JP5969841B2

JP5969841B2 - 色素増感太陽電池モジュール

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Publication number: JP5969841B2
Application number: JP2012149438A
Authority: JP
Inventors: 圭介中
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP2014011151A

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、高い発電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、透明基板と、透明基板上に設けられる複数の色素増感太陽電池セルとを有しており、色素増感太陽電池セルは、作用極と、対極と、作用極及び対極を接続する封止部と、作用極、対極及び封止部によって囲まれる電解質とを備えている。

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、共通の透明基板上に互いに離間する複数の色素増感太陽電池を有し、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、導電性ペーストなどの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

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の課題を有していた。

すなわち、上記特許文献１記載の色素増感太陽電池モジュールでは、隣り合う色素増感太陽電池間での短絡抑制の点で改善の余地があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、短絡の発生を十分に抑制でき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。

本発明者は、上記課題を解決するため上記課題が生じる原因について検討した。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は、１つの透明基板上に複数の色素増感太陽電池が設けられており、隣り合う色素増感太陽電池の対極同士が離間している。ここで、隣り合う対極同士は、色素増感太陽電池モジュールの開口率を向上させるべく近接した状態にある。また、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は、一方の色素増感太陽電池セルの対極の縁部が、封止部の外側まで延びており、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜の縁部と対向している。このため、対向する対極の縁部と透明導電膜の縁部とが導電性ペーストを用いて接続される場合、色素増感太陽電池モジュールが高温環境下に置かれると、導電性ペーストの流動性が増す。このとき、万一、導電性ペーストを押し潰すような過大な力が導電性ペーストに作用すると、導電性ペーストが、隣り合う色素増感太陽電池の対極同士を導通させ、隣り合う色素増感太陽電池間で短絡が生じるおそれがあるのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者はさらに鋭意検討を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。

すなわち、本発明は、透明基板と、前記透明基板上に設けられる複数の色素増感太陽電池セルとを有し、前記色素増感太陽電池セルがそれぞれ、前記透明基板上に設けられる第１電極と、前記第１電極に対向して設けられる第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に配置される電解質と、前記第１電極及び前記第２電極を接続し、前記第１電極及び前記第２電極とともに前記電解質を封止する環状の封止部とを備え、隣り合う２つの色素増感太陽電池セルのうち一方の色素増感太陽電池セルの前記第２電極の接続部と、他方の色素増感太陽電池セルの前記第１電極の接続部とが、隣り合う色素増感太陽電池セルの前記封止部同士の間で、導電性接着剤を含む導電部材を介して接続され、前記導電部材と前記他方の色素増感太陽電池セルの前記封止部との間に、前記一方の色素増感太陽電池セルにおける前記第２電極の前記接続部と前記他方の色素増感太陽電池セルにおける前記第１電極の前記接続部とを接続する絶縁部材が設けられており、前記封止部および前記絶縁部材が互いに異なる材料で構成されている、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、導電部材と他方の色素増感太陽電池セルの封止部との間に、第２電極の接続部と第１電極の接続部とを接続する絶縁部材が設けられているため、導電部材に過大な力が加わろうとしても、その力が絶縁部材によって緩和される。また導電部材に過大な力が加わり、導電部材に含まれる導電性接着剤が押し潰されても、その押し潰された導電性接着剤が、他方の色素増感太陽電池の第２電極に向かうことが阻止される。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池セルの第２電極同士間の導通が防止され、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル同士間の短絡を十分に抑制することができる。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいて、前記絶縁部材と前記封止部とが同一の熱膨張係数を有する材料で構成されていることが好ましい。

この場合、絶縁部材と封止部とが同一の熱膨張係数を有する材料で構成されているため、絶縁部材および封止部は、温度が変化しても同様の伸縮挙動を示す。このため、絶縁部材および封止部に接続されている第２電極は、絶縁部材および封止部の挙動に連動した挙動を示す。従って、一方の色素増感太陽電池セルの第２電極の接続部と、他方の色素増感太陽電池セルの第２電極とが直接接触することを十分に抑制することが可能となる。

