JP2011023582A - 光電変換装置、光電変換装置の製造方法、接合構造および接合構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板同士の接合後の接合構造体の強度を高めることにより、破壊に対する耐性の高い接合構造体を提供すること。
【解決手段】光電変換装置は、対向する一対の基板１，２と、一対の基板１，２間に設けられた光電変換素子５と、一対の基板１，２同士を接合する接合材１０と、を含み、一対の基板１，２の対向面に直交するとともに接合材１０の光電変換素子５側の側面およびその反対側の側面を横切る接合材１０の断面において、接合材１０の中央部１０ｂが薄くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板同士を接合材を介して接合した接合構造およびその製造方法、ならびにその接合構造を用いた光電変換装置及びその製造方法に関する。

光電変換装置としての太陽電池には、バルク型結晶系のシリコン太陽電池、非晶質のシリコン薄膜を用いてなる薄膜型アモルファスシリコン系太陽電池等の様々な形態がある。また、シリコン原料の削減を目的とし、このようなシリコンを利用しない次世代太陽電池として、有機材料を用いた色素増感型太陽電池が提案されている。

太陽電池は、主に屋外で使用されることになるが、その場合には、その表面温度が８０℃を越える高温に曝されることになる。また、長期間風雨にさらされることにもなる。このような使用条件下では、熱による反応性の低い部材で太陽電池を構成することと、外部から水分や酸素のような、部材と反応し特性を劣化させる物質から太陽電池内部を守るため、太陽電池内部を気密に封止することが必要であった。そこで一対の基板を接合材で接合し、その基板間に光電変換素子を封止する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−１８５２４４号公報

光電変換素子をガラス基板で封止する場合、ガラス基板中央部で応力を受けると、ガラス基板が変形することにより応力が発生する。

光電変換装置の大型化に伴い、光電変換素子を封止する領域、すなわち、ガラス基板同士を接合する接合材で取り囲まれた領域が大きくなり、ガラス基板の変形もより大きくなる。

光電変換装置は、例えば空からの落下物などによって、外部からの応力を繰り返し受けることになり、ガラス基板が破壊されやすいという問題がある。

このようなガラス基板の外部からの応力は、ガラス基板自身を破壊するだけでなく、光電変換装置内部の光電変換素子の破壊、光電変換素子の半田剥がれ等の不具合を発生させ、その結果、光電変換装置の信頼性を低下させてしまう問題があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基板同士の接合後の接合構造体の強度を高めることにより、破壊に対する耐性の高い接合構造体を提供することである。

本発明の光電変換装置に係る一実施形態は、対向する一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた光電変換素子と、前記一対の基板同士を接合する接合材と、を含み、前記一対の基板の対向面に直交するとともに前記接合材の前記光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっていることを特徴とする。

このような構成により、基板の接合材との接合部位においては、基板が接合材の形状に合わせて接合材側へ凸となるように変形する。そして、この変形によって基板の光電変換素子に対応する部位においては、光電変換素子側より外側へ向けた応力が生じることになる。その結果、外部から光電変換素子へ向かって加わる応力に対する耐性が増し、光電変換装置の作動の信頼性を高めることができる。

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記接合材がガラスである。

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記光電変換素子が結晶シリコンを含む。

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記光電変換素子が前記基板の表面に形成された半導体層を含む。

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記光電変換素子が色素増感型光電変換体である。

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記接合材は前記基板の端部に位置することを特徴とする。

このような構成により、光電変換素子に対応する基板の中央部において、光電変換素子側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができ、外部から光電変換素子へ向かって加わる応力に対する耐性をより高めることができる。

本発明の光電変換装置の製造方法に係る一実施形態は、一対の基板を準備する段階と、前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、前記接合材を、その中央部が側面側の部位よりも高温となるように熔融させて前記基板を貼り合わせる段階と、前記接合材を冷却し、前記中央部を前記側面側の部位よりも大きく収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする。

このような構成により、一対の基板同士の接合の際に、基板を接合材の形状に合わせて良好に変形させることができ、それによって基板の光電変換素子に対応する部位において、光電変換素子側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができる。

本発明の光電変換装置の製造方法に係る他の実施形態は、一対の基板を準備する段階と、前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、前記接合材を熔融させて前記基板を貼り合わせる際、前記接合材の中央部に気泡を発生させるか、または、気泡を大きくする段階と、前記接合材を冷却し、前記気泡を収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする。

