JP4914660B2 - 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4914660B2
JP4914660B2 JP2006187014A JP2006187014A JP4914660B2 JP 4914660 B2 JP4914660 B2 JP 4914660B2 JP 2006187014 A JP2006187014 A JP 2006187014A JP 2006187014 A JP2006187014 A JP 2006187014A JP 4914660 B2 JP4914660 B2 JP 4914660B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
inter
photoelectric conversion
electrode
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006187014A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008016351A (ja
Inventor
信洋 福家
良亮 山中
篤 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2006187014A priority Critical patent/JP4914660B2/ja
Publication of JP2008016351A publication Critical patent/JP2008016351A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4914660B2 publication Critical patent/JP4914660B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2077—Sealing arrangements, e.g. to prevent the leakage of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

本発明は、複数の光電変換素子を有する色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。現在、一部実用化され始めた太陽電池としては、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池及び薄膜シリコン太陽電池がある。しかし、前者はシリコン基板の作製コストが高いこと、後者は多種の半導体ガスや複雑な装置を用いる必要があり、依然として製造コストが高いことが問題となっている。そのため、いずれの太陽電池において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、上記問題を解決するには到っていない。
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湿式太陽電池が示された（例えば、特許文献１参照）。この湿式太陽電池は、２枚のガラス基板にそれぞれ形成された電極間に、色素が吸着した金属酸化物半導体層である光電変換層と、電解質層とが配置され、可視光領域の吸収スペクトルを有している。この太陽電池において、光電変換層に光が照射されると電子が発生し、電子は電極に移動する。電極に移動した電子は、外部電気回路を通って対向する電極を経由して電解質層に移動し、電解質中のイオンによって運ばれて光電変換層にもどる。このようにして電気エネルギーが取り出される。
また、上述のように基本動作するものとして、図５に示すように、複数の光電変換素子を直列接続した色素増感型太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献２参照）。具体的には、短冊形にパターニングを行った透明導電膜（集電電極）１０５を形成したガラス基板１０１上に、色素を吸着させた酸化チタン層からなる光電変換層１０４を形成し、もう１枚のガラス基板１０２上に、白金層を短冊形に分割することにより対極１０３を形成し、２枚の基板１０１、１０２を貼り合わせ、基板間にキャリア輸送層１０６となる電解液を注入し、基板間の外周を樹脂にて封止することにより、同一基板上に複数の光電変換素子を有する色素増感太陽電池モジュールを作製する。この太陽電池モジュールでは、一つの光電変換素子の集電電極１０５と隣接する他の光電変換素子の対極１０３とが導電性接続層１０８により電気的に接続されることにより、各光電変換素子が直列接続されている。この導電性接続層１０８の電解液との接触を防ぐために、隣接する光電変換素子間における導電性接続層１０８の両側に絶縁性保護層１０７が形成されている。このような直列接続構造は一般的にＺ型構造と呼称されている。
他のＺ型構造の色素増感太陽電池モジュールとして、図６に示す構造のものがある（例えば、特許文献３および４参照）。特許文献３の色素増感太陽電池モジュールは、ガラス基板１２１上に短冊形にパターニング形成された透明導電膜（電極）１２２上に、色素が吸着した多孔性酸化チタンからなる光電変換層１２３、電解質を含有する多孔性絶縁層１２４および対極１２５を順次積層した構造を有しており、これら積層構造の周囲を絶縁層１２６で被覆している。この太陽電池モジュールでは、各対極１２５の一端が透明導電膜１２２に接触することで、各光電変換素子が直列接続されている。なお、図６において、１２７は絶縁性トップカバーを表している。
また、特許文献４の色素増感太陽電池モジュールは、光電変換層の一端の周囲が多孔性絶縁層で覆われておらず、光電変換層と多孔性絶縁層と触媒層の各一端の端面が一致している。
特許第２６６４１９４号公報 特開２００１−３５７８９７号公報 国際公開第ＷＯ９７／１６８３８号パンフレット 特開２００５−２８５７８１号公報
しかしながら、図５に示す特許文献２の構造の色素増感太陽電池モジュールでは、大面積化すると基板１０１、１０２が撓むため基板間距離を一定に保つことが難しく、光電変換層１０４と対極１０３の距離が変化することにより、電解質の輸送距離が変化する。よって、モジュール内部の光電変換素子の性能が変化し、モジュール性能が低下する問題がある。
また、図６に示す特許文献３の色素増感太陽電池モジュールは、各光電変換層１２３上に対極１２５が形成された構造であるが、対極１２５と透明導電膜１２２との接触部分および隣接する光電変換素子間を隔てるギャップ部（光電変換層の両側）に多孔性絶縁層１２４が非発電部分として存在しているため、集積率（光電変換層の面積／受光面積）が低い。ここで、光電変換層変換層の面積とは、受光基板（第一絶縁性基板）に投影した光電変換層の面積であり、受光面積とは、外周封止層の内側部分の面積である。
また、特許文献４の色素増感太陽電池モジュールでは、光電変換層と多孔性絶縁層と触媒層の各一端の端面が一致しているため、触媒層と透明導電膜が接触するため、内部短絡が起きる。すなわち、光電変換層と多孔性絶縁層と触媒層の各一端の各一端の端面の膜をずれなく積層することは困難であるため、光電変換層と多孔性絶縁層の幅が同一であれば、同一幅の触媒層を形成する際に起こるずれにより、触媒層と透明導電膜が接触する。また、特許文献３と同様に非発電部分が多く存在しているため、集積率は低い。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、セル間での短絡による故障がなく、集積率が高く、光電変換効率が向上する色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供する。
かくして、本発明によれば、少なくとも一方が透光性である第１絶縁性基板および第２絶縁性基板と、前記第１絶縁性基板上に離間して複数形成された第１電極と、前記一対の基板間における前記各第１電極上に形成された複数の光電変換素子と、隣接する前記光電変換素子の相互間に形成されたセル間絶縁層と、一の光電変換素子上から前記セル間絶縁層を越えて隣接する他の光電変換素子の下の第１電極上にわたって形成された第２電極と、前記セル間絶縁層上に直接または前記第２電極を介して第２絶縁性基板との間に形成された絶縁性セル間封止層と、前記一対の基板間の外周に形成された外周封止層とを備え、前記光電変換素子は、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層と、電解質を含有する多孔性絶縁層と、触媒層とを有し、前記光電変換素子がセル間絶縁層と接しており、前記セル間絶縁層が、前記電解質を浸透させない膜からなると共に、隣接する第１電極の相互間に配置され、前記セル間封止層が、基板厚み方向から見てセル間絶縁層と重なる位置に配置された色素増感太陽電池モジュールが提供される。
