JP5680995B2 - 色素増感太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、色素増感太陽電池モジュールに関する。

光電変換素子モジュールとして、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素増感太陽電池モジュールが注目されており、色素増感太陽電池モジュールに関して種々の開発が行われている。

色素増感太陽電池モジュールは一般に、複数個の直列に接続された色素増感太陽電池を備えており、各色素増感太陽電池は、作用極と、対極と、作用極と対極とを連結する封止部とを備えている。そして、作用極は、透明基板と、その上に形成された透明導電膜と、透明導電膜の上に設けられる酸化物半導体層とを有している。このような色素増感太陽電池モジュールとして、例えば下記特許文献１記載のものが知られている。下記特許文献１には、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池の対極の縁部と、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜とが、隣り合う封止部の間で、直接又は導電部材を介して接続された色素増感太陽電池モジュールが開示されている。

国際公開第2009/144949号公報

ところで、色素増感太陽電池モジュールにおいては、開口率の向上と隣り合う色素増感太陽電池間の接続信頼性の両方が重要となる。

しかし、上記特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールは、以下に示す課題を有していた。

すなわち、上記特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールにおいて、隣り合う２つの色素増感太陽電池の一方の対極のうち他方の色素増感太陽電池側の縁部が全体にわたって他方の色素増感太陽電池の作用極に接続される場合、その接続箇所の幅を大きくすることで、接続強度を向上させることができる。しかし、接続箇所は、隣り合う封止部の間、即ち受光エリア内にあるため、接続箇所の面積分だけ発電に寄与しなくなり、開口率が低下する。

一方、接続箇所の幅を小さくすると、開口率を向上させることはできるものの、接続強度が低下する。

従って、上記特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールは、開口率の向上と、接続信頼性の点で改善の余地を有していた。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、十分に大きな開口率を有しながら優れた接続信頼性を有する色素増感太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、隣り合う２つの色素増感太陽電池のうち一方の対極の縁部の一部を突出させ、その突出部を他方の色素増感太陽電池に設けたランド部に接合させることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、直列且つ電気的に接続される複数の色素増感太陽電池を含む色素増感太陽電池モジュールユニットを有する色素増感太陽電池モジュールにおいて、前記複数の色素増感太陽電池の各々が、透明基板及び前記透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第１電極と、前記第１電極に対向し金属基板を含む第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極に設けられる酸化物半導体層と、前記第１電極及び前記第２電極を接合させる封止部とを備え、前記複数の色素増感太陽電池における前記透明基板として１つの透明基板が共通に用いられ、前記封止部の一部が前記酸化物半導体層側に突出することによって前記封止部の外側に凹部が設けられ、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池の前記第１電極が、前記凹部に面するランド部を有し、他方の色素増感太陽電池の前記第２電極が、本体部と、前記本体部における一方の色素増感太陽電池側の縁部の一部から突出する少なくとも１つの突出部とを有し、前記突出部が前記ランド部に接合されている色素増感太陽電池モジュールである。

この色素増感太陽電池モジュールによれば、突出部は、隣り合う２つの色素増感太陽電池の一方の色素増感太陽電池の第２電極において、本体部のうち他方の色素増感太陽電池側の縁部の一部のみから突出し、この突出部が、他方の色素増感太陽電池のランド部に接合されている。このため、開口率を大きく低下させることなく、ランド部と突出部との接続箇所の面積を十分に大きくすることができる。従って、本発明の色素増感太陽電池モジュールは、優れた接続信頼性を有する。

このように本発明の色素増感太陽電池モジュールは、本体部のうち他方の色素増感太陽電池側の縁部の一部のみから突出する突出部と、他方の色素増感太陽電池のランド部とを接合させることによって優れた接続信頼性を有する。このため、本体部のうち他方の色素増感太陽電池側の縁部の残部に突出部を設ける必要がない。このため、残部の突出部と他方の色素増感太陽電池の第１電極とを接続するための接続箇所については省略することが可能となり、開口率を向上させることが可能となる。特に色素増感太陽電池モジュールでは、ランド部が、封止部の外側に設けられる凹部によって形成されている。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池の本体部同士間の隙間を小さくすることができる。すなわち、発電に寄与しないエリアの面積を小さくすることができる。このため、色素増感太陽電池モジュールによれば、ランド部が集電配線の縁部の外側に設けられる場合に比べて開口率を高くすることができる。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいては、前記色素増感太陽電池において、前記第２電極が、前記ランド部に対向する位置に切欠きを有することが好ましい。

