JP5362642B2

JP5362642B2 - 色素増感太陽電池

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Publication number: JP5362642B2
Application number: JP2010101469A
Authority: JP
Inventors: 哲也江連; 信夫田辺
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2010199081A

Description

本発明は、色素増感太陽電池に係る。より詳細には、電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体からなるセル自体に加熱などの負荷をかけることなく、セル構成部材とその外側に配されるパッケージ材とを一括で封止することが可能な、色素増感太陽電池に関する。

環境問題、資源問題などを背景に、クリーンエネルギーとしての太陽電池が注目を集めている。太陽電池としては単結晶、多結晶あるいはアモルファスのシリコンを用いたものがある。しかし、従来のシリコン系太陽電池は製造コストが高い、原料供給が不充分などの課題が残されており、大幅普及には至っていない。
また、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系（ＣＩＳ系とも呼ぶ）などの化合物系太陽電池が開発されており、極めて高い変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、コストや環境負荷などの問題があり、やはり大幅普及への障害となっている。

これらに対して、色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、安価で高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている。
図２は、従来の色素増感型太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
この色素増感型太陽電池３０は、増感色素を担持させた多孔質半導体電極（以下、色素増感半導体電極とも呼ぶ）３３が一方の面に形成された第一基板３１と、導電膜３４が形成された第二基板３５と、これらの間に封入された例えばゲル状電解質からなる電解質層３６を主な構成要素としている。

第一基板３１としては光透過性の板材が用いられ、第一基板３１の色素増感半導体電極３３と接する面には導電性を持たせるために透明導電層３２が配置されており、第一基板３１、透明導電層３２及び色素増感半導体電極３３により窓極３８をなす。
一方、第二基板３５としては、電解質層３６と接する側の面には導電性を持たせるために例えば炭素や白金からなる導電層３４が設けられ、第二基板３５及び導電層３４により対極３９を構成している。

色素増感半導体電極３３と導電層３４が対向するように、第一基板３１と第二基板３５を所定の間隔をおいて配置し、両基板間の周辺部に熱可塑性樹脂からなる封止剤３７を設ける。そして、この封止剤３７を介して２つの基板３１、３５を貼り合わせてセルを組み上げ、電解液の注入口３０を通して、両極３８、３９間にヨウ素・ヨウ化物イオンなどの酸化・還元種を含む有機電解液を充填し、電荷移送用の電解質層３６を形成したものが挙げられる。つまり、封止剤３７は電解質層３６中に含まれる電解液が漏出したり、揮発性成分が揮発したりするのを防ぐ役目を果たしている。この電解液の注入としては、太陽電池のセルを組み上げた上で、背面などに設けた注液口から毛細管現象、圧力差などを利用してバッチ式で注入している。

このような電解液としてイオン性液体を用いる試み（例えば、非特許文献１を参照）や、電解液を用いた場合、製造時やセル破損時に電解液が漏出するおそれがあるので、この液漏れの対策として、適当なゲル化剤を用いて電解液をゲル化（擬固体化）する試み（例えば、特許文献１を参照）が、各研究機関において盛んに行われている。

しかしながら、上述した従来の色素増感型太陽電池は、熱可塑性樹脂を用いて封止することにより封止剤３７を形成していた。図２に示すように、具体的には、熱をかけて樹脂を溶融させ２枚の電極（窓極３８、対極３９）を接着していた。その際に、熱が第一基板３１を介して色素増感半導体電極３３まで達するため、色素増感半導体電極３３に吸着した色素に悪影響を及ぼす恐れがあった。
また、封止剤３７は樹脂で形成されているので、長期使用した際に耐候性の点において問題があった。
さらには、電解液を注入する際には、まず、２枚の電極板を融着しセルの形を組んでから、予め開けておいた注入口３０を通して、極めて狭い空間をなす２枚の電極間に注入し、最後に注入口３０に蓋をしなければならず、製造工程が複雑になる問題があった。また、電解液の粘度が高いと、電解液を注入するために多大な時間と手間を要することから、製造コストの増大をまねいていた。

