KR20090087918A - 광전 변환소자 - Google Patents

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KR20090087918A
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Abstract

본 발명은 광전 변환소자에 관한 것으로서, 증감 색소를 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖도록 구성되고, 창극으로서 기능하는 제1전극과, 상기 제1전극과 대향하여 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에 배치되는 전해액을 구비하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에는 전해액의 저장부가 구비되어 있다. 본 발명에 따르면, 기포를 발전 영역으로부터 효과적으로 배제할 수 있기 때문에 발전 특성을 향상시킨 장기 내구성을 구비한 광전 변환소자를 제공할 수 있게 된다.
광전변환소자, 저장부, 전해액, 증감 색고, 기포, 모세관

Description

광전 변환소자{Photoelectric conversion element}
본 발명은 색소 증감형 광전 변환소자에 관한 것이다. 구체적으로는 장기 내구성이나 고온 내구성 등 수명을 향상시킨 광전 변환소자에 관한 것이다.
본원은 2006년 12월 11일 일본에 출원된 일본 특원 2006-333414호 및 2006년 12월 11일에 일본에 출원된 일본 특원 2006-333415호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
환경 문제, 자원 문제 등을 배경으로 클린 에너지로서의 태양전지가 주목을 받고 있다. 대표적인 태양전지로서는, 단결정, 다결정 혹은 아몰퍼스의 실리콘을 사용한 것을 들 수 있다. 그러나 종래의 실리콘계 태양전지는 감압(진공) 프로세스를 필요로 하기 때문에 제조비용이 비싸고 그 원료 공급이 불안정하다는 이유로 태양전지의 저렴한 제공이 어려워 널리 보급시키기 위해서는 많은 과제가 남아 있다.
또 Cu-In-Se계(CIS계라고도 부른다) 등의 화합물계 태양전지가 개발되어 있으며 매우 높은 광전 변환 효율을 나타내는 등 우수한 특징을 가지고 있는데, 비용이나 환경 부하 등의 문제가 있어 역시 대폭적인 보급에 장애가 되고 있다.
이에 반해 색소 증감형 태양전지[이하, DSC(Dye-Sensitized Solar Cell)로 약기한다.]는 스위스의 그라첼 등의 그룹에서 제안된 것으로서, 그 제조시에 감압 (진공) 프로세스를 거의 필요로 하지 않기 때문에 저렴하면서도 우수한 광전 변환 효율을 얻을 수 있는 광전 변환소자로서 주목되고 있다(비특허문헌 1을 참조).
일반적으로 DSC를 비롯한 습식 태양전지는 광을 입사시키는 투명한 창극(窓極)과 도전 유리 기판으로 이루어진 대극(對極) 사이에 전해액을 끼운 구조를 가지고 있다.
도 27은, 종래의 습식 태양전지 구조의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
이 DSC(200)는 증감 색소를 담지(擔持)시킨 다공질 반도체 전극(이하, 색소 증감 반도체 전극이라고도 부른다)(203)이 한쪽 면에 형성된 제1기재(201)와, 촉매막(205)이 형성된 도전성의 제2기재(204)와, 이들 사이에 봉입된, 예를 들면 겔형 전해질로 이루어진 전해질층(206)을 주요 구성요소로 하고 있다.
제1기재(201)로서는, 예를 들면 광투과성 판재가 사용되고, 제1기재(201)의 색소 증감 반도체 전극(203)과 접하는 면에는 도전성을 부여하기 위해 투명 도전막(202)이 배치되어 있고, 제1기재(201), 투명 도전막(202) 및 색소 증감 반도체 전극(203)에 의해 창극(작용극이라고도 부른다)(208)을 구성하고 있다.
한편 제2기재(204)로서는, 전해질층(206)과 접하는 쪽 면에는 전해질층과의 사이에 전하를 주고 받기 위하여, 예를 들면 탄소나 백금으로 이루어진 촉매층(205)이 마련되어 제2기재(204) 및 촉매층(205)에 의해 대극(209)을 구성하고 있다.
이들 제1기재(201)과 제2기재(204)는 색소 증감 반도체 전극(203)과 촉매층(205)이 대향하도록 소정 간격을 두고 배치하고, 양 기판간의 주변부에 봉지 재(207)를 마련한다. 그리고 이 봉지재(207)를 통해 2개의 기판(201),(204)을 붙여 셀을 쌓아올리고, 전해액의 주입구(210)을 통해 양극(208),(209) 사이에 요오드·요오드화물 이온 등 산화·환원쌍을 포함한 유기 전해액을 충전하여 전하 이송용 전해질(206)을 형성하였다.
이와 같은 DSC는 전해액의 누설이나 휘발을 막기 위해 봉지하여 사용하고 있다
DSC의 봉지기술로서는, 크게 나누면 이하와 같은 2종류를 들 수 있다.
하나는, 봉지재로 수지를 사용하여 창극과 대극간의 주변부에 열가소성 수지로 이루어진 봉지재를 배합하고, 이 봉지재를 통해 양극을 붙여 모두 경화시킨 후 전해액을 주입하는 방법이다(예를 들면, 비특허문헌 2, 비특허문헌 4를 참조).
다른 하나는, 봉지재로 유리를 사용하여 창극과 대극간의 주변부에 저융점 유리로 이루어진 봉지재를 배합하고, 이 봉지재를 통해 양극을 붙여 모두 과열 용융시킨 후 전해액을 주입하는 방법이다(예를 들면, 비특허문헌 3, 비특허문헌 4를 참조).
이와 같은 봉지기술에서는, 봉지재가 수지인 경우, 작업성면에서 상온 또는 색소의 분해 온도인 140℃ 이하에서 봉지할 수 있기 때문에 공정이 간단해지고, 특히 핫멜팅 수지나 UV경화 수지를 사용할 경우에는 제조 속도가 우수하다는 장점이 있는 반면, 내구성이 떨어진다는 단점이 있었다. 한편, 봉지재가 유리인 경우, 작업성면에서 유리 용융시에 450℃ 이상의 온도가 필요하기 때문에 수지를 사용한 경우와 비교하여 제조 속도가 느리고 또 핀홀이나 크랙 등이 생기기 쉬워 수율이 나 쁘다는 단점이 있는 반면, 내구성이 우수하다는 장점이 있다.
그런데 DSC는 고온하에서 장기간 사용하면 전해액의 누설이나 휘발 혹은 셀 내의 압력 변화로 인해 기포가 발생하는 경향이 있다. 이 기포는 셀의 봉지부 근방뿐 아니라 모든 장소에서 발생하는 경향이 있다. 이 기포가 생긴 부분은 전하의 이동이 정상적으로 이루어지지 않아 발전 특성이 악화될 뿐 아니라 증감 색소도 분해되기 때문에 셀 고장의 원인이 된다.
그래서 상기와 같은 문제를 해결하여 내구성을 향상시키는 방법 중 하나로서, 수지에 의한 봉지를 하는 수단이 제안되고 있다(특허문헌 1을 참조). 수지는 일반적으로 가스 투과율이 높기 때문에 전해액이 수지 안이나 계면을 경유하여 서서히 누설된다. 이 제안에서는 DSC의 바깥쪽 상부에 전해액을 보충하기 위해 전해액 저장부가 설치되어 있다. 이로써, 누설된 분량에 따른 전해액을 상기 전해액 저장부에서 재주입하면서 사용함으로써 수명을 연장할 수 있는 태양전지를 제안할 수 있다.
그러나 상기 특허문헌 1에 기재된 수단과 같이 DSC의 바깥쪽에 전해액 저장부를 배치한 구조에서는 DSC의 부피가 커져 DSC를 설치하여 이용할 때에 여분의 공간이 필요하게 되어 취급하기 어려워진다. 게다가 DSC의 상부에 배치한 전해액 저장부에서 중력을 이용하여 전해액을 공급하는 방식이므로 DSC는 전해액 저장부 배치 위치와의 관계에서 그 설치 방향이 제한됨과 동시에 셀 중앙 부근에 생긴 작은 크기의 기포를 효과적으로 배출하기 힘들었다.
