JP2013200958A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】発電領域である電池セルの平面面積を大きくとることができる電極構造を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池１０は、光電変換部１２と、光電変換部１２の光入射側に設けられるアノード極１４と、アノード極１４と対向して設けられるカソード極１６を有し、全体がシール材１９で封止される。アノード極１４に電気的に接続して設けられる取出し電極１８が他方の電極の外側面に絶縁部２０を介して延出されて取出し電極１８の外部接続端子１８ａがカソード極１６の外側面に配置され、カソード極１６の一部が外部接続端子２２ａとされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の電極構造に関する。

太陽電池は、広義には光を電力に変換する光電変換素子全般を指す。太陽電池は、一般には、ｐ型およびｎ型半導体のｐｎ接合を利用した半導体素子である。このような半導体素子からなる太陽電池には、シリコン半導体を利用したシリコン系太陽電池、化合物半導体を利用した化合物薄膜系太陽電池、有機半導体を利用した有機薄膜太陽電池等がある。一方、半導体を利用せず、色素が光を吸収して電子を発生する原理を利用した色素増感太陽電池もある。
いずれのタイプの太陽電池も、実用化のためには、発電効率を損なうことなく電力を取り出すことができる電極構造の長期信頼性を達成することが共通する大きな課題である。なお、太陽電池を大気雰囲気から遮断するための封止構造の長期信頼性を達成することも課題であり、特に、色素増感太陽電池は、電池構造を以下に説明するように、電解液を用いることから、確実な封止構造が求められる。

上記後者の色素増感太陽電池は、湿式太陽電池あるいはグレッツェル電池等と呼ばれ、ヨウ素溶液に代表される電気化学的なセル構造を持つ点に特徴がある。色素増感太陽電池は、透明な導電性ガラス板（透明導電膜を積層した透明導電性基板 アノード電極）に二酸化チタン粉末等を焼付け、これに色素を吸着させて形成したチタニア層等の多孔質半導体層と導電性ガラス板（導電性基板 カソード電極）からなる対極の間に電解液（電解質）としてヨウ素溶液等を配置した、簡易な構造を有する。ポーラスな酸化チタン電極の表面に吸着した色素が光を吸収し、電子の励起を生じる。電子を失った色素はヨウ素イオンから電子を受け取り再生する。
色素増感太陽電池は、材料が安価であり、作製に大掛かりな設備を必要としないことから、低コストの太陽電池として注目されている。
しかし、色素増感太陽電池は、他の太陽電池に比べて発電効率が低いことから、発電効率のさらなる向上が求められている。

従来の色素増感太陽電池は、他の太陽電池と同様に、アノード電極およびカソード電極それぞれに電気的に接続される取り出し電極が、平面視で電池の対向する両端等、電池の周囲に延出する。そしてそれぞれの取り出し電極の外部接続端子に導体配線が接続され、２つの導体配線間に負荷が設けられて、発電が行われる（例えば特許文献１参照）。
この電池の周辺に設けられる取り出し電極の延出部は、発電領域としての電池に対して、電池を配置することができない、いわば非発電領域といえる。

この不具合を改善するものとして、隣接するセル間に設けられた配線部（非発電領域）に向かって入射する光の方向を、入射光方向変更部によって、発電領域に向かうように変更する方法が開示されている（特許文献２参照）。
しかし、この場合、入射光方向変更部が発電量領域の一部を覆うように配置されるため、光透過率の低下の原因となる。また、入射光方向変更部を設けるコストが大きい。

ＷＯ２０１１／１３５８１ ＷＯ２００９／０９８８５７

解決しようとする問題点は、従来の太陽電池は、電極構造が占める非発電領域によって発電領域である電池セルの平面面積が制約を受けている点である。

本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、該光電変換部の両面または内部のうちのいずれか一箇所または二以上の箇所に設けられるアノード極と、該アノード極と対向して設けられるカソード極を有し、全体が封止される太陽電池において、
該アノード極および該カソード極のうちの光入射側に配置される一方の電極に電気的に接続して設けられる取出し電極が他方の電極の外側面に絶縁部を介して延出されて該取出し電極の外部接続端子が該他方の電極の外側面に配置されるとともに、該他方の電極の一部が外部接続端子とされることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記一方の電極の取出し電極および前記他方の電極が封止部により封止され、該取出し電極の外部接続端子および該他方の電極の外部接続端子がそれぞれ該封止部に形成した別々の開口から露出されることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記一方の電極の取出し電極の外部接続端子と前記他の電極の外部接続端子が近接して配置されることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記光電変換部が、光入射側に配置される、色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記アノード極が、該色素を吸着した多孔質半導体層の光入射側とは反対側の面に設けられる多孔質導電体層であり、前記カソード極が、該電解質層を介して該多孔質導電体層と対向して設けられる導電体層であり、
前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする。
このとき、好ましくは、前記取出し電極が非孔質導電層であることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記光電変換部が、光入射側に配置される、色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記アノード極が、該色素を吸着した多孔質半導体層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記カソード極が、該電解質層を介して該透明導電体層と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側に透明基板が設けられ、
前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記光電変換部が、光入射側に配置される触媒層、多孔質絶縁層を介して該触媒層の光入射側とは反対側の面に接して設けられる色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記カソード極が、該触媒層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記アノード極が、該電解質層を介して該カソード極と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側に透明基板が設けられ、
前記光入射側に配置される一方の電極が該カソード極であり、前記他方の電極が該アノード極であることを特徴とする。

また、本発明に係る太陽電池は、好ましくは、前記光電変換部が有機半導体層であり、前記アノード極が該有機半導体層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記カソード極が該有機半導体層を介して該透明導電体層と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側の面に透明基板が設けられ、
前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする。