このような構成により、一対の基板同士の接合の際に、基板を接合材の形状に合わせて良好に変形させることができ、それによって基板の光電変換素子に対応する部位において、光電変換素子側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができる。

本発明の光電変換装置の製造方法において好ましくは、前記接合材はスクリーン印刷法またはディスペンス法で形成されることを特徴とする。

このような構成により、空気を接合材中に混入させることができる。その結果、レーザー照射等で接合材を加熱した際、混入した空気を膨張させることによって、気泡を良好かつ容易に生じさせることができる。

本発明の接合構造に係る一実施形態は、対向する一対の基板を接合材で接合した接合構造であって、前記一対の基板の対向面に直交する前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっていることを特徴とする。

本発明の接合構造において好ましくは、前記接合材がガラスである。

本発明の接合構造の製造方法に係る一実施形態は、一対の基板を準備する段階と、前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、前記接合材を、その中央部が側面側の部位よりも高温となるように熔融させて前記基板を貼り合わせる段階と、前記接合材を冷却し、前記中央部を前記側面側の部位よりも大きく収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする。

本発明の接合構造の製造方法に係る他の実施形態は、一対の基板を準備する段階と、前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、前記接合材を熔融させて前記基板を貼り合わせる際、前記接合材の中央部に気泡を発生させるか、または、気泡を大きくする段階と、前記接合材を冷却し、前記気泡を収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板同士の接合後の接合構造体の強度を高めることができ、破壊に対する耐性の高い接合構造体を提供することができる。

本発明に係る光電変換装置の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る光電変換装置の第２の実施の形態を示す断面図である。 本発明に係る光電変換装置の第２の実施の形態を示す断面図である。

以下に、本発明の接続構造としての光電変換装置に係る実施の形態について模式的に示した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の光電変換装置にかかる第１の実施形態を示した断面図である。光電変換装置Ｘは、一主面同士が対向するように配置された一対の基板（以下、第１の基板１、第２の基板２とする）に、それぞれ第１の樹脂３と、第２の樹脂４とが形成されている。さらに、第１の樹脂３と第２の樹脂４は、光電変換素子５に圧着されている。光電変換素子５からは第１の電極６と第２の電極７とが、電荷取り出しのために接続され、それぞれ第３の電極８、第４の電極９によって光電変換装置Ｘ外部に電荷を取り出す。

そして、本発明の実施の形態に係る光電変換装置Ｘでは、光電変換素子５を取り囲むように設けられた接合材１０で光電変換装置Ｘの内部が封止されており、一対の基板１，２の対向面に直交するとともに接合材１０の光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る接合材の断面において、接合材の中央部が薄くなっている。すなわち、光電変換素子５を取り囲むように接合材１０は枠状に形成されており、その枠状の接合材１０の内周側および外周側の部位の厚みに比べて、中央部が薄く形成されている。そのため、接合材１０による気密封止を確保しながら、接合材１０の形状により基板１に応力を加え、第１の基板１の接合材１０との接合部分を対向する第２の基板２側に凸となるように変形させている。このようにすることで、第１の基板１の光電変換素子５に対応する部位、すなわち、第１の基板１の接合材１０より内側の部位が、光電変換装置Ｘの外側（光電変換素子５とは反対側）に凸となるように変形し、光電変換装置Ｘの外部からの応力に強い形状とすることができる。

以下に、上述した本発明の実施の形態に係る光電変換装置を構成する部材の詳細を示す。

＜第１および第２の基板＞
第１の基板１は、一主面上で第１の樹脂３、および該第１の樹脂３上に配置された光電変換素子５を支持し、接合材１０と後述する第２の基板２とで、光電変換装置Ｘを封止するものである。また、第１の基板１は光が入射される側に設けられる場合、透光性を有している必要がある。

この第１の基板１の材質としては、例えば、可視光に対して透光性を有する青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料が挙げられる。

第２の基板２は、一主面上で第２の樹脂４、および第２の樹脂４上に配置された光電変換素子５を支持し、接合材１０と第１の基板２とで、光電変換装置Ｘを封止するものである。また、第２の基板２は光が入射される側に設けられる場合、透光性を有している必要がある。

この第２の基板２の材質としては、例えば、可視光に対して透光性を有する青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料が挙げられる。