また、本発明は、透明基板と、前記透明基板上に設けられる複数の色素増感太陽電池セルとを有し、前記色素増感太陽電池セルがそれぞれ、前記透明基板上に設けられる第１電極と、前記第１電極に対向して設けられる第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に配置される電解質と、前記第１電極及び前記第２電極を接続し、前記第１電極及び前記第２電極とともに前記電解質を封止する環状の封止部とを備え、隣り合う２つの色素増感太陽電池セルのうち一方の色素増感太陽電池セルの前記第２電極の接続部と、他方の色素増感太陽電池セルの前記第１電極の接続部とが、隣り合う色素増感太陽電池セルの前記封止部同士の間で、導電性接着剤を含む導電部材を介して接続され、前記導電部材と前記他方の色素増感太陽電池セルの前記封止部との間に、前記一方の色素増感太陽電池セルにおける前記第２電極の前記接続部と前記他方の色素増感太陽電池セルにおける前記第１電極の前記接続部とを接続する絶縁部材が設けられており、前記導電部材と前記絶縁部材との間に隙間が設けられている、色素増感太陽電池モジュールである。

本発明によれば、短絡の発生を十分に抑制できる色素増感太陽電池モジュールが提供される。

本発明に係る色素増感太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図である。図１の色素増感太陽電池モジュールを示す部分平面図である。本発明に係る色素増感太陽電池モジュールの他の実施形態を示す断面図である。本発明に係る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断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全図中、同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜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実施形態について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明に係る色素増感太陽電池モジュールの第１実施形態を示す断面図、図２は、図１の色素増感太陽電池モジュールを示す部分平面図である。

図１に示すように、色素増感太陽電池モジュール１００は、透明基板１０と、透明基板１０の一面１０ａ上に設けられる複数（図１では３つ）の色素増感太陽電池セル２０とを有する。すなわち、透明基板１０は、全色素増感太陽電池セル２０に共通の透明基板となっている。以下、説明の便宜上、色素増感太陽電池モジュール１００において３つの色素増感太陽電池セル２０を色素増感太陽電池セル２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと呼ぶことがある。

まず色素増感太陽電池セル２０Ａについて説明する。

色素増感太陽電池セル２０Ａは、透明基板１０上に設けられる作用極（第１電極）３０と、作用極３０に対向する対極（第２電極）４０と、作用極３０と対極４０との間に配置される電解質６０と、作用極３０及び対極４０を接続し、作用極３０及び対極４０とともに電解質６０を封止する環状の封止部５０とを備えている。

作用極３０は、透明基板１０の上に設けられる透明導電膜３１と、透明導電膜３１の上に設けられる多孔質酸化物半導体層３２と、透明導電膜３１の上において多孔質酸化物半導体層３２の周囲に設けられる配線部３３とを有している。透明導電膜３１は、封止部５０の内側に位置する本体部３１ａと、封止部５０の外側に位置する接続部３１ｂとで構成されている。配線部３３は、透明導電膜３１上に設けられる集電配線３４と、集電配線３４を覆って電解質６０から保護する配線保護層３５とを有している。多孔質酸化物半導体層３２には光増感色素が担持されている。

対極４０は、対極基板４１と、対極基板４１の作用極３０側に設けられて触媒反応を促進する触媒層４２とを備えている。対極４０は、封止部５０の内側に位置する本体部４０ａと、封止部５０の外側に位置する接続部４０ｂとを有している。

色素増感太陽電池セル２０Ｂ，２０Ｃも、色素増感太陽電池セル２０Ａと同様の構成を有している。

ここで、色素増感太陽電池セル２０Ａ〜２０Ｃの透明導電膜３１、環状の封止部５０、及び対極４０は透明基板１０上で互いに離間して設けられている。そして、複数の色素増感太陽電池セル２０Ａ〜２０Ｃは直列接続されている。

ここで、複数の色素増感太陽電池セル２０Ａ〜２０Ｃのうち隣り合う色素増感太陽電池セル間の接続構造について詳細に説明する。

まず色素増感太陽電池セル２０Ａにおいて、図２に示すように、対極４０の接続部４０ｂは、封止部５０の外側に位置し、隣りの色素増感太陽電池セル２０Ｂ側に向けられている。

一方、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおいては、図２に示すように、対極４０の本体部４０ａの縁部の一部に切欠き４０ｃが形成されている。また封止部５０には、対極４０の縁部に形成された切欠き４０ｃを避けるように凹部５１が形成されており、その凹部５１において透明導電膜３１の一部である接続部３１ｂが露出されている。