そこで、本発明者らは、図３に示すような構成の光電変換素子５０を開発した。この光電変換素子５０は、次に述べるような主に２つの観点から改良されている。
第一には、電極を接着する際に加わる熱が色素増感半導体電極に吸着した色素に及ぼす影響を抑制するとともに、長期使用時における耐候性に優れ、電解液の注入を容易に行うことが可能である。
すなわち、図３の構成によれば、２枚の電極すなわち作用極５８と対極５９に熱が直接的に加わることがないので、上述した色素に対する熱の影響を回避できる。また、色素増感半導体電極５３に電解液を滴下して挟み込むことにより、作用極５８と対極５９で挟んでなる積層体６０を形成することが可能なため、電解液の注入工程が省けるという利点がある。さらに、作用極５８と対極５９は筐体５１の内側に収納されているので、外部から直接的な衝撃を受けることがないため、外力に対する強度が確保されるという長所も備えている。

第二には、電極を構成する基板に歪みや破損が生じることなく封止でき、基板の薄型化も図れ、かつ、電気的な接続安定性も確保される。
すなわち、光電変換素子５０では、筐体５１の内部を通過し積層体６０の側面に接触しないように、対極５９と作用極５８に一端がそれぞれ接続され、筐体５１の外に他端がそれぞれ延びる導電体６８、６９を個別に設けたことにより、光電変換素子５０は外部との電気的な接続が図れる。特に、作用極５８に一端が接続された導電体６８は、積層体６０の一側面と筐体６１との間に配された弾性部材６６ａと、作用極５８を構成する透明導電膜５２との接触面に沿って延びるように配置されているので、導電体６８が積層体６０の側面と接触して短絡するのを防止できるとともに、封止した際に弾性部材６６ａが変形しても導電体６８はその影響を受けることが無いので、導電体６８の一端と作用極５８との間で電気的接続の安定性が確保される。
このように作用極５８がその端部近傍で偏った圧力を受けにくい形態とすることにより、作用極５８を構成する第一基板５１として、厚さが例えば０．３ｍｍという極めて薄いガラス基板の採用が可能となるので、ひいては光電変換素子５０の薄型化をもたらす。

しかしながら、図３の光電変換素子５０は、筐体５１を構成する箱体６２の中にセル構成部材である積層体６０を入れて、筐体５１を構成する蓋体６５で押さえつける封止法により作製しており、作用極５８と蓋体６５との間に生じる空気層を取り除くために隙間充填材５７を設けていた。すると、上記封止の際、隙間充填材５７のうち余分となったものは作用極５８と蓋体６５との間から染み出し、弾性部材６６ａに吸収されて外観が著しく損なわれるという問題があった。
また、この余分な隙間充填材５７が、光電変換素子５０の製造作業中に、所定外の部分に付着してしまい、箱体６２と蓋体６５の接着を阻害したり、あるいはセルを構成する透明導電膜５２と、取り出し電極である導電体６８との電気的な接続に不具合が生じる恐れがあった。

特開２００２−１８４４７８号公報報

Ｎ．Ｐａｐａｇｅｏｒｇｉｏｕｅｔａｌ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｅｍ．Ｓｏｃ．，１４３（１０），３０９９，１９９６

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、色素増感半導体電極に電解液を滴下して注入することが可能であり、かつ、隙間充填材の染み出しやこれに伴う電気的な接続の不具合を解消し、電気的な接続安定性も確保される、色素増感太陽電池を提供することを目的とする。

本発明に係る色素増感太陽電池は、増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する作用極、該作用極の多孔質酸化物半導体層側においてこれに対向して配置される対極、及びこれら両極の間の少なくとも一部に電解質層を配した色素増感太陽電池であって、
前記電解質層を前記作用極と前記対極で挟んでなる積層体は、箱体及び前記作用極からなる筐体の底部の内面に設けられた弾性部材を介して、前記対極を前記内面と間接的に接するように前記箱体内に収納され、該箱体は前記作用極を用いて封止されており、
前記作用極を構成する第一基板は、太陽光を透過する光学特性と耐熱性とを兼ね備えた部材からなることを特徴とする。

