KR20110009184A - 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법 - Google Patents

광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법 Download PDF

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KR20110009184A
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다카유키 기타무라
히로키 우스이
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가부시끼가이샤 후지꾸라
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Abstract

(과제)
광전 변환 소자끼리의 전기적 접속의 신뢰성을 높게 할 수 있는 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법을 제공한다.
(해결 수단)
서로 대향하는 제 1 전극 (15) 및 제 2 전극 (25) 을 갖는 복수의 광전 변환 소자 (10) 와, 복수의 광전 변환 소자 (10) 끼리를 전기적으로 접속하는 도전 부재 (30) 를 구비하고, 복수의 광전 변환 소자 (10) 가, 제 1 전극 (15) 으로부터 제 2 전극 (25) 을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열되는 광전 변환 소자 모듈 (1) 로서, 제 1 전극 (15) 및 제 2 전극 (25) 은, 봉지 부재 (17) 의 외주에 의해 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부 (15a, 25a) 를 갖고, 도전 부재 (30) 는, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 에 있어서, 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 연장부 (15a) 와, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 연장부 (25a) 를 접속하고, 연장부 (25a) 는 가요성을 갖는다.

Description

광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법{PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT MODULE}
본 발명은, 색소 증감형 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 환경 문제, 자원 문제 등을 배경으로, 클린 에너지로서의 태양 전지가 주목을 받고 있다. 태양 전지의 하나로서, 실리콘계 태양 전지가 알려져 있고, 실리콘계 태양 전지로는, 단결정, 다결정, 혹은 아모르퍼스의 실리콘 등을 사용한 것이 있다. 그러나, 실리콘계 태양 전지는, 일반적으로 제조 비용이 높고, 또 원료 공급이 불충분하다는 등의 과제가 남아 있어, 대폭적인 보급에는 이르지 않았다.
또, Cu-In-Se 계 (CIS 계라고도 한다) 등의 화합물계 태양 전지가 개발되어 있고, 매우 높은 광전 변환 효율을 나타내는 등 우수한 특징을 갖고 있지만, 제조 비용이나 환경 부하 등의 문제가 있어, 역시 대폭적인 보급에는 이르지 않았다.
이들 태양 전지에 대해, 색소 증감형 태양 전지는, 스위스의 그라첼 등의 그룹 등에 의해 제안된 것으로, 저가이고 높은 광전 변환 효율이 얻어지는 광전 변환 소자로서 주목받고 있다.
태양 전지를 대면적화하기 위해서는, 광전 변환 소자 내부, 혹은 외부 회로의 저항에 의해 발생하는 전압의 저하를 억제하기 위해, 발생하는 전류를 최대한 줄여 전압을 높게 하면 된다. 이를 위해서는, 직렬 배선형 모듈 구조를 적용하는 것이 효과적이다. 색소 증감형 태양 전지에서는, 전류의 경로 형상으로부터 명명된 이른바 W 형과 Z 형으로 불리는 직렬 배선형 모듈 구조가 제안되어 있다 (특허문헌 1 을 참조).
도 12, 도 13 은, 이와 같은 종래의 광전 변환 소자의 단면 (斷面) 에 있어서의 구조를 나타내는 도면이다. 도 12 및 도 13 에 각각 나타내는 바와 같이, W 형, Z 형으로 불리는 광전 변환 소자 모듈은, 작용극 (창측 전극) (108) 이 기재 (101) 와, 투명 도전층 (102) 과, 반도체층 (103) 으로 구성되고, 광이 작용극으로부터 입사한다. 한편, 대극 (109) 은, 기재 (101) 와, 투명 도전층 (102) 과, 촉매층 (104) 으로 구성된다. 그리고, 모듈의 각 광전 변환 소자는, 이 작용극 (108) 과 대극 (109) 에 의해 전해질층 (전해액 혹은 전해질 겔) (105) 을 사이에 둔 구조를 하고 있다.
그리고, W 형 광전 변환 소자 모듈 (100A) 은, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 격벽 (106) 으로 분할된 각 광전 변환 소자 (110a, 110b, 110c…) 를, 인접하는 각 광전 변환 소자끼리에서, 작용극 (108) 과 대극 (109) 이 교대되도록 배치함으로써, 광이 이면으로부터 입사 가능하게 된다. 또한, 광전 변환 소자 모듈 (100A) 은, 이웃하는 1 쌍의 광전 변환 소자 (110a, 110b (110b, 110c)) 의 작용극 (108) 과 대극 (109) 이 동일 기재 (101) 상에 형성되어, 서로 접속되는 구조를 하고 있다.
한편, Z 형 광전 변환 소자 모듈 (100B) 에 있어서는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 작용극 (108) 이 광전 변환 소자 모듈 (100B) 의 일방측에 배치되고, 대극 (109) 이 타방측에 배치되도록, 격벽 (106) 에 의해 분할된 각 광전 변환 소자 (110a, 110b, 110c…) 가 배치된다. 그리고, 인접하는 각 광전 변환 소자 (110a, 110b, 110c…) 의 작용극 (108) 과 대극 (109) 이 접속 부재 (107) 에 의해 서로 연결되어 전기적으로 접속되는 구조를 하고 있다.
그러나, W 형 광전 변환 소자 모듈 (100A) 에 있어서는, 이웃하는 광전 변환 소자끼리가 서로 표리 교대로 나열된 구조를 하고 있어, 구조는 매우 단순하지만, 절반의 셀이 이면측으로부터 광을 받기 때문에, 변환 효율의 향상이 곤란하다.
한편, Z 형 광전 변환 소자 모듈 (100B) 에 있어서는, 모든 광전 변환 소자가 동일한 방향을 향한 구조인데, 인접하는 광전 변환 소자 사이의 대향하는 전극 (어느 셀의 작용극과 인접 셀의 대극) 에 배선할 필요가 있어, 광전 변환 소자 모듈의 제조가 번잡해지는 경향이 있다. 또한, 전극 사이 거리의 제어를 대면적의 소자로 균일하게 실시해야 하여, 고도의 공작 정밀도가 요구된다.
하기 특허문헌 2 에는, 이와 같은 Z 형 광전 변환 소자 모듈이 기재되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 광전 변환 소자 모듈에 있어서는, 작용극이 각 광전 변환 소자에서 공통적으로 사용되는 기재 상에 형성됨과 함께, 대극이 각 광전 변환 소자에 의해 공통적으로 사용되는 기재 상에 형성된다. 그리고, 작용극과 대극이 대향하도록 하여, 작용극이 형성된 기재와, 대극이 형성된 기재가 소정의 간격을 두고 첩합 (貼合) 된다. 이 때, 이웃하는 광전 변환 소자의 작용극과 대극의 전기적인 접속을 도전성 페이스트에 의해 실시하고, 각 광전 변환 소자끼리가 전기적으로 접속된 광전 변환 소자 모듈로 하고 있다.
일본 공개특허공보 평8-306399호 일본 공개특허공보 2007-220606호
그러나, 상기 특허문헌 2 에 기재된 광전 변환 소자 모듈에 있어서는, 각각 기재에 형성된 작용극과 대극이 도전성 페이스트에 의해 접속되어 있다. 그 때문에 도전성 페이스트가 경화될 때, 도전성 페이스트의 수축 등이 일어나면, 작용극과 대극이 가까워지는 방향으로 응력이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 이 응력에 의해 도전성 페이스트 내에 크랙이 발생하거나, 도전성 페이스트와 작용극 또는 대극과의 사이에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 또한, 광전 변환 소자 모듈에 외부로부터 힘이 가해지고, 이것에 의한 응력이 도전성 페이스트와 작용극 또는 대극과의 사이에 발생하는 경우, 도전성 페이스트 내에 크랙이 발생하거나, 도전성 페이스트와 작용극 또는 대극과의 사이에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 이들의 경우에는, 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속에 문제가 발생하는 경우가 있다.
그래서, 본 발명은, 광전 변환 소자끼리의 전기적 접속의 신뢰성을 높게 할 수 있는 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광전 변환 소자 모듈은, 서로 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 접속되는 봉지 부재를 갖는 복수의 광전 변환 소자와, 상기 복수의 광전 변환 소자끼리를 전기적으로 접속하는 도전 부재를 구비하고, 상기 복수의 광전 변환 소자가, 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열되는 광전 변환 소자 모듈로서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 방향을 따라 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 보는 경우, 상기 봉지 부재의 외주에 의해 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부를 갖고, 상기 도전 부재는, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서, 일방의 광전 변환 소자의 상기 제 1 전극에 있어서의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 상기 제 2 전극에 있어서의 연장부를 접속하고, 상기 제 1 전극에 있어서의 상기 연장부, 및 상기 제 2 전극에 있어서의 상기 연장부의 적어도 일방은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈에 의하면, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서, 일방의 광전 변환 소자의 제 1 전극에 있어서의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 제 2 전극에 있어서의 연장부가 도전 부재에 의해 접속되고, 이 서로 접속되는 제 1 전극의 연장부와 제 2 전극의 연장부의 적어도 일방은 가요성을 갖는다. 따라서, 외부로부터 힘이 가해지고 도전 부재와 제 1 전극 혹은 제 2 전극과의 사이에 응력이 가해지는 경우나, 도전 부재가 시간 경과적으로 변형되어 도전 부재와 제 1 전극 혹은 제 2 전극과의 사이에 응력이 가해지는 경우에 있어서도, 가요성을 갖는 연장부가 만곡됨으로써, 이 응력을 흡수한다. 이와 같이 가요성을 갖는 연장부에 의해 응력이 흡수됨으로써, 도전 부재와 제 1 전극 혹은 제 2 전극과의 단선 등이 억제된다. 따라서, 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속의 신뢰성을 높게 할 수 있다.
