JP5032051B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感型太陽電池に関する。

太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）等を用いた太陽電池が広く実用化されている。このようなシリコン系太陽電池では、光電変換効率も優れており、近時においてはそれが２０％近くにも達しているものもあるが、シリコン系太陽電池は、その素材の製造にかかるエネルギーコストが高い上に、環境負荷などの面において課題が多い。

こうした中で、Ｇｒａｔｚｅｌ等により提案された、色素増感型太陽電池が安価な太陽電池として、近年、注目を集めている（例えば、特許文献１及び非特許文献１）。このような色素増感型太陽電池の基本的な構成は、増感色素を担持させた多孔質の半導体電極（例えば、チタニア多孔質電極）と、対極をなす触媒電極と、その間に介在させられた電解液（ヨウ素溶液）とから構成されたものであり、その構造がシンプルである。その上に、シリコン半導体を使用しないことから、シリコン系太陽電池に比べると、変換効率は低いものの、低コストの太陽電池として多くの期待を集めている。

このような色素増感型太陽電池においては、通常、半導体電極及び触媒電極の各々に、それぞれの電極から効率よく集電するために集電電極が設けられる。そして、半導体電極に接続される集電電極は、半導体電極が形成されるガラス板などの透明板に、銀ペーストを線状または格子状などに印刷又は塗布して、焼き付けることにより形成されるのが普通である（例えば、特許文献２）。また、このような焼付けに代えて、スパッタ又は蒸着によって、金属膜を形成、堆積させることで集電電極を形成することも知られている。

ところで、色素増感型太陽電池（以下、単に太陽電池ともいう）に用いられる電解液は腐食性が極めて高い。このため、集電電極を銀ペーストの焼付けで形成したものにおいては、その集電電極が電解液に接触したり、晒されるのを防止する必要がある。したがって、通常は、その集電電極（層）の表面を耐腐食性のある樹脂で被覆（コーティング）してその保護が図られていた。
特開平１−２２０３８０号公報 Ｎａｔｕｒｅ誌紙（第３５３巻、ｐｐ，７３０−７４０，１９９１年） 特開２０００−２８５９７７号公報

ところが、半導体電極を形成する透光性基板（通常、ガラス板）に負極側集電電極を格子状などに形成し、その上に、この負極側集電電極を覆うように樹脂層を形成すると、これらの形成面の面積分、その透光性基板のうち、半導体電極を形成することのできる面積が減少することになる。このため、従来の色素増感型太陽電池においては、半導体電極を形成することのできる面積を効率的に確保することができないため、発電効率の低下を招いていたといった問題があった。

そこで、このような銀ペーストの焼付けに代えて、電解液に対する耐食性の高い金属を、スパッタ又は蒸着によって透光性基板に金属配線層（膜）として形成し、これを厚く堆積させることで低抵抗の集電電極を形成する、ということも考えられる。しかし、スパッタや蒸着によって金属膜を形成して集電電極とする場合には、例え透光性基板にガラス板を使用したとしても、それに十分な耐熱性があるとは言えず、したがって、金属膜を厚く形成することは困難である。このため、スパッタリング等による金属膜によって集電電極を形成する場合でも、低抵抗の電極とするためにはその形成面積を大きくせざるを得ず、結果として、銀の焼付けによる場合と同様、半導体電極を形成することのできる面積が減少することになる。

