである。更に、本発明にかかる色素増感型太陽電池は、一方の基板に外部への起電力を出力するための端子をもつものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

発明の実施の形態１．
まず、本発明にかかる色素増感型太陽電池の全体構成について説明する。図１に、この色素増感型太陽電池の全体構成を示す断面図が示されている。図１（ａ）は図２におけるＡ−Ａ’断面を、同図（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ’断面をそれぞれ示している。

図１において、色素増感型太陽電池１０には、２枚の基板１１、１２が設けられている。以下の説明では、便宜上図において上側にある基板を上側基板１１、下側にある基板を下側基板１２とする。上側基板１１の下表面には上側電極１３が設けられている。この上側電極１３には、電極本体部１３１と接続用電極部１３２が含まれる。下側基板１２の上表面には下側電極１４が設けられている。電極本体部１３１上には、チタン酸化物微粒子膜１５が形成されている。

また、チタン酸化物微粒子膜１５は、色素１６を担持している。２枚の基板１１、１２及びシール材１８により囲まれた領域には電解液１７が封入されている。シール材１８には、トランスファー部１９が設けられている。

上下の基板１１，１２は、透光性基板である。この透光性基板は、特に限定されないが、透明性、光学的特性、耐久性、電気的特性等の点でソーダライムシリケートガラス板、アルミノシリケートガラス板、ホウケイ酸塩ガラス板、リチウムアルミノシリケートガラス板等のアルカリ含有ガラス板；低アルカリ含有ガラス板；無アルカリガラス板；石英ガラス板が好ましい。また、上下の基板１１，１２として、フッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン等のプラスチックを用いた、透明プラスチック板や透明性プラスチックフィルムを使用することもできる。

上側電極１３は、透明導電膜から構成されている。この透明導電膜としては、太陽電池に一般に用いている酸化スズ膜（特にフッ素ドープ酸化スズ膜）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜、酸化亜鉛膜を用いることができる。中でも、透明導電膜は、化学的耐性に優れる酸化スズ膜が好ましい。プラスチックに用いる場合の透明導電膜は、樹脂の耐熱温度範囲で最も高い導電性が得られるので、ＩＴＯ膜をスパッタ法により生成するのが好ましい。または、一度４００〜５００℃の高温で焼成した酸化スズやＩＴＯを粉砕して超微粒子にしたものを分散安定化したゾル液を塗布し、１００〜２００℃で焼成したものは導電性微粒子のネットワークにより高い導電性が得られるので好ましい。

上側電極１３を構成する透明導電膜は、上側基板１１上に形成される。その透明導電膜の厚さは、電極として充分な厚さがあれば特に限定されないが、抵抗値の点から５００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であるのが好ましく、特に７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。

下側電極１４は、下側基板１２上に形成され、上側電極１３に対向する対向電極である（以下では、この下側電極１４を対向電極と呼ぶこともある）。この下側電極１４は、その導電性等の観点から、白金、金、銀等の貴金属材料；銅、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。透光性を考慮すると、透明導電材料を用いることもできる。

チタン酸化物微粒子膜層１５は、チタン酸化物微粒子膜を堆積して形成される。チタン酸化物微粒子膜の厚さは５μｍ以上２０μｍ以下である。このチタン酸化物微粒子膜の厚さが２０μｍ以上であると透光性が低下し、生成した電子を効率よく透明導電膜へ移動させることができない。

チタン酸化物微粒子膜層１５は、上側電極１３の電極本体部１３１上に形成される。このチタン酸化物微粒子膜の製膜方法は、特に限定されず、例えば、常圧ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、湿式法、印刷法が挙げられる。中でも、その製膜方法として、チタン酸化物微粒子を分散させたゾル液を湿式法、印刷法で塗布し加熱焼成するのが好ましい。高効率を発現する酸化チタンをあらかじめ合成して、それを超微粒子まで粉砕したものを分散安定化したゾル液を基板に塗布して製膜したチタン酸化物超微粒子膜は、可視光に吸収が少なく、光の透過を妨げ難く、化学的耐性に優れた性質を有している。さらにＣＶＤやスパッタのような高価な装置でバッチ処理するよりも、スクリーン印刷法やドクターブレード法、ダイコーター法といった連続印刷法で安価に製造できるメリットがある。