＜第１および第２の樹脂＞
第１の樹脂３は、光電変換素子５を保持し、衝撃等による破損から保護すると同時に、第１の基板１から光を入射させる場合は、透明性を有する樹脂を用いる。あるいは、第２の基板２から光を入射させる場合は、透明性を有していても、光を反射、散乱させる色に着色されていても良い。また、後述する第１の電極６と光電変換素子５、あるいは、第１の電極６と後述する第３の電極８との密着を補う機能を付与することもできる。同様に、後述する第２の電極７と光電変換素子５、あるいは、第２の電極７と後述する第４の電極９との密着を補う機能を付与することもできる。

第２の樹脂４は、光電変換素子５を保持し、衝撃等による破損から保護すると同時に、第２の基板２から光を入射させる場合は、透明性を有する樹脂を用いる。あるいは、第１の基板１から光を入射させる場合は、透明性を有していても、光を反射、散乱させる色に着色されていても良い。また、後述する第１の電極６と光電変換素子５、あるいは、第１の電極６と後述する第３の電極８との密着を補う機能を付与することもできる。同様に、後述する第２の電極７と光電変換素子５、あるいは、第２の電極７と後述する第４の電極９との密着を補う機能を付与することもできる。

＜光電変換素子＞
光電変換素子５は、例えば表面処理を行い、ｐｎ接合を形成し、フィンガー電極、バスバー電極や裏面電極を形成し、太陽光で起電力を発生できるよう作製した多結晶太陽電池素子などが挙げられる。

他には、好ましくは単結晶シリコン太陽電池素子や、電極を裏面に集めたバックコンタクトセルが挙げられる。バックコンタクトセルを用いる場合、図示しないが、第１の電極６と第２の電極７は、光電変換素子５の同じ主面に接続する。

なお、光電変換素子５は、光を電気に変換するものであってもよく、電気を光に変換するものであってもよい。光電変換素子５としては、太陽電池素子等の光起電力素子、発光素子、フォトダイオード等が挙げられる。

＜第１、第２、第３および第４の電極＞
第１の電極６は、光電変換素子５から一方の電荷を引き出す電極であり、第３の電極８に接続して光電変換装置Ｘの外部に電荷を供給する。

同様に、第２の電極７は、光電変換素子５から他方の電荷を引き出す電極であり、第４の電極９に接続して光電変換装置Ｘの外部に電荷を供給する。

また、図示しないが、光電変換装置Ｘ内部で、光電変換素子５を複数セル接続し、直列接続することもできる。このようにすることで、複数セルの電荷を電圧高く取り出すことができるようになり、ジュール損失が小さくなることで光電変換装置Ｘの変換効率が向上する。

第３の電極８は接合材１０と第２の基板２の間に存在する電極で、第１の電極６と接続し、光電変換素子５の一方の電荷を光電変換装置Ｘの外部に取り出す。ここで、第３の電極８はアルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜など、第３の電極８上で接合材１０を加熱により封止するだけの耐熱性が必要となる。第３の電極８の形状は、後述する第４の電極９と接しなければどのような形状でも良い。第３の電極８は、接合材１０と第２の基板２との間に位置する部位において、接合材１０と第２の基板２との接触を確保するため、一部第２の基板が露出するように非形成部を有していても良い。

また、第３の電極８は、前述の耐熱性に問題なければ第１の電極６と同じ材料であっても良い。この場合、第１の電極３と第３の電極８を分ける必要なく、一つの部材で光電変換素子５と接続し、光電変換装置Ｘの外部に電荷を取り出すこともできる。

第４の電極９は接合材１０と第２の基板２の間に存在する電極で、第２の電極７と接続し、光電変換素子５の他方の電荷を光電変換装置Ｘの外部に取り出す。ここで、第４の電極９はアルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜など、第４の電極９上で接合材１０を加熱により封止するだけの耐熱性が必要となる。第４の電極９の形状は、第３の電極８と接しなければどのような形状でも良い。第４の電極９は、接合材１０と第２の基板２との間に位置する部位において、接合材１０と第２の基板２との接触を確保するため、一部第２の基板が露出するように非形成部を有していも良い。

また、第４の電極９は、前述の耐熱性に問題なければ第２の電極７と同じ材料であっても良い。この場合、第２の電極７と第４の電極９を分ける必要なく、一つの部材で光電変換素子５と接続し、光電変換装置Ｘの外部に電荷を取り出すこともできる。