또, 상기 광전 변환 소자 모듈에 있어서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중, 일방의 전극에 있어서의 연장부가 가요성을 가짐과 함께, 타방의 전극은, 상기 일방의 전극측과 반대측에 절연성 기재를 갖고, 상기 복수의 광전 변환 소자의 각각에 있어서의 상기 기재끼리는 일체가 되는 것이 바람직하다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈에 의하면, 복수의 광전 변환 소자끼리가 기재를 개재하여 일체가 된다. 따라서, 이웃하는 광전 변환 소자끼리의 상대적인 위치가 변화되는 것이 억제된다. 이 때문에 제 1 전극 및 제 2 전극과 도전 부재의 사이에 응력이 가해지는 것이 억제되어, 보다 광전 변환 소자끼리의 접속 신뢰성을 높게 할 수 있다.
또, 상기 광전 변환 소자 모듈에 있어서, 상기 일방의 전극에 있어서의 상기 연장부는, 타방의 전극측으로 만곡되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈에 의하면, 일방의 전극의 연장부는, 타방의 전극측으로 만곡되어 도전 부재와 접속되기 때문에, 도전 부재가, 일방의 전극의 연장부에 있어서 타방의 전극측과 반대측으로 비어져 나온 상태로 접속되는 경우에 있어서도, 광전 변환 소자 모듈의 두께를 억제할 수 있다. 또한, 일방의 전극의 연장부가 타방의 전극측으로 만곡되어 있으므로, 일방의 전극에는 타방의 전극측에 가압되는 응력이 부여된다. 따라서, 일방의 전극과 봉지 부재가 보다 강고하게 접속되고, 광전 변환 소자 모듈은, 우수한 내구성을 가질 수 있다.
또, 상기 광전 변환 소자 모듈에 있어서, 상기 제 1 전극은, 투명 도전막과, 상기 봉지 부재에 의해 포위되는 영역으로부터 상기 연장부에 걸쳐 상기 투명 도전막 상에 형성되는 집전 배선을 갖고, 상기 도전 부재는, 상기 제 1 전극의 상기 연장부에 있어서 상기 집전 배선과 접속되는 것이 바람직하다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈에 의하면, 집전 배선에 의해 제 1 전극의 저항을 저감시킬 수 있다. 또한, 도전 부재와 집전 배선이 접속됨으로써, 도전 부재와 제 1 전극의 접속 저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자 모듈의 효율을 높일 수 있다.
또, 상기 광전 변환 소자 모듈에 있어서, 상기 도전 부재는, 도전성 페이스트, 또는 땜납인 것이 바람직하다.
또한, 상기 광전 변환 소자 모듈에 있어서, 상기 도전 부재는 도전성 페이스트로서, 상기 집전 배선과 상기 도전성 페이스트는, 동일한 재료를 함유하는 것이 바람직하다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈에 의하면, 집전 배선과 도전 부재의 접속성이 우수하므로, 보다 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속이 우수하다.
또, 본 발명의 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법은, 서로 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 접속되는 봉지 부재를 갖는 복수의 광전 변환 소자를 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열하여 준비하는 준비 공정과, 상기 복수의 광전 변환 소자끼리를 도전 부재에 의해 전기적으로 접속하는 접속 공정을 구비하는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법으로서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 방향을 따라 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 보는 경우, 상기 봉지 부재의 외주로 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부를 갖고, 상기 접속 공정에 있어서는, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서, 일방의 광전 변환 소자의 상기 제 1 전극에 있어서의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 상기 제 2 전극에 있어서의 연장부를 상기 도전 부재에 의해 접속하고, 상기 제 1 전극에 있어서의 상기 연장부, 및 상기 제 2 전극에 있어서의 상기 연장부의 적어도 일방은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법에 의하면, 접속 공정에 있어서, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서의 일방의 광전 변환 소자의 제 1 전극의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 제 2 전극의 연장부가 도전 부재에 의해 접속된다. 이 때, 이 제 1 전극의 연장부와 제 2 전극의 연장부의 적어도 일방은 가요성을 가지므로, 가요성을 갖는 연장부가 만곡될 수 있다. 따라서, 접속 공정에 있어서, 도전 부재가 변형되는 경우에 있어서도, 도전 부재의 변형에 추종하도록 가요성을 갖는 연장부가 만곡되고, 도전 부재의 변형을 가요성을 갖는 연장부가 흡수할 수 있다. 이와 같이 하여 적절히 도전 부재와 전극을 접속할 수 있고, 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속 신뢰성이 높은 광전 변환 소자 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 상기 광전 변환 소자도 모듈의 제조 방법에 있어서, 상기 접속 공정에 있어서, 제 1 전극의 연장부와 제 2 전극의 연장부가 가까워지도록, 가요성을 갖는 연장부에 힘을 가하면서, 상기 제 1 전극의 연장부 및 상기 제 2 전극의 연장부와 상기 도전 부재를 접속하는 것이 바람직하다.
이와 같은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법에 의하면, 도전 부재가 변형되는 경우에도, 제 1 전극의 연장부와 제 2 전극의 연장부가 가까워지도록 가해지는 힘에 의해, 가요성을 갖는 연장부가 도전 부재의 변형에 대해 적절히 추종할 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자끼리의 전기적 접속의 신뢰성이 보다 높은 광전 변환 소자 모듈을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광전 변환 소자끼리의 전기적 접속을 양호하게 할 수 있는 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법이 제공된다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 4 는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 5 는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 6 은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 접속 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7 은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 8 은 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 접속 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12 는 종래의 광전 변환 소자의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 13 은 종래의 광전 변환 소자의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 본 발명에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 바람직한 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이 광전 변환 소자 모듈 (1) 은, 평면 형상으로 나열되는 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 와, 이들 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리를 전기적으로 접속하는 도전 부재 (30) 를 주된 구성으로서 구비한다.
먼저, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 는, 각각 동일한 구성이기 때문에, 하나의 광전 변환 소자 (10) 에 대해 설명한다.
광전 변환 소자 (10) 는, 작용극 (14) 과, 작용극 (14) 에 대향하여 배치되는 대극 (24) 과, 작용극 (14) 과 대극 (24) 사이에 배치되는 전해질 (18) 과, 전해질 (18) 을 포위하여 봉지하는 봉지 부재 (17) 를 주된 구성으로 한다.
(작용극)
작용극 (14) 은, 절연성의 투명한 판 형상의 기재 (11) 와, 기재 (11) 의 일방의 표면 상에 형성되는 투명 도전막 (12) 으로 구성되는 제 1 전극 (15), 및 투명 도전막 (12) 의 기재 (11) 측과는 반대측의 표면 상에 형성되고, 적어도 일부에 광 증감 색소를 담지하는 다공질 산화물 반도체층 (13) 으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 작용극 (14) 은, 광 투과성을 갖고 있으면, 가요성을 갖고 있어도, 가요성을 갖고 있지 않아도 된다.
판 형상의 기재 (11) 는, 평면 형상으로 나열되는 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리로 일체로 되어 있다.
기재 (11) 는, 투명한 재료로 구성되어 있다. 이와 같은 투명한 재료로는, 광 투과성 재료이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 등, 통상 광전 변환 소자 (10) 의 투명한 기재로서 사용되는 것이면 어떠한 것이어도 사용할 수 있다. 기재 (11) 는, 이들 중에서 전해액에 대한 내성 등을 고려하여 적절히 선택된다. 또, 기재 (11) 는, 가능한 한 광 투과성이 우수한 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 투과율이 90 % 이상인 재료로 구성되는 것이 보다 바람직하다.
투명 도전막 (12) 은, 기재 (11) 의 일방의 표면 상에 있어서 형성되는 박막으로 구성된다. 또, 투명 도전막 (12) 은, 각각의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 마다에 있어서, 투명 도전막 (12) 끼리가 분리되도록 형성되어 있다.
또, 투명 도전막 (12) 은, 투명성, 및 도전성을 현저하게 저해하지 않는 구조로 하기 위해, 도전성 금속 산화물로 이루어지는 박막인 것이 바람직하다. 이와 같은 투명 도전막 (12) 을 형성하는 도전성 금속 산화물로는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 주석 첨가 산화인듐 (ITO), 불소 첨가 산화주석 (FTO), 산화주석 (SnO2) 등을 들 수 있다. 그 중에서도 FTO 만으로 이루어지는 단층의 막, 또는 ITO 로 이루어지는 막에 FTO 로 이루어지는 막이 적층되어 이루어지는 적층막으로 구성되는 것이, 가시역에 있어서의 광의 흡수량이 적고, 도전율이 높고, 내열성이 우수하므로 바람직하다.
다공질 산화물 반도체층 (13) 은, 투명 도전막 (12) 의 기재 (11) 측과는 반대측의 표면 상에 형성되어 있고, 그 표면에는 광 증감 색소가 담지되어 있다. 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성하는 산화물 반도체로는 특별히 한정되지는 않지만, 통상 광전 변환 소자용 다공질 산화물 반도체층을 형성하는 데에 사용되는 산화물 반도체이면, 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이와 같은 산화물 반도체로는, 예를 들어 산화티탄 (TiO2), 산화주석 (SnO2), 산화아연 (ZnO), 산화니오브 (Nb2O5), 산화텅스텐 (WO3) 등을 들 수 있고, 이들의 2 종류 이상에 의해 구성되어도 된다.