また、本発明の別の観点によれば、第１絶縁性基板上に離間して複数形成された第１電極の相互間にセル間絶縁膜を形成する工程と、前記第１電極上における前記セル間絶縁層の相互間に、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層と、電解質を含有する多孔性絶縁層と、触媒層とを有する光電変換素子を形成する工程と、前記光電変換素子上から前記セル間絶縁層を越えて隣接する第１電極上にわたって第２電極を形成する工程と、前記セル間絶縁層上に直接または前記第２電極を介して未硬化樹脂材料を塗布し、第２絶縁性基板を前記未硬化樹脂材料の上に載置した後、未硬化樹脂材料を硬化させてセル間封止層を形成し、かつ前記第２絶縁性基板を固定する工程と、貼り合わせた前記第１および第２絶縁性基板の間の外周に外周封止層を形成する工程とを備える色素増感太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
本発明によれば、（１）光電変換素子がセル間絶縁層と接しており、（２）セル間絶縁層が、隣接する第１電極の相互間に配置され、（３）セル間封止層が、基板厚み方向から見て、セル間絶縁層と重なる位置に配置された色素増感太陽電池モジュールが得られる。
前記構成（１）により発電に寄与する光電変換素子の基板厚み方向から見た平面面積が増加し、前記構成（２）および（３）により発電に寄与しない絶縁部分の平面面積を最小限に抑えられる。よって、本発明の色素増感太陽電池モジュールは、全受光面面積に対する非発電部分の平面面積を従来の太陽電池モジュールに比して低減したものであるため、光電変換素子の集積率が増加し、高い光電変換効率を得ることができる。
また、セル間絶縁層上に直接または第２電極を介して第２絶縁性基板との間に形成された絶縁性セル間封止層は、樹脂材料によって厚みを薄くして形成できるため、樹脂材料を塗布した際の自重による広がりがほとんどないため高精細パターン形成が可能となり、このことも光電変換素子の集積率増加に寄与している。
本発明の色素増感太陽電池モジュールは、少なくとも一方が透光性である第１絶縁性基板および第２絶縁性基板と、前記第１絶縁性基板上に離間して複数形成された第１電極と、前記一対の基板間における前記各第１電極上に形成された複数の光電変換素子と、隣接する前記光電変換素子の相互間に形成されたセル間絶縁層と、一の光電変換素子上から前記セル間絶縁層を越えて隣接する他の光電変換素子の下の第１電極上にわたって形成された第２電極と、前記セル間絶縁層上に直接または前記第２電極を介して第２絶縁性基板との間に形成された絶縁性セル間封止層と、前記一対の基板間の外周に形成された外周封止層とを備え、前記光電変換素子は、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層と、電解質を含有する多孔性絶縁層と、触媒層とを有し、前記光電変換素子がセル間絶縁層と接しており、前記セル間絶縁層が、前記電解質を浸透させない膜からなると共に、隣接する第１電極の相互間に配置され、前記セル間封止層が、基板厚み方向から見てセル間絶縁層と重なる位置に配置されたことを特徴とする。
つまり、本発明は、Ｚ型構造の色素増感太陽電池モジュールであって、
（１）光電変換素子がセル間絶縁層と接しており、
（２）セル間絶縁層が、隣接する第１電極の相互間に配置され、
（３）セル間封止層が、基板厚み方向から見て、セル間絶縁層と重なる位置に配置されたことを主たる特徴としている。
前記構成（１）により発電に寄与する光電変換素子の基板厚み方向から見た平面面積が増加し、前記構成（２）および（３）により発電に寄与しない絶縁部分の平面面積を最小限に抑えられる。よって、本発明の色素増感太陽電池モジュールは、全受光面面積に対する非発電部分の平面面積を従来の太陽電池モジュールに比して低減したものであるため、光電変換素子の集積率が増加し、高い光電変換効率を得ることができる。なお、構成（１）の場合、特に、光吸収して電子を励起する光電変換層をセル間絶縁層と接触させて平面面積を増加させることがより高い変換効率を得る上で好ましい。
以下、本明細書において、「色素増感太陽電池モジュール」を単に「太陽電池モジュール」と称し、「光電変換素子」を単に「セル」と称し、「色素が吸着した多孔性半導体層」を単に「多孔性半導体層」と称する場合がある。
本発明において、光電変換層の膜厚がセル間絶縁層の膜厚より薄いことが好ましい。このようにすれば、太陽電池モジュールの製造時において、セル間絶縁層上に光電変換層が形成されることがなく、セル間絶縁層上に形成された光電変換層によって光吸収を防止することができる。また、セル間絶縁層上に光電変換層が形成されると、その上層の電解質を含有する多孔性絶縁層もセル間絶縁層上に形成され易くなり、隣接するセル同士の短絡を防止するための絶縁構造が不利となるため、絶縁構造を簡素化する上でも光電変換層の膜厚がセル間絶縁層の膜厚より薄いことが好ましい。
さらには、多孔性絶縁層の膜厚が、セル間絶縁層の膜厚と光電変換層の膜厚の差より薄いことが、前記と同様に多孔性絶縁層がセル間絶縁層上に形成されない上で好ましい。このようにすれば、前記と同様に隣接するセル同士の短絡防止およびプロセス時間の短縮ができる。つまり、太陽電池モジュールでは、隣接する光電変換素子間の電解質の移動を遮断する必要があり、多孔性絶縁層がセル間絶縁層上にある場合は、第２電極を除く領域において多孔性絶縁層中にセル間封止層を浸透させる必要がある。しかし、多孔性絶縁層中にセル間封止層を浸透させることは難しいため、封止不良による短絡が発生する可能性がある。そこで、短絡防止のためには、十分な浸透時間が必要となり、プロセス時間が長くなるという問題が生じてしまう。本発明の上記構成によれば、このような問題が生じない。なお、本発明において、膜厚とは、膜を形成している絶縁性基板とほぼ平行（水平）な部分の厚みであり、その測定は接触式段差計を用いて行った。
本発明の太陽電池モジュールは、一の光電変換素子と、隣接する他の光電変換素子の第２電極との間は空隙によって分離されており、この空隙に、一のセルの多孔性絶縁層内に電解質を含浸させるためのキャリア輸送層（電解液）を形成してもよい。この場合、空隙内に存在する第２電極はキャリア輸送層と接触することとなる。よって、キャリア輸送層が電解質としてヨウ素等の腐食性の強いハロゲン系酸化還元種を含む場合には、第２電極が電解質に対する耐食性を有する材料から構成されていることが好ましく、さらには、第２電極に用いる材料はカーボンおよび白金を含まない材料であることが好ましい。第２電極がカーボンおよび白金を含まない材料から構成されることにより、一の光電変換素子の第２電極が隣接する光電変換素子のキャリア輸送層と接触することによる酸化還元反応を防ぐことができ、それにより内部短絡を防止することができる。なお、多孔性絶縁層に電解液が含浸していれば、電解液の使用量を低減する観点からキャリア輸送層を省略してもよい。具体的な材料としては、Ｔｉ、Ｎｉ，Ａｕおよびそれらの化合物（合金を含む）の１種または２種以上の組み合わせが考えられる。
本発明において、セル間絶縁層は無機材料からなることが好ましい。セル間絶縁層が無機材料にて形成されることにより、耐候性が強く、印刷と焼成を用いて電解質を浸透させない緻密な膜を形成することができる。また、無機材料は高い絶縁性を有するため、セル間絶縁層として最適な材料である。
また、セル間封止層の材料は感光性樹脂または熱硬化性樹脂であることが好ましい。これらの樹脂であれば、樹脂硬化前において第２電極と絶縁性基板との接点およびセル間絶縁層と絶縁性基板との接点を十分確保することができ、樹脂硬化後に、一の光電変換素子の触媒層が隣接する他の光電変換素子のキャリア輸送層中の酸化還元種と接触することによる酸化還元反応を防止し、内部短絡を防止することができる。なお、セル間封止層は、第２電極上およびセル間絶縁層上に形成されるため、膜厚は薄くて済み、未硬化樹脂が自重で広がる問題が生じ難く、高精細パターン形成が可能である。