本発明は、こうした問題点を解消するためになされたもので、その目的は、透光性基板に半導体電極を形成することのできる面積をできるだけ大きく確保できるようにし、もって発電効率の高い色素増感型太陽電池を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、透光性基板の一面側に、増感色素を担持させた半導体電極を内側表面に形成した透光性導電層を備える一方、この半導体電極に対向して触媒電極を対極側基板上に直接的又は間接的に備え、この両電極間に電解液が介在されてなる色素増感型太陽電池において、
前記対極側基板には、対極側基板自体の厚さ方向に延びる中継用導体が平面視、相互に間隔をおいて多数形成されていると共に、この対極側基板における触媒電極の形成面と反対側の面又は対極側基板内にはその各中継用導体と電気的に接続された負極側集電電極が形成されており、
前記対極側基板における触媒電極の形成面において、前記各中継用導体が導電性接着剤を介して前記透光性導電層と電気的に接続されており、しかも、前記導電性接着剤の周囲に、前記電解液に対して耐食性のある被覆層が形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、光性基板の一面側に、増感色素を担持させた半導体電極を内側表面に層として形成した透光性導電層を備える一方、この半導体電極に対向して触媒電極を対極側基板上に層として備え、この両電極間に電解液が介在されてなる色素増感型太陽電池において、
前記透光性基板における半導体電極の形成面側には、前記透光性導電層を透光性導電層部として相互に間隔をおいて多数露出させ、
前記対極側基板には、前記多数の透光性導電層部のそれぞれに対向する位置において、対極側基板自体の厚さ方向に延びる中継用導体が多数形成されていると共に、この対極側基板における触媒電極の形成面と反対側の面又は対極側基板内にはその各中継用導体と電気的に接続された導体層が形成され、
各中継用導体における触媒電極の形成面側の端面の上において、その各中継用導体と前記透光性導電層部とを導電性接着剤を介して電気的に接続して前記導体層を負極側集電電極とし、しかも、該導電性接着剤の周囲を前記電解液に対して耐食性のある被覆層で被覆してなることを特徴とする。
なお、請求項２の色素増感型太陽電池において、半導体電極に対向して設けられる触媒電極は、対極側基板上に直接形成されていてもよいし、例えば、対極側基板上（表面）に形成された正極側集電電極（層）の上に間接に形成されていてもよい。そして、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２において、前記被覆層を、樹脂、ガラス、酸化物又はセラミックのいずれかで形成したことを特徴とする色素増感型太陽電池である。

請求項１又は２に記載の本発明では、透光性導電層が、透光性基板を平面視したとき、相互に間隔をおいて存在する多数の中継用導体を介して、対極側基板における触媒電極の形成面と反対側の面又は対極側基板内に形成された負極側集電電極に電気的に接続されている。すなわち、本発明では負極側集電電極が、従来のように、透光性基板の面に沿って、線状又は格子状に、線として延びることや面として広がる形態のものではないから、透光性基板における負極側集電電極の形成面積の大幅な低減が図られる。すなわち、本発明では、透光性基板に形成できる半導体電極の形成エリアを大きく確保できる。

しかも、本発明においては次のような注目すべき効果も得られる。というのは、透光性導電層と中継用導体とを接続している導電性接着剤は、その周囲が電解液に耐食性のある被覆層で被覆されている。したがって、それが電解液に直接触れることがない。よって、電解液による導電性接着剤の腐食によって電気的性能が低下することも防止される。すなわち、導電性接着剤は電解液に晒される（触れる）場合には容易に腐食されてしまうが、本発明では、導電性接着剤の周囲が電解液に耐食性のある被覆層で被覆されていることから、こうした問題も解消できる。このように、本発明では、電解液に対する耐腐食性を考慮する必要なく導電性接着剤を選択して使用できるから、その選択範囲を拡げることができる。さらに、本発明では、導電性接着剤が電解液に晒されないため、導電性接着剤から電解液に向けて逆電子移動が起こることも防止されるから、発電効率の低下防止にも寄与できる。

本発明を実施するための最良の形態について、図面に基いて詳細に説明する。図１は、本実施形態として具体化した単セル構造の色素増感型太陽電池１を模式的（概略的）に示した縦断面図であり、図２は、それを積層、圧着して組立てる前の２つに分解した説明用分解縦断面図である。本例の太陽電池１は、全体が一定厚さで、平面視、四角形を呈する板状に形成されている。そして、本形態では、透光性基板としては四角形（例えば正方形）で一定厚さのガラス板（板ガラス）１１が用いられており、その一面（図１、図２の下面）の略全体には、透光性及び導電性を有する透光性導電層２１として、導電性酸化物（例えば、酸化スズ、フッ素ドープ酸スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム、スズドープ酸インジウムなど）からなる薄膜、炭素膜が所定の厚さで形成されている。