이들 산화물 반도체의 입자의 평균 입경은 1∼1000 ㎚ 인 것이, 광 증감 색소로 덮이는 산화물 반도체의 표면적이 커지고, 즉 광전 변환을 실시하는 부분이 넓어지고, 보다 많은 전자를 생성할 수 있으므로 바람직하다. 또, 다공질 산화물 반도체층 (13) 은, 입도 분포가 상이한 산화물 반도체 입자를 적층시켜 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 반도체층 내에서 반복하여 광의 반사를 일으키게 하는 것이 가능해지고, 다공질 산화물 반도체층 (13) 의 외부로 빠져나가는 입사광을 적게 하여, 효율적으로 광을 전자로 변환할 수 있다. 다공질 산화물 반도체층 (13) 의 두께는, 예를 들어 0.5∼50 ㎛ 로 하면 된다. 또한, 다공질 산화물 반도체층 (13) 은, 상이한 재료로 이루어지는 복수의 산화물 반도체의 적층체로 구성할 수도 있다.
다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성하는 방법으로는, 예를 들어 시판되는 산화물 반도체의 미립자를 원하는 분산매에 분산시킨 분산액, 혹은 졸-겔법에 의해 조제할 수 있는 콜로이드 용액을, 필요에 따라 원하는 첨가제를 첨가한 후, 스크린 프린트법, 잉크젯 프린트법, 롤 코트법, 독터 블레이드법, 스프레이 도포법 등 공지된 도포 방법에 의해 도포한 후, 소결함으로써 얻어진다.
광 증감 색소로는, 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함하는 루테늄 착물, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착물을 비롯하여, 에오신, 로다민, 메로시아닌 등의 유기 색소 등을 적용할 수 있고, 이들 중에서, 용도, 사용 반도체에 적합한 여기 거동을 취하는 것을 적절히 선택하면 된다.
(전해질)
전해질 (18) 은, 작용극 (14) 과 대극 (24) 사이에 있어서 다공질 산화물 반도체층 (13) 의 주위에 배치된다. 전해질 (18) 은, 다공질 산화물 반도체층 (13) 내에 전해액을 함침시켜 이루어지는 것이나, 또는 다공질 산화물 반도체층 (13) 내에 전해액을 함침시킨 후, 이 전해액을 적당한 겔화제를 이용하여 겔화 (의고체화) 하여, 다공질 산화물 반도체층 (13) 과 일체로 형성되어 이루어지는 것, 혹은 이온 액체, 산화물 반도체 입자 및 도전성 입자를 포함하는 겔상의 전해질이 사용된다.
상기 전해액으로는, 요오드, 요오드화물 이온, tert-부틸피리딘 등의 전해질 성분이, 에틸렌카보네이트나 메톡시아세토니트릴 등의 유기 용매나 이온 액체에 용해되어 이루어지는 것이 사용된다. 이 전해액을 겔화할 때 사용되는 겔화제로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드 유도체, 아미노산 유도체 등을 들 수 있다.
상기 이온 액체로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실온에서 액체이고, 예를 들어 4 급화된 질소 원자를 갖는 화합물을 카티온으로 한 상온 용융염을 들 수 있다. 상온 용융염의 카티온으로는, 4 급화 이미다졸륨 유도체, 4 급화 피리디늄 유도체, 4 급화 암모늄 유도체 등을 들 수 있다. 상온 용융염의 아니온으로는, BF4 -, PF6 -, (HF)n -, 비스트리플루오로메틸술포닐이미드 [N(CF3SO2)2 -], 요오드화물 이온 등을 들 수 있다. 이온 액체의 구체예로는, 4 급화 이미다졸륨계 카티온과 요오드화물 이온 또는 비스트리플루오로메틸술포닐이미드 이온 등으로 이루어지는 염류를 들 수 있다.
상기 산화물 반도체 입자로는, 물질의 종류나 입자 사이즈 등이 특별히 한정되지 않지만, 이온 액체를 주체로 하는 전해액과의 혼화성이 우수하고, 이 전해액을 겔화시키는 것을 들 수 있다. 또, 산화물 반도체 입자는, 전해질의 반도전성을 저하시키지 않고, 전해질에 포함되는 다른 공존 성분에 대한 화학적 안정성이 우수한 것이 바람직하다. 특히, 전해질이 요오드/요오드화물 이온이나, 브롬/브롬화물 이온 등의 산화 환원쌍을 포함하는 경우라도, 산화물 반도체 입자는, 산화 반응에 의한 열화를 일으키지 않는 것이 바람직하다.
이와 같은 산화물 반도체 입자로는, TiO2, SnO2, SiO2, ZnO, Nb2O5, In2O3, ZrO2, Al2O3, WO3, SrTiO3, Ta2O5, La2O3, Y2O3, Ho2O3, Bi2O3, CeO2 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 들 수 있고, TiO2, SiO2 가 특히 바람직하다. 또, 이 TiO2, SiO2 의 평균 입경은, 2 ㎚∼1000 ㎚ 정도인 것이 바람직하다.
또, 상기 도전성 미립자로는, 도전체나 반도체 등, 도전성을 갖는 입자가 사용된다. 이 도전성 입자의 비저항의 범위는, 바람직하게는 1.0 × 10-2 Ω·㎝ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.0 × 10-3 Ω·㎝ 이하이다. 또, 도전성 입자의 종류나 입자 사이즈 등은 특별히 한정되지 않지만, 이온 액체를 주체로 하는 전해액과의 혼화성이 우수하고, 이 전해액을 겔화하는 것이 바람직하다. 또한, 전해질에 포함되는 다른 공존 성분에 대한 화학적 안정성이 우수한 것이 바람직하다. 특히, 전해질이 요오드/요오드화물 이온이나, 브롬/브롬화물 이온 등의 산화 환원쌍을 포함하는 경우에도, 산화 반응에 의한 열화를 일으키지 않는 것이 바람직하다.
이와 같은 도전성 미립자로는, 카본을 주체로 하는 물질로 이루어지는 것을 들 수 있고, 구체적으로는, 카본 나노 튜브, 카본 파이버, 카본 블랙 등의 입자를 들 수 있다. 이들 물질의 제조 방법은 모두 공지되어 있고, 또 시판품을 사용할 수 있다.
(대극)
대극 (24) 은, 작용극 (14) 과 대향하여 형성되고, 얇은 도전판 (21) 및 촉매층 (22) 으로 구성된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 대극 (24) 이 제 2 전극 (25) 이 된다.
또, 대극 (24) 은, 전체적으로 가요성을 갖고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 대극 (24) 은, 가요성을 갖고 있으면, 광 투과성을 갖고 있어도, 광 투과성을 갖고 있지 않아도 된다.
이와 같은 대극 (24) 의 도전판 (21) 의 재료로는, 가요성을 갖는 도전물이면 광 투과성의 유무에 관계없이, 특별히 제한되지는 않지만, 대극 (24) 이 특별히 광 투과성을 갖지 않는 경우에는, 예를 들어 티탄, 니켈, 백금 등의 금속이나, ITO, FTO 등의 산화물 도전체, 카본 등을 들 수 있다. 이 경우, 산화물 도전체는 착색되어 있어도 된다. 또, 도전판 (21) 은, 산화물 도전체나 카본 등의 박막이, 수지나 유리 등의 표면에 형성되는 구성이어도 된다. 또, 대극 (24) 이 광 투과성을 갖는 경우에는, 예를 들어 도전판 (21) 은, 절연성의 투명한 기재와, 이 기재의 작용극측의 표면 상에 투명 도전막이 형성되는 구성이 된다. 이 경우, 특별히 제한되지는 않지만, 대극 (24) 의 절연성의 투명한 기재는, 예를 들어 작용극 (14) 의 기재 (11) 와 동일한 재료에 의해 구성되고, 대극 (24) 의 투명 도전막은, 예를 들어 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 과 동일한 구성이 된다.
또, 촉매층 (22) 은, 예를 들어 탄소나 백금 등에 의해 구성된다. 또한, 도전판 (21) 이 백금인 경우에는, 촉매층 (22) 은 형성되지 않아도 된다.
(봉지 부재)
봉지 부재 (17) 는, 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 및 대극 (24) 인 제 2 전극 (25) 과 접속되고, 전해질 (18) 을 포위하여 봉지하고 있다. 이와 같은 봉지 부재 (17) 로는, 작용극 (14) 및 대극 (24) 에 대한 접착성이 우수한 것이고, 밀봉성이 우수한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로는, 예를 들어 아이오노머, 에틸렌-비닐아세트산 무수물 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 자외선 경화 수지, 및 비닐알코올 중합체를 들 수 있다. 이와 같은 수지로는, 예를 들어 분자 사슬 중에 카르복실산기를 갖는 열가소성 수지로 이루어지는 접착제 등을 들 수 있고, 하이밀란 (미츠이듀폰 폴리케미컬사 제조), 바이넬 (듀폰사 제조), 아론알파 (토아 합성사 제조) 등 외에, UV 경화 가능한 재료 [예를 들어, 31X-101 (스리본드사 제조)] 등을 들 수 있다. 또한, 봉지 부재 (17) 는 수지만으로 구성되어도 되고, 수지와 무기 필러로 구성되어 있어도 된다.