本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の両面または内部のうちのいずれか一箇所または二以上の箇所に設けられるアノード極と、アノード極と対向して設けられるカソード極を有し、全体が封止される太陽電池において、アノード極およびカソード極のうちの光入射側に配置される一方の電極に電気的に接続して設けられる取出し電極が他方の電極の外側面に絶縁部を介して延出されて取出し電極の外部接続端子が他方の電極の外側面に配置されるとともに、他方の電極の一部が外部接続端子とされるため、従来の太陽電池においてアノード電極およびカソード電極それぞれに電気的に接続される取り出し電極が、平面視で電池の対向する両端等、電池の周囲に延出することにより生じていた非発電領域が解消され、その分だけ発電領域である電池セルの平面面積を大きくとることができる。

図１は本実施の形態の第一の例に係る太陽電池の概略構成を示す図である。 図２は本実施の形態の第二の例に係る太陽電池の概略構成を示す図である。 図３は本実施の形態の第三の例に係る太陽電池の概略構成を示す図である。 図４は本実施の形態の第四の例に係る太陽電池の概略構成を示す図である。 図５は本実施の形態の第四の例に係る太陽電池の概略構成を示す図である。

本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。

まず、本実施の形態の第一の例に係る太陽電池について、図１を参照して説明する。

図１に示す本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０は、光電変換部１２と、アノード極１４と、カソード極１６を有する。アノード極１４は、光電変換部１２の両面または内部のうちのいずれか一箇所または二以上の箇所に設けられる。図１は、アノード極１４を光電変換部１２の光入射側の面に設けた例を示す。カソード極１６はアノード極１４と対向して設けられる。太陽電池１０は、適宜の封止材料または封止部材により、全体が封止される。図１はシール材１９により封止する例を示す。
なお、封止材料または封止部材は光電変換部１２を封止できれば足りるものであり、アノード極１４、光電変換部１２およびカソード極１６が積層される側面に封止材料または封止部材を設ければよいことになるが、この場合でも、通常、アノード極１４の外側の面にガラス基板等が設けられ、一方、カソード極１６はそれ自体が金属層で形成されることにより、これらの部材によって封止され、結局、太陽電池１０全体が封止されるということができる。簡易な方法により確実に封止するためには、太陽電池１０の全体をシール材１９で封止することが好適である。
太陽電池１０は、アノード極１４およびカソード極１６のうちの光入射側に配置される一方の電極に電気的に接続して設けられる取出し電極（以下、これを他の実施の形態例では延出部という。）１８が他方の電極の外側面に絶縁部２０を介して延出されて取出し電極１８の外部接続端子１８ａが他方の電極の外側面に配置される。また、他方の電極の一部が外部接続端子２２ａとされる。これにより、従来他方の電極から太陽電池１０の周囲に延出される取り出し電極は完全に不要となる。

図１は、光入射側に配置される一方の電極がアノード極１４であり、他方の電極がカソード極１６である例を示す。図１では、絶縁部２０は、カソード極１６の外側面全体にわたって設けられているが、これに限らず、取出し電極１８とカソード極１６の間、ならびに取出し電極１８の外部接続端子１８ａの周辺第および外部接続端子２２ａの周辺を絶縁できる範囲に絶縁部２０を設け、あるいはシール材１９を設ければ足りる。
また、図１は、取出し電極１８およびカソード極１６が、それぞれシール材１９（封止部）により、光電変換部１２アノード極１４およびカソード極１６で構成される電池セルとともに封止される例を示す。図１において、取出し電極１８の外部接続端子１８ａおよびカソード極１６外部接続端子２２ａはそれぞれ絶縁部２０およびシール材１９に形成した開口（図１中、矢印Ａ、Ｂで示す。）から露出される。なお、図１の模式図では、外部接続端子１８ａ、２２ａは開口Ａ、Ｂから大きく後退しているように見えるが、実際は、絶縁部２０やシール材１９は薄厚であるため、導体配線を接続するのに十分な程度に露出する。
図１の例に限らず、取出し電極１８、カソード極１６およびカソード極１６の外側面は封止を省略してもよい。この場合、取出し電極１８はシール材１９の外側に露出させる。
取出し電極１８の外部接続端子１８ａとカソード極１６の外部接続端子２２ａは、近接して配置されると、これらに接続される導体配線のレイアウト上好適である。

太陽電池１０は、光電変換部１２が色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなる色素増感太陽電池および光電変換部１２が有機半導体層である有機薄膜太陽電池を好適な例として挙げることができる。ただし、本発明の電極構造が適用できるものである限り、太陽電池１０は、その種類を限定するものではない。

以上説明した本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０は、従来の太陽電池においてアノード電極およびカソード電極それぞれに電気的に接続される取り出し電極が、平面視で電池の対向する両端等、電池の周囲に延出することにより生じていた非発電領域が解消され、その分だけ発電領域である電池セルの平面面積を大きくとることができる。

つぎに、本実施の形態の第二の例に係る太陽電池について、色素増感太陽電池を例にとり、図２を参照して説明する。

図２に示す本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池２１は、色素を吸着した多孔質半導体層２１１と、アノード極となり、光の入射側に配置される多孔質な導電性金属層（導電体層）２１２と、導電性金属層２１２と対向して設けられ、力ソード極となる導電体層２２１が多孔質半導体層２１１の導電体層221側に接触して配置された積層構造部を備える。導電性金属層２１２と導電体層２２１の間に電解質を保持した多孔質絶縁層（電解質層）２８が配置される。導電性金属層２１２は、電解質を導電性金属層２１２を介して多孔質半導体層２１１に浸透させるために多孔質に形成される。
積層構造部から導電性金属層２１２の一端部が延出して延出部２３が設けられ、延出部２３が導電体層２２１の裏面（外側の面）に引き回され、配置され、導電体層２２１と延出部２３の間に絶縁層２４が挟んで設けられる。

