JP2014170617A - 色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】封止材のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供する。
【解決手段】ＤＳＣ２００は、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、電解液に接する触媒層１９と、触媒層１９上に配置された第２電極１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２との間に配置され、電解液を封止する封止材１６Ａ・１６Ｂとを備える。封止材１６Ａ・１６Ｂを超音波振動により溶融させることで第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感太陽電池（ＤＳＣ：Dye-sensitized Solar Cells）およびその製造方法、および電子機器に係り、特に、封止材のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器に関する。

近年、安価で高性能の太陽電池としてＤＳＣが注目されている。ＤＳＣは、スイス・ローザンヌ工科大学のグレツェルが開発したもので、増感色素を表面に担持した酸化チタンを用いることで、光電変換効率が高く、製造コストが安いなどの利点を有することから、次世代の太陽電池として期待されている。この太陽電池は、内部に電解液を封入してあることから、湿式太陽電池とも呼ばれる。

ＤＳＣは、ＩＴＯやＦＴＯなどの透明電極を形成したガラス基板上に、レッドダイ（Ｎ７１９）やブラックダイ（Ｎ７４９）などの色素を吸着させた厚さ数十μｍの酸化チタンと、アセトニトリルなどの有機溶剤にヨウ素などの電解質を添加した電解液を、ＩＴＯやＦＴＯなどの透明電極を形成したガラス基板上にＰｔを積層した基板で挟み込んだ構造を有する。

そして、色素を吸着させた酸化チタンおよび電解液を保持し、保護するために、対向する２枚の基板の縁部は樹脂によって覆われて封止されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−２７７７２２号公報

現在、色素増感太陽電池の封止構造は、作用極と対極とを接着することにより形成される。その接着方法は、（１）熱硬化性または熱可塑性の樹脂やガラスの熱による接着方法と、（２）ＵＶ硬化樹脂などの光による接着方法とに大別される。

このうち、（１）の接着方法によると、接着を行なう温度によっては、プラスチックなどの低融点基板が使用できないという問題がある。また、発電に寄与する色素が熱により劣化する可能性があるため、プロセスが制限されるという問題もある。

一方、（２）の接着方法では、ＵＶ光などエネルギーの高い光で接着を行なうため、光を受けた色素が劣化する可能性があり、これを回避するためには、遮光マスクをセットするなどの過程が必要となる。また、硬化前の樹脂は液状であるため、接着前に電解液を注入することができない。そのため、接着後に電解液を注入するための構造が必要となり、デザインの面での制限や素子寿命低下が起こる可能性がある。

このように、現在の接着方法（１）（２）には種々の問題がある。これら問題は、いずれも、封止材のみにエネルギーを与えられないことが原因となっている。

本発明の目的は、封止材のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第１基板と、前記第１基板上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、前記電解液に接する触媒層と、前記触媒層上に配置された第２電極と、前記第２電極上に配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材とを備え、前記封止材を超音波振動により溶融させることで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせた色素増感太陽電池が提供される。

本発明の他の態様によれば、第１基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に半導体微粒子を有する多孔質半導体層を形成する工程と、前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程と、第２基板上に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、前記第１基板および前記第２基板のうちの少なくとも一方の基板上に封止材を形成する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液中で対向させる工程と、前記封止材を超音波振動により溶融させることで前記第１基板と前記第２基板とを前記電解液中で貼り合わせる工程とを有する色素増感太陽電池の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、上記の色素増感太陽電池を搭載した電子機器が提供される。

本発明によれば、封止材のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供することができる。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの模式的構成図であって、（ａ）模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造図。 図１に示されるＰ部分の拡大された模式的構成図であって、（ａ）模式的平面パターン構成図、（ｂ）図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）第１土台部および第２土台部を形成する工程図、（ｂ）超音波振動を印加する工程図、（ｃ）第１基板と第２基板とを貼り合わせた後の工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、第１基板と第２基板とを電解液中で貼り合わせる工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、第１基板と第２基板とを電解液中で貼り合わせる工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの変形例１の封止材の模式的断面構成図であって、（ａ）第１基板と第２基板とを対向させた状態を示す図、（ｂ）凸部の先端が凹部に挿入された状態を示す図、（ｃ）熱可塑性樹脂が溶融した状態を示す図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの変形例２の封止材の模式的断面構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの変形例３の封止材の模式的断面構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの変形例４の封止材の模式的断面構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの変形例５の封止材の模式的断面構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの具体例１の模式的平面パターン構成図。 図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの具体例２の模式的平面パターン構成図。 図１３のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。 図１３のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図。 図１３のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造図。 図１３のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの多孔質半導体層の半導体微粒子の模式的構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの動作原理説明図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの電解液における電荷交換反応に基づく動作原理説明図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、多孔質半導体層（１３）／色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラム。 第１の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図２１のＪ部分の拡大図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの各構成材料のエネルギーレベルと発電サイクルを示す説明図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣに用いられる色素を示す化学構造式であって、（ａ）ｉｎｄｏｌｉｎｅ系色素（Ｄ１４９）を示す化学構造式、（ｂ）Ｎ７１９を示す化学構造式、（ｃ）Ｄ１３１を示す化学構造式。 第１の実施の形態に係るＤＳＣに用いられる別の色素を示す化学構造式であって、（ａ）紫色を呈するＤ２０５の化学構造式、（ｂ）緑色を呈するポルフィリン系色素を示す化学構造式。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、基本セルを４個直列構成に配置した模式的断面構造図、（ｂ）図２６（ａ）の模式的回路表現。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、基本セルを４個並列構成に配置した模式的断面構造図、（ｂ）図２７（ａ）の模式的回路表現。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法であって、（ａ）第２基板を前処理する工程図、（ｂ）第２基板上に第２電極を形成する工程図、（ｃ）第２電極上に触媒層を形成する工程図、（ｄ）第１基板を前処理後、第１基板上に第１電極を形成する工程図、（ｅ）第１電極上に多孔質半導体層を形成後、多孔質半導体層に色素を浸漬する工程図、（ｆ）図２８（ｃ）の工程後の第２基板と図２８（ｅ）の工程後の第１基板とを互いに対向させ、封止材を用いて貼り合わせる工程図、（ｇ）封止材を超音波振動により溶融させてＤＳＣセルを形成する工程図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）の更に別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板上に複数の内部第１電極が形成された状態を示す平面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第２基板上に複数の内部第２電極が形成された状態を示す平面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板と第２基板を封止材を介して貼り合わせた状態を示す平面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、図３４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、横方向のスクライブラインを形成した状態を示す平面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、縦方向のスクライブラインをさらに形成した状態を示す平面図。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣのセルを３個形成した構成を示す平面図、（ｂ）３個のセルを直列接続した状態を示す説明図。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣのセルを５個、直列接続した状態を示す模式図、（ｂ）図３９（ａ）の説明図、（ｃ）図３９（ａ）の構成例を示す平面図。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣのセルをｎ個、タンデム構成に積層させた状態を示す模式図、（ｂ）図４０（ａ）の説明図。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣのセルをｎ個、タンデム構成に積層させたものを並列接続した状態を示す模式図、（ｂ）図４１（ａ）の説明図。 光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長を示すグラフ。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の構成例を示す平面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の側面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したリモコン装置の他の構成例を示す側面図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した卓上デジタル時計の構成例を示す鳥瞰図。 （ａ）第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した電子手帳を開いた状態を示す鳥瞰図、（ｂ）閉じた状態を示す鳥瞰図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した電子辞書を開いた状態を示す鳥瞰図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュールの模式的ブロック構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した別のＤＳＣ駆動センサモジュールの模式的ブロック構成図。 第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュールを適用したホームエネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）の構成例。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

