JPWO2009144949A1 - 光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法 - Google Patents

光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 光電変換素子同士の電気的接続の信頼性を高くすることができる光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】 互いに対向する第１電極１５及び第２電極２５とを有する複数の光電変換素子１０と、複数の光電変換素子１０同士を電気的に接続する導電部材３０とを備え、複数の光電変換素子１０が、第１電極１５から第２電極２５に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べられる光電変換素子モジュール１であって、第１電極１５及び第２電極２５は、封止部材１７の外周により包囲される領域の外側に延出する延出部１５ａ、２５ａを有し、導電部材３０は、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂにおいて、一方の光電変換素子１０Ａの延出部１５ａと、他方の光電変換素子１０Ｂの延出部２５ａとを接続し、延出部２５ａは可撓性を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、色素増感型の光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法に関する。
現在、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。太陽電池の一つとして、シリコン系太陽電池が知られており、シリコン系太陽電池としては、単結晶、多結晶、或いはアモルファスのシリコン等を用いたものがある。しかし、シリコン系太陽電池は、一般に製造コストが高く、また、原料供給が不充分である等の課題が残されており、大幅な普及には至っていない。
また、Ｃｕ−Ｉｎ−Ｓｅ系（ＣＩＳ系とも呼ぶ）などの化合物系の太陽電池が開発されており、極めて高い光電変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、製造コストや環境負荷などの問題があり、やはり大幅な普及には至っていない。
これらの太陽電池に対して、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により提案されたもので、安価で高い光電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。
太陽電池を大面積化するには、光電変換素子内部、あるいは外部回路の抵抗により生じる電圧の低下を抑制するため、発生する電流を極力減らして電圧を高くすればよい。このためには、直列配線型のモジュール構造を適用することが効果的である。色素増感型太陽電池では、電流の経路形状から名付けられたいわゆるＷ型とＺ型といわれる直列配線型モジュール構造が提案されている（特許文献１を参照）。
図１２、図１３は、このような従来の光電変換素子の断面における構造を示す図である。図１２及び図１３にそれぞれ示すように、Ｗ型、Ｚ型と呼ばれる光電変換素子モジュールは、作用極（窓側電極）１０８が基材１０１と、透明導電層１０２と、半導体層１０３とから構成され、光が作用極から入射する。一方、対極１０９は、基材１０１と、透明導電層１０２と、触媒層１０４とから構成される。そして、モジュールの各光電変換素子は、この作用極１０８と対極１０９とにより電解質層（電解液もしくは電解質ゲル）１０５を挟み込んだ構造をしている。
そして、Ｗ型の光電変換素子モジュール１００Ａは、図１２に示すように、隔壁１０６で分割された各光電変換素子１１０ａ，１００ｂ，１００ｃ・・・を、隣接する各光電変換素子同士で、作用極１０８と対極１０９とが交互になるように配置することで、光が裏面から入射可能とされる。さらに、光電変換素子モジュール１００Ａは、隣り合う一対の光電変換素子１１０ａ，１１０ｂ（１１０ｂ，１１０ｃ）の作用極１０８と対極１０９とが同一基材１０１上に設けられて、互いに接続される構造をしている。
一方、Ｚ型の光電変換素子モジュール１００Ｂにおいては、図１３に示すように、作用極１０８が光電変換素子モジュール１００Ｂの一方側に配され、対極１０９が他方側に配されるように、隔壁１０６により分割された各光電変換素子１１０ａ，１００ｂ，１００ｃ・・・が配置される。そして、隣接する各光電変換素子１１０ａ，１００ｂ，１００ｃ・・・の作用極１０８と対極１０９とが接続部材１０７により繋ぎ合わせて電気的に接続される構造をしている。
しかしながら、Ｗ型の光電変換素子モジュール１００Ａにおいては、隣り合う光電変換素子同士が互いに表裏交互に並んだ構造をしており、構造は非常に単純だが、半分のセルが裏面側から光を受けるため、変換効率の向上が困難である。
一方、Ｚ型の光電変換素子モジュール１００Ｂにおいては、全ての光電変換素子が同じ方向を向いた構造であるが、隣接する光電変換素子間の対向する電極（あるセルの作用極と隣接セルの対極）へ配線する必要があり、光電変換素子モジュールの製造が煩雑になる傾向にある。しかも電極間距離の制御を大面積の素子で均一に行わなければならず、高度な工作精度が要求される。
下記特許文献２には、このようなＺ型の光電変換素子モジュールが記載されている。特許文献２に記載の光電変換素子モジュールにおいては、作用極が各光電変換素子で共通に用いられる基材上に設けられると共に、対極が各光電変換素子により共通に用いられる基材上に設けられる。そして、作用極と対極とが対向するようにして、作用極が設けられた基材と、対極が設けられた基材とが所定の間隔をあけて貼り合わされる。このとき、隣り合う光電変換素子の作用極と対極との電気的な接続を導電性ペーストにより行い、各光電変換素子同士が電気的に接続された光電変換素子モジュールとしている。
特開平８−３０６３９９号公報 特開２００７−２２０６０６号公報
しかし、上記特許文献２に記載の光電変換素子モジュールにおいては、それぞれ基材に設けられた作用極と対極とが導電性ペーストにより接続されている。そのため導電性ペーストが硬化する際に、導電性ペーストのひけ等が起きると、作用極と対極とが近づく方向に応力が生じる場合がある。この場合、この応力によって導電性ペースト内にクラックが生じたり、導電性ペーストと作用極または対極との間にクラックが生じたりする場合がある。さらに、光電変換素子モジュールに外部から力が加わり、これによる応力が導電性ペーストと作用極または対極との間に生じる場合に、導電性ペースト内にクラックが生じたり、導電性ペーストと作用極または対極との間にクラックが生じたりする場合がある。これらの場合には、光電変換素子同士の電気的な接続に不具合が生じることがある。
そこで、本発明は、光電変換素子同士の電気的接続の信頼性を高くすることができる光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の光電変換素子モジュールは、互いに対向する第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極と接続される封止部材と、を有する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子同士を電気的に接続する導電部材と、を備え、前記複数の光電変換素子が、前記第１電極から前記第２電極に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べられる光電変換素子モジュールであって、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ方向に沿って前記第１電極及び前記第２電極を見る場合に、前記封止部材の外周により包囲される領域の外側に延出する延出部を有し、前記導電部材は、互いに隣り合う光電変換素子において、一方の光電変換素子の前記第１電極における延出部と、他方の光電変換素子の前記第２電極における延出部とを接続し、前記第１電極における前記延出部、及び、前記第２電極における前記延出部の少なくとも一方は、可撓性を有することを特徴とするものである。
このような光電変換素子モジュールによれば、互いに隣り合う光電変換素子において、一方の光電変換素子の第１電極における延出部と、他方の光電変換素子の第２電極における延出部とが導電部材により接続され、この互いに接続される第１電極の延出部と第２電極の延出部の少なくとも一方は、可撓性を有する。従って、外部から力が加わり導電部材と第１電極あるいは第２電極との間に応力が加わる場合や、導電部材が経時的に変形して導電部材と第１電極あるいは第２電極との間に応力が加わる場合おいても、可撓性を有する延出部が湾曲することにより、この応力を吸収する。このように可撓性を有する延出部により応力が吸収されることにより、導電部材と第１電極あるいは第２電極との断線等が抑制される。従って、光電変換素子同士の電気的な接続の信頼性を高くすることができる。