この場合、隣り合う２つの色素増感太陽電池のうち一方の色素増感太陽電池に物体が衝突するなどの理由により、突出部が、それに接合されるランド部に対して相対的に動いたとしても、突出部は切欠き内に逃げ込むことが可能となる。このため、突出部と、隣の色素増感太陽電池の第２電極との接触を十分に防止することができる。

また本発明の色素増感太陽電池モジュールは、前記色素増感太陽電池モジュールユニットを複数有し、複数の前記色素太陽電池モジュールユニットが互いに直列且つ電気的に接続されると共に前記色素増感太陽電池の配列方向が互いに平行となるように配列され、前記色素増感太陽電池において、前記封止部の一部が前記酸化物半導体層側に突出することによって前記封止部の外側に凹部が設けられ、前記第１電極が、前記凹部に面するランド部を有し、前記第２電極が、前記本体部における前記ランド部と反対側の縁部の一部から突出する少なくとも１つの突出部とを有し、前記複数の色素増感太陽電池モジュールユニットの各々において、前記本体部に対する前記突出部の突出方向が同一であり、隣り合う２つの色素増感太陽電池モジュールユニットにおいて、前記突出部の突出方向が互いに反対であることが好ましい。

この場合、隣り合う２つの色素増感太陽電池モジュールユニットにおいて、一方の色素増感太陽電池モジュールユニットを構成する色素太陽電池のランド部と、他方の色素増感太陽電池モジュールユニットを構成する色素増感太陽電池の突出部とを、色素増感太陽電池モジュールユニットの配列方向に対して同じ側に配置することが可能となる。このため、一方の色素増感太陽電池モジュールユニットを構成する色素太陽電池のランド部と、他方の色素増感太陽電池モジュールユニットを構成する色素増感太陽電池の突出部とを、導電部材で接続することにより、開口率を低下させることなく、直列接続させることが可能となる。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいては、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、前記突出部が、前記突出部及び前記ランド部よりも低い抵抗を有する導電性のインサート材を介して前記ランド部に接合されていてもよい。

この場合、金属基板とランド部の構成材料とが直接的には溶接しにくい材料であったとしても，金属基板及びランド部のそれぞれに対して良好な接合をすることが出来るインサート材を突出部とランド部との間に介在させることで接続信頼性を向上させることができる。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいて、前記第２電極が、金属基板と、前記金属基板に対して前記第１電極と反対側に設けられ、前記金属基板よりも低い抵抗を有する導電材とを有し、前記導電材の一部が前記突出部として、前記ランド部に接合されていてもよい。

この場合、金属基板に導電性の低い金属を用いた場合にも、取り付けた低抵抗な導電材を介して通電することが可能になるため電圧降下を低減させることが出来る。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいては、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、前記金属基板と前記金属基板に設けられる触媒膜との積層体が、前記ランド部に直接接合されていてもよい。

本発明によれば、十分に大きな開口率を有しながら優れた接続信頼性を有する色素増感太陽電池モジュールが提供される。

本発明の色素増感太陽電池モジュールの一実施形態を示す平面図である。 図１の部分拡大図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１の第１電極を示す平面図である。 本発明の色素増感太陽電池モジュールの他の実施形態を示す部分平面図である。 図５の色素増感太陽電池モジュールのＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 本発明の色素増感太陽電池モジュールのさらに他の実施形態を示す部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず本発明の色素増感太陽電池モジュールの第１実施形態について説明する。図１は、本発明の色素増感太陽電池モジュールの一実施形態を示す底面図である。

図１に示すように、色素増感太陽電池モジュール２００は、２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂを有している。色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂは直列且つ電気的に接続されている。色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂは、複数の色素増感太陽電池５０を有し、複数の色素増感太陽電池５０は直列且つ電気的に接続されている。ここで、２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂは、２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂの各々における色素増感太陽電池５０の配列方向が互いに平行となるように配列されている。以下、説明の便宜上、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａにおける４つの色素増感太陽電池５０を色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄと、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂにおける４つの色素増感太陽電池５０を色素増感太陽電池５０Ｅ〜５０Ｈと呼ぶことがある。

図２は、図１の部分拡大図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、図４は、図３の作用極を示す平面図である。図３に示すように、複数の色素増感太陽電池５０の各々は、作用極１０と、作用極１０に対向する対極２０と、作用極１０及び対極２０を接合させる封止部３０とを備えており、作用極１０、対極２０及び環状の封止部３０によって形成されるセル空間には電解質４０が充填されている。