以下の実施の形態に係るＤＳＣにおいて、「透明」とは、透過率が約５０％以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係るＤＳＣにおいて、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度、エネルギー約３．４５ｅＶ〜１．４９ｅＶ程度に相当し、この領域で透過率が５０％以上あれば透明である。

[第１の実施の形態]
（ＤＳＣ）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の模式的平面パターン構成は、図１（ａ）に示すように表され、図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表される。また、図１に示されるＰ部分の拡大された模式的平面パターン構成は、図２（ａ）に示すように表され、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。

図１〜図２に示すように、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層１２と、多孔質半導体層１２と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４（図示せず）と、電解液１４に接する触媒層１９と、触媒層１９上に配置された第２電極１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２との間に配置され、電解液１４を封止する封止材１６Ａ・１６Ｂとを備える。封止材１６Ａ・１６Ｂを超音波振動により溶融させることで第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせる。

ここで、封止材１６Ａ・１６Ｂは、電解液１４を注入するための開口部を備えない閉じた構造である。例えば、平面視においては、図１（ａ）に示すように、多孔質半導体層１２を囲う矩形状に封止材１６Ａが形成され、触媒層１９を囲う矩形状に封止材１６Ｂが形成される。

具体的には、図１（ｂ）に示すように、封止材１６Ａ・１６Ｂは、第１基板２０上に形成される所定高さの第１土台部１６Ａと、第２基板２２上に形成される所定高さの第２土台部１６Ｂとを備える。第１土台部１６Ａおよび第２土台部１６Ｂの高さは、例えば１０μｍ程度である。

また、第１土台部１６Ａおよび第２土台部１６Ｂのうちの一方は、その端面に凸部１６Ｔを備え、第１土台部１６Ａおよび第２土台部１６Ｂのうちの他方は、凸部１６Ｔと対向する領域に凹部１６Ｕを備えても良い。ここでは、第１土台部１６Ａが凸部１６Ｔを備え、第２土台部１６Ｂが凹部１６Ｕを備える場合を例示する。

また、凸部１６Ｔは、図２に示すように、第１土台部１６Ａの端面の略中央領域の全体に形成され、断面視においては、例えば半円状に突出した形状である。凹部１６Ｕについても同様、第２土台部１６Ｂの端面の略中央領域の全体に形成され、断面視においては、例えば半円状に窪んだ形状である。もちろん、凸部１６Ｔや凹部１６Ｕの形状はこれに限定されるものではない。例えば、凸部１６Ｔは、第１土台部１６Ａから離れるに従って断面積が小さくなるテーパー状に形成されても良い。

また、封止材１６Ａ・１６Ｂとしては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂を適用することができる。

また、第１基板２０または第２基板２２は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板、透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはプラスチック基板などで形成することができる。光を照射するため、第１基板２０・第２基板２２は、照射光（白色光）に対して、透明であることが望ましい。なお、第１基板２０・第２基板２２の光が入射する側に反射防止膜などをコーティングしても良い。

また、第１電極１０および第２電極１８は、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２などの透明電極で形成される。第１基板１０・第２電極１８上に電極加工し、ＦＴＯ付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。

また、多孔質半導体層１２は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂などの材料を用いて形成されていても良い。特に、効率面から安価なＴｉＯ₂（アナターゼ型、ルチル型）が主に用いられる。多孔質半導体層１２は、例えば、スクリーン印刷技術、スピンコート技術、ディッピング、スプレーコート技術などを用いて形成することができる。なお、色素Ｄｙｅを吸着させた後の多孔質半導体層１２を「多孔質半導体層１３」と呼ぶことにする。

また、触媒層１９は、例えば、Ｐｔ、炭素、若しくは、導電性高分子などで構成されていても良い。導電性高分子は、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどで構成されていても良い。

また、電解液１４としては、γブチロラクトン、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどを用いることができる。また、場合によっては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルなどを用いても良い。

色素Ｄｙｅは、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、Ｄ２０５、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素などを適用することができる。

（製造方法）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の製造方法は、図３〜図５に示すように表される。図３〜図５に示すように、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の製造方法は、第１基板２０上に第１電極１０を形成する工程と、第１電極１０上に半導体微粒子を有する多孔質半導体層１２を形成する工程と、多孔質半導体層１２を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程と、第２基板２２上に第２電極１８を形成する工程と、第２電極１８上に触媒層１９を形成する工程と、第１基板２０および第２基板２２のうちの少なくとも一方の基板上に封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）を形成する工程と、第１基板２０と第２基板２２とを電解液１４中で対向させる工程と、封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）を超音波振動により溶融させることで第１基板２０と第２基板２２とを電解液１４中で貼り合わせる工程とを有する。具体的には、第１基板２０および第２基板２２のうちの少なくとも一方の基板に超音波ホーン２６を押し付けて圧力を掛けながら、超音波ホーン２６から超音波振動を印加する。以下、このように第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせる工程を更に詳しく説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、第１基板２０および第２基板２２に熱可塑性樹脂を塗布またはフィルムを貼り付けることにより、所望のパターンの第１土台部１６Ａおよび第２土台部１６Ｂを形成する。このとき、第１土台部１６Ａの端面（第２土台部１６Ｂ側の面）に熱可塑性樹脂を塗布またはフィルムを貼り付けることにより、所望のパターンの凸部１６Ｔを形成する。ここでは、断面視において半円状の凸部１６Ｔが形成されている場合を例示している。このような凸部１６Ｔは、金型などを用いて作製することも可能である。一方、第２土台部１６Ｂの端面（第１土台部１６Ａ側の面）のうち凸部１６Ｔと対向する領域を削り、凸部１６Ｔが嵌り込む凹部１６Ｕを形成する。ここでは、断面視において半円状の凹部１６Ｕが形成されている場合を例示している。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１基板２０と第２基板２２とを対向させる。第１土台部１６Ａの端面には凸部１６Ｔが形成され、第２土台部１６Ｂの端面には凹部１６Ｕが形成されているため、位置合わせが容易である。また、凹部１６Ｕに凸部１６Ｔが嵌り込むため、位置ズレを防ぐことができる。

このように凹部１６Ｕに凸部１６Ｔが嵌り込んだ状態で、第２基板２２に超音波ホーン２６を押し付けて圧力を掛けながら、超音波ホーン２６から超音波振動を印加する。超音波ホーン２６は、例えば、周波数が１０〜３０ｋＨｚ程度、振幅が１０〜３０μｍ程度の縦振幅超音波を供給可能な装置である。１つのＤＳＣセル当たり例えば１秒程度超音波ホーン２６を押し付けて複数のＤＳＣセルを走査していく。これにより、合計２０〜４０Ｊ程度のエネルギーを超音波供給面に供給することができる。