チタン酸化物微粒子としては、例えばＴｉＯ_２（チタニア）、チタニアより還元されているＴｉＯｘ（ｘは０より大きく２未満の数、好ましくは１．８〜１．９５）；これらに不純物を添加したものが挙げられる。本発明のチタン酸化物は特にアナターゼ型酸化チタンであることが好ましい。

チタン酸化物微粒子をボールミルやビーズミル等のブレイクダウン法で粉砕したものを等電位点を考慮して酸またはアルカリにてpH調整したものに、界面活性剤等を添加して分散安定化させたゾル液を調整し、透明導電基板上に塗布、乾燥させることによりチタン酸化物微粒子膜層を形成させることができる。

色素１６は、入射光を吸収して励起状態となり内部に正孔と電子との対を生じさせるものであれば特に限定されないが、太陽光の波長域の吸収特性が良好なものが好ましい。また、チタン酸化物微粒子に電子を効率よく伝達するためには、色素の最低空準位（ＬＵＭＯ）がチタン酸化物微粒子の伝導帯準位以上であるのが好ましい。具体的にはルテニウム−トリス型、ルテニウム−ビス型、オスミニウム−トリス型、オスミニウム−ビス型の遷移金属錯体（例えば、ルテニウム−シス−ビピリジル錯体）；フタロシアニン；ポルフィリン；多環芳香族が挙げられる。中でも、チタン酸化物微粒子への吸着特性に優れる点で、色素の配位子の末端にカルボキシル基を有するものが好ましい。

色素１６は、チタン酸化物微粒子膜層１５に担持されている。その担持させる方法は、特に限定されないが、例えば色素をアルコール等の有機溶剤に溶解させて得られる溶液に、チタン酸化物微粒子膜層１５が形成された上側基板１１を浸漬させ、所定時間保持し、その後乾燥させる方法が挙げられる。

電解液１７は、イオン伝導性電解質とレドックス対を含有するものであれば何でも良く、液状、ゲル状および固体のいずれであってもよい。電解液１７中の電解質は、イオン伝導するものであれば何でもよく、Li+等の金属カチオンや四級アンモニウムカチオン等とハロゲンアニオンやテトラフルオロボレートアニオン等との組み合わせが用いられる。具体的には、電解質として、ヨウ化リチウム、テトラエチルアンモニウムアイオダイド等が挙げられる。
電解液のギャップは１０〜５０μｍが好ましく、さらに２０〜４０μｍが好ましい。例えば、ガラスビーズをチタニア微粒子のない部分に配置して対極を有する基板と対向させて封止する際に、ギャップが大き過ぎると電解液層の抵抗が大きくなり好ましくない。また、ギャップが小さ過ぎるとチタニア微粒子と対極とのショートの恐れがあるので通常は１０〜３０μｍのチタニア微粒子層を付けた場合は直径５０μｍ程度のガラスビーズを用いて２０〜４０μｍ程度のギャップに調整する。

イオン伝導性電解質の溶媒としては、かかる電解質を溶解させてイオン伝導させるものならなんでもよく、一般的な溶媒としては、電気化学的に安定なものが用いられる。例えば、この溶媒として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート系、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート系、アセトニトリル、バレロニトリル等のニトリル系、γ―ブチロラクトン、バレロラクトン等のラクトン系、スルホラン、３−メチルスルホラン等のスルホラン系等が挙げられる。