특허문헌 1: 일본특개2002-280085호 공보
비특허문헌 1: O' Regan B,Gratzel M.Alowcost,high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films,Nature 1991;353:737-739
비특허문헌 2: M.Spaeth re al.,Prog.Photovolt:Res.Appl.2003;2007-220
비특허문헌 3: R.Sastrawan re al.,Sol.Ener.Mat.Sol.Cells 2006;90,11,1680
비특허문헌 4: 특허청:표준기술집, 색소 증감 태양전지, http://www.jpo.go.jp/shiryou/s-sonota/hyoujun-gijutsu/solar_cell/01-mokuji.htm, 6-B-6-C장
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, DSC가 바깥에 부착된 전해액 저장부 등에 의해 부피가 커지지 않아 DSC를 설치할 때의 공간 절약을 꾀할 수 있고, 셀 설치 방향의 영향을 받지 않고 기포를 발전 영역에서 효과적으로 배제할 수 있는 구조를 가짐으로써 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 광전 변환소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 광전 변환소자는, 증감 색소를 담지시킨 다공질 산화물 반도체층으로 구성되고, 창극으로서 기능하는 제1전극과, 상기 제1전극과 대향하여 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에 배치되는 전해액을 구비하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에는 전해액의 저장부가 구비되어 있다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 저장부는 제2전극의 도전성 다공질의 소정 위치에 형성된 오목부로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 제1전극의 다공질 산화물 반도체층상의 적어도 일부에는 모세관 구조의 층을 가지고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 저장부는 제2전극의 그물코 모양의 도전층 사이에 형성되는 공극인 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 그물코 모양 도전층의 적어도 일부는 모세관 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 저장부는 제2전극에 형성된 오목부로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 제1전극이 도전체로 이루어진 집전 배선을 더 구비하고, 해당 집전 배선 주위에 상기 저장부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 제2전극이 도전성 기재로 이루어지고, 상기 저장부는 상기 제2전극의 상기 기재에 마련된 오목부인 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 오목부는 상기 집전 배선을 따라서 연속 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 상기 저장부 주위에서 상기 제1전극과 상기 제2전극과의 간격이 다른 부분보다도 커지도록 상기 제2전극에는 경사부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 광전 변환소자에서, 적어도 상기 집전 배선상에 모세관 구조가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 습식 태양전지는, 제1전극과 제2전극 사이의 적어도 일부에는 전해액의 저장부가 구비된 구성을 이루고 있다. 따라서 전해액을 보충하는 저장부가 DSC에 내재되어 발전 영역에 기포가 혼입 또는 발생한 경우, 기포의 부력보다도 구동력이 큰 기포의 표면장력을 이용하여 기포를 효과적으로 유도하고, 상기 발전 영역에서 상기 저장부로 기포를 배출하여 상기 저장부 안의 전해액을 상기 발전 영역에 공급할 수 있게 된다.
따라서 DSC가 바깥에 부착된 전해액 저장부에 의해 부피가 커지지 않고 DSC를 설치할 때의 공간 절약화를 꾀할 수 있어 셀의 설치 방향의 영향을 받지 않고 기포를 발전 영역으로부터 효과적으로 배제할 수 있는 구조를 가진 습식 태양전지를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 습식 태양전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 습식 태양전지의 일례(제1구조)를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 습식 태양전지를 구성하는 제1전극(작용극)을 제작하는 제1공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 다음 공정(제2공정)을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 다음 공정(제3공정)을 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 다음 공정(제4공정)을 도시한 단면도이다.
도 6은 도 1의 습식 태양전지를 구성하는 제2전극(대극)을 제작하는 제1공정을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 다음 공정(제2공정)을 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7의 다음 공정(제3공정)을 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8의 다음 공정(제4공정)을 도시한 단면도이다.
도 10은 도 9의 다음 공정(제5공정)을 도시한 단면도이다.
도 11은 도 10의 다음 공정(제6공정)을 도시한 단면도이다.
도 12는 도 1의 습식 태양전지를 제작하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 습식 태양전지의 다른 일례(제2구조)를 도시한 단면도이다.
도 14는 도 13의 습식 태양전지를 구성하는 제2전극(대극)을 제작하는 제1공정을 도시한 단면도이다.
도 15는 도 14의 다음 공정(제2공정)을 도시한 단면도이다.
도 16은 도 13의 습식 태양전지를 제작하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 17은 본 발명에 관한 습식 태양전지의 다른 일례(제3구조)를 도시한 단면도이다.
도 18은 도 17의 습식 태양전지를 구성하는 제2전극(대극)을 제작하는 제1공정을 도시한 단면도이다.
도 19는 도 18의 다음 공정(제2공정)을 도시한 단면도이다.
도 20은 도 19의 다음 공정(제3공정)을 도시한 단면도이다.
도 21은 도 17의 습식 태양전지를 제작하는 공정을 도시한 단면도이다.
도 22는 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 일례(제4구조)를 도시한 개략 단면도이다.
도 23은 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 24는 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 25는 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 26은 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 27은 종래의 습식 태양전지 구조의 일례를 도시한 단면도이다.
<부호의 설명>
1,41,61,101 광전 변환 소자
10,107 제1전극(작용극, 창극)
11,102 제1기재
12,103 투명 도전막
13,104 다공질 산화물 반도체층
13A 제1다공질 산화물 반도체층
13B 제2다공질 산화물 반도체층
14 증감 색소
20,50,70,110 제2전극(대극)
21,51,71,108 제2기재
22 도전막(금속 박막)
23,53,73,112 저장부
24 도전성 다공질
24a 도전성 다공질 페이스트
25,114 모세관 구조부
26,56,76 전해액 주입공
27 저장부 형성 수지
28 저장부 형성 오목부
30,111 전해액
52 그물코 모양 도전체
72 대극 촉매층
77 저장부 형성 오목부
105 집전 배선
106 보호층
109 촉매막
113 오목부
115 그루브
116 경사부
이하에서는 본 발명에 관한 광전 변환소자의 실시형태를 도면에 기초하여 설명하는데, 본 발명은 상술한 작용과 효과를 충족하는 구성이면 되고 이들 실시형태에 한정되지 않는다.
아울러, 이하에 도시한 도면은 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 축척이 정확하게 반영되어 있지는 않다.
우선, 본 발명에 관한 광전 변환소자(습식 태양전지)는, 예를 들면 도 1에 하나의 구성예를 도시한 바와 같이 기본적으로 증감 색소를 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(산화물 전극이라고도 부른다)(13)으로 구성되고 창극(작용극이라고도 부른다)으로서 기능하는 제1전극(10)과, 상기 제1전극(10)과 대향하여 배치되는 제2전극(20) 및 이들 양극간의 적어도 일부에 전해액(30)을 배치하였다. 또 광전 변환소자(1)는 상기 제1전극(10)과 상기 제2전극(20) 사이의 적어도 일부에는 전해액(30)의 저장부(23)가 내재되도록 구비되어 있는 구성으로 되어 있다. 이 기본적인 구성에 대해서는 도 13, 도 17에 도시한 구성예에서도 만족하고 있다.
제1전극은, 예를 들면 제1기재와, 그 위에 순서대로 배치되는 투명 도전막 및 다공질 산화물 반도체층으로 이루어진다. 제1전극은 광투과성 재료로 이루어진 제1기재의 표면에 도전 재료로 이루어진 투명 도전막(층)을 형성함으로써 전기를 통하게 하는 도전성을 가지고, 이 투명 도전막을 통해 다공질 산화물 반도체층이 형성되어 있다.
제1전극의 일부인 제1기재는 전해질을 수용하는 셀을 이루는 한쪽 전극으로서 작용함과 동시에 케이스를 구성하는 덮개로서의 역할도 완수한다.
제1전극을 구성하는 제1기재는, 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 부재가 바람직하게 사용된다. 이 제1기재로서는 유리판을 사용하는 것이 일반적이지만, 특별히 제한되지 않는다. 유리판 이외에도 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱, 산화티타늄, 알루미나 등 세라믹의 연마판 등을 사용할 수 있다.
또 제1기재는 다음에 도전막을 형성한 기판상에 색소 담지용 다공질 반도체로서 이산화티타늄(TiO)를 새기는 경우에는 500℃ 정도의 고열을 견디는 도전성 내열 유리가 바람직하다.
제1기재의 표면에는 역시 광을 투과하고 전기도 통하는 투명 도전막이 형성되어 있다. 도전성을 구비한 투명한 박막(투명 도전막이라고 한다)으로서는, 예를 들면 산화인듐에 수 %의 주석을 첨가하여 이루어진 박막, 산화인듐주석(Indium-Tin-Oxide:ITO)막, 산화주석에 수 %의 불소를 첨가하여 이루어진 박막, 불소도핑 산화주석(Fluorine-doped-Tin-Oxide:FTO)막 등을 들 수 있다. 이와 같은 투명 도전막을, 예를 들면 50∼2000㎚ 정도의 두께로 형성하여 사용한다.
상기 ITO막에서는 3가의 인듐(In3+)자리로 치환된 4가의 주석(Sn4+)이 캐리어 전자를 발생시키기 때문에 ITO막은 전기를 잘 통하게 하는 성질을 가지고 있다. 또 ITO막은 에너지 갭이 자외선 영역에 대응하기 위해 가시광을 거의 흡수하지 않기 때문에 태양광을 구성하는 가시광 스펙트럼의 대부분을 투과시키는 능력도 구비하고 있다.
이 투명 도전막은 감압 분위기를 사용하는 진공 성막법, 예를 들면 스퍼터링법이나 증착법 등으로 대표되는 주지의 방법으로 형성되어 있다. 이와 같은 방법으로부터 투명 도전막을 형성하는 재료 등에 따라 적절한 방법을 사용함으로써 투명성이 우수하고 또한 높은 도전성을 구비한 막을 얻을 수 있다.
투명 도전막 위에는 다공질 산화물 반도체층이 마련된다. 다공질 산화물 반도체층은 다공질 반도체에 색소를 담지시킨 것이다. 다공질 산화물 반도체층의 소재, 형성방법 등에 대해서 특별히 한정되지는 않으며 통상 태양전지용 다공질 반도체를 형성할 때 사용되는 것이라면 어떠한 것이든 사용할 수 있다. 이와 같은 반도체로서는, 예를 들면 TiO2, SnO2, WO3, ZnO, Nb2O5, In2O3, ZrO2, Y2O3, Al2O3 등을 사용할 수 있다.