또, 이 봉지 부재 (17) 는, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 연결하는 방향을 따라 작용극 (14) 및 대극 (24) 을 보는 경우, 봉지 부재 (17) 의 외주에 의해 포위되는 영역으로부터, 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 및 대극 (24) 으로서의 제 2 전극 (25) 이 연장되도록 형성되어 있다. 따라서, 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 은, 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역으로부터 외측으로 연장되는 연장부 (15a) 를 갖고, 대극 (24) 으로서의 제 2 전극 (25) 은, 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역으로부터 외측으로 연장되는 연장부 (25a) 를 갖는다. 또한, 대극 (24) 이 가요성을 가지므로, 연장부 (25a) 는 가요성을 갖고 있다. 이 가요성을 갖는 연장부 (25a) 의 폭으로는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 봉지 부재 (17) 의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 연장부 (25a) 의 가요성의 정도로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 연장부 (25a) 가 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 의 표면에 도달하기 직전 정도까지 만곡되는 것이 바람직하다.
다음으로, 각 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리의 전기적인 접속에 대해 설명한다.
상기 서술한 바와 같이 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 은, 대극 (24) 측과 반대측에 기재 (11) 를 갖고 있고, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 의 각각에 있어서의 기재 (11) 끼리가 일체로 되어 있다. 이 때문에, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 는, 작용극 (14) 으로부터 대극 (24) 을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열되어 있다. 또, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 는, 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 과, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 이, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 연결하는 방향을 따라 작용극 (14) 및 대극 (24) 을 보는 경우, 겹치도록 배치되어 있다.
그리고, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 에 있어서, 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 과, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 이, 도전 부재 (30) 에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 도전 부재 (30) 는, 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 의 제 1 전극에 있어서의 연장부 (15a), 및 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 으로서의 제 2 전극 (25) 에 있어서의 연장부 (25a) 와 접속되어 있다. 이와 같이 하여 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 는, 제 1 전극 (15) 측으로 만곡된 상태로 도전 부재 (30) 와 접속되어 있다.
도전 부재 (30) 로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 도전성 페이스트나 땜납을 들 수 있다.
도전성 페이스트로는, 도전물과 바인더 수지의 혼합물로 이루어지는 페이스트를 들 수 있다. 도전물로는, 금, 백금, 주석, 은, 니켈, 카본, 구리 중 1 또는 2 이상을 포함하는 것을 들 수 있다. 또한, 도전물은 입자 형상인 것이 바람직하다. 바인더로는, 아크릴 수지, 아세트산비닐 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 중 1 또는 2 이상을 사용하는 것을 들 수 있다. 또, 바인더의 사용량은, 도전물 100 중량부에 대해 0.2∼10 중량부, 바람직하게는 0.5∼5 중량부인 것이 바람직하다. 이와 같은 도전성 페이스트는 적절히 변형되고, 인접하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 의 접속부에 있어서, 광전 변환 소자 (10B) 의 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 를 광전 변환 소자 (10A) 의 제 1 전극 (15) 측으로 의도적으로 만곡시킨 상태에서, 광전 변환 소자 (10B) 의 제 2 전극 (25) 을 도전 부재 (30) 와 접속시킬 수 있다. 이로써, 제 1 전극 (15) 및 제 2 전극 (25) 과 도전 부재 (30) 의 밀착이 용이해지고, 또한 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또, 땜납으로는, 특별히 제한되지는 않지만, 고융점 땜납이나 저융점 땜납을 들 수 있다. 고융점 땜납으로는, 융점이 200 ℃ 이상 (예를 들어 210 ℃ 이상) 인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 고융점 땜납으로는, Sn-Cu 계, Sn-Ag 계, Sn-Ag-Cu 계, Sn-Au 계, Sn-Sb 계, Sn-Pb 계 (Pb 함유량은 예를 들어 85 질량% 초과) 등을 들 수 있고, 이들 중 1 개를 단독으로 사용해도 되고, 2 이상을 병용해도 된다. 이와 같은 고융점 땜납을 사용함으로써, 제 2 전극 (25) 의 도전판 (21) 이 티탄과 같은 납땜하기 어려운 금속인 경우에 있어서도, 용이하게 접속할 수 있다. 한편, 저융점 땜납으로는, 예를 들어 융점이 200 ℃ 미만인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 땜납으로는, 공정 (共晶) 타입 (예를 들어 Sn-Pb 등) 이나, 납프리 타입 (예를 들어 Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn, Sn-Zn-B 등) 등을 들 수 있다. 저융점 땜납을 사용함으로써, 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리의 전기적인 접속을 실시할 때, 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 담지되는 광 증감 색소나, 전해질 (18) 이 고온이 되는 것을 억제할 수 있고, 이로써 광 증감 색소나 전해질 (18) 이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에 의한 광전 변환 소자 모듈 (1) 에 의하면, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 에 있어서, 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 제 1 전극 (15) 에 있어서의 연장부 (15a) 와, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 제 2 전극 (25) 에 있어서의 연장부 (25a) 가 도전 부재 (30) 에 의해 접속된다. 그리고, 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 는 가요성을 갖는다. 따라서, 외부로부터 힘이 가해지고, 도전 부재 (30) 와 제 1 전극 (15) 혹은 제 2 전극 (25) 과의 사이에 응력이 가해지는 경우나, 도전 부재 (30) 가 시간 경과적으로 변형되어 도전 부재 (30) 와 제 1 전극 (15) 혹은 제 2 전극 (25) 과의 사이에 응력이 가해지는 경우에 있어서도, 가요성을 갖는 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 가 만곡됨으로써, 이 응력을 흡수한다. 이와 같이 가요성을 갖는 연장부 (25a) 에 의해 응력이 흡수됨으로써, 도전 부재 (30) 와 제 1 전극 (15) 혹은 제 2 전극 (25) 과의 단선 등이 억제된다. 따라서, 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리의 전기적 접속의 신뢰성을 높게 할 수 있다.
또, 광전 변환 소자 모듈 (1) 은, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 가, 기재 (11) 를 개재하여 일체가 된다. 따라서, 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 끼리의 상대적인 위치가 변화되는 것이 억제된다. 이 때문에 작용극 (14) 및 대극 (24) 과 도전 부재 (30) 사이에 응력이 가해지는 것이 억제되고, 보다 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리의 접속 신뢰성을 높게 할 수 있다.
또한, 광전 변환 소자 모듈 (1) 은, 제 2 전극 (25) 에 있어서의 연장부 (25a) 는, 제 1 전극 (15) 측으로 만곡되어 도전 부재 (30) 와 접속되기 때문에, 도전 부재 (30) 가, 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 에 있어서, 제 1 전극 (15) 측과 반대측으로 비어져 나온 상태에서 접속되는 경우에 있어서도, 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 두께를 억제할 수 있다. 또한, 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 가 제 1 전극 (15) 측으로 만곡되어 있으므로, 제 2 전극 (25) 에는 제 1 전극 (15) 측에 가압되는 응력이 부여된다. 따라서, 대극 (24) 과 봉지 부재 (17) 가 보다 강고하게 접속되고, 광전 변환 소자 모듈 (1) 은 우수한 내구성을 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법에 대해 설명한다.
광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법은, 도 1 에 나타내는 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 를 제 1 전극 (15) 으로부터 제 2 전극 (25) 을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열하여 준비하는 준비 공정과, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리를 도전 부재 (30) 에 의해 전기적으로 접속하는 접속 공정으로 구성된다.
먼저, 도 1 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (1) 에 있어서, 도전 부재 (30) 로서 도전성 페이스트가 사용되는 경우의 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 제조하는 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2∼도 5 는, 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이고, 도 6 은, 접속 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
(준비 공정)
각 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 는, 작용극 (14) 및 대극 (24) 을 준비하고, 봉지 부재 (17) 에 의해 작용극 (14) 과 대극 (24) 사이에 전해질 (18) 이 봉지되도록 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 부착시킴으로써 얻을 수 있다.
작용극 (14) 은, 다음의 공정에 의해 얻을 수 있다.
먼저, 투명한 기재 (11) 의 일방의 면의 전체역을 덮도록 투명 도전막 (12) 을 형성하여, 투명 도전성 기판을 제조한다. 다음으로 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 스크라이브 등을 이용하여, 투명 도전막 (12) 을 원하는 지점에 있어서 절단한다. 이렇게 하여 제 1 전극 (15) 을 얻는다.
투명 도전막 (12) 을 형성하는 방법으로는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 스퍼터링법, CVD (화학 기상 성장) 법, 스프레이 열분해법 (SPD 법), 증착법 등의 박막 형성법을 들 수 있다.
그 중에서도, 상기 투명 도전막 (12) 은, 스프레이 열분해법에 의해 형성된 것이 바람직하다. 투명 도전막 (12) 을 스프레이 열분해법에 의해 형성함으로써, 용이하게 헤이즈율을 제어할 수 있다. 또, 스프레이 열분해법은, 감압 시스템이 불필요하기 때문에, 제조 공정의 간소화 저비용화를 도모할 수 있으므로 바람직하다.