次に、隣り合う色素増感太陽電池５０間の接続関係について説明する。ここでは、色素増感太陽電池５０Ｂと色素増感増感太陽電池５０Ｃとの接続関係を例にとって説明する。

まず色素増感太陽電池５０Ｂについて説明する。

図３に示すように、色素増感太陽電池５０Ｂにおいて、作用極１０は、透明基板１１及び透明基板１１の上に設けられる透明導電膜１２からなる透明導電性基板１５と、透明導電性基板１５の透明導電膜１２の上に設けられる複数の酸化物半導体層１３と、透明導電膜１２の上において複数の酸化物半導体層１３の各々を包囲するように設けられる配線部１７とを有している。配線部１７は、封止部３０と透明導電膜１２との間に設けられており、透明導電膜１２上に設けられる集電配線１４と、集電配線１４を電解質４０から保護する配線保護層１６とを有している。本実施形態では、透明導電性基板１５によって第１電極が構成されている。

色素増感太陽電池５０Ｂの透明基板１１は、色素増感太陽電池モジュール２００における全色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｈにおいて共通の透明基板となっている。

一方、図２に示すように、色素増感太陽電池５０Ｂの対極２０は、本体部２５と、本体部２５のうち隣りの色素増感太陽電池５０Ｃ側の縁部２５ａの一部から突出する複数の突出部（図２では４つ）２３とを有している。ここで、本体部２５は、金属基板２１と金属基板２１の作用極１０側に設けられて触媒反応を促進する触媒層２２との積層体で構成されている。突出部２３は、金属基板２１のみで構成されている。本実施形態では、対極２０によって第２電極が構成されている。

次に色素増感太陽電池５０Ｃについて説明する。

色素増感太陽電池５０Ｃの作用極１０においては、図４に示すように、集電配線１４が、四角環状の外周部１４ａと、外周部１４ａの内側開口を仕切る複数の仕切り部（フィンガー配線）１４ｂとを有し、外周部１４ａと仕切り部１４ｂとによって酸化物半導体層１３が包囲されている。さらに集電配線１４は、外周部１４ａのうち、隣の色素増感太陽電池５０Ｂ側の外周部１４ａの内側に設けられるランド部１４ｃを有している。集電配線１４の上には封止部３０が設けられており、封止部３０の外側には凹部３３が設けられている。そして、ランド部１４ｃは、凹部３３によって形成されている。

一方、色素増感太陽電池５０Ｃの対極２０においては、ランド部１４ｃに対向する位置に切欠き２４が形成されている（図２参照）。

そして、図３に示すように、色素増感太陽電池５０Ｃのランド部１４ｃには、色素増感太陽電池５０Ｂの対極２０の突出部２３が直接接続されている。

隣り合う２つの色素増感太陽電池５０Ａ、５０Ｂ、２つの色素増感太陽電池５０Ｃ，５０Ｄ、２つの色素増感太陽電池５０Ｅ，５０Ｆ、２つの色素増感太陽電池５０Ｆ，５０Ｇ、２つの色素増感太陽電池５０Ｇ，５０Ｈにおいても同様に、一方の色素増感太陽電池５０における対極２０の突出部２３が、隣りの色素増感太陽電池５０における集電配線１４のランド部１４ｃに直接接続されている。

なお、本実施形態では、色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｈは全て同一の構成を有している。すなわち、色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｈにおいて、作用極１０は、封止部３０の外側に設けられる凹部３３によって形成されるランド部２４を有し、対極２０が、本体部２５におけるランド部２４と反対側の縁部２５ａの一部から突出する少なくとも１つの突出部とを有している。そして、図１に示すように、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａにおいて、色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄの各々の対極２０における突出部２３は同一方向（色素増感太陽電池５０Ａから色素増感太陽電池５０Ｄに向かう方向）側に突出している。一方、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂにおいて、色素増感太陽電池５０Ｅ〜５０Ｈの各々の対極２０における突出部２３は同一方向（色素増感太陽電池５０Ｅから色素増感太陽電池５０Ｈに向かう方向）側に突出している。但し、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ、１００Ｂにおいて、対極２０の突出部２３の突出方向は互いに反対となっている。

また図１に示すように、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂにおける色素増感太陽電池５０Ｅ、すなわち、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂの端部に配置された色素増感太陽電池５０には、集電配線１４のランド部１４ｃに接続端子７０が設けられている。そして、接続端子７０と、色素増感太陽電池５０Ｄの突出部２３とは、透明基板１１の表面に沿って設けられた導電部材１１０を介して接続されている。この導電部材１１により、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａと色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂとが直列に接続される。導電部材１１０を構成する材料としては、例えば銅、銀、ニッケルなどが用いられる。また導電部材１１０の形状としては、テープ状、ワイヤ状などが挙げられるが、テープ状が、使用時に色素増感太陽電池モジュール２００の厚みを小さくすることができることから好ましく用いられる。

さらに色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａの色素増感太陽電池５０Ａにも、作用極１０の集電配線１４におけるランド部１４ｃに、接続端子７０が設けられている。