다공질막을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 미립자의 영동 전착, 페이스트를 도포하여 소결하는 방법 등을 예시할 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다. 이 다공질 산화물 반도체층(13)의 입자 표면에는 증감 색소가 흡착되어 있다.
광전 변환소자에서는 변환 효율을 향상시키기 위해 흡수 파장이 넓은 색소를 사용하여 파장 400㎚∼900㎚의 자외영역보다 장파장 영역을 이루는 가시 영역의 광을 자외 영역의 광과 같은 정도 혹은 그 이상으로 흡수하도록 한다.
이와 같은 증감 색소로서는, 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함한 루테늄 착체, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체를 비롯하여 에오신, 로다민, 멜로시아닌 등의 유기색소 등을 적용할 수 있고, 이들 중에서 용도, 사용 반도체에 적합한 여기(勵起) 거동을 채택한 것을 적절히 선택하면 된다.
상기 증감 색소는 상기 다공질 산화물 반도체층의 미립자 반도체 표면에 흡착시켜 담지시킨다.
한편, 제2전극은, 예를 들면 제2기재와 그 위에 형성된 도전성 다공질이나 제2기재와 그물코 모양 도전체, 전면에 구멍 또는 홈이 형성된 제2기재와 그 표면에 설치된 대극 촉매층 등으로 각각 구성된다.
저장부는, 예를 들면 제2전극의 도전성 다공질의 소정 위치에 형성된 오목부로 이루어진 것(제1구조)이나 제2전극의 그물코 모양 도전층간에 형성되는 공극인 것(제2구조), 제2전극에 형성된 오목부로 이루어진 것(제3구조), 제1전극의 집전 배선 주위에 배치되고 제2전극의 제2기재에 마련된 오목부로 이루어진 것(제4구조)으로 크게 나눌 수 있다.
그리고 제1전극과 제2전극 사이에는 전해액을 주입한다. 전해액을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 전해질 성분으로서 요오드·요오드화물 이온, 3급(tert-) 부틸피리딘 등이 에틸렌카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기용매에 용해되어 이루어진 액상의 전해질 등을 들 수 있다.
이상과 같이 구성한 광전 변환소자는 제1전극과 제2전극 사이에 저장부가 구비되어 저장부가 DSC에 내재되는 구조가 된다.
따라서 DSC가 바깥에 부착된 전해액 저장부 등에 의해 부피가 커지지 않아 취급이 용이해져 DSC를 설치할 때의 공간 절약화를 꾀할 수 있게 된다. 게다가 셀 설치 방향의 영향을 받기 어려운 표면장력을 구동력으로 하여 제1전극과 제2전극간에 혼입된 기포를 발전 영역으로부터 효과적으로 배출할 수 있어 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 광전 변환소자로 할 수 있게 된다.
<제1실시형태>
본 발명에 관한 광전 변환소자의 일례에 대해서 도 1 내지 도 12에 기초하여 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 일례(제1구조)를 도시한 개략 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 광전 변환소자(1)는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(13)을 갖도록 구성되고, 창극으로서 기능하는 제1전극(10)과, 상기 제1전극(10)과 대향하여 배치되는 제2전극(20) 및 이들 양극 사이의 적어도 일부에 전해액(30)을 배치하였다. 또 광전 변환소자(1)는 도전성 다공질(24)의 소정 위치에 오목부로 이루어진 저장부(23)가 구비되어 있는 구성으로 하였다.
제1전극(10)은 제1기재(11)로서의 유리판 표면에 투명 도전막(12)으로서 FTO도전막을 성막한 것으로서, 이 투명 도전막(12)을 통해 다공질 산화물 반도체층(13)이 더 설치된다. 다공질 산화물 반도체층(13)은 다공질 반도체에 색소를 담지시킨 것이다.
반면 제2전극(20)은, 예를 들면 치밀한 제2기재(21)와, 그 위에 형성된 도전성 다공질(24)로 이루어져 있다.
제2전극(20)을 구성하는 제2기재(21)는 특별히 광투과성을 가질 필요는 없기 때문에 금속판을 사용할 수도 있고, 제1기재(11)와 동일한 것을 사용해도 좋다. 이 제2기재(21)로서는, 유리판을 사용하는 것이 일반적이지만, 유리판 이외에도 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱 필름씨트, 산화티타늄, 알루미나 등 세라믹의 연마판 등을 사용할 수 있다. 그리고 제2기재(21) 위에 도전막(22)를 형성한다.
도전막(22)은 제1전극(10)과의 사이에서 기전력을 일으키는 전극으로서, 제2기재(21)에 도전성을 부여하기 위해 그 한쪽 면에 형성된, 예를 들면 금속박막을 사용할 수 있다.
도전막(22)의 형성방법에 관하여는, 예를 들면 증착법이나 스퍼터링법이 바람직하게 사용되는데, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되지는 않는다.
도전성 다공질(24)은 다공질의 적어도 표면 근방에 대극 촉매가 형성된 구조로 한다. 이 대극 촉매는 외부에 도전 패스를 통해 접속되도록 설계한다. 또 대극 촉매를 형성할 경우, 전해액(30)이 대극 촉매층을 경유하여 제1전극(산화티타늄전극)(10)쪽에서 다공질쪽으로 이동할 필요가 있기 때문에 치밀해지지 않도록 성막한다.
도전성 다공질(24)은 적어도 셀 전체에 주입한 전해액량의 5vol% 상당의 공극을 포함하도록 설계한다. 전해액이 대량으로 누설되면 성분의 휘발성 차이로 인해 전해액 조성이 크게 변화되어 재주입해도 본래의 특성보다 저하되어 버리기 때문에 공극은 최대 20vol% 정도면 충분하다.
도전성 다공질(24)의 표면(제1전극쪽 면)에 생기는 다공 구멍의 크기는 대극 촉매층에서 제1전극(10)까지의 거리를 담보하기 위해 φ1OOO㎛ 미만이 바람직하다. 또 발전 영역에서의 도전성 다공질(24)의 표면 거칠기도 또한 대극 촉매층에서 제1전극(10)까지의 거리를 담보하기 위해 500㎛ 미만이 바람직하다.
또 도전성 다공질(24)의 표면(제1전극쪽 면)에 생기는 다공 구멍의 크기는 φ50㎛로서, 제1전극(10)과 제2전극(20)의 평균 거리 중 작은 쪽보다 큰 쪽이 바람직하다. 그 이하일 경우, 기포가 투과되지 않게 된다.
기포를 효과적으로 유도하기 위해서는 도전성 다공질(24)의 표면 근방보다 제2전극(20) 내부의 다공도(공경)을 크게 하면 된다. 또 제2전극(20) 내부는 다공질이 아닌 단순한 공극이어도 좋다.
또 도전성 다공질(24) 표면 근방의 다공 구멍의 크기가 φ50㎛를 초과할 경우에는 전해액(30) 이동을 위해서 기포의 이동을 저해하지 않는 방법으로 도전성 다공질(24)의 표면에 모세관 구조부(25)를 설치하고, 제1전극(10)의 다공질 산화물 반도체층(13)상의 적어도 일부에 모세관 구조부(25)를 갖는 구성으로 하면 된다.
모세관 구조부(25)는 제1전극(10)에 접해 있을 필요가 있다. 모세관 구조부(25)로서는, 친수 처리를 한 수지나 유리, 세라믹 등의 산화물, 티타늄, 니오븀 등 내약품성이 높은 금속으로 만들어진 극세선속(極細線束), 메쉬, 다공체 등을 생각할 수 있다. 이 모세관 구조부(25)를 가짐으로써 전해액(30)을 지지할 수 있다.
또 도전성 다공질(24)에는 저장부(23)가 되는 오목부가 형성되어 있다.
그리고 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이에는 전해액(30)을 주입한다. 전해 액(30)을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 전해질 성분으로서 요오드·요오드화물 이온, 3급(tert-)부틸피리딘 등이 에틸렌카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기용매에 용해되어 이루어진 액상의 전해질 등을 들 수 있다. 아울러 전해액(30)은 도전성 다공질(24), 다공질 산화물 반도체층(13), 모세관 구조부(25)의 내부에도 존재한다.
이상과 같이 구성한 광전 변환소자(1)는 제2전극(20)의 도전성 다공질(24) 중 적어도 일부에 오목부로 이루어진 저장부(23)가 구비된 구조가 된다.