超音波振動を印加すると、第１土台部１６Ａと第２土台部１６Ｂとの接触面Ｉにおいて熱可塑性樹脂が溶融する。このとき、第１土台部１６Ａには凸部１６Ｔが形成されているため、凸部１６Ｔに超音波振動のエネルギーが集中する。熱可塑性樹脂が溶融すると、図３（ｃ）に示すように、第１土台部１６Ａと第２土台部１６Ｂとが一体となって封止材１６が封止され、第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせることができる。

このように第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせる工程は、電解液１４中で行うのが望ましい。すなわち、図４に示すように、電解液１４を収容した容器２３の中で第１基板２０と第２基板２２とを対向させ、第２基板２２に超音波ホーン２６を押し付けて圧力を掛けながら、超音波ホーン２６から超音波振動を印加する。これにより、図５に示すように、ＤＳＣセル内部に電解液１４を注入した状態で封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）が封止される。そのため、電解液１４を注入するための開口部を備えない閉じた構造で電解液１４をＤＳＣセル内部に封入することが可能である。

なお、ここでは、第１基板２０と第２基板２２とを電解液１４中で貼り合わせることとしているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。すなわち、封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）を超音波振動により溶融させることで、いかなる雰囲気下（例えば真空など）でも、第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせることができる。

また、多孔質半導体層１２に色素Ｄｙｅを吸着させる方法については特に限定されるものではなく、様々な方法を採用することができる。例えば、色素Ｄｙｅを混合した有機溶媒の中にＤＳＣ２００を収容し、加熱装置６００を用いて有機溶媒を５０℃〜６０℃程度に加熱すると、色素Ｄｙｅの吸着速度を上げることができる。このような有機溶媒は、電解液１４を製造するときに使用される有機溶媒に色素Ｄｙｅを溶解することによって形成されても良い。

（変形例）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の変形例１の封止材１６Ａ・１６Ｂの模式的断面構成は、図６に示すように表される。図６（ａ）に示すように、凸部１６Ｔは、第２土台部１６Ｂから離れるに従って断面積が小さくなるテーパー状に形成されても良い。一方、第１土台部１６Ａには矩形状の凹部１６Ｕが形成されている。この場合は、図６（ｂ）に示すように、テーパー状の凸部１６Ｔの先端に超音波振動のエネルギーが集中する。そのため、図６（ｃ）に示すように、テーパー状の凸部１６Ｔの先端が矩形状の凹部１６Ｕに接触すると、その接触部分１６Ｓの熱可塑性樹脂が溶融する。その結果、溶融した熱可塑性樹脂で凹部１６Ｕが埋まり、第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせることができる。このように凸部１６Ｔをテーパー状に形成した場合は、半円状に形成した場合に比べて、より超音波振動のエネルギーを凸部１６Ｔに集中させることができる。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の変形例２の封止材１６Ａ・１６Ｂの模式的断面構成は、図７に示すように表される。図７に示すように、凸部１６Ｔを第１土台部１６Ａに形成し、凹部１６Ｕを第２土台部１６Ｂに形成しても良い。また、凹部１６Ｕの形状は、断面視において三角形状に形成しても良い。このように凹部１６Ｕを三角形状に形成した場合は、矩形状に形成した場合に比べて、テーパー状の凸部１６Ｔを嵌め込んだときに位置ズレが生じにくいという効果がある。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の変形例３の封止材１６Ａ・１６Ｂの模式的断面構成は、図８に示すように表される。図８に示すように、複数の凹凸部１６ＴＵが第１土台部１６Ａの端面に形成されるとともに、同様の凹凸部１６ＴＵが第２土台部１６Ｂの端面に形成されても良い。第１土台部１６Ａ側の凹凸部１６ＴＵと第２土台部１６Ｂ側の凹凸部１６ＴＵとが接触すると、その接触部分の熱可塑性樹脂が溶融し、第１基板２０と第２基板２２とを貼り合わせることができる。このような凹凸部１６ＴＵを形成した場合は、熱可塑性樹脂の接触部分の面積が広がるため、より密着性を向上させることが可能である。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の変形例４の封止材１６Ａの模式的断面構成は、図９に示すように表される。図９に示すように、第１基板２０および第２基板２２の一方だけに封止材１６を形成しても良い。ここでは、第１基板２０側だけに封止材１６（第１土台部１６Ａ）が形成され、この第１土台部１６Ａの端面１６Ｖに粗面化処理を施している。また、第１土台部１６Ａと対向する第１基板２０および第２基板２２上の領域にも粗面化処理を施している。これにより、第１土台部１６Ａと第１基板２０および第２基板２２との密着性を向上させることができる。第１土台部１６Ａの材料と第１基板２０および第２基板２２の材料とが同種の材料であれば、より密着性を向上させることが可能である。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の変形例５の封止材１６Ｂの模式的断面構成は、図１０に示すように表される。この変形例５は、第２基板２２側だけに封止材１６（第２土台部１６Ｂ）が形成されている点を除けば、変形例４と同様である。すなわち、図１０に示すように、第２基板２２側だけに封止材１６（第２土台部１６Ｂ）が形成され、この第２土台部１６Ｂの端面１６Ｖに粗面化処理を施している。また、第２土台部１６Ｂと対向する第１基板２０および第２基板２２上の領域にも粗面化処理を施している。これにより、第２土台部１６Ｂと第１基板２０および第２基板２２との密着性を向上させることができる。第２土台部１６Ｂの材料と第１基板２０および第２基板２２の材料とが同種の材料であれば、より密着性を向上させることが可能である。

以上のように、第１の実施の形態によれば、封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる。すなわち、熱可塑性樹脂を封止剤１６（１６Ａ・１６Ｂ）とし、その封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）を超音波振動により溶融させるようにしている。これにより、超音波振動のエネルギーの大部分を熱可塑性樹脂に与えることができるため、ＤＳＣ２００の発電部のダメージを低減することが可能である。また、基板全体が高温になることを回避できるため、使用できる基板の種類に制限が無くなる。例えば、プラスチックを用いたフレキシブルなＤＳＣ２００の作製が可能となる。更に、電解液１４中で封止することが可能となるため、電解液１４を注入するための構造を形成する必要が無くなる。その結果、デザインの面での制限や素子寿命低下が起こる可能性を低減することが可能である。

なお、ここでは、超音波ホーン２６を第２基板２２に押し付けることとしているが、本実施の形態はこれに限定されるものではない。すなわち、超音波ホーン２６を第１基板２０に押し付けても、封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）を超音波振動により溶融させることが可能である。

〔具体例〕
以下、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の具体例を詳細に説明する。もちろん、以下に例示するＤＳＣ２００においても、封止材１６（１６Ａ・１６Ｂ）のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することが可能である。