다음으로, 제 1 전극 (15) 의 투명 도전막 (12) 상의 소정 위치에, 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성한다. 이 다공질 산화물 반도체층 (13) 의 형성은, 주로 도포 공정과 건조·소성 공정으로 이루어진다.
도포 공정에 있어서는, 예를 들어 TiO2 분말과 계면 활성제를 소정의 비율로 혼합하여 이루어지는 TiO2 콜로이드의 페이스트를, 친수성화를 도모한 투명 도전막 (12) 의 표면에 도포한다. 도포 방법으로는, 스크린 프린트법, 잉크젯 프린트법, 롤 코트법, 독터 블레이드법, 스프레이 도포법 등 공지된 도포법을 이용하면 된다.
건조·소성 공정에 있어서는, 예를 들어 대기 분위기 중에 대략 30 분간, 실온에서 방치함으로써 도포된 콜로이드를 건조시킨 후, 전기로를 이용하여 대략 30 분간, 350∼550 ℃ 의 온도에서 소성한다.
다음으로, 이 도포 공정과 건조·소성 공정에 의해 형성된 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 대해 광 증감 색소의 담지를 실시한다.
광 증감 색소의 담지용 색소 용액은, 예를 들어 아세토니트릴과 t-부탄올을 용적비로 1:1 로 한 용매에 대해, 극미량의 N719 분말을 추가하여 조정한 것을 미리 준비한다.
다음으로, 샬레 형상의 용기 내에 넣은 색소 용액에, 별도 전기로에서 120∼150 ℃ 정도로 가열 처리한 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 담근 상태로 하고, 어두운 곳에서 하루종일 (대략 20 시간) 침지한다. 그 후, 색소 용액으로부터 꺼낸 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 아세토니트릴과 t-부탄올로 이루어지는 혼합 용액을 이용하여 세정한다.
이렇게 하여 광 증감 색소를 담지한 다공질 산화물 반도체층 (13) 이 투명 도전막 (12) 상에 형성된 작용극 (14) 을 얻는다.
한편, 대극 (24) 은, 다음의 공정에 의해 얻을 수 있다.
먼저, 얇은 도전판 (21) 을 준비한다. 도전판 (21) 이 티탄이나 니켈 등의 금속판이나 ITO, FTO 등의 산화물 도전체, 카본 등인 경우에는, 금속판이나 산화물 도전체, 카본 등이 그대로 도전판 (21) 이 되고, 도전성 산화물이나 카본 등의 박막이 수지나 유리 등의 표면에 형성되는 경우에는, 수지나 유리 등을 준비하고, 이 표면에 도전성 산화물이나 카본의 박막을 형성하면 된다. 이 도전성 산화물이나 카본은, 스퍼터링법 등에 의해, 수지나 유리 등의 표면에 형성하면 된다. 또, 도전판 (21) 이, 절연성의 투명한 기재 상에 투명 도전막이 형성되는 구성인 경우에는, 절연성의 투명한 기재를 준비하여, 이 표면 상에 투명 도전막을 형성함으로써 도전판 (21) 을 얻는다. 투명 도전막을 형성하는 공정은, 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 을 형성하는 공정과 동일한 방법으로 실시하면 된다.
그리고, 준비한 도전판 (21) 의 표면 상에 백금 등으로 이루어지는 촉매층 (22) 을 형성한다. 촉매층 (22) 의 형성은, 스퍼터링법 등에 의해 형성한다. 이로써 도전판 (21) 과 촉매층 (22) 을 갖는 제 2 전극 (25) 을 얻는다. 그리고, 이 제 2 전극 (25) 이 그대로 대극 (24) 이 된다. 또한, 도전판 (21) 이 백금인 경우에는, 촉매층 (22) 은 형성되지 않아도 된다.
이렇게 하여 대극 (24) 을 얻는다.
다음으로, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 상에, 봉지 부재 (17) 가 되기 위한 수지 (17s) 또는 그 전구체를 형성한다. 이 때 수지 (17s) 또는 그 전구체는, 작용극 (14) 의 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 포위하도록 형성한다. 수지 (17s) 가 열가소성 수지인 경우에는, 용융시킨 수지를 작용극 (14) 상에 도포한 후에 실온에서 자연 냉각시키거나, 필름상의 수지를 작용극 (14) 에 접촉시키고, 외부의 열원에 의해 수지를 가열 용융시킨 후에 실온에서 자연 냉각시킴으로써 수지 (17s) 를 얻을 수 있다. 열가소성 수지로는, 예를 들어 아이오노머나 에틸렌-메타크릴산 공중합체가 사용된다. 수지 (17s) 가 자외선 경화 수지인 경우에는, 수지 (17s) 의 전구체인 자외선 경화성 수지를 작용극 (14) 상에 도포한다. 수지 (17s) 가 수용성 수지인 경우에는, 수지를 포함하는 수용액을 작용극 (14) 상에 도포한다. 수용성 수지로서, 예를 들어 비닐알코올 중합체가 사용된다.
다음으로, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 작용극 (14) 상으로서 봉지 부재 (17) 가 되기 위한 수지 (17s) 또는 그 전구체의 외측에 도전성 페이스트 (31) 를 배치한다. 도전성 페이스트 (31) 를 배치하는 방법으로는, 예를 들어 스크린 프린트법, 잉크젯 프린트법, 롤 코트법, 독터 블레이드법, 스프레이 도포법 등을 들 수 있다.
다음으로, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 전해질 (18) 을 주입하여, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 첩합시키고, 각 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 로 한다. 구체적으로는, 작용극 (14) 상의 수지 (17s) 또는 그 전구체로 포위된 영역에 전해질을 충전하여, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 대향시키고, 작용극 (14) 상의 수지 (17s) 를 대극 (24) 과 접촉시킨다. 그 후, 감압 환경하에서, 수지 (17s) 가 열가소성 수지인 경우에는, 수지를 가열 용융시키고, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 접착시킨다. 이렇게 하여 봉지 부재 (17) 가 얻어진다. 수지 (17s) 가 자외선 경화 수지인 경우에는, 작용극 (14) 상의 수지 (17s) 를 대극 (24) 과 접촉 시킨 후에 자외선에 의해, 자외선 경화성 수지를 경화시켜 봉지 부재 (17) 가 얻어진다. 수지 (17s) 가 수용성 수지인 경우에는, 작용극 (14) 상의 수지 (17s) 를 대극 (24) 과 접촉시킨 후에 실온에서 건조시킨 후, 저습 환경하에서 건조시켜 봉지 부재 (17) 가 얻어진다.
이렇게 하여, 작용극 (14) 으로부터 대극 (24) 을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열된 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B)) 를 얻을 수 있다.
또한, 전해질이 액체인 경우에는, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 첩합시키기 전에 전해질을 주입하지 않고 첩합시켜도 된다. 이 경우에는, 예를 들어 사전에 대극 (24) 에, 그 두께 방향으로 관통하는 구멍을 적어도 2 지점 형성한다. 그리고, 일방의 구멍으로부터 작용극 (14) 과 대극 (24) 과 봉지 부재 (17) 에 의해 둘러싸인 공간 내에, 전해질을 주입하여 전해질 (18) 로 하고, 그 후 이들 구멍을 봉지한다.
(접속 공정)
다음으로, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리를 도전성 페이스트 (31) 에 의해 전기적으로 접속한다.
복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리를 도전성 페이스트 (31) 에 의해 전기적으로 접속하기 위해서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 작용극 (14) 이 도시되지 않은 작업대 상에 배치된 상태에서, 대극 (24) 인 제 2 전극 (25) 의 연장부 (25a) 가 작용극 (14) 의 제 1 전극 (15) 에 있어서의 연장부 (15a) 에 가까워지도록, 연장부 (25a) 에 힘을 가하여, 연장부 (25a) 를 연장부 (15a) 측으로 만곡시킨다. 이렇게 하여 대극 (24) 과 도전성 페이스트 (31), 및 작용극 (14) 과 도전성 페이스트 (31) 를 접촉시킨다. 그 후, 대극 (24) 과 도전성 페이스트 (31), 및 작용극 (14) 과 도전성 페이스트 (31) 가 접촉한 상태에서, 도전성 페이스트 (31) 가 경화되고, 도전 부재 (30) 로서 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 전기적으로 접속한다.
대극 (24) 이 작용극 (14) 에 가까워지도록, 대극 (24) 의 연장부 (25a) 에 힘을 가하기 위해서는, 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같이, 대극 (24) 을 스펀지 형상의 탄성체 (35) 로 덮고, 대극 (24) 측으로부터 작용극 (14) 측을 향해 소정의 압력을 인가한다. 이로써 가요성을 갖는 대극의 연장부 (25a) 는, 작용극 (14) 측으로 만곡됨과 함께, 도전성 페이스트 (31) 와 밀착된다.
이렇게 하여, 도 1 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 얻는다.
다음으로, 도 1 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (1) 에 있어서, 도전 부재 (30) 로서 땜납이 사용되는 경우의 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 제조하는 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7 은, 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법의 준비 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이고, 도 8 은, 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법의 접속 공정에 있어서의 단면의 모습을 나타내는 단면도이다.
(준비 공정)
먼저, 도 2, 도 3 을 이용하여 설명한 공정과 동일하게 하여, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 준비하고, 작용극 (14) 상, 및 대극 (24) 상에 봉지 부재 (17) 가 되기 위한 수지 또는 그 전구체를 형성한다.