積層構造部の多孔質半導体層２１１の側の上面に第一の樹脂シート２５が、および積層構造部の導電体層２２１の側の下面に第二の樹脂シート２７が、積層構造部を挟んで設けられ、積層構造部の両面がシールされる。第一の樹脂シート２５は接着剤層２５２および透明樹脂基板２５１で構成され、第二の樹脂シート２７は接着剤層２７２および透明樹脂基板２７１で構成される。透明樹脂基板２５１は光が入射する基板である。
積層構造部は、通常透明樹脂基板２５１の内側に設けられる導電性金属層が省略される。
積層構造部の側面および延出部２３は、接着剤層２５２、２７２でシールされる。導電性金属層２１２の延出部２３および導電体層２１１の一部が第二の樹脂シート２７より露出して外部接続端子２７ａ、２７ｂが設けられる。すなわち、延出部２３は、第二の樹脂シート２７に設けた開口２６ａにより、および導電体層２１１は第二の樹脂シート２７に設けた開口２６ｂにより、それぞれ外部接続端子２７ａ、２７ｂが露出する。導電性金属層２１２の延出部２３は、第二の樹脂シート２７によって接着されてシールされているため、開口２６ａから電解質が漏出するおそれが小さい。

積層構造部は、電解質が液層の場合、導電性金属層２１２の電解質層に向けた面に多孔質絶縁層を設けてもよい。この場合、多孔質絶縁層としてガラス繊維成形体等を用いると、多孔質絶縁層上に塗布法、プレス法、スパッタ法等の適宜の成膜法で導電性金属層２１２を形成し、導電性金属層２１２上に多孔質半導体層２１１の材料を塗布等して設け、焼成して多孔質半導体層２１１を得ることができる。

第一の樹脂シート２５および第二の樹脂シート２７は、いずれも、自己接着性樹脂材料または非自己接着性樹脂材料で形成され、積層構造部よりも平面面積が大きい。ここで、自己接着性材料とは、例えば、ソルダーレジスト、ポンテ、イングシート材料のように、材料自体が水素結合、共有結合、分子間力等の化学的相互作用性やアン力一効果等の機械的相互作用性を有することにより接着性を発現し、接着剤を別に必要としないものをいう。又、自己接着性材料以外の樹脂材料をここでは非自己接着性樹脂材料と呼ぶ。これら樹脂材料の詳細は後で説明する。

以下、第一の樹脂シート２５および第二の樹脂シート２７として非自己接着性樹脂材料を用いる場合を例にとって説明するが、自己接着性材料を用いる場合は、以下に説明する接着剤層が省略される点以外は変わりはない。
第一の樹脂シート２５および第二の樹脂シート２７として非自己接着性樹脂材料を用いる場合、第一の樹脂シート２５および第二の樹脂シート２７のそれぞれの片面に接着剤層２５２、２７２が設けられ、接着剤層２７２の面を内側にして積層構造部とともに延出部２３を覆う。
第一の樹脂シート２５は透明性を有する。すなわち、第一の樹脂シート２５は透明または半透明である。これに対して第二の樹脂シート２７は透明性の有無を問わない。第一および第二の樹脂シート２５，２７の全面が接着されてシールされ、これにより、積層構造部ならびに導電性金属層２１２の延出部２３が第一および第二の樹脂シート２５、２７に封入される。

第一および第二の樹脂シート２５、２７の材料樹脂は、非自己接着性樹脂材料の場合、例えば、PP、PE、PS、ABS、PS、PC、PMMA、PVC、PA、POM、PET、PEN、PIB、PVB、PA6、ポリイミド、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエーテル、硬化アクリル樹脂、硬化エポキシ樹脂、硬化シリコーン樹脂、各種エンジニアリングフラスチックス、メタセシス重合で得られる環状ポリマ等が挙げられる。第一および第二の樹脂シート25、27は、同種の材料で形成してもよく、また、異種の材料で形成してもよい。
第一の樹脂シート２５には、多孔質半導体層２１１に吸着した色素の耐久性を向上させるため、200nm-400nmの光波長を吸収する材料を用いるか、または別途張り合わせるか、もしくはコーテイングすることもできる。また、第一の樹脂シート２５に入射する光の利用効率を向上させるため、反射防止膜を第一の樹脂シート２５の最外面に設けることもできる。
第一および第二の樹脂シート２５、２７の一部または全面にわたって設けられる接着剤層の材料は、例えばエチレンと酢酸ビニルを共重合させた樹脂(EVA) を主成分とするEVA樹脂エマルション接着剤を好適に用いることができるが、これに限らず、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアクリル系、エポキシ系、アイオノマ一、ジスルフィド系、ポリイミド系、シリコーン系等の適宜の接着剤材料を用いることができる。第一および第二の樹脂シート２５、２７の一部若しくは全面にわたって設けられる接着剤層の接着を強固にする目的又は入射光を効率良く光電変換する目的で、樹脂シートの表面処理を行なうことができ、例えばオゾン、酸素プラズマ、重クロム酸、過マンガン酸等の適宜の酸化処理、シランカップリング剤、シリル化剤、シラノール、オルガノシラン、チタンカップリング剤、チタンアルコキシド等の適宜のカップリング剤処理、シリ力、アルミナ、ジルコニア、FTO、ITO、ZTO、アルミニウム、チタン、タングステン、白金、カーボン、フッ化マグネシウム、一酸化シリコン、クロム、金、ニッケル、銅、口ジウム、スズ、銀等の適宜のスパッタ成膜またはラミネート処理を用いることができる。
上記接着剤層の厚みは、特に限定するものではなく、それぞれ、例えば０．５μm−１mm程度とすることができる。第一および第二の樹脂シート２５、２７の多孔質半導体層２１１と接しない部分は、接する部分より厚くすることがより好ましい。例えば、多孔質半導体層２１１と接しない部分における、第一及び第二の樹脂シート２５、２７の厚みの合計は、接する部分の厚みの合計よりも、積層構造部の厚み分大きいと、接着がより強固になり好ましい。

