JP2012256470A - 光電変換素子および光電変換素子モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換効率が高い光電変換素子および光電変換素子モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の光電変換素子は、透光性基板と、該透光性基板上に形成された透明導電層と、該透明導電層上に形成された光電変換層と、該光電変換層に接して形成された多孔性絶縁層と、該多孔性絶縁層に接して形成された反射層と、該反射層上に形成された触媒層とを有し、光電変換層は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含み、透光性基板に向けて垂直に多孔性絶縁層を投影したときの投影面積、および透光性基板に向けて垂直に反射層を投影したときの投影面積は、透光性基板に向けて垂直に光電変換層を投影したときの投影面積よりも大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子モジュールに関する。

化石燃料に代わるエネルギー源として、太陽光を電力に変換する太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池や、薄膜シリコン太陽電池が実用化されている。しかし、前者の太陽電池は、シリコン基板の作製コストが高いという問題があり、後者の薄膜シリコン太陽電池は、多種の半導体製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。このため、いずれの太陽電池も光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、上記の問題を解決するには至っていない。

さらに、新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した光電変換素子が提案されている（たとえば、特許文献１）。この光電変換素子の構造は、２枚のガラス基板の間に、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換層と電解液とを挟持している。上記の２枚のガラス基板の表面にはそれぞれ、第１電極および第２電極が形成されている。

そして、第１電極側から光を照射すると、光電変換層に電子が発生し、発生した電子が一方の第１電極から外部電気回路を通って対向する第２電極に移動する。移動した電子は、電解質中のイオンに運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子の移動により、電気エネルギーを取り出すことができる。

上記特許文献１に記載の光電変換素子は、２枚のガラス基板の電極間に電解液を注入した構造であるため、小面積の太陽電池の試作は可能であるが、１ｍ角のような大面積の太陽電池を作製することは困難である。すなわち、１つの太陽電池セルの面積を大きくすると、発生電流は面積に比例して増加するが、第１電極の面内方向の抵抗が増大し、それに伴って太陽電池としての内部直列電気抵抗が増大する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子（ＦＦ：フィルファクタ）が低下するという問題が起こる。

上記のような問題を解決する試みとして、たとえば特許文献２〜４には、複数個の光電変換素子を直列接続した光電変換素子モジュールが提案されている。この光電変換素子モジュールは、光電変換素子の電極（導電層）と隣り合う光電変換素子の電極（対極導電層）とを電気的に接続することにより内部直列電気抵抗が増大するのを抑制している。

図３は、従来の光電変換素子の構造を示す模式的な断面図である。従来の光電変換素子４０は、図３に示されるように、透光性基板４１上に透明導電層４２が形成されている。この透明導電層４２上に、色素を吸着させた多孔性半導体４３と、反射層４５と、多孔性絶縁層４４と、触媒層４６と、対極導電層４７とをこの順に積層した積層体を形成している。そして、対極導電層４７の上部が支持基板４８となるように、封止材４９によって透光性基板４１と支持基板４８とを固定し、透光性基板４１と支持基板４８と封止材４９とによって積層体を封止している。そして、光電変換素子４０の内部の空間にキャリア輸送材料５１を充填する。

図３に示される従来の光電変換素子は、反射層４５を構成する材料と多孔性絶縁層４４を構成する材料とが異なることにより、反射層４５と多孔性絶縁層４４との間で剥離が起こりやすかった。また、反射層４５は、１００ｎｍ以上の比較的大きな粒径の微粒子によって構成されるものであることから、膜強度が十分ではなく、反射層４５と多孔性絶縁層４４との間で剥離が生じやすかった。

そこで、特許文献５では、上記の反射層と多孔性絶縁層との剥離を防止するために、多孔性半導体と反射層と多孔性絶縁層との積層順序を変えている。このように積層順序を変えることにより、各層間で発生しやすい剥離を抑制することができ、高い歩留まりで光電変換素子を作製することができる。

特許第２６６４１９４号公報 特表平１１−５１４７８７号公報 特開２００１−３５７８９７号公報 特開２００２−３６７６８６号公報 特開２０１０−２６２７６０号公報

特許文献５に示される光電変換素子は、各層間での剥離を防止することはできるが、光電変換層と反射層との間に多孔性絶縁層を設けること、および反射層が光電変換層と同じ形状でしか形成していないことに起因し、反射層が光電変換層の側面方向に形成されていないことから、反射層の光散乱効果が十分に得られない。このため、光電変換素子の光電変換効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、多孔性絶縁層による反射層の光散乱効果の阻害の抑制および側面方向からの光散乱効果を向上させることにより、光電変換効率が高い光電変換素子および光電変換素子モジュールを提供することである。

本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、光電変換素子および光電変換素子モジュールにおいて、多孔質半導体の透光性基板への投影面積よりも投影面積が大きい反射層を形成することにより、反射層による光散乱効果を向上させることができることを見い出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の光電変換素子は、透光性基板と、該透光性基板上に形成された透明導電層と、該透明導電層上に形成された光電変換層と、該光電変換層に接して形成された多孔性絶縁層と、該多孔性絶縁層に接して形成された反射層と、該反射層上に形成された触媒層および対極導電層とを有し、光電変換層は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含み、透光性基板に向けて垂直に多孔性絶縁層を投影したときの投影面積、および透光性基板に向けて垂直に反射層を投影したときの投影面積は、透光性基板に向けて垂直に光電変換層を投影したときの投影面積よりも大きいことを特徴とする。

上記の多孔性絶縁層は、光電変換層の上部に接して形成されており、反射層は、多孔性絶縁層の上部に接して形成されていることが好ましい。多孔性絶縁層は、０．２μｍ以上５μｍ以下の膜厚であることが好ましい。多孔性絶縁層および反射層の合計膜厚は、１０μｍ以上であることが好ましい。