そして、この透光性導電層２１の表面（図１、図２の下面）には、増感色素を担持させた多孔質の半導体電極３１が一定厚さで略全面に層として形成されている。ただし、この半導体電極３１には、縦横（碁盤目状）に所定の間隔（ピッチ）Ｐ（例えば、１０．０ｍｍ）で多数の開口（例えば直径３．０ｍｍの円形の開口。図３参照。）３３が設けられている。すなわち、透光性導電層２１の表面には、半導体電極３１が形成されていない部位が設けられており、その開口３３内には、ガラス板１１に形成した透光性導電層２１が透光性導電層部２３（開口の円形部分）として多数、露出しており、ガラス板１１を半導体電極３１の形成面側から見たときは、透光性導電層部２３が多数、群をなして設けられている（図３参照）。なお、半導体電極３１は、ガラス板１１の周縁（辺）に沿っても、所定の幅分、設けられておらず、その部位は次に述べる対極側基板（セラミック基板）を接着剤４１で接着する際の接着代（接合代）とされている。本形態では、増感色素担持させた半導体電極３１は、例えば、チタニア（ＴｉＯ_２）からなる多孔質電極基体と、この多孔質電極基体の細孔内及び表面に付着させた増感色素からなっている。

一方、本実施形態の色素増感型太陽電池１を構成する対極側基板であるセラミック基板５１は、前記した透光性基板をなすガラス板１１の半導体電極３１側に対向するように、所定の空隙Ｋを保持するようにして配置されており、両基板間はその周囲において接着剤４１にて接着されている。そして、ガラス板１１及びセラミック基板５１（以下、両基板１１，５１ともいう）の間の空隙Ｋには図示はしないが電解液Ｙが充填されている。この電解液Ｙには、電解質の他、プロピレンカーボネート等の溶剤及び添加剤等が含まれている。そして、電解質としては、従来の太陽電池１の電解質として使用されているものの中から適宜に選択して使用すればよい。

この対極側基板をなすセラミック基板５１は、本形態ではアルミナ製とされ、ガラス板１１と同じ形状、大きとされている。このセラミック基板５１のうち、半導体電極３１に対向する一面（図１、図２の上面）には、図４に示されるように、半導体電極３１の形成面に対応してそれと同じ配置、同じ平面形状及び同じ面積又はそれより広い面積で、例えばＰｔ（白金）からなる触媒電極（対極）６１が所定の厚さ形成されている。そして、半導体電極３１の開口３３に露出する各透光性導電層部２３に対向する部位には、セラミックが露出しており、この各セラミックの露出部５３の中央には、セラミック基板５１を厚さ方向（図１の上下方向）に貫通する例えば円柱状の中継用導体（ビア導体）５５が形成されている（図１参照）。なお、触媒電極６１についても、セラミック基板５１の周縁（辺）に沿う部位には、上記したガラス板１１と同様に、それが所定の幅で設けられておらず、接着剤４１で接着する際の接着代とされている（図４参照）。

また、このセラミック基板５１の外側表面（図１、図２の下面）には、負極側集電電極７１をなすメタライズ層（導体層）が全面に形成されており、各中継用導体５５の端面（図１の下面）５６と電気的に接続されて導通が確保されている（図１の拡大図参照）。他方、セラミック基板５１の内側表面（図１の上面）における各中継用導体５５の端面（図１の上面）５７と、対向する半導体電極３１の開口３３に露出する透光性導電層部２３との間には、円柱状をなす形で導電性接着剤（例えば直径０．５〜３．０ｍｍ）８１が、インターコネクタをなすように介在されており、中継用導体５５の端面５７と、透光性導電層部２３の表面との間を接着して電気的に接続している。しかして、多数の透光性導電層部２３は、それぞれ導電性接着剤８１と中継用導体５５（ビア導体）を介して、セラミック基板５１の外側表面（図１、図２の下面）に形成されたメタライズ層（導体層）である負極側集電電極７１に電気的に接続されている。なお、導電性接着剤８１と、触媒電極６１とは絶縁が保持されるように適量の間隔（Ｌ）が設けられている。