따라서 광전 변환소자(1)가 부피가 커지지 않아 취급이 용이해져 DSC를 설치할 때의 공간 절약화를 꾀할 수 있게 된다. 게다가 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이에 혼입된 기포를 셀 설치 방향의 영향을 받지 않는 표면장력을 구동력으로 하여 발전 영역으로부터 효과적으로 배출하기 때문에, 이 오목부에 기포가 들어감으로써 발전 영역에 발생한 기포를 용이하게 배제할 수 있어 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 광전 변환소자로 할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자(제1구조)(1)의 제조방법의 일례에 대해서 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 5는 본 광전 변환소자에서 창극으로서 기능하는 제1전극(10)을 제작하는 공정을 차례대로 도시한 도면이고, 도 6 내지 도 11은, 본 광전 변환소자에서 대극으로서 기능하는 제2전극(20)을 제작하는 공정을 차례대로 도시한 도면이다. 그리고 도 12는, 상기 제1전극(10)과 상기 제2전극(20)을 적층하여 접합함으로써 본 발명에 관한 광전 변환소자(1)를 제조하는 공정을 도시한 개략 단면도이다.
우선 제1전극(10)의 제작방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이 제1기재(11)를 준비하고, 이 제1기재(11)의 한쪽 면 위에 투명 도전막(12)을 설치한다.
제1기재(11)는 통상 사용되고 있는 유리판이어도 무방하지만, 경제적으로 경량의 모듈을 얻을 수 있는 플라스틱을 사용해도 좋다.
또 투명 도전막(12)의 형성방법으로서는, 투명 도전막(12)의 재료에 따라 주지의 방법을 사용하여 수행하면 되고, 예를 들면 스퍼터링법이나 CVD법(기상 성장법), SPD법(스프레이 열분해 퇴적법), 증착법 등에 의해 불소 첨가 주석(FTO) 등의 산화물 반도체로 이루어진 박막을 형성한다. 이 박막은 지나치게 두꺼우면 광투과성이 떨어지고 반면 지나치게 얇으면 도전성이 떨어지기 때문에 광투과성과 도전성 모두를 고려하여 O.1㎛∼1㎛ 정도의 막두께로 형성한다.
계속해서 이 성막된 박막 위에 레지스트를 스크린 인쇄법 등으로 형성한 후, 레지스트를 식각하여 투명 도전막(12) 표면상에 소정 패턴의 투명 도전막(12)을 작성한다. 이로써 창측 전극용 도전성 기판이 구성된다.
계속해서 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 창측 전극용 도전성 기판에서의 투명 도전막(12) 위에 제1다공질 산화물 반도체층(13A)과 제2다공질 산화물 반도체층(13B)로 이루어진 다공질 산화물 반도체층(13)을 형성한다. 다공질 산화물 반도체층(13)의 형성방법으로서는, 예를 들면, 이산화티타늄(TiO)의 분말을 분산매와 혼합하여 페이스트를 조정하고, 이것을 스크린 인쇄법이나 잉크젯 프린트법, 롤코팅법, 닥터블레이드법, 스핀코팅법 등에 의해 투명 도전막(12) 위에 도포하여 소성 한다. 그리고 이 다공질 산화물 반도체층(13)은 5㎛∼30㎛ 정도로 형성한다.
그리고 도 5에 도시한 바와 같이, 다공질 산화물 반도체층(13)의 입자간에 증감 색소(14)를 담지시킴으로써 창극으로서 기능하는 제1전극(10)을 구성한다. 증감 색소(14)의 담지는, 예를 들면 다공질 산화물 반도체층(13)이 형성된 도전성 기판을 색소액에 침지시킴으로써 달성할 수 있다.
다음으로, 제2전극(20)의 제작방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 도 6에 도시한 바와 같이 플라스틱이나 유리 등으로 이루어진 제2기재(21)를 준비하고, 이 제2기재(21)의 일면에 도전층(22)을 설치한다. 도전층(22)의 형성방법으로서는, 제1기재(11)의 경우와 같이 도전층(22)의 재료에 따라 주지의 방법을 사용하여 수행하면 되고, 예를 들면 스퍼터링법이나 CVD법(기상 성장법), SPD법(스프레이 열분해 퇴적법), 증착법 등에 의해 불소 첨가 주석(FTO) 등의 산화물 반도체로 이루어진 박막을 형성한다.
이 도전층(22)은 지나치게 두꺼우면 광투과성이 뒤떨어지고, 반면 지나치게 얇으면 도전성이 떨어지므로 광투과성과 도전성 모두를 고려하여 O.O1㎛∼1㎛ 정도의 막두께가 바람직하다.
계속해서 이 성막된 도전층(22) 위에 레지스트를 스크린 인쇄법 등으로 형성한 후, 레지스트를 식각하여 원하는 형상을 한 유닛셀 패턴을 작성한다.
이로써 대극용 도전성 기판이 구성된다.
이어서 도 7에 도시한 바와 같이 대극용 도전성 기판에 전해액(30)을 주입하기 위한 전해액 주입공(26)을 형성한다. 전해액 주입공(26)은, 예를 들면 드릴 등 으로 셀 부분에 닿도록 설치한다.
다음으로, 도 8에 도시한 바와 같이 대극용 도전성 기판상에 공극 형태가 되는 저장부 형성 수지(27)을 패터닝한다. 저장부 형성 수지(27)로서는, 예를 들면 폴리올레핀수지 잉크를 사용할 수 있고, 스크린 인쇄법 등으로 형성할 수 있다. 이 저장부(27)의 크기는 폭 0.5㎜∼5㎜, 두께 0.2㎜∼2㎜ 정도로 한다. 또 형성 수지(27)의 형상은 선모양으로 형성해도 좋고 점모양으로 형성해도 좋다.
계속해서 도 9에 도시한 바와 같이 저장부 형성 수지(27)가 완전히 매립되도록 표면에 SPD법으로 FTO막을 형성한 유리 마이크로 비드에 소량의 무기 접착제를 더한 도전성 다공질 페이스트(24a)를 도포하여 경화시킨다.
또 도 10에 도시한 바와 같이 그 후 500℃에서 소성하여 저장부 형성 수지(27)을 제거하고 도전성 다공질(24)의 소정 위치에 저장부 형성 오목부(28)를 형성한다.
이어서 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 도전성 다공질(24)의 표면에, 예를 들면 400㎚의 산화티타늄 입자에 의한 페이스트를 격자 모양으로 패터닝하고 소성하여 모세관 구조부(25)를 형성한다.
그리고 도전성 다공질(24)의 표면에 대극 촉매로서 백금을 스퍼터링 성막함으로써 대극으로서 기능하는 제2전극(20)을 구성한다.
다음으로, 도 12에 도시한 바와 같이 도 5에 도시한 제1전극(10)용 도전성 기판과 도 11에 도시한 제2전극(20)용 도전성 기판을, 제1전극(10)에 설치한 다공질 산화물 반도체층(13)과 제2전극(20)에 설치한 도전성 다공질(24)이 마주 보도록 배치하고 제1전극(10)에 제2전극(20)을 겹쳐서 그 주위를, 예를 들면 UV경화 접착제(미도시)로 봉지한다.
그 후, 상기 제2전극(20)에 설치한 전해액 주입공(26)에서 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이로 전해액(30)을 주입하고, 예를 들면 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 상기 전해액 주입공(26)을 봉지하여 도 1에 도시한 광전 변환소자(1)로 한다.
이상과 같은 구성에 의해 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이에 배치된 도전성 다공질(24) 중 적어도 일부에, 오목부로 이루어진 전해액(30)의 저장부(23)가 구비된 구조의 광전 변환소자를 제조할 수 있다.
<제2실시형태>
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 예에 대해서 도 13 내지 도 16에 기초하여 설명하기로 한다.
도 13은, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 다른 예(제2구조)를 도시한 개략 단면도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 광전 변환소자(습식 태양전지)(41)는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(산화물 전극이라고도 부른다)(13)을 갖도록 구성되고, 창극(작용극이라고도 부른다)으로서 기능하는 제1전극(10)과, 상기 제1전극(10)과 대향하여 배치되는 제2전극(50) 및 이들 양극 사이의 적어도 일부에 전해액(30)을 배치하였다. 또 광전 변환소자(41)는 그물코 모양 도전체(52)의 도전층간에 형성된 공극으로 이루어진 저장부(53)가 구비되 어 있는 구성을 이루고 있다.
아울러, 본 실시형태에서 도 1에 도시한 제1실시형태의 광전 변환소자의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제2전극(50)은, 예를 들면 치밀한 제2기재(51)와, 표면에 백금 등의 금속으로 이루어진 대극 촉매를 담지한 그물코 모양 도전체(52)로 구성되어 있다.
제2전극(50)을 구성하는 제2기재(51)는 특별히 광투과성을 가질 필요는 없기 때문에 그 재료에 제한은 없다. 제2기재(51)로서, 예를 들면 제1기재(11)와 동일하게 유리판이나 플라스틱판을 사용해도 되고, 외부와의 도전성을 직접 확보할 수 있는 이점이 있는 티타늄 등의 금속판을 사용해도 된다. 제2기재(51)로서는 유리판을 사용하는 것이 일반적이지만, 유리판 이외에도, 예를 들면 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 등의 플라스틱 필름씨트, 산화티타늄, 알루미나 등 세라믹의 연마판 등을 사용할 수 있다. 그리고 제2기재(51) 위에 후술하는 그물코 모양 도전체(52)를 설치한다.
그물코 모양 도전체(52)는 제1전극(10)간에 기전력을 일으키는 전극이다. 또 그물코 모양 도전체(52)의 적어도 일부는 모세관 구조로 되어 있는 것이 바람직하다. 모세관 구조는 극세선속으로 짠 도전성 메쉬로 구성된다.