また、上記光電変換素子モジュールにおいて、前記第１電極及び前記第２電極のうち、一方の電極における延出部が可撓性を有すると共に、他方の電極は、前記一方の電極側と反対側に絶縁性の基材を有し、前記複数の光電変換素子のそれぞれにおける前記基材同士は、一体とされることが好ましい。
このような光電変換素子モジュールによれば、複数の光電変換素子同士が基材を介して一体とされる。従って、隣り合う光電変換素子同士の相対的な位置が変化することが抑制される。このため第１電極及び第２電極と導電部材との間に応力が加わることが抑制され、より光電変換素子同士の接続の信頼性を高くすることができる。
また、上記光電変換素子モジュールにおいて、前記一方の電極における前記延出部は、他方の電極側に湾曲していることが好ましい。
このような光電変換素子モジュールによれば、一方の電極の延出部は、他方の電極側に湾曲して導電部材と接続されるため、導電部材が、一方の電極の延出部において他方の電極側と反対側にはみ出た状態で接続される場合においても、光電変換素子モジュールの厚さを抑制することができる。さらに、一方の電極の延出部が他方の電極側に湾曲しているため、一方の電極には他方の電極側に押し付けられる応力が付与される。従って、一方の電極と封止部材とがより強固に接続され、光電変換素子モジュールは、優れた耐久性を有することができる。
また、上記光電変換素子モジュールにおいて、前記第１電極は、透明導電膜と、前記封止部材により包囲される領域から前記延出部にかけて前記透明導電膜上に設けられる集電配線と、を有し、前記導電部材は、前記第１電極の前記延出部において前記集電配線と接続されることが好ましい。
このような光電変換素子モジュールによれば、集電配線により第１電極の抵抗を低減することができる。さらに、導電部材と集電配線とが接続されることで、導電部材と第１電極との接続抵抗を低減することができる。従って、光電変換素子モジュールの効率を高めることができる。
また、上記光電変換素子モジュールにおいて、前記導電部材は、導電性ペースト、または、はんだであることが好ましい。
さらに、上記光電変換素子モジュールにおいて、前記導電部材は導電性ペーストであって、前記集電配線と前記導電性ペーストは、同じ材料を含有することが好ましい。
このような光電変換素子モジュールによれば、集電配線と導電部材との接続性に優れるため、より光電変換素子同士の電気的な接続に優れる。
また、本発明の光電変換素子モジュールの製造方法は、互いに対向する第１電極及び第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極と接続される封止部材と、を有する複数の光電変換素子を前記第１電極から前記第２電極に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べて準備する、準備工程と、前記複数の光電変換素子同士を導電部材により電気的に接続する、接続工程と、を備える光電変換素子モジュールの製造方法であって、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ方向に沿って前記第１電極及び前記第２電極を見る場合に、前記封止部材の外周で包囲される領域の外側に延出する延出部を有し、前記接続工程においては、互いに隣り合う光電変換素子において、一方の光電変換素子の前記第１電極における延出部と、他方の光電変換素子の前記第２電極における延出部とを前記導電部材により接続し、前記第１電極における前記延出部、及び、前記第２電極における前記延出部の少なくとも一方は、可撓性を有することを特徴とするものである。
このような光電変換素子モジュールの製造方法によれば、接続工程において、互いに隣り合う光電変換素子における一方の光電変換素子の第１電極の延出部と、他方の光電変換素子の第２電極の延出部とが導電部材により接続される。このとき、この第１電極の延出部と第２電極の延出部の少なくとも一方は、可撓性を有するため、可撓性を有する延出部が湾曲することができる。従って、接続工程において、導電部材が変形する場合においても、導電部材の変形に追従するように可撓性を有する延出部が湾曲し、導電部材の変形を可撓性を有する延出部が吸収することができる。このようにして適切に導電部材と電極とを接続することができ、光電変換素子同士の電気的な接続信頼性が高い光電変換素子モジュールを製造することができる。
さらに、上記光電変換素子もモジュールの製造方法において、前記接続工程において、第１電極の延出部と第２電極の延出部とが近づくように、可撓性を有する延出部に力を加えながら、前記第１電極の延出部及び前記第２電極の延出部と前記導電部材とを接続することが好ましい。
このような光電変換素子モジュールの製造方法によれば、導電部材が変形するような場合であっても、第１電極の延出部と第２電極の延出部とが近づくように加えられる力によって、可撓性を有する延出部が導電部材の変形に対して適切に追従することができる。従って、光電変換素子同士の電気的接続の信頼性がより高い光電変換素子モジュールを製造することができる。
本発明によれば、光電変換素子同士の電気的接続を良好とすることができる光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第１実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の接続工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図である。 光電変換素子モジュールの製造方法の接続工程における断面の様子を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。 従来の光電変換素子の断面における構造を示す断面図である。 従来の光電変換素子の断面における構造を示す断面図である。
以下、本発明に係る光電変換素子モジュールの好適な実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。
図１に示すように光電変換素子モジュール１は、平面状に並べられる複数の光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ…）と、これら複数の光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ…）同士を電気的に接続する導電部材３０とを主な構成として備える。
まず、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ…）は、それぞれ同様の構成であるため、一つの光電変換素子１０について説明をする。
光電変換素子１０は、作用極１４と、作用極１４に対向して配置される対極２４と、作用極１４と対極２４との間に配置される電解質１８と、電解質１８を包囲して封止する封止部材１７とを主な構成とする。
（作用極）
作用極１４は、絶縁性の透明な板状の基材１１と、基材１１の一方の表面上に設けられる透明導電膜１２とから構成される第１電極１５、及び、透明導電膜１２の基材１１側とは反対側の表面上に設けられ、少なくとも一部に光増感色素を担持する多孔質酸化物半導体層１３から構成されている。なお、本実施形態において、作用極１４は、光透過性を有していれば、可撓性を有していても、可撓性を有していなくても良い。
板状の基材１１は、平面状に並べられる複数の光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ…）同士で一体とされている。
基材１１は、透明な材料から構成されている。このような透明な材料としては、光透過性の材料であれば特に制限されるものではないが、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなど、通常、光電変換素子１０の透明な基材として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。基材１１は、これらの中から電解液への耐性などを考慮して適宜選択される。また、基材１１は、できる限り光透過性に優れる材料から構成されることが好ましく、透過率が９０％以上の材料から構成されることがより好ましい。
透明導電膜１２は、基材１１の一方の表面上において形成される薄膜から構成される。また、透明導電膜１２は、それぞれの光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ…）毎において、透明導電膜１２同士が分離するように形成されている。
