KR20110052518A - 색소 증감형 태양 전지용 전극 및 색소 증감형 태양 전지 - Google Patents

색소 증감형 태양 전지용 전극 및 색소 증감형 태양 전지 Download PDF

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KR20110052518A
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solar cell
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히로유키 하나조노
신이치 이노우에
구미에 시이하라
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

색소 증감형 태양 전지용 전극은, 기판과, 기판의 표면에 형성되고, 전해질을 밀봉하기 위한 밀봉층으로 둘러싸이는 도전층과, 기판의 이면에 형성되는 집전층과, 도전층과 집전층을 기판의 두께 방향에서 전기적으로 도통시키는 도통부를 구비하고 있다.

Description

색소 증감형 태양 전지용 전극 및 색소 증감형 태양 전지{DYE-SENSITIZED SOLAR CELL ELECTRODE AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELL}
(관련 출원과의 상호 관계)
본 출원은 2009년 11월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2009-259131호의 우선권을 주장하는 것으로, 그 개시내용은 그대로 본원에 포함되는 것으로 한다.
본 발명은 색소 증감형 태양 전지용 전극 및 색소 증감형 태양 전지, 상세하게는, 색소 증감형 태양 전지의 작용 전극 및/또는 대극(對極)에 적합하게 사용되는 색소 증감형 태양 전지용 전극, 및, 그것을 이용한 색소 증감형 태양 전지에 관한 것이다.
최근, 색소 증감형 반도체를 이용한 색소 증감형 태양 전지가, 양산화 및 저비용화의 관점에서, 실리콘형 태양 전지를 대체할 새로운 태양 전지로서 제안되어 있다.
색소 증감형 태양 전지는 통상, 광 증감형 작용을 갖는 작용 전극(애노드; anode)과, 작용 전극과 간격을 두고 대향 배치되는 대향 전극(대극; 캐소드)과, 2개의 전극 사이에 배치되는 밀봉재와, 밀봉재로 밀봉되는 전해액을 구비하고 있다. 색소 증감형 태양 전지에서는, 태양광의 조사에 근거하여 작용 전극에 발생하는 전자가, 배선을 통해 대극으로 이동함과 아울러, 2개의 전극 사이의 전해액에서 전자가 수수(授受)된다.
이러한 색소 증감형 태양 전지에 있어서, 작용 전극은 투명 기판(애노드측 기판), 그 표면에 적층되는 투명 도전층 및 그 표면에 적층되고, 색소를 유지한 반도체 전극층으로 이루어지며, 대향 전극은 필름 형상 외장재(캐소드측 기판), 그 표면에 적층되는 베이스층 및 그 표면에 적층되는 촉매층으로 이루어진다. 또한, 이 색소 증감형 태양 전지에서는, 밀봉재가 반도체 전극층을 둘러싸도록 평면에서 보아 프레임 형상으로 마련되고, 그것에 의해 전해액을 밀봉하고 있다.
또한, 색소 증감형 태양 전지에서는, 투명 기판의 표면에서, 집전용 배선은, 일단(一端)이 투명 도전층과 접속되고, 타단이 전기의 취출 부분으로서 마련되며, 그들 도중이 밀봉층을 관통하여 횡단하도록 배치되는 것이 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 제2007-280906호 공보 참조).