（ＤＳＣの具体例１）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の具体例１の模式的平面パターン構成は、図１１に示すように表され、図１１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１２に示すように表される。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１１〜図１２に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された第１電極１０と、第１電極１０上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層１３と、多孔質半導体層１３と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する第２電極（対極）１８と、第２電極１８上に配置された第２基板２２と、電解液１４に接して第２電極１８の表面上に配置される触媒層１９と、第１電極１０・第２電極１８間に配置され、電解液１４を封止する封止材１６とを備える。このＤＳＣ２００において、封止材１６は、第１電極１０・第２電極１８に接触している。

（ＤＳＣの具体例２）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の具体例２の模式的平面パターン構成は、図１３に示すように表され、図１３のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図１４に示すように表され、図１３のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図１５に示すように表され、図１３のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造は、図１６に示すように表され、図１３のＡ部分の拡大された模式的平面パターン構成は、図１７に示すように表される。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１３〜図１７に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された内部第１電極１０Ａと、内部第１電極１０Ａ上に配置された多孔質半導体層１３と、多孔質半導体層１３と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４と、電解液１４に接する内部第２電極（対極）１８Ａと、内部第２電極１８上に配置された第２基板２２と、第１基板２０と第２基板２２との間に配置され、電解液１４を封止する封止材１６とを備える。

また、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、図１３〜図１７に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０上に配置された外部第１電極１０Ｂと、封止材１６の外部の第２基板２２上に配置された外部第２電極１８Ｂとを備えていても良い。封止材１６は、第１基板２０・第２基板２２に接触している。内部第１電極１０Ａ・外部第１電極１０Ｂは電気的に接続され、内部第２電極１８Ａ・外部第２電極１８Ｂも電気的に接続されている。また、封止材１６は、内部第１電極１０Ａ・内部第２電極１８Ａとは接触していない。一方、封止材１６は、外部第１電極１０Ｂ・外部第２電極１８Ｂとは接触している。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の多孔質半導体層１２の半導体微粒子２の模式的構造は、図１８に示すように表される。図１８に示すように、多孔質半導体層１２は、ＴｉＯ₂などからなる半導体微粒子２が互いに結合して複雑なネットワークを形成している。色素分子４は、半導体微粒子２の表面に吸着される。多孔質半導体層１２内には、大きさ約１００ｎｍ以下の細孔が多数存在する。

（動作原理）
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の動作原理は、図１９に示すように表される。

下記の（ａ）〜（ｄ）の反応が継続して起こることで、起電力が発生し、負荷２４に電流が導通する。

（ａ）色素分子３２が光子（ｈν）を吸収し、電子（ｅ⁻）を放出し、色素分子３２は酸化体ＤＯになる。

（ｂ）Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６が多孔質半導体層１３中を拡散して、ＤＯで表される酸化体の色素分子３２に接近する。

（ｃ）酸化還元電解質２６から色素分子３２に電子（ｅ⁻）が供給される。酸化還元電解質２６は、Ｏｘで表される酸化体の酸化還元電解質２８になり、色素分子３２はＤＲで表される還元された色素分子３０になる。

（ｄ）酸化還元電解質２８は、触媒層１９方向に拡散し、触媒層１９より電子を供給されて、Ｒｅで表される還元体の酸化還元電解質２６になる。

酸化還元電解質２６は、多孔質半導体層１３中の入り組んだ空間を拡散しながら色素分子３２の近傍に接近する必要がある。

また、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の電解液１４における電荷交換反応に基づく動作原理は、図２０に示すように表される。

まず、外部から光照射されると光子（ｈν）が色素分子３２と反応して、色素分子３２は基底状態から励起状態へと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ⁻）がＴｉＯ₂からなる多孔質半導体層１３の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。第２電極１８Ａから電解液１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質（Ｉ⁻／Ｉ₃ ⁻）と電荷交換される。ヨウ素酸化還元電解質（Ｉ⁻／Ｉ₃ ⁻）が電解液１４内を拡散し、色素分子３２と再反応する。ここで、電荷交換反応は、色素分子表面において、３Ｉ⁻→Ｉ₃ ⁻＋２ｅ⁻に従って進行し、第２電極１８Ａにおいて、Ｉ₃ ⁻＋２ｅ⁻→３Ｉ⁻に従って進行する。

電解液１４は、溶媒として、例えば、アセトニトリルを使用し、この場合の電解質として、例えば、ヨウ素は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ₃ ⁻として存在する。また、電解質として、例えば、ヨウ化物塩（ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムなど）は、電解液１４中のヨウ素酸化還元電解質Ｉ⁻として存在する。また、電解液１４中には、逆電子移動抑制溶液として添加剤（例えば、ＴＢＰ：ターシャルブチルピリジン）を適用しても良い。

上記の溶質、添加剤を溶媒（アセトニトリル）に溶解させることによって、電解液１４を構成することができる。なお、上記の材料は湿式ＤＳＣなどに適用可能なものであって、常温溶融塩（イオン性液体）や固体電解質を用いる場合には、構成材料が異なる。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、多孔質半導体層（１３）／色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムは、図２１に示すように表される。また、色素分子（３２）／電解液（１４）間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図２１のＪ部分の拡大図は、図２２に示すように表される。

外部から光照射されると光子（ｈν）により、色素分子３２は基底状態ＨＯＭＯから励起状態ＬＵＭＯへと遷移する。このとき発生した励起電子（ｅ⁻）がＴｉＯ₂からなる多孔質半導体層１３の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。触媒層１９から電解液１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液１４内を拡散し、色素分子３２を還元する。

電解液１４の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３のフェルミ準位Ｅ_f間の電位差が最大起電力Ｖ_MAXである。最大起電力Ｖ_MAXの値は、電解液１４の酸化還元電解質により変化する。酸化還元電解質単独系（ヨウ素酸化還元電解質）の場合には、例えば、０．９Ｖ（Ｉ，Ｎ７１９）である。電解液１４がヨウ素・臭素の混合系酸化還元電解質を含む場合には、図２２に示すように、混合比率を調整することで混合系酸化還元電解質の酸化還元電位を、ヨウ素酸化還元電解質の酸化還元電位と臭素酸化還元電解質の酸化還元電位の間の任意の値に調整することができる。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００の各構成材料のエネルギーレベルと発電サイクルは図２３に示すように表される。図２３においては、外部から光照射されると光子（ｈν）により、色素（Ｄｙｅ）の充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺に存在する電子は、導電帯Ｓ^*に励起され、多孔質半導体層１３の伝導帯Ｅ_Cへ電子注入(electron injection)される。伝導帯Ｅ_Cへ電子注入された電子の一部は、再結合（recombination）されて、Ｄｙｅの充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺に遷移する。多孔質半導体層１３中を導通した電子（ｅ⁻）は、第１電極１０Ａから外部回路の負荷２４を導通し、第２電極１８Ａへ移動する。触媒層１９から電解液１４中に注入された電子（ｅ⁻）は、電解液１４中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液１４内を拡散し、電子注入により、Ｄｙｅの充満帯Ｓ⁰/Ｓ⁺において、色素分子３２を還元する。電解液１４の酸化還元準位Ｅ_ROと多孔質半導体層１３のフェルミ準位Ｅ_f間の電位差Ｖ_OCが最大起電力Ｖ_MAXである。