また、透明導電膜１２は、透明性、及び、導電性を著しく損なわない構造とするために、導電性の金属酸化物からなる薄膜であることが好ましい。このような透明導電膜１２を形成する導電性の金属酸化物としては、特に制限されるものではないが、例えば、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等が挙げられる。中でもＦＴＯのみからなる単層の膜、または、ＩＴＯからなる膜にＦＴＯからなる膜が積層されてなる積層膜に構成されることが、可視域における光の吸収量が少なく、導電率が高く、耐熱性に優れるため好ましい。
多孔質酸化物半導体層１３は、透明導電膜１２の基材１１側とは反対側の表面上に設けられており、その表面には光増感色素が担持されている。多孔質酸化物半導体層１３を形成する酸化物半導体としては特に限定はされないが、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酸化物半導体であれば、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（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）等が挙げられ、これらの２種類以上により構成されても良い。
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、光増感色素で覆われる酸化物半導体の表面積が大きくなり、即ち光電変換を行う場が広くなり、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１３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１３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１３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１３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。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する方法としては、例えば、市販の酸化物半導体の微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調製できるコロイド溶液を、必要に応じて所望の添加剤を添加した後、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレー塗布法など公知の塗布方法により塗布した後、焼結することで得られる。
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、ポルフィリン、フタロシアニンなど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を適用することができ、これらの中から用途、使用半導体に適した励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
（電解質）
電解質１８は、作用極１４と対極２４との間において多孔質酸化物半導体層１３の周囲に配置される。電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体、酸化物半導体粒子および導電性粒子を含むゲル状の電解質が用いられる。
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリ−ブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、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が挙げられる。
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとした常温溶融塩が挙げられる。常温溶融塩のカチオンとしては、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体などが挙げられる。常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、（ＨＦ）ｎ −、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド[Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２ −]、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
上記の酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどが特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが挙げられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質の半導電性を低下させることがなく、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが好ましい。特に、電解質がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が挙げられ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２が特に好ましい。また、このＴｉＯ２、ＳｉＯ２の平均粒径は、２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましい。
また、上記の導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。この導電性粒子の比抵抗の範囲は、好ましくは１．０×１０−２Ω・ｃｍ以下であり、より好ましくは、１．０×１０−３Ω・ｃｍ以下である。また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが好ましい。さらに、電解質に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが好ましい。特に、電解質がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合でも、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体的には、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子が挙げられる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることができる。
（対極）
対極２４は、作用極１４と対向して設けられ、薄い導電板２１及び触媒層２２から構成される。なお、本実施形態においては、対極２４が第２電極２５とされる。
また、対極２４は、全体的に可撓性を有している。なお、本実施形態においては、対極２４は、可撓性を有していれば、光透過性を有していても、光透過性を有していなくても良い。
このような対極２４の導電板２１の材料としては、可撓性を有する導電物であれば光透過性の有無にかかわらず、特に制限はされないが、対極２４が特に光透過性を有さない場合には、例えば、チタン、ニッケル、白金などの金属や、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の酸化物導電体、カーボン等が挙げられる。この場合、酸化物導電体は、着色されていても良い。また、導電板２１は、酸化物導電体やカーボン等の薄膜が、樹脂やガラス等の表面に設けられる構成であっても良い。また、対極２４が光透過性を有する場合には、例えば、導電板２１は、絶縁性の透明な基材と、この基材の作用極側の表面上に透明導電膜が設けられる構成とされる。この場合、特に制限はされないが、対極２４の絶縁性の透明な基材は、例えば作用極１４の基材１１と同様の材料により構成され、対極２４の透明導電膜は、例えば作用極１４の透明導電膜１２と同様の構成とされる。
また、触媒層２２は、例えば炭素や白金等により構成される。なお、導電板２１が白金である場合には、触媒層２２は設けられなくても良い。
（封止部材）
封止部材１７は、作用極１４の第１電極１５及び対極２４である第２電極２５と接続され、電解質１８を包囲して封止している。このような封止部材１７としては、作用極１４及び対極２４に対する接着性に優れるものであり、密封性に優れる材料から構成されることが好ましい。このような材料としては、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、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。このような樹脂としては、例えば、分子鎖中にカルボン酸基を有する熱可塑性樹脂からなる接着剤などが挙げられ、ハイミラン（三井デュポンポリケミカル社製）、バイネル（デュポン社製）、アロンアルファ（東亞合成社製）などの他に、ＵＶ硬化可能な材料［例えば、３１Ｘ−１０１（スリーボンド社製）］などが挙げられる。なお、封止部材１７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。