一方、第一および第二の樹脂シート２５、２７の材料樹脂として、接着剤を必要としない自己接着性樹脂材料を用いる場合、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ポリアクリル系、エポキシ系、アイオノマ一、ジスルフィド系、ポリイミド系、シリコーン系等の各種高分子のモノマ一分散体又はプレポリマ一、前記各高分子に酸・アルカリによる化学処理、コロナ処理、プラズマ処理、UV-オゾン処理、機械的粗化処理等の表面処理を行ったもの、熱可塑性樹脂等を挙げることができる。これらの自己接着性樹脂材料を用いる場合、接着は、加熱、加圧、光照射等によって行われる。

導電性金属層２１２は、金属メッシュ、予め無数の孔を形成した金属層または溶射や薄膜形成法等により形成した多孔質金属層等を用いることができる。導電性金属層２１２の材料は、特に限定するものではないが、Ti、W、Ni、Pt、Ta、Nb、Z rおよびAuからなる群から選ばれる1種または2種以上の金属材料またはこれらの化合物であるか、これらで被覆した材料であることが好ましく、特に好ましくはTiまたは焼結助剤を用いて焼結させたTiの複合材料である。焼結助剤としては通常採用される適宜の材料でよく、例えばNi、B4C、Y203等の材料を用いることができ、特に好ましくはNiである。焼結助剤は粒子サイズが直径100nm以下であるとさらに好ましい。これにより、電解質中の電荷輸送イオンとして用いられるヨウ素に対する耐食性の良好な導電性金属層２１２を得ることができる。

導電性金属層２１２は、表裏を貫通する貫通孔を有するものであってもよいが、平面に沿った方向にも、すなわち三次元的にあらゆる方向に等方性を有するように連通する貫通孔を形成したものであることが好ましい。
これにより、導電性金属層２１２を通過する電解質が多孔質半導体層２１１の各部に均一に浸透する。等方性の貫通孔を形成した導電性金属層は、多孔質半導体層２１１と接触する表面部分においても多数の孔が平面的に等方性をもってかつ連通して分布するため、粒子の凝集体である多孔質半導体層２１１との接触面積が大きく、かつ、導電性金属層の表面の孔に多孔質半導体層２１１の表面の粒子が、いわば噛み合った状態に係合する。その結果、導電性金属層と多孔質半導体層211の接合力が大きくなり、例えば500℃程度の加熱による電気的接合工程においてクラックを生じるおそれが小さい。

導電性金属層２１２の厚みは、特に限定するものではないが、0.2μm-600μmとすることが好ましく、0.3μm-100μmであるとさらに好ましい。導電性金属層２１２の厚みが、0.2 μ m未満の場合には導電性金属層２１２の電気抵抗が上昇するおそれがある。一方、導電性金属層２１２の厚みが、600μmを超えると、導電性金属層２１２の内部を通過する電解質の流動抵抗が大きすぎて、電解質の移動が阻害されるおそれがある。なお、導電性金属層２１２の電気抵抗は1Ω/口以下であることが好ましい。

導電性金属層２１２を構成する金属多孔体の比表面積は0.1m2/g以上であることが好ましい。これにより、導電性金属層２１２と多孔質半導体層２１１の接合力をより大きくすることができる。金属多孔体の比表面積の上限値は特に限定するものではないが、例えば10m2/g程度あれば十分である。比表面積は、水銀圧入法により測定することができる。水銀圧入法による比表面積の測定は、水銀圧入式細孔分布測定装置(CARLOERBAINSTRUMENTS社製Pasca1 140およびPasca1440測定可能範囲比表面積0.1m2/g-細孔分布0.0034-400μm)を用いて、圧力範囲0.3kPa-400kPa、および0.1MP a-400MPaの範囲で、圧入体積を円筒細孔モデルに従って、側面積として計算し積算して測定する。なお、後述する空孔率および空孔直径はこの測定で同時に得られる。金属多孔体は、空孔率が30-60体積%であり、かつ空孔直径が1μm-40μmであることが好ましい。
空孔率が30体積%未満であると、金属多孔体内部での電解質の拡散が不十分となり、これにより導電性金属層２１２への均一な浸透が損なわれるおそれがある。一方、空孔率が60体積%を超えると、導電性金属層２１２と多孔質半導体層２１１の接合力が損なわれるおそれがある。また、空孔直径が1μm未満で、あると、金属多孔体内部での電解質の拡散が不十分となり、また、導電性金属層２１２の孔と多孔質半導体層２１１の粒子との噛み合わせが不十分となることで、導電性金属層２１２と多孔質半導体層２１１の接合力が損なわれるおそれがある。一方、空孔直径が40μm を超えると、導電性金属層２１２と多孔質半導体層２１１の接触面積が小さくなることで、導電性金属層２１２と多孔質半導体層２１１の接合力が損なわれるおそれがある。

延出部２３は、多孔質な導電性金属層２１２と同様の材料を用いることができる。ただし、延出部23を導電性金属層212と同一材料で形成すると、導電性や機械的強度が低下するおそれがある。また、多孔質な導電体層221から漏れ出した電解質が延出部２３を介して外部に流出するおそれもある。このため、延出部２３は、非孔質材料で形成し、導電性金属層２１２と電気的に接続する構造とすることが好ましい。
延出部２３は、導電体層２２１の外側面では電解質と接触するおそれが少ないため、導電性金属層２１２より耐腐食性が劣る良導電性の材料を用いることができる。このような延出部２３の材料は、特に限定するものではなく、Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる1種または2種以上の金属材料またはこれらの化合物であるか、さらにこれらで被覆した材料、カーボン等の導電膜を積層したものであってもよい。
延出部２３は、厚みを特に限定するものではなく、例えば、金属材料のスパッタ膜や蒸着膜であってもよく、ITO(スズをド-プしたインジウム膜)であってもよく、またFTO (フッ素をド一プした酸化スズ)であってもよく、銀ナノペースト、炭素ペースト等の微粒子分散ペーストを印刷して形成された配線であってもよい。延出部２３は途中で折り畳まれた屈曲形状であってもよく、電気的接合された複数の材料で形成されてもよい。