次に、上述した色素増感太陽電池モジュール２００の作用効果について説明する。

色素増感太陽電池モジュール２００によれば、突出部２３は、隣り合う２つの色素増感太陽電池５０の一方の色素増感太陽電池５０の対極２０において、本体部２５のうち他方の色素増感太陽電池５０側の縁部２５ａの一部のみから突出し、この突出部２３が、他方の色素増感太陽電池５０のランド部１４ｃに接合されている。このため、開口率を大きく低下させることなく、ランド部１４ｃと突出部２３との接続箇所の面積を十分に大きくすることができる。従って、色素増感太陽電池モジュール２００は、優れた接続信頼性を有する。

このように色素増感太陽電池モジュール２００は、本体部２５のうち他方の色素増感太陽電池５０側の縁部２５ａの一部のみから突出する突出部２３と、他方の色素増感太陽電池５０のランド部１４ｃとを接合させることによって優れた接続信頼性を有する。このため、本体部２５のうち他方の色素増感太陽電池５０側の縁部２５ａの残部に突出部２３を設ける必要がない。このため、残部の突出部と他方の色素増感太陽電池５０の透明導電性基板１５とを接続するための接続箇所については省略することが可能となり、開口率を向上させることが可能となる。特に色素増感太陽電池モジュール２００では、ランド部１４ｃが、封止部３０の外側に設けられる凹部３３によって形成されている。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池５０の本体部２５同士間の隙間を小さくすることができる。すなわち、発電に寄与しないエリアの面積を小さくすることができる。このため、色素増感太陽電池モジュール２００によれば、ランド部１４ｃが封止部３０の外側に凹部３３が設けられない場合に比べて開口率を高くすることができる。

さらに、隣り合う２つの色素増感太陽電池５０において、一方の色素増感太陽電池５０においては、ランド部１４ｃに対向する位置に切欠き２４が形成されている。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池５０のうち一方の色素増感太陽電池５０に物体が衝突するなどの理由により、突出部２３が、それに接合されるランド部１４ｃに対して動いたとしても、突出部２３は切欠き２４内に逃げ込むことが可能となる。このため、突出部２３と、隣の色素増感太陽電池５０の対極２０との接触を十分に防止することができる。

また色素増感太陽電池モジュール２００は、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂを有し、色素太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂが互いに直列且つ電気的に接続されると共に色素増感太陽電池５０の配列方向が互いに平行となるように配列され、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂの各々において、本体部２５に対する突出部２３の突出方向が同一であり、隣り合う２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて、突出部２３の突出方向が互いに反対となっている。

このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて、一方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂを構成する色素太陽電池５０のランド部１４ｃと、他方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａを構成する色素増感太陽電池５０の突出部２３とを、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂの配列方向に対して同じ側に配置することが可能となる。すなわち、一方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂを構成する色素太陽電池５０のランド部１４ｃと、他方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａを構成する色素増感太陽電池５０の突出部２３とを、受光エリア外で接続させることが可能となる。このため、色素増感太陽電池モジュール２００によれば、一方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ｂを構成する色素太陽電池５０のランド部１４ｃと、他方の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａを構成する色素増感太陽電池５０の突出部２３とを、開口率を低下させることなく、直列接続させることが可能となる。

次に、上記色素増感太陽電池モジュール２００の製造方法について説明する。

まず図３に示すように、１つの透明基板１１の上に、複数の透明導電膜１２を形成してなる透明導電性基板１５を用意する。

透明基板１１を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板９の厚さは、色素増感太陽電池１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜１００００μｍの範囲にすればよい。

透明導電膜１２を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−doped−Tin−Oxide：ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜１２は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜１２が単層で構成される場合、透明導電膜１２は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。また透明導電膜１０として、複数の層で構成される積層体を用いると、各層の特性を反映させることが可能となることから好ましい。中でも、ＩＴＯで構成される層と、ＦＴＯで構成される層との積層体を用いることが好ましい。この場合、高い導電性、耐熱性及び耐薬品性を持つ透明導電膜１２が実現できる。透明導電膜１２の厚さは例えば０．０１μｍ〜２μｍの範囲にすればよい。

透明導電膜１２の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）及びＣＶＤ法などが用いられる。これらのうちスプレー熱分解法が装置コストの点から好ましい。

次に、複数の透明導電膜１２の各々の上に酸化物半導体層１３を形成する。酸化物半導体層１３は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成する。

酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂）、シリカ（ＳｉＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴiＯ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ_３Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化タリウム（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はこれらの２種以上で構成される。

酸化物半導体層１３の厚さは、例えば０．５〜５０μｍとすればよい。

酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。

焼成温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は３５０℃〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は１〜５時間である。