また、この封止部材１７は、作用極１４と対極２４とを結ぶ方向に沿って作用極１４及び対極２４を見る場合に、封止部材１７の外周により包囲される領域から、作用極１４の第１電極１５及び対極２４としての第２電極２５が延出するように設けられている。従って、作用極１４の第１電極１５は、封止部材１７により包囲される領域から外側に延出される延出部１５ａを有し、対極２４としての第２電極２５は、封止部材１７により包囲される領域から外側に延出される延出部２５ａを有する。なお、対極２４が可撓性を有するため、延出部２５ａは可撓性を有している。この可撓性を有する延出部２５ａの幅としては、特に制限されるものではないが、封止部材１７の厚さよりも大きいことが好ましい。そして、延出部２５ａの可撓性の程度としては、特に限定されるものではないが、例えば、延出部２５ａが作用極１４の第１電極１５の表面に到達する寸前程度まで湾曲することが好ましい。
次に、各光電変換素子モジュール１（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士の電気的な接続について説明する。
上述のように作用極１４の第１電極１５は、対極２４側と反対側に基材１１を有しており、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）のそれぞれにおける基材１１同士が一体とされている。このため、複数の光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ・・・）は、作用極１４から対極２４に向う方向が同じ方向となるように平面状に並べられている。また、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂは、一方の光電変換素子１０Ａの作用極１４と、他方の光電変換素子１０Ｂの対極２４とが、作用極１４と対極２４とを結ぶ方向に沿って作用極１４及び対極２４を見る場合に、重なるように配置されている。
そして、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂにおいて、一方の光電変換素子１０Ａの作用極１４と、他方の光電変換素子１０Ｂの対極２４とが、導電部材３０により電気的に接続されている。具体的には、導電部材３０は、光電変換素子１０Ａの作用極１４の第１電極における延出部１５ａ、及び、光電変換素子１０Ｂの対極２４としての第２電極２５における延出部２５ａと接続されている。このようにして互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂが、直列に接続されている。なお、第２電極２５の延出部２５ａは、第１電極１５側に湾曲した状態で導電部材３０と接続されている。
導電部材３０としては、特に限定されるものではないが、例えば、導電性ペーストやはんだが挙げられる。
導電性ペーストとしては、導電物とバインダ樹脂との混合物からなるペーストが挙げられる。導電物としては、金、白金、スズ、銀、ニッケル、カーボン、銅のうち１または２以上を含むものが挙げられる。なお、導電物は粒子状であることが好ましい。バインダとしては、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂のうち１または２以上を用いるものが挙げられる。また、バインダの使用量は、導電物１００重量部に対して０．２〜１０重量部、好ましくは０．５〜５重量部であることが好適である。このような導電性ペーストは適切に変形し、隣接する光電変換素子１０Ａ、１０Ｂの接続部において、光電変換素子１０Ｂの第２電極２５の延出部２５ａを光電変換素子１０Ａの第１電極１５側に意図的に湾曲させた状態で、光電変換素子１０Ｂの第２電極２５を導電部材３０と接続させることができる。これにより、第１電極１５及び第２電極２５と導電部材３０との密着が容易になり、かつ、接続信頼性を向上させることができる。
また、はんだとしては、特に制限はされないが、高融点はんだや低融点はんだが挙げられる。高融点はんだとしては、融点が２００℃以上（例えば２１０℃以上）であるものを用いることが好適である。このような高融点はんだとしては、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ系（Ｐｂ含有量は例えば８５質量％超）などを挙げることができ、これらのうち１つを単独で使用してもよいし、２以上を併用してもよい。このような高融点はんだを用いることにより、第２電極２５の導電板２１がチタンの様なはんだ付けがしづらい金属である場合においても、容易に接続することができる。一方、低融点はんだとしては、例えば融点が２００℃未満であるものを用いるのが好適である。この様なはんだとしては、共晶タイプ（例えばＳｎ−Ｐｂ等）や、鉛フリータイプ（例えばＳｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｚｎ―Ｂ等）などが挙げられる。低融点はんだを使用することによって、光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士の電気的な接続を行う際、多孔質酸化物半導体層１３に担持される光増感色素や、電解質１８が高温になることを抑制することができ、これにより光増感色素や電解質１８が劣化することを抑制することができる。
本実施形態による光電変換素子モジュール１によれば、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂにおいて、一方の光電変換素子１０Ａの第１電極１５における延出部１５ａと、他方の光電変換素子１０Ｂの第２電極２５における延出部２５ａとが導電部材３０により接続される。そして、第２電極２５の延出部２５ａは、可撓性を有する。従って、外部から力が加わり導電部材３０と第１電極１５あるいは第２電極２５との間に応力が加わる場合や、導電部材３０が経時的に変形して導電部材３０と第１電極１５あるいは第２電極２５との間に応力が加わる場合おいても、可撓性を有する第２電極２５の延出部２５ａが湾曲することにより、この応力を吸収する。このように可撓性を有する延出部２５ａにより応力が吸収されることにより、導電部材３０と第１電極１５あるいは第２電極２５との断線等が抑制される。従って、光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士の電気的接続の信頼性を高くすることができる。
また、光電変換素子モジュール１は、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）が、基材１１を介して一体とされる。従って、隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂ同士の相対的な位置が変化することが抑制される。このため作用極１４及び対極２４と導電部材３０との間に応力が加わることが抑制され、より光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士の接続信頼性を高くすることができる。
さらに、光電変換素子モジュール１は、第２電極２５における延出部２５ａは、第１電極１５側に湾曲して導電部材３０と接続されるため、導電部材３０が、第２電極２５の延出部２５ａにおいて、第１電極１５側と反対側にはみ出た状態で接続される場合においても、光電変換素子モジュール１の厚さを抑制することができる。さらに、第２電極２５の延出部２５ａが第１電極１５側に湾曲しているため、第２電極２５には第１電極１５側に押し付けられる応力が付与される。従って、対極２４と封止部材１７とがより強固に接続され、光電変換素子モジュール１は、優れた耐久性を有することができる。
次に、本発明の光電変換素子モジュール１の製造方法について説明する。
光電変換素子モジュール１の製造方法は、図１に示す複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）を第１電極１５から第２電極２５に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べて準備する、準備工程と、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士を導電部材３０により電気的に接続する、接続工程と、から構成される。