＜接合材＞
接合材１０は、第１の基板１と、第２の基板２と、第３の電極８と、第４の電極９とで光電変換装置Ｘを封止する部材である。

接合材１０は、無機材料、有機材料、有機無機複合材料等が用いられる。封止性を高めるという観点からは、ガラス等の無機材料から成るのが好ましい。接合材１０がガラスから成る場合、接合材１０は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、三酸化二ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化テルル（ＴｅＯ_２）、三酸化アルミウム（Ａｌ２Ｏ３），二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、五酸化リン（Ｐ_２Ｏ_５）、酸化ルテニウム（Ｒｕ_２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２Ｏ）、酸化ロジウム（Ｒｈ_２Ｏ）、三酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化チタニウム（ＴｉＯ_２）、三酸化タングステン（ＷＯ_３）、三酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、三酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、ホウ酸鉛ガラス（ｌｅａｄ−ｂｏｒａｔｅ ｇｌａｓｓ）、リン酸錫ガラス（ｔｉｎ−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｇｌａｓｓ）、及びホウ素シリケート（ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ）よりなる群から選択された１種の物質、または、これらの組み合わせからなるガラスであることが望ましい。これにより接合材１０の軟化点を、青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料から成る第１の基板１および第２の基板２の軟化点より低くすることができ、光電変換装置Ｘを封止する際に第１の基板１、第２の基板２に熱応力を生じるのを抑制することができる。

接合材１０は、一対の基板１，２の対向面に直交するとともに接合材１０の光電変換素子５側の側面およびその反対側の側面を横切る接合材の断面において、光電変換装置Ｘの中央側の部位１０ａ（光電変換素子５側）、光電変換装置Ｘの外側の部位１０ｃと比べ、中央部１０ｂが薄く形成されている。このようにすることで、第１の基板１、第２の基板２の少なくともいずれか一方に応力を加えることができる。このとき、応力の加わる方向が、第１の基板１の接合材１０との接合部、もしくは第２の基板２の接合材１０との接合部が接合材１０側へ引っ張り応力を受ける方向となる。その結果、第１の基板１または第２の基板２の光電変換素子５に対応する部位（接合材１０より内側の部位）を、光電変換素子５とは反対側に押し出すような応力が生じる。よって、光電変換装置Ｘに外部から応力が加わった場合、これに対抗する方向へ応力を加えられていることとなり、外部からの応力による第１の基板１もしくは第２の基板２の変形を抑制するこができる。

このような中央部１０ｂが薄い接合材１０は、例えば、第１の基板１と第２の基板２とを接合する際、接合材１０を、その中央部１０ｂが側面側（光電変換素子５側およびその反対側）の部位１０ａ，１０ｃよりも高温となるように熔融させた後、接合材１０を冷却し、接合材１０の中央部１０ｂを側面側の部位１０ａ，１０ｃよりも大きく収縮させることによって、接合材１０の中央部１０ｂを薄くさせることができる。つまり、接合材１０がより高温となっている状態から冷却した場合の方が、収縮率が大きくなるため、冷却後の接合材１０は高温となっていた部位が薄くなる。

接合材１０の中央部１０ｂを高温とする方法は、例えば、レーザーを接合材１０の中央部１０ｂに照射することにより、側面側の部位１０ａ，１０ｃと中央部１０ｂとに温度差を生じさせることができる。

また、中央部１０ｂが薄い接合材１０は、接合材１０を熔融させて第１の基板１と第２の基板２とを接合する際、接合材１０の中央部１０ｂに気泡を発生させるか、または、中央部１０ｂの気泡を大きくした後、接合材１０を冷却し、上記の気泡を収縮させて接合材１０の中央部１０ｂを薄くさせることができる。つまり、気泡を構成する気体は冷却時の収縮率が大きいため、接合材１０の熔融時において中央部１０ｂの気泡の占有体積を側面側の部位１０ａ，１０ｃよりも大きくしておけば、接合材１０を冷却した際、気泡で占有されていた部位が大きく収縮することとなる。

このように接合材１０の中央部１０ｂに気泡を発生させるか、または、中央部１０ｂの気泡を大きくするための方法としては、接合材１０中に気体や水分を含ませておき、第１の基板１と第２の基板２とを接合材１０を介して接合する際、接合材１０の中央部１０ｂをレーザー照射等で局所的に加熱することにより、含ませておいた気体や水分を気泡として成長させることができる。また、接合材１０中に加熱によりガスを生じる物質を含ませておいてもよい。