導電体層２２１は、後述するように、触媒膜または触媒膜に導電膜を積層したものである。
シースルー型の電池のように、透明基板上に導電体層２２１を設ける場合もある。導電体層２２１は特に限定するものではなく、例えば、ITO(スズをドープした酸化インジウム膜)であってもよく、またFTO (フッ素をド一プした酸化スズ膜)でもよい。導電体層221は、さらにまた、Ti、W、Ni、Pt 、Ta、Nb、Z rおよびAuからなる群から選ばれる1種または2種以上の金属材料またはこれらの化合物、さらにこれらの金属を被覆した材料、カーボン等の導電膜を積層したものであってもよい。なお、透明基板上に設けられる導電体層２２１は、透明性を有することが必要であるが、導電性金属層２１２のような多孔質層である必要は無く、多孔質層であると導電性が阻害されるおそれを生じうる。この場合、導電体層(導電性金属層)は、第一の樹脂シート２５にスパッ夕、蒸着、塗布等適宜の方法で成膜し、一体的に形成してもよい。

導電体層２２１の電解質に向けた面には、例えば白金膜等貴金属や高表面積カーボン、触媒的な導電性高分子等の触媒膜を設ける。導電体層２２１は、ITO等の導電膜を省略して白金膜等の触媒膜のみを設けたものでもよい。この場合、触媒膜が導電膜として作用する。導電体層２２１の厚みは、いずれも特に限定するものではないが、良好な導電性を得る観点からは例えば数十nm程度以上あることが好ましい。また、導電体層２２１は、金属の箔、メッシュ、網等の自立膜であってもよく、また、第二の樹脂シート２７にスパッ夕、蒸着、塗布等適宜の方法で成膜し、一体的に形成してもよい。

多孔質半導体層２１１は、半導体材料として、例えば、TiO2、Z nOまたはSnO2等の適宜の金属酸化物を用いることができるが、このうちTiO2が好ましい。多孔質半導体層２１１は、その厚みを特に限定するものではないが、好ましくは、10 μ m以上の厚みとする。焼成されるT i O2の微粒子の粒径は特に限定するものではないが、例えば1nm-100nm程度が好ましい。
多孔質半導体層２１１は、上記の半導体材料が300℃以上、好ましくは350℃以上、さらに好ましくは400℃以上の温度で焼成されたものである。一方、焼成温度の上限は特にないが、多孔質半導体層12の材料の融点よりは十分に低い温度とし、好ましくは550℃以下の温度とする。また、多孔質半導体層２１１の材料としてチタン酸化物(チタニア)を用いる場合、ルチル結晶に移行しない程度の温度で、チタン酸化物の導電性が高いアナターゼ結晶の状態で焼成することが好ましい。多孔質半導体層211は、薄層に設けた上記の半導体材料を焼成した後、さらに薄層を設けて焼成する操作を繰り返して所望の厚みとすると、好適である。

多孔質半導体層２１１に吸着される色素は、400nm-1200nmの波長に吸収を持つものであり、例えば、ルテニウム色素、フタロシアニン色素、オスミウム系、鉄系および白金系などの金属錯体、シアニン色素、メチン系、マーキュロクロム系、キサンテン系、ポルフィリン系、フタロシアニン系、サブフタロシアニン系、アゾ系、クマリン系などの有機色素を挙げることができる。
吸着の方法は特に限定されず、例えば、色素溶液に多孔質半導体層を形成した導電性金属層を浸し微粒子表面に色素を化学吸着させるいわゆる含浸法を用いることができる。

電解質(電解液)は、ヨウ素、リチウムイオン、イオン液体、t-ブチルピリジン等を含むものであり、例えばヨウ素の場合、ヨウ化物イオンおよびヨウ素の組み合わせからなる酸化還元体を用いることができる。酸化還元体は、これを溶解可能な適宜の溶媒を含む。その他の添加剤として、ピリジン系、コール酸系、力ルボン酸系の逆電子防止剤を含んでもよい。さらに擬固体化するためのゲル化剤を用いることもできる。

電解質を保持し、あるいは電解質層とは別に設ける多孔質絶縁層２８は、導電性金属層212と導電体層２２１を接触しないように配置するため、例えば電解質に対して耐腐食性を有し、かつ、電解質イオンの拡散を妨げないように十分な空孔を有するガラスペーパー、ガラスクロス、テフ口ンシート(テフ口ンは登録商標)、PPシート、PEシート、スパッタ法等によるSiO2膜等の絶縁層を設けることが好ましい。また、多孔質絶縁層28は、球状SiO2、繊維状SiO2等を散布、または、接着したものであってもよく、フォトリソ法等で柱状スペーサを設けたものでもよい。この場合、前者は粒子径、後者は高さが均一であれば、なおよく、導電性金属層２１２と導電体層２２１の間隔を均一にすると好適である。導電性金属層２１２と導電体層２２１の間隔は150μm以下であることが好ましい。

以上説明した本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池２１は、例えば以下の製造方法で得ることができる。
まず、積層構造部は、通常採用される適宜の方法で得ることができる。
この場合、導電性金属層２１２についても、適宜の製造方法で得ることができる。例えば、適宜の基板のうえに金属微細粉を適宜の溶媒と混合して金属ぺーストを調製し、酸素が実質的に存在しない雰囲気条件で、焼成温度に加熱した後に、多孔質半導体層２１１上に金属ぺースト焼成体を転写する方法を採用することができる。このとき、未焼成の多孔質半導体層２１１の材料のうえに金属ペースト焼成体を転写した状態で全体を多孔質半導体層２１１の材料の焼成温度で焼成する。また、焼成した多孔質半導体層２１１の上に金属ぺースト焼成体を転写するときにおいても全体を適宜の温度で再度加熱することが好ましい。また、導電性金属層２１２として、厚みの厚い金属ぺーストを焼成した後、所望の厚みにスライスしたものを多孔質半導体層２１１の上に積層しでもよい。
また、導電性金属層２１２は、市販の金属微細粉焼結体シート、例えば、商品名タイポラス(大阪チタニウムテクノ口ジーズ社製)を用いてもよい。