まず、図１に示す光電変換素子モジュール１において、導電部材３０として導電性ペーストが用いられる場合の光電変換素子モジュール１を製造する製造方法について説明する。
図２〜図５は、光電変換素子モジュールの製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図であり、図６は、接続工程における断面の様子を示す断面図である。
（準備工程）
各光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）は、作用極１４及び対極２４を準備し、封止部材１７により作用極１４と対極２４との間に電解質１８が封止されるように作用極１４と対極２４とを張り合わせることにより得ることができる。
作用極１４は、次の工程により得ることができる。
まず、透明な基材１１の一方の面の全域を覆うように透明導電膜１２を形成し、透明導電性基板を作製する。次に図２に示すように、レーザースクライブなどを用いて、透明導電膜１２を所望の箇所において切断する。こうして第１電極１５を得る。
透明導電膜１２を形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、スプレー熱分解法（ＳＰＤ法）、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。
その中でも、前記透明導電膜１２は、スプレー熱分解法により形成されたものであることが好ましい。透明導電膜１２をスプレー熱分解法により形成することで、容易にヘーズ率を制御することができる。また、スプレー熱分解法は、減圧システムが不要なため、製造工程の簡素化低コスト化を図ることができるので好適である。
次に、第１電極１５の透明導電膜１２上の所定位置に、多孔質酸化物半導体層１３を形成する。この多孔質酸化物半導体層１３の形成は、主に塗布工程と乾燥・焼成工程からなる。
塗布工程においては、例えばＴｉＯ２粉末と界面活性剤を所定の比率で混ぜ合わせてなるＴｉＯ２コロイドのペーストを、親水性化を図った透明導電膜１２の表面に塗布する。塗布の方法としては、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレー塗布法など公知の塗布法を用いればよい。
乾燥・焼成工程においては、例えば、大気雰囲気中におよそ３０分間、室温にて放置することで塗布されたコロイドを乾燥させた後、電気炉を用いおよそ３０分間、３５０〜５５０℃の温度にて焼成する。
次に、この塗布工程と乾燥・焼成工程により形成された多孔質酸化物半導体層１３に対して光増感色素の担持を行う。
光増感色素の担持用の色素溶液は、例えばアセトニトリルとｔ−ブタノールを容積比で１：１とした溶媒に対して、極微量のＮ７１９粉末を加えて調整したものを予め準備する。
次に、シャーレ状の容器内に入れた色素用液に、別途電気炉にて１２０〜１５０℃程度に加熱処理した多孔質酸化物半導体層１３を浸した状態とし、暗所にて一昼夜（およそ２０時間）浸漬する。その後、色素溶液から取り出した多孔質酸化物半導体層１３をアセトニトリルとｔ−ブタノールからなる混合溶液を用い洗浄する。
こうして光増感色素担持した多孔質酸化物半導体層１３が透明導電膜１２上に形成された作用極１４を得る。
一方、対極２４は、次の工程により得ることができる。
まず、薄い導電板２１を準備する。導電板２１がチタンやニッケル等の金属板やＩＴＯ、ＦＴＯ等の酸化物導電体、カーボン等である場合には、金属板や酸化物導電体、カーボン等がそのまま導電板２１となり、導電性酸化物やカーボン等の薄膜が樹脂やガラス等の表面に設けられる場合には、樹脂やガラス等を準備し、この表面に導電性酸化物やカーボンの薄膜を形成すればよい。この導電性酸化物やカーボンは、スパッタリング法等により、樹脂やガラス等の表面に形成すればよい。また、導電板２１が、絶縁性の透明な基材上に透明導電膜が設けられる構成である場合には、絶縁性の透明な基材を準備して、この表面上に透明導電膜を設けることにより導電板２１と得る。透明導電膜と設ける工程は、作用極１４の透明導電膜１２を設ける工程と同様の方法で行えば良い。
そして、準備した導電板２１の表面上に白金などからなる触媒層２２を形成する。触媒層２２の形成は、スパッタリング法などにより形成する。これにより導電板２１と触媒層２２とを有する第２電極２５を得る。そして、この第２電極２５がそのまま対極２４となる。なお、導電板２１が白金である場合には、触媒層２２は設けられなくても良い。
こうして対極２４を得る。
次に、図３に示すように、作用極１４の第１電極１５上に、封止部材１７となるための樹脂１７ｓまたはその前駆体を形成する。このとき樹脂１７ｓまたはその前駆体は、作用極１４の多孔質酸化物半導体層１３を包囲する様に形成する。樹脂１７ｓが熱可塑性樹脂である場合は、溶融させた樹脂を作用極１４上に塗布した後に室温で自然冷却するか、フィルム状の樹脂を作用極１４に接触させ、外部の熱源によって樹脂を加熱溶融させた後に室温で自然冷却することにより樹脂１７ｓを得ることができる。熱可塑性の樹脂としては、例えばアイオノマーやエチレン−メタクリル酸共重合体が用いられる。樹脂１７ｓが紫外線硬化樹脂である場合は、樹脂１７ｓの前駆体である紫外線硬化性樹脂を作用極１４上に塗布する。樹脂１７ｓが水溶性樹脂である場合は、樹脂を含む水溶液を作用極１４上に塗布する。水溶性の樹脂として、例えばビニルアルコール重合体が用いられる。
次に、図４に示すように、作用極１４上であって封止部材１７となるための樹脂１７ｓまたはその前駆体の外側に導電性ペースト３１を配置する。導電性ペースト３１を配置する方法としては、例えば、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレー塗布法などが挙げられる。
次に、図５に示すように、電解質１８を注入して、作用極１４と対極２４とを貼り合わせ、各光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）とする。具体的には、作用極１４上の樹脂１７ｓまたはその前駆体で包囲された領域に電解質を充填して、作用極１４と対極２４とを対向させ、作用極１４上の樹脂１７ｓを対極２４と接触させる。その後、減圧環境下において、樹脂１７ｓが熱可塑性樹脂である場合は、樹脂を加熱溶融させ、作用極１４と対極２４とを接着させる。こうして封止部材１７が得られる。樹脂１７ｓが紫外線硬化樹脂である場合は、作用極１４上の樹脂１７ｓを対極２４と接触させた後に紫外線により、紫外線硬化性樹脂を硬化させ、封止部材１７が得られる。樹脂１７ｓが水溶性樹脂である場合は、作用極１４上の樹脂１７ｓを対極２４と接触させた後に室温にて乾燥させた後、低湿環境下で乾燥させ、封止部材１７が得られる。
こうして、作用極１４から対極２４に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べられた複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ）を得ることができる。
なお、電解質が液体である場合には、作用極１４と対極２４とを貼り合わせる前に電解質を注入せずに貼り合わせても良い。この場合には、例えば、事前に対極２４に、その厚さ方向に貫通する穴を少なくとも２ヶ所設ける。そして、一方の穴から作用極１４と対極２４と封止部材１７とにより囲まれた空間内に、電解質を注入して電解質１８とし、その後これらの穴を封止する。
（接続工程）
次に、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士を導電性ペースト３１により電気的に接続する。
複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士を導電性ペースト３１により電気的に接続するには、図６に示すように、作用極１４が図示しない作業台上に配置された状態で、対極２４である第２電極２５の延出部２５ａが作用極１４の第１電極１５における延出部１５ａに近づくように、延出部２５ａに力を加えて、延出部２５ａを延出部１５ａ側に湾曲させる。こうして対極２４と導電性ペースト３１、及び、作用極１４と導電性ペースト３１とを接触させる。その後、対極２４と導電性ペースト３１、及び、作用極１４と導電性ペースト３１とが接触した状態で、導電性ペースト３１が硬化し、導電部材３０として、作用極１４と対極２４とを電気的に接続する。
対極２４が作用極１４に近づくように、対極２４の延出部２５ａに力を加えるには、例えば、図６に示すように、対極２４をスポンジ状の弾性体３５で覆い、対極２４側から作用極１４側に向かって所定の圧力を印加する。これにより可撓性を有する対極の延出部２５ａは、作用極１４側に湾曲すると共に、導電性ペースト３１と密着する。
こうして、図１に示す光電変換素子モジュール１を得る。
次に、図１に示す光電変換素子モジュール１において、導電部材３０としてはんだが用いられる場合の光電変換素子モジュール１を製造する製造方法について説明する。