接合材１０は、スクリーン印刷法またはディスペンス法によって、第１の基板１または第２の基板２上に形成されることが好ましい。スクリーン印刷法やディスペンス法で接合材１０を塗布する際、空気が接合材１０中に混入されやすくなる。その結果、接合材、混入した空気を膨張させることによって、気泡１０を良好かつ容易に生じさせることができる。

接合材１０をレーザーで加熱する場合、接合材１０は、例えば、顔料等の光吸収剤を含むガラス、もしくは積層したガラスの一部の層に顔料等の光吸収材を含ませたものとすればよい。接合材１０をレーザーで加熱して第１の基板１と第２の基板２とを接合する場合、光電変換装置Ｘの他部材に与える熱量を極力抑制しながら、接合材１０を十分に軟化させることができるため好ましい。また、レーザー加熱できるガラスであれば、接合材１０は、顔料を含んでいなくとも良い。また、第３の電極８、第４の電極９をレーザー加熱時の熱から保護するため、レーザー光を吸収する顔料、染料を第１の基板１側に配置し、第３の電極８、第４の電極９側には顔料、染料を極力少なくした多段構造とすると良い。

また、接合材１０は、第１の基板１および第２の基板２の少なくとも一方の端部に位置することが好ましい。このような構成により、光電変換素子５に対応する基板の中央部において、光電変換素子５側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができ、外部から光電変換素子５へ向かって加わる応力に対する耐性をより高めることができる。

図２は、本発明の光電変換装置にかかる第二の実施形態を示した断面図である。第２の実施形態の光電変換装置Ｘ’において、第１の実施形態と同じ構成のものには、同じ符号を付している。第２の実施形態の光電変換装置Ｘ’は、光電変換素子として、第２の基板２の表面に形成された半導体層を含む薄膜光電変換体１２を用いている点で第１の実施形態の光電変換装置Ｘと異なっている。

このような薄膜光電変換体１２を用いた光電変換装置Ｘ’においても、中央部１０ｂが薄い接合材１０を用いることにより、光電変換装置Ｘ’の外部からの応力に対する耐性を高めることができる。

＜薄膜光電変換体＞
薄膜光電変換体１２は、例えばアモルファスシリコン光電変換体、アモルファスシリコン／微結晶シリコンタンデム光電変換体、ＣｄＴｅ光電変換体、ＣＩＧＳ光電変換体、有機薄膜光電変換体であり、薄膜光電変換体内部で、少なくとも一つのｐｎ接合、もしくはｐｉｎ接合を形成し、太陽光で起電力を発生できるよう作製される。

図２に図示した薄膜光電変換体１２は、第５の電極２０上に薄膜形成方法等で形成されており、その上に第６の電極２１を有している。薄膜光電変換体１２の第５の電極２０は、隣接する薄膜光電変換体１２の第６の電極２１と接続され、第２の基板２の主面上で複数の薄膜光電変換体１２が直列接続を形成している。このようにすることで、複数セルの電荷を電圧高く取り出すことができるようになり、ジュール損失が小さくなることで光電変換装置Ｘの変換効率が向上する。

＜第５の電極および第６の電極＞
第１の電極６は、薄膜光電変換体１２から一方の電荷を引き出す電極であり、第３の電極８に接続して光電変換装置Ｘの外部に電荷を供給する。

第５の電極２０は、第２の基板２上に形成されており、レーザースクライブ等を施して複数個に分断され、それぞれの主面上に薄膜光電変換体１２を有する。第５の電極２０は、薄膜光電変換体１２から一方の電荷を引き出して一方の電荷を光電変換装置Ｘ’の外部に取り出す機能と、隣接する光電変換体１２の第６の電極２１と接続して一方の電荷と他方の電荷を結合させる機能と、第６の電極２１で引き出した他方の電荷を薄膜光電変換装置Ｘ’の外部に取り出す機能とに分けられる。

第５の電極２０は、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜、アンチモンドープ酸化スズ膜等の１種類、もしくはこれらの積層体から選ばれる。第５の電極２０は、一方の電荷を光電変換装置Ｘ’の外部に取り出すことができるように第２の基板２と接合材１０との間に形成されているため、第５の電極２０上で接合材１０を加熱により封止するだけの耐熱性を有する。第５の電極２０は、接合材１０と第２の基板２との接触を確保するため、一部に第２の基板２を露出させる非形成部を有していても良い。