그리고 제1전극(10)과 제2전극(50) 사이에는 전해액(30)을 주입한다. 이 모세관 구조를 가짐으로써 전해액(30)을 유지할 수 있다.
이상과 같이 구성한 광전 변환소자(41)는 제2전극(50)의 적어도 일부에 그물코 모양 도전체(52)가 배치되고 전해액(30)의 저장부(53)가 구비된 구조가 된다.
따라서 광전 변환소자(41)가 부피가 커지지 않고 취급이 용이해져 DSC를 설치할 때의 공간 절약화를 꾀할 수 있게 된다. 게다가 제1전극(10)과 제2전극(50) 사이에 혼입된 기포를, 셀 설치 방향의 영향을 받을 수 없는 표면장력을 구동력으로 하여 발전 영역으로부터 효과적으로 배출하기 때문에 이 그물코의 틈에 기포가 들어감으로써 발전 영역에 발생한 기포를 용이하게 배제할 수 있어 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 광전 변환소자로 할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자(제2구조)(41)의 제조방법의 일례에 대해서 설명하기로 한다.
도 14 및 도 15는, 본 광전 변환소자에서 대극으로서 기능하는 제2전극(50)을 제작하는 공정을 차례대로 도시한 도면이고, 도 16은, 제1전극(10)과 제2전극(50)을 적층하여 접합함으로써 본 발명에 관한 광전 변환소자(41)를 제조하는 공정을 도시한 개략 단면도이다.
아울러, 본 광전 변환소자에서 창극으로서 기능하는 제1전극(10)을 제작하는 공정에 대해서는 도 2 내지 도 5에 도시한 제1구조의 광전 변환소자에서의 제작 공정과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
다음으로, 제2전극(50)의 제작방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선, 도 14에 도시한 바와 같이 플라스틱 또는 유리로 이루어진 제2기재(51) 및 극세선속을 짠 티타늄 등의 금속 메쉬(그물코 모양의 도전체)(52)를 준비한다. 이로써 대극용 도전성 기판이 구성된다.
다음으로, 도 15에 도시한 바와 같이 대극용 도전성 기판을 구성하는 제2기 재(51)에 전해액(30)을 주입하기 위한 전해액 주입공(56)을 형성한다. 전해액 주입공(56)은, 예를 들면 드릴 등으로 셀 부분에 도달하도록 설치한다.
그리고 금속 메쉬(52)의 표면에 대극 촉매로서 백금을 스퍼터링 성막함으로써 대극으로서 기능하는 제2전극(50)을 구성한다.
다음으로, 도 16에 도시한 바와 같이 도 5에 도시한 제1전극(10)용 도전성 기판과 도 15에 도시한 제2전극(50)용 도전성 기판을, 제1전극(10)에 설치한 다공질 산화물 반도체층(13)과 제2전극(50)에 설치한 금속 메쉬(52)가 마주 보도록 배치하고 제1전극(10)에 제2전극(50)을 겹쳐 그 주위를, 예를 들면 UV경화 접착제(미도시)로 봉지한다.
그 후, 상기 제2전극(50)에 설치한 전해액 주입공(56)에서 제1전극(10)과 제2전극(50) 사이에 전해액(30)을 주입하고, 예를 들면 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 상기 전해액 주입공(56)을 봉지하고 도 13에 도시한 광전 변환소자(41)로 한다.
이상과 같은 구성에 의해 제1전극(10)과 제2전극(50)에 설치한 금속 메쉬(그물코 모양 도전체)(52)간의 적어도 일부에, 전해액(30)의 저장부(53)가 구비된 구조의 광전 변환소자를 제조할 수 있다.
<제3실시형태>
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 또다른 예에 대해서 도 17 내지 도 21에 기초하여 설명하기로 한다.
도 17은, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 또다른 예(제3구조)를 도시한 개 략 단면도이다.
도 17에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 광전 변환소자(습식 태양전지)(61)는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(산화물 전극이라고도 부른다)(13)을 갖도록 구성되고, 창극(작용극이라고도 부른다)으로서 기능하는 제1전극(10)과, 상기 제1전극(10)과 대향하여 배치되는 제2전극(70) 및 이들 양극간의 적어도 일부에 전해액(30)을 배치하였다. 또 광전 변환소자(61)는, 상기 제1전극(10)과 상기 제2전극(70) 사이의 적어도 일부에는, 상기 제2전극(70)을 구성하는 제2기재(71)의 내면쪽에 형성한 구멍 또는 홈 등의 오목부로 이루어진 저장부(73)가 구비되어 있는 구성을 이루고 있다.
아울러 본 실시형태에서도, 도 1에 도시한 제1실시형태의 광전 변환소자의 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제2전극(70)은 제2기재(71)와, 그 표면에 순서대로 겹쳐서 설치한 도전층(72a) 및 촉매층(72b)로 이루어진 대극 촉매층(72)으로 구성되어 있다. 도 17에 도시한 바와 같이 도전층(72a)은 제2기재(71)과 접하는 쪽에 마련하여 밀착성 및 도전성을 확보한다. 한편, 촉매층(72b)은 전해질층과의 사이에서 전하를 주고 받는 속도를 향상시키기 위한 촉매 활성을 부여하는 작용을 한다.
제2기재(71)는 특별히 광투과성을 가질 필요가 없기 때문에 그 재료에 제한은 없다. 제2기재(71)로서, 예를 들면 제1기재(11)와 마찬가지로 유리판이나 플라스틱판을 사용해도 좋지만, 외부와의 도전성을 직접 확보할 수 있어 후술하는 오목부의 가공성이 우수하므로 티타늄 등의 금속판이 바람직하게 사용된다.
촉매층(72b)으로서는, 예를 들면 탄소나 백금 등의 층을 증착, 스퍼터링, 염화백금산 도포 후에 열처리를 한 것이 바람직하게 사용되지만, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되지는 않는다.
그리고 제1전극(10)과 제2전극(70) 사이에는 전해액(30)을 주입한다.
이상과 같이 구성한 광전 변환소자(61)는 제1전극(10)과 제2전극(70) 사이의 적어도 일부에 제2전극(20)에 형성된 구멍 또는 홈 등에 의해 오목부로 이루어진 저장부(73)가 구비된 구조가 된다.
따라서 광전 변환소자(61)가 부피가 커지지 않아 취급이 용이해져 DSC를 설치할 때의 공간 절약화를 꾀할 수 있게 된다. 게다가 제1전극(10)과 제2전극(70) 사이에 혼입된 기포를 셀 설치 방향의 영향을 받지 않는 표면장력을 구동력으로 하여 발전 영역으로부터 효과적으로 배출하기 때문에 이 오목부에 기포가 들어감으로써 발전 영역에 발생한 기포를 용이하게 배제할 수 있어 우수한 발전 특성과 장기 내구성을 겸비한 광전 변환소자로 할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자(제3구조)(61) 제조방법의 일례에 대해서 설명하기로 한다.
도 18 내지 도 20은, 본 광전 변환소자에서 대극으로서 기능하는 제2전극(70)을 제작하는 공정을 차례대로 도시한 도면이고, 도 21은 제1전극(10)과 제2전극(70)을 적층하여 접합함으로써 본 발명에 관한 광전 변환소자(61)를 제조하는 공정을 도시한 개략 단면도이다.
아울러, 본 광전 변환소자에서 창극으로서 기능하는 제1전극(10)을 제작하는 공정에 대해서는 도 2 내지 도 5에 도시한 제1구조의 광전 변환소자에서의 제작 공정과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.
다음으로 제2전극(70)의 제작방법에 대해서 설명하기로 한다.
우선 도 18에 도시한 바와 같이 티타늄 등의 금속으로 이루어진 제2기재(71)를 준비한다.
다음으로, 도 19에 도시한 바와 같이 대극용 도전성 기판을 구성하는 제2기재(71)에 전해액(30)을 주입하기 위한 전해액 주입공(76)을 2군데 형성함과 동시에 예를 들면 φ400㎛×깊이 2㎜의 구멍을 저장부 형성 오목부(77)로 하여 9군데/㎠의 밀도로 형성한다. 이 전해액 주입공(76) 및 저장부 형성 오목부(77)은, 예를 들면 드릴 등을 사용하여 마련되고, 상기 전해액 주입공(76)은 셀 부분에 도달하도록 설치한다.
그리고 도 20에 도시한 바와 같이, 제2기재(71)의 표면에 대극 촉매로서 백금을 스퍼터링 성막하고 대극 촉매층(72)을 설치함으로써 대극으로서 기능하는 제2전극(70)을 구성한다.
다음으로, 도 21에 도시한 바와 같이 도 5에 도시한 제1전극(10)용 도전성 기판과 도 20에 도시한 제2전극(70)용 도전성 기판을, 제1전극(10)에 마련한 다공질 산화물 반도체층(13)과 제2전극(70)에 설치한 저장부 형성 오목부(77)가 마주 보도록 배치하고, 제1전극(10)에 제2전극(70)을 겹쳐서 그 주위를, 예를 들면 UV경화 접착제(미도시)로 봉지한다.