多孔性絶縁層は、１×１０¹²Ω・ｃｍ以下の導電率の材料からなることが好ましい。多孔性絶縁層は、酸化二オブ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素化合物、酸化アルミニウム、およびチタン酸バリウムからなる群より選択される１種以上の化合物からなることが好ましい。

反射層は、酸化アルミニウムまたは酸化チタンを含むことが好ましい。反射層は、多孔性半導体を構成する材料と同一の材料からなることが好ましい。反射層および多孔性半導体は、酸化チタンからなることが好ましい。反射層は、多孔性半導体を構成する材料の平均粒径よりも平均粒径が大きい微粒子からなることが好ましい。

本発明は、２以上の光電変換素子を電気的に直列に接続されてなる光電変換素子モジュールでもあり、光電変換素子モジュールを構成する少なくとも１つの光電変換素子が、本発明の光電変換素子であることを特徴とする。

本発明は、３以上の光電変換素子を電気的に直列および／または並列に接続されてなる光電変換素子モジュールであって、上記の光電変換素子のうちの少なくとも１つが、本発明の光電変換素子であることを特徴とする。

本発明は、２以上の光電変換素子を電気的に直列および／または並列に接続されてなる光電変換素子モジュールであり、該光電変換素子モジュールを構成する全ての光電変換素子が本発明の光電変換素子であることを特徴とする。

本発明によれば、反射層の光散乱効果を向上させることにより、光電変換効率が高い光電変換素子および光電変換素子モジュールを提供することができる。

本発明の光電変換素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の光電変換素子モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。 従来の光電変換素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の光電変換素子および光電変換素子モジュールについて図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。

＜光電変換素子＞
図１は、本発明の光電変換素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。本発明の光電変換素子１０は、図１に示されるように、透光性基板１と、該透光性基板１上に形成された透明導電層２と、該透明導電層２上に形成された光電変換層３と、該光電変換層３に接して形成された多孔性絶縁層４と、該多孔性絶縁層４に接して形成された反射層５と、該反射層５上に形成された触媒層６とを有し、光電変換層３は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含み、透光性基板１に向けて垂直に多孔性絶縁層４を投影したときの投影面積、および透光性基板１に向けて垂直に反射層５を投影したときの投影面積は、透光性基板１に向けて垂直に光電変換層３を投影したときの投影面積よりも大きいことを特徴とする。このような構造とすることにより、反射層５の光散乱効果を向上させることができ、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。

上記のキャリア輸送材料は、光電変換層３だけではなく、多孔性絶縁層４、反射層５、および触媒層６の空隙にもそれぞれ充填されている。また、触媒層６上には対極導電層７が形成されている。透光性基板１と支持基板８とは封止材９によって固定されている。また、透明導電層２は、部分的に断続されており、その断続されている部分をスクライブライン２’という。以下においては、本発明の光電変換素子１０を構成する各部を説明する。

≪透光性基板≫
本発明において、透光性基板１は、少なくとも受光面が光透過性を有する必要があるため、光透過性の材料からなる必要がある。ただし、透光性基板１は、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はなく、後述する色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよい。かかる透光性基板１は、その厚みが０．２〜５ｍｍ程度であることが好ましい。

このような透光性基板１を構成する材料としては、一般に太陽電池に使用されている材料であれば特に限定されず、たとえばソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板などを用いることができる。可撓性フィルムとしては、たとえばテトラアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、フェノキシ樹脂、テフロン（登録商標）などを挙げることができる。

透光性基板１上に加熱を伴って他の部材を形成する場合、すなわちたとえば、透光性基板上に２５０℃程度の加熱を伴って多孔性半導体からなる光電変換層３を形成する場合、透光性基板１としてテフロン（登録商標）を用いることが好ましい。テフロン（登録商標）は、２５０℃以上の耐熱性を有するからである。透光性基板１は、他の構造体に取り付けるときの基体として利用することができる。すなわち、透光性基板１の周辺部に対し、金属加工部品とねじを用いることにより、他の構造体に容易に取り付けることができる。

≪透明導電層≫
本発明において、透明導電層２は、後述する光増感剤に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過する材料であればよく、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はない。このような材料としては、たとえばインジウム錫複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、フッ素をドープした酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、タンタルあるいはニオブをドープした酸化チタンなどを挙げることができる。

かかる透明導電層２は、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法により、透光性基板１上に形成することができる。透明導電層２の膜厚は、０．０２〜５μｍ程度であり、その膜抵抗は低いほど好ましく、４０Ω／ｓｑ以下がより好ましい。

透光性基板１としてソーダ石灰フロートガラスを用いる場合は、透光性基板１上に、ＦＴＯからなる透明導電層２を積層することが好ましく、市販品の透明導電層２付きの透光性基板１を用いてもよい。

≪光電変換層≫
本発明において、光電変換層３は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含むものであり、光増感剤を吸着した多孔性半導体からなるものである。このような構成の光電変換層３は、キャリア輸送材料が層内外を移動することができる。

（多孔性半導体）
光電変換層３を構成する多孔性半導体は、一般に光電変換材料に使用されるものであればその種類は特に限定されず、たとえば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物（ＣｕＩｎＳ₂）、ＣｕＡｌＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂などの半導体およびこれらの組み合わせを用いることができる。これらの中でも、安定性および安全性の点から、酸化チタンを用いることが特に好ましい。

多孔性半導体に好適に用いられる酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンおよび水酸化チタン、含水酸化チタン等を挙げることができ、これらを単独または２種以上を混合して用いることができる。アナターゼ型とルチル型との２種類の結晶系酸化チタンは、その製法や熱履歴によりいずれの形態にもなるが、多孔性半導体を構成する酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタンの含有率が高いことが好ましく、８０％以上のアナターゼ型酸化チタンを含むことがより好ましい。