そして、色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０の凹部５１に、色素増感太陽電池セル２０Ａの対極４０の接続部４０ｂが挿入され、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける透明導電膜３１の接続部３１ｂと、導電性接着剤を含む導電部材７０を介して接続されている。また、導電部材７０と色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０との間には、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける作用極３０の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０が設けられている。具体的には、絶縁部材８０は、導電部材７０を包囲するようにＵ字形状をなしている（図２参照）。また本実施形態では、絶縁部材８０は、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける作用極３０の接続部３１ｂとの間に設けられている。

また色素増感太陽電池セル２０Ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｃとの接続構造も、色素増感太陽電池２０Ａと色素増感太陽電池２０Ｂとの接続構造と同様となっている。

この色素増感太陽電池モジュール１００によれば、色素増感太陽電池セル２０Ａと色素増感太陽電池セル２０Ｂとを接続する導電部材７０と色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０との間に、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける作用極３０の透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０が設けられている。このため、導電部材７０に過大な力が加わろうとしても、その力が絶縁部材８０によって緩和される。また導電部材７０に過大な力が加わり、導電部材７０に含まれる導電性接着剤が押し潰されても、その押し潰された導電性接着剤が、色素増感太陽電池セル２０Ｂの対極４０に向かうことが阻止される。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ａ，２０Ｂの対極４０同士間の導通が防止され、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ａ，２０Ｂ同士間の短絡を十分に抑制することができる。同様に、色素増感太陽電池モジュール１００では、色素増感太陽電池セル２０Ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｃとを接続する導電部材７０と色素増感太陽電池セル２０Ｃの封止部５０との間に、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける対極４０の接続部４０ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｃにおける作用極３０の透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０が設けられている。このため、導電部材７０に過大な力が加わろうとしても、その力が絶縁部材８０によって緩和される。また導電部材７０に過大な力が加わり、導電部材７０に含まれる導電性接着剤が押し潰されても、その押し潰された導電性接着剤が、色素増感太陽電池セル２０Ｃの対極４０に向かうことが阻止される。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ｂ，２０Ｃの対極４０同士間の導通が防止され、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ｂ，２０Ｃ同士間の短絡を十分に抑制することができる。よって、色素太陽電池モジュール１００によれば、全体として短絡の発生を十分に抑制することができる。

次に、透明基板１０、作用極３０、光増感色素、対極４０、封止部５０、電解質６０、導電部材７０及び絶縁部材８０について詳細に説明する。

（透明基板）
透明基板１０は、光透過性の材料からなる基板により構成される。このような材料としては、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられ、通常、光電変換素子の透明基材として用いられる材料であればいかなるものでも用いることができる。透明基板１０は、これらの中から電解質６０への耐性などを考慮して適宜選択される。また、透明基板１０は、光透過性に優れる基材であることが好ましく、光透過率が９０％以上の基材であることがより好ましい。

（作用極）
透明導電膜３１は、作用極３０の透明性を著しく損なわない構造とするために、導電性金属酸化物からなる薄膜であることが好ましい。このような導電性金属酸化物としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）などが挙げられる。また、透明導電膜３１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３１が単層で構成される場合、透明導電膜３１としては、成膜が容易かつ製造コストが安価であるという観点から、ＩＴＯ、ＦＴＯが好ましく、また、高い耐熱性及び耐薬品性を有する観点から、ＦＴＯがより好ましい。

また、透明導電膜３１が複数の層で構成される積層体により構成されると、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からなる膜にＦＴＯからなる膜が積層されてなる積層膜であることが好ましい。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３１が実現でき、可視域における光の吸収量が少なく、導電率が高い透明導電性基板を構成することができる。また、透明導電膜３１の厚さは例えば０．０１〜２μｍの範囲にすればよい。

多孔質酸化物半導体層３２を形成する酸化物半導体は、特に限定されず、通常、光電変換素子用の多孔質酸化物半導体層を形成するのに用いられるものであれば、いかなるものでも用いることができる。このような酸化物半導体としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、シリカ（ＳｉＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）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）が挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