그 후, 상기 제2전극(70)에 마련한 전해액 주입공(76)에서 제1전극(10)과 제 2전극(70) 사이에 전해액(30)을 주입하고, 예를 들면 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 상기 전해액 주입공(56)을 봉지하고 도 17에 도시한 광전 변환소자(61)로 한다.
이상과 같은 구성에 의해, 제1전극(10)과 제2전극(70) 사이의 적어도 일부에, 제2전극(20)에 형성된 구멍 또는 홈 등에 의해 오목부로 이루어진 전해액(30)의 저장부(73)가 구비된 구조의 광전 변환소자를 제조할 수 있다.
<실시예 1∼3>
(실시예)
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지는 않는다.
우선, 이하에 설명하는 각 실시예 공통의 제1전극용 투명 기판(이하, 창측 기판이라고 한다)으로서, 유리(제1기재)의 한쪽 면에 투명 도전막이 설치된 도전성 유리 기판(크기 1OO㎜각, 두께:1㎜)을 준비한다.
이어서, 성막된 투명 도전막 위에 스크린 인쇄로 입경 15㎚의 산화티타늄으로 이루어진 페이스트를 15㎛의 두께로 도포하고 450℃에서 소결하여 제1다공질 산화물 반도체층을 형성하였다.
계속해서 제1다공질 산화물 반도체층 위에 스크린 인쇄로 입경 400㎚의 산화티타늄으로 이루어진 페이스트를 15㎛의 두께로 도포하고 450℃에서 소결하여 제2다공질 산화물 반도체층을 형성하였다.
그리고 제1다공질 산화물 반도체층과 제2다공질 산화물 반도체층으로 구성된 다공질 산화물 반도체층을 형성한 창측 기판은 색소 용액에 침지시키고 산화티타늄 다공막 표면에 증감 색소를 담지하여 제1전극으로 하였다.
한편, 실시예 1의 제2전극용 투명 기판(이하, 대극 기판이라고 한다)으로서 FTO투명 도전 유리판(제2기재, 크기 1OO㎜각, 두께:1㎜)을 준비한다.
다음으로 대극 기판에 전해액을 주입하기 위한 주입공을 형성하였다.
이어서, 대극 기판상에 틈의 형태가 되는 수지를 패터닝하여 완전히 수지가 매립되도록 표면에 SPD법으로 FTO막을 형성한 유리 마이크로 비드에 소량의 무기 접착제를 더한 페이스트를 도포하고 경화한 후, 500℃에서 수지형을 제거하였다.
또한 400㎚의 산화티타늄 입자에 의한 페이스트를 대극 기판 표면에 격자 모양으로 패터닝하고 소결한 후, 표면에 백금으로 이루어진 도전막을 스퍼터링법으로 형성하여 제2전극으로 하였다.
그리고, 상기 제1전극에 마련한 다공질 산화물 반도체층과, 상기 제2전극에 마련한 도전막이 마주 보도록 배치하고 주위를 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하였다.
그 후, 대극 기판에 형성한 상기 주입공에서 제1전극과 제2전극 간의 공간내에 전해액을 주입함과 동시에 상기 전해액 주입공을 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하고 본 발명의 실시예에 의한 제1구조 광전 변환소자를 제작하였다.
또 실시예 2의 제2전극용 투명 기판(이하, 대극 기판이라고 한다)으로서 유리판(제2기재, 크기 1OO㎜각, 두께:1㎜)과, 극세선속을 짠 티타늄 메쉬를 준비한 다.
다음으로, 대극 기판을 구성하는 유리판에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공을 형성하였다.
이어서 대극 기판을 구성하는 티타늄 메쉬 표면에 백금으로 이루어진 도전막을 스퍼터링법으로 형성하여 제2전극으로 하였다.
그리고, 상기 제1전극에 마련한 다공질 산화물 반도체층과, 상기 제2전극에 마련한 티타늄 메쉬가 마주 보도록 배치하고, 주위를 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하였다.
그 후, 대극 기판에 형성한 상기 주입공에서 제1전극과 제2전극 사이의 공간내에 전해액을 주입함과 동시에 상기 전해액 주입공을 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하고 본 발명의 실시예에 의한 제2구조 광전 변환소자를 제작하였다.
또한 실시예 3의 제2전극용 투명 기판(이하, 대극 기판이라고 한다)으로서, 티타늄판(제2기재, 크기 1OO㎜각, 두께:1㎜)을 준비한다.
다음으로, 대극 기판에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입공 2군데와, φ400㎛×깊이 2㎜의 구멍을 9군데/㎠의 밀도로 형성하였다.
이어서 대극 기판의 표면에 백금으로 이루어진 도전막을 스퍼터링법으로 형성하여 제2전극으로 하였다.
그리고, 상기 제1전극에 마련한 다공질 산화물 반도체층과, 상기 제2전극에 마련한 도전막이 마주 보도록 배치하고 주위를 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하였다.
그 후, 대극 기판에 형성한 상기 주입공에서 제1전극과 제2전극 사이의 공간내에 전해액을 주입함과 동시에 상기 전해액 주입공을 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하고 본 발명의 실시예에 의한 제3구조 광전 변환소자를 제작하였다.
(비교예 1)
또 비교예로서, 제1전극용 투명 기판(이하, 창측 기판이라고 한다)으로서, 유리(제1기재)의 한쪽 면에 투명 도전막이 설치된 도전성 유리 기판(크기 10O㎜각, 두께:1㎜)을 준비한다.
이어서 성막된 투명 도전막 위에 스크린 인쇄로 산화티타늄으로 이루어진 페이스트를 10㎛ 두께로 도포하고, 450℃에서 소결하여 산화티타늄으로 이루어진 다공질 산화물 반도체층을 형성하였다.
그리고 다공질 산화물 반도체층을 형성한 창측 기판은 색소 용액에 침지시키고 산화티타늄 다공막 표면에 증감 색소를 담지하여 제1전극으로 하였다.
한편, 제2전극용 투명 기판(이하, 대극 기판이라고 한다)으로서 티타늄판(제2기재, 크기 1OO㎜각, 두께:1㎜)을 준비한다.
다음으로, 대극 기판에 전해액을 주입하기 위한 주입공을 형성하였다.
이어서 대극 기판 표면에 백금으로 이루어진 도전막을 스퍼터링법으로 형성하여 제2전극으로 하였다.
그리고 상기 제1전극에 마련한 다공질 산화물 반도체층과, 상기 제2전극에 마련한 도전막이 마주 보도록 배치하고 주위를 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하였다.
그 후, 대극 기판에 형성한 상기 주입공에서 제1전극과 제2전극 간의 공간내에 전해액을 주입함과 동시에 상기 전해액 주입공을 UV경화 접착제로 이루어진 봉지제를 사용하여 봉지하고 본 발명의 비교예에 의한 광전 변환소자를 제작하였다.
그리고 상기와 같이 각각 제작한 실시예의 각 광전 변환소자 및 비교예의 광전 변환소자의 쇼트 전류가 초기값부터 20% 저하된 시점을 수명으로 하는 특성을 평가하였다.
특성은, 65℃로 유지할 수 있는 항온조가 부착된 솔라 시뮬레이터를 사용하여 연속 평가하였다.
이 때 특성의 평가는 셀의 상하 좌우 4변 각각을 위로 한 경우와 수평으로 한 경우의 5종류의 설치 방법으로 수행하여 가장 특성이 나쁜 설치 방법의 측정 결과를 채용하였다. 측정한 값을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
수명[hr]
실시예 1(제1구조) 2000
실시예 2(제2구조) 2000
실시예 3(제3구조) 1000
비교예 1(종래 구조) 500
그 결과, 표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 각 실시예의 광전 변환소자에서는 비교예의 광전 변환소자와 비교하여 2배 내지 4배로 현저하게 수명이 연장된 측정 결과를 얻을 수 있었다.
따라서, 본 발명에서는 셀 설치 방향의 영향을 받지 않고 기포를 발전 영역으로부터 효과적으로 배제할 수 있어 발전 특성을 향상시킨 장기 내구성을 구비한 양호한 광전 변환소자로 할 수 있었다.
게다가 본 발명에서는 전해액의 누설이나 휘발을 막기 위해 수지에 의한 봉지기술을 채용하고 있기 때문에 충분한 작업성도 가지고 있다.
<제4실시형태>
다음으로, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 또다른 예에 대해서 도 22 내지 도 26에 기초하여 설명하기로 한다.
도 22는, 본 발명에 관한 광전 변환소자의 또다른 예(제4구조)를 도시한 개략 단면도이다.
본 실시형태에 관한 광전 변환소자(10lA)(101)는 절연성이 투명한 제1기재(102)와, 해당 제1기재(102)의 일면(102a)에 투명 도전막(103)을 통해 배치되고, 적어도 일부에 증감 색소가 담지된 다공질 산화물 반도체층(104) 및 도전체로 이루어진 집전 배선(105)을 구비한 작용극(제1전극)(107)과, 상기 작용극(107)의 상기 다공질 산화물 반도체층(104)와 마주하는 위치에 배치되고, 도전성의 제2기재(108)로 이루어진 대극(제2전극)(110)과, 상기 작용극(107)과 상기 대극(110) 간의 적어도 일부에 배치된 전해액(111)으로 구성된다.