第１の実施の形態に係るＤＳＣに用いられる色素を示す化学構造式であって、ｉｎｄｏｌｉｎｅ系色素（Ｄ１４９）を示す化学構造式は、図２４（ａ）に示すように表され、Ｎ７１９を示す化学構造式は、図２４（ｂ）に示すように表され、Ｄ１３１を示す化学構造式は、図２４（ｃ）に示すように表される。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００に用いられる別の色素を示す化学構造式であって、紫色を呈するＤ２０５の化学構造式は、図２５（ａ）に示すように表され、緑色を呈するポルフィリン系色素を示す化学構造式は、図２５（ｂ）に示すように表される。また、一般的な青色色素としてフタロシアニン系色素が知られている。もちろん、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００に用いられる色素Ｄｙｅはこれらに限定されるものではなく、種々の色素Ｄｙｅを適宜選択することが可能である。

―直列構成―
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、基本セルを４個直列構成に配置した模式的断面構造は、図２６（ａ）に示すように表される。また、図２６（ａ）の模式的回路表現は、図２６（ｂ）に示すように表される。

基本セルは、図２６（ａ）に示すように、第１基板２０と、第１基板２０上に配置された内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａと、内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａ上に配置された多孔質半導体層１３₁・１３₂・１３₃・１３₄と、多孔質半導体層１３₁・１３₂・１３₃・１３₄と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄と、電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄に接する内部第２電極（対極）１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａと、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａ上に配置された第２基板２２と、第１基板２０・第２基板２２間に配置され、電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄を封止する封止材１６とを備える。

また、基本セルは、図２６（ａ）に示すように、封止材１６の外部の第１基板２０上に配置された外部第１電極１０₁Ｂ・１０₂Ｂ・１０₃Ｂ・１０₄Ｂと、封止材１６の外部の第２基板２２上に配置された外部第２電極１８₁Ｂ・１８₂Ｂ・１８₃Ｂ・１８₄Ｂとを備えていても良い。

さらに、外部第１電極１０₂Ｂと外部第２電極１８₁Ｂは、図２６（ａ）に示すように、封止材１６の外部の側壁に沿って第１基板２０・第２基板２２間に配置された接続電極１３Ａを介して接続される。同様に、外部第１電極１０₃Ｂ・外部第２電極１８₂Ｂ、外部第１電極１０₄Ｂ・外部第２電極１８₃Ｂも接続電極１３Ａを介して接続される。結果として、図２６（ｂ）に示すように、基本セル４個は、直列構成に配置される。

また、図２６に示される各基本セルにおいても、内部第１電極１０₁Ａ・１０₂Ａ・１０₃Ａ・１０₄Ａと外部第１電極１０₁Ｂ・１０₂Ｂ・１０₃Ｂ・１０₄Ｂは、第１基板２０上においてパターン形成されると共に、互いに接続されている。同様に、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａと外部第２電極１８₁Ｂ・１８₂Ｂ・１８₃Ｂ・１８₄Ｂは、第２基板２２上においてパターン形成されると共に、互いに接続されている。

また、図２６に示される各基本セルにおいても、内部第２電極１８₁Ａ・１８₂Ａ・１８₃Ａ・１８₄Ａの表面には、電解液１４₁・１４₂・１４₃・１４₄に接して、触媒層１９₁・１９₂・１９₃・１９₄を備えていても良い。その他の構成は、図１３〜図１７に示す第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様である。

―並列構成―
第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００において、基本セルを４個並列構成に配置した模式的断面構造は、図２７（ａ）に示すように表される。また、図２７（ａ）の模式的回路表現は、図２７（ｂ）に示すように表される。

外部第１電極１０₂Ｂと外部第２電極１８₁Ｂは、図２７（ａ）に示すように、封止材１６の外部の側壁に沿って第１基板２０・第２基板２２間に配置された絶縁層１３Ｂを介して絶縁される。同様に、外部第１電極１０₃Ｂ・外部第２電極１８₂Ｂ、外部第１電極１０₄Ｂ・外部第２電極１８₃Ｂも絶縁層１３Ｂを介して絶縁される。結果として、図２７（ｂ）に示すように、基本セル４個は、並列構成に配置される。その他の構成は、図１３〜図１７に示す第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００と同様である。

（製造方法）
第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法は、図２８（ａ）〜図２８（ｇ）に示すように表される。

（ａ）まず、図２８（ａ）に示すように、第２基板２２を、洗浄工程によって前処理する。ここで、第２基板２２は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能であり、また透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。

（ｂ）次に、図２８（ｂ）に示すように、第２基板２２上に内部第２電極１８Ａをパターン形成する。外部第２電極１８Ｂも、第２基板２２上に同時に形成される。ここで、内部第２電極１８Ａ・外部第２電極１８Ｂは、スクリーン印刷で塗布されるＩＴＯ微粒子含有膜を大気焼結およびＮ_２雰囲気下の熱処理を行なって形成可能であり、透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板であれば各種エッチング法によりパターン形成することが可能である。

（ｃ）次に、図２８（ｃ）に示すように、内部第２電極１８Ａ上に触媒層１９を形成する。触媒層１９は、スクリーン印刷等によって形成することができる。

（ｄ）次に、図２８（ｄ）に示すように、第２基板２２と同様に、第１基板２０を前処理後、第１基板２０上に内部第１電極１０Ａをパターン形成する。外部第１電極１０Ｂも、第１基板２０上に同時に形成される。ここで、第１基板２０は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能である。ここで、内部第１電極１０Ａ・外部第１電極１０Ｂは、スクリーン印刷で塗布されるＩＴＯ微粒子含有膜を大気焼結およびＮ_２雰囲気下の熱処理を行なって形成可能である。

（ｅ）次に、図２８（ｅ）に示すように、内部第１電極１０Ａ上に多孔質半導体層１２を形成後、多孔質半導体層１２に色素Ｄｙｅを浸漬する。多孔質半導体層１２は、スクリーン印刷等を応用して形成することができる。なお、ここまでの工程においては、第２基板２２に対する処理工程を第１基板２０に対する処理工程に対して先に実施しているが、第１基板２０に対する処理工程を第２基板２２に対する処理工程に対して先に実施しても良い。

（ｆ）次に、図２８（ｆ）に示すように、図２８（ｃ）の工程後の第２基板２２と図２８（ｅ）の工程後の第１基板２０とを互いに対向させる。そして、電解液１４を収容した容器２３の中で第２基板２２に超音波ホーン２６を押し付けて圧力を掛けながら、超音波ホーン２６から超音波振動を印加する。これにより、ＤＳＣセル内部に電解液１４を注入した状態で封止材１６が封止される。

（ＤＳＣテストセルの基板内配置例とカットライン）
第１の実施の形態に係るＤＳＣのサンプル（テストセル）２００₁₁・２００₁₂・…・２００_1n・…・２００_m1・２００_m2・…・２００_mnの第１基板２０内の配置例とカットラインＳＬ１・ＳＬ２の模式的平面パターン構成は、図２９に示すように表される。また、別の基板内配置例とカットラインの模式的平面パターン構成は、図３０に示すように表される。更に別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成は、図３１に示すように表される。