電解質の溶媒の代わりに、室温で液状のイオン性液体を用いることもできる。このイオン性液体は、不揮発性、不燃性で化学的、電気化学的に安定といった優れた特性を有している。さらに、このイオン性液体は、イオン性液体自身が導電性を有しており、多量の電解質を溶解させることができる。屋外で長期的に使用される場合の色素増感型太陽電池の欠点として、電解液１７の蒸散による性能劣化があるが、イオン性液体を用いることで耐久性能の向上が期待できる。

イオン性液体の具体例としては、エチルメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート等のアミジン環カチオンを有する塩やエチルメチルピロリジニウムトリフルオロメタンスルホニルイミド等のトリフルオロメタンスルホニルイミドアニオンを有する塩が挙げられる。特に、レドックス対と同じアニオンを有するイオン性液体では、拡散伝導だけでなく、ホッピング伝導による効率向上が期待できるので好ましい。具体的にはブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド等が挙げられる。

レドックス対はＩ⁻／Ｉ^３−系、Ｂｒ⁻／Ｂｒ^３−系、キノン／ハイドロキノン系等が挙げられる。このようなレドックス対は公知の方法によって得ることができる。

また、色素増感型太陽電池の欠点として、内部に液体を有することが挙げられる。チタン酸化物微粒子膜層１５が形成された上側基板１１または対向電極１４が形成された下側基板１２が破壊された場合や封止部が破れた場合に電解液１７が漏れ出す可能性があり、人体や環境に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、電解液１７はゲル状化されていることが望ましい。

ゲル化剤としては架橋ポリアクリル樹脂誘導体、架橋ポリアクリロニトリル誘導体等をマトリックスとして電解液１７を含浸させた高分子ゲル電解質；ポリアルキレンオキサイド、シリコン樹脂類等に電解液１７を溶解させた高分子電解質があげられる。

シール材１８は、上側基板１１と下側基板１２との間に設けられ、電解液１７が外部に漏れることを防止するために設けられている。シール材１８としては、例えばエポキシ樹脂が用いられる。

トランスファー部１９は、上側基板１１の上側電極１３と下側基板１２の下側電極１４とを電気的に接続するものである。この例では、下側電極１４と、上側電極１３の接続用電極部１３２とをトランスファー部１９によって接続している。

このトランスファー部１９を形成する方法としては、シール材１８の一部に導電性ビーズ（導電性微粒子）や銀ペーストを介して、上下の電極１３、１４を接続する方法がある。シール材１８とは別の部分にトランスファー部１９を設けてもよいが、トランスファー部１９の耐環境性が問題となるので、トランスファー部１９がシール材１８に包まれているのが望ましい。また、別の方法として、シール材１８に導電性ビーズを練り込み、シール材１８全ての場所で、上下の電極１３、１４間を接続する方法がある。導電性ビーズは、表面が導電性材料で覆われていれば良い。例えば積水化学製のミクロパールＡＵ（「ミクロパール」は登録商標）が挙げられる。ミクロパールＡＵは球状樹脂の最表面にＡｕ（金）が覆われている構造を有している。

本発明にかかる色素増感型太陽電池１０は、上述の各構成要素から、次のようにして構成される。

まず、上側基板１１と下側基板１２とを、それぞれ上側電極１３を設けた面と下側電極１４を設けた面が対向するようにシール材を介して配置する。この内部に電解液１７を注入して未封止の部分をシール材で封止することにより色素増感型太陽電池を得ることができる。

具体的には、まず、予め調合した液状の電解液１７を入れた脱気容器を準備する。次に、周囲の一部を除いてシール材により封止した上側基板１１および下側基板１２とを、ともに脱気容器内で十分に脱気を行う。そして、脱気容器内において上側基板１１および下側基板１２の未封止部分を液状の電解液１７に接触させる。その後、脱気容器の真空を破って電解液１７を未封止の部分から中に注入させる。充分に電解液１７の注入が完了した後、未封止の部分をシール材で封止すると色素増感型太陽電池１０が得られる。