次に、透明導電膜１２上に、銀などの導電材料を含むペーストを塗布する。このとき、ペーストの塗布は、図４に示すように、外周部１４ａと、外周部１４ａの内側開口を仕切る仕切り部１４ｂと、外周部１４ａの内側に設けられるランド部１４ｃを形成するように行う。そして、ペーストを焼成して集電配線１４が得られる。

次に、集電配線１４を低融点ガラスフリットなどの配線保護層１６で被覆する。このとき、配線保護層１６は、外周部１４ａ及び仕切り部１４ｂを覆い、ランド部１４ｃを覆わないようにする。こうして集電配線１４と配線保護層１６とによって配線部１７が得られる。

こうして複数の作用極１０が得られる。

次に、色素増感太陽電池５０の数と同数の封止部３０を準備する。各封止部３０としては、酸化物半導体層１３を包囲する開口が形成されたものを用いる。

封止部３０としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。

そして、この封止部３０を作用極１０の集電配線１４の上に接着させる。封止部３０の集電配線１４への接着は、封止部３０を加熱溶融させることによって行うことができる。このとき、集電配線１４のランド部１４ｃには、封止部３０を接着させないようにする。すなわち、封止部３０の外側にはランド部１４ｃを形成するために凹部３３を設けるようにする。

次に、複数の作用極１０の酸化物半導体層１３に光増感色素を担持させる。このためには、作用極１０を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を酸化物半導体層１３に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を酸化物半導体層１３に吸着させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を酸化物半導体層１３に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を酸化物半導体層１３に吸着させても、光増感色素を酸化物半導体層１３に担持させることが可能である。

光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。

次に、複数の作用極１０の酸化物半導体層１３の上に電解質４０を配置する。電解質４０は、例えばスクリーン印刷等の印刷法によって配置することが可能である。

電解質４０は例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻のほか、臭素／臭化物イオンなどの対が挙げられる。なお、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質４０は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、ＬｉＩ、Ｉ_２、４−ｔ−ブチルピリジンなどが挙げられる。

次に、複数の対極２０を用意し、複数の対極２０の各々を、封止部３０の開口を塞ぐように貼り合わせる。

対極２０は、上述したように、本体部２５と、本体部２５のうち隣の色素増感太陽電池５０側の縁部２５ａの一部から突出する４つの突出部２３とを備える。ここで、本体部２５は、金属基板２１と触媒層２２との積層体で構成され、突出部２３は金属基板２１のみで構成されている。但し、突出部２３も金属基板２１と触媒層２２との積層体で構成されてもよい。

金属基板２１は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料で構成される。金属基板２１の厚さは、色素増感型太陽電池５０のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとすればよい。

触媒層２２は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。

次に、対極２０の突出部２３を、隣の色素増感太陽電池５０の作用極１０における集電配線１４のランド部１４ｃに接続する。ランド部１４ｃへの突出部２３の接続は、例えば抵抗溶接によって行うことができる。抵抗溶接は具体的には以下のようにして行う。すなわち、まず抵抗溶接用の２本の電極を用意する。次に、例えば２本のうち１本の電極を、対極２０の突出部２３に当接させ、もう１本の電極を隣の色素増感太陽電池５０の作用極１０の集電配線１４に当接させる。そして、２本の電極間に電圧を印加する。これにより、２本の電極の間に電流が流れる。このとき、突出部２３とランド部１４ｃとの間での接触抵抗が大きいため、突出部２３及びこれに接触するランド部１４ｃの両方がその互いに接触する部分において熱により溶融する。そして、２本の電極の間に印加する電圧をオフにすると、溶融した部分が凝固して合金を形成する。従って、突出部２３とランド部１４ｃとの接合強度を十分に向上させることができる。

こうして色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂが得られる。

次に、色素増感太陽電池５０Ａ，５０Ｅの集電配線１４におけるランド部１４ｃにそれぞれ接続端子７０を接続する。接続端子７０は、銀，銅，ニッケルなどの部材を抵抗溶接法などの方法を用いてランド部１４ｃに接続することができる。なお、接続端子７０は、集電配線１４を形成する際に、集電配線１４と同様の材料を用い、スクリーン印刷法で集電配線１４と同時に形成されてもよい。

最後に、導電部材１１０を接続端子７０に接続する。導電部材１１０は、例えば抵抗溶接によって接続端子７０と接続することができる。

以上のようにして色素増感太陽電池２００が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の色素増感太陽電池モジュールの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、本発明の色素増感太陽電池モジュールの第２実施形態を示す部分平面図、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。本実施形態の色素増感太陽電池モジュール３００は、対極の点で第１実施形態の色素増感太陽電池モジュール２００と相違する。