以下、本発明の色素増感太陽電池モジュールの各構成要素について説明する。
（基板）
基板の材料としては、多孔性半導体層を形成するときに必要なプロセス温度に対する耐熱性を有し、絶縁性を有し、受光面側となる基板は光透過性を有する材料であれば特に限定されない。例えば、ガラス基板、可撓性フィルム等の耐熱性樹脂板、セラミック基板等が挙げられる。基板の耐熱性は、例えば、エチルセルロースを含有したペーストを用いて多孔性半導体層を形成する場合には５００℃程度が好ましく、エチルセルロースを含有しないペーストであれば１２０℃程度でよい。また、キャリア輸送層に揮発性溶媒を用いる場合は、この溶媒に対して透湿性の低い材料から形成された基板を用いることが好ましく、透湿性の低い材料からなる基板の一表面または両面をＳｉＯ2等の透湿性の低い材料でコーティングすることがさらに好ましい。
（第１電極）
第１電極は、光電変換層で発生した電子を外部回路に輸送する機能を有する。第１電極の材料としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ複合酸化物）、フッ素ドープされた酸化スズ、ボロン、ガリウムまたはアルミニウムがドープされた酸化亜鉛、ニオブまたはタンタルがドープされた酸化チタン等の透明導電性金属酸化物、金、銀、アルミニウム、インジウム等の金属、カーボンブラック、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン等のカーボンが挙げられ、中でも透明導電性金属酸化物が好ましい。不透明材料である金属およびカーボンを用いる場合は、薄膜化して光透過性を付与することが好ましい。電解液に腐食される金属を用いる場合は電解液と接触する部分に耐腐食性材料をコーティングすることが好ましい。
第１電極は、基板の上に、スパッタ法、スプレー法などの常法によって形成することができ、その膜厚は０．０２〜５μｍ程度が好ましい。第１電極の膜抵抗は低いほど良く、４０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
絶縁性透明基板上に絶縁のために分離して複数の第１電極を形成する方法としては、第１電極をパターン形成するか、あるいは第１電極の一部を除去することが考えられる。第１電極をパターン形成する手法としては、例えば、メタルマスクやテープマスクを用いる手法や、フォトリソグラフィー法といった公知技術が挙げられる。一方、第１電極の一部を除去する手法としては、レーザースクライブやサンドブラスターなどの物理的手法や、溶液エッチングといった化学的手法が挙げられる。
（多孔性半導体層）
多孔性半導体層は、半導体から構成され、その形態は、粒子状、膜状等の種々な形態のものを用いることができるが、膜状の形態であることが好ましい。多孔性半導体層を構成する材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛等の公知の半導体を１種類または２種類以上組み合わせて用いることができる。中でも、変換効率、安定性、安全性の点から酸化チタンが好ましい。
膜状の多孔性半導体層を基板上に形成する方法としては、種々の公知の方法を使用することができる。具体的には、スクリーン印刷法、インクジェット法などの基板上に半導体粒子を含有するペーストを塗布し、その後焼成する方法が挙げられる。このうち、厚膜化や製造コストの観点より、ペーストを用いたスクリーン印刷法が好ましい。
なお、多孔性半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、変換効率の観点より、５〜５０μｍ程度が好ましい。
変換効率を向上させるためには、後述する色素を多孔性半導体層により多く吸着させることが必要である。このため、膜状の多孔性半導体層は比表面積が大きなものが好ましく、１０〜２００ｍ2／ｇ程度が好ましい。なお、本明細書において示す比表面積はＢＥＴ吸着法により測定した値である。
上述の半導体粒子としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば１ｎｍ〜５００ｎｍ程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒子等が挙げられる。
上述の多孔性半導体層の乾燥及び焼成は、使用する基板や半導体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整して行われる。そのような条件として、例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下、５０〜８００℃程度の範囲内で、１０秒〜４時間程度が挙げられる。この乾燥及び焼成は、単一の温度で１回又は温度を変化させて２回以上行うことができる。
（色素）
本発明において、多孔性半導体層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の可視光領域及び／又は赤外光領域に吸収をもつものが挙げられ、多孔性半導体層に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、スルホン酸基等のインターロック基を有することが好ましい。なお、インターロック基は、励起状態の色素と多孔性半導体層の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供するものである。
これらインターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、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、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。
色素を多孔性半導体層に吸着させる方法としては、導電性基板上に多孔性半導体層が形成された積層体を、色素を溶解した溶液（色素吸着用溶液）に浸漬する方法が代表的に挙げられる。色素を溶解させる溶媒としては、色素を溶解するものであればよく、具体的には、エタノールといったアルコール類、アセトンといったケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリルといった窒素化合物類、クロロホルムといったハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンといった脂肪族炭化水素、ベンゼンといった芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、水等が挙げられる。これらの溶媒は２種類以上を混合して用いることもできる。
溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましく、例えば、１×１０-5モル／リットル以上が好ましい。
（多孔性絶縁層）
多孔性絶縁層は、光電変換層と触媒層との物理接触および電気的接続を阻止する機能を有する。多孔性絶縁層は、後述のキャリア輸送層中の電解質（酸化還元種）を内部に取り込み、かつ移動させる必要があるため、内部に連続気泡を有する多孔体であることが好ましい。さらに、多孔性絶縁層は、屈折率が高く、光電変換層を通り抜けてきた光を反射する機能を有することが好ましい。
多孔性絶縁層によって光電変換層と触媒層との物理接触を阻止する手法としては、光電変換層上に隙間なく多孔性絶縁層を形成し、ある程度の膜厚と場合によっては２回以上の膜形成工程を行う方法がある。
多孔性絶縁層によって光電変換層と触媒層との電気的接続を阻止する手法としては、高抵抗材料を用いることや、光電変換層と触媒層との接触面積を低下させることが考えられる。高抵抗材料としては、酸化物半導体が好ましく、中でも酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムおよび酸化チタンのうちの１種または２種以上を組み合わせることがより好ましい。また、接触面積を低下させる場合、多孔性絶縁層の表面の表面積を減少させることが好ましく、具体的には、表面の凹凸を減少させることや、多孔体の場合、材料となる微粒子のサイズを大きくする等が考えられる。
多孔性絶縁層の形成方法は、スクリーン印刷法、インクジェット法などの基板上に半導体粒子を含有するペーストを塗布し、その後焼成する方法が挙げられる。