そして、このような各導電性接着剤８１の周囲には、両電極３１，６１間に充填されている電解液Ｙに対する耐食性のある素材（本例では、樹脂。例えば、エポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、オレフィン樹脂等）からなる被覆層９１で所定の厚さ被覆されている。すなわち、各導電性接着剤８１は、環状をなし所定の壁厚（肉厚）を有する被覆層９１で保護されている。そして、その被覆層９１の上下の各端面９３，９４は、それぞれ露出する透光性導電層部２３の表面（図１、図２の下面）と、セラミック基板５１の表面（図１、図２の上面）５３に、電解液Ｙがしみ込まないようにしっかりと接着されており、接着後の導電性接着剤８１は、周囲の電解液Ｙに晒されない（接触しない）だけでなく、被覆層９１にてシールされている。

このような本形態の太陽電池１においては、触媒電極６１（又はそれに接続した正極側集電電極）と、負極側集電電極７１とに、それぞれ配線取り出し用に形成した図示しない各電極端子間を電線で接続して電気回路を構成し、透光性導電層２１側（図１の上側）から光を照射することで両電極３１，６１間に電気回路を構成する色素増感型太陽電池１をなすのであるが、次のような作用ないし効果がある。すなわち、本形態の色素増感型太陽電池１においては、ガラス板１１に形成された透光性導電層２１における多数の透光性導電層部２３から、半導体電極３１に対向する側のセラミック基板５１に形成された負極側集電電極７１に、太陽電池１の層間を貫通するようにして、多数の箇所で導電性接着剤８１及び中継用導体５５を介して電気的に接続されている。すなわち、ガラス板１１の面に沿って、線状又は格子状に形成されていた従来の負極側集電電極のように、その面に沿って線として延びることや面として広がるものではなく、ガラス板１１を平面視したとき、いわば散点状に多数配置された導電性接着剤８１の部分が端子をなして、セラミック基板５１の層間を貫くように中継用導体５５を介して、そのセラミック基板５１の裏面に設けられた負極側集電電極７１に接続されているため、従来の負極側集電電極のように、ガラス板の面に沿ってその形成面積が大きくなることがない。つまり、本例では、ガラス板１１を平面視したとき、多数の透光性導電層部２３に接続した散点状の導電性接着剤８１の部分、及びその周囲を包囲する被覆層９１の形成面積分が、実質的に、ガラス板１１における半導体電極３１の形成面積の減少を招くだけであるから、半導体電極３１の形成面積を損なうことなく大きく確保できる。よって、その分、集電効率の高い太陽電池となすことができる。

このような基本的な効果に加えて、本発明では次のような特有の効果もある。すなわち、上記もしたように、導電性接着剤８１の多くは電解液に対する耐腐食性が低い。したがって、電解液に晒される（触れる）場合には容易に腐食されて導電性を失う危険性があるが、本形態では、耐腐食性のある樹脂でその周囲を被覆していることから、その腐食が防止される。このため、そのような腐食による太陽電池１の寿命の低下ないし信頼性の低下が防止される。さらに、導電性接着剤８１から電解液Ｙに向けて逆電子移動が起こることも防止されるから、発電効率の低下防止にも寄与できる。