すなわち、図５及び図６に示すように、本実施形態の色素増感太陽電池モジュール３００において、対極３２０は、金属基板２１及び触媒層２２に加えて、金属基板２１のうち作用極１０と反対側に設けられる複数の線状の導電材３３０を更に有している。この導電材３３０は、金属基板２１よりも低い抵抗を有する金属からなる。このような金属は、金属基板２１よりも低い抵抗を有する金属であればよく、このような金属としては、例えば銅が用いられる。そして、導電部材３３０の端部が突出部２３として、隣の色素増感太陽電池５０の作用極１０の集電配線１４におけるランド部１４ｃに直接接続されている。

この場合、色素増感太陽電池５０同士を十分に小さい抵抗で接続することが可能になるために電圧降下がほとんど起こらない。またランド部１４ｃから流れ込む電子を、金属基板２１より抵抗の低い導電材３３０を通して電解質４０に近づけることが可能となるため、導電材３３０から電解質４０までの抵抗を小さくすることも可能となる。

このとき、対極２０の金属基板２１への導電材３３０の固定は、抵抗溶接により行うことができる。具体的には、金属基板２１のうち作用極１０と反対側の表面に、２つの抵抗溶接用電極の両方を押し当て、２つの抵抗溶接用電極間に電圧を印加すればよい。

このように対極２０の金属基板２１に導電材３３０を接続する場合でも、第１実施形態と同様、多孔質酸化物半導体層１３に担持された光増感色素の劣化を十分に抑制することができる。さらに得られる色素増感太陽電池モジュール２００の接続信頼性を向上させることができる。

また導電材３３０の端部とランド部１４ｃとの接続は、例えば抵抗溶接によって行うことができる。

この場合、隣り合う２つの色素増感太陽電池５０Ａ，５０Ｂのうち一方の色素増感太陽電池５０の金属基板２１に設けた導電材３３０の端部と、他方の色素増感太陽電池５０Ｂの集電配線１４に設けたランド部１４ｃとを、はんだ等を用いることなく、簡便に接合させることができるとともに、接続強度を向上させることがき、接触抵抗も低下させることができる。また、抵抗溶接は、一方の色素増感太陽電池５０Ａの導電材３３０と、他方の色素増感太陽電池５０Ｂのランド部１４ｃとを接合する際、抵抗溶接用の電極を局所的に当てて行うため、熱が局所的にしか発生しない。このため、はんだ等を用いて接合を行う場合に比べて、酸化物半導体層１３に担持された色素や封止部の劣化がより十分に抑制される。なお、導電材３３０の端部とランド部１４ｃとの抵抗溶接も、上記と同様、２つの抵抗溶接用電極を導電材３３０の表面に押し当てて、２つの抵抗溶接用電極間に電圧を印加すればよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記第１実施形態では、対極２０の金属基板２１及び透明導電膜２２の積層体が突出部２３として、隣の色素増感太陽電池５０の集電配線１４におけるランド部１４ｃに直接接続されているが、図７に示すように、突出部２３は、インサート材４００を介して隣の色素増感太陽電池５０の集電配線１４におけるランド部１４ｃに接続されてもよい。ここで、インサート材４００としては、金属基板２１及び集電配線１４よりも低い抵抗を有するものを用いることが好ましい。この場合、金属基板２１とランド部１４ｃの構成材料とが直接溶接しにくい材料であったとしても，金属基板２１及びランド部１４ｃのそれぞれに対して良好な接合をすることが出来るインサート材４００を突出部２３とランド部１４ｃとの間に介在させることで接続信頼性を向上させることができる。なお、インサート材４００は、金属基板２１及びランド部１４ｃの材料によって適宜決定される。

また上記第１及び第２実施形態では、色素増感太陽電池モジュール２００，３００は、２つの色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂを有しているが、２つに限られず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また上記第１及び第２実施形態では、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂにおいて色素増感太陽電池５０を４つ備えているが、色素増感太陽電池５０の数は４つに限られず、複数であればいかなる数であってもよい。

さらに、上記第１及び第２実施形態では、色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂの各々において、色素増感太陽電池５０の対極２０における突出部２３の突出方向が同じとなっているが、同じである必要はなく、互いに異なるものであってもよい。

さらに、上記第１及び第２実施形態では、ランド部１４ｃが集電配線１４に含まれており、ランド部１４ｃに突出部２３が接合されているが、ランド部１４ｃは、封止部３０の外側で且つ透明導電膜１２の縁部のうち隣の色素増感太陽電池５０側の縁部の内側に設けられてもよい。