上述した色素増感太陽電池において、前記積層体は、前記第一基板とその上に順に配される透明導電膜および酸化物電極からなる作用極と、第二基板とその上に配される導電膜からなる対極とが、前記酸化物電極と前記導電膜が対向するように、前記電解質層を挟んでなるものであり、前記筐体の側部と、前記酸化物電極、前記導電膜および前記第二基板の各側面との間に絶縁性の弾性部材が設けられたことが好ましい。

上述した色素増感太陽電池において、前記対極は、導電性を有する前記第二基板と前記第二基板上に設けられた導電膜とからなることが好ましい。
上述した色素増感太陽電池において、前記積層体の側面に接触しないように、前記対極に一端が接続され、前記筐体の外に他端が延びる導電体と、前記作用極に一端が接続され、前記筐体の外に他端が延びる導電体とを個別に設けたことが好ましい。

上述した色素増感太陽電池において、前記導電体は、前記絶縁性の弾性部材と前記筐体の側部の間に設けられたことが好ましい。

本発明の光電変換素子によれば、電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体が、対極を内底面と直接的または間接的に接するように箱体内に収納され、箱体は作用極を用いて封止されている。つまり、作用極が筐体を構成する蓋体を兼ねている。この構成によれば、従来の光電変換素子では必須の構成物であった隙間充填材を設ける必要がないことから、隙間充填材の染み出しやこれに伴う電気的な接続の不具合の発生が無いので、電気的な接続安定性が確保される。また、この構成を採用した光電変換素子では、電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体を利用できるので、例えば一方の電極上に液状またはゲル状の電解質を充填して、その上から他方の電極を挟み込むことで積層体を形成できる。その際、電極間に挟まれた電解質は、毛細管現象により隙間からこぼれ出ることはない。したがって、従来多大な時間を要した電解液の注入工程を省けるので、光電変換素子の低コスト化を一段と図ることが可能となる。
また、作用極を構成する第一基板が、太陽光を透過する光学特性をもつことにより、筐体内に収納されている積層体まで太陽光を十分に到達させることができる。また、耐熱性を有することにより、封止の際に受ける熱的影響で反りなどの発生が抑制され、電極間距離が保持されるので発電特性の長期安定性が確保される。

本発明に係る光電変換素子の一例を示す断面図である。従来の光電変換素子の一例を示す断面図である。従来の光電変換素子の他の一例を示す断面図である。

以下、実施の形態に基づいて本発明を説明するが、本発明は上述した作用と効果を満たす構成であればよく、これらの実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る光電変換素子の一例を示す模式的な断面図である。
この色素増感型太陽電池（光電変換素子）１０は、増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層（酸化物電極とも呼ぶ）１３を有する作用極（窓極とも呼ぶ）１８と、作用極１８の多孔質酸化物半導体層１３側においてこれに対向して配置される対極１９と、及びこれら両極の間の少なくとも一部に電解質層１６とを配してなる。作用極１８は、例えば第一基板１１とその上に順に配される透明導電膜１２および酸化物電極１３からなる。一方の対極１９は、例えば第二基板１５とその上に配される導電膜１４からなる。

電解質層１６を作用極１８と対極１９で挟んでなる積層体２０がセル構成部材、すなわち光電変換素子として機能する。色素増感型太陽電池１０において作用極１８の一部である第一基板１１は、セルをなす一方の電極として働くとともに、筐体を構成する蓋体としての役割も果たす。つまり、積層体２０は、これを取り囲む箱体２２と蓋体（作用極１８）とからなる筐体の内側に収納されており、積層体２０の下面は箱体２２の内底面と接している。筐体の蓋体としての役割も果たす作用極１８を構成する第一基板１１には、太陽光を透過する光学特性を備えた部材が好適に用いられる。

色素増感型太陽電池１０では、電解質層１６を作用極１８と対極１９で挟んでなる積層体２０がその下面を、箱体２２の内底面すなわち底部２３の内面に接するように収納されており、作用極１８の一部である第一基板１１が蓋体として働く。つまり、色素増感型太陽電池１０における積層体２０は、筐体をなす箱体２２の底部２３と蓋体でもある第一基板１１とによって、上下面を挟み込むように構成されている。