なお、前記した実施の形態では、セラミック基板５１の表面（図１、図２の上面）に直接、触媒電極６１を形成した場合を例示したが、セラミック基板５１の表面に正極側集電電極（層）を形成し、その集電電極の上に触媒電極６１を形成してもよい。ただし、触媒電極６１自体に十分な厚さ（１．０μｍ以上）があれば、それ自体を正極側集電電極として用いればよい。もっとも、コスト面からすれば、本形態のようにセラミック基板５１を用いる場合には、正極側集電電極用にメタライズ層を同時焼成で形成し、その上に、白金の薄膜を形成して触媒電極６１とするのが好ましい。また、前記した形態では、負極側集電電極７１がセラミック基板５１の裏面（図１、図２の下面）に露出している状態とされているいるが、図１中、２点鎖線で示したように、負極側集電電極７１を露出させないように、別のセラミック層５１ｂを積層した積層構造としておいてもよいし、負極側集電電極７１の表面（露出面）に樹脂等の絶縁層（膜、シート）を接着ないし積層してもよい。

さて次に、本形態の太陽電池１の製法について説明する。まず、セラミック基板５１からなる対極側基板の製法について、図５を参照しながら説明する。アルミナセラミックグリーンシート５０に、中継用導体５５（ビア）の配置に応じて貫通孔（ビアホール）５２を形成する（図５−Ａ）。そして、同孔５２内に、例えば、タングステン粉末を主成分として含むメタライズペースト（メタライズインク）５５ｂを印刷、充填し、そして、負極側集電電極７１用の導体層形成のため、その基板をなす下面全体にタングステン等の高融点金属（メタライズ）ペースト７０を印刷して、同時焼成する（図５−Ｂ）。ただし、本形態のようにセラミック基板５１である場合には、負極側集電電極７１用のメタライズペースト７０を印刷することなく焼成し、その後に、蒸着又はスパッタリングにより、厚く金属膜を堆積させるようにして、低抵抗の負極側集電電極７１を形成してもよい。そして、半導体電極３１に対向する側をなす面の所定のエリアに、触媒電極６１をなす金属（白金など）を蒸着又はスパッタリングによって形成する（図５−Ｃ）。なお、負極側集電電極７１を露出させないように、セラミック層を積層する場合には、負極側集電電極７１用のメタライズペーストを印刷したグリーンシートの同ペースト印刷面に、別のグリーンシートを積層、圧着してから焼成しておけばよい。

次に、中継用導体（ビア）５５の端面のうち、半導体電極３１に対向する側をなす端面のあるセラミック基板５１面の上に、導電性接着剤８１及びこれの周囲を包囲するように被覆層９１用の樹脂を印刷などにより形成するのであるが、本例では、被覆層９１用の樹脂９１を中継用導体５５（ビア）の端面５７を包囲するように環状に所定厚さ（隆起状に）で印刷により形成し（図５−Ｄ）、その後その環状の内側に導電性接着剤（未硬化の導電性接着剤）８１を印刷により充填する（図５−Ｅ）。これらの導電性接着剤８１及び被覆層９１用の樹脂（接着剤）は、このセラミック基板５１側にのみ、或いは、ガラス板１１側にのみに形成することでもよいが、本形態では、この両者に形成して、その両者を積層、圧着することで、それぞれを一体化する場合で説明する。そして、本形態では、両者に形成するそれらの厚さ（高さ）は、それぞれ同一とする。したがって、これらの厚さは、積層、圧着した際に、半導体電極３１と対向する触媒電極６１との間に設計上の所定の間隔が保持され、かつ、対向する両者に形成された導電性接着剤８１及び被覆層９１用の樹脂が一体化し、ガラス板１１の透光性導電層部２３の面と、中継用導体５５（ビア）の端面５７に確実に接着されるるとともに、被覆用の樹脂がその透光性導電層部２３の露出面と、セラミック基板５１の表面５３に確実に接着するように、それぞれ設定しておけばよい。