다음으로, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 작용극 (14) 과 대극 (24) 사이에 있어서, 봉지 부재 (17) 에 의해 전해질 (18) 이 봉지되도록, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 첩합시킨다. 전해질 (18) 이 봉지 부재 (17) 에 의해 봉지되도록, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 첩합시키는 공정은, 도전 부재 (30) 로서 도전성 페이스트를 사용한 경우의, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 부착시키는 공정과 동일하게 실시하면 된다.
이렇게 하여, 작용극 (14) 으로부터 대극 (24) 을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열된 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B)) 를 얻을 수 있다.
(접속 공정)
다음으로, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리를 땜납에 의해 전기적으로 접속한다.
먼저, 가열된 땜납 인두의 인두팁 (33), 땜납 (32) 과 제 2 전극 (25) 에 있어서의 연장부 (25a) 를 접촉하도록 한다. 이 때, 연장부 (25a) 는, 연장부 (25a) 가 작용극 (14) 에 가까워지도록, 인두팁 (33) 으로부터 힘이 가해진다. 이렇게 하여 연장부 (25a) 는, 작용극 (14) 측으로 만곡된다. 그리고, 인두팁 (33) 의 열에 의해, 땜납 (32) 이 용융되고, 용융된 땜납 (32) 은, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 의 투명 도전막 (12) 과 대극 (24) 의 연장부 (25a) 사이에 들어간다. 그 후, 인두팁 (33) 을 대극 (24) 의 연장부 (25a) 로부터 떼어 놓음으로써, 땜납 (32) 이 경화되어, 땜납 (32) 은 도전 부재 (30) 로서, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 전기적으로 접속한다.
또한, 땜납 (32) 과 연장부 (25a), 및 땜납 (32) 과 연장부 (15a) 를 접속할 때, 인두팁 (33) 은, 초음파를 발생하도록 진동하는 것이 바람직하다. 이와 같이 인두팁 (33) 이 진동함으로써, 땜납 (32) 의 젖음성이 향상되고, 대극 (24) 의 연장부 (25a) 나 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 에 있어서의 투명 도전막 (12) 과 땜납 (32) 의 접속성이 향상된다. 그리고, 인두팁의 진동 주파수는, 10∼200 kHz 인 것이 바람직하고, 20∼100 kHz 인 것이, 대극 (24) 이나 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 에 흠집을 내는 것을 방지하는 관점에서 보다 바람직하다.
이렇게 하여, 도 1 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 얻는다.
본 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법에 의하면, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 의 각각에 있어서, 작용극 (14) 및 대극 (24) 은, 봉지 부재 (17) 의 외주로 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부 (15a, 16a) 를 갖는다. 그리고, 접속 공정에 있어서, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 에 있어서의 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 와, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 의 연장부 (25a) 가 도전 부재 (31, 32) 에 의해 접속된다. 이 때, 대극 (24) 의 연장부 (25a) 는 가요성을 가지므로, 연장부 (25a) 는 만곡될 수 있다. 따라서, 접속 공정에 있어서, 도전 부재 (31, 32) 가 변형되는 경우에 있어서도, 도전 부재 (31, 32) 의 변형에 추종하도록 연장부 (25a) 가 만곡되고, 도전 부재 (31, 32) 의 변형을 연장부 (25a) 가 흡수할 수 있다. 이와 같이 하여 적절히 도전 부재 (31, 32) 와 작용극 (14) 및 대극 (24) 의 연장부 (15a, 16a) 를 접속할 수 있고, 광전 변환 소자 (10A, 10B) 끼리의 전기적인 접속 신뢰성이 높은 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 제조할 수 있다.
또, 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 제조 방법에 있어서는, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 와 대극 (24) 의 연장부 (25a) 가 가까워지도록 대극 (24) 의 연장부 (25a) 에 힘이 가해진다. 따라서, 도전 부재 (31, 32) 가 변형되는 경우라도, 연장부 (25a) 가, 도전 부재 (31, 32) 의 변형에 대해 적절히 추종할 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자 (10A, 10B) 끼리의 전기적인 접속 신뢰성이 보다 높은 광전 변환 소자 모듈 (1) 을 제조할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 도 9 를 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다. 도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광전 변환 소자 모듈 (2) 은, 작용극 (14) 및 대극 (24) 이 제 1 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (1) 과 상이하다.
본 실시형태에 있어서의 작용극 (14) 은, 투명 도전막 (12) 이, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 마다 개별적으로 형성되는 투명한 기재 (41) 상에 형성되는 점에서 제 1 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 작용극 (14) 과 상이하다.
작용극 (14) 은, 전체적으로 광 투과성 및 가요성을 갖고 있고, 봉지 부재 (17) 의 외주로 포위되는 영역으로부터 연장되는 연장부 (15a) 를 갖고 있다. 따라서, 이 연장부 (15a) 는 가요성을 갖는다. 이 가요성을 갖는 연장부 (15a) 의 폭으로는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 봉지 부재 (17) 의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 그리고, 연장부 (15a) 의 가요성의 정도로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 연장부 (15a) 가 대극 (24) 의 표면에 도달하기 직전 정도까지 만곡되는 것이 바람직하다.
이와 같은 작용극 (14) 의 기재 (41) 를 구성하는 재료로는, 투명하고 가요성을 갖는 재료이면, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰 등을 들 수 있다. 기재 (41) 는, 이들 중에서 전해액에 대한 내성 등을 고려하여 적절히 선택된다. 또, 기재 (41) 는, 가능한 한 광 투과성이 우수한 재료로 구성되는 것이 바람직하고, 투과율이 90 % 이상인 재료로 구성되는 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태의 대극 (24) 은, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 끼리로 일체가 되는 기재 (40) 와, 기재 (40) 상에 있어서, 각각의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 마다 형성되는 도전판 (21) 과, 도전판 (21) 의 표면 상에 형성되는 촉매층 (22) 을 갖는 점에서 제 1 실시형태의 광전 변환 소자 모듈 (1) 의 대극 (24) 과 상이하다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 대극 (24) 은, 가요성을 갖고 있어도, 가요성을 갖고 있지 않아도 되고, 광 투과성이어도, 광 투과성이 아니어도 된다.
기재 (40) 는, 대극 (24) 이 특별히 광 투과성을 갖지 않는 경우에는, 대극 (24) 의 재료는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 절연성 재료에 의해 구성되거나, 도전판 (21) 과의 사이에 도시되지 않은 절연체가 형성되는 금속판에 의해 구성된다. 이와 같은 절연성 재료로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴, 불소 수지, 염화비닐 등의 수지, 알루미나 등의 세라믹, 유리 등을 들 수 있다. 또, 기재 (40) 에 사용되는 절연체가 형성되는 금속판으로는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 니켈판, 스테인리스 스틸판 (SUS), 철판 등을 들 수 있다. 또, 대극 (24) 이 광 투과성을 갖는 경우에는, 기재 (40) 는, 예를 들어 제 1 실시형태에 있어서의 기재 (11) 와 동일한 재료에 의해 구성된다.
도전판 (21) 의 재료로는, 도전물이면 광 투과성의 유무에 관계없이, 특별히 제한되지는 않지만, 대극 (24) 이 특별히 광 투과성을 갖지 않는 경우에는, 예를 들어 티탄, 니켈, 백금 등의 금속이나, ITO, FTO 등의 산화물 도전체, 카본 등을 들 수 있다. 이 경우, 산화물 도전체는 착색되어 있어도 된다. 또, 산화물 도전체나 카본 등은, 수지나 유리 등의 표면에 형성되는 박막이어도 된다. 또, 대극 (24) 이 광 투과성을 갖는 경우에는, 도전판 (21) 은, 예를 들어 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 과 동일한 재료에 의해 구성된다.
그리고, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 에 있어서, 일방의 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 과, 타방의 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 이, 도전 부재 (30) 에 의해 접속되어 있다. 구체적으로는, 도전 부재 (30) 는, 광전 변환 소자 (10A) 의 작용극 (14) 의 연장부 (15a), 및 광전 변환 소자 (10B) 의 대극 (24) 의 연장부 (25a) 와 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 서로 이웃하는 광전 변환 소자 (10A, 10B) 가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 는, 대극 (24) 측으로 만곡된 상태에서 도전 부재 (30) 와 접속되어 있다.
대극 (24) 의 기재 (40) 가, 도전판 (21) 과의 사이에 절연체가 형성되는 금속판에 의해 구성되는 경우에는, 기재 (40) 가 수지 등에 의해 구성되는 경우와 비교하여, 기재 (40) 는 강성이 높기 때문에 기재 (40) 를 얇게 할 수 있다.
다음으로, 광전 변환 소자 모듈 (2) 의 제조 방법에 대해 설명한다.
(준비 공정)
먼저, 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 마다 기재 (41) 를 준비한다. 그리고, 이 기재 (41) 의 일방의 표면 상에 투명 도전막 (12) 을 형성한다. 투명 도전막 (12) 의 형성은, 제 1 실시형태에 있어서의 투명 도전막 (12) 과 동일한 방법에 의해 형성하면 된다. 그리고, 제 1 실시형태와 동일하게 하여, 투명 도전막 (12) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성하고, 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 광 증감 색소와 담지시켜 작용극 (14) 을 얻는다.