그리고 본 실시형태의 광전 변환소자(101)는 상기 집전 배선(105) 근방(집전 배선(105) 주위)에 저장부(112)가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.
색소 증감형 광전 변환소자를 고온하에서 장기간 사용하면 전해액의 누설, 휘발이나 셀내의 압력 변화에 의해 셀내에 기포가 발생한다. 기포는 셀의 봉지 부분 근방뿐 아니라 모든 장소에서 발생하는 경향이 있다. 기포가 생긴 부분에서는 전하의 이동이 정상적으로 이루어지지 않아 발전 특성이 저하될 뿐만 아니라 증감 색소도 분해되어 셀 고장의 원인이 된다.
본 실시형태의 광전 변환소자(101)에서는, 집전 배선(105) 근방에 저장부(112)가 설치되어 있어서 셀내에 생긴 기포를 집어넣어 효과적으로 배출할 수 있게 된다. 그 결과, 장수명의 것으로 할 수 있다.
본 발명에서는 기포의 부력보다도 구동력이 크고 설치 방향의 영향도 받지 않는 「기포의 표면장력」을 이용하여 발전 영역으로부터 저장부(112)로 기포를 확실히 배출하고 저장부(112) 안의 전해액(111)을 자동적으로 공급하기 때문에 장기 내구성을 향상시킬 수 있다. 또 본 발명의 구조는 결합시의 실수로 인해 처음부터 혼입되어 있는 기포에 대해서도 배출 효과가 있다.
상기 저장부(112)는, 예를 들면 상기 대극(110)을 이루는 제2기재(108)에 마련된 오목부(113)이다. 이로써 간이 구조에서 용이하게 기포를 집어넣을 수 있는 저장부(112)가 된다.
또 상기 오목부(113)는 상기 집전 배선(105)을 따라서 연속 설치되어 있는 것이 바람직하다. 기포는 1군데에 집중적으로 발생하는 경향이 있기 때문에 오목부(113)가 어느 정도의 면적으로 연속 설치됨으로써 효율적으로 기포를 집어넣을 수 있다.
또 오목부(113)의 깊이는 0.05∼1㎜의 범위인 것이 바람직하다. 깊이가 상기 하한값 이하이면 전해액(111)의 유지량이 지나치게 적어진다. 반면, 깊이가 상기 상한값을 초과하면 셀을 일으켜 설치했을 때, 중력으로 전해액(111)이 편재될 가능성이 있기 때문에 별도로 중력 공급에 의한 저장부를 마련할 필요가 있다.
오목부(113) 부분에 예비(reserve)되는 전해액의 분량은 적어도 셀 전체에 주입하는 전해액량의 5% 이상이 되도록 설계한다. 전해액이 대량으로 누설되면 전해액 성분의 휘발성 차이로 인해 전해액 조성이 크게 변화되어 재주입하더라도 본래의 특성보다 저하되므로 최대 20% 정도로도 충분하다.
또 전해액 이동을 위해서 예비양을 줄이거나, 도 23에 도시한 광전 변환소자(101B)(101)와 같이 기포의 이동을 저해하지 않는 범위에서 오목부(113) 안에서 적어도 상기 집전 배선(105) 위에 모세관 구조(이하, 「모세관」이라고도 부른다)(114)를 마련해도 좋다. 그 때, 모세관(114)은 기포의 이동을 방해하지 않도록 다공질 산화물 반도체층(104)에 접속할 필요가 있다. 모세관(114)이 마련됨으로써 모세관 현상에 의해 전해액(111)이 쉽게 삽입된다.
이와 같은 모세관(114)은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 친수 처리를 한 수지나 유리, 세라믹 등의 산화물, 티타늄, 니오븀 등 내약품성이 높은 금속으로 만들어진 극세선속, 메쉬, 다공체 등을 들 수 있다.
또 도 24에 도시한 광전 변환소자(101C)(101)와 같이 모세관(114)과 광산란막(다공질 산화물 반도체층(104) 위에 형성되어 해당 다공질 산화물 반도체층(104)을 투과한 광을 산란·반사하는 다공질층)을 병용시켜도 좋다.
오목부(113)와 오목부(113)의 간격은 2㎝ 미만인 것이 바람직하다. 간격이 2 ㎝ 이상이면 기포를 효과적으로 배출할 수 없게 된다.
오목부(113)와 오목부(113)의 간격이 5㎜ 이상이 될 경우에는, 도 23에 도시한 광전 변환소자(101C)(101)와 같이 기포를 유도하기 위해 발전 영역의 대극(110)(제2기재(108)) 표면에 깊이 수∼150㎛, 폭 수십∼수백㎛의 그루브(115)(홈)를 마련하면 된다. 그루브(115) 이외의 발전 영역에서 작용극(107)(제1기재(102))과 대극(110)(제2기재(108))의 간격은 150㎛ 이하로 설계한다. 또 가능하면 가장 가까운 오목부(113)를 향해 깊이나 폭이 기울어져 있으면 더욱 좋다.
아울러 상기 예에서는 저장부(112)를 제2기재(108)에 마련된 오목부(113)로 구성한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 여기에 한정되지 않으며 도 25에 도시한 광전 변환소자(101D)(101)와 같이 작용극(107)에서 집전 배선(105)과 다공질 산화물 반도체층(104) 사이에 틈을 마련하고 이 틈을 저장부(112)로 해도 좋다. 이 경우, 저장부(112)가 절단되지 않도록 집전 배선(105)을 격자 모양으로 설계하지 않도록 한다. 아울러, 이 경우에도 이 틈(저장부(112))은 틈 안에 예비되는 전해액의 양이 셀 전체에 주입되는 전해액량의 5%∼20%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 도 26에 도시한 광전 변환소자(101E)(101)와 같이 그루브(115)를 마련하지 않고 상기 저장부(112) 주위(근방)에서 작용극(107)(제1기재(102))과 대극(110)(제2기재(108))의 간격이 다른 부분보다도 커지도록, 상기 제2기재(108)에는 집전 배선(105)을 향해 기울어진 경사부(116)가 마련되어 있어도 좋다. 경사부(116)가 마련됨으로써 셀내에 기포가 대류되지 않게 된다. 그 경우에도 발전 영 역내에서 작용극(107)과 대극(110)의 간격이 최대 150㎛ 이상이 되지 않도록 한다.
작용극(107)은 투명 기재(제1기재(102)) 및 그 한쪽 면(102a)에 형성된 투명 도전막(103)과, 증감 색소를 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(104)로 개략 구성되어 있다.
투명 기재로서는, 광투과성 소재로 이루어진 기판이 사용되고 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 등 통상 광전 변환소자(101)의 투명 기재로서 사용되는 것이라면 어떤 것이든 사용할 수 있다. 투명 기재는 이들 중에서 전해액(111)에 대한 내성 등을 고려하여 적절히 선택된다. 또 투명 기재로서는 용도상 가능한 한 광투과성이 우수한 기판이 바람직하고 투과율 90% 이상인 기판이 더욱 바람직하다.
투명 도전막(103)은 투명 기재에 도전성을 부여하기 위해 한쪽 면에 형성된 박막이다. 투명 도전성 기판의 투명성을 현저하게 손상시키지 않는 구조로 하기 위해 투명 도전막(103)은 도전성 금속 산화물로 이루어진 박막인 것이 바람직하다.
투명 도전막(103)을 형성하는 도전성 금속 산화물로서는, 예를 들면 주석첨가 산화인듐(ITO), 불소첨가 산화주석(FTO), 산화주석(SnO2)이 사용된다.
이들 중에서도 성막이 용이하면서 제조비용이 저렴하다는 관점에서 ITO, FTO가 바람직하다. 또 투명 도전막(103)은 ITO로만 이루어진 단층막 또는 ITO로 이루어진 막에 FTO로 이루어진 막이 적층되어 이루어진 적층막인 것이 바람직하다.
투명 도전막(103)을 ITO로만 이루어진 단층막 또는 ITO로 이루어진 막에 FTO 로 이루어진 막이 적층되어 이루어진 적층막으로 함으로써 가시영역에서 광의 흡수량이 적어 도전율이 높은 투명 도전성 기판을 구성할 수 있다.
다공질 산화물 반도체층(104)은 투명 도전막(103) 위에 설치되어 있으며 그 표면에는 증감 색소가 담지되어 있다. 다공질 산화물 반도체층(104)을 형성하는 반도체로서는 특별히 한정되지 않으며 통상 광전 변환소자(101)용 다공질 산화물 반도체를 형성할 때 사용되는 것이라면 어떤 것이든 사용할 수 있다. 이와 같은 반도체로서는, 예를 들면 산화티타늄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO), 산화니오븀(Nb2O5)를 사용할 수 있다.