延出部２３は、例えば以下の方法により形成することができる。
導電性金属層２１２上に半導体ペーストを数回に分けて塗布して焼成することで多孔質半導体層２１１と一体化した導電性金属層２１２を形成する際に、導電性金属層２１２の寸法を多孔質半導体層２１１から一端部がはみ出す大きさに形成する。導電性金属層２１２のはみ出した一端部にＴｉ箔の一端部を重ねるとともに、Ｔｉ箔の他端部を導電性金属層２１２のはみ出した一端部からはみ出させる。この状態で電気的に導通するよう接着して延出部の一部を形成する。
一方、導電体層２２１の外側面に設けられる絶縁層２４に接着される接着剤層２７２を形成する際に、絶縁層２４に接着するに先立ち、接着剤層２７２を、一端部が接着剤層２７２からはみ出す大きさのＴｉ箔に貼り付ける。Ｔｉ箔のはみ出し部分が延出部の一部となる。
積層構造体を形成する際に、２つの延出部の一部を重ね合わせ、電気的に導通するよう接着して延出部が形成される。

積層構造部等を挟んだ第一および第二の樹脂シート２５、２７を、例えば、プレス式等のラミネート法等により、例えば、0.05-5MP aの圧力で0.5秒-10分間程度加圧して接着し、シールする。このとき、樹脂シートの材料の種類にもよるが、例えば、40-200℃程度の温度に加熱して処理してもよい。

第二の樹脂シート２７に設ける開口２６ａ、２６ｂは、第二の樹脂シート２７に予め形成しておいてもよく、また、積層構造部等をシールした後に形成してもよい。
なお、積層構造部を形成した後に電解質を封入するには、第二の樹脂シート２７に積層構造部に連通する開口を、予めあるいはシールした後に形成し、その開口から電解質を注入した後、開口を封止する方法を採用することができる。電解質への空気の混入を防ぐ観点からは、開口から真空ポンプ等を用いて積層構造部を真空にし、電解質を注入した後、開口を封止することが好ましい。

以上説明した本実施の形態の第二の例に係る色素増感太陽電池２１およびその製造方法によれば、本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０と同様の効果を得ることができるとともに、シール用に格別な部材を用いることなく、基板となる第一および第二の樹脂シート25、27を用いる簡易な方法でシールすることができる。

つぎに、本実施の形態の第三の例に係る太陽電池について、有機薄膜太陽電池を例にとり、図３を参照して説明する。

図３に示す本実施の形態の第三の例に係る有機薄膜太陽電池３０は、光を入射する透明基板３１ａと、透明基板３１ａに接触し、アノード極となる透明導電体層３２と、透明導電体層３２に接触して配置される有機半導体層３３と、透明導電体層３２と対向して設けられ、カソード極となる導電体層３４と、基板３５の積層構造体で構成される。基板３５は、必要に応じて省略することができる。基板３５の外側に、接着剤層３８と、接着剤層３８と接する基板３１ｂが設けられる。
透明導電体層３２の一端部が延出して延出部３６が設けられ、延出部３６が基板３５の外側面に配置される。導電体層３４と延出部３６の間に絶縁層３７を備える。
シール材３９によって透明基板３１ａおよび基板３１ｂを除いた積層構造体の側面がシールされる。透明導電体層３２の延出部３６および導電体層３４が、基板３１ｂおよび接着剤層３８に設けた開口４０ａ、４０ｂにより一部露出して外部接続端子４１ａ、４１ｂとされる。

以上説明した本実施の形態の第三の例に係る有機薄膜太陽電池３０によれば、本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０と同様の効果を得ることができる。

つぎに、本実施の形態の第四の例に係る太陽電池について、色素増感太陽電池を例にとり、図４を参照して説明する。

図４に示す本実施の形態の第四の例に係る色素増感太陽電池４０は、光を入射する透明基板４１と、透明基板４１に接触し、アノード極となる透明導電体層４２と、透明導電体層４２に接触して配置される、色素を吸着した多孔質半導体層４３と、透明導電体層４２と対向して設けられ、カソード極となる導電体層４５と、導電体層４５の内側に接触して配置される触媒層（図示せず。）と、多孔質半導体層４３と触媒層の間に、電解質を保持した多孔質絶縁層４４の積層構造体で構成される。
導電体層４２の一端部が延出して延出部４８が設けられる。延出部４８は導電体層４５の外側面に引き回され、配置される。導電体層４５と延出部４８の間に、絶縁層４６を備える。絶縁層４６の外側面に接着剤層４９が設けられ、接着剤層４９の外側に透明基板４７が設けられる。
シール材５１によって透明基板４１、４７を除いた積層構造体の側面がシールされる。導電体層４２の延出部４８と、導電体層４５が透明基板４７と接着剤層４９に設けた開口５０ａ、５０ｂにより一部露出して外部接続端子７０ａ、７０ｂとされる。

以上説明した本実施の形態の第四の例に係る色素増感太陽電池４０によれば、本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０と同様の効果を得ることができる。