第１基板２０上には、内部第１電極１０Ａ上に配置された多孔質半導体層１３および外部第１電極１０Ｂがマトリックス状に配置されている。第１基板２０と対向する第２基板２２上においても内部第２電極１８Ａ上に配置された触媒層１９および外部第２電極１８Ｂがマトリックス状に配置される（図示省略）。図２９に示される外部第１電極１０Ｂのパターン形状は、図１３に示された例に対応している。

図３０・図３１に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状は、図２９に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状の変形例である。図２８に示された製造工程を経た後、カットラインＳＬ１・ＳＬ２において、カットすることによって、個別のＤＳＣセルを複数同時形成可能である。また、図２６に示された直列構成若しくは図２７に示された並列構成も複数同時形成可能である。

図３０・図３１に示された外部第１電極１０Ｂのパターン形状を適用する場合においても、図２８に示された製造工程を経た後、カットラインＳＬ１・ＳＬ２において、カットすることによって、個別のＤＳＣセルを複数同時形成可能である。また、図２６に示された直列構成若しくは図２７に示された並列構成も複数同時形成可能である。

（複数のＤＳＣの製造方法）
実施の形態に係るＤＳＣにおいて、複数のＤＳＣセルの製造方法は、複数個（ｍ×ｎ：但し、ｍおよびｎは整数）のセルを作り込み、分離して複数個のＤＳＣ２００を得る製造方法である。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板２０上に複数の内部第１電極１０₁₁Ａ・１０₁₂Ａ・…・１０_1nＡ・…・１０_m1Ａ・１０_m2Ａ・…・１０_mnＡが形成された状態を示す平面図は、図３２に示すように表される。ここで、外部第１電極１０₁₁Ｂ・１０₁₂Ｂ・…・１０_1nＢ・…・１０_m1Ｂ・１０_m2Ｂ・…・１０_mnＢについては、簡単化のため、図示を省略する。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第２基板２２上に複数の第２電極１８₁₁Ａ・１８₁₂Ａ・…・１８_1nＡ・…・１８_m1Ａ・１８_m2Ａ・…・１８_mnＡが形成された状態を示す平面図は、図３３に示すように表される。ここで、外部第２電極１８₁₁Ｂ・１８₁₂Ｂ・…・１８_1nＢ・…・１８_m1Ｂ・１８_m2Ｂ・…・１８_mnＢについては、簡単化のため、図示を省略する。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、第１基板（作用極側）２０と第２基板（対極側）２２を封止材１６を介して貼り合わせた状態を示す平面図は、図３４に示すように表され、図３４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図３５に示すように表される。図３４および図３５では、第１基板（作用極側）２０を上方向、第２基板（対極側）を下方向に配置している。

第１の実施の形態に係るＤＳＣの製造方法の一工程であって、横方向のスクライブラインＳＬ１を形成した状態を示す平面図は、図３６に示すように表され、さらに縦方向のスクライブラインＳＬ２を形成した状態を示す平面図は、図３７に示すように表される。

既に説明した通り、第１基板２０に超音波ホーン２６を押し付けて圧力を掛けながら、超音波ホーン２６から超音波振動を印加する。具体的には、図３４に示すように、１つのテストセル当たり例えば１秒程度超音波ホーン２６を押し付けて、ｍ×ｎ個のテストセル２００₁₁・２００₁₂・…・２００_1n・…・２００_m1・２００_m2・…・２００_mnを走査していく。図３４において、符号ＳＣＡＮ_Vは縦方向の走査経路を示し、符号ＳＣＡＮ_Hは横方向の走査経路を示している。このように超音波振動を印加すると、熱可塑性樹脂が溶融して封止材１６が封止され、図３５に示すように、ｍ×ｎ個のテストセル２００₁₁・２００₁₂・…・２００_1n・…・２００_m1・２００_m2・…・２００_mnのそれぞれに電解液１４₁₁・１４₁₂・…・１４_1n・…・１４_m1・１４_m2・…・１４_mnが封入される。

なお、図３５に示すように、封止材１６の間に基板のみ残る箇所があるが、そこがスクライブラインＳＬ２となり、打撃等のブレークにより各素子に分離される。

次いで、図３５のように計ｍ×ｎ個のＤＳＣが貼り合わされた状態で、図３６に示すように横方向のスクライブラインＳＬ１を形成する。

具体的には、封止材１６が設けられた位置に、スクライビング装置のスクライビングホイールを高精度に位置合わせして各スクライブラインＳＬ１を形成する。

続いて、図３７に示すように縦方向のスクライブラインＳＬ２を形成する。

そして、スクライブラインＳＬ１およびスクライブラインＳＬ２に沿って打撃を与えるなどすると、ガラス材が有する壁開性によりスクライブラインＳＬ１およびスクライブラインＳＬ２に沿って割れて各素子に分離される。

第１の実施の形態によれば、シール密着力を改善し、封止性能の良好な色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することができる。

（適用例）
―バッテリーセル―
次に、図３８〜図４１を参照して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００で構成されるバッテリーセル（以下、単に「セル」と呼ぶ）の適用例について説明する。

図３８の（ａ）は、３個のセルＢ１〜Ｂ３を形成した状態を示す。図３８の（ａ）の例では、面積の等しい３つのセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３が同一基板内に設けられている。

この３個のセルＢ１〜Ｂ３は図示しない配線によって、図３８の（ｂ）に示すように直列接続される。セルＢ１〜Ｂ３の総電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３となり、総電流量Ｉは、Ｉ＝Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ３となる。

図３９は、５個のセルＢ１〜Ｂ５を並設した状態を示す。

この５個のセルＢ１〜Ｂ５は配線によって、図３９の（ｂ）に示すように直列接続される。セルＢ１〜Ｂ５の総電圧Ｖは、各セルＢ１〜Ｂ５の電圧の総和５Ｅとなる。

図４０は、ｎ個のセルをタンデム構成に積層させた状態を模式的に示す。このｎ個のセルは、図４０の（ｂ）に示すように直列接続される。セルの総電圧Ｖは、各セルの電圧の総和ｎＥとなる。

図４１は、ｎ個のセルをタンデム構成に積層させたものを並列接続した状態を模式的に示す。セルの総電圧Ｖは、直列接続されたセルの電圧の総和ｎＥとなる。

図４２には、紫外線Ｌ１の波長領域（波長１０〜４００ｎｍ）、白色光Ｌ２の波長領域（波長４００〜８００ｎｍ）、赤外線Ｌ３の波長領域（波長６００〜１０００ｎｍ）を示す。第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００は、Ｌ１〜Ｌ３の少なくとも１つの領域の光線によって発電機能を発揮させることができる。

―電子機器―
第１の実施の形態に係るＤＳＣは、様々な電子機器に搭載可能である。例えば、リモコン装置、卓上デジタル時計、電子手帳、電子辞書、ＤＳＣ駆動センサモジュールなどに適用可能である。

図４３〜図４５を参照して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したリモコン装置３３０の構成例について説明する。