したがって、筐体を構成する箱体２２の内底面すなわち底部２３の内面と直接的または間接的に接するように対極１９を設け、対極１９に電解質層１６が接するように作用極１８を重ねて積層体２０を形成し、作用極１８の一部である第一基板１１が筐体の蓋体をなすように配した後、レーザ法により作用極１８の第一基板１１と箱体２２の側部２４が接する部分で封止すれば、積層体２０からなるセル構成部材も含め一括で封止することが可能となる。これに加えて、この構成によれば、従来の光電変換素子では必須の構成物であった隙間充填材を設ける必要がないことから、隙間充填材の染み出しやこれに伴う電気的な接続の不具合の発生が無いので、電気的な接続安定性が確保されるという利点がもたらされる。

また、この構成を採用した光電変換素子１０では、電解質層１６を作用極１８と対極１９で挟んでなる積層体２０を利用できるので、例えば一方の電極上に液状またはゲル状の電解質を充填して、その上から他方の電極を挟み込むことで積層体を形成できる。その際、電極間に挟まれた電解液は、毛細管現象により隙間からこぼれ出ることはない。したがって、本発明によれば、従来多大な時間を要した電解液の注入工程を省けるので、本発明は低コストな光電変換素子の提供に寄与する。

さらに、上述した光電変換素子１０において、前記作用極を構成する第一基板としては、太陽光を透過する光学特性とレーザ光を受光した際に生じる熱に耐えうる特性（耐熱性）とを兼ね備えた部材が好ましい。太陽光を透過する光学特性をもつことにより、筐体内に収納されている積層体まで太陽光を十分に到達させることができる。また、耐熱性を有することにより、封止の際に受ける熱的影響で反りなどの発生が抑制され、電極間距離が保持されるので発電特性の長期安定性が確保される。

なお、図１において積層体２０に向かう矢印は、筐体２１を封止した際に積層体２０に加わる力の方向を示している。積層体２０に対してこのような向きに外力が加わったとき、積層体２０において横ズレが発生するのを抑制したり、あるいは積層体２０が上下方向に柔軟性を保ちながら強固に固定されるように積層体２０を封止する目的から、対極１９と筐体２１を構成する底部２３との間には弾性部材２６を設けることが好ましい。
この弾性部材２６の設置は、上下の電極がその面内方向に相対的な位置ずれを抑制するとともに、外力に対する高い形状安定や耐震性をもたらすので望ましい。

また、色素増感型太陽電池１０では、第一基板１１からなる蓋体と箱体２２で構成される筐体の内側を通過し積層体２０の側面に接触しないように、対極１９と作用極１８に一端がそれぞれ接続され、筐体２１の外に他端がそれぞれ延びる導電体２８，２９を個別に設けてなる構成を採用している。
この構成によれば、不図示の外部回路と接続するために用いられる導電体２８、２９の他端を、筐体２１の如何なる箇所からでも自由に筐体外に導出させることが可能なので、外部回路系に合わせた多様な設置条件に応えることができる。

作用極１８に一端が接続され、筐体の外に他端が延びる導電体２８にあっては、筐体２１の内部を通過し積層体２０の側面に接触しないようにするため、例えば図１に示すように、積層体２０の一部を構成する酸化物電極１３、導電膜１４および第二基板１５の各側面と導電体２８との間に弾性部材２６ａを挟み込むように設けても構わない。これにより、筐体の蓋体をなす作用極１８の第一基板１１の内側を通過し、積層体２０の一部を構成する酸化物電極１３、導電膜１４および第二基板１５の各側面に接触しないように、対極１９と作用極１８に一端がそれぞれ接続され、筐体の外に他端がそれぞれ延びる導電体２８、２９を個別に設けることが可能となり、光電変換素子１０は外部との電気的な接続が図れる。