한편, 대극 (24) 은, 도전판 (21) 이 금속이나 산화물 도전체, 카본 등에 의해 구성되는 경우에는, 기재 (40) 를 준비하여, 기재 (40) 상에 도전판 (21) 을 접착제 등에 의해 첩착 (貼着) 한다. 또, 도전판 (21) 이, 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 과 동일한 재료에 의해 구성되는 경우에는, 준비한 투명한 기재 (40) 의 일방의 면 상에 도전판 (21) 으로서의 투명 도전막을 형성한다. 투명 도전막의 형성은, 제 1 실시형태에 있어서의 투명 도전막 (12) 과 동일한 방법에 의해 형성하면 된다.
그 후, 제 1 실시형태와 동일하게 하여 봉지 부재 (17) 를 이용하여 봉지를 실시한다.
(접속 공정)
도전 부재 (30) 가 도전성 페이스트인 경우에는, 대극 (24) 이 도시되지 않은 작업대 상에 배치된 상태에서, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 가 대극 (24) 의 연장부 (25a) 에 가까워지도록, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 에 힘을 가하여, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 를 대극 (24) 측으로 만곡시킨다. 이렇게 하여 작용극 (14) 과 도전성 페이스트, 및 대극 (24) 과 도전성 페이스트를 접촉시킨다. 그 후, 대극 (24) 과 도전성 페이스트, 및 작용극 (14) 과 도전성 페이스트가 접촉한 상태에서, 도전성 페이스트가 경화되어, 도전 부재 (30) 로서, 작용극 (14) 과 대극 (24) 이 전기적으로 접속된다.
작용극 (14) 의 연장부 (15a) 가 대극 (24) 의 연장부 (25a) 에 가까워지도록, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 에 힘을 가하기 위해서는, 작용극 (14) 을 스펀지 형상의 탄성체로 덮고, 대극 (24) 을 향해 소정의 압력을 인가한다. 이로써 가요성을 갖는 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 는, 대극 (24) 측으로 만곡됨과 함께, 도전성 페이스트와 밀착된다.
이렇게 하여, 도 9 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (2) 을 얻는다.
또, 도전 부재 (30) 가 땜납인 경우에는, 먼저, 가열된 땜납 인두의 인두팁이, 땜납 및 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 와 접촉하도록 한다. 이 때, 연장부 (15a) 는, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 가 대극 (24) 의 연장부 (25a) 에 가까워지도록, 인두팁에 의해 힘이 가해진다. 이렇게 하여 연장부 (15a) 는, 대극 (24) 측으로 만곡된다. 그리고, 인두팁의 열에 의해, 땜납이 용융되고, 용융된 땜납은, 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 와 대극 (24) 의 연장부 (25a) 사이에 들어간다. 그 후, 인두팁을 연장부 (15a) 로부터 떼어 놓음으로써 땜납이 경화되어, 땜납은 도전 부재 (30) 로서, 작용극 (14) 과 대극 (24) 을 전기적으로 접속한다.
이렇게 하여, 도 9 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (2) 을 얻는다.
(제 3 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 도 10 을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다. 도 10 은, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광전 변환 소자 모듈 (3) 은, 제 1 전극 (15) 이 투명 도전막 (12) 상에 형성되는 집전 배선 (16) 을 갖고, 도전 부재 (30) 는, 작용극 (14) 에 있어서의 집전 배선 (16) 과 접속되는 점에 있어서, 제 1 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (1) 과 상이하다.
집전 배선 (16) 은, 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역으로부터 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 에 걸쳐 형성되어 있다. 또, 집전 배선 (16) 은, 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역에 있어서는, 배선 보호층 (19) 에 의해 전체가 덮여, 전해질 (18) 과 집전 배선 (16) 의 접촉이 방지되고 있다.
집전 배선 (16) 을 구성하는 재료는, 투명 도전막 (12) 보다 낮은 저항을 갖는 재료이면 되고, 이와 같은 재료로는, 예를 들어 금, 은, 구리, 백금, 알루미늄, 티탄 및 니켈 등의 금속을 들 수 있다. 그 중에서도, 도전 부재 (30) 의 도전물과 동일한 재료인 것이 바람직하다. 이와 같이 집전 배선 (16) 을 구성하는 재료와, 도전 부재 (30) 를 구성하는 재료가 동일한 재료인 경우, 집전 배선 (16) 과 도전 부재의 접촉 저항을 억제할 수 있다.
배선 보호층 (19) 을 구성하는 재료로는, 예를 들어 비납계의 투명한 저융점 유리 플릿 등의 무기 절연 재료를 들 수 있다.
배선 보호층 (19) 은, 보다 장기간에 걸쳐 전해질 (18) 과 집전 배선 (16) 의 접촉을 방지하기 위해, 또 전해질 (18) 이 배선 보호층 (19) 과 접촉한 경우의 배선 보호층 (19) 의 용해 성분의 발생을 방지하기 위해, 폴리이미드, 불소 수지, 아이오노머, 에틸렌-비닐아세트산 무수물 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 자외선 경화 수지, 및 비닐알코올 중합체 등의 도시되지 않은 내약품성 수지로 피복되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (3) 에 의하면, 집전 배선 (16) 에 의해 작용극의 저항을 저감시킬 수 있다. 또한, 도전 부재 (30) 와 집전 배선 (16) 이 접속됨으로써, 도전 부재 (30) 와 투명 도전막 (12) 이 직접 접속되는 경우보다, 도전 부재 (30) 와 작용극 (14) 의 접속 저항을 저감시킬 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자 모듈 (3) 의 효율을 높일 수 있다.
다음으로 광전 변환 소자 모듈 (3) 의 제조 방법에 대해 설명한다.
(준비 공정)
먼저, 각 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 의 작용극 (14) 을 준비한다. 작용극 (14) 의 준비는, 제 1 실시형태와 동일한 방법에 의해, 기재 (11) 상에 투명 도전막 (12) 을 형성하고, 투명 도전막 (12) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성한다.
다음으로 투명 도전막 (12) 상에 집전 배선 (16) 을 형성한다. 집전 배선 (16) 은, 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성한 후, 나중에 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역이 되는 영역으로부터 연장부 (15a) 가 되는 영역에 걸쳐 집전 배선 (16) 을 구성하는 금속의 입자를 도막하고, 가열하여 소성함으로써 얻을 수 있다.
배선 보호층 (19) 을 형성하기 위해서는, 예를 들어 상기 서술한 저융점 유리 플릿 등의 무기 절연 재료에, 필요에 따라 증점제, 결합제, 분산제, 용제 등을 배합하여 이루어지는 페이스트를, 스크린 인쇄법 등에 의해 집전 배선 (16) 에 있어서의 봉지 부재 (17) 에 의해 포위되는 영역의 전체를 피복하도록 도포하고, 가열하여 소성함으로써 얻을 수 있다.
또한, 배선 보호층 (19) 이, 상기 서술한 내약품성 수지로 피복되는 경우에는, 용융시킨 내약품성 수지를 배선 보호층 (19) 에 도포한 후에 실온에서 자연 냉각시키거나, 필름상의 내약품성 수지를 배선 보호층 (19) 에 접촉시키고, 외부의 열원에 의해 필름상의 내약품성 수지를 가열 용융시킨 후에 실온에서 자연 냉각시킴으로써 내약품성 수지를 얻을 수 있다. 열가소성의 내약품성 수지로는, 예를 들어 아이오노머나 에틸렌-메타크릴산 공중합체가 사용된다. 내약품성 수지가 자외선 경화 수지인 경우에는, 내약품성 수지의 전구체인 자외선 경화성 수지를 배선 보호층 (19) 에 도포한 후, 자외선에 의해, 상기 서술한 자외선 경화성 수지를 경화시킴으로써 내약품성 수지를 얻을 수 있다. 내약품성 수지가 수용성 수지인 경우에는, 내약품성 수지를 포함하는 수용액을 배선 보호층 (19) 상에 도포함으로써 내약품성 수지를 얻을 수 있다.
준비 공정에 있어서의 다른 공정은, 제 1 실시형태의 준비 공정과 동일하다.
(접속 공정)
다음으로, 도전 부재 (30) 와 작용극 (14) 의 집전 배선 (16), 및 도전 부재 (30) 와 대극 (24) 의 연장부 (25a) 를 접속한다. 접속 공정에 있어서, 도전 부재 (30) 와 작용극 (14) 의 집전 배선 (16) 은, 도전 부재 (30) 가 작용극 (14) 의 투명 도전막 (12) 이 아니라 집전 배선 (16) 과 접촉하는 것 이외에는, 제 1 실시형태의 접속 공정과 동일한 방법으로 접속하면 된다.
이렇게 하여, 도 10 에 나타내는 광전 변환 소자 모듈 (3) 을 얻는다.
(제 4 실시형태)
본 발명의 제 4 실시형태에 대해 도 11 을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 대해서는, 동일한 참조 부호를 붙여 중복되는 설명은 생략한다. 도 11 은, 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 광전 변환 소자 모듈의 단면에 있어서의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광전 변환 소자 모듈 (4) 은, 각각의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 에 있어서, 대극 (54) 이, 투명한 기재 (11) 와, 기재 (11) 상에 형성되는 투명 도전막 (12) 과, 투명 도전막 (12) 상에 형성되는 도시되지 않은 촉매층으로 구성되고, 작용극 (44) 이, 제 2 전극 (25) 으로서의 도전판 (21) 과, 도전판 (21) 상에 형성되는 광 증감 색소를 담지한 다공질 산화물 반도체층 (13) 으로 구성되는 점에서, 제 1 실시형태의 광전 변환 소자 모듈 (1) 과 상이하다.