つぎに、本実施の形態の第五の例に係る太陽電池について、色素増感太陽電池を例にとり、図５を参照して説明する。

図５に示す本実施の形態の第五の例に係る色素増感太陽電池６０は、光を入射する透明基板５１と、透明基板５１の一部または全面にわたって設けられる接着剤層５２と、接着剤層５２に接触し、カソード極となる光透過性導電体層５３と、光透過性導電体層５３の内側面に接触して配置される触媒層（図示せず。）と、光透過性導電体層５３と対向して設けられ、アノード極となる導電体層５６と、導電体層５６に接触して配置される、色素を吸着した多孔質半導体層５５と、多孔質半導体層５５と触媒層の間に設けられる電解質を保持した多孔質絶縁層５４の積層構造体で構成される。
導電体層５３の一端部が延出して延出部７２が設けられる。延出部７２は導電体層５６の外側面に引き回され、配置される。導電体層５６と延出部７２の間に絶縁層５７を備える。絶縁層５７の外側面に接着剤層５８が設けられ、接着剤層５８に接して基板59が設けられる。
シール材６１によって透明基板５１および基板５９を除く積層構造体の側面がシールされる。導電体層５３の延出部７２と、導電体層５６が透明基板５９と接着剤層５８に設けた開口６２ａ、６２ｂにより一部露出して外部接続端子６４ａ、６４ｂとされる。

以上説明した本実施の形態の第五の例に係る色素増感太陽電池６０は、本実施の形態の第一の例に係る太陽電池１０と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
＜部材A（アノード極）の作成＞
厚み100μmの多孔質Tiシート(商品名タイポラス 大阪チタニウムテクノ口ジーズ社製)上の19mmx 34.5mmの範囲にチタニアペースト(商品名NanoxideD、ソーラ口ニクス社製)を印刷し、乾燥後、400℃で30分空気中で焼成した。焼成後のチタニア上に、さらにチタニアペーストを印刷、焼成する操作を合計3回繰り返し、多孔質Tiシートの片面に17μmの厚みのチタニア層を形成した。このとき、多孔質Tiシートは、19mmx 40mmのチタニア層から一端部が1.5mmはみ出すように19mmx41.5mmの大きさに形成した。
次にN719色素(ソーラ口ニクス社製)のアセトニトリルとt-ブチルアルコールの混合溶媒溶液に、作製したチタニア層付き多孔質Tiシートを70時間含浸させ、チタニア表面に色素を吸着した。吸着後のチタニア層付き多孔質Tiシートはアセトニトリルとt-ブ チルアルコールの混合溶媒で洗浄した。
次に、チタニア層からはみ出した1.5mm幅の多孔質Tiシートに、1.5mmはみ出すように7x3mmのTi箔をずらして重ね合わせ、電気的に導通するよう接着し延出部を形成し、部材Aを得た。
＜部材B（カソード極）の作成＞
Ti箔上の7x15.5mmの範囲にハイミラン（三井・デュポン ポリケミカル社製）接着シートを貼り付けた。このとき、Ti箔は、7x15.5mmのハイミラン層から一端部が1.5mmはみ出すように7x17mmの大きさに形成し、ハイミラン接着層付きTi箔を得た。
次に、上記ハイミラン接着層付きTi箔をハイミラン接着層を上面にして置き、その上に19mmx40mmのPt触媒層付きTi箔(力ソード極)をPt触媒層を上面にして重ね合わせた。このとき、ハイミラン接着層付きTi箔の一端部が3mmはみ出すようにずらして重ね合わせて延出部を形成し、熱融着して一体化して部材Bを得た。
＜積層構造体の作成＞
部材B（カソード極）、21x 43.5mmのガラスペーパー、部材A（アノード極）の順で積層した。
次に、カソード極とアノード極の、それぞれの延出部のTi箔を重ね合わせ、電気的に導通するよう接着し、積層構造体を得た。なお、部材BのPt触媒層と部材Aの多孔質Tiシートが対向するようにした。
＜セルの組み立て＞
ハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シート(対向基板)、積層構造体、ハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シート(透明基板)の順で積層した。なお、上記積層構造体の部材A側と上記透明基板が対向するようにした。このとき、積層構造体を取り囲むように、シール材の22x44.5mmの開口部を有する26x50mmのハイミラン接着シートを配置した。ローラ一式ラミネートを用い、100℃で2枚のPEＮ樹脂で構成される樹脂シートとシール材をヒートシールした。アノード極の延出部を覆うＰEN樹脂で構成される樹脂シートに開口を形成して延出部を露出し、外部接続端子を形成した。同様に、カソード極を覆うＰEN樹脂で構成される樹脂シートに開口を形成して延出部を露出し、外部接続端子を形成した。また、後に電解液が注入できるように約3mm程度の孔を多孔質Tiシートの一部を露出するようにハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シートに1ヶ所設けた。
＜電解液注入＞
約3mmの孔からヨウ素、PMII（プロピルメチルイミダゾリウムヨージド）からなるGBL（γブチロラクトン）溶媒の電解液を注入して色素増感太陽電池を得た。

＜太陽電池の性能測定＞
得られた色素増感太陽電池の光電変換性能を、100mW/cm2の強度の疑似太陽光(山下電装社製擬似太陽光装置使用)を色素吸着チタニア層側から照射したときのIV曲線を測定して調べた。光電変換効率は3.3%であった。最大電力量Pmaxは19.3mWであった。