多孔性半導体は、単結晶および多結晶のいずれによって形成されてもよいが、安定性、結晶成長の容易さ、製造コストなどの観点から、多結晶であることが好ましい。また、多孔性半導体は、ナノスケールからマイクロスケールの半導体微粒子によって構成されることが好ましく、より好ましくは酸化チタンの微粒子を用いることである。かかる酸化チタンの微粒子は、気相法、液相法（水熱合成法、硫酸法）など公知の方法により製造することができる。また、デグサ（Ｄｅｇｕｓｓａ）社が開発した塩化物を高温加水分解することによっても得ることができる。

また、多孔性半導体を構成する半導体微粒子としては、同一の組成からなる半導体化合物を用いてもよいし、２種類以上の異なる組成の半導体化合物を混合して用いてもよい。また、半導体微粒子の粒子サイズとしては、１００〜５００ｎｍ程度の平均粒子径のものを用いてもよいし、５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の平均粒子径のものを用いてもよいし、これらの半導体微粒子を混合したものを用いてもよい。１００〜５００ｎｍ程度の粒子径の半導体微粒子は、入射光を散乱させ光捕捉率の向上に寄与し、５ｎｍ〜５０ｎｍ程度の平均粒子径の半導体微粒子は、吸着点をより多くして色素の吸着量の向上に寄与するものと考えられる。

異なる粒子径の半導体微粒子を２種以上混合して多孔性半導体を構成する場合は、粒子径が小さい半導体微粒子の平均粒子径が、粒子径が大きい半導体微粒子の平均粒子径の１０倍以上であることが好ましい。２種以上の半導体微粒子を混合する場合、吸着作用の強い半導体化合物を粒子サイズの小さな半導体微粒子とするのが効果的である。

多孔性半導体の膜厚、すなわち光電変換層３の膜厚は、特に限定されるものではないが、たとえば０．１〜１００μｍ程度であることが好ましい。多孔性半導体は、その表面積が大きなものが好ましく、たとえば１０〜２００ｍ²／ｇ程度であることが好ましい。

（光増感剤）
上記の多孔性半導体に吸着される光増感剤は、光電変換素子に入射した光エネルギを電気エネルギに変換するために設けられるものである。このような光増感剤を多孔性半導体に強固に吸着させるためには、光増感剤を構成する分子中にインターロック基を有するものが好ましい。ここで、インターロック基とは、一般に、多孔性半導体に色素が固定される際に介在し、励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供するものであり、具体的にはカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などの官能基を挙げることができる。

多孔性半導体に吸着される光増感剤としては、可視光領域や赤外光領域に吸収をもつ種々の有機色素の他、金属錯体色素などを用いることができ、これらの色素の１種または２種以上を組み合わせて用いてもよい。有機色素の吸光係数は、一般に後述する金属錯体色素の吸光係数に比べて大きい。

上記の有機色素としては、たとえばアゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などを挙げることができる。

上記の金属錯体色素としては、金属原子に遷移金属が配位結合したものである。このような金属錯体色素としては、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ルテニウム系色素などを挙げることができる。金属錯体色素を構成する金属原子としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｇａ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｒｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｃ、Ｔｃ、Ｔｅ、Ｒｈなどを挙げることができる。中でも、フタロシアニン系色素、ルテニウム系色素に金属が配位したものが好ましく、ルテニウム系金属錯体色素が特に好ましい。

特に、次式（１）〜（３）で表されるルテニウム系金属錯体色素が好ましい。市販のルテニウム系金属錯体色素としては、たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製の商品名Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５色素、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５−ｂｉｓＴＢＡ色素、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ色素などを挙げることができる。

≪キャリア輸送材料≫
本発明において、図１に示される光電変換素子１０内の空間や空隙の全域にキャリア輸送材料が充填されている。すなわち、キャリア輸送材料１１は、図１に示されるように、透明導電層２、支持基板８、および封止材９によって囲まれた領域に含まれている。さらに、キャリア輸送材料は、光電変換層３、多孔性絶縁層４、反射層５、および触媒層６の空隙にも充填されている。なお、本明細書において、キャリア輸送材料１１は、便宜的に他の構成要素が介在せず、キャリア輸送材料のみで満たされている領域を意味する。

このようなキャリア輸送材料は、イオンを輸送できる導電性材料で構成されるものであり、好適な材料としては、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質などを用いることができる。

液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に太陽電池の分野に使用されるものであれば特に限定されず、たとえば酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩からなるもの、または酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤と溶融塩からなるものを用いることができる。

酸化還元種としては、たとえば、Ｉ^-／Ｉ^3-系、Ｂｒ^2-／Ｂｒ^3-系、Ｆｅ²⁺／Ｆｅ³⁺系、キノン／ハイドロキノン系などを挙げることができ、具体的には、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ₂）などの金属ヨウ化物とヨウ素（Ｉ₂）の組み合わせ、テトラエチルアンモニウムアイオダイド（ＴＥＡＩ）、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド（ＴＰＡＩ）、テトラブチルアンモニウムアイオダイド（ＴＢＡＩ）、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド（ＴＨＡＩ）などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素の組み合わせ、および臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ₂）などの金属臭化物と臭素の組み合わせが好ましく、これらの中でも、ＬｉＩとＩ₂の組み合わせが特に好ましい。

また、酸化還元種の溶剤としては、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が特に好ましい。これらの溶剤は２種類以上を混合して用いることもできる。