特に、光電変換素子１０では、作用極１８に一端が接続された導電体２８は、積層体２０の一部を構成する酸化物電極１３、導電膜１４および第二基板１５の各側面と導電体２８との間に設けられた弾性部材２６ａと、作用極１８を構成する透明導電膜１２の端部１２ａとが接触してなる面に沿って延びるように配置されている。この配置は、導電体２８が積層体２０の一部を構成する酸化物電極１３や導電膜１４の側面と接触して短絡するのを防ぐ。また、封止した際に弾性部材２６ａが縮んでその形状が変化した場合でも、導電体２８は弾性部材２６ａの中を通過せずに、透明導電膜１２の端部１２ａと弾性部材２６ａとの接触面に存在するので、その影響を大きく受けることは殆ど無い。よって、導電体２８の一端と作用極１８を構成する透明導電膜１２との電気的接続は極めて安定に保たれるので、この電気的接続の改善は光電変換素子の出力特性の長期安定性をもたらす。

また、光電変換素子１０では、筐体の側部２４を積層体２０の側面２０ｔと接するように配置した。このように積層体２０の側方に空隙を設けない構成とすることにより、作用極１８はその中央部のみならず端部近傍においても必ず積層体２０と接した状態が保たれる。したがって、封止した際に、作用極１８は端部近傍で偏った圧力を受けることがないので、作用極１８を構成する第一基板３１などが歪んだり破損する危険性を低く抑えることが可能となる。

筐体が積層体の全ての側面と接するように配置する形態が最も好ましいが、このように、作用極１８に一端が接続された導電体２８を積層体２０の厚さ方向へ導く箇所のみ、筐体の側部２４と、積層体２０の一部を構成する酸化物電極１３、導電膜１４および第二基板１５の各側面との間に弾性部材２６ａを配置する形態としても構わない。弾性部材２６ａとして絶縁性を有する部材を用いることにより、積層体２０と導電体２８が短絡する恐れが回避できるので好ましい。導電体２８が存在する近傍のみに弾性部材２６ａを設けて、筐体の他の側部２４と積層体２０との間は接するように配置すれば、上述した作用がほぼ同様に得られる。

本発明に係る光電変換素子の製造方法は、増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層１３を有する作用極１８、この作用極１８の多孔質酸化物半導体層１３側においてこれに対向して配置される対極１９、及びこれら両極１８、１９の間の少なくとも一部に電解質層１６を配した光電変換素子１０の製造方法であって、次の２つの工程を少なくとも具備している。
第一の工程においては、作用極１８を構成する多孔質酸化物半導体層１８に液状またはゲル状の電解質を充填して電解質層１６を形成する。
第二の工程においては、筐体を構成する箱体２２の内底面すなわち底部２３の内面と直接的または間接的に接触させて対極１９を設け、この対極１９に電解質層１６が接するように作用極１８を重ねて積層体１８を形成し、この作用極１８を構成する第一基板１１が筐体の蓋体をなすように配した後、作用極１８をなす第一基板１１と箱体２２の側部２４との接触部をレーザ法または接着法により封止して筐体を作製する。

上記第一の工程によれば、封止した後ではなく、予め充填することで液状またはゲル状の電解質を注入することができる。つまり、従来の製造方法における電解液を注入する際の問題、まず、２枚の電極板を融着しセルの形を組んでから、予め開けておいた注入口を通して、極めて狭い空間をなす２枚の電極間に注入し、最後に注入口に蓋をしなければならず、製造工程が複雑になる問題や、電解液の粘度が高いと、電解液を注入するために多大な時間と手間を要する問題、これらの理由から製造コストが増大するという問題を全て、本発明に係る第一の工程は解消できる。

上記第二の工程によれば、作用極１８をなす第一基板１１と箱体２２の側部２４との接触部をレーザ法または接着法により封止して筐体を作製するので、この封止の際に加わる熱が伝導して色素増感半導体電極１３に吸着した色素に及ぼす影響を一段と抑制できる。従来の製造方法では必須であった隙間充填材を用いる必要がないので、工程が省けることから低コスト化が図れるとともに、作用極に入射する光量の増大ももたらす。また、この隙間充填材の不使用は、隙間充填材のうち余った分が弾性部材に染み込んだり、あるいは封止部分の接着や作用極と対極との電気的な接触が阻害されるという問題も全て解決する。