（キャリア輸送層）
一対の基板間に充填されるキャリア輸送層は、イオンを輸送できる導電性材料、例えば電解液、高分子電解質等のイオン導電体から構成される。このイオン導電体は、酸化還元性電解質を含むものが好ましい。酸化還元性電解質としてはく、具体的には、鉄系、コバルト系など金属類や、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン化合物が挙げられ、中でも一般にヨウ素が用いられる。
ヨウ素を酸化還元種として用いる場合、一般に電池等に使用できるものであれば特に限定されないが、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム等の金属ヨウ化物と、ヨウ素との組み合わせが最も好ましい。さらに、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイドといったイミダゾール塩を混入してもよい。
また、キャリア輸送層の溶媒としては、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、アセトニトリル等のニトリル化合物、エタノール等のアルコール類、その他、水や非プロトン極性物質等が挙げられるが、その中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が好ましい。これらの溶媒は２種類以上を混合して用いることもできる。一方、電解液の揮発が問題となる場合は、溶融塩を溶媒の代わりに用いてもよい。
電解質濃度としては、種々の電解質により選択されるが、０．０１〜１．５モル／リットルの範囲が好ましい。
（触媒層）
触媒層は、多孔性絶縁層中に存在する電解質（酸化還元種）の反応を促進する機能を有する。多孔性半導体層に色素を吸着させる前に触媒層を形成する場合、多孔性半導体層に色素を吸着させ易いように、触媒層は例えば網状のように多数の孔を有する形状に形成することが好ましいが、色素吸着後であればその限りではない。また、触媒層は、酸化還元種と接触する面積が大きい方が好ましいため、多孔体であることがより好ましい。
触媒層の材料としては、Ｆｅ、Ｃｏおよび白金族であるＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔといった８族元素、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、フラーレン等のカーボン類、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ｈ）が挙げられ、キャリア輸送層の材料に腐食性の高いハロゲン系の酸化還元種を用いる場合は、耐食性の高い材料であるカーボン化合物や白金が長期安定性の観点で好ましい。
触媒層の形成方法としては特に限定されないが、例えば電子ビーム蒸着、スパッタ等が挙げられる。
（第２電極）
第２電極は、一の光電変換素子の触媒層と隣接する他の光電変換素子の第１電極とを電気的に接続する機能を有する。第２電極の材料としては、特に限定されないが、導電性が高い金属または透明導電材料が好ましい。ただし、キャリア輸送層に腐食性の高いハロゲン系の酸化還元種を用いる場合は、長期安定性の観点から、耐食性の高い材料、例えば、ＴｉやＴａ等の高融点金属が好ましい。さらには、第２電極は、隣接するセルのキャリア輸送層と接触するため、カーボン類や白金族といった酸化還元を促進する材料を用いない方が望ましい。その理由は、第２電極が隣接するセルのキャリア輸送層と接触することにより、酸化還元反応が起こり、内部短絡が起こってしまうからである。これらの材料に限定されるわけではないが、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕおよびそれらの化合物（合金を含む）のうちの１種または２種以上組み合わせて用いることができる。
また、多孔性半導体層に色素を吸着させる前に、多孔性絶縁層上に第２電極を形成する場合は、多孔性半導体層に色素を吸着させ易いように、第２電極は例えば網状のように多数の孔を有する形状に形成することが好ましいが、色素吸着後であればその限りではない。
第２電極の形成方法としては特に限定されないが、例えば電子ビーム蒸着、スパッタ等が挙げられる。
（セル間絶縁層）
セル間絶縁層は、（ａ）キャリア輸送層中の酸化還元種の移動を阻止する、（ｂ）一の光電変換素子の第２電極が、同一セル内の第１電極と接触して内部短絡を生ずることを防止する、および（ｃ）隣接する第１電極の相互間をカバーする機能を有する。
一対の基板間には異なる電位を持つ第１電極が存在するため、キャリア輸送層中の酸化還元種が偏る故障が発生しないよう、セル間絶縁層にて各光電変換素子が区画され、それによって隣接するセル間でのキャリア輸送層中の酸化還元種の移動が阻止される。よって、セル間絶縁層は、キャリア輸送層中の酸化還元種がセル間絶縁層内を通過できない程度に緻密な膜であることが好ましい。ここでの緻密な膜とは、隣接するセル間を酸化還元種が通過できない膜であればよく、例えば独立気泡の多孔体も含む。
また、セル間絶縁層は、隣接する第１電極が導通して内部短絡が発生しないようにするため、絶縁材料にて隣接する第１電極の相互間に形成される。絶縁材料としては、具体的には、一般的に高抵抗である無機酸化物が好ましく、例えば酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
セル間絶縁膜の形成方法は、スクリーン印刷法、インクジェット法などの基板上に半導体粒子を含有するペーストを塗布し、その後焼成する方法が挙げられる。
（セル間封止層）
セル間封止層は、第２電極と絶縁性基板との間およびセル間絶縁膜と絶縁性基板との間を封止して、隣接するセル間におけるキャリア輸送層中の酸化還元種の移動を阻止する機能を有する。よって、セル間封止層は、キャリア輸送層中の酸化還元種がセル間絶縁層内を通過できない程度に緻密な膜であることが好ましい。さらには、セル間封止層は、複数のセル間絶縁層、第１・第２電極およびセルが形成された第１絶縁性基板と第２絶縁性基板とを接着により貼り合わせ固定する機能を有する。よって、セル間封止層は、第２電極、絶縁性基板およびセル間絶縁膜との接点が十分に確保できる密着性が良好な絶縁材料からなることが好ましく、具体的には上述の感光性樹脂または熱硬化性樹脂が挙げられる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施形態および実施例によりさらに具体的に説明するが、これらによって本発明は限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の色素増感太陽電池モジュール（Ｚ型モジュール）の概略構成を示す断面図である。この太陽電池モジュールは、一対の第１絶縁性基板１と第２絶縁性基板２との間に、複数の光電変換素子Ｓ１が電気的に直列接続して配置されている。本実施形態では、図１における下側の第１絶縁性基板１を受光面側としており、第１絶縁性基板１は透光性を有している。
第１絶縁性基板１上には、複数の透明第１電極３が所定間隔で離間して形成されており、隣接する第１電極１、１の間に、区画壁としてのセル間絶縁層７が形成されている。よって、各セルＳ１はセル間絶縁層７によって区画されている。なお、図１では、基板平面の一方向に複数のセルＳ１が１列に配置されている状態を例示しているが、前記一方向と直交する方向にも他の列のセルが形成されていてもよく、この場合、セル間絶縁層７が一の列のセルと他の列のセルとの間にも形成される。
このセル間絶縁層７の膜厚は、第１電極と、光電変換素子Ｓ１を構成する後述の色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層４、電解質を含有する多孔性絶縁層５および触媒層６１との各膜厚の合計よりも厚く、例えば５〜１００μｍであり、好ましくは１０〜５０μｍである。
光電変換層４は、第１電極３上のセル間絶縁層７の近傍に接触せずに形成されており、膜厚としては例えば５〜１００μｍであり、好ましくは１０〜４０μｍである。
多孔性絶縁層５は、その一端がセル間絶縁層７と接触した状態で光電変換層４上に形成されており、光電変換層４上の膜厚は光電変換層を覆い、薄ければ薄い方が良いが、例えば０．５〜２０μｍであり、好ましくは０．５〜１０μｍである。