固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料で、太陽電池の電解質として用いることができ、流動性がないものであればよい。具体的には、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのｐ型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などが挙げられる。

ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などが挙げられる。

溶融塩ゲル電解質は、通常、上記のようなゲル電解質と常温型溶融塩からなる。常温型溶融塩としては、たとえば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などが挙げられる。

上記の電解質には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。添加剤としては、t-ブチルピリジン（ＴＢＰ）などの含窒素芳香族化合物、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド（ＤＭＰＩＩ）、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド（ＭＰＩＩ）、エチルメチルイミダゾールアイオダイド（ＥＭＩＩ）、エチルイミダゾールアイオダイド（ＥＩＩ）、ヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド（ＨＭＩＩ）などのイミダゾール塩が挙げられる。

電解質中の電解質濃度は、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲が好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲がより好ましい。ただし、色素増感太陽電池モジュールにおいて、支持基板８が受光面となる場合、入射光が電解液を通して光電変換層３に達し、キャリアが励起されることになる。そのため、電解質濃度により、太陽電池の性能が低下する場合があるので、この点を考慮して電解質濃度を設定することが好ましい。

≪多孔性絶縁層≫
本発明において、多孔性絶縁層４は、光電変換層３に接して設けられるものであり、該多孔性絶縁層４により光電変換層３から対極導電層７へのリーク電流を低減することができる。多孔性絶縁層は、光電変換層３の上部および側面に接して形成されていることが好ましい。このように光電変換層３の上部および側面を覆うように形成することにより、光電変換層３からのリーク電流を低減することができるからである。

多孔性絶縁層４を構成する材料としては、たとえば、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、シリカガラス、ソーダガラスなどの酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられ、これらの材料の１種または２種以上を組合せて用いることができる。多孔性絶縁層４に用いられる材料は、粒子状であるのが好ましく、その平均粒径は５〜５００ｎｍであることがより好ましく、さらに好ましくは１０〜３００ｎｍである。また、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの酸化チタンまたはルチル型酸化チタンを好適に用いることができる。

上記の多孔性絶縁層４は、１×１０¹²Ω・ｃｍ以下の導電率の材料からなることが好ましく、導電率は低いほど好ましい。このような導電率の材料を用いることにより、光電変換層３から対極導電層７へのリーク電流をより低減することができる。一方、多孔性絶縁層４が１×１０¹²Ω・ｃｍを超える導電率の材料であると、リーク電流が流れやすくなり、フィルファクタが低下する等により光電変換効率が低下するため好ましくない。

多孔性絶縁層４は、０．２μｍ以上５μｍ以下の膜厚であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上２μｍ以下の膜厚である。多孔性絶縁層４の膜厚が５μｍを超えると、反射層の光散乱効果を阻害し、短絡電流値（Ｊｓｃ）が低下するため好ましくない。また、多孔性絶縁層４の膜厚が０．２μｍ未満であると、リーク電流が発生しやすくなるため好ましくない。

≪反射層≫
本発明において、反射層５は、多孔性絶縁層４上に形成されるものであり、該反射層５により光電変換層３を透過した光を反射して、再度光電変換層３に入射させることができる。このようにして光電変換層３に反射した光が入射されることにより、光電変換効率を高めることができる。このような反射層５は、多孔性絶縁層４の上部に接して光電変換層をカバーするより大きな面積で形成されていることが好ましく、多孔性絶縁層４の上面に同じ形状で形成されることがより好ましい。このようにして反射層５が多孔性絶縁層の表面全面を覆うように形成されることにより、光電変換層３を通過した光を反射して、再度光電変換層に光を入射させることができる。

ここで、反射層５は、等光を反射することができる材料であればいかなる材料をも用いることができ、たとえば酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム等を用いることができる。上記の材料の中でも、反射層５は、酸化アルミニウムまたは酸化チタンを含むことがより好ましく、さらに好ましくは多孔性半導体を構成する材料と同一の材料からなることである。

上記の反射層５は、多孔性半導体を構成する微粒子よりも平均粒子径が大きい微粒子の割合が高いほど好ましく、より好ましくは反射層５が多孔性半導体を構成する微粒子よりも平均粒子径が大きい微粒子のみによって構成されることである。また、反射層５の膜厚は、５μｍ以上であることが好ましい。反射層５の膜厚が５μｍ未満であると、光の反射率が低下することに加え、反射層上に形成する触媒層および対極導電層と、多孔性半導体または透明電極層とが接触する可能性が高くなるため好ましくない。

ここで、多孔性絶縁層および反射層の合計膜厚は、１０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１１μｍ以上２０μｍ以下である。多孔性絶縁層および反射層の合計膜厚が１０μｍ未満であると、反射層上に形成する触媒層および対極導電層と、多孔性半導体または透明電極層とが接触する可能性が高くなるため好ましくなく、２０μｍを超えると、キャリア輸送材料による輸送抵抗が大きくなるため好ましくない。また、多孔性絶縁層上に反射層を形成し、その厚みを上記の範囲内にすることにより、反射層にリークを抑制するための絶縁層の効果を持たせることができる。

≪触媒層≫
本発明において、触媒層６は、対極導電層７に接して設けられるものであり、該触媒層６により対極導電層７との電子の受け渡しを効率的に行なうことができる。このような触媒層６は、その表面で電子の受け渡しができる材料であれば特に限定されずいかなるものをも用いることができ、たとえば白金、パラジウムなどの貴金属材料、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボン系材料などを挙げることができる。

≪対極導電層≫
本発明において、対極導電層７は、導電性を有するものであれば特に限定されず、光透過性を必ずしも有していなくてもよい。ただし、支持基板８を受光面にする場合は、透明導電層と同様に光透過性を有する必要がある。