본 실시형태에 있어서의 광전 변환 소자 모듈 (4) 에 의하면, 투명 도전막 (12) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 이 형성되지 않기 때문에, 투명한 기재 (11) 를 열에 약한 재료로 구성할 수 있고, 기재 (11) 의 재료 선택지가 넓어진다.
광전 변환 소자 모듈 (4) 의 제조는, 다음과 같이 실시된다.
(준비 공정)
먼저, 작용극 (44) 을 준비한다. 작용극 (44) 의 준비는, 도전판 (21) 으로 구성되는 제 2 전극 (25) 을 준비한다. 도전판 (21) 의 준비는, 제 1 실시형태의 도전판 (21) 과 동일한 방법으로 준비하면 된다. 다음으로 제 2 전극 (25) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성한다. 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성하는 방법은, 제 1 실시형태에 있어서 다공질 산화물 반도체층 (13) 을 형성하는 공정과 동일하게 하여 실시하면 된다. 다음으로 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 광 증감 색소를 담지시킨다. 광 증감 색소의 담지는, 제 1 실시형태에 있어서, 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 광 증감 색소를 담지시키는 공정과 동일하게 하여 실시하면 된다. 이렇게 하여, 제 2 전극 (25) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 이 형성된 작용극 (44) 을 얻는다.
다음으로, 대극 (54) 을 준비한다. 대극 (54) 의 준비는, 투명한 기재 (11) 상에 투명 도전막 (12) 을 형성하고, 투명 도전막 (12) 상에 도시되지 않은 촉매층을 형성하여 제 1 전극 (15) 으로 한다. 투명 도전막 (12) 을 형성하는 방법은, 제 1 실시형태에 있어서, 기재 (11) 상에 투명 도전막 (12) 을 형성하는 방법과 동일하게 하여 실시하면 된다. 투명 도전막 (12) 상에 촉매층을 형성하기 위해서는, 제 1 실시형태에 있어서, 도전판 (21) 상에 촉매층 (22) 을 형성하는 방법과 동일하게 하여 실시하면 된다. 이렇게 하여 얻어지는 제 1 전극 (15) 이 대극 (54) 이 된다.
다음으로 다공질 산화물 반도체층 (13) 의 주위에 전해질 (18) 을 배치하여, 봉지 부재 (17) 로 봉지를 실시한다. 봉지 방법은, 제 1 실시형태에 있어서 봉지 부재 (17) 에 의해 봉지를 실시하는 공정과 동일하게 하여 실시하면 된다. 이 때, 봉지 부재 (17) 에 의해, 작용극 (44) 의 제 2 전극 (25) 에 연장부 (25a) 가 형성되고, 대극 (54) 의 제 1 전극 (15) 에 연장부 (15a) 가 형성된다.
준비 공정에 있어서의 그 밖의 공정은 제 1 실시형태와 동일하다.
(접속 공정)
다음으로, 도전 부재 (30) 와 대극 (54) 의 연장부 (15a), 및 도전 부재 (30) 와 작용극 (44) 의 연장부 (25a) 를 접속한다. 접속 공정에 있어서, 도전 부재 (30) 와 연장부 (15a), 및 도전 부재 (30) 와 연장부 (25a) 를 접속하는 방법은, 제 1 실시형태에 있어서의 접속 공정과 동일한 방법에 의해 실시하면 된다.
이렇게 하여, 광전 변환 소자 모듈 (4) 을 얻는다.
이상, 본 발명에 관련된 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법에 대해 제 1∼제 4 실시형태를 예로 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 적절히 변경이 가능하다.
예를 들어, 제 2, 제 3 실시형태에 있어서, 다공질 산화물 반도체층 (13) 은, 제 1 전극 (15) 상에 형성되고, 제 1 전극 (15) 과 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 의해 작용극 (14) 이 구성되었는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 2, 제 3 실시형태에 있어서, 제 2 전극 (25) 상에 다공질 산화물 반도체층 (13) 이 형성되고, 제 2 전극 (25) 과 다공질 산화물 반도체층 (13) 에 의해 작용극이 형성되고, 제 1 전극 (15) 에 의해 대극이 형성되는 구성으로 해도 된다.
또, 제 1∼제 4 실시형태에 있어서, 제 2 전극 (25) 의 도전판 (21) 이 티탄에 의해 구성되는 경우에는, 제 2 전극 (25) 에 있어서의 도전 부재 (30) 와 접속되는 위치에, 고융점 땜납이나, 구리, 니켈 등으로 이루어지는 단자를 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 전극과 도전 부재 (30) 의 접속이 강고한 것이 되어, 보다 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속 신뢰성을 높게 할 수 있다.
또, 제 1 실시형태에 있어서, 도전 부재 (30) 가 도전성 페이스트에 의해 형성되는 경우, 도전성 페이스트 (31) 의 배치는, 봉지 부재 (17) 에 의해 봉지가 실시되기 전에 실시했지만, 본 발명은, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도전 부재 (30) 가 도전성 페이스트에 의해 형성되는 경우에 있어서도, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 도전성 페이스트가 배치되지 않은 상태에서, 복수의 광전 변환 소자 (10 (10A, 10B…)) 를 준비하고, 접속 공정에 있어서 도전성 페이스트 (31) 를 작용극 (14) 의 연장부 (15a) 의 투명 도전막 (12) 과 대극 (24) 의 연장부 (25a) 사이에 배치하고, 그 후, 도 6 에 나타내는 바와 같이 대극 (24) 의 연장부 (25a) 를 연장부 (15a) 측으로 만곡시켜, 대극 (24) 과 도전성 페이스트 (31), 및 작용극 (14) 과 도전성 페이스트 (31) 를 접촉시켜도 된다.
산업상 이용가능성
본 발명에 의하면, 광전 변환 소자끼리의 전기적 접속을 양호하게 할 수 있는 광전 변환 소자 모듈, 및 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법이 제공된다.
1, 2, 3, 4 : 광전 변환 소자 모듈
10, 10A, 10B : 광전 변환 소자
11 : 기재
12 : 투명 도전막
13 : 다공질 산화물 반도체층
14, 44 : 작용극
15 : 제 1 전극
15a : 연장부
17 : 봉지 부재
18 : 전해질
21 : 도전판
24 : 대극
25 : 제 2 전극
25a : 연장부
30 : 도전 부재
40, 41 : 기재

Claims (8)

  1. 서로 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 접속되는 봉지 부재를 갖는 복수의 광전 변환 소자와,
    상기 복수의 광전 변환 소자끼리를 전기적으로 접속하는 도전 부재를 구비하고,
    상기 복수의 광전 변환 소자가, 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열되는 광전 변환 소자 모듈로서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 방향을 따라 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 보는 경우, 상기 봉지 부재의 외주에 의해 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부를 갖고,
    상기 도전 부재는, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서, 일방의 광전 변환 소자의 상기 제 1 전극에 있어서의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 상기 제 2 전극에 있어서의 연장부를 접속하고,
    상기 제 1 전극에 있어서의 상기 연장부, 및 상기 제 2 전극에 있어서의 상기 연장부의 적어도 일방은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중, 일방의 전극에 있어서의 연장부가 가요성을 가짐과 함께, 타방의 전극은, 상기 일방의 전극측과 반대측에 절연성 기재를 갖고,
    상기 복수의 광전 변환 소자의 각각에 있어서의 상기 기재끼리는 일체가 되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 일방의 전극에 있어서의 상기 연장부는, 타방의 전극측으로 만곡되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은, 투명 도전막과, 상기 봉지 부재에 의해 포위되는 영역으로부터 상기 연장부에 걸쳐 상기 투명 도전막 상에 형성되는 집전 배선을 갖고,
    상기 도전 부재는, 상기 제 1 전극의 상기 연장부에 있어서 상기 집전 배선과 접속되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전 부재는, 도전성 페이스트, 또는 땜납인 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전 부재는 도전성 페이스트로서, 상기 집전 배선과 상기 도전성 페이스트는, 동일한 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
  7. 서로 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 접속되는 봉지 부재를 갖는 복수의 광전 변환 소자를 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향이 동일한 방향이 되도록 평면 형상으로 나열하여 준비하는 준비 공정과,
    상기 복수의 광전 변환 소자끼리를 도전 부재에 의해 전기적으로 접속하는 접속 공정을 구비하는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법으로서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 방향을 따라 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 보는 경우, 상기 봉지 부재의 외주로 포위되는 영역의 외측으로 연장되는 연장부를 갖고,
    상기 접속 공정에 있어서는, 서로 이웃하는 광전 변환 소자에 있어서, 일방의 광전 변환 소자의 상기 제 1 전극에 있어서의 연장부와, 타방의 광전 변환 소자의 상기 제 2 전극에 있어서의 연장부를 상기 도전 부재에 의해 접속하고,
    상기 제 1 전극에 있어서의 상기 연장부, 및 상기 제 2 전극에 있어서의 상기 연장부의 적어도 일방은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 접속 공정에 있어서, 제 1 전극의 연장부와 제 2 전극의 연장부가 가까워지도록, 가요성을 갖는 연장부에 힘을 가하면서, 상기 제 1 전극의 연장부 및 상기 제 2 전극의 연장부와 상기 도전 부재를 접속하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈의 제조 방법.
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