図４３および図４４に示すように、リモコン装置３３０は、プラスチック等で構成される筐体３８において表裏に貫通する開口部４１が形成され、この開口部４１からＤＳＣ２００が臨むように設けられて、太陽電池部３９が構成されている。

また、リモコン装置３３０には、太陽電池部３９を電源として駆動され、例えば日付や時刻、テレビのチャンネル番号等を表示する液晶部３４と、テレビのチャンネルの選択等の操作を行う操作ボタン３６が設けられている。

ＤＳＣ２００は、リモコン装置３３０の厚み方向の略中央部に水平状態で設けられている。なお、ＤＳＣ２００の第１基板２０側、第２基板２２側の何れをリモコン装置３３０の表側または裏側とするかは任意でよい。

図４４に示す構成例では、開口部４１に、筐体３８の表面および裏面と面一となるように、ＤＳＣ２００を保護する透明部材４０が嵌め込まれている。これにより、ＤＳＣ２００の表面や裏面にホコリが付着したり、傷つくことが防止される。

また、開口部４１の側面にも透明部材を設けると良い。

これにより、透明部材４０を介して、リモコン装置３３０の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、ＤＳＣ２００の第１基板２０側からの入射光および第２基板２２側からの入射光の何れもが、多孔質半導体層１３に到達することとなる。したがって、ＤＳＣ２００により、外部光を効率的に利用した発電を行ってリモコン装置３３０に電力を安定的に供給することができる。

特に、テレビやビデオ装置等のリモコン装置３３０は、置き方によっては、操作ボタン３６等が設けられた表側が例えばテーブルの天板等に面するような状態（裏返しの状態）となることがある。

第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載したリモコン装置３３０では、透明部材４０を介して、リモコン装置３３０の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、装置の表面または裏面から光線が入射すればＤＳＣ２００は発電機能を発揮する。したがって、裏返しの状態でリモコン装置３３０が置かれた場合であっても、安定して電力を供給することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

なお、ＤＳＣ２００で発電された電力は、液晶部３４に直接供給されるのではなく、バッテリーなどに蓄電された後、このバッテリーなどから供給可能である。

図４５に示すリモコン装置３３０の変形例では、透明部材４０を省き、支持部３８ａ、３８ｂによってＤＳＣ２００を支持する構成としている。なお、太陽電池部３９の側部は筐体３８の一部によって覆われている。

図４５に示すリモコン装置３３０では、太陽電池部３９の表裏から入射する光線（ｈνｆ）、（ｈνｒ）によってＤＳＣ２００は発電機能を発揮する。なお、２枚以上のＤＳＣ２００を重ね合わせ、配線によって直列接続等するようにしてもよい。

図４６を参照して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した卓上デジタル時計５０の構成例について説明する。

卓上デジタル時計５０は、透明なアクリル板等で構成される側面形状が三角形の筐体５４の一平面に、デジタル式の時計表示を行う時計部５２と、ＤＳＣ２００が設けられている。

ＤＳＣ２００は、筐体５４に２ヶ所の開口部４３が形成され、この各開口部４３からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。

図４６に示す構成例では、各開口部４３に取付けられるＤＳＣ２００は、フレーム５６を介して２つのセルが並設されている。特には限定されないが、ＤＳＣ２００の各セルは配線によって直列接続として、電圧および電流を稼ぐようにできる。

卓上デジタル時計５０が備えるＤＳＣ２００は、図４６に示すように、正面側から入射する光線（ｈνｆ）および透明な筐体５４を介して裏面側から入射する光線（ｈνｒ）の何れによっても発電機能を発揮することができる。

したがって、卓上デジタル時計５０を置く場所の自由度が高まると共に、外部光を有効に利用して時計部５２に安定して電力を供給することができる。

図４７を参照して、実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０の構成例について説明する。

電子手帳８０は、各種入力を行う操作ボタン３６や各種情報を表示する液晶部３４を備える本体部８０ｂと、本体部８０ｂと蝶番部８０ｃを介して開閉自在に取付けられるＤＳＣ２００を備えた蓋部８０ａとから構成されている。

蓋部８０ａには、蓋部８０ａ自体を表裏に貫通する開口部４５が形成され、この開口部４５からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。ＤＳＣ２００は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。

電子手帳８０が備えるＤＳＣ２００は、図４７（ａ）に示すように蓋部８０ａを開いた状態においては、表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、本体部８０ｂに安定した電力を供給することができる。

一方、図４７（ｂ）に示すように蓋部８０ａを閉じた状態においても、ＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部８０ｂ側が備えるリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる。

このように、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

また、例えば、蓋部の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子手帳８０は大型化することがなく、また一つのＤＳＣ２００で足りるため製造コストを低減することができる。

図４８を参照して、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０の構成例について説明する。

電子辞書９０は、各種入力を行う操作ボタン３６ａおよびＤＳＣ２００を備える本体部９０ｂと、本体部９０ｂと蝶番部９０ｃを介して開閉自在に取付けられる各種情報を表示する液晶部３４およびＤＳＣ２００を備えた蓋部９０ａとから構成されている。

蓋部９０ａおよび本体部９０ｂには、表裏に貫通する開口部４６が形成され、この各開口部４６からＤＳＣ２００が臨むように設けられている。ＤＳＣ２００は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。

図４８に示すように蓋部９０ａを開いた状態においては、蓋部９０ａ側のＤＳＣ２００は表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、また本体部９０ｂ側のＤＳＣ２００は表面側から入射する光線によって発電機能を発揮する。したがって、液晶部３４や本体部９０ｂが備える演算装置等に安定した電力を供給することができる。

一方、蓋部９０ａを閉じた状態においても、蓋部９０ａ側のＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部９０ｂ側が備える二次電池を充電することができる。

また、例えば、蓋部９０ａ側が下となるように電子辞書９０が置かれた場合であっても、本体部９０ｂのＤＳＣ２００は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮するので、例えば本体部９０ｂ側が備える二次電池を充電することができる。

このように、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。

また、例えば、蓋部や本体の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、第６の実施の形態に係る電子辞書９０は大型化することがなく、また一つのＤＳＣ２００で足りるため製造コストを低減することができる。

なお、第１の実施の形態に係るＤＳＣ２００を搭載した電子辞書９０のＤＳＣ２００の配置の仕方は、同様の構造を備えるゲーム機器やノート型パソコン等の各種電子機器に適用することが可能である。

（センサネットワークへの応用）
無線通信モジュールやＤＳＣ、センサなどを組み合わせたセンサネットワークを構築することができる。３０ｍ程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、３１５ＭＨｚや８６８ＭＨｚを適用可能である。さらに、１００ｍ程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、９２０ＭＨｚを適用可能である。

第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００は、図４９に示すように、ＤＳＣモジュール８０１と、無線通信モジュール８０５とを備える。ＤＳＣモジュール８０１は、室内光で発電可能なＤＳＣ直列若しくは並列セルＤＳＣ１・ＤＳＣ２を備え、センサ駆動電源として機能する。無線通信モジュール８０５は、無線センサノード８０４を搭載し、センシングと無線通信を行うことができる。