図７は、光電変換素子モジュール１の製造方法の準備工程における断面の様子を示す断面図であり、図８は、光電変換素子モジュール１の製造方法の接続工程における断面の様子を示す断面図である。
（準備工程）
まず、図２、図３を用いて説明した工程と同様にして、作用極１４と対極２４とを準備し、作用極１４上、及び、対極２４上に封止部材１７となるための樹脂またはその前駆体を形成する。
次に、図７に示すように、作用極１４と対極２４との間において、封止部材１７により電解質１８が封止されるように、作用極１４と対極２４とを貼り合わせる。電解質１８が封止部材１７により封止されるように、作用極１４と対極２４とを貼り合わせる工程は、導電部材３０として導電性ペーストを用いた場合の、作用極１４と対極２４とを張り合わせる工程と同様に行えばよい。
こうして、作用極１４から対極２４に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べられた複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ）を得ることができる。
（接続工程）
次に、図８に示すように、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）同士をはんだにより電気的に接続する。
まず、熱せられたはんだこてのこて先３３、はんだ３２と第２電極２５における延出部２５ａとを接触するようにする。このとき、延出部２５ａは、延出部２５ａが作用極１４に近づくように、こて先３３から力が加えられる。こうして延出部２５ａは、作用極１４側に湾曲される。そして、こて先３３の熱により、はんだ３２が溶融し、溶融したはんだ３２は、作用極１４の延出部１５ａの透明導電膜１２と対極２４の延出部２５ａとの間に入り込む。その後、こて先３３を対極２４の延出部２５ａから離すことによりはんだ３２が硬化して、はんだ３２は導電部材３０として、作用極１４と対極２４とを電気的に接続する。
なお、はんだ３２と延出部２５ａ、及び、はんだ３２と延出部１５ａとを接続する際、こて先３３は、超音波を発生する様に振動することが好ましい。このようにこて先が３２が振動することにより、はんだ３２の濡れ性が向上し、対極２４の延出部２５ａや作用極１４の延出部１５ａにおける透明導電膜１２とはんだ３２との接続性が向上する。そして、こて先の振動周波数は、１０〜２００ｋＨｚであることが好ましく、２０〜１００ｋＨｚであることが、対極２４や作用極１４の透明導電膜１２に傷をつけることを防止する観点からより好ましい。
こうして、図１に示す光電変換素子モジュール１を得る。
本実施形態における光電変換素子モジュール１の製造方法によれば、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）のそれぞれにおいて、作用極１４及び対極２４は、封止部材１７の外周で包囲される領域の外側に延出される延出部１５ａ、１６ａを有する。そして、接続工程において、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂにおける一方の光電変換素子１０Ａの作用極１４の延出部１５ａと、他方の光電変換素子１０Ｂの対極２４の延出部２５ａとが導電部材３１、３２により接続される。このとき、対極２４の延出部２５ａは可撓性を有するため、延出部２５ａは湾曲することができる。従って、接続工程において、導電部材３１、３２が変形する場合においても、導電部材３１、３２の変形に追従するように延出部２５ａが湾曲し、導電部材３１、３２の変形を延出部２５ａが吸収することができる。このようにして適切に導電部材３１、３２と作用極１４及び対極２４の延出部１５ａ、１６ａとを接続することができ、光電変換素子１０Ａ、１０Ｂ同士の電気的な接続信頼性が高い光電変換素子モジュール１を製造することができる。
また、光電変換素子モジュール１の製造方法においては、作用極１４の延出部１５ａと対極２４の延出部２５ａとが近づくように対極２４の延出部２５ａに力が加えられる。従って、導電部材３１、３２が変形するような場合であっても、延出部２５ａが、導電部材３１、３２の変形に対して適切に追従することができる。従って、光電変換素子１０Ａ、１０Ｂ同士の電気的な接続信頼性がより高い光電変換素子モジュール１を製造することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図９は、本発明の第２実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。
図９に示すように、本実施形態の光電変換素子モジュール２は、作用極１４及び対極２４が第１実施形態における光電変換素子モジュール１と異なる。
本実施形態における作用極１４は、透明導電膜１２が、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）毎に個別に設けられる透明な基材４１上に設けられる点で第１実施形態における光電変換素子モジュール１の作用極１４と異なる。
作用極１４は、全体的に光透過性及び可撓性を有しており、封止部材１７の外周で包囲される領域から延出する延出部１５ａを有している。従って、この延出部１５ａは可撓性を有する。この可撓性を有する延出部１５ａの幅としては、特に制限されるものではないが、封止部材１７の厚さよりも大きいことが好ましい。そして、延出部１５ａの可撓性の程度としては、特に限定されるものではないが、例えば、延出部１５ａが対極２４の表面に到達する寸前程度まで湾曲することが好ましい。
このような作用極１４の基材４１を構成する材料としては、透明で可撓性を有する材料であれば、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなどが挙げられる。基材４１は、これらの中から電解液への耐性などを考慮して適宜選択される。また、基材４１は、できる限り光透過性に優れる材料から構成されることが好ましく、透過率が９０％以上の材料から構成されることがより好ましい。
一方、本実施形態の対極２４は、複数の光電変換素子１０（１０Ａ，１０Ｂ・・・）同士で一体とされる基材４０と、基材４０上において、それぞれの光電変換素子１０（１０Ｃ，１０Ｄ・・・）毎に設けられる導電板２１と、導電板２１の表面上に設けられる触媒層２２とを有する点で第１実施形態の光電変換素子モジュール１の対極２４と異なる。なお、本実施形態において、対極２４は、可撓性を有していても、可撓性を有していなくても良く、光透過性であっても、光透過性でなくても良い。
基材４０は、対極２４が、対極２４が特に光透過性を有さない場合は、対極２４の材料は特に制限されるものではないが、例えば、絶縁性の材料により構成されたり、導電板２１と間に図示しない絶縁体が形成される金属板により構成されたりする。このような絶縁性の材料としては、特に制限されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンナフタレート、アクリル、フッ素樹脂、塩化ビニル等の樹脂、アルミナ等のセラミック、ガラスなどが挙げられる。また、基材４０に用いられる絶縁体が形成される金属板としては、特に制限されないが、例えば、ニッケル板、ステンレススチール板（ＳＵＳ）、鉄板等を挙げることができる。また、対極２４が光透過性を有する場合には、基材４０は、例えば、第１実施形態における基材１１と同様の材料により構成される。
導電板２１の材料としては、導電物であれば光透過性の有無にかかわらず、特に制限はされないが、対極２４が特に光透過性を有さない場合には、例えば、チタン、ニッケル、白金などの金属や、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の酸化物導電体、カーボン等が挙げられる。この場合、酸化物導電体は、着色されていても良い。また、酸化物導電体やカーボン等は、樹脂やガラス等の表面に設けられる薄膜であっても良い。また、対極２４が光透過性を有する場合には、導電板２１は、例えば、作用極１４の透明導電膜１２と同様の材料により構成される。
そして、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ、１０Ｂにおいて、一方の光電変換素子１０Ａの作用極１４と、他方の光電変換素子１０Ｂの対極２４とが、導電部材３０により接続されている。具体的には、導電部材３０は、光電変換素子１０Ａの作用極１４の延出部１５ａ、及び、光電変換素子１０Ｂの対極２４の延出部２５ａと接続されている。このようにして、互いに隣り合う光電変換素子１０Ａ，１０Ｂが、直列に接続されている。なお、作用極１４の延出部１５ａは、対極２４側に湾曲した状態で導電部材３０と接続されている。