그러나, 일본 특허 공개 제2007-280906호 공보에 기재된 색소 증감형 태양 전지에서는, 집전용 배선이 밀봉층을 관통하기 때문에, 밀봉재에서의 관통 부분의 밀봉성이 저하된다. 그 때문에, 전해액이 관통 부분으로부터 누설되기 쉬워, 그 결과, 색소 증감형 태양 전지의 발전 효율이 저하되고, 또한, 색소 증감형 태양 전지의 주변을 오염시킨다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 발전 효율의 저하 및 주변으로의 오염을 방지할 수 있는 색소 증감형 태양 전지용 전극 및 색소 증감형 태양 전지를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극은, 기판과, 상기 기판의 표면에 형성되고, 전해질을 밀봉하기 위한 밀봉층으로 둘러싸이는 도전층과, 상기 기판의 이면(裏面)에 형성되는 집전층과, 상기 도전층과 상기 집전층을 상기 기판의 두께 방향에서 전기적으로 도통시키는 도통부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 집전층은, 상기 기판의 두께 방향으로 투영했을 때에, 상기 밀봉층을 횡단하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 기판에는 두께 방향을 관통하는 개구부가 형성되고, 상기 도통부가 상기 개구부에 충진되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 도전층은 하나의 상기 집전층에 대해 복수 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 도통부는 하나의 상기 도전층에 대해 복수 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 집전층은, 상기 도통부에 연속하여 형성되는 집전 배선과, 상기 집전 배선에 연속하여 형성되는 집전 단자를 구비하며, 상기 집전 단자는 상기 기판의 표면에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 상기 집전층은, 상기 도통부에 연속하여 형성되는 집전 배선과, 상기 집전 배선에 연속하여 형성되는 집전 단자를 구비하며, 상기 집전 단자는 상기 기판의 이면에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지는, 작용 전극과, 상기 작용 전극과 간격을 두고 대향 배치되는 대극과, 상기 작용 전극 및 상기 대극 사이에 배치되는 밀봉층과, 상기 작용 전극 및 상기 대극 사이에 충진되고, 상기 밀봉층에 의해 밀봉되는 전해질을 구비하는 색소 증감형 태양 전지로서, 상기 작용 전극 및/또는 상기 대극은 상기한 색소 증감형 태양 전지용 전극인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극에서는, 도통부에 의해서 도전층이 기판의 두께 방향에서 집전층과 전기적으로 접속되어 있다.
그 때문에, 불발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극이 작용 전극 및/또는 대극으로서 사용되는 본 발명의 색소 증감형 태양 전지에서는, 밀봉층에 대한 집전층의 관통을 필요로 하지 않고, 밀봉층의 전해질에 대한 우수한 밀봉성을 확보할 수 있음과 아울러, 발전된 전기를 도전층으로부터 도통부을 통해 집전층에 의해 효율적으로 취출할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지는 발전 효율의 저하 및 주변으로의 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 일 실시 형태의 평면도,
도 2는 도 1의 색소 증감형 태양 전지의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도,
도 3은 도 1의 색소 증감형 태양 전지의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,
도 4는 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일 실시 형태인 대극의 단면도,
도 5는 도 4에 나타내는 대극의 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정도로서, (a)는 2층 기재를 준비하는 공정, (b)는 캐소드측 개구부를 형성하는 공정, (c)는 에칭 레지스트를 형성하는 공정, (d)은 도체박(導體箔)을 에칭하는 공정, (e)는 에칭 레지스트를 제거하는 공정, (f)는 도금 레지스트를 형성하는 공정을 나타내는 도면,
도 6은 도 5에 계속해서, 도 4에 나타내는 대극의 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정도로서, (g)는 캐소드측 도통부 및 캐소드측 집전층을 형성하는 공정, (h)는 도금 레지스트를 제거하는 공정, (i)는 촉매층을 형성하는 공정, (j)는 캐소드측 커버층을 형성하는 공정, (k)는 제 1 보호층을 형성하는 공정을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도전층이, 하나의 캐소드측 집전층에 대해 하나 마련되는 형태)의 평면도,
도 8은 도 7에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 단면도,
도 9는 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도통부가, 하나의 캐소드측 도전층에 대해 복수 마련되는 형태)의 평면도,
도 10은 도 9에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 Ⅹ-Ⅹ선에 따른 단면도,
도 11은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 집전 단자가 캐소드측 기판의 표면에 마련되는 형태)의 평면도,
도 12는 도 11에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 ⅩⅡ-ⅩⅡ선에 따른 단면도,
도 13은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도전층이 집전부를 구비하는 형태)의 단면도,
도 14는 도 13의 색소 증감형 태양 전지(애노드측 도통부 및 캐소드측 도통부가 작용 전극 및 대극에 각각 마련되는 형태)의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 따른 단면도,
도 15는 도 13의 색소 증감형 태양 전지(애노드측 도통부 및 캐소드측 도통부가 작용 전극 및 대극에 각각 마련되는 형태)의 ⅩⅤ-ⅩⅤ선에 따른 단면도.