さらにまた、上記第１及び第２実施形態では、酸化物半導体層１３は、透明導電膜１２の上に設けられているが、金属基板２１の上に設けられてもよい。この場合、酸化物半導体層１３と金属基板２１とで作用極が構成され、透明基板１１と透明導電膜１２とで対極が構成される。

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず表面の寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍで厚さ４ｍｍのガラスからなる透明基板の表面上に、ＦＴＯからなる厚さ１μｍの透明導電膜を形成してなる透明導電性基板を用意した。そして、透明導電膜に対しレーザ加工を行って、234.4ｍｍ×116.6ｍｍの矩形領域が２列×４個形成されるようにした。このとき、隣り合う矩形領域間の間隔は1.2ｍｍとなるようにした。

次に、透明導電膜の各矩形領域上に、チタニアからなる酸化物半導体層形成用ペーストを、図４に示すパターンとなるように２０箇所に塗布し乾燥させた。このとき、ランド部を形成するため、４箇所には、幅10.8ｍｍ×長さ107.0ｍｍの寸法で酸化物半導体層形成用ペーストを塗布し、残りの１６箇所には幅10.8ｍｍ×長さ112.4ｍｍの寸法で酸化物半導体層形成用ペーストを塗布した。

次いで、塗布した酸化物半導体層形成用ペーストを、500℃で1時間焼成した。

次に、透明導電膜の上に、図４に示すように、外周部と、外周部の内側開口を仕切る仕切り部と、外周部の内側に延びるランド部とを有する集電配線パターンを形成した。このとき、図１に示す接続端子も同時に形成した。また集電配線の厚さ、外周部の幅、仕切り部の幅、外周部からのランド部の長さ及び接続端子の寸法はそれぞれ以下の通りとした。
集電配線の厚さ：0.02ｍｍ
外周部の幅：1.7ｍｍ
仕切り部の幅：0.3ｍｍ
外周部からのランド部の長さ：7.1ｍｍ
接続端子の寸法（外周部から外側への突出部分の寸法）：5.6mm×6.6ｍｍ

こうして酸化物半導体層を有する作用極を得た。

次に、封止部を準備した。封止部は、470ｍｍ×470ｍｍ×50μｍのニュクレルからなる１枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、酸化物半導体層の数と同数の四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、各開口は、開口の内周と酸化物半導体層の外周との間隔が0.2ｍｍとなるようにした。こうして、幅が1.7ｍｍの封止部を得た。

そして、この封止部を、集電配線の上に載せた後、封止部を加熱溶融させることによって集電配線に接着させた。

次に、作用極を、N719からなる光増感色素を0.3mMの濃度で含むアセトニトリルおよびtert-ブタノールからなる色素溶液中に一昼夜浸漬させた後、取り出して乾燥させ、酸化物半導体層に光増感色素を担持させた。

次に、８枚の対極を用意した。各対極は以下のようにして作製した。すなわちまず、234.4ｍｍ×122.2ｍｍ×40μｍのチタン箔を用意し、チタン箔の上にスパッタリング法によって厚さ100ｎｍの白金からなる触媒層を形成した。こうして対極用積層体を用意した。

次に、この対極用積層体を、レーザ切断により、図１に示すように、矩形状の本体部の長辺から４つの突起部が突出し、反対側の長辺に４つの切欠きが形成された形状となるように加工した。このとき、本体部、突出部、切欠きの寸法はそれぞれ以下のようにした。
本体部：長辺234.4ｍｍ、短辺116.6ｍｍ
突出部：幅6.6ｍｍ、本体部の長辺からの先端までの長さ5.6ｍｍ
切欠き：幅9.0ｍｍ、本体部の長辺からの切欠きの底辺までの長さ5.4ｍｍ

次に、こうして得られた対極を、封止部の外周部を塞ぐように対極を貼り合わせた。このとき、突出部は、隣の作用極のランド部に対向させ、対極の切欠きは、対極を貼り合わせる作用極のランド部に対向するようにした。

そして、対極の突出部は、隣の色素増感太陽電池の集電配線におけるランド部に抵抗溶接により接合した。抵抗溶接は、２本の電極のうち１本の電極を集電配線に接触させ、もう１本の電極を突出部の上から押し当て、1kAの電流を10ｍ秒間印加することにより行った。

こうして、図１に示すように、４個の色素増感太陽電池が直列接続された２列の色素増感太陽電池モジュールユニット１００Ａ，１００Ｂを得た。

次に、416ｍｍ×10ｍｍ×100μｍの寸法のＣｕからなるＣｕテープを用意し、このＣｕテープの一端を色素増感太陽電池５０Ｅの接続端子７０に接続し、Ｃｕテープの他端を、色素増感太陽電池５０Ｄの対極の突出部２３に抵抗溶接によって接続した。こうして色素増感太陽電池モジュールを得た。