対極２４の基材４０が、導電板２１との間に絶縁体が形成される金属板により構成される場合には、基材４０が樹脂等により構成される場合と比べて、基材４０は剛性が高いため基材４０を薄くすることができる。
次に、光電変換素子モジュール２の製造方法について説明する。
（準備工程）
まず、光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）毎に基材４１を用意する。そして、この基材４１の一方の表面上に透明導電膜１２を形成する。透明導電膜１２の形成は、第１実施形態における透明導電膜１２と同様の方法により形成すればよい。そして、第１実施形態と同様にして、透明導電膜１２上に多孔質酸化物半導体層１３を形成し、多孔質酸化物半導体層１３に光増感色素と担持させて、作用極１４を得る。
一方、対極２４は、導電板２１が金属や酸化物導電他、カーボン等により構成される場合には、基材４０を準備して、基材４０上に導電板２１を接着剤等により貼着する。また、導電板２１が、作用極１４の透明導電膜１２と同様の材料により構成される場合には、準備した透明な基材４０の一方の面上に導電板２１としての透明導電膜を形成する。透明導電膜の形成は、第１実施形態における透明導電膜１２と同様の方法により形成すればよい。
その後、第１実施形態と同様にして封止部材１７を用いて封止を行なう。
（接続工程）
導電部材３０が導電性ペーストである場合には、対極２４が図示しない作業台上に配置された状態で、作用極１４の延出部１５ａが対極２４の延出部２５ａに近づくように、作用極１４の延出部１５ａに力を加えて、作用極１４の延出部１５ａを、対極２４側に湾曲させる。こうして作用極１４と導電性ペースト、及び、対極２４と導電性ペーストとを接触させる。その後、対極２４と導電性ペースト、及び、作用極１４と導電性ペーストとが接触した状態で、導電性ペーストが硬化し、導電部材３０として、作用極１４と対極２４とが電気的に接続される。
作用極１４の延出部１５ａが対極２４の延出部２５ａに近づくように、作用極１４の延出部１５ａに力を加えるには、作用極１４をスポンジ状の弾性体で覆い、対極２４に向かって所定の圧力を印加する。これにより可撓性を有する作用極１４の延出部１５ａは、対極２４側に湾曲すると共に、導電性ペーストと密着する。
こうして、図９に示す光電変換素子モジュール２を得る。
また、導電部材３０がはんだである場合には、まず、熱せられたはんだこてのこて先が、はんだ及び作用極１４の延出部１５ａと接触するようにする。このとき、延出部１５ａは、作用極１４の延出部１５ａが対極２４の延出部２５ａに近づくように、こて先により力が加えられる。こうして延出部１５ａは、対極２４側に湾曲される。そして、こて先の熱により、はんだが溶融し、溶融したはんだは、作用極１４の延出部１５ａと対極２４の延出部２５ａとの間に入り込む。その後、こて先を延出部１５ａから離すことによりはんだが硬化して、はんだは導電部材３０として、作用極１４と対極２４とを電気的に接続する。
こうして、図９に示す光電変換素子モジュール２を得る。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。
図１０に示すように、本実施形態の光電変換素子モジュール３は、第１電極１５が透明導電膜１２上に設けられる集電配線１６を有し、導電部材３０は、作用極１４における集電配線１６と接続される点において、第１実施形態における光電変換素子モジュール１と異なる。
集電配線１６は、封止部材１７により包囲される領域から作用極１４の延出部１５ａにかけて設けられている。また、集電配線１６は、封止部材１７により包囲される領域においては、配線保護層１９によって全体を覆われ、電解質１８と集電配線１６との接触が防止されている。
集電配線１６を構成する材料は、透明導電膜１２よりも低い抵抗を有する材料であればよく、このような材料としては、例えば、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン及びニッケルなどの金属が挙げられる。中でも、導電部材３０の導電物と同じの材料であることが好ましい。このように集電配線１６を構成する材料と、導電部材３０を構成する材料とが同じ材料である場合、集電配線１６と導電部材との接触抵抗を抑制することができる。
配線保護層１９を構成する材料としては、例えば非鉛系の透明な低融点ガラスフリットなどの無機絶縁材料が挙げられる。
配線保護層１９は、より長期間に渡って電解質１８と集電配線１６との接触を防止するため、また、電解質１８が配線保護層１９と接触した場合の配線保護層１９の溶解成分の発生を防ぐために、ポリイミド、フッ素樹脂、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等の図示しない耐薬品性樹脂で被覆されていることが好ましい。
本実施形態における光電変換素子モジュール３によれば、集電配線１６により作用極の抵抗を低減することができる。さらに、導電部材３０と集電配線１６とが接続されることで、導電部材３０と透明導電膜１２とが直接接続される場合よりも、導電部材３０と作用極１４との接続抵抗を低減することができる。従って、光電変換素子モジュール３の効率を高めることができる。
次に光電変換素子モジュール３の製造方法について説明する。
（準備工程）
まず、各光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）の作用極１４を準備する。作用極１４の準備は、第１実施形態と同様の方法により、基材１１上に透明導電膜１２と形成し、透明導電膜１２上に多孔質酸化物半導体層１３を設ける。
次に透明導電膜１２上に集電配線１６を設ける。集電配線１６は、多孔質酸化物半導体層１３を形成した後、後に封止部材１７により包囲される領域となる領域から延出部１５ａとなる領域にかけて集電配線１６を構成する金属の粒子を塗膜し、加熱して焼成することによって得ることができる。
配線保護層１９を設けるには、例えば、上述した低融点ガラスフリットなどの無機絶縁材料に、必要に応じて増粘剤、結合剤、分散剤、溶剤などを配合してなるペーストを、スクリーン印刷法などにより集電配線１６における封止部材１７により包囲される領域の全体を被覆するように塗布し、加熱し焼成することによって得ることができる。
なお、配線保護層１９が、上述した耐薬品性の樹脂で被覆される場合は、溶融させた耐薬品性樹脂を配線保護層１９に塗布した後に室温で自然冷却するか、フィルム状の耐薬品性樹脂を配線保護層１９に接触させ、外部の熱源によってフィルム状の耐薬品性樹脂を加熱溶融させた後に室温で自然冷却することによって耐薬品性樹脂を得ることができる。熱可塑性の耐薬品性樹脂としては、例えばアイオノマーやエチレン−メタクリル酸共重合体が用いられる。耐薬品性樹脂が紫外線硬化樹脂である場合は、耐薬品性樹脂の前駆体である紫外線硬化性樹脂を配線保護層１９に塗布した後、紫外線により、上述した紫外線硬化性樹脂を硬化させることにより耐薬品性樹脂を得ることができる。耐薬品性樹脂が水溶性樹脂である場合は、耐薬品性樹脂を含む水溶液を配線保護層１９上に塗布することにより耐薬品性樹脂を得ることができる。
準備工程における他の工程は、第１実施形態の準備工程と同様である。
（接続工程）
次に、導電部材３０と作用極１４の集電配線１６、及び、導電部材３０と対極２４の延出部２５ａとを接続する。接続工程において、導電部材３０と作用極１４の集電配線１６は、導電部材３０が作用極１４の透明導電膜１２ではなく集電配線１６と接触すること以外は、第１実施形態の接続工程と同様の方法で接続すればよい。
こうして、図１０に示す光電変換素子モジュール３を得る。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図１１を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。図１１は、本発明の第４実施形態に係る光電変換素子モジュールの断面における構造を示す断面図である。
図１１に示すように、本実施形態の光電変換素子モジュール４は、それぞれの光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）のおいて、対極５４が、透明な基材１１と、基材１１上に形成される透明導電膜１２と、透明導電膜１２上に形成される図示しない触媒層から構成され、作用極４４が、第２電極２５としての導電板２１と、導電板２１上に設けられる光増感色素を坦持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成される点で、第１実施形態の光電変換素子モジュール１と異なる。
本実施形態における光電変換素子モジュール４によれば、透明導電膜１２上に多孔質酸化物半導体１３が形成されないため、透明な基材１１を熱に弱い材料から構成することができ、基材１１の材料の選択肢が広がる。
光電変換素子モジュール４の製造は、次のように行われる。
（準備工程）