도 1은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 일 실시 형태의 평면도, 도 2는 도 1의 색소 증감형 태양 전지의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도, 도 3은 도 1의 색소 증감형 태양 전지의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도, 도 4는 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일 실시 형태인 대극의 단면도, 도 5 및 도 6은 도 4에 나타내는 대극의 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정도를 나타낸다.
또, 도 1에 있어서, 대극(3)의 캐소드측 도전층(9) 및 캐소드측 집전층(14)의 상대 위치를 명확히 나타내기 위해서, 작용 전극(2)을 생략하고 있다. 또한, 도 1에 있어서, 지면(紙面) 좌측을 「앞측」, 지면 우쪽을 「뒤측」, 지면 상측을 「좌측」, 지면 하측을 우측으로 하고, 도 2 이후의 각 도면의 각 방향은 도 1의 상기한 각 방향에 따른다.
도 1~도 3에 있어서, 이 색소 증감형 태양 전지(1)는 작용 전극(2)(애노드)과, 작용 전극(2)과 아래쪽에 간격을 두고 대향 배치되는 대극(캐소드, 대향 전극)(3)과, 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에 배치되는 밀봉층(11)과, 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에 충진되는 전해질(4)을 구비하고 있다.
작용 전극(2)은, 광 증감형 작용을 갖고 있으며, 대략 평판 형상으로 형성되어 있다. 작용 전극(2)은 애노드측 기판(5), 그 아래에 적층되는 애노드측 도전층(6), 및, 그 아래에 적층되는 색소 증감형 반도체층(7)을 구비하고 있다.
애노드측 기판(5)은, 투명하며, 평판 형상으로 형성되어 있고, 예컨대, 유리 기판 등의 강성판, 또는, 플라스틱 필름 등의 가요성 필름 등의, 절연판 또는 절연 필름으로 형성되어 있다.
플라스틱 필름을 형성하는 플라스틱 재료로서는, 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2, 6-나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르계 수지(후술하는 액정 폴리머를 제외함), 예컨대, 서모트로픽 액정 폴리에스테르, 서모트로픽 액정폴리에스테르아미드 등의 액정 폴리머, 예컨대, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 등의 아크릴계 수지, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 수지, 예컨대, 폴리염화비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 등의 비닐계 수지, 예컨대, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 이미드계 수지, 예컨대, 폴리에테르니트릴, 폴리에테르설폰 등의 에테르계 수지 등을 들 수 있다. 이들 플라스틱 재료는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
애노드측 기판(5)의 두께는, 예컨대, 5~500㎛, 바람직하게는 10~400㎛이다.
애노드측 도전층(6)은, 예컨대, 투명 도전 박막으로 이루어지고, 애노드측 기판(5)의 하면(下面)(전해질(4)에 대향하는 대향면, 표면)에 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 애노드측 도전층(6)은 애노드측 기판(5)의 하면의 둘레 단부가 노출되도록, 애노드측 기판(5)의 하면의 전후(前後) 방향 중앙 및 좌우(左右) 방향 중앙에 형성되어 있다.
투명 도전 박막을 형성하는 도전 재료로서는, 예컨대, 금, 은, 구리, 백금, 니켈, 주석, 알루미늄 또는 그들의 합금(예컨대, 구리 합금) 등의 금속 재료, 예컨대, 주석 도핑 산화인듐(ITO), 불소 도핑 산화 주석(FTO), 아연 도핑 산화인듐(IZO) 등의 금속 산화물(복합 산화물) 재료, 예컨대, 카본 등의 탄소 재료 등을 들 수 있다. 이들 도전 재료는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
애노드측 도전층(6)의 두께는, 예컨대, 0.01~100㎛, 바람직하게는, 0.1~10㎛이다.
색소 증감형 반도체층(7)은 애노드측 도전층(6)의 하면(전해질(4)에 대향하는 대향면, 표면) 전면(全面)에 형성되어 있다.