さらに、ゲル化剤を用いた場合は、封止後、加熱または光照射等により重合させてゲル化させる場合もある。

続いて、図２を用いて、本発明にかかる色素増感型太陽電池１０における上下の電極１３，１４の電極パターンについて説明する。図２に、この電極パターンの一構成例が示されている。なお、図２においては、チタン微粒子膜層１５、色素１６、電解液１７の図示が省略されている。

図２（ａ）の平面図に、上側基板１１及び上側電極１３が示されている。図２（ａ）に示すように、上側電極１３は、互いに分離した、電極本体部１３１及び接続用電極部１３２の電極パターンから構成されている。なお、図２（ａ）において、上側電極１３は、実線によって区切られているが、紙面裏側の基板１１上に形成されている。

電極本体部１３１の電極パターンは、略矩形の形状を有する。この電極本体部１３１は、基板１１の略中央に配置されている。電極本体部１３１には、接続用電極部１３２と平行して基板１１の外縁に向かって延在した突出部１３３が設けられている。突出部１３３は、上側電極１３を外部電極と接続するための接続用端子として機能する。

接続用電極部１３２は、電極本体部１３１から離間した状態で基板１１の主面上に形成されている。この接続用電極部１３２は、トランスファー部１９を介して下側電極１４と接続され、下側電極１４を外部電極と接続するための接続用端子として機能する。

図２（ｂ）の平面図に、シール材１８及びトランスファー部１９が示されている。図２（ｂ）に示すように、シール材１８は、略矩形の形状を有する。このシール材１８の１箇所にトランスファー部１９が形成されている。トランスファー部１９は、上側電極１３の接続用電極部１３２及び下側電極１４の突出部１４１のそれぞれと接続される位置に設けられている。シール材１８には、電解液１７を注入するために、開口部２０が形成されている。

図２（ｃ）の平面図に、下側基板１２及び下側電極１４が示されている。図２（ｃ）に示すように、下側電極１４の電極パターンは、上側電極１３の電極本体部１３１と同様に、略矩形状の形状を有する。この下側電極１４は、基板１２の主面上の略中央付近に配置されている。また、下側電極１４は、基板１２の外縁に向かって延在する突出部１４１が形成されている。

このような上下の基板１１，１２がシール材１８によって貼り合わせられたとき、シール材１８は上側電極１３の電極本体部１３１を囲み、それとともに、接続用電極部１３２上に配置される。このとき、トランスファー部１９は、接続用電極部１３２上に配置されている。これと同様に、シール材１８は、下側電極１４を囲んだ状態で、下側電極１４の突出部１４１上に配置され、トランスファー部１９が突出部１４１上に配置される。このようにトランスファー部１９を配置することによって、上側電極１３の接続用電極部１３２と下側電極１４の突出部１４１とが接続される。そして、上側基板１１における上側電極１３の突出部１３３及び接続用電極部１３２が外部へ起電力を出力するための端子として機能する。このとき、端子として機能する突出部１３３と接続用電極部１３２が上側基板１１の一辺側に設けられているため、外部電極との接続が容易である。

以上のように、本実施形態１では、片側の基板１１の電極より上側電極１３及び下側電極１４の双方に対する端子接続が可能となる。このため、端子接続を容易に行なうことができる。また、ヒートシール接続やフレキ接続等を使う場合も、片側の基板１１で一度のプロセスによって接続を完了することができるので、製造コストを低減することが可能となる。

発明の実施の形態２．
発明の実施の形態２において、１シートに複数セル搭載された色素増感型太陽電池について説明する。図３に、この電極パターンの構成例が示されている。

図３（ａ）の平面図に、上側基板１１及び上側電極が示されている。図３（ａ）に示すように、上側基板１１の電極パターンは、電極３１１〜３１５の５つのパターンから構成されている。なお、図３（ａ）において、電極３１１〜３１５は、実線によって区切られているが、紙面裏側の基板１１上に形成されている。