なお、製造過程におけるこの導電性接着剤８１及び被覆層９１用の樹脂の形成は上記のような印刷によらず、次のようにしてもよい。すなわち、一定厚さの樹脂シート又は樹脂フイルムを円環状などの環状に形成したものを、接着剤でセラミック基板５１の表面に接着してもよいし、プリプレグから形成したものを接着してもよい。このような場合には、その接着後に、環の内側に導電性接着剤８１を印刷、又は塗布により充填すればよい。一定厚さの樹脂シート等を環状に形成したものを接着する場合には、厚さの設定をそのシート等の厚さ（精度）に依存ないし基準をおくことができるため、印刷による場合よりも容易に厚さの設定ないし精度の維持のができるので、製造の容易化が図られる。

他方、増感色素を担持させた半導体電極３１を形成するガラス板１１側については次のようにして製造すればよい（図６参照）。ガラス板１１の全面にスパッタリングなどによって透光性導電層２１を形成する（図６−Ａ，Ｂ）。その後、透光性導電層部２３が相互に所定の間隔Ｐをおいて所定形状で開口して露出するように、透光性導電層２１の上に、多孔質の半導体電極基体（チタニア）３１を形成する（図６−Ｃ）。なお、多孔質の半導体電極基体３１の形成は、市販のチタニアペーストを上記した平面形状に透光性導電層２１の上に印刷し、その後、公知の条件下で焼成すればよい。そして、例えば、こうして形成された半導体電極基体３１をガラス板１１ごと、増感色素（錯体色素、有機色素）を有機溶媒に溶解させた溶液に浸漬してその溶液を、その多孔質内に含浸させ、その後、有機溶媒を除去することにより増感色素をその細孔内に付着させる。このようにして、半導体電極３１を形成したガラス板１１には、その露出する各透光性導電層部２３に対し、導電性接着剤８１と、その周囲を被覆する被覆層９１用の樹脂を、上記したセラミック基板５１に形成したのと同様にして形成する（図６−Ｄ，Ｅ）。

なお、このように形成された半導体電極３１付きのガラス板１１と、負極側集電電極７１が形成されたセラミック基板５１については、図２に示したように、対向する面（対面）の周囲（接着代）に、それぞれ電解液Ｙの封止用の接着剤４１を印刷又は塗布する。この接着剤４１についても、いずれか一方にのみ形成しておいてもよいが、両基板１１，５１を対向して積層、圧着した際に、上記した導電性接着剤８１、被覆層９１用の樹脂の接着に支障がなく、基板周囲に電解液が漏れないように、その厚さ等を設定する。各基板とも導電性接着剤８１、被覆層９１用の樹脂の厚さと同じに設定すればよい。

かくして、得られた両基板１１，５１を、図２に示したように、各電極３１，６１が対向するようにして位置決めし、積層して圧着して、その適所（周囲の接着剤４１及び多数の箇所の導電性接着剤８１、および被覆層９１）を接着することで、図１に示した色素増感型太陽電池（電解液Ｙを充填する前の仕掛品）が得られる。この接着において、導電性接着剤８１、被覆層９１用の樹脂、そして周囲の接着用の接着剤４１として、熱硬化性の接着剤を用いた場合には、その接着部位に透光性基板側からレーザー光を照射するなどして加熱して硬化させればよい。そして、例えば、周囲の接着剤（層）４１の適所に設けた、両電極３１，６１間の空隙Ｋに連通する貫通孔（図示せず）から、所要の電解液Ｙを注入して充填し、その充填後において、その貫通孔を閉塞することで、本形態の色素増感型太陽電池（単セル）１が得られる。かくして得られた太陽電池１においては、上記したような効果が得られる。