触媒層６１は、その一端がセル間絶縁層７と接触した状態で多孔性絶縁層５上に形成されており、形態によって異なるが、膜状である場合は、膜厚としては例えば１〜１３００ｎｍであり、好ましくは１〜１００ｎｍである。膜状以外に、島状、格子状、ストライプ状などがある。
また、各セルＳ１の触媒層６１上からセル間絶縁層７を越えて隣接するセルＳ１の第１電極３上にわたって第２電極６２が形成されている。この一のセルＳ１の第２電極６２は、セル間絶縁層７の側面に沿って隣接する第１電極３まで延びているため、第２電極６２と隣接するセルＳ１との間には、電解液が注入されてキャリア輸送層８を形成するための空隙部が形成されている。よって、一のセルＳ１の第２電極６２は隣接するセルおよび第２電極とは接触していない。
前記キャリア輸送層８を構成する電解液中の電解質は、光電変換層４および多孔性絶縁層５の内部に浸透している。
また、各セル間絶縁層７と第２絶縁性基板２との間にセル間封止層１１が形成されている。つまり、セル間封止層１１は、セル間絶縁層７上と第２電極６２上に形成されており、基板厚み方向から見てセル間絶縁層７および第１電極３、３の間と重なる位置に配置されている。セル間封止層７の膜厚としては、薄ければ薄いほど、電解液の使用量を減らせるため好ましい。
この実施形態１の太陽電池モジュールの製造方法は、第１絶縁性基板１上に離間して複数形成された第１電極３の相互間にセル間絶縁膜７を形成する工程と、前記第１電極３上におけるセル間絶縁層７の相互間に、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層４と、電解質を含有する多孔性絶縁層５と、触媒層６１とを有する光電変換素子Ｓ１を形成する工程と、光電変換素子Ｓ１上からセル間絶縁層７を越えて隣接する第１電極３上にわたって第２電極６２を形成する工程と、セル間絶縁層７上に直接または第２電極６２を介して未硬化樹脂材料を塗布し、第２絶縁性基板２を未硬化樹脂材料の上に載置した後、未硬化樹脂材料を硬化させてセル間封止層１１を形成し、かつ第２絶縁性基板２を固定する工程と、貼り合わせた第１および第２絶縁性基板１、２の間の外周に外周封止層９を形成する工程とを備える。
さらに詳しく説明すると、光電変換素子Ｓ１を形成する工程が、第１電極３上に多孔性半導体層を形成する工程と、多孔性半導体層上に多孔性絶縁層５を形成する工程と、多孔性絶縁層５に触媒層６１を形成する工程と、第２電極６２を形成する前または後に、多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、外周封止層９を形成した後に、第１および第２絶縁性基板１、２の間に電解液を注入して多孔性半導体層および多孔性絶縁層５の内部に電解質を含浸させる工程とを有する。なお、この場合、光電変換層４（多孔性半導体層）は、セル間絶縁層７と接触させずに第１電極３上に形成する。
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２の色素増感太陽電池モジュール（Ｚ型モジュール）の概略構成を示す断面図である。実施形態２の太陽電池モジュールは、図１の実施形態１における光電変換層２４がセル間絶縁層７と接触して形成され、それによって光電変換層２４、多孔性絶縁層２５および触媒層６１の各端面がセル間絶縁層７の側面の位置で一致していること以外は、実施形態１と同様の方法により作製することができる。なお、図２において、符号Ｓ２は光電変換素子を示し、図１と同様の要素には同一の符号を付している。
この実施形態２の太陽電池モジュールによれば、受光面側から見た光電変換層２４の面積が実施形態１に比して増加している。つまり、受光面面積に対する光電変換層２４の面積の割合である集積率が増加する。
（他の実施形態）
図１および図２に示した実施形態１および２では、下側の第１絶縁性基板を受光面側として、第１電極上に光電変換層、電解質を含む多孔性絶縁層および触媒層の順で光電変換素子を形成したが、受光面側を上側の透明な第２絶縁性基板として、第１電極上に触媒層、電解質を含む多孔性絶縁層および光電変換層の順で光電変換素子を形成してもよい。
この場合も、光電変換素子の膜厚がセル間絶縁層の膜厚より薄く、さらには、多孔性絶縁層の膜厚が、セル間絶縁層の膜厚と光電変換層の膜厚との差よりも薄いことが好ましく、各層の膜厚は実施形態１と同様に設定することができる。
（実施例１）
図１（実施形態１）に示す色素増感太陽電池モジュールの作製を行った。その製造工程を以下に示す。
先ず、導電性ガラス基板（日本板硝子社製、商品名：ＳｎＯ2膜付ガラス：縦６０ｍｍ×横３６ｍｍ）を用意し、導電性ガラス基板表面のＳｎＯ2膜をレーザースクライブにより縦方向に平行に切断して、複数の第１電極３を形成すると共に、各第１電極の間を絶縁部１０とした。絶縁部１０は、ガラス基板である第１絶縁性基板１の左端から９．５ｍｍの位置と、そこから６．５ｍｍ間隔で３箇所形成された絶縁部の幅は１００μｍである。
次に、絶縁部１０上に、かつ絶縁部１０を中心として僅かに両側の第１電極３上にはみ出すように、セル間絶縁層の材料であるＳｉＯ2含有ペーストをスクリーン印刷機（ニューロング社製：ＬＳ―３４ＴＶＡ）を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、緻密なセル間絶縁層７を形成した。形成されたセル間絶縁層７の膜厚は２８μｍ、幅０．６ｍｍ、長さ６０ｍｍである。
次に、セル間絶縁層７が形成されていない第１電極３上に酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＳＰ、平均粒径１３ｎｍ）をスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、膜厚１５μｍの多孔性半導体層を形成した。形成された多孔性半導体層は、第１絶縁性基板１の左端から６．４ｍｍの位置を中心として、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性半導体層の中心から６．５ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、多孔性半導体層上にジルコニア粒子（平均粒経５０ｎｍ）を含むペーストをスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、平坦部分の膜厚が７μｍの多孔性絶縁層５を形成した。形成された多孔性絶縁層５は、第１絶縁性基板１の左端から６．６ｍｍの位置を中心として、幅５．２ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性絶縁層５の中心から６．５ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、触媒層６１として膜厚５０ｎｍのＰｔ膜および第２電極６２として膜厚３００ｎｍのＴｉ膜を共に電子ビーム蒸着機を用いて形成した。触媒層６１は多孔性絶縁層５上のみに形成され、第２電極６２は触媒層６１上、セル間絶縁層７上および隣接する第１電極３上に形成された。
次に、下記式（１）のＮ７１９（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製 Ｒｕ５３５ｂｉｓＴＢＡ）を３×１０-4モル／リットルの濃度となるようエタノール（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）に溶解し、色素溶液を調製した。続いて、多孔性半導体層を有する第１絶縁性基板１を、この色素溶液中に１２０時間浸漬し、色素を多孔性半導体層（酸化チタン膜）に吸着させた。その後、色素溶液から取り出した第１絶縁性基板１をエタノール（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）で洗浄し、乾燥して、光電変換層４を形成した。
Figure 0004914660
次に、セル間絶縁層上に直接または第２電極６２を介して感光性樹脂（スリーボンド社製 ３１Ｘ−１０１）をディスペンサー（ＥＦＤ社製 ＵＬＴＲＡＳＡＶＥＲ）により塗布し、封止樹脂に第２絶縁性基板２（縦５６ｍｍ×横３２ｍｍ）を貼り合わせた後、紫外線ランプ（ＥＦＤ社製 ＮＯＶＡＣＵＲＥ）を用いて紫外線を照射することにより、感光性樹脂を硬化させてセル間封止層１１を形成し、かつ第２絶縁性基板２を固定した。セル間封止層１１の幅は０．６ｍｍ、であった。