これら酸化物半導体の粒子の平均粒径は１〜１０００ｎｍであることが、色素で覆われた酸化物半導体の表面積が大きくなり、より多くの電子を生成することができることから好ましい。また、多孔質酸化物半導体層３２は、粒度分布の異なる酸化物半導体粒子を積層させて構成されることが好ましい。この場合、半導体層内で繰り返し光の反射を起こさせることが可能となり、多孔質酸化物半導体層３２の外部へ逃がす入射光を少なくして、効率よく光を電子に変換することができる。多孔質酸化物半導体層３２の厚さは、例えば０．５〜５０μｍとすればよい。なお、多孔質酸化物半導体層３２は、異なる材料からなる複数の酸化物半導体の積層体で構成することもできる。

集電配線３４を構成する材料は、透明導電膜３１より低い抵抗を有する金属を含むものであればよい。このような金属としては、例えば銀が用いられる。

配線保護層３５は、集電配線３４を覆って電解質６０から集電配線３４を保護するものである。配線保護層３５は、電解質６０から集電配線３４を保護するものであればよく、例えば無機物からなる無機層、樹脂を含む樹脂層、又はこれら無機層と樹脂層との積層体で構成される。

無機物としては、低融点ガラスなどの無機絶縁材料が挙げられる。ここで、低融点ガラスとしては、例えば１５０〜５５０℃の軟化点を有するものを用いることができる。

樹脂としては、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等の各種変性ポリオレフィン樹脂などの熱可塑性樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂が挙げられる。

（光増感色素）
光増感色素としては、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、ポリフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などが挙げられ、これらの中から、用途、使用半導体に適した挙動を示すものを特に限定なく選ぶことができる。具体的には、Ｎ３、Ｎ７１９、Ｎ７４９などを使用することができる。

（対極）
対極基板４１としては、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、ＳＵＳ等の耐食性の金属材料や、上述した透明基板１０にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物からなる膜を形成したもので構成される。対極基板４１の厚さは、色素増感太陽電池モジュール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０．００５〜０．１ｍｍとすればよい。

触媒層４２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。

対極４０の厚さは例えば０．００５〜０．５ｍｍの範囲内であればよい。

（封止部）
封止部５０を構成する材料としては、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などの各種変性ポリオレフィンや、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体が挙げられる。なお、封止部５０は樹脂のみで構成されてもよいし、樹脂と無機フィラーとで構成されていてもよい。

（電解質）
電解質６０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、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリル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、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質６０は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。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−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、１−エチル−３−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。

また、電解質６０は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。

また電解質６０には添加剤を加えることができる。添加剤としては、ＬｉＩ、Ｉ_２、４−ｔ−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネート、１−メチルベンゾイミダゾール、1-ブチルベンゾイミダゾールなどが挙げられる。

さらに電解質６０としては、上記電解質にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。

（導電部材）
導電部材７０は導電性接着剤を含むものであればよい。従って、導電部材７０は、導電性接着剤のみで構成されてもよいし、透明導電膜３１の接続部３１ｂの上に設けられる端子（図示せず）と端子の上に設けられる導電性接着剤とで構成されてもよい。

導電性接着剤は、導電性を有する接着剤であればいかなるものであってもよく、例えば銀、銅、金、ニッケル、パラジウム、白金、アルミなどの金属粉と有機系や無機系のバインダーとを含む接着剤で構成される。有機系のバインダーとしては、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられ、無機系のバインダーとしては、例えば低融点ガラスなどが挙げられる。低融点ガラスとしては、例えば１５０〜５５０℃の軟化点を有するものを用いることができる。また端子は、例えば銀、銅などで構成される。

（絶縁部材）
絶縁部材８０は、絶縁性を有する材料であればよく、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などの各種変性ポリオレフィン樹脂、紫外線硬化樹脂、ビニルアルコール重合体などの有機物のほか、低融点ガラスなどの無機絶縁材料が挙げられる。ここで、低融点ガラスとしては、例えば１５０〜５５０℃の軟化点を有するものを用いることができる。

絶縁部材８０は、封止部５０と同一の熱膨張係数を有する材料で構成されていることが好ましい。この場合、絶縁部材８０と封止部５０とが同一の熱膨張係数を有する材料で構成されているため、絶縁部材８０および封止部５０は、温度が変化しても同様の伸縮挙動を示す。このため、絶縁部材お７０よび封止部５０に接続されている対極４０は、絶縁部材８０および封止部５０の挙動に連動した挙動を示す。従って、例えば色素増感太陽電池セル２０Ａの対極４０の接続部４０ａと、色素増感太陽電池セル２０Ｂの対極４０とが直接接触することを十分に抑制することが可能となる。同様に、色素増感太陽電池セル２０Ｂの対極４０の接続部４０ａと、色素増感太陽電池セル２０Ｃの対極４０とが直接接触することを十分に抑制することが可能となる。なお、絶縁部材８０を封止部５０と同一の熱膨張係数を有する材料で構成するには、例えば絶縁部材８０を封止部５０と同一の材料で構成すればよい。