電極３１１〜３１４の電極パターンは、図３（ａ）において上下に長辺が配置された略矩形状の形状を有する。電極３１１〜３１４は、それぞれ突出部３１６〜３１９を有し、これら突出部３１６〜３１９は上下に交互に突出するように配置されている。即ち、突出部３１６〜３１９は、隣接する電極パターン同士で反対側となる辺から突出して形成されている。また、電極３１４の突出部３１９の一端部は、基板１１の外縁に到達している。

電極３１５は、略直線状の形状を有し、基板１１の長手方向に沿って形成されている。この電極３１５は、電極３１１上方から右方に延在し、その端部は基板１１の外縁に到達している。基板１１の外縁まで到達した電極３１４の突出部３１９の一端部と電極３１５の一端部は、共に基板１１の同じ辺の外縁まで到達し、その位置は隣接している。また、電極３１５の先端部３２０は、電極３１１の方に折れ曲がっている。

図３（ｂ）の平面図に、トランスファー部及びシール材が示されている。図３（ｂ）において、３２１〜３２４はシール材、３３１〜３３４は開口部、３４１〜３４４はトランスファー部である。

図３（ｂ）に示すように、シール材３２１は、略矩形の形状を有し、シール材３２２〜３２４は、略直線状の形状を有する。シール材３２２〜３２４は、シール材３２１の対向長辺に架設され、シール材３２１内を４つの区画に分けている。すなわち、シール材３２２〜３２４は太陽電池の個々のセルが独立するように形成されている。また、これら各区画には、電解液１７が注入するための開口部３３１〜３３４が形成されている。シール材３２１に、トランスファー部３４１〜３４４が４箇所に形成されている。

図３（ｃ）の平面図に、下側基板１２及び電極が示されている。図３（ｃ）に示すように、電極パターンは、電極３５１〜３５４の４つのパターンから形成されている。

電極３５１〜３５４の電極パターンは、上側電極３１１〜３１４に対応して略矩形の形状を有する。また、電極３５１〜３５４には、それらの一辺より一部が突出して形成される突出部３６１〜３６４を有する。

このような上下の基板１１，１２がシール材３２１，３２２，３２３，３２４によって貼り合わせられたとき、シール材３２１，３２２，３２３，３２４は、上側電極３１１，３１２，３１３，３１４のそれぞれを個別に囲み、それとともに、突出部３１６，３１７，３１８及び先端部３２０上に配置される。このとき、トランスファー部３４１，３４２，３４３，３４４はそれぞれ、先端部３２０、突出部３１６，３１７，３１８上に配置されている。

これと同様に、シール材３２１，３２２，３２３，３２４は、下側電極３５１，３５２，３５３，３５４のそれぞれを個別に囲んだ状態で、電極３５１，３５２，３５３，３５４の突出部３６１，３６２，３６３，３６４上に配置され、トランスファー部３４１，３４２，３４３，３４４のそれぞれが突出部３６１，３６２，３６３，３６４上に配置される。

トランスファー部３４１の配置によって、上側電極３１５の先端部３２０と下側電極３５１の突出部３６１とが接続される。これと同様に、トランスファー部３４２によって上側電極３１１と下側電極３５２、トランスファー部３４３によって上側電極３１２と下側電極３５３、トランスファー部３４４によって上側電極３１３と下側電極３５４が接続される。この接続状態において、組となる上下の電極３１１と３５１，３１２と３５２，３１３と３５３，３１４と３５４は直列に接続されている。また、上側電極３１５と電極３１４の突出部３１９とは、電圧を取り出すための外部接続用端子として機能する。

以上のように、本実施形態における色素増感型太陽電池１０は、直列接続された四セルが１シートに搭載されているので、従来の色素増感型太陽電池よりも１シート当たり電圧が高く取り出すことができる。具体的には、通常の色素増感型太陽電池の起電力に比べ４倍の出力が可能となる。また、シール材３２１〜３２４で囲まれた１シートにおける個々のセルを更に増やし、トランスファー部３４１〜３４４を増やせば更に高電圧の出力も可能となる。