上記の対極導電層７を構成する材料としては、たとえば、インジウム錫複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化錫にフッ素をドープしたもの（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを用いることができる他、チタン、ニッケル、タンタルなど、電解液に対して腐食性を示さない金属を用いてもよい。このような材料からなる対極導電層７は、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法により形成することができる。

対極導電層７の膜厚は、０．０２μｍ〜５μｍ程度であることが好ましく、対極導電層７の膜抵抗は低いほどよく、４０Ω／ｓｑ以下が好ましい。対極導電層７を構成する材料が緻密な構造のものである場合は、光増感剤を吸着しやすくしたり、キャリア輸送材料が容易に通過したりするように、対極導電層７に複数の小孔を形成することが好ましい。

かかる小孔は、対極導電層７に対し、物理接触やレーザー加工をすることによって形成することができる。小孔の大きさは、０．１〜１００μｍ程度が好ましく、１〜５０μｍ程度がより好ましい。小孔間の間隔は１〜２００μｍ程度であることが好ましく、１０〜３００μｍ程度であることがより好ましい。また、対極導電層７にストライプ状の開口部を形成することによっても同様な効果が得られる。ストライプ状の開口部は、１μｍ〜２００μｍ程度の間隔であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜３００μｍ程度の間隔である。

≪支持基板≫
本発明において、支持基板８は、キャリア輸送材料１１を内部に保持し、かつ外部からの水などの浸入を防ぐことができるものを用いる必要がある。このような支持基板８が受光面となる場合は、透光性基板１と同様の光透過性が必要となるため、透光性基板１と同様の材料を用いる必要がある。光電変換素子を屋外に設置する場合を考慮すると、支持基板８は、強化ガラスなどを用いることが好ましい。

ここで、支持基板８（表面に触媒層や対極導電層が形成される場合これらも含む）は、透光性基板１上に形成された光電変換層３とは接触しないことが好ましい。これにより光電変換素子の内部に十分な量のキャリア輸送材料を保持することができる。このような支持基板８は、キャリア輸送材料を注入するための注入口を備えることが好ましい。かかる注入口から真空注入法や真空含浸法などを用いてキャリア輸送材料を注入することができる。また、支持基板８と透光性基板１上に形成された光電変換層３とが接触していないことにより、注入口からキャリア輸送材料を注入するときの注入速度を速くすることができる。このため、光電変換素子および光電変換素子モジュールの製造タクトを向上させることができる。

≪封止材≫
本発明において、封止材９は、透光性基板１と支持基板８とを結合させるために設けられるものである。このような封止材９は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料などからなることが好ましく、これらの２種類以上を用いて積層構造にしてもよい。

封止材９を構成する材料としては、たとえば、スリーボンド社製、型番：３１Ｘ−１０１や、スリーボンド社製、型番：３１Ｘ−０８８や一般に市販されているエポキシ樹脂などを挙げることができる。シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスフリットを用いて封止材９を形成する場合は、ディスペンサーを用いて形成することが好ましく、ホットメルト樹脂を用いて封止材９を形成する場合は、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより形成することができる。

≪多孔性半導体の形成方法≫
透明導電層２上に光電変換層３を構成する多孔性半導体を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。すなわちたとえば、半導体微粒子を適当な溶剤に懸濁した懸濁液を、公知の方法を用いて所定の場所に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことによって多孔性半導体を形成する。

光電変換層３と封止材９とが接触するように光電変換層３を形成したい場合は、懸濁液の粘度を低く調整し、これをディスペンサーなどから封止材９によって分割される領域に塗布することが好ましい。これによりペーストの自重で当該領域の端部まで広がり容易にレベリングする。

懸濁液に用いる溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール／トルエンなどのアルコール系混合溶剤、水などを挙げることができる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト（たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｔｉ−ｎａｎｏｘｉｄｅ、Ｔ、Ｄ、Ｔ／ＳＰ、Ｄ／ＳＰ）を用いてもよい。

このようにして得られた懸濁液を透明導電層２上に塗布した上で、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことにより、透明導電層２上に多孔性半導体を形成する。懸濁液を塗布する方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法など公知の方法を用いることができる。

ここで、多孔性半導体を乾燥および焼成するために必要な条件（温度、時間、雰囲気など）は、半導体微粒子の種類に応じて適宜設定すればよく、たとえば、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で乾燥および焼成する場合は、５０〜８００℃程度の範囲で１０秒〜１２時間程度行なうことが好ましい。この乾燥および焼成は、単一の温度で１回または温度を変化させて２回以上行なってもよい。

多孔性半導体は、複数層を積層したものであってもよい。多孔性半導体を積層させるためには、異なる半導体微粒子の懸濁液を調製し、塗布、乾燥、および焼成の少なくともいずれかの工程を２回以上繰り返すことが好ましい。

このようにして多孔性半導体を形成した後、多孔性半導体の性能を向上させるために、後処理を行なうことが好ましい。多孔性半導体に対し後処理を行なうことにより、半導体微粒子同士の電気的接続を向上したり、多孔性半導体の表面積を増加させたり、半導体微粒子上の欠陥準位を低減させたりすることができる。たとえば、酸化チタンからなる多孔性半導体を、四塩化チタン水溶液で後処理することにより、多孔性半導体の性能を向上させることができる。

≪多孔性絶縁層の形成≫
次に、光電変換層３上に多孔性絶縁層４を形成する。かかる多孔性絶縁層４は、上述の多孔性半導体と同様の方法を用いて形成することができる。すなわち、上記微粒子状の絶縁物を適当な溶剤に分散し、さらにエチルセルロース、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）などの高分子化合物を混合してペーストを作製する。このようにして得られたペーストを光電変換層３上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なう。これにより、光電変換層３上に多孔性絶縁層４を形成することができる。