次に、上述した色素増感太陽電池モジュール１００の製造方法について説明する。

［作用極準備工程］
まず作用極３０を準備する。作用極３０は、以下のようにして得ることができる。

はじめに透明基板１０の上に、透明導電膜３１を形成するための透明導電層を形成する。透明導電層の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法及びＣＶＤ法などが用いられる。続いて、透明導電層をレーザ加工等により、互いに離間する３つの透明導電膜３１に分割する。

次に、透明導電膜３１上に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷する。多孔質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。多孔質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。

次に、多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを焼成して透明導電膜３１上に多孔質酸化物半導体層３２を形成する。焼成温度は酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１４０〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子により異なるが、通常は１〜５時間である。

次に、透明導電膜３１上であって、多孔質酸化物半導体層３２の周囲に配線部３３を形成する。

そのためには、まず集電配線３４を形成する。集電配線３４は、例えば導電ペーストを、スクリーン印刷法などを用いて透明導電膜３１上に塗膜し、加熱して焼成することによって得ることができる。このとき、導電ペーストとしては、例えば、金属粒子とポリエチレングルコールなどの増粘剤とを配合したものを用いることができる。

次に、集電配線３４を配線保護層３５で被覆する。こうして透明導電膜３１上に配線部３３が形成される。こうして透明基板１０上に３つの作用極３０を形成する。

［光増感色素担持工程］
次に、作用極３０の多孔質酸化物半導体層３２に光増感色素を担持させる。このためには、作用極３０を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、光増感色素を多孔質酸化物半導体層３２に吸着させるか又は光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層３２に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を多孔質酸化物半導体層３２に吸着させればよい。

［対極準備工程］
一方、対極４０は、以下のようにして得ることができる。

すなわちまず３枚の対極基板４１を準備する。そして、各対極基板４１の上に触媒層４２を形成する。触媒層４２の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。このとき、対極４０は、本体部４０ａと本体部４０ａの縁部から突出する接続部４０ｂとを有するように形成する。

［接着剤圧着工程］
そして、例えば各作用極３０の透明導電膜３１の上に、例えば環状の封止部形成材料を配置し、作用極３０に溶融圧着させる。このとき、封止部形成材料の一部に凹部５１を形成しておく。また各透明導電膜３１の一部である接続部３１ｂが凹部５１に面するように封止部形成材料を各作用極３０の透明導電膜３１の上に配置し、溶融圧着させる。続いて、隣り合う作用極３０の環状の封止部形成材料同士の間であって、透明導電膜３１の接続部３１ｂ上に絶縁部材形成材料を配置し、溶融圧着させる。

［電解質配置工程］
次に、例えば作用極３０上であって封止部形成材料の内側に電解質６０を配置する。電解質６０は、作用極３０上であって環状の封止部形成材料の内側に注入したり、印刷したりすることによって配置することができる。

［導電部材形成材料固定工程］
次に、環状の封止部形成材料が形成されている各透明導電膜３１のうちの接続部３１ｂの上に、その封止部形成材料との間に絶縁部材形成材料を挟むように導電部材形成材料を配置し、固定させる。

次いで、作用極３０に対し、対極４０を対向させて重ね合わせる。このとき、対極４０の接続部４０ｂと、隣りの色素増感太陽電池セルを構成することとなる透明導電膜３１の接続部３１ｂとの間に絶縁部材形成材料および導電部材形成材料が配置されるようにする。そして、封止部形成材料、絶縁部材形成材料および導電部材形成材料を加熱溶融させながら加圧する。こうして色素増感太陽電池モジュール１００の製造が完了する。このとき、封止部形成材料、絶縁部材形成材料および導電部材形成材料はそれぞれ、封止部５０、絶縁部材８０および導電部材７０となる。この製造方法によれば、導電部材７０を加熱溶融して加圧した際に、熱や圧力が高く、例えば色素増感太陽電池セル２０Ａと色素増感太陽電池セル２０Ｂとを接続する導電部材７０が色素増感太陽電池セル２０Ｂに向おうとしても、絶縁部材８０があることで、導電部材７０が、色素増感太陽電池セル２０Ｂ側に向かうことを防止できる。同様に、色素増感太陽電池セル２０Ｂと色素増感太陽電池セル２０Ｃとを接続する導電部材７０が色素増感太陽電池セル２０Ｃに向おうとしても、絶縁部材８０があることで、導電部材７０が、色素増感太陽電池セル２０Ｃ側に向かうことを防止できる。このため、隣り合う色素増感太陽電池セル２０の対極４０同士が導通することが防止され、短絡の発生を十分に抑制することができる。

また上記のように、導電部材７０の形成と、封止部５０及び絶縁部材８０の形成とが同一の工程で行われると、光増感色素や電解質６０に対して加熱が行われる回数が１回で済むため、光増感色素や電解質６０の熱劣化が十分に抑制される。

なお、導電部材７０の形成と、封止部５０及び絶縁部材８０の形成とは別々の工程で行われてもよい。すなわち、導電部材７０を形成した後、封止部５０及び絶縁部材８０の形成が行われてもよいし、逆に、封止部５０及び絶縁部材８０の形成が行われた後、導電部材７０が形成されてもよい。

＜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実施形態について図３を参照しながら説明する。図３は本発明に係る色素増感太陽電池モジュールの第２実施形態を示す断面図である。

図３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２００は、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０と、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける封止部５０とが結合して一体化されており、且つ、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける対極４０の接続部４０ｂと、色素増感太陽電池セル２０Ｃにおける透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０と、色素増感太陽電池セル２０Ｃにおける封止部５０とが結合して一体化されている点で、第１実施形態の色素増感太陽電池モジュール１００と相違する。

本実施形態の色素増感太陽電池モジュール２００によれば、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０に対して色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０側に向かう力が働いたとしても、絶縁部材８０と色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０とが結合して一体化されているため、絶縁部材８０が色素増感太陽電池セル２０Ｂの封止部５０側に向かって動くことが規制される。このため、絶縁部材８０に接続されている色素増感太陽電池セル２０Ａの対極４０が、色素増感太陽電池セル２０Ｂの対極４０と接触することがより十分に抑制され、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ａ，２０Ｂ同士間の短絡がより十分に抑制される。同様に、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける対極４０の接続部４０ｂと、色素増感太陽電池セル２０Ｃにおける透明導電膜３１の接続部３１ｂとを接続する絶縁部材８０に対して色素増感太陽電池セル２０Ｃの封止部５０側に向かう力が働いたとしても、絶縁部材８０と色素増感太陽電池セル２０Ｃの封止部５０とが結合して一体化されているため、絶縁部材８０が色素増感太陽電池セル２０Ｃの封止部５０側に向かって動くことが規制される。このため、絶縁部材８０に接続されている色素増感太陽電池セル２０Ｂの対極４０が、色素増感太陽電池セル２０Ｃの対極４０と接触することがより十分に抑制され、隣り合う２つの色素増感太陽電池セル２０Ｂ，２０Ｃ同士間の短絡がより十分に抑制される。

なお、本実施形態の色素増感太陽電池モジュール２００においては、隣り合う色素増感太陽電池セルの対極４０同士の間に隙間が形成されているが、その隙間に絶縁性材料が充填されていることが好ましい。この場合、隣り合う対極４０同士間の短絡が絶縁性材料によって確実に防止される。絶縁性材料は、絶縁性を有する材料であればいかなるものでもよく、例えば絶縁部材８０と同一の材料で構成することができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、透明導電膜３１上に配線部３３が形成されているが、配線部３３は省略が可能である。

また上記実施形態では、色素増感太陽電池モジュールが３つの色素増感太陽電池セルを有する場合を例にして説明したが、色素増感太陽電池セルの数は、複数であればよく、３つに限られるものではない。

さらに上記実施形態では、対極４０の接続部４０ｂが本体部４０ａの縁部の一部から隣りの色素増感太陽電池セル側に向かって突出しているが、対極４０の接続部４０ｂが本体部４０ａの縁部の全部から隣りの色素増感太陽電池セル側に向かって突出したものであってもよい。この場合、導電性部材７０は対極４０の本体部４０ａの縁部に沿って直線状に配置されてもよく、その場合には、隣りの色素増感太陽電池セル２０の封止部５０において凹部５１は形成されない。このため、絶縁部材８０は、導電部材７０に沿って直線状に配置されることとなる。