また、使用する導電性接着剤８１は、それ自体に含まれる導電性フィラーは電解液Ｙに容易に腐食されるのであるが、本発明ではその腐食性が問題とならないので、導電性接着剤８１の組成（特に、含まれる導電性フィラーの素材）に限定されるものではない。このため、導電性及び接着性の高いものから適宜に選択して使用すればよい。ただし、導電性接着剤８１をなす樹脂は、熱硬化樹脂又は光硬化樹脂としておくと、前記したように太陽電池１として組立てる際には、透光性基板を通して例えばレーザー光を照射して硬化させることができる。なお、太陽電池１として組立てる際には、通常、積層、圧着工程が必要となることからも理解されるように、導電性接着剤８１には、導電性ないしその信頼性を高めるため、加圧されることで導電性が向上する導電性接着剤（加圧導電性接着剤）を用いるのがよい。いずれにしても、積層、圧着した際、周囲の被覆層９１とともに導電性接着剤８１も適度に圧縮変形されるように設定しておき、被覆層９１同士の端面相互間と、その端面と基板表面５３又は透光性導電層２１の表面との界面に空隙ないし隙間ができないようにすべきである。このようにすることで、被覆層９１の内側である導電性接着剤８１内への電解液Ｙの侵入防止が図られる。

なお、被覆層９１として用いる素材は、使用する電解液に対する耐食性の高いものの中から、適宜に選択すればよく、樹脂の他には上記もしたがガラスでもよいし、酸化膜でもよい。また、導電性接着剤８１を被覆する被覆層９１は、例えば、対極側基板がセラミックからなる場合には、図７に示したように、上記した図５−Ａ，Ｂにおいて、グリーンシート５０の表面に、環状に打抜いたセラミックグリーンシート片５０ｓを積層、圧着するか、或いはセラミックペーストを環状に印刷しておいて、同時焼成によってこれが被覆層をなすように隆起状に形成しておき、その後、この内側に導電性接着剤を印刷、充填し、その被覆層の頂面（図７のシート片５０ｓの上端面に相当する面）と、透光性導電層部２３の表面とを接着剤で接着するようにしてもよい。すなわち、セラミック基板５１の中継用導体５５（ビア）の端面を包囲するように、隆起状のリングを形成しておき、この内側に導電性接着剤を充填しておくとともに、リングの環状の頂面と、ガラス板１１の透光性導電層部２３の表面との間に接着剤介在させてその間を接着してもよい。さらに、導電性接着剤８１を被覆する被覆層９１は、樹脂、ガラス等のうち、これらを複数含む複合構造としてもよいが、いずれにしても、電解液に対する耐腐食性が確保されるように、なるべく厚めに被覆するのが好ましい。また、触媒電極６１との絶縁が確保されるなら、金属製としてもよい。

本発明において、導電性接着剤８１を設ける間隔（ピッチ）Ｐは、上記のように、格子状配置とする場合には、縦横においてそれぞれ５．０〜１０．０ｍｍの範囲で設定することを例示できる。また、導電性接着剤８１及び中継用導体５５の横断面形状は、通常は円であるが、いずれの形状としても具体化できる。ただし、それらの横断面積は材質（導通抵抗）を考慮して適宜に設定すればよい。

なお、本発明の色素増感型太陽電池１をなす透光性基板としては、ガラス板の他、透明樹脂板又は樹脂シート（フイルム）で形成してもよいが、なるべく透光性（可視光透過率）の高いもの（少なくとも１０％以上あるもの）を使用するのが好ましい。また、透光性導電層としては、上記もしたように酸化スズなどが例示されるが、その膜厚は、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲とするのが好ましい。そして、半導体電極は酸化チタンの他、酸化亜鉛、酸化タンタルなどを用いることができるが、その膜厚は、５．０〜３０．０μｍ、好ましくは１０．０〜２０．０μｍである。

一方、触媒電極（対極）として用いる金属（金属膜）は、白金が好ましいが、活性炭、導電性高分子など、従来の太陽電池の対極として公知のものを用いることができる。因みに、その膜厚は、１ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。さらに、半導体電極と触媒電極の両電極間に介在される電解質の厚さは、２００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下である。