≪光増感剤の吸着≫
次に、多孔性半導体に光増感剤を吸着させることにより、光電変換層３を作製する。光増感剤を吸着させる方法としては特に限定されず、たとえば、多孔性半導体を上述の色素吸着用溶液に浸漬する方法を用いることができる。この際、色素吸着用溶液を多孔性半導体内の微細孔奥部まで浸透させるために、色素吸着用溶液を加熱してもよい。

光増感剤を溶解させる溶剤としては、光増感剤を溶解するものであればよく、たとえば、アルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、クロロホルム、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。かかる溶剤は、精製されたものを用いることが好ましく、２種類以上を混合して用いてもよい。

色素吸着用溶液に含まれる色素の濃度は、使用する色素、溶剤の種類、色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定することができるが、吸着機能を向上させるためには、高濃度であることが好ましく、たとえば、１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましい。色素吸着用溶液の調製においては、色素の溶解性を向上させるために加熱してもよい。

≪反射層の形成≫
上記で形成した多孔性絶縁層４上に反射層５を形成する。反射層５を形成する方法としては、上述の光電変換層を形成する方法と同様の方法を用いることができる。

≪光電変換素子モジュール≫
本発明は、２以上の光電変換素子を電気的に直列に接続されてなる光電変換素子モジュールでもあり、２以上の光電変換素子のうちの少なくとも１つは、本発明の光電変換素子であることを特徴とするものである。図２は、本発明の光電変換素子モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。図２の光電変換素子モジュール２０は、本発明の光電変換素子を４つ接続したものであり、各光電変換素子が、図１に示されるように、透光性基板２１と、該透光性基板２１上に形成された透明導電層２２と、該透明導電層２２上に形成された光電変換層２３と、該光電変換層２３に接して形成された多孔性絶縁層２４と、該多孔性絶縁層２４に接して形成された反射層２５と、該反射層２５上に形成された触媒層２６とを有し、透光性基板２１に向けて垂直に多孔性絶縁層２４を投影したときの投影面積、および透光性基板２１に向けて垂直に反射層２５を投影したときの投影面積は、透光性基板２１に向けて垂直に光電変換層２３を投影したときの投影面積よりも大きいことを特徴とする。

上記の光電変換層２３、多孔性絶縁層２４、反射層２５、および触媒層２６の空隙には、キャリア輸送材料が充填されている。また、触媒層２６上には対極導電層２７が形成されている。透光性基板２１と支持基板２８とは封止材２９によって接続されている。また、透明導電層２２は、部分的に断続されており、その断続されている部分をスクライブライン２２’という。そして、透光性基板２１の端部には、集電電極３２が設けられている。

本発明の光電変換素子モジュールは、図２に示されるもののみに限定されず、２以上の光電変換素子を電気的に直列および／または並列に接続されてなるものも含まれ、２以上の光電変換素子のうちの少なくとも１つが、本発明の光電変換素子である限り本発明を逸脱するものではない。光電変換素子モジュールは、３以上の光電変換素子を含むことが好ましい。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下において、各層の膜厚は、特に断りのない限り、表面粗さ形状測定機（株式会社東京精密製、商品名：サーフコム１４００Ａ）を用いて測定した値である。

＜実施例１＞
本実施例では、図１に示される光電変換素子１０を作製した。まず、１５ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの透明電極基板（日本板硝子株式会社製、ＳｎＯ₂膜付ガラス）を用意した。該透明電極基板は、ガラスからなる透光性基板１上に、フッ素ドープＳｎＯ₂からなる透明導電層２が成膜されたものである。

透明電極基板上の透明導電層２をレーザースクライブにより切断し、スクライブライン２’を形成した。そして、５ｍｍ×３０ｍｍのパターンを有するスクリーン版とスクリーン印刷機（ニューロング精密工業株式会社製、型番：ＬＳ−１５０）を用いて、上記の透明導電層２上に、市販の酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名：Ｄ／ＳＰ）を塗布し、室温で１時間レベリングを行なった。

その後、酸化チタンペーストの塗膜を８０℃に設定したオーブンで２０分間乾燥した。さらに、上記塗膜を５００℃に設定した焼成炉（株式会社デンケン製、型番：ＫＤＦ Ｐ−１００）を用いて空気中で６０分間焼成した。上記と同様に、酸化チタンペーストの塗布および焼成を各４回ずつ繰り返すことにより、膜厚２５μｍの多孔性半導体を作製した。

次いで、多孔性半導体上に平均粒子径が５０ｎｍのジルコニア粒子を含むペーストを７ｍｍ×３８ｍｍのパターンを有するスクリーン版とスクリーン印刷機を用いて塗布した。その後、上記のペーストを５００℃で６０分間焼成することにより、平坦部分の膜厚が４μｍの多孔性絶縁層４を形成した。この多孔性絶縁層４の導電率をインピーダンス測定装置（製品名：１２５５（Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製））によって測定したところ、２×１０¹³Ω・ｃｍであることが確認された。

次に、上記の多孔性絶縁層４の作製に用いたスクリーン版と同じパターンのスクリーン版を用いて、３００ｎｍの平均粒子径の酸化チタン粒子を含むペーストを塗布した。その後、ペーストを５００℃、６０分間の焼成を行なうことにより、平坦部分の厚みが１１μｍの反射層５を形成した。よって、多孔性絶縁層４と反射層５との合計膜厚は１５μｍであった。

次に、反射層５上のうちの多孔性半導体を形成した位置の直上に、Ｐｔからなる触媒層６を蒸着により形成した。該触媒層６は、多孔性半導体と同じ大きさにした。さらに、上記の触媒層６上に、９ｍｍ×３６ｍｍの大きさの対極導電層７を蒸着により形成した。