第６の電極２１は、薄膜光電変換体１２上に形成され、薄膜光電変換体１２から他方の電荷を引き出す機能を有する。第６の電極２１は、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜、アンチモンドープ酸化スズ膜等の１種類、もしくはこれらの積層体から選ばれる。さらに、第６の電極２１上には、銀などの金属からなるフィンガー電極を、印刷法、ディスペンシングなどによって形成し、焼成することで抵抗をさらに低下させ、変換効率を向上させることもできる。

図３は、本発明の光電変換装置にかかる第三の実施形態を示した断面図である。第３の実施形態の光電変換装置Ｘ’’において、第１および第２の実施形態と同じ構成のものには、同じ符号を付している。第３の実施形態の光電変換装置Ｘ’’は、光電変換素子として、電荷輸送層１４および多孔質光吸収層１３を含む光電変換体１６（色素増感型光電変換体）を用いている点で第１および第２の実施形態の光電変換装置Ｘ、Ｘ’と異なっている。

光電変換装置Ｘ''は、一対の電極２２、多孔質光吸収層１３、電荷輸送層１４、触媒層１５、スペーサー１７が形成されている。多孔質光吸収層１３の一方側に、一方の電極２２が一方の電荷を取り出すために接続されている。また、多孔質光吸収層１３の他方側に電荷輸送層１４および他方の電極２２が他方の電極を取り出すために接続されている。

このような電荷輸送層１４および多孔質光吸収層１３を含む光電変換体１６を用いた光電変換装置Ｘ’’においても、中央部１０ｂが薄い接合材１０を用いることにより、光電変換装置Ｘ''の外部からの応力に対する耐性を高めることができる。

＜一対の電極＞
一対の電極２２は、後述する多孔質光吸収層１３で発生した電荷を取りだす機能を有し、第１の基板１の一主面および第２の基板２の一主面に設けられている。この電極２２は、光が入射される側にある場合、可視光に対して透光性を有する必要がある。

電極２２の材質としては、例えば、ＩＴＯ（錫ドープインジウム酸化物：酸化インジウム錫）層、ＦＴＯ（フッ素ドープ錫酸化物）層、または酸化錫層で形成される。また、電極２２の厚みは、製造の簡易さ、および適度なシート抵抗とするという観点から、０．３〜２μｍ程度がよい。このような電極２２は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スプレー法等によって層状に形成される。

＜触媒層＞
触媒層１５は、電荷輸送層１４との接触面にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ等や、カーボン、ＰＥＤＯＴ：ＴｓＯ（ポリエチレンジオキシチオフェン−トルエンスルフォネート）等から構成される。このようにすることで、電荷輸送層１４から電極２２への電荷移動を効率良く行うことができる。

＜電荷輸送層＞
電荷輸送層１４は、触媒層１５から受けとった電荷を、後述する多孔質光吸収層１３中の色素に渡す機能を有している。この電荷輸送層１４は、例えば、液状（電解液）、ゲル状、固体（ポリマー状）を用いることができ、注入後に固体になるようなものであってもよい。

電荷輸送層１４は、電解液の場合、例えば、ヨウ素／ヨウ化物塩、臭素／臭化物塩、コバルト錯体、フェロシアン化カリウム等が挙げられる。なお、「ヨウ素／ヨウ化物塩」という表記は、電解質の化学反応によってヨウ素とヨウ化物塩の含有率が変化するものであることを意味する。また、電荷輸送層１４は、注入時に液状またはゲル状であり、注入後に固体となるものの場合、ゲル電解質、ポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール、ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤等が挙げられる。また、電荷輸送層１４、即ち、第１の基板１の一主面と第２の基板の一主面との間の距離は、１〜５００μｍ程度がよい。

＜スペーサー＞
スペーサー１７は、第１の基板１と第２の基板２との間に電荷輸送層１４を閉じ込め、隣り合う多孔質光吸収層１３間での電荷再結合によるエネルギー損失を抑制するべく、電荷輸送層１５の周囲に配される。このスペーサー１７は、例えば、ガラスフリットのようなガラス材料、ポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリレート樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、スペーサー１７を樹脂材料で構成する場合は、電荷輸送層１４と接触する部位に、上述した有機材料を配し、該有機材料の外周部をさらにガラス材料で覆うような構成であれば、より気密性および機械的強度を高めることができる。