その後、貼り合わせた２枚の基板１、２の周囲に前記感光性樹脂を塗布し、前記と同様に硬化させて外周封止層９を形成した。
その後、第２絶縁性基板２における各セルＳ１の位置に対応する部分に形成された電解液注入口（不図示）より、酸化還元性電解液をキャピラリー効果を用いて注入し、電解液注入口を樹脂にて封止することにより、色素増感太陽電池モジュールを得た。キャリア輸送層８として用いる前記酸化還元性電解液は、アセトニトリル（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）に、濃度０．１モル／リットルのヨウ化リチウム（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）、濃度０．０１モル／リットルのヨウ素（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）、濃度０．５モル／リットルのＴＢＰ（Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ製）、濃度０．６モル／リットルのジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド（ＤＭＰＩＩ、四国化成製）を溶解させて調製した。
作製した実施例１の色素増感太陽電池モジュールは、第１絶縁性基板１側から見た受光面面積に対する光電変換層４の面積の割合（光電変換層４の面積／受光面面積×１００）である集積率は７６．９％であった。また、作製したモジュールをＡＭ１．５の一光源式ソーラーシミュレーターを用いてＩＶ特性を測定すると、変換効率４．６％であった。さらに、モジュールを１０個作製したが短絡等の故障は発生しなかった。
（比較例１）
比較例１として、図３に示す構造の色素増感太陽電池モジュールの作製を行った。この比較例１の太陽電池モジュールは、セル間絶縁層が省略されてセル間封止層２１１が第１電極２０３と第２絶縁性基板２０２の間に形成された点、電解質を含有する多孔性絶縁層２０５が光電変換層２０４上から隣接する第１電極２０３、２０３間の絶縁部２１０にわたって形成された点、第２電極２６２が触媒層２６１上から多孔性絶縁層２０５の傾斜面上を通って隣接する第１電極２０３上に形成された点が主として実施例１とは異なる。
比較例１の製造工程を以下に示す。
先ず、導電性ガラス基板（日本板硝子社製、商品名：ＳｎＯ2膜付ガラス：縦６０ｍｍ×横４０ｍｍ）のＳｎＯ2膜をレーザースクライブを用いて切断して、複数の第１電極２０３を形成し、隣接する第１電極２０３間を絶縁部２１０とした。絶縁部２１０は、ガラス基板である第１絶縁性基板２０１の左端から９．４ｍｍの位置と、そこから８ｍｍ間隔で３箇所形成された。絶縁部の幅は１００μｍである。
次に、絶縁部２１０が形成されていない第１電極２０３上に酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＳＰ、平均粒径１３ｎｍ）をスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、膜厚１５μｍの多孔性半導体層を形成した。形成された多孔性半導体層は、第１絶縁性基板２０１の左端から６．７５ｍｍの位置を中心として、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性半導体層の中心から８ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、多孔性半導体層上にジルコニア粒子（平均粒経５０ｎｍ）を含むペーストをスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、平坦部分の膜厚が７μｍの多孔性絶縁層２０５を形成した。形成された多孔性絶縁層２０５は、第１絶縁性基板２０１の左端から６．８ｍｍの位置を中心として、幅５．５ｍｍ、長さ５２ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性絶縁層２０５の中心から８ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、触媒層２６１として膜厚５０ｎｍのＰｔ膜および第２電極２６２として膜厚３００ｎｍのＴｉ膜を共に電子ビーム蒸着機を用いて形成した。触媒層２６１は多孔性絶縁層２０５上のみに形成され、第２電極２６２は触媒層２６１上、多孔性絶縁層２０５上および隣接する第１電極２０３上に形成された。
次に、実施例１と同様の色素溶液を、実施例１と同様の方法で多孔性半導体層に色素を吸着させ、その後、洗浄および乾燥した。
第１電極２０３上における隣接する光電変換素子Ｓ２間の中央に感光性樹脂（スリーボンド社製 ３１Ｘ−１０１）をディスペンサー（ＥＦＤ社製 ＵＬＴＲＡＳＡＶＥＲ）により塗布し、感光性樹脂に第２絶縁性基板２０２（縦５６ｍｍ×横３２ｍｍ）を貼り合わせた後、紫外線ランプ（ＥＦＤ社製 ＮＯＶＡＣＵＲＥ）を用いて紫外線を照射することにより、感光性樹脂を硬化させてセル間封止層２１１を形成し、かつ第２絶縁性基板２０２を固定した。セル間封止層２１１の幅は２ｍｍ、長さは５８ｍｍ、厚みは ５０μｍであった。
その後、貼り合わせた２枚の基板２０１、２０２の周囲に前記感光性樹脂を塗布し、前記と同様に硬化させて外周封止層２０９を形成した。
その後、第２絶縁性基板２０２における各セルＳ３の位置に対応する部分に形成された電解液注入口（不図示）より、酸化還元性電解液をキャピラリー効果を用いて注入し、電解液注入口を樹脂にて封止することにより、色素増感太陽電池モジュールを得た。キャリア輸送層２０８として用いる前記酸化還元性電解液は、実施例１と同様のものを使用した。
得られた比較例１の太陽電池モジュールの集積率は６６．３％であった。また、このモジュールのＩＶ特性を測定すると、変換効率４．０％であった。さらに、モジュールを１０個作製したが短絡等の故障は発生しなかった。
（比較例２）
比較例２として、図４に示す構造の色素増感太陽電池モジュールの作製を行った。この比較例２の太陽電池モジュールは、同一セルＳ４において、触媒層３６１の一端が第１電極２０３と接触していることが主として比較例１とは異なる。なお、図４において、図３と同様の要素には同一の符号を付している。
比較例２の製造工程を以下に示す。
先ず、導電性ガラス基板（日本板硝子社製、商品名：ＳｎＯ2膜付ガラス：縦６０ｍｍ×横４０ｍｍ）のＳｎＯ2膜をレーザースクライブを用いて切断して、複数の第１電極２０３を形成し、隣接する第１電極２０３間を絶縁部２１０とした。絶縁部２１０は、ガラス基板である第１絶縁性基板２０１の左端から９．１ｍｍの位置と、そこから７．８ｍｍ間隔で３箇所形成された。絶縁部の幅は１００μｍである。
次に、絶縁部２１０が形成されていない第１電極２０３上に酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＳＰ、平均粒径１３ｎｍ）をスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、膜厚１５μｍの多孔性半導体層を形成した。形成された多孔性半導体層は、第１絶縁性基板２０１の左端から６．５ｍｍの位置を中心として、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性半導体層の中心から７．８ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、多孔性半導体層上にジルコニア粒子（平均粒経５０ｎｍ）を含むペーストをスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、平坦部分の膜厚が７μｍの多孔性絶縁層３０５を形成した。形成された多孔性絶縁層３０５は、第１絶縁性基板２０１の左端から６．６ｍｍの位置を中心として、幅５．３ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性絶縁層３０５の中心から７．８ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、触媒層３６１として膜厚５０ｎｍのＰｔ膜および第２電極２６２として膜厚３００ｎｍのＴｉ膜を共に電子ビーム蒸着機を用いて形成した。触媒層３６１は多孔性絶縁層３０５上から一端が第１電極２０３に接触して形成され、第２電極２６２は触媒層３６１上、多孔性絶縁層３０５上および隣接する第１電極２０３上に形成された。