なお、上記した実施の形態では、対極側基板をセラミック製としたが、透明、不透明に係わらずガラス板や樹脂板又は樹脂シートで形成してもよい。そして、対極側基板を例えば樹脂製のものとする場合には、銅箔などの金属箔（薄板）を片面に積層してなるものを基板として用い、その金属箔を負極側集電電極とし、中継用導体（ビア導体）は、貫通孔を開けて、その内周面に無電解メッキ、電解メッキにより層として形成すればよい。この場合には、導電性接着剤は、そのメッキ付き貫通孔内にも充填される。因みに、この場合においても、金属箔の表面には樹脂などの膜（絶縁層）を形成しておくとよい。

本発明は、上記した内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更して具体化できる。上記においては単セル構造の太陽電池として説明したが、もちろん、多数の太陽電池セルを直列又は並列で接続したものとしても具体化できるし、必要な外装を施して太陽電池モジュールとしても具体化できる。

本発明の色素増感型太陽電池を模式的（概略的）に示した縦断面図、及びその要部拡大図。 図１の色素増感型太陽電池を積層、圧着して組立てる前の２つに分解した説明用分解縦断面図。 半導体電極を形成したガラス板（仕掛品）を半導体電極側から見た平面図（裏面図）。 負極側集電電極を形成したセラミック基板（仕掛品）を触媒電極側から見た平面図。 負極側集電電極を形成したセラミック基板側仕掛品を製造する工程の説明図。 半導体電極を形成したガラス板側仕掛品を製造する工程の説明図。 導電性接着剤を被覆する被覆層の別例を説明する部分断面図。

符号の説明

１ 色素増感型太陽電池
１１ ガラス板（透光性基板）
２１ 透光性導電層
３１ 半導体電極
５１ セラミック基板（対極側基板）
５５ 中継用導体（ビア）
６１ 触媒電極
７１ 負極側集電電極（導体層）
８１ 導電性接着剤
９１ 被覆層
Ｐ 露出する透光性導電層部相互の間隔
Ｙ 電解液

Claims (3)

1. 透光性基板の一面側に、増感色素を担持させた半導体電極を内側表面に形成した透光性導電層を備える一方、この半導体電極に対向して触媒電極を対極側基板上に直接的又は間接的に備え、この両電極間に電解液が介在されてなる色素増感型太陽電池において、
   前記対極側基板には、対極側基板自体の厚さ方向に延びる中継用導体が平面視、相互に間隔をおいて多数形成されていると共に、この対極側基板における触媒電極の形成面と反対側の面又は対極側基板内にはその各中継用導体と電気的に接続された負極側集電電極が形成されており、
   前記対極側基板における触媒電極の形成面において、前記各中継用導体が導電性接着剤を介して前記透光性導電層と電気的に接続されており、しかも、前記導電性接着剤の周囲に、前記電解液に対して耐食性のある被覆層が形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
2. 透光性基板の一面側に、増感色素を担持させた半導体電極を内側表面に層として形成した透光性導電層を備える一方、この半導体電極に対向して触媒電極を対極側基板上に層として備え、この両電極間に電解液が介在されてなる色素増感型太陽電池において、
   前記透光性基板における半導体電極の形成面側には、前記透光性導電層を透光性導電層部として相互に間隔をおいて多数露出させ、
   前記対極側基板には、前記多数の透光性導電層部のそれぞれに対向する位置において、対極側基板自体の厚さ方向に延びる中継用導体が多数形成されていると共に、この対極側基板における触媒電極の形成面と反対側の面又は対極側基板内にはその各中継用導体と電気的に接続された導体層が形成され、
   各中継用導体における触媒電極の形成面側の端面の上において、その各中継用導体と前記透光性導電層部とを導電性接着剤を介して電気的に接続して前記導体層を負極側集電電極とし、しかも、該導電性接着剤の周囲を前記電解液に対して耐食性のある被覆層で被覆してなることを特徴とする色素増感型太陽電池。
3. 請求項１又は２において、前記被覆層を、樹脂、ガラス、酸化物又はセラミックのいずれかで形成したことを特徴とする色素増感型太陽電池。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images