（比較例）
厚み100μmの多孔質Tiシート(商品名タイポラス 大阪チタニウムテクノ口ジーズ社製)上の19mmx 34.5mmの範囲にチタニアペースト(商品名NanoxideD、ソーラ口ニクス社製)を印刷し、乾燥後、400℃で30分空気中で焼成した。焼成後のチタニア上に、さらにチタニアペーストを印刷、焼成する操作を合計6回繰り返し、多孔質Tiシートの片面に17μmの厚みのチタニア層を形成した。このとき、多孔質Tiシートは、19mmx 34.5mmのチタニア層から両端部がそれぞれ1.5mmはみ出すように19mmx 36mmの大きさに形成した。チタニア層の寸法は、実施例と同じ一定の平面スペースに配置される太陽電池セルを作製することを前提として、説明を後で行うアノード極やカソード極から同一平面上に延出される延出部の寸法を考慮して、実施例のチタニア層の寸法19mmx 40mmよりも小さくしたものである。
次に、N719色素(ソーラ口ニクス社製)のアセトニトリルとt-ブチルアルコールの混合溶媒溶液に、作製したチタニア層付き多孔質Tiシートを70時間含浸させ、チタニア表面に色素を吸着した。吸着後のチタニア層付き多孔質Tiシートはアセトニトリルとt-7ブチルアルコールの混合溶媒で、洗浄した。
次に、チタニア層からはみ出した1.5mm幅の多孔質Tiシートに、8mmはみ出すように7x9.5mmのTi箔をずらして重ね合わせ、電気的に導通するよう接着し延出部を形成し、延出部付きアノード極を得た。これにより、アノード極の延出部は、アノード極と同一平面状に８ｍｍ延出される。
次に19mmx36mmのPt触媒層付きTi箔(力ソード極)の端部に、7mmx 9.5mmのTi箔を互いに1.5mmずつ重ね合わせ、8mmはみ出すように7mmx9.5mmのTi箔をずらして重ね合わせ、電気的に導通するよう接着し延出部を形成し、延出部付きカソード極を得た。これにより、カソード極の延出部は、アノード極と同一平面状に８ｍｍ延出される。
次に、ハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シート(対向基板)、延出部付き力ソード極、21mmx 38mmのガラスペーパー、延出部付きアノード極、ハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シート(透明基板)の順で積層した。このとき、積層構造体を取り囲むように、シール材の22x39mmの開口部を有する26x50mmのハイミラン接着シートを配置した。ローラ一式ラミネートを用い、100℃で2枚のＰEN樹脂で構成される樹脂シートとシール材をヒートシールした。各延出部を覆うＰEN樹脂で構成される樹脂シートに開口を形成して各延出部を露出し、外部接続端子を形成した。また、後に電解液が注入できるように約3mm程度の孔を多孔質Tiシートの一部を露出するようにハイミラン接着層付きＰEN樹脂で構成される樹脂シートに1ヶ所設けた。
次に約3mmの孔からヨウ素、PMIIからなるGBL溶媒の電解液を注入して色素増感太陽電池を得た。

得られた色素増感太陽電池の光電変換性能を、100mW/cm2の強度の疑似太陽光(山下電装社製擬似太陽光装置使用)を色素吸着チタニア層側から照射したときのIV曲線を測定して調べた。光電変換効率は3.3%であった。最大電力量Pmaxは16.7mWであった。

１０ 太陽電池
１２ 光電変換部
１４ アノード極
１６ カソード極
１８ 取出し電極
１８ａ、２２ａ、２７ａ、２７ｂ、４１ａ、４１ｂ、６４ａ、６４ｂ、７０ａ、７０ｂ 外部接続端子
１９、３９、５１、６１ シール材
２０、２４、３７、４６、５７ 絶縁部
２１、４０、６０ 色素増感太陽電池
２３、３６、４８、７２ 延出部
２５ 第一の樹脂シート
２６ａ、２６ｂ、４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ、６２ａ、６２ｂb 開口
２７ 第二の樹脂シート
２８、４４、５４ 電解質を保持した多孔質絶縁層
３０ 有機薄膜太陽電池
３１ａ、４１、４７、５１ 透明基板
３２、４２ 透明導電体層
３３ 有機半導体層
３１ｂ、３５、５９ 基板
４３、５５、２１１ 色素を吸着した多孔質半導体層
２１２ 導電性金属層
３４、４５、５６、２２１ 導電体層
３８、４９、５２、５８、２５２、２７２ 接着剤層
５３ 光透過性導電体層
２５１、２７１ 透明樹脂基板

Claims (8)

1. 光電変換部と、該光電変換部の両面または内部のうちのいずれか一箇所または二以上の箇所に設けられるアノード極と、該アノード極と対向して設けられるカソード極を有し、全体が封止される太陽電池において、
   該アノード極および該カソード極のうちの光入射側に配置される一方の電極に電気的に接続して設けられる取出し電極が他方の電極の外側面に絶縁部を介して延出されて該取出し電極の外部接続端子が該他方の電極の外側面に配置されるとともに、該他方の電極の一部が外部接続端子とされることを特徴とする太陽電池。
2. 前記一方の電極の取出し電極および前記他方の電極が封止部により封止され、該取出し電極の外部接続端子および該他方の電極の外部接続端子がそれぞれ該封止部に形成した別々の開口から露出されることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
3. 前記一方の電極の取出し電極の外部接続端子と前記他の電極の外部接続端子が近接して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 前記光電変換部が、光入射側に配置される、色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記アノード極が、該色素を吸着した多孔質半導体層の光入射側とは反対側の面に設けられる多孔質導電体層であり、前記カソード極が、該電解質層を介して該多孔質導電体層と対向して設けられる導電体層であり、
   前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
5. 前記取出し電極が非孔質導電層であることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。
6. 前記光電変換部が、光入射側に配置される、色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記アノード極が、該色素を吸着した多孔質半導体層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記カソード極が、該電解質層を介して該透明導電体層と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側に透明基板が設けられ、
   前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
7. 前記光電変換部が、光入射側に配置される、触媒層、多孔質絶縁層を介して該触媒層の光入射側とは反対側の面に接して設けられる色素を吸着した多孔質半導体層および電解質層からなり、前記カソード極が、該触媒層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記アノード極が、該電解質層を介して該カソード極と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側に透明基板が設けられ、
   前記光入射側に配置される一方の電極が該カソード極であり、前記他方の電極が該アノード極であることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
8. 前記光電変換部が有機半導体層であり、前記アノード極が該有機半導体層の光入射側の面に設けられる透明導電体層であり、前記カソード極が該有機半導体層を介して該透明導電体層と対向して設けられる導電体層であり、該透明導電体層の光入射側の面に透明基板が設けられ、
   前記光入射側に配置される一方の電極が該アノード極であり、前記他方の電極が該カソード極であることを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。

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