次に、実施例１と同様の色素溶液を、実施例１と同様の方法で多孔性半導体層に色素を吸着させ、その後、洗浄および乾燥した。
以下、比較例１と同様にして比較例２の太陽電池モジュールを完成させた。
得られた比較例２の太陽電池モジュールの集積率は６８．５％であった。また、このモジュールのＩＶ特性を測定すると、変換効率４．１％であった。さらに、モジュールを１０個作製したが、そのうち３個は、各光電変換素子Ｓ４内において触媒層３６１を介して第２電極２６２と第１電極２０３が接触する（図４中の円内部分参照）ことによる短絡の故障が発生した。
実施例１と比較例１、２とを比較することにより、本発明によれば集積率が高いモジュールを作製することができた。また、比較例２の構造では短絡の故障が発生するため、歩留まりの低下が起きることがわかった。
（実施例２）
図２（実施形態２）に示す色素増感太陽電池モジュールの作製を行った。その製造工程を以下に示す。
先ず、実施例１と同様の手法を用い、実施例１と同様のサイズおよび膜厚で、複数の第１電極３、絶縁部１０およびセル間絶縁層７を形成した。
次に、セル間絶縁層７が形成されていない第１電極３上に酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＳＰ、平均粒径１３ｎｍ）をスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、膜厚１５μｍの多孔性半導体層を形成した。形成された多孔性半導体層は、第１絶縁性基板１の左端から６．６ｍｍの位置を中心として、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性半導体層の中心から６．５ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
次に、多孔性半導体層上にジルコニア粒子（平均粒経５０ｎｍ）を含むペーストをスクリーン印刷機を用いて塗布し、その後、５００℃、６０分間で焼成を行い、平坦部分の膜厚が７μｍの多孔性絶縁層５を形成した。形成された多孔性絶縁層５は、第１絶縁性基板１の左端から６．６ｍｍの位置を中心として、幅４．９ｍｍ、長さ５０ｍｍのサイズで１つ形成され、その左端の多孔性絶縁層５の中心から６．５ｍｍの間隔で同様のサイズで３つ形成された。
その後は、実施例１と同様の手法を用い、実施例１と同様のサイズおよび膜厚で、触媒層６１および第２電極６２を形成し、多孔性半導体層に色素を吸着させ、セル間封止層１１および外周封止層９を形成し、基板間に酸化還元性電解液を注入することにより、色素増感太陽電池モジュールの作製を行った。
得られた実施例２の太陽電池モジュールの集積率は７８．４％であった。また、モジュールのＩＶ特性を測定すると、変換効率４．７％であった。さらに、モジュールを１０個作製したが短絡等の故障は発生しなかった。
実施例２は光電変換層２４がセル間絶縁層７と接触しているため、実施例１のように光電変換層４とセル間絶縁層７の間に多孔性絶縁層５のみの部分がないため、集積率が高く、その結果実施例１よりも変換効率がやや高くなったと考えられる。
本発明の実施形態１の色素増感太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２の色素増感太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。 比較例１の色素増感太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。 比較例２の色素増感太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である 従来技術の色素増感太陽電池モジュールの断面概略図である。 他の従来技術の色素増感太陽電池モジュールを示す要部の断面概略図である。
符号の説明
１ 第１絶縁性基板
２ 第２絶縁性基板
３ 第１電極
４、２４ 光電変換層
５、２５ 多孔性絶縁層
６１ 触媒層
６２ 第２電極
７ セル間絶縁層
８ キャリア輸送層
９ 外周封止層
１０ 絶縁部
１１ セル間封止層

Claims (10)

  1. 少なくとも一方が透光性である第１絶縁性基板および第２絶縁性基板と、前記第１絶縁性基板上に離間して複数形成された第１電極と、前記一対の基板間における前記各第１電極上に形成された複数の光電変換素子と、隣接する前記光電変換素子の相互間に形成されたセル間絶縁層と、一の光電変換素子上から前記セル間絶縁層を越えて隣接する他の光電変換素子の下の第１電極上にわたって形成された第２電極と、前記セル間絶縁層上に直接または前記第２電極を介して第２絶縁性基板との間に形成された絶縁性セル間封止層と、前記一対の基板間の外周に形成された外周封止層とを備え、
    前記光電変換素子は、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層と、電解質を含有する多孔性絶縁層と、触媒層とを有し、
    前記光電変換素子がセル間絶縁層と接しており、
    前記セル間絶縁層が、前記電解質を浸透させない膜からなると共に、隣接する第１電極の相互間に配置され、
    前記セル間封止層が、基板厚み方向から見てセル間絶縁層と重なる位置に配置されたことを特徴とする色素増感太陽電池モジュール。
  2. 前記光電変換素子の膜厚がセル間絶縁層の膜厚より薄い請求項１に記載の色素増感太陽電池モジュール。
  3. 前記多孔性絶縁層の膜厚が、セル間絶縁層の膜厚と光電変換層の膜厚との差よりも薄い請求項２に記載の色素増感太陽電池モジュール。
  4. 前記第１絶縁性基板は透光性を有し、
    前記光電変換素子は、前記第１電極側から光電変換層、電解質を含有する多孔性絶縁層および触媒層が順次積層されてなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の色素増感太陽電池モジュール。
  5. 前記第２電極が、前記電解質に対する耐食性を有する材料からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の色素増感太陽電池モジュール。
  6. 前記第２電極の材料が、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕおよびそれらの化合物のうちの１種または２種以上の組み合わせからなる請求項５に記載の色素増感太陽電池モジュール。
  7. 前記セル間絶縁層が無機材料からなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の色素増感太陽電池モジュール。
  8. 前記セル間封止層の材料が、感光性樹脂または熱硬化性樹脂である請求項１〜７のいずれか１つに記載の色素増感太陽電池モジュール。
  9. 第１絶縁性基板上に離間して複数形成された第１電極の相互間にセル間絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１電極上における前記セル間絶縁層の相互間に、色素が吸着した多孔性半導体層からなる光電変換層と、電解質を含有する多孔性絶縁層と、触媒層とを有する光電変換素子を形成する工程と、
    前記光電変換素子上から前記セル間絶縁層を越えて隣接する第１電極上にわたって第２電極を形成する工程と、
    前記セル間絶縁層上に直接または前記第２電極を介して未硬化樹脂材料を塗布し、第２絶縁性基板を前記未硬化樹脂材料の上に載置した後、未硬化樹脂材料を硬化させてセル間封止層を形成し、かつ前記第２絶縁性基板を固定する工程と、
    貼り合わせた前記第１および第２絶縁性基板の間の外周に外周封止層を形成する工程とを備えることを特徴とする色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