つまり、上記製造方法では、第一の工程により充填することで液状またはゲル状の電解質を注入し、第二の工程により、従来のように樹脂を用いることなく、封止する部分にレーザ照射を施すか、あるいは接着剤を設けるだけで簡便に封止することができる。本発明に係る製造方法では、作用極１８の第一基板１１からなる筐体の蓋体を兼ね、この蓋体と筐体の箱体２２の接続部のみレーザ照射または接着剤で封止するため、従来の封止法のようにセル自体すなわち積層体に対して加熱や加圧などの負荷をかけることなく、筐体を構成する箱体の中にセルをなす積層体を収納し、その上に蓋体を設け、筐体を一括して封止することが可能となる。また、従来のように樹脂を用いる必要がないので、樹脂が回り込むことにより不具合が発生するという問題も解消できる。

以下では、前述した光電変換素子１０を例として好適な各構成部材を説明する。
本発明に係る第一基板１１としては、光透過性の素材からなる板が用いられ、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなど、通常太陽電池の透明基板として用いられるものであればどのようなものも用いることができる。電解液への耐性などを考慮して適宜選択すればよいが、用途上、できるだけ光透過性の高い基板が好ましい。

第一基板１１の色素増感半導体電極１３側の面には金属、炭素、導電性金属酸化物層などからなる透明導電膜１２を形成して導電性を与えておくことが好ましい。透明導電膜１２として金属層や炭素層を形成する場合には透明性を著しく損ねない構造とすることが好ましく、導電性と透明性を損なわない薄膜を形成できるものという観点から金属の種類も適宜選択される。導電性金属酸化物としては、例えばＩＴＯ、ＳｎＯ_２、フッ素ドープのＳｎＯ_２などを用いることができる。

第一基板１１に載置された透明導電層２の上にはさらに半導体多孔質膜に増感色素を担持させてなる色素増感半導体電極１３が設けられる。第一基板１１、透明導電層２及び色素増感半導体電極１３により作用極（窓極）１８が構成される。色素増感半導体電極１３の半導体多孔質膜を形成する半導体としては特に限定はされず、通常、太陽電池用の多孔質半導体を形成するに用いられるものであればどのようなものも用いることができ、例えば、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、ＷＯ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５などを用いることができる。多孔質膜を形成する方法としては、例えばゾルゲル法からの膜形成、微粒子の泳動電着、発泡剤による多孔質化、ポリマービーズなどとの混合物塗布後の余剰成分の除去などの方法を例示できるが、これらに限定されるものではない。

増感色素としては、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素なども使用することができ、用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを特に限定無く選ぶことができる。

第二基板１５としては、特に光透過性をもつ必要はないことから金属板を用いることができるし、第一基板１１と同様のものを用いても構わない。第二基板１５の上には導電膜１４を設けた電極が対極１９として用いられる。導電膜１４としては、例えば炭素や白金などの層を、蒸着、スパッタ、塩化白金酸塗布後に熱処理を行ったものが好適に用いられるが、電極として機能するものであれば特に限定されるものではない。

上述した作用極１８と対極１９との間には電解質層１６が設けられ、積層体２０からなるセル構成部材をなす。後述するように、本発明に係る積層体２０は、作用極１８を構成する多孔質酸化物半導体層１３に液状またはゲル状の電解質を充填して電解質層１６を形成した後、対極１９に電解質層１６が接するように作用極１８を重ねて積層体２０を形成した後、積層体２０の積層方向に荷重を加える方法によって形成される。
ゆえに、本発明の電解質層１６としては、従来は注入口から狭い電極間隙に注入することが困難であった粘性の高い材料でも使用できることから、適当なゲル化剤を用いて電解液をゲル化（擬固体化）したもので、かつ高粘度のものでも利用できるが、従来から用いられている如何なる材料であっても構わない。