まず、作用極４４を準備する。作用極４４の準備は、導電板２１から構成される第２電極２５を準備する。導電板２１の準備は、第１実施形態の導電板２１と同様の方法で準備すればよい。次に第２電極２５上に多孔質酸化物半導体層１３を形成する。多孔質酸化物半導体層１３を形成する方法は、第１実施形態において多孔質酸化物半導体層１３を形成する工程と同様にして行えば良い。次に多孔質酸化物半導体層１３に光増感色素を担持させる。光増感色素の担持は、第１実施形態において、多孔質酸化物半導体層１３に光増感色素を担持させる工程と同様にして行えば良い。こうして、第２電極２５上に多孔質酸化物半導体層１３が形成された作用極４４を得る。
次に、対極５４を準備する。対極５４の準備は、透明な基材１１上に透明導電膜１２を形成し、透明導電膜１２上に図示しない触媒層を形成して第１電極１５とする。透明導電膜１２を形成する方法は、第１実施形態において、基材１１上に透明導電膜１２を形成する法と同様にして行えば良い。透明導電膜１２上に触媒層を形成するには、第１実施形態において、導電板２１上に触媒層２２を形成する方法と同様にして行えば良い。こうして得られる第１電極１５が対極５４となる。
次に多孔質酸化物半導体層１３の周囲に電解質１８を配置して、封止部材１７で封止を行う。封止の方法は、第１実施形態において封止部材１７により封止を行う工程と同様にして行えば良い。このとき、封止部材１７により、作用極４４の第２電極２５に延出部２５ａが形成され、対極５４の第１電極１５に延出部１５ａが形成される。
準備工程における、その他の工程は、第１実施形態と同様である。
（接続工程）
次に、導電部材３０と対極５４の延出部１５ａ、及び、導電部材３０と作用極４４の延出部２５ａとを接続する。接続工程において、導電部材３０と延出部１５ａ、及び、導電部材３０と延出部２５ａとを接続方法は、第１実施形態における接続工程と同様の方法により行えばよい。
こうして、光電変換素子モジュール４を得る。
以上、本発明にかかる光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法について第１〜第４実施形態を例に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
例えば、第２、第３実施形態において、多孔質酸化物半導体層１３は、第１電極１５上に形成され、第１電極１５と多孔質酸化物半導体層１３とにより作用極１４が構成されたが、本発明はこれに限らない。例えば、第２、第３実施形態において、第２電極２５上に多孔質酸化物半導体層１３が形成され、第２電極２５と多孔質酸化物半導体層１３とにより作用極が形成され、第１電極１５により対極が形成される構成とされても良い。
また、第１〜第４実施形態において、第２電極２５の導電板２１がチタンにより構成される場合には、第２電極２５における導電部材３０と接続される位置に、高融点はんだや、銅、ニッケル等からなる端子を形成することが好適である。この場合、第２電極と導電部材３０との接続が強固なものとなり、より光電変換素子同士の電気的な接続の信頼性を高くすることができる。
また、第１実施形態において、導電部材３０が導電性ペーストにより形成される場合、導電性ペースト３１の配置は、封止部材１７により封止が行われる前に行ったが、本発明は、これに限らない。例えば、導電部材３０が導電性ペーストにより形成される場合においても、図７に示すように、導電性ペーストが配置されない状態で、複数の光電変換素子１０（１０Ａ、１０Ｂ・・・）を準備し、接続工程において導電性ペースト３１を作用極１４の延出部１５ａの透明導電膜１２と対極２４の延出部２５ａとの間に配置して、その後、図６に示すように対極２４の延出部２５ａを延出部１５ａ側に湾曲させて、対極２４と導電性ペースト３１、及び、作用極１４と導電性ペースト３１とを接触させても良い。
本発明によれば、光電変換素子同士の電気的接続を良好とすることができる光電変換素子モジュール、及び、光電変換素子モジュールの製造方法が提供される。
１、２、３、４・・・光電変換素子モジュール
１０、１０Ａ、１０Ｂ・・・光電変換素子
１１・・・基材
１２・・・透明導電膜
１３・・・多孔質酸化物半導体層
１４、４４・・・作用極
１５・・・第１電極
１５ａ・・・延出部
１７・・・封止部材
１８・・・電解質
２１・・・導電板
２４・・・対極
２５・・・第２電極
２５ａ・・・延出部
３０・・・導電部材
４０、４１・・・基材

Claims (8)

  1. 互いに対向する第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極及び前記第２電極と接続される封止部材と、
    を有する複数の光電変換素子と、
    前記複数の光電変換素子同士を電気的に接続する導電部材と、
    を備え、
    前記複数の光電変換素子が、前記第１電極から前記第２電極に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べられる光電変換素子モジュールであって、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ方向に沿って前記第１電極及び前記第２電極を見る場合に、前記封止部材の外周により包囲される領域の外側に延出する延出部を有し、
    前記導電部材は、互いに隣り合う光電変換素子において、一方の光電変換素子の前記第１電極における延出部と、他方の光電変換素子の前記第２電極における延出部とを接続し、
    前記第１電極における前記延出部、及び、前記第２電極における前記延出部の少なくとも一方は、可撓性を有する
    ことを特徴とする光電変換素子モジュール。
  2. 前記第１電極及び前記第２電極のうち、一方の電極における延出部が可撓性を有すると共に、他方の電極は、前記一方の電極側と反対側に絶縁性の基材を有し、
    前記複数の光電変換素子のそれぞれにおける前記基材同士は、一体とされる
    ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子モジュール。
  3. 前記一方の電極における前記延出部は、他方の電極側に湾曲している
    ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子モジュール。
  4. 前記第１電極は、透明導電膜と、前記封止部材により包囲される領域から前記延出部にかけて前記透明導電膜上に設けられる集電配線と、を有し、
    前記導電部材は、前記第１電極の前記延出部において前記集電配線と接続される
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の光電変換素子モジュール。
    が好ましい。
  5. 前記導電部材は、導電性ペースト、または、はんだである
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換素子モジュール。
    が好ましい。
  6. 前記導電部材は導電性ペーストであって、前記集電配線と前記導電性ペーストは、同じ材料を含有する
    ことを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子モジュール。
  7. 互いに対向する第１電極及び第２電極と、
    前記第１電極及び前記第２電極と接続される封止部材と、
    を有する複数の光電変換素子を前記第１電極から前記第２電極に向かう方向が同じ方向になるように平面状に並べて準備する、準備工程と、
    前記複数の光電変換素子同士を導電部材により電気的に接続する、接続工程と、
    を備える光電変換素子モジュールの製造方法であって、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極と前記第２電極とを結ぶ方向に沿って前記第１電極及び前記第２電極を見る場合に、前記封止部材の外周で包囲される領域の外側に延出する延出部を有し、
    前記接続工程においては、互いに隣り合う光電変換素子において、一方の光電変換素子の前記第１電極における延出部と、他方の光電変換素子の前記第２電極における延出部とを前記導電部材により接続し、
    前記第１電極における前記延出部、及び、前記第２電極における前記延出部の少なくとも一方は、可撓性を有する
    ことを特徴とする光電変換素子モジュールの製造方法。
  8. 前記接続工程において、第１電極の延出部と第２電極の延出部とが近づくように、可撓性を有する延出部に力を加えながら、前記第１電極の延出部及び前記第２電極の延出部と前記導電部材とを接続する
    ことを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子モジュールの製造方法。
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