次いで、体積比１：１のアセトニトリルとｔ−ブタノールとの混合溶剤に対し、上記式（２）の色素（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名：Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０ １Ｈ３ＴＢＡ）を濃度４×１０^-4モル／リットルになるように溶解させて色素吸着用溶液を調製した。

この色素吸着用溶液に上記で作製した多孔性半導体を浸漬させて、その状態を室温で１００時間保った。その後、多孔性半導体をエタノールで洗浄し、約６０℃で約５分間乾燥させることにより、多孔性半導体に色素を吸着させた。このようにして色素が吸着した多孔性半導体からなる光電変換層３を作製した。

支持基板８としては、１１ｍｍ×４０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。そして、開口部を有する熱溶着フィルム（デュポン社製、ハイミラン１７０２）を用いて、支持基板８と透光性基板１とを貼り合わせた。次いで、約１００℃に設定したオーブンで１０分間加熱することにより、支持基板８と透光性基板１とを圧着した。この熱融着フィルムが封止材９となる。

次いで、支持基板８に設けられた電解液注入用孔から予め調製したキャリア輸送材料を注入した。キャリア輸送材料は、アセトニトリルを溶剤として、酸化還元種としてＬｉＩ（アルドリッチ社製）が濃度０．１モル／リットル、Ｉ₂（キシダ化学社製）が濃度０．０１モル／リットルになり、さらに添加剤としてｔ−ブチルピリジン（アルドリッチ社製）が濃度０．５モル／リットル、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド（四国化成工業社製）が濃度０．６モル／リットルになるように調整したものを用いた。

そして、電解液注入用孔を紫外線硬化樹脂（スリーボンド社製、型番：３１Ｘ−１０１ ２２９）を用いて封止することにより、本実施例の光電変換素子（単セル）を完成した。得られた光電変換素子の透光性基板１に対し、Ａｇペースト（藤倉化成株式会社製、商品名：ドータイト）を塗布することにより、集電電極を形成した。

＜実施例２〜４＞
実施例１に対し、多孔性絶縁層の層厚が表１に示すように異なる他は実施例１と同様の方法により実施例２〜４の光電変換素子を作製した。

＜実施例５＞
実施例１に対し、多孔性絶縁層の材料を酸化ケイ素に代えたことが異なる他は、実施例１と同様にして実施例５の光電変換素子を作製した。

＜実施例６＞
実施例１に対し、反射層の材料を酸化アルミニウムに代えたことが異なる他は、実施例１と同様にして実施例６の光電変換素子を作製した。

＜比較例１＞
実施例１に対し、多孔質半導体と同一の大きさの反射層を形成したことが異なる他は、実施例１と同様にして比較例１の光電変換素子を作製した。

＜実施例７＞
本実施例では、図２に示される構造の光電変換素子モジュールを作製した。まず、縦５０ｍｍ×横３７ｍｍの透明電極基板（日本板硝子株式会社製、ＳｎＯ₂膜付ガラス）を用意した。該透明電極基板は、ガラスからなる透光性基板２１上に、ＳｎＯ₂からなる透明導電層２２が成膜されたものである。

上記の透明導電層２２をレーザースクライブによって切断することにより、縦方向に平行に６０μｍの幅のスクライブライン２２’を形成した。該スクライブライン２２’は透光性基板２１の左端部から９．５ｍｍの位置と、そこから７ｍｍ間隔で合計４箇所に形成した。

次に、実施例１と同様の方法により、透光性基板２１の左端部から６．９ｍｍの位置を中心として２５μｍ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍのサイズの多孔性半導体を形成し、その位置から７ｍｍの間隔で同様のサイズの多孔性半導体を３つ形成した。

そして、該多孔性半導体上に、実施例１と同様の方法によって多孔性絶縁層２４を作製した。かかる多孔性絶縁層２４は、透光性基板２１の左端から６．９ｍｍの位置を中心として、幅５．６ｍｍ、長さ４６ｍｍのサイズで１つ形成した。この左端の多孔性絶縁層２４の中心から７ｍｍの間隔で同様のサイズの多孔性絶縁層を３つ作製した。

次いで、多孔性絶縁層２４上に実施例１と同様の方法によって反射層２５を作製した。そして、反射層２５上にＰｔからなる触媒層２６を形成した。触媒層２６は、多孔性半導体と同様の位置および大きさとした。そして、実施例１と同様の方法によって、対極導電層２７を形成した。対極導電層２７は、透光性基板２１の左端部から７．２ｍｍの位置を中心として、幅５．６ｍｍ、長さ４４ｍｍのサイズで１つ形成し、該左端の多孔性絶縁層２４の中心から７ｍｍの間隔で同様の大きさの対極導電層２７を３つ形成した。

次に、実施例１で用いた色素吸着用溶液に４つの多孔性半導体を浸漬させて、室温で１２０時間保持することによって、多孔性半導体に色素を吸着させた。次に、光電変換層２３の間および透光性基板２１の周囲に、ディスペンサー（ＥＦＤ社製 ＵＬＴＲＡＳＡＶＥＲ）を用いて紫外線硬化樹脂（スリーボンド社製 ３１Ｘ−１０１）を塗布した。そして、縦６０ｍｍ×横３０ｍｍのガラス基板からなる支持基板２８を貼り合わせて、紫外線ランプ（ＥＦＤ社製 ＮＯＶＡＣＵＲＥ）を用いて紫外線を照射した。これにより紫外線硬化樹脂を硬化させて封止材２９を形成した。