電解質層１６を作用極１８と対極１９で挟んでなる積層体２０は、箱体２２と第一基板１１からなる蓋体とで構成される筐体内に収納されており、積層体２０の下面は筐体の箱体２２を構成する底部２３の内面と直接的または間接的に接している。筐体のうち少なくとも蓋体、すなわち作用極１８を構成する第一基板１１としては、上述したように太陽光を透過する光学特性を備えた部材から構成され、例えばアクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ソーダガラスなど透明で剛性のある材質が挙げられる。筐体の他の部分、すなわち底部２３と側部２４から構成される箱体２２は、２つの電極から各々、筐体の外部回路に延びる導電体２８、２９との絶縁性さえ確保されていれば、特にその材料は限定されない。

例えば、筐体を構成する箱体２２の内底面と直接的に接して対極１９を設け、対極１９に電解質層１６が接するように作用極１８を重ねて積層体２０を形成し、この作用極１８を覆うように筐体２２を構成する蓋体すなわち第一基板１１を配した後、この蓋体と筐体の箱体２２の接続部のみレーザ照射して封止する。これにより、従来の封止法のようにセル自体すなわち積層体に対して加熱や加圧などの負荷をかけることなく、筐体を構成する箱体の中にセルをなす積層体を収納するとともに、筐体を一括して封止することにより、色素増感型太陽電池１０は得られる。箱体２２の内底面と対極１９の間に弾性部材を設け、箱体２２の内底面と対極１９が間接的に接するように配しても構わない。また、レーザ照射して封止する方法に代えて、接着剤を用いて封止してもよい。

電解質層１６をなす電解液は、作用極（窓極）１８に滴下した後、対極１９と挟み合わせることで充填することができるので、従来のように対極１９に孔を開け、電解液を注入し、孔をふさぐという複雑な工程を省くことができるので、製造工程の簡略化や労力の削減が図れるので、低コストな光電変換素子が得られる。

本発明によれば、色素増感半導体電極に液状またはゲル状の電解質を充填して注入することによるメリットを保ちながら、隙間充填材に起因する染み出しやこれに伴う電気的な接続の不具合を解消し、電気的な接続安定性も確保される、光電変換素子を提供することができる。ゆえに、本発明は、電気的接続において高い信頼性を備えるとともに、隙間充填材の不採用により入射光量を増大させて高い出力特性を実現し、また出力特性の長期安定性も兼ね備えた光電変換素子の製造に貢献する。

１０・・・色素増感型太陽電池（光電変換素子）、１１・・・第一基板（蓋体）、１２・・・透明導電膜、１３・・・多孔質酸化物半導体層（酸化物電極）、１４・・・導電膜、１５・・・第二基板、１６・・・電解質層、１８・・・作用極（窓極）、１９・・・対極、２０・・・積層体、２２・・・箱体、２３・・・底部、２４・・・側部、２６、２６ａ・・・弾性部材、２８、２９・・・導電体。

Claims

増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する作用極、該作用極の多孔質酸化物半導体層側においてこれに対向して配置される対極、及びこれら両極の間の少なくとも一部に電解質層を配した色素増感太陽電池であって、
前記電解質層を前記作用極と前記対極で挟んでなる積層体は、箱体及び前記作用極からなる筐体の底部の内面に設けられた弾性部材を介して、前記対極を前記内面と間接的に接するように前記箱体内に収納され、該箱体は前記作用極を用いて封止されており、
前記作用極を構成する第一基板は、太陽光を透過する光学特性と耐熱性とを兼ね備えた部材からなることを特徴とする色素増感太陽電池。
前記積層体は、前記第一基板とその上に順に配される透明導電膜および酸化物電極からなる作用極と、第二基板とその上に配される導電膜からなる対極とが、前記酸化物電極と前記導電膜が対向するように、前記電解質層を挟んでなるものであり、
前記筐体の側部と、前記酸化物電極、前記導電膜および前記第二基板の各側面との間に絶縁性の弾性部材が設けられ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。
前記対極は、導電性を有する前記第二基板と前記第二基板上に設けられた導電膜とからな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。
前記積層体の側面に接触しないように、前記対極に一端が接続され、前記筐体の外に他端が延びる導電体と、前記作用極に一端が接続され、前記筐体の外に他端が延びる導電体とを個別に設けた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