また、トランスファー部３４１〜３４４によって接続する構造を有するので、簡易に安価で製造することができる。つまり、従来の、配線を使って直列に連結し出力を挙げる方法に比べ低コストであり、またコンパクトにすることが可能となった。

発明の実施の形態３．
発明の実施の形態３において、１シートにおいて複数の起電力を取り出すことができる色素増感型太陽電池について説明する。図４に、この電極パターンの他の構成例が示されている。

図４（ａ）の平面図に、上側基板１１及び電極が示されている。図３（ａ）に示すように、上側基板１１の電極パターンは、電極４１１〜４１５の５つのパターンから構成されている。なお、図３（ａ）において、電極４１１〜４１５は、実線によって区切られているが、紙面裏側の基板１１上に形成されている。

電極４１１〜４１４の電極パターンは、図３（ａ）において上下に長辺が配置された略矩形状の形状を有する。この電極４１１は、基板１１主面上で左右に並設されている。これら電極４１１〜４１４は、それぞれの一辺から一部が突出した突出部４１６〜４１９を有し、これら突出部４１６〜４１９は上下に交互に配置されている。即ち、突出部４１６〜４１９は、隣接する電極パターン同士で反対側となる辺から突出して形成されている。また、電極４１２，４１４の突出部４１８，４１９の一端部は、基板１１の外縁に到達している。

電極４１５は、略直線状の形状を有し、基板１１の長手方向に沿って形成されている。この電極４１５は、電極４１１上方から右方に延在し、基板１１外縁に到達している。また、電極４１５の先端部分４２０は、電極４１１の方に折れ曲がっている。

図４（ｂ）の平面図に、トランスファー及びシール材が示され、図４（ｃ）の平面図に、下側基板１２及び電極が示されている。これら下側電極、トランスファー、シール材は、発明の実施の形態２におけるものと同様であるため、ここではその説明を省略する。また、図４（ｂ）、（ｃ）においても、図３（ｂ）、（ｃ）と同様の符号を付している。

発明の実施の形態２と同様に、組となる上下の電極４１１と３５１，４１２と３５２，４１３と３５３，４１４と３５４は直列に接続されている。このとき、上側電極４１５と電極４１２，４１４の突出部４１８，４１９とは、電圧を取り出すための外部接続用端子として機能する。これら端子として機能する上側電極４１５に対して、端子として機能する突出部４１８，４１９が複数設けられているので、複数の起電力を取り出すことができる。具体的には、上側電極４１５と突出部４１９とに接続した場合には直列接続された４セル分の起電力を取り出すことができ、上側電極４１５と突出部４１８とに接続した場合には直列接続された２セル分の中間の起電力を取り出すことができる。

以上のように、本実施形態における色素増感型太陽電池１０は、上側電極４１２の突出部４１８を基板１１の外縁に引き出すことによって、１シートにおいて中間レベルの起電力を取り出すことができる。また、従来、電圧レベルを作るために、抵抗等を用い分割していたが、その必要がなくなり、低コストで任意の電圧レベルを作ることができる。

発明の実施の形態４．
発明の実施の形態４においては、一対の基板１１，１２内に、色素増感型太陽電池１０に加えて、液晶表示装置を作りこんだ場合について説明する。図４の模式図に、この色素増感型太陽電池１０と液晶表示装置が示されている。

色素増感型太陽電池１０より起電力が発生し、基板１１又は基板１２上に設けられた配線５１を通して液晶用ドライバー５２（駆動回路）に電力を供給する。液晶用ドライバー５２はガラス基板（下側基板１２）上にＣＯＧ技術等により配置されている。液晶用ドライバー５２は、外部ＣＰＵより配線５５を通して信号を受け、配線５３を通して液晶表示装置５４を駆動する。