색소 증감형 반도체층(7)은 색소 증감형 반도체 입자가 시트 형상으로 적층되는 것에 의해 형성되어 있고, 그러한 색소 증감형 반도체 입자는, 예컨대, 금속 산화물로 이루어지는 다공질의 반도체 입자에 색소가 흡착되어 있다.
금속 산화물로서는, 예컨대, 산화티탄, 산화아연, 산화주석, 산화텅스텐, 산화지르코늄, 산화하프늄, 산화스트론튬, 산화인듐, 산화이트륨, 산화란탄, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크로뮴, 산화몰리브덴, 산화철, 산화니켈, 산화은 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 산화티탄을 들 수 있다.
색소로서는, 예컨대, 루테늄 착체(錯體), 코발트 착체 등의 금속 착체, 예컨대, 시아닌, 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 쿠마린, 리보플라빈, 키산텐, 트리페닐메탄, 아조, 퀴논 등의 유기계 색소 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 루테늄 착체, 멜로시아닌을 들 수 있다.
색소 증감형 반도체 입자의 평균 입자 직경은, 1차 입자 직경에서, 예컨대, 5~200㎚, 바람직하게는 8~100㎚이다.
색소 증감형 반도체층(7)의 두께는, 예컨대, 0.4~100㎛, 바람직하게는 0.5~50㎛, 더 바람직하게는 0.5~15㎛이다.
대극(3)은, 뒤에서 상술하지만, 대략 평판 형상으로 형성되어 있다.
밀봉층(11)은, 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에서, 색소 증감형 태양 전지(1)의 둘레 단부(전후 방향 양단부 및 좌우 방향 양단부)에 배치되고, 두께 방향으로 투영했을 때에, 대략 직사각형 프레임 형상으로 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 밀봉층(11)은, 좌우 방향으로 연장되고, 전후 방향으로 간격을 두고 평행하게 형성되는 2개의 전후(前後) 빔(앞 빔 및 뒷 빔(11A))과, 그들을 연결하여, 전후 방향에 평행하게 연장되는 2개의 좌우 빔(왼쪽 빔 및 오른쪽 빔)으로 형성되어 있다.
또한, 밀봉층(11)은 애노드측 도전층(6) 및 색소 증감형 반도체층(7)의 좌우 방향 양단부 및 전후 방향 양단부에 인접하고 있다.
밀봉층(11)을 형성하는 밀봉 재료로서는, 예컨대, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리아이소뷰틸렌계 수지, 핫 멜트 수지, 유리 프릿트 등을 들 수 있다. 이들 밀봉 재료는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
또한, 밀봉층(11)은, 예컨대, 상기한 밀봉 재료를 주성분으로서 포함하는 수지 조성물로서 조제되어 있다.
밀봉층(11)의 두께(상하 방향 길이)는, 예컨대, 5~500㎛, 바람직하게는 5~100㎛, 더 바람직하게는 10~50㎛이다.
또한, 밀봉층(11)의 폭(전후 빔의 전후 방향 길이 및 좌우 빔의 좌우 방향 길이)은 예컨대, 0.1~20㎜, 바람직하게는 1~5㎜이다.
전해질(4)은 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에서 밀봉층(11)에 의해서 밀봉되어 있다. 또한, 전해질(4)은, 예컨대, 그것이 용매에 용해된 용액(전해액), 또는, 그 용액이 겔화된 겔 전해질 등의 유체(유동) 형상으로 조제되어 있다.
전해질(4)은 주성분으로서 요오드, 및/또는, 요오드 및 요오드 화합물의 조합(레독스계)을 포함하고 있다.
요오드 화합물로서는, 예컨대, 요오드화리튬(LiI), 요오드화나트륨(NaI), 요오드화칼륨(KI), 요오드화세슘(CsI), 요오드화칼슘(CaI2) 등의 금속 요오드화물, 예컨대, 테트라알킬암모늄요오드화물, 이미다졸륨요오드화물, 피리디늄요오드화물 등의 유기 4급 암모늄요오드화물염 등을 들 수 있다.
또한, 전해질(4)은, 부성분으로서, 예컨대, 브롬 등의 할로겐(요오드를 제외함), 예컨대, 브롬 및 브롬 화합물의 조합 등의, 할로겐 및 할로겐 화합물의 조합(요오드 및 요오드 화합물의 조합을 제외함)을 포함하고 있어도 좋다.