その後、実施例１と同様の方法によってキャリア輸送材料を注入し、注入口を紫外線硬化樹脂で封止することにより本実施例の光電変換素子モジュールを完成した。この光電変換素子モジュールの透光性基板上にＡｇペースト（藤倉化成株式会社製、商品名：ドータイト）を塗布することにより、集電電極部を形成した。

＜実施例８＞
実施例１で作製した光電変換素子の積層体を直列方向にレーザースクライブにより切断することにより光電変換素子を２つに分割した。このように２つに分割した光電変換素子を並列に接続することにより本実施例の光電変換素子モジュールを作製した。

＜比較例２＞
実施例７に対し、反射層の形状を多孔性半導体と同一の形状とし、多孔性絶縁層および反射層の膜厚を比較例１と同一としたことが異なる他は実施例７と同様の方法により比較例２の光電変換素子モジュールを作製した。

＜実施例１〜６および比較例１の光電変換素子の太陽電池特性＞
実施例１〜６および比較例１の光電変換素子の受光面に対し、開口部の面積が１．５ｃｍ²である黒色のマスクを設置した。そして、各光電変換素子の受光面に対し、ＡＭ１．５ソーラーシミュレータを用いて１ｋＷ／ｍ²の強度の光を照射することにより、短絡電流値Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ²）、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、フィルファクタ（ＦＦ）、および光電変換効率（％）を測定した。その結果を表１に示す。

＜実施例７〜８および比較例２の光電変換素子モジュールの太陽電池特性＞
実施例７〜８の色素増感太陽電池モジュールの受光面に対し、開口部の面積が７．８ｃｍ²である黒色のマスクを設置した。そして、各光電変換素子の受光面に対し、ＡＭ１．５ソーラーシミュレータを用いて１ｋＷ／ｍ²の強度の光を照射することにより、短絡電流値Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ²）、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、フィルファクタ（ＦＦ）、および光電変換効率（％）を測定した。その結果を表１に示す。

表１において、実施例１〜６の光電変換素子と、比較例１の光電変換素子とを対比すると、実施例１〜６では、光電変換層３の透光性基板１への投影面積が、多孔性絶縁層４および反射層５の透光性基板１への投影面積よりも大きいことにより、短絡電流密度を向上させることができ、もって光電変換効率を向上させることができる。一方、比較例１の光電変換素子は、光電変換層３と反射層５との大きさが同じであるため、光散乱効果が低下し、さらには実施例１では光電変換層以外の部分の多孔性絶縁層および反射層の厚さが十分ではないことにより、短絡が生じフィルファクタが低下し、光電変換効率が低下したものと考えられる。

実施例７〜８の色素増感太陽電池モジュールと、比較例２のそれとを対比することによっても、上記の実施例１〜６および比較例１の対比と同様の結論が導き出される。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２１，４１ 透光性基板、２’，２２’ スクライブライン、２，２２，４２ 透明導電層、３，２３ 光電変換層、４，２４，４４ 多孔性絶縁層、５，２５，４５ 反射層、６，２６，４６ 触媒層、７，２７，４７ 対極導電層、８，２８，４８ 支持基板、９，２９，４９ 封止材、１０，４０ 光電変換素子、１１，５１ キャリア輸送材料、２０ 光電変換素子モジュール、３２ 集電電極、４３ 多孔性半導体。

Claims (13)

1. 透光性基板と、
   前記透光性基板上に形成された透明導電層と、
   前記透明導電層上に形成された光電変換層と、
   前記光電変換層に接して形成された多孔性絶縁層と、
   前記多孔性絶縁層に接して形成された反射層と、
   前記反射層上に形成された触媒層および対極導電層とを有し、
   前記光電変換層は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含み、
   前記透光性基板に向けて垂直に前記多孔性絶縁層を投影したときの投影面積、および前記透光性基板に向けて垂直に前記反射層を投影したときの投影面積は、前記透光性基板に向けて垂直に前記光電変換層を投影したときの投影面積よりも大きい、光電変換素子。
2. 前記多孔性絶縁層は、前記光電変換層の上部および側面に接して形成されており、
   前記反射層は、前記多孔性絶縁層の上部に接して形成されている、請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記多孔性絶縁層は、０．２μｍ以上５μｍ以下の膜厚である、請求項１または２に記載の光電変換素子。
4. 前記多孔性絶縁層および前記反射層の合計膜厚は、１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換素子。
5. 前記多孔性絶縁層は、１×１０¹²Ω・ｃｍ以下の導電率の材料からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換素子。
6. 前記多孔性絶縁層は、酸化二オブ、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素化合物、酸化アルミニウム、およびチタン酸バリウムからなる群より選択される１種以上の化合物からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換素子。
7. 前記反射層は、酸化アルミニウムまたは酸化チタンを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の光電変換素子。
8. 前記反射層は、前記多孔性半導体を構成する材料と同一の材料からなる、請求項１〜７のいずれかに記載の光電変換素子。
9. 前記反射層および前記多孔性半導体は、酸化チタンからなる、請求項１〜８のいずれかに記載の光電変換素子。
10. 前記反射層は、前記多孔性半導体を構成する微粒子の平均粒径よりも平均粒径が大きい微粒子からなる、請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子。
11. ２以上の光電変換素子を電気的に直列に接続されてなる光電変換素子モジュールであって、
    前記光電変換素子の少なくとも１つは、請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子である、光電変換素子モジュール。
12. ３以上の光電変換素子を電気的に直列および／または並列に接続されてなる光電変換素子モジュールであって、
    前記光電変換素子の少なくとも１つは、請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子である、光電変換素子モジュール。
13. ２以上の光電変換素子を電気的に直列および／または並列に接続されてなる光電変換素子モジュールであって、
    前記光電変換素子の全てが請求項１〜９のいずれかに記載の光電変換素子である、光電変換素子モジュール。

Images