本実施形態では、色素増感型太陽電池１０の出力は、液晶用ドライバー５２のみに供給されているが、ＣＰＵも含めたＩＣを下側基板１２上に配置し、基板１２上ですべてを完結させるシステムとしても良い。

色素増感型太陽電池１０としては、発明の実施の形態２と同様の構成にし、例えば、５Ｖ以上の電圧を供給できるように設定できる。液晶表示装置５４としては，透明電極（不図示）のパターンまで色素増感型太陽電池１０の製造プロセスと同じであり，電極１３，１４上の表面処理としては，ポリイミドの配向膜を塗布し焼成し，所定の方向へのラビング処理を施す。

シール印刷以降は、色素増感型太陽電池１０のプロセスと兼用できる。色素増感型太陽電池１０のセル内部への液晶注入は、真空注入によって実施した。電解液１７の注入と兼用できるが今回は別々に実施した。これにより、安価に電源不要の表示体を作成することができる。

なお、本実施形態では、液晶表示装置５４を例として示したが、有機ＬＥＤなどとしてもよい。

実施例における色素増感型太陽電池１０は、上記発明の実施の形態１に対応した色素増感型太陽電池を、次のように具体的に構成したものである。なお、ここでは発明の実施の形態１に対応した色素増感型太陽電池を構成したが、これに限らず、発明の実施の形態２から４に対応したものも同様に構成することが可能である。

以下、本実施例について、図１及び図２を参照しながら説明する。

一対の基板１１，１２としては、０．７ｍｍ厚のＡＮガラス基板を用いた。上下の基板１１，１２である各ガラス基板に、電極１３，１４として透明導電膜（ＩＴＯ）をスパッタし、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すようにパターニングをした。上面側のガラス基板（基板１１）のサイズは、長辺方向が１０ｃｍ、短辺方向が５ｃｍであり、上面の電極１３と下面の電極１４との重なる部分の面積は、２０ｃｍ^２であった。

上面側のガラス基板（基板１１）には、更に透明電極（電極１４）の上に、ポリエチレングリコールに平均粒径２０ｎｍのチタニア微粒子と平均粒径１０ｎｍのチタニア微粒子とを、質量比が７：３になるように添加して、２０重量％のチタニアペーストを得た。上記チタニアペーストを、上記で得られた透明導電性電極付き基板上に、透明導電性電極と同じパターンで、塗布厚みが１００μｍとなるように塗布した。

その後、１５０℃で１０分乾燥させ、さらに（２００℃）で３０分加熱処理を行い、チタニア微粒子層を形成させた。加熱後のチタニア微粒子層の厚みは１０μｍであった。その後ルテニウム−ビス型錯体〔Ｒｕ（４、４’−ジカルボキシル−２,２’−ビピリジン）_２（ＮＣＳ）_２〕のエタノール溶液（３×１０^−４ｍｏｌ／Ｌ）に１２時間浸漬させた後、ディップコートにてチタニア微粒子層の表面にルテニウム−ビス錯体を担持させて、１００℃で１０分乾燥した。

さらに、上側基板１１には、シール材１８を印刷し、下側基板１２にはトランスファー部１９を印刷した。シール材１８のパターンと、トランスファー部１９の位置は、図１の（ｂ）の示した通りである。トランスファー部１９の接続が完全に取れるように、上側のトランスファー部１９の場所に相当する下側のシール材１８の一部は、シール材１８が無い状態、または迂回するように作成しておくと接続に失敗がない。

トランスファー部１９には導電性ビーズとしては、例えば、積水化学製の略１５μｍの球状樹脂に最表面がＡｕ（金）処理されたものを用いた。シール材１８はエポキシ系樹脂を用いた。

さらに、電解液１７はイオン性液体であるメチルブチルイミダゾリウムアイオダイドにヨウ素４５ｍｍｏｌ／Ｌ、ヨウ化リチウム３０ｍｍｏｌ／Ｌとなるよう調製して用いた。この電解液１７は真空注入法により、注入口より注入した。