＜多孔質光吸収層＞
多孔質光吸収層１３は、色素を孔内に担持する機能を有する多孔質体と、多孔質体に吸着した色素とで構成されている。多孔質光吸収層１３は、多孔質体の表面積が大きく、色素をより多く担持（吸着）させることができるため、効率良く光を吸収して光電変換効率向上に寄与する。

このような多孔質体の材料としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、インジウム（Ｉｎ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）等の金属の少なくとも１種の金属酸化物半導体がよく、また窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、弗素（Ｆ）、硫黄（Ｓ）、塩素（Ｃｌ）、リン（Ｐ）等の非金属元素の１種以上を含有していてもよい。特に、酸化チタンは、バンドギャップが可視光以下の太陽光を吸収することのない３．７ｅＶであり、好ましい。また、多孔質体は、電子エネルギー準位においてその伝導帯が色素の伝導帯よりも低いｎ型半導体がよい。

また、多孔質光吸収層１３は、多孔質体であるため、内部に微細な空孔（孔径が好ましくは１０〜４０ｎｍ程度のもの）を多数有している。また、多孔質光吸収層１３の厚みは、光電変換作用を最適化するという観点から、１〜５０μｍがよく、より好適には１０〜３０μｍがよい。また、多孔質光吸収層１３と電極２２との間に、ｎ型酸化物半導体の極薄（厚み２００ｎｍ程度）の緻密層を挿入するとよく、電極２２から電荷輸送層１４への逆電流を抑制する効果がある。

色素は、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニンやポルフィリン、多環芳香族化合物、ローダミンＢ等のキサンテン系のものを用いること色素が好ましい。

多孔質光吸収層１３に色素を吸着させるためには、色素に少なくとも１個以上のカルボキシル基、スルホニル基、ヒドロキサム酸基、アルコキシ基、アリール基、ホスホリル基等を置換基として有することが有効である。ここで、置換基は色素自体を多孔質光吸収層１３の多孔質体に強固に化学吸着させることができ、励起状態の増感色素から多孔質体へ容易に電荷移動できるものであればよい。

多孔質光吸収層１３に色素を吸着させる方法としては、例えば、第１の基板１上に形成された多孔質光吸収層１３を、色素を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。多孔質光吸収層１３に色素を吸着させる際、色素を溶解させる溶液の溶媒としては、例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物等を１種または２種以上混合したものが挙げられる。溶液中の色素の濃度は５×１０^-5〜２×１０^-3ｍｏｌ／ｌ（ｌ（リットル）：１０００ｃｍ³）程度が好ましい。

＜注入孔および封孔部材＞
なお、図３では図示しないが、第１の基板１もしくは第２の基板２に、注入孔を形成することで、多孔質光吸収層１３への色素吸着と、電荷輸送層１４の注入を、接合材１０形成後に行うこともできる。

この場合、注入孔は、電荷輸送層１４を第１および第２の基板の間に注入できる大きさであれば、形状等は特に限定されるものではなく、例えば、横断面形状が円形状、楕円形、または四角形等の多角形等であってもよい。注入孔の大きさとしては、例えば、横断面形状が円形状であれば、直径が０．１〜３ｍｍ程度がよい。また、注入孔は１つとは限らず、複数個あってもよい。さらに、注入孔は第１の基板１のみに設けてもよく、また、第１および第２の基板それぞれに設けてもよい。なお、注入孔は、電荷輸送層１４を注入するだけでなく、電荷輸送層１４の排出、色素溶液の注入および排出等にも使用可能である。

また、第１の基板１、もしくは第２の基板２に注入孔を形成した場合、封孔部材で電荷輸送層１４が外部に漏れるのを防ぎ、また外部から酸素や水分が光電変換装置Ｘ''に浸入するのを防ぐ。この封孔部材は、注入孔を塞ぐように、第１の基板１、もしくは第２の基板２の他主面と接着される。

封孔部材は、電荷輸送層１４に対する耐食性が高い樹脂材料を含んでいる。このような樹脂材料としては、例えば、フィルム形状のポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、およびフッ素樹脂あるいは液体状のブチル樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂材料は、機械的強度を高めるという観点から、必要に応じてフィラー等を含有させてもよい。