（比較例１）
各対極において突出部及び切欠きを形成せず、各作用極の集電配線においてランド部を設けず、対極の本体部のうち隣の色素増感太陽電池側の縁部全部を隣の色素増感太陽電池の作用極における集電配線の外周部に接合させたこと以外は実施例１と同様にして色素増感太陽電池モジュールを作製した。

実施例１及び比較例１で得られた色素増感太陽電池モジュールについて、開口率を測定した。結果を表１に示す。なお、開口率は85％以上であれば合格とし、85％未満であれば不合格とした。

また実施例１、比較例１の色素増感太陽電池モジュールについて、接続信頼性を調べた。接続信頼性は、JIS C8938 A-1に定義された温度サイクル試験を200サイクル行い，評価を行った。結果を表１に示す。なお、溶接部の剥離の有無を評価項目とし，剥離の無いものを合格とした。

表１に示すように、実施例１で得られた色素増感太陽電池モジュールは、開口率及び接続信頼性のいずれについても合格基準に達していた。これに対し、比較例１で得られた色素増感太陽電池モジュールは、接続信頼性の点で合格基準に達していなかった。

以上より、本発明の色素増感太陽電池モジュールによれば、十分に大きな開口率を有しながら優れた接続信頼性を有することが確認された。

１０…作用極
１１…透明基板
１２…透明導電膜
１３…酸化物半導体層
１４ｃ…ランド部
１５…透明導電性基板（第１電極）
２０，３２０…対極
２１…金属基板
２３…突出部
３０…封止部 ５０，５０Ａ〜５０Ｈ…色素増感太陽電池
１００Ａ，１００Ｂ…色素増感太陽電池モジュールユニット
２００，３００…色素増感太陽電池モジュール
３３０…導電材
４００…インサート材

Claims (6)

1. 直列且つ電気的に接続される複数の色素増感太陽電池を含む色素増感太陽電池モジュールユニットを有する色素増感太陽電池モジュールにおいて、
   前記複数の色素増感太陽電池の各々が、
   透明基板及び前記透明基板上に設けられる透明導電膜を有する第１電極と、
   前記第１電極に対向し、金属基板を含む第２電極と、
   前記第１電極又は前記第２電極に設けられる酸化物半導体層と、
   前記第１電極及び前記第２電極を接合させる封止部とを備え、
   前記複数の色素増感太陽電池における前記透明基板として１つの透明基板が共通に用いられ、
   前記封止部の一部が前記酸化物半導体層側に突出することによって前記封止部の外側に凹部が設けられ、
   隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池の前記第１電極が、前記凹部に面するランド部を有し、他方の色素増感太陽電池の前記第２電極が、本体部と、前記本体部における一方の色素増感太陽電池側の縁部の一部から突出する少なくとも１つの突出部とを有し、
   前記突出部が前記ランド部に接合されている色素増感太陽電池モジュール。
2. 前記色素増感太陽電池において、前記第２電極が、前記ランド部に対向する位置に切欠きを有する、請求項１に記載の色素増感太陽電池モジュール。
3. 前記色素増感太陽電池モジュールユニットを複数有し、
   複数の前記色素太陽電池モジュールユニットが互いに直列且つ電気的に接続されると共に前記色素増感太陽電池の配列方向が互いに平行となるように配列され、
   前記色素増感太陽電池において、
   前記封止部の一部が前記酸化物半導体層側に突出することによって前記封止部の外側に凹部が設けられ、
   前記第１電極が、前記凹部に面するランド部を有し、
   前記第２電極が、前記本体部における前記ランド部と反対側の縁部の一部から突出する少なくとも１つの突出部とを有し、
   前記複数の色素増感太陽電池モジュールユニットの各々において、前記本体部に対する前記突出部の突出方向が同一であり、
   隣り合う２つの色素増感太陽電池モジュールユニットにおいて、前記突出部の突出方向が互いに反対である、請求項１又は２に記載の色素増感太陽電池モジュール。
4. 隣り合う２つの色素増感太陽電池において、前記突出部が、前記突出部及び前記ランド部よりも低い抵抗を有するインサート材を介して前記ランド部に接合されている、請求項１〜３のいずれか一項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、前記金属基板に対して前記第１電極と反対側に、前記金属基板よりも低い抵抗を有する導電材をさらに有し、前記導電材の一部が前記突出部として、前記ランド部に接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池モジュール。
6. 隣り合う２つの色素増感太陽電池において、前記金属基板と前記金属基板に設けられる触媒膜との積層体が、前記ランド部に直接接合されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池モジュール。
   

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