다공질 산화물 반도체층(104)을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 시판되는 산화물 반도체 미립자를 원하는 분산매에 분산시킨 분산액 혹은 졸겔법에 의해 조제할 수 있는 콜로이드 용액을, 필요에 따라 폴리에틸렌글리콜 등의 첨가제를 첨가한 후, 스크린 프린트법, 잉크젯 프린트법, 롤코팅법, 닥터블레이드법, 스프레이 도포법 등 주지의 도포 방법으로 도포한 후, 가열 처리에 의해 첨가물을 제거하고 공극을 형성시켜 다공질화하는 방법 등을 적용할 수 있다.
증감 색소로서는 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함한 루테늄 착체, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체, 에오신, 로다민, 멜로시아닌 등의 유기색소 등을 적용할 수 있고, 이들 중에서 용도, 사용 반도체에 적합한 거동을 나타내는 것을 특별히 한정 없이 선택할 수 있다.
집전 배선(105)은 투명 기판상에 도전성 분말을 함유한 도전성 페이스트가 도포 건조되어 형성된 도전막, 백금이나 카본 등의 금속 등으로 이루어진 박막, 납땜으로 형성된 배선 등으로 구성되고 투명 도전막(103)에 전기적으로 접속된 것이다. 이 집전 배선(105)을 통해 적층체와 외부 접속용 단자(미도시)가 전기적으로 접속할 수 있도록 되어 있다.
또 집전 배선(105)을 피복하도록 저융점 유리, 절연수지 등의 절연체로 이루어진 보호층(106)이 마련되어 있다. 따라서 집전 배선(105)과 전해액(111) 사이에 보호층(106)이 존재하기 때문에 집전 배선(105)과 전해액(111)이 직접 접촉하지는 않는다. 이로써 전해액(111)과 집전 배선(105)이 접촉하여 집전 배선(105)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
대극(110)은 제2기재(108)와, 이 한쪽 면 위에 형성된 촉매막(109)으로 구성되어 있다.
제2기재(108)로서는, 제1기재(102)에 도전막을 마련한 것 또는 특별히 광투과성을 가질 필요가 없기 때문에 금속판, 합성수지판으로 도전막을 마련한 것 등이 사용된다.
촉매막(109)은 제2기재(108)에 전해액과 전하를 주고 받는 속도를 향상시키기 위한 촉매 활성을 부여하기 위해 그 한쪽 면에 형성된 백금, 탄소 등으로 이루어진 박막이다. 촉매막(109)으로서는, 예를 들면 탄소나 백금 등의 층을 증착, 스퍼터링, 염화백금산 도포 후에 열처리를 한 것이 바람직하게 사용되지만, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되지는 않는다.
전해액(111)으로서는 요오드, 요오드화물 이온, 3급 부틸피리딘 등의 전해질 성분이 에틸렌카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기용매에 용해되어 이루어진 것이 사용된다.
광전 변환소자(101)에서 작용극(107)과 대극(110)이 소정 간격을 두고 접착되어 이루어진 적층체가, 그 외주부를 봉지부재(미도시)에 의해 접착하여 일체화되고 작용극(107)과 대극(108) 사이에 전해액(111)이 주입, 봉지되어 광전 변환소자로서 기능한다.
봉지부재로서는 대극(110)을 이루는 제2기재(108)에 대한 접착성이 우수한 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 분자쇄 중에 카본산기를 가진 열가소성 수지로 이루어진 접착제 등이 바람직하고, 구체적으로는 하이밀란(HIMILAN)(미쓰이 듀폰 폴리케미칼사제), 바이넬(미쓰이 듀폰 폴리케미칼사제)를 들 수 있다.
<실시예 4>
(실시예)
도 22에 도시한 광전 변환소자를 제작하였다(실시예 4).
유리 기판(140㎜각) 위에 FTO투명 도전막을 성막하였다. 이 투명 도전막 기판상에 TiO2 나노 입자로 이루어진 다공질 산화물 반도체층을 형성하였다. 구체적으로는 스크린 인쇄법에 의해 입경 15㎚의 TiO2 나노 입자로 이루어진 페이스트를 도포하고 건조 후, 소성하였다. 또한 스크린 인쇄법에 의해 입경 400㎚의 TiO2 나노 입자로 이루어진 페이스트를 도포하고 건조 후, 소성함으로써 다공질 산화물 반도체층을 얻었다.
스크린 인쇄법에 의해 투명 도전막 기판상에 은페이스트를 도포하고 건조 후, 소성함으로써 집전 배선을 형성하였다. 또 스크린 인쇄법에 의해 저융점 유리를 도포하고 건조 후, 소성함으로써 집전 배선 보호층을 형성하였다.
집전 배선 보호층 및 일부 다공질 산화물 반도체층 위에 스크린 인쇄법으로 입경 400㎚의 TiO2 나노 입자로 이루어진 페이스트를 도포하고 건조 후, 소성하였다.
기판을 색소 용액에 침지시키고 다공질 산화물 반도체층에 증감 색소를 담지시켰다. 이상을 작용극으로 하였다.
한편 금속 티타늄판을 준비하고 이 티타늄판을 식각 가공하여 셀 형상에 맞춰 오목부(저장부), 전해액 주입공을 형성한 후 전면에 백금막을 형성하였다. 이상을 대극으로 하였다. 백금막 형성면을 작용극과 대향시켜 사용한다.
또 메톡시아세트니트릴 중에 요오드, 요오드화리튬, terf―부틸피리딘 및 요오드화 디메틸프로필이미다졸륨을 용해시켜 액체 전해질을 조제하였다.
제작한 작용극과 대극을 적층시키고 자외선 경화수지로 이루어진 봉지층을 형성하여 봉지하였다. 전해액 주입공에서 전해액을 주입한 후, 주입공을 자외선 경화 수지에 봉지하였다. 이로써 시험용 광전 변환소자를 얻었다.
(비교예 2)
대극에서 오목부(저장부)를 형성하지 않은 것 외에는 실시예와 동일하게 하여 광전 변환소자를 제작하였다.
(비교예 3)
일본특개2002-280085호 공보에 기재되어 있는 광전 변환소자를 제작하였다. 즉, 본체 안에 산화물 반도체 전극 재료에 색소를 흡착시켜 이루어진 산화물 반도체 전극과, 액체 또는 유사액체 형태로 전해질을 포함한 전해액과, 상기 산화물 반도체 전극에 상기 전해질을 통해 대향 배치된 대향 전극을 구비하고, 상기 본체가 개폐 가능한 액체 성분의 출입구를 가진 광전 변환소자를 제작하였다.
이상과 같이 하여 제작된 광전 변환소자에 대해서 다음과 같이 내구성을 평가하였다.
65℃로 유지할 수 있는 항온조가 딸린 솔라 시뮬레이터를 사용하여 특성을 연속 평가하고 쇼트 전류가 초기값보다 20% 저하된 시점을 수명으로 하였다. 이 때 셀은 상하 좌우의 4변 각각을 위로 한 경우와, 수평으로 한 경우의 5종류의 설치 방법으로 수행하여 가장 특성이 나쁜 설치 방법의 결과를 채용하였다.
평가 결과, 소자의 수명은 비교예 2에서는 400시간, 비교예 3에서는 1600시간 정도였으나, 이에 반해 실시예 4에서는 2000시간 이상이나 되는 장수명을 가지고 있는 것으로 확인되었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타 변경이 가능하다. 본 발명은 상술한 설명에 의해 한정되지 않으며 첨부 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명에 의하면, 기포를 발전 영역으로부터 효과적으로 배제할 수 있기 때문에 발전 특성을 향상시킨 장기 내구성을 구비한 광전 변환소자를 제공할 수 있게 된다.

Claims (11)

  1. 증감 색소를 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖도록 구성되고, 창극으로서 기능하는 제1전극과, 상기 제1전극과 대향하여 배치되는 제2전극과, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에 배치되는 전해액을 구비하고,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 적어도 일부에는 전해액의 저장부가 구비되어 있는 광전 변환소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장부는 상기 제2전극의 도전성 다공질의 소정 위치에 형성된 오목부로 이루어진 광전 변환소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1전극의 다공질 산화물 반도체층상의 적어도 일부에는 모세관 구조의 층을 가지고 있는 광전 변환소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저장부는 상기 제2전극의 그물코 모양 도전층 사이에 형성되는 공극인 광전 변환소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 그물코 모양 도전층의 적어도 일부는 모세관 구조로 되어 있는 광전 변환소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 저장부는 상기 제2전극에 형성된 오목부로 이루어진 광전 변환소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1전극이 도전체로 이루어진 집전 배선을 더 구비하고,
    해당 집전 배선 주위에 상기 저장부가 설치되어 있는 광전 변환소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2전극이 도전성 기재로 이루어지고,
    상기 저장부는 상기 제2전극의 상기 기재에 마련된 오목부인 광전 변환소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 오목부는 상기 집전 배선을 따라서 연속 설치되어 있는 광전 변환소자.
  10. 제7항에 있어서, 상기 저장부 주위에서 상기 제1전극과 상기 제2전극의 간격이 다른 부분보다도 커지도록 상기 제2전극에는 경사부가 마련되어 있는 광전 변환소자.
  11. 제7항에 있어서, 적어도 상기 집전 배선상에 모세관 구조가 설치되어 있는 광전 변환소자.
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