第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載した別のＤＳＣ駆動センサモジュール８０７の模式的ブロック構成は、図５０に示すように、ＤＳＣモジュール８０１と、無線通信モジュール８０５と、蓄電部８０６とを備える。ＤＳＣモジュール８０１は、室内光で発電可能なＤＳＣ直列若しくは並列セルＤＳＣ１・ＤＳＣ２・ＤＳＣ３・ＤＳＣ４を備え、センサ駆動電源として機能する。蓄電部８０６には、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electrical Double Layer Capacitor）８０８および制御ＩＣ８０９が搭載される。ＤＳＣモジュール８０１において発電された電力を蓄電部８０６に蓄積することで、安定的に無線通信モジュール８０５に電力を供給可能である。

第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００を適用したホームエネルギーマネージメントシステム（ＨＥＭＳ：Home Energy Management System）９００の構成例は、図５１に示すように表される。

各ＤＳＣ駆動センサモジュール８００では、温度／湿度センサ、照度センサなどのセンシング情報、ＰＣ９３０・ＴＶ９０１・エアコン９４０（エアコンコントローラ９０３）・太陽電池９０２などの利用状況が収集され、無線通信によって、センサ情報受信器９２０にデータ送信される。センサ情報受信器９２０においては、データ受信、エネルギーの利用状況の把握などのための信号処理が実施される。

第１の実施の形態に係るＤＳＣを搭載したＤＳＣ駆動センサモジュール８００を適用したホームエネルギーマネージメントシステム９００によれば、建物９１０全体の屋内環境に合わせて電力供給をコントロールすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、封止材のみにエネルギーを与えて封止構造を形成することができる色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器を提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本発明の色素増感太陽電池は、小型軽量高効率の電源として適用することによって、リモコン、時計、携帯電話、センサネットワークのセンサノードなどの様々な電子機器の電源または補助電源に適用することが可能である。また、建物の壁や雨よけなどの建材に使用する発電素子に応用することも可能である。

２…半導体微粒子
４・３０・３２…色素分子
１０…第１電極
１２・１３・１３₁・１３₂・１３₃・１３₄…多孔質半導体層
１４・１４₁・１４₂・１４₃・１４₄…電解液
１６・１６Ａ・１６Ｂ…封止材
１６Ａ…第１土台部
１６Ｂ…第２土台部
１６Ｔ…凸部
１６Ｕ…凹部
１８…第２電極
１９・１９₁・１９₂・１９₃・１９₄…触媒層
２０…第１基板
２２…第２基板
２６…超音波ホーン
２００…色素増感太陽電池（ＤＳＣ）

Claims (30)

1. 第１基板と、
   前記第１基板上に配置された第１電極と、
   前記第１電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、
   前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、
   前記電解液に接する触媒層と、
   前記触媒層上に配置された第２電極と、
   前記第２電極上に配置された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材と
   を備え、
   前記封止材を超音波振動により溶融させることで前記第１基板と前記第２基板とを貼り合わせたことを特徴とする色素増感太陽電池。
2. 前記第１基板と前記第２基板とを前記電解液中で貼り合わせたことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
3. 前記封止材は、前記電解液を注入するための開口部を備えない閉じた構造であることを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
4. 前記第１基板および前記第２基板のうちの少なくとも一方の基板に超音波ホーンを押し付けて圧力を掛けながら、前記超音波ホーンから超音波振動を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
5. 前記封止材は、前記第１基板上に形成される所定高さの第１土台部と、前記第２基板上に形成される所定高さの第２土台部とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
6. 前記第１土台部および前記第２土台部のうちの一方は、その端面に凸部を備え、
   前記第１土台部および前記第２土台部のうちの他方は、前記凸部と対向する領域に凹部を備えることを特徴とする請求項５に記載の色素増感太陽電池。
7. 前記凸部は、前記第１土台部または前記第２土台部から離れるに従って断面積が小さくなるテーパー状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の色素増感太陽電池。
8. 前記封止材は、熱可塑性樹脂を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
9. 前記封止材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル若しくはこれらの組み合わせを備えることを特徴とする請求項８に記載の色素増感太陽電池。
10. 前記第１基板および前記第２基板は、ガラス基板、プラスチック基板、透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはプラスチック基板で形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
11. 前記第１電極および前記第２電極は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
12. 前記多孔質半導体層は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
13. 前記触媒層は、Ｐｔ、炭素、若しくは、導電性高分子のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
14. 前記電解液は、γブチロラクトン、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルのいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
15. 前記色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、Ｄ２０５、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池。
16. 第１基板上に第１電極を形成する工程と、
    前記第１電極上に半導体微粒子を有する多孔質半導体層を形成する工程と、
    前記多孔質半導体層を色素溶液に浸漬させて色素分子を吸着させる工程と、
    第２基板上に第２電極を形成する工程と、
    前記第２電極上に触媒層を形成する工程と、
    前記第１基板および前記第２基板のうちの少なくとも一方の基板上に封止材を形成する工程と、
    前記第１基板と前記第２基板とを酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液中で対向させる工程と、
    前記封止材を超音波振動により溶融させることで前記第１基板と前記第２基板とを前記電解液中で貼り合わせる工程と
    を有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
17. 前記封止材は、前記電解液を注入するための開口部を備えない閉じた構造であることを特徴とする請求項１６に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
18. 前記第１基板および前記第２基板のうちの少なくとも一方の基板に超音波ホーンを押し付けて圧力を掛けながら、前記超音波ホーンから超音波振動を印加することを特徴とする請求項１６または１７に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
19. 前記封止材は、前記第１基板上に形成される所定高さの第１土台部と、前記第２基板上に形成される所定高さの第２土台部とを備えることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
20. 前記第１土台部および前記第２土台部のうちの一方は、その端面に凸部を備え、
    前記第１土台部および前記第２土台部のうちの他方は、前記凸部と対向する領域に凹部を備えることを特徴とする請求項１９に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
21. 前記凸部は、前記第１土台部または前記第２土台部から離れるに従って断面積が小さくなるテーパー状に形成されることを特徴とする請求項２０に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
22. 前記封止材は、熱可塑性樹脂を備えることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
23. 前記封止材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル若しくはこれらの組み合わせを備えることを特徴とする請求項２２に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
24. 前記第１基板および前記第２基板は、ガラス基板、プラスチック基板、透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはプラスチック基板で形成されることを特徴とする請求項１６〜２３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
25. 前記第１電極および前記第２電極は、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１６〜２４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
26. 前記多孔質半導体層は、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、ＷＯ₃、ＩｎＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
27. 前記触媒層は、Ｐｔ、炭素、若しくは、導電性高分子のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
28. 前記電解液は、γブチロラクトン、炭酸プロピレン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリルのいずれかで形成されることを特徴とする請求項１６〜２７のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
29. 前記色素は、レッドダイ（Ｎ７１９）、ブラックダイ（Ｎ７４９）、Ｄ１３１、Ｄ２０５、フタロシアニン系色素、ポルフィリン系色素のいずれかで形成されることを特徴とする請求項１６〜２８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
30. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を搭載したことを特徴とする電子機器。

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