色素増感型太陽電池１０の評価は、上記で得られた色素増感型太陽電池１０に、キセノン照射装置を用いてＡＭ１．５の擬似太陽光を８２ｍＷ／ｃｍ^２の強度で照射して、Ｊ_ＳＣ（短絡電流密度）、Ｖ_ＯＣ（開放端子電圧）およびＦＦ（フィルファクター）を求め、変換効率を算出した。算出結果を次表に纏める。次表において、実施例１にかかる太陽電池は、図１に示されるような構成を有し、１つのセルにより構成されている。実施例２にかかる太陽電池は、図３に示されるような構成を有し、４つのセルが直列に接続されている。実施例３にかかる太陽電池は、図４に示されるような構成を有し、２つのセルが直列に接続されたところで電圧を測定している。実施例４にかかる太陽電池は、図４に示されるような構成を有し、４つのセルが直列に接続されたところで電圧を測定している。尚、各実施例において１セルあたりの面積はいずれも２０ｃｍ^２である。

本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池の一構成例を示す断面模式図である。 本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池の一構成例を示す模式図である。 本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池の他の構成例を示す模式図である。 本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池の他の構成例を示す模式図である。 本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池の他の構成例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 色素増感型太陽電池
１１ 上側基板
１２ 下側基板
１３ 上側電極
１４ 下側電極
１５ チタン酸化物微粒子膜層
１６ 色素
１７ 電解液
１８ シール材
１９ トランスファー部
２０ 開口部
３１１，３１２，３１３，３１４，３１５ 上側電極
３２１，３２２，３２３，３２４ シール材
３３１，３３２，３３３，３３４ 開口部
３４１，３４２，３４３，３４４ トランスファー部
３５１，３５２，３５３，３５４ 下側電極
４１１，４１２，４１３，４１４，４１５ 上側電極
５１ 配線
５２ 液晶ドライバー
５３ 配線
５４ 液晶表示装置
５５ 配線

Claims (6)

1. 透光性を有する第１の基板と、前記第１の基板上に形成された透光性を有する第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたチタン酸化物微粒子膜層と、当該チタン酸化物微粒子膜層に担持された色素と、前記第１の基板と対向して設けられた第２の基板と、前記第２の基板上に形成された第２の電極と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に封入されイオン伝導性電解質とレドックス対を含有する電解液とを備えた色素増感型太陽電池であって、
   前記電解液は、シール材により前記第１の基板と前記第２の基板間に封止され、
   前記シール材と兼用又は別の場所に、前記第２の電極を第１の基板に形成された外部接続用端子に接続するトランスファー部を備えた色素増感型太陽電池。
2. 前記第１の電極は、互いに分離した複数の電極パターンを有し、
   前記第２の電極は、第１の電極の各電極パターンに対応して互いに分離した複数の電極パターンを有し、
   前記シール材は、電極パターンのそれぞれを封止し、
   各電極パターンは、前記トランスファー部によって直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池。
3. 前記第１の電極に設けられた複数の電極パターンと、前記第２の電極に設けられた複数の電極パターンは、トランスファー部と接続するために前記電極パターンの一辺より突出して形成された突出部を備え、当該突出部は、隣接する電極パターン同士で反対側の辺から突出して形成されていることを特徴とする請求項２記載の色素増感型太陽電池。
4. 直列に接続された電極パターンの端の電極パターンを除く電極パターンに中間の起電力を取り出すための端子が設けられていることを特徴とする請求項２記載の色素増感型太陽電池。
5. 前記第１の基板と第２の基板の間に表示素子が挟持され、
   前記第１の基板及び／又は前記第２の基板上に少なくとも駆動回路が形成され、
   前記駆動回路と前記第１の基板に設けられた外部接続用端子とを接続した請求項１乃至４いずれかに記載の色素増感型太陽電池。
6. 前記表示素子は、液晶表示素子であることを特徴とする請求項５記載の色素増感型太陽電池。

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