また、封孔部材の接着には、レーザ吸収成分とガラス成分を含むガラスフリットを用いることが好ましい。このレーザ吸収成分は、レーザ光を選択的に吸収し、そのエネルギーを熱に変換することでガラスフリットを効率よく熔融し、焼結させる役割を担う。このレーザ吸収成分は、ガラスフリットを成すマトリックスの一部として熔融されていることが好ましいが、マトリックス中に偏析していてもよい。また、ガラスフリットの熱膨張係数は、第２の基板２の熱膨張係数と近くなるようにすれば、クラック等の不具合の発生を低減することができる。ガラスフリットを成すガラス成分としては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＭＯ_Ｘ系、Ｂ_２Ｏ_３−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＭＯ_Ｘ系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ｎａ（Ｋ）_２Ｏ−ＭＯ_Ｘ系、Ｐ_２Ｏ_５−ＭｇＯ−ＭＯ_Ｘ系（Ｍは一種以上の金属元素で、Ｘは整数である。）などが挙げられる。また、レーザ吸収成分としては、例えば、クロム、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、または炭素の単体または酸化物、もしくはこれら２種以上の化合物が挙げられる。

本発明に係る接続構造およびその製造方法は、上述した本発明の光電変換装置およびその製造方法を含むものであるが、これに限定されない。光電変換装置に限らず、他の分野においても適用可能である。例えば、電子部品を収納するパッケージにおいて、電子部品の収納用容器と蓋体とを接合材を介して接合するような接合構造においても適用可能である。

Ｘ、Ｘ’、Ｘ''：光電変換装置（接続構造）
１：第１の基板
２：第２の基板
３：第１の樹脂
４：第２の樹脂
５：光電変換素子
６：第１の電極
７：第２の電極
８：第３の電極
９：第４の電極
１０：接合材
１０ａ：接合材の光電変換素子側部
１０ｂ：接合材中央部
１０ｃ：接合材外側部
１２：薄膜光電変換体（光電変換素子）
１３：多孔質光吸収層
１４：電荷輸送層
１５：触媒層
１６：光電変換素子
２０：第５の電極
２１：第６の電極
２２：電極

Claims (13)

1. 対向する一対の基板と、
   前記一対の基板間に設けられた光電変換素子と、
   前記一対の基板同士を接合する接合材と、を含み、
   前記一対の基板の対向面に直交するとともに前記接合材の前記光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっていることを特徴とする光電変換装置。
2. 前記接合材がガラスである請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記光電変換素子が結晶シリコンを含む請求項１または２に記載の光電変換装置。
4. 前記光電変換素子が前記基板の表面に形成された半導体層を含む請求項１または２に記載の光電変換装置。
5. 前記光電変換素子が色素増感型光電変換体である請求項１または２に記載の光電変換装置。
6. 前記接合材は前記基板の端部に位置することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電変換装置。
7. 一対の基板を準備する段階と、
   前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、
   前記接合材を、その中央部が側面側の部位よりも高温となるように熔融させて前記基板を貼り合わせる段階と、
   前記接合材を冷却し、前記中央部を前記側面側の部位よりも大きく収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
8. 一対の基板を準備する段階と、
   前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、
   前記接合材を熔融させて前記基板を貼り合わせる際、前記接合材の中央部に気泡を発生させるか、または、気泡を大きくする段階と、
   前記接合材を冷却し、前記気泡を収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
9. 前記接合材はスクリーン印刷法またはディスペンス法で形成されることを特徴とする請求項８に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
10. 対向する一対の基板を接合材で接合した接合構造であって、
    前記一対の基板の対向面に直交する前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっていることを特徴とする接合構造。
11. 前記接合材がガラスである請求項１０に記載の接合構造。
12. 一対の基板を準備する段階と、
    前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、
    前記接合材を、その中央部が側面側の部位よりも高温となるように熔融させて前記基板を貼り合わせる段階と、
    前記接合材を冷却し、前記中央部を前記側面側の部位よりも大きく収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする接合構造の製造方法。
13. 一対の基板を準備する段階と、
    前記一対の基板を接合材を介して対向させる段階と、
    前記接合材を熔融させて前記基板を貼り合わせる際、前記接合材の中央部に気泡を発生させるか、または、気泡を大きくする段階と、
    前記接合材を冷却し、前記気泡を収縮させて前記接合材の中央部を薄くする段階と、を含むことを特徴とする接合構造の製造方法。

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