  10. 前記光電変換素子を形成する工程が、第１電極上に多孔性半導体層を形成する工程と、該多孔性半導体層上に多孔性絶縁層を形成する工程と、該多孔性絶縁層上に触媒層を形成する工程と、前記第２電極を形成する前または後に、多孔性半導体層に色素を吸着させる工程と、前記外周封止層を形成した後に、前記第１および第２絶縁性基板の間に電解液を注入して前記多孔性半導体層および多孔性絶縁層の内部に電解質を含浸させる工程とを有する請求項９に記載の色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
JP2006187014A 2006-07-06 2006-07-06 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法 Expired - Fee Related JP4914660B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006187014A JP4914660B2 (ja) 2006-07-06 2006-07-06 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006187014A JP4914660B2 (ja) 2006-07-06 2006-07-06 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008016351A JP2008016351A (ja) 2008-01-24
JP4914660B2 true JP4914660B2 (ja) 2012-04-11

Family

ID=39073161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006187014A Expired - Fee Related JP4914660B2 (ja) 2006-07-06 2006-07-06 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4914660B2 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009110796A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Sony Corp 色素増感光電変換素子モジュールおよびその製造方法ならびに電子機器
JP5273709B2 (ja) 2008-07-02 2013-08-28 シャープ株式会社 色素増感太陽電池、その製造方法および色素増感太陽電池モジュール
JP4683396B2 (ja) * 2009-04-30 2011-05-18 シャープ株式会社 多孔質電極、色素増感太陽電池、および色素増感太陽電池モジュール
JP5367817B2 (ja) * 2009-06-29 2013-12-11 シャープ株式会社 湿式太陽電池モジュール
JP5456054B2 (ja) * 2009-11-02 2014-03-26 シャープ株式会社 湿式太陽電池および湿式太陽電池モジュール
JP4761327B2 (ja) * 2010-01-12 2011-08-31 シャープ株式会社 湿式太陽電池および湿式太陽電池モジュール
CN102934281B (zh) * 2010-06-09 2015-05-06 夏普株式会社 湿式太阳能电池和湿式太阳能电池模块
JP5758400B2 (ja) * 2010-10-18 2015-08-05 シャープ株式会社 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法
KR20120043648A (ko) * 2010-10-26 2012-05-04 주식회사 동진쎄미켐 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
JP2013232362A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Sharp Corp 光電変換素子および光電変換モジュール
EP2894708B1 (en) * 2012-09-07 2017-11-29 Sharp Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion element, method for producing same, photoelectric conversion element module, and method for manufacturing photoelectric conversion element module

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4396574B2 (ja) * 2005-05-11 2010-01-13 アイシン精機株式会社 色素増感型太陽電池及びその製造方法
JP4523549B2 (ja) * 2006-01-18 2010-08-11 シャープ株式会社 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008016351A (ja) 2008-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4914660B2 (ja) 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法
JP5002595B2 (ja) 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法
JP5140588B2 (ja) 色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造方法
JP5367817B2 (ja) 湿式太陽電池モジュール
JP5456054B2 (ja) 湿式太陽電池および湿式太陽電池モジュール
JP4881600B2 (ja) 色素増感太陽電池およびその製造方法ならびに色素増感太陽電池モジュール
JP5162346B2 (ja) 色素増感太陽電池、その製造方法および色素増感太陽電池モジュール
JP5144986B2 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
JP5162347B2 (ja) 色素増感太陽電池、その製造方法および色素増感太陽電池モジュール
JP4892186B2 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
WO2013164967A1 (ja) 光電変換素子および光電変換モジュール
WO2012086377A1 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュールならびにその製造方法
JP5758400B2 (ja) 色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法
JP6050247B2 (ja) 湿式太陽電池および湿式太陽電池モジュール
JP2007157490A (ja) 光電変換素子と光電変換素子モジュール
WO2013114733A1 (ja) 光電変換素子モジュール
WO2012033049A1 (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
JP2005268052A (ja) 色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法
JPWO2013161557A1 (ja) 光電変換素子モジュールおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080806

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111227

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120123

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4914660

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150127

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees