JP6697335B2

JP6697335B2 - 光電変換素子

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Publication number: JP6697335B2
Application number: JP2016129612A
Authority: JP
Inventors: 克佳遠藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: JP2018006498A

Description

本発明は、光電変換素子に関する。

光電変換素子として、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素を用いた光電変換素子が注目されている。

このような色素を用いた光電変換素子として、光電変換セルと、光電変換セルから電流を取り出すための２つの外部接続端子とを備える色素増感太陽電池素子が知られている（下記特許文献１参照）。下記特許文献１には、光電変換セルが、透明導電層を有する透明導電性基板と、透明導電性基板に対向し、金属基板を有する対極と、透明導電性基板と対極とを接合する環状の封止部とを有し、２つの外部接続端子が透明導電性基板の透明導電層上であって環状の封止部の外側に設けられることが開示されている。さらに下記特許文献１には、上記２つの外部接続端子にコネクタを接続させることも開示されている。

特開２０１４−２１１９５１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の光電変換素子は以下の課題を有していた。すなわち、上記特許文献１では、透明導電性基板上に、コネクタを接続させる２つの外部接続端子が設けられるため、透明導電性基板上に２つの外部接続端子のためのスペースが必要であり、この２つの外部接続端子用のスペースを確保するために、封止部の開口面積を小さくせざるを得なかった。このため、上記特許文献１に記載の光電変換素子は、開口率の低下防止の点で改善の余地を有していた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、開口率を向上させることができる光電変換素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも１つの光電変換セルと、前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第１外部接続端子と、前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第２外部接続端子と、前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子から電流を取り出すコネクタとを備え、前記光電変換セルが、第１導電性基板を有し、前記第１導電性基板が、透明基板、及び、前記透明基板上に設けられる第１透明導電部を有し、前記第２導電性基板が金属基板を有し、前記封止部が、樹脂を含む樹脂封止部を有し、前記コネクタが、コネクタ本体部と、前記コネクタ本体部に設けられ、前記第１外部接続端子に固定される第１コネクタ端子と、前記コネクタ本体部に設けられ、前記第２外部接続端子に固定される第２コネクタ端子とを有し、前記第１外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記環状の封止部の外側であって前記第１導電性基板の前記第１透明導電部に設けられ、前記第２外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記第２導電性基板の前記金属基板上に設けられている光電変換素子である。

この光電変換素子によれば、第１外部接続端子が、少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの環状の封止部の外側であって第１導電性基板の第１透明導電部に設けられ、第２外部接続端子が、少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの第２導電性基板の金属基板上に設けられ、コネクタの第１コネクタ端子が第１外部接続端子に接続され、第２コネクタ端子が第２外部接続端子に接続されている。すなわち、コネクタを介して光電変換セルから電流を取り出すために、第１導電性基板の第１透明導電部に設ける外部接続端子を第１外部接続端子のみとすることが可能となる。このため、第１導電性基板上であって環状の封止部の外側に、第２外部接続端子を設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。その分、封止部の内側の開口面積を増加させることが可能となり、光電変換素子の開口率を向上させることが可能となる。

上記光電変換素子は、前記コネクタ本体部と前記第１導電性基板とを接着し、前記封止部の前記樹脂封止部よりも小さい線膨張係数を有する接着部をさらに備えることが好ましい。

この場合、光電変換素子が温度変化の大きな環境下に置かれると、封止部の樹脂封止部が伸縮して封止部の厚さが増大する。このとき、接着部が封止部の樹脂封止部の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有し、この接着部によってコネクタ本体部と第１導電性基板とが接着されている。このため、コネクタのコネクタ本体部が第１導電性基板から離れる方向に移動しようとしても、コネクタ本体部が第１導電性基板から離れる方向に移動することが接着部によって十分に抑制される。このため、コネクタ本体部の移動により第１コネクタ端子と第１外部接続端子との間、及び、第２コネクタ端子と第２外部接続端子との間に過大な応力が加わることが十分に抑制され、第１外部接続端子からの第１コネクタ端子の剥離、及び、第２外部接続端子からの第２コネクタ端子の剥離が十分に抑制される。その結果、本発明の光電変換素子によれば、温度変化の大きな環境下においても優れた耐久性を有することも可能となる。

上記光電変換素子においては、前記接着部が、本体部と、前記本体部から張り出す張出し部とを有し、前記張出し部が、前記コネクタ本体部と前記第２導電性基板の前記金属基板とを接着していることが好ましい。

この場合、本発明の光電変換素子が温度変化の大きな環境下に置かれると、封止部が伸縮して封止部の厚さが変化する。このとき、接着部が封止部の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有し、この接着部の張出し部がコネクタ本体部と第２導電性基板の金属基板とを接着している。このため、例えば第２導電性基板の金属基板が第１導電性基板に近づく方向に移動しようとしても、金属基板が第１透明導電部に近づく方向に移動することが十分に抑制される。そのため、金属基板の移動により第２外部接続端子と第２コネクタ端子との間に過大な応力が加わることがより十分に抑制され、第２外部接続端子からの第２コネクタ端子の剥離が十分に抑制される。その結果、本発明の光電変換素子によれば、温度変化の大きな環境下においてもより優れた耐久性を有することが可能となる。

上記光電変換素子においては、前記第２導電性基板の前記金属基板がチタンを含み、前記第２外部接続端子が、金属と、樹脂と、カーボンとを含むことが好ましい。

この場合、第２外部接続端子が金属基板から剥離しにくくなる。

本発明によれば、開口率を向上させることができる光電変換素子が提供される。

本発明の光電変換素子の第１実施形態を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った部分切断面端面図である。図２の部分拡大図である。図１の光電変換素子の第１導電性基板を示す平面図である。図４の第１導電性基板に酸化物半導体層及び封止部を設けた状態を示す平面図である。図１の光電変換素子の製造方法の一工程を示す平面図である。本発明の光電変換素子の第２実施形態の一部を示す部分切断面端面図である。本発明の光電変換素子の第３実施形態の一部を示す部分切断面端面図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の光電変換素子の一実施形態を示す平面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断面端面図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、図１の光電変換素子の第１導電性基板を示す平面図、図５は、図４の第１導電性基板に酸化物半導体層及び封止部を設けた状態を示す平面図である。

図１〜図５に示すように、光電変換素子１００は、１つの光電変換セル５０と、光電変換セル５０から電流を取り出すための第１外部接続端子７０ａと、光電変換セル５０から電流を取り出すための第２外部接続端子７０ｂと、第１外部接続端子７０ａ及び第２外部接続端子７０ｂから電流を取り出すコネクタ６０とを備えている。

図２に示すように、光電変換セル５０は、第１導電性基板１０と、第１導電性基板１０に対向する第２導電性基板２０と、第１導電性基板１０上に設けられる酸化物半導体層１３と、第１導電性基板１０及び第２導電性基板２０の間に設けられる電解質４０と、第１導電性基板１０及び第２導電性基板２０を接合する環状の封止部３０とを備えている。電解質４０は、第１導電性基板１０、第２導電性基板２０及び封止部３０によって形成されるセル空間に充填されている。

図２〜図４に示すように、第１導電性基板１０は、透明基板１１と、透明基板１１の上に設けられる第１透明導電部としての透明導電層１２とで構成されている。

図２に示すように、酸化物半導体層１３は、封止部３０の内側に配置されている。また酸化物半導体層１３には色素が吸着されている。

図２に示すように、封止部３０は第１導電性基板１０上に設けられている。封止部３０は、無機材料で構成される無機封止部３０Ｂと、無機封止部３０Ｂと第２導電性基板２０とを連結し、樹脂を含む樹脂封止部３０Ａとで構成されている。図５に示すように、封止部３０はその厚さ方向に沿って見た場合に四角環状をなしており、四角環状の封止部３０は、４本の線状部３０ａと、２本の線状部３０ａを延長させて交差させてなる４つの交差部３０ｂとを有しており、４つの交差部３０ｂのうちの１つの交差部３０ｃにおいて酸化物半導体層１３と反対側の角部３０ｄが切り欠かれている。

図２に示すように、第２導電性基板２０は、基板と電極を兼ねる金属基板２１と、金属基板２１の第１導電性基板１０側に設けられて電解質４０の還元に寄与する導電性の触媒層２２とを備えている。第２導電性基板２０はその厚さ方向に沿って見た場合に四角形状をなしており、４つの角部のうち１つの角部が切り欠かれている（図１参照）。この角部が切り欠かれるとともに封止部３０の４つの交差部３０ｂのうち１つの交差部３０ｃから角部が切り欠かれることによって第１導電性基板１０の角部が露出されている。

第１外部接続端子７０ａは、光電変換セル５０の環状の封止部３０の外側であって第１導電性基板１０の透明導電層１２に設けられている。一方、第２外部接続端子７０ｂは、光電変換セル５０の第２導電性基板２０の金属基板２１上に設けられている。

一方、図３に示すように、コネクタ６０は、コネクタ本体部６１と、コネクタ本体部６１に設けられる第１コネクタ端子６２ａと、コネクタ本体部６１に設けられる第２コネクタ端子６２ｂとを有している。第１コネクタ端子６２ａは、第１固定部８０ａによって第１外部接続端子７０ａに固定され、第２コネクタ端子６２ｂは、第２固定部８０ｂによって第２外部接続端子７０ｂに固定されている。

また、第１導電性基板１０上には接着部９０が設けられている。そして、接着部９０は、コネクタ本体部６１と第１導電性基板１０とを接着し、封止部３０よりも小さい線膨張係数を有している。また、本実施形態では、接着部９０は、本体部９０ａと、本体部９０ａから張り出す張出し部９０ｂとを有し、張出し部９０ｂが、コネクタ本体部６１と第２導電性基板２０の金属基板２１とを接着している。

光電変換素子１００によれば、第１外部接続端子７０ａが、光電変換セル５０の環状の封止部３０の外側であって光電変換セル５０の第１導電性基板１０の透明導電層１２に設けられ、第２外部接続端子７０ｂが、光電変換セル５０の第２導電性基板２０の金属基板２１上に設けられ、コネクタ６０の第１コネクタ端子６２ａが、第１固定部８０ａによって第１外部接続端子７０ａに固定され、第２コネクタ端子６２ｂが、第２固定部８０ｂによって第２外部接続端子７０ｂに固定されている。すなわち、コネクタ６０を介して光電変換セル５０から電流を取り出すために、第１導電性基板１０の透明導電層１２に設ける外部接続端子を第１外部接続端子７０ａのみとすることが可能となる。このため、第１導電性基板１０上であって環状の封止部３０の外側に、第２外部接続端子７０ｂを設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。その分、封止部３０の内側の開口面積を増加させることが可能となり、光電変換素子１００の開口率を向上させることが可能となる。

また、光電変換素子１００が温度変化の大きな環境下に置かれると、封止部３０の樹脂封止部３０Ａが伸縮して封止部３０の厚さが変化する。このとき、接着部９０が封止部３０の樹脂封止部３０Ａの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有し、この接着部９０によってコネクタ本体部６１と第１導電性基板１０とが接着されている。このため、コネクタ６０のコネクタ本体部６１が第１導電性基板１０から離れる方向に移動しようとしても、コネクタ本体部６１が第１導電性基板１０から離れる方向に移動することが接着部９０によって十分に抑制される。このため、コネクタ本体部６１の移動により第１コネクタ端子６２ａと第１外部接続端子７０ａとの間、及び、第２コネクタ端子６２ｂと第２外部接続端子７０ｂとの間に過大な応力が加わることが十分に抑制され、第１外部接続端子７０ａからの第１コネクタ端子６２ａの剥離、及び、第２外部接続端子７０ｂからの第２コネクタ端子６２ｂの剥離が十分に抑制される。その結果、光電変換素子１００によれば、温度変化の大きな環境下においても優れた耐久性を有することも可能となる。

また光電変換素子１００においては、接着部９０が、本体部９０ａと、本体部９０ａから張り出す張出し部９０ｂとを有し、張出し部９０ｂが、コネクタ本体部６１と第２導電性基板２０の金属基板２１との間に設けられている。このため、光電変換素子１００が温度変化の大きな環境下に置かれると、封止部３０の樹脂封止部３０Ａが伸縮して封止部３０の厚さが変化する。このとき、接着部９０が封止部３０の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有し、この接着部９０の張出し部９０ｂがコネクタ本体部６１と第２導電性基板２０の金属基板２１とを接着している。このため、例えば第２導電性基板２０の金属基板２１が第１導電性基板１０に近づく方向に移動しようとしても、金属基板２１が透明導電層１２に近づく方向に移動することが十分に抑制される。そのため、金属基板２１の移動により第２外部接続端子７０ｂと第２コネクタ端子６２ｂとの間に過大な応力が加わることがより十分に抑制され、第２外部接続端子７０ｂからの第２コネクタ端子６２ｂの剥離が十分に抑制される。その結果、光電変換素子１００によれば、温度変化の大きな環境下においてもより優れた耐久性を有することが可能となる。

さらに光電変換素子１００においては、コネクタ６０の第２コネクタ端子６２ｂが第２導電性基板２０の金属基板２１上の第２外部接続端子７０ｂに固定される一方、四角環状の封止部３０における４つの交差部３０ｂのうち１つの交差部３０ｃにおいて酸化物半導体層１３と反対側の角部３０ｄが切り欠かれ、それによって露出した第１導電性基板１０の透明導電層１２上の第１外部接続端子７０ａに、コネクタ６０の第１コネクタ端子６２ａが固定されている。ここで、図５に示すように、４つの交差部３０ｃの対角線の長さｗ２は線状部３０ａの幅ｗ１よりも長い。このため、４つの交差部３０ｃのうちの１つの交差部３０ｃにおいて酸化物半導体層１３と反対側の角部３０ｄが切り欠かれても、その交差部３０ｃにおける封止幅が線状部３０ａの封止幅を過度に低下させることを防止できる。従って、環状の封止部３０の封止幅を確保するために、封止部の内側開口の面積を狭める必要がなくなる。従って、光電変換素子１００の開口率の低下を十分に防止することができる。

次に、第１導電性基板１０、第２導電性基板２０、酸化物半導体層１３、封止部３０、電解質４０、色素、第１外部接続端子７０ａ、第２外部接続端子７０ｂ、コネクタ６０、第１固定部８０ａ、第２固定部８０ｂ及び接着部９０について詳細に説明する。

＜第１導電性基板＞
第１導電性基板１０は、透明基板１１と、透明基板１１の上に設けられる透明導電層１２とで構成されている。

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）、及び、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などの絶縁材料が挙げられる。透明基板１１の厚さは、光電変換素子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５０〜４００００μｍの範囲にすればよい。

透明導電層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（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、及び、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層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。透明導電層１２が単層で構成される場合、透明導電層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。透明導電層１２の厚さは例えば０．０１〜２μｍの範囲にすればよい。

＜第２導電性基板＞
第２導電性基板２０は、上述したように、基板と電極を兼ねる金属基板２１と、導電性の触媒層２２とを備える。

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、アルミニウム、ステンレス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、光電変換素子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０．００５〜４ｍｍ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。なお、第２導電性基板２０は、金属基板２１が触媒機能を有する場合（例えばカーボンなどを含有する場合）には触媒層２２を有していなくてもよい。

＜酸化物半導体層＞
酸化物半導体層１３は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）又はこれらの２種以上で構成される。

酸化物半導体層１３の厚さは通常は、２〜４０μｍであり、好ましくは１０〜３０μｍである。

＜封止部＞
封止部３０は、上述したように、無機封止部３０Ｂと、樹脂封止部３０Ａとで構成されている。

無機封止部３０Ｂは、無機材料で構成されるものであれば特に制限されるものではなく、無機封止部３０Ｂを構成する無機材料としては、例えばガラス、セラミックスなどが挙げられる。

樹脂封止部３０Ａは樹脂を含む材料で構成されていれば特に制限されるものではないが、樹脂封止部３０Ａを構成する樹脂としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などが挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、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およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。

＜電解質＞
電解質４０は、例えばヨウ化物イオン（ヨウ素イオン）／ポリヨウ化物イオン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、ピバロニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、ヨウ化物イオン／ポリヨウ化物イオン（例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻）のほか、臭化物イオン（臭素イオン）／ポリ臭化物イオン、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。なお、ヨウ化物イオン／ポリヨウ化物イオンは、ヨウ素（Ｉ_２）と、アニオンとしてのアイオダイド（Ｉ⁻）を含む塩（イオン性液体や固体塩）とによって形成することができる。アニオンとしてアイオダイドを有するイオン性液体を用いる場合には、ヨウ素のみ添加すればよく、有機溶媒や、アニオンとしてアイオダイド以外のイオン性液体を用いる場合には、ＬｉＩやテトラブチルアンモニウムアイオダイドなどのアニオンとしてアイオダイド（Ｉ⁻）を含む塩を添加すればよい。

また電解質４０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アイオダイド、１−エチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、１−メチル−３−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４０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４０には添加剤を加えることができる。添加剤としては、ＬｉＩ、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４０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。

なお、電解質４０は、ヨウ化物イオン／ポリヨウ化物イオン（例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻）からなる酸化還元対を含み、ポリヨウ化物イオンの濃度が０．００６ｍｏｌ／リットル以下であることが好ましい。この場合、電子を運ぶポリヨウ化物イオンの濃度が低いため、漏れ電流をより減少させることができる。このため、開放電圧をより増加させることができるため、光電変換特性をより向上させることができる。特に、ポリヨウ化物イオンの濃度は０．００５ｍｏｌ／リットル以下であることが好ましく、０〜６×１０^−６ｍｏｌ／リットルであることがより好ましく、０〜６×１０^−８ｍｏｌ／リットルであることがさらに好ましい。この場合、光電変換素子１００を第１導電性基板１０の光入射側から見た場合に、電解質４０の色を目立たなくすることができる。

＜色素＞
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、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などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）が用いられる。ここで、色素として光増感色素を用いる場合には、光電変換素子１００は色素増感光電変換素子となり、光電変換セル５０は色素増感光電変換セルとなる。

上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体からなる光増感色素が好ましい。この場合、光電変換素子１００の光電変換特性をより向上させることができる。

＜第１外部接続端子＞
第１外部接続端子７０ａは金属材料を含む。金属材料としては、例えば銀、銅およびインジウムなどが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合せて用いてもよい。

＜第２外部接続端子＞
第２外部接続端子７０ｂは金属と樹脂とを含む。金属材料としては、第１外部接続端子７０ａに含まれる金属材料と同様の材料を用いることができる。

第２外部接続端子７０ｂはさらに非金属の導電性材料をさらに含んでもよい。非金属の導電性材料としては、例えばカーボン、導電性高分子などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

但し、第２導電性基板２０の金属基板２１がチタンを含む場合には、第２外部接続端子７０ｂが、金属及び樹脂に加えて、カーボンをさらに含むことが好ましい。この場合、第２外部接続端子７０ｂが金属基板２１から剥離しにくくなる。このため、光電変換素子１００の耐久性がより優れたものとなる。

＜コネクタ＞
コネクタ６０は、上述したようにコネクタ本体部６１と、第１コネクタ端子６２ａと、第２コネクタ端子６２ｂとを備える。

コネクタ本体部６１は例えば絶縁材料で構成される。絶縁材料としては、ガラスなどの無機絶縁材料、および、樹脂などの有機絶縁材料が挙げられる。

コネクタ本体部６１は、接着部９０に対向する底部と、底部と反対側の頂部と、底部と頂部とを連結する側部とを備えている。

コネクタ本体部６１は、差込口（図示せず）を有しているが、差込口に代えて、回路基板に装着されたコネクタの差込口に差し込むための凸部を有していてもよい。

第１コネクタ端子６２ａ及び第２コネクタ端子６２ｂは、図２ではコネクタ本体部６１の底部から延びているが、第１コネクタ端子６２ａ及び第２コネクタ端子６２ｂはそれぞれ、コネクタ本体部６１の側部から延びていてもよい。

＜第１固定部＞
第１固定部８０ａは、第１コネクタ端子６２ａを第１外部接続端子７０ａに固定させることができる材料で構成されていればよく、この材料は通常、金属及び樹脂を含む。金属としては、例えば銀および半田が挙げられる。樹脂としては、例えばポリエステル樹脂及びエポキシ樹脂などが挙げられる。第１固定部８０ａ中のカーボンの含有率は特に制限されるものではないが、第１外部接続端子７０ａ中のカーボンの含有率よりも小さいことが好ましい。この場合、第１外部接続端子７０ａに対する第１固定部８０ａの接着性をより向上させることができ、コネクタ６０をより強く第１外部接続端子７０ａに接着できる。

＜第２固定部＞
第２固定部８０ｂは、第２コネクタ端子６２ｂを第２外部接続端子７０ｂに固定させることができる材料で構成されていればよく、この材料は通常、金属及び樹脂を含む。金属としては、例えば銀および半田が挙げられる。第２固定部８０ｂ中のカーボンの含有率は特に制限されるものではないが、第２外部接続端子７０ｂ中のカーボンの含有率よりも小さいことが好ましい。この場合、第２外部接続端子７０ｂに対する第２固定部８０ｂの接着性をより向上させることができ、コネクタ６０をより強くより強く第２外部接続端子７０ｂに接着できる。

＜接着部＞
接着部９０は、封止部３０の樹脂封止部３０Ａの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、コネクタ６０と第１導電性基板１０とを接着させることが可能な材料で構成されていればよく、このような材料としては、樹脂封止部３０Ａに含まれる樹脂と同様の樹脂のほか、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ガラスなどの無機材料を用いることもできる。樹脂封止部３０Ａが熱可塑性樹脂で構成されている場合には、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂などの硬化樹脂や無機材料が好適に用いられる。

樹脂封止部３０Ａの線膨張係数に対する接着部９０の線膨張係数の比Ｒは１より小さければ特に制限されるものではないが、０．１〜０．９であることが好ましく、０．３〜０．７であることがより好ましい。

次に、上述した光電変換素子１００の製造方法について図４〜図６を参照しながら説明する。図６は、図１の光電変換素子の製造方法の一連の工程を示す平面図である。

まず図４に示すように、１つの透明基板１１の上に、透明導電層１２を形成してなる第１導電性基板１０を用意する。

透明導電層１２の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、スプレー熱分解法及びＣＶＤ法などが用いられる。

次に、透明導電層１２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、酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成すればよい。

酸化物半導体層形成用ペーストは、上述した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、又は、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、透明導電層１２の上に、四角環状の無機封止部３０Ｂを形成する。無機封止部３０Ｂは、無機材料を含む無機封止部形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成すればよい。但し、無機封止部３０Ｂはその厚さ方向に沿って見た場合にその外側の角部が切り欠かれるように形成する。

無機封止部形成用ペーストは、上述した無機材料のほか、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。

無機封止部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、又は、バーコート法などを用いることができる。

焼成温度は無機材料の材質により異なるが、通常は４００〜６００℃であり、焼成時間も、無機材料の材質により異なるが、通常は０．５〜５時間である。

次に、環状の封止部形成体を準備する。封止部形成体は、例えば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１つの四角形状の開口を形成することによって得ることができる。

そして、この封止部形成体を無機封止部３０Ｂに接着させる。このとき、封止部形成体の無機封止部３０Ｂへの接着は、例えば封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。

こうして構造体が得られる（図５参照）。

次に、構造体の酸化物半導体層１３の表面に色素を吸着させる。このためには、作用極を、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、色素を酸化物半導体層１３に吸着させればよい。但し、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色素を酸化物半導体層１３に吸着させてもよい。

次に、電解質４０を準備する。

次に、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。

次に、第２導電性基板２０を形成するための四角形状の第２導電性基板形成体を用意する。そして、この第２導電性基板形成体における４つの角部のうち封止部３０の交差部３０ｃと接合しない角部を特定し、この角部を切除する。こうして第２導電性基板２０が得られる。ここで、第２導電性基板形成体の角部の切除は、例えばレーザ加工法やワイヤー加工法を用いて行うことができる。レーザ加工法を用いて第２導電性基板形成体の角部の切除を行う場合には、レーザ光源としては、例えばパルスレーザ光源が用いられる。

上記レーザ光の波長は、１０００ｎｍ以上であればよく、好ましくは１０００〜２０
００ｎｍであり、より好ましくは１０００〜１２００ｎｍである。

上記レーザ光のパルス幅は、特に限定されるものではないが、通常は１５０ｎｓ以下
であり、好ましくは１００ｎｓ以下である。但し、レーザ光のパルス幅は、５ｎｓ以上であることが好ましい。

上記レーザ光の単位走査距離当たりの照射エネルギーは、０．０１〜０．３Ｊ／ｍｍとすることが好ましく、０．０６〜０．０９Ｊ／ｍｍとすることがより好ましい。

１箇所あたりの切除回数は、１回であっても複数回であってもよいが、１回であること
が生産効率の点から好ましい。

次に、この第２導電性基板２０を、上記構造体のうち封止部３０の開口を塞ぐように配置した後、封止部３０と貼り合わせる。このとき、第２導電性基板２０の封止部３０への貼合せは、例えば減圧下で行う。

次に、第１導電性基板１０の透明導電層１２上であって封止部３０の外側に第１外部接続端子７０ａを形成する。一方、第２導電性基板２０の金属基板２１の上に第２外部接続端子７０ｂを形成する。

次に、コネクタ６０を用意する。

そして、コネクタ６０の第１コネクタ端子６２ａを第１固定部８０ａによって第１外部接続端子７０ａに固定する。一方、コネクタ６０の第２コネクタ端子６２ｂを第２固定部８０ｂによって第２外部接続端子７０ｂに固定する。

最後に、コネクタ６０と第１導電性基板１０とを接着部９０によって接着させる。例えば接着部９０が紫外線硬化樹脂で構成される場合には、接着は、コネクタ６０と第１導電性基板１０とに接触するように接着部９０の原料として紫外線硬化性樹脂を配置させた後、原料に紫外線を照射させることによって原料を硬化させればよい。

以上のようにして光電変換素子１００が得られる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では接着部９０が本体部９０ａと張出し部９０ｂとで構成されているが、図７に示す光電変換素子２００のように、接着部９０は張出し部９０ｂを有していなくてもよい。すなわち接着部９０が本体部９０ａのみで構成されていてもよい。

また上記実施形態では、光電変換素子１００がコネクタ６０と第１導電性基板１０とを接着する接着部９０を有しているが、図８に示す光電変換素子３００のように、光電変換素子は必ずしも接着部９０を有していなくてもよい。

また上記実施形態では、第１導電性基板１０が透明基板１１を有し、透明基板１１上に透明導電層１２を介して酸化物半導体層１３が設けられているが、酸化物半導体層１３が第２導電性基板２０の金属基板２１上に設けられてもよい。但し、この場合、触媒層２２は第１導電性基板１０の透明導電層１２上に設けられることになる。

さらに上記実施形態では、封止部３０が、無機封止部３０Ｂと、樹脂封止部３０Ａとで構成されているが、封止部３０は樹脂封止部３０Ａのみで構成されてもよい。

さらにまた上記実施形態では、封止部３０が四角環状になっているが、封止部３０は環状であればよく、四角環状を除く多角環状でもよく、円環状でもよい。

また、上記実施形態では、第１外部接続端子７０ａが、四角形状の第１導電性基板１０の角部に設けられているが、第１外部接続端子７０ａは、第１導電性基板１０の第１透明導電部上であって環状の封止部３０の外側に設けられていればよく、四角形状の第１導電性基板１０の角部と角部との間に設けられてもよい。

また上記実施形態では、光電変換素子１００が１つの光電変換セル５０を有しているが、光電変換素子は、光電変換セル５０を複数備えていてもよい。この場合、例えば複数の光電変換セル５０のうち１つの光電変換セル５０の第１導電性基板１０の第１透明導電部に第１外部接続端子７０ａが固定され、複数の光電変換セル５０のうち別の１つの光電変換セル５０の第２導電性基板２０の金属基板２１に第２外部接続端子７０ｂが固定される。

１０…第１導電性基板
１１…透明基板
１２…透明導電層（第１透明導電部）
２０…第２導電性基板
２１…金属基板
３０…封止部
３０Ａ…樹脂封止部
５０…光電変換セル
６０…コネクタ
６１…コネクタ本体部
６２ａ…第１コネクタ端子
６２ｂ…第２コネクタ端子
７０ａ…第１外部接続端子
７０ｂ…第２外部接続端子
９０…接着部
１００，２００…光電変換素子

Claims

少なくとも１つの光電変換セルと、
前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第１外部接続端子と、
前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第２外部接続端子と、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子から電流を取り出すコネクタとを備え、
前記光電変換セルが、
第１導電性基板と、
前記第１導電性基板に対向する第２導電性基板と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とを接合する環状の封止部とを有し、
前記第１導電性基板が、透明基板、及び、前記透明基板上に設けられる第１透明導電部を有し、
前記第２導電性基板が金属基板を有し、
前記封止部が、樹脂を含む樹脂封止部を有し、
前記コネクタが、
コネクタ本体部と、
前記コネクタ本体部に設けられ、前記第１外部接続端子に固定される第１コネクタ端子と、
前記コネクタ本体部に設けられ、前記第２外部接続端子に固定される第２コネクタ端子とを有し、
前記第１外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記環状の封止部の外側であって前記第１導電性基板の前記第１透明導電部に設けられ、
前記第２外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記第２導電性基板の前記金属基板上に設けられ、前記コネクタ本体部と前記第１導電性基板とを接着し、前記封止部の前記樹脂封止部よりも小さい線膨張係数を有する接着部をさらに備える光電変換素子。
前記接着部が、
本体部と、
前記本体部から張り出す張出し部とを有し、
前記張出し部が、前記コネクタ本体部と前記第２導電性基板の前記金属基板とを接着している、請求項１に記載の光電変換素子。
前記第２導電性基板の前記金属基板がチタンを含み、
前記第２外部接続端子が、金属と、樹脂と、カーボンとを含む、請求項１または２に記載の光電変換素子。
少なくとも１つの光電変換セルと、
前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第１外部接続端子と、
前記少なくとも１つの光電変換セルから電流を取り出すための第２外部接続端子と、
前記第１外部接続端子及び前記第２外部接続端子から電流を取り出すコネクタとを備え、
前記光電変換セルが、
第１導電性基板と、
前記第１導電性基板に対向する第２導電性基板と、
前記第１導電性基板と前記第２導電性基板とを接合する環状の封止部とを有し、
前記第１導電性基板が、透明基板、及び、前記透明基板上に設けられる第１透明導電部を有し、
前記第２導電性基板が金属基板を有し、
前記封止部が、樹脂を含む樹脂封止部を有し、
前記コネクタが、
コネクタ本体部と、
前記コネクタ本体部に設けられ、前記第１外部接続端子に固定される第１コネクタ端子と、
前記コネクタ本体部に設けられ、前記第２外部接続端子に固定される第２コネクタ端子とを有し、
前記第１外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記環状の封止部の外側であって前記第１導電性基板の前記第１透明導電部に設けられ、
前記第２外部接続端子が、前記少なくとも１つの光電変換セルのうちの１つの光電変換セルの前記第２導電性基板の前記金属基板上に設けられ、前記第２導電性基板の前記金属基板がチタンを含み、前記第２外部接続端子が、金属と、樹脂と、カーボンとを含む光電変換素子。