さらに上記実施形態では、対極４０の接続部４０ｂが本体部４０ａの縁部の一部から隣りの色素増感太陽電池セル側に向かって突出しているが、対極４０の接続部４０ｂは必ずしも隣りの色素増感太陽電池セル側に向かって突出していなくてもよい。例えば対極４０の縁部に２つの切り込みを入れて形成される部分を接続部４０ｂとしてもよい。この場合は、例えば図４に示す色素増感太陽電池モジュール３００のように、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける封止部５０の色素増感太陽電池セル２０Ｂ側に凹部５１が形成され、その凹部５１に隣りの色素増感太陽電池セル２０Ｂの透明導電膜３１ｂの接続部３１ｂが入り込み、色素増感太陽電池セル２０Ａにおける対極４０の接続部４０ｂと導電部材７０及び絶縁部材８０を介して接続されていてもよい。同様に、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける封止部５０の色素増感太陽電池セル２０Ｃ側に凹部５１が形成され、その凹部５１に隣りの色素増感太陽電池セル２０Ｃの透明導電膜３１ｂの接続部３１ｂが入り込み、色素増感太陽電池セル２０Ｂにおける対極４０の接続部４０ｂと導電部材７０及び絶縁部材８０を介して接続されていてもよい。この場合でも、色素増感太陽電池モジュール１００において、隣り合う色素増感太陽電池セル２０の対極４０同士間の導通が防止され、短絡の発生が十分に抑制される。

１０…透明基板
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…色素増感太陽電池セル
３０…作用極（第１電極）
３１…透明導電膜
３１ｂ…接続部
４０…対極（第２電極）
４０ｂ…接続部
５０…封止部
６０…電解質
７０…導電部材
８０…絶縁部材
１００，２００，３００…色素増感太陽電池モジュール

Claims

透明基板と、
前記透明基板上に設けられる複数の色素増感太陽電池セルとを有し、
前記色素増感太陽電池セルがそれぞれ、
前記透明基板上に設けられる第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられる第２電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の間に配置される電解質と、
前記第１電極及び前記第２電極を接続し、前記第１電極及び前記第２電極とともに前記電解質を封止する環状の封止部とを備え、
隣り合う２つの色素増感太陽電池セルのうち一方の色素増感太陽電池セルの前記第２電極の接続部と、他方の色素増感太陽電池セルの前記第１電極の接続部とが、隣り合う色素増感太陽電池セルの前記封止部同士の間で、導電性接着剤を含む導電部材を介して接続され、
前記導電部材と前記他方の色素増感太陽電池セルの前記封止部との間に、前記一方の色素増感太陽電池セルにおける前記第２電極の前記接続部と前記他方の色素増感太陽電池セルにおける前記第１電極の前記接続部とを接続する絶縁部材が設けられており、
前記封止部および前記絶縁部材が互いに異なる材料で構成されている、色素増感太陽電池モジュール。
前記絶縁部材と前記封止部とが同一の熱膨張係数を有する材料で構成されている、請求項１に記載の色素増感太陽電池モジュール。
透明基板と、
前記透明基板上に設けられる複数の色素増感太陽電池セルとを有し、
前記色素増感太陽電池セルがそれぞれ、
前記透明基板上に設けられる第１電極と、
前記第１電極に対向して設けられる第２電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の間に配置される電解質と、
前記第１電極及び前記第２電極を接続し、前記第１電極及び前記第２電極とともに前記電解質を封止する環状の封止部とを備え、
隣り合う２つの色素増感太陽電池セルのうち一方の色素増感太陽電池セルの前記第２電極の接続部と、他方の色素増感太陽電池セルの前記第１電極の接続部とが、隣り合う色素増感太陽電池セルの前記封止部同士の間で、導電性接着剤を含む導電部材を介して接続され、
前記導電部材と前記他方の色素増感太陽電池セルの前記封止部との間に、前記一方の色素増感太陽電池セルにおける前記第２電極の前記接続部と前記他方の色素増感太陽電池セルにおける前記第１電極の前記接続部とを接続する絶縁部材が設けられており、
前記導電部材と前記絶縁部材との間に隙間が設けられている、色素増感太陽電池モジュール。