용매로서는, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트 화합물, 예컨대, 아세트산메틸, 프로피온산메틸, 감마뷰티로락톤 등의 에스터 화합물, 예컨대, 디에틸에테르, 1,2-디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸-테트라하이드로퓨란 등의 에테르 화합물, 예컨대, 3-메틸-2-옥사졸리디논, 2-메틸피롤리돈 등의 헤테로환 화합물, 예컨대, 아세토나이트릴, 메톡시아세토나이트릴, 프로피오나이트릴, 3-메톡시프로피오나이트릴 등의 나이트릴 화합물, 예컨대, 설포란, 디메틸설포키시드, 디메틸포름아미드 등의 비프로톤성 극성 화합물 등의 유기 용매, 또는, 물 등의 수성 용매를 들 수 있다. 바람직하게는 유기 용매, 더 바람직하게는 나이트릴 화합물을 들 수 있다.
전해질의 함유 비율은 전해액 100중량부에 대해, 예컨대, O.001~10중량부, 바람직하게는 0.01~1중량부이다. 또한, 전해질의 분자량에 의하지만, 전해질(4)에 있어서의 전해질의 농도를, 규정도에서, 예컨대, 0.001~10M, 바람직하게는 0.01~1M으로 설정할 수 있다.
겔 전해질은 전해액에 공지된 겔화제 등을 적절한 비율로 배합함으로써 조제된다.
겔화제로서는, 예컨대, 천연 고급 지방산, 아미노산 화합물 등의 다당류 등의 저분자 겔화제, 예컨대, 폴리비닐덴플루오라이드, 비닐덴플루오라이드-헥사플루오로프로피넨 공중합체 등의 불소계 고분자, 또는, 폴리아세트산비닐, 폴리비닐알코올 등의 비닐계 고분자 등의 고분자 겔화제 등을 들 수 있다.
그리고, 이 색소 증감형 태양 전지(1)에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일 실시 형태인 대극(3)이 사용되고 있다.
이 대극(3)은, 기판으로서의 캐소드측 기판(8)과, 캐소드측 기판(8)의 상면(전해질(4)에 대향하는 대향면, 표면)에 형성되는 도전층으로서의 캐소드측 도전층(9)과, 캐소드측 기판(8)의 하면(전해질(4)에 대향하는 대향면의 반대면, 이면)에 형성되는 집전층으로서의 캐소드측 집전층(14)과, 도통부로서의 캐소드측 도통부(제 1 도통부)(17)를 구비하고 있다. 또한, 대극(3)은 촉매층(10)과, 캐소드측 커버층(20)과, 제 1 보호층(13)을 구비하고 있다.
캐소드측 기판(8)은 평판 형상으로 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 캐소드측 기판(8)은, 두께 방향에서 투영했을 때에, 밀봉층(11), 다음에 설명하는 캐소드측 도전층(9) 및 캐소드측 집전층(14)을 포함하도록 형성되어 있다.
또한, 캐소드측 기판(8)은, 두께 방향으로 투영했을 때에, 상기한 밀봉층(11)에 의해서 전해질(4)을 밀봉하는 밀봉 영역(30)과, 후술하는 대극(3)으로부터 전기를 취출하는 취출 영역(31)으로 구획되어 있다.
밀봉 영역(30)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 평면에서 보아, 밀봉층(11)에 의해서 둘러싸이는 영역으로서 구획되어 있다.
취출 영역(31)는, 평면에서 보아, 밀봉층(11)의 외측의 영역, 주로, 밀봉층(11)의 뒷 빔(11A)보다 뒷측의 영역으로서 구획되어 있다.
또한, 캐소드측 기판(8)에는, 그 두께 방향(상하 방향)을 관통하는 개구부로서의 캐소드측 개구부(제 1 개구부)(18)가 형성되어 있다.
캐소드측 개구부(18)는, 캐소드측 기판(8)의 밀봉 영역(30)의 후단부에 마련되고, 후술하는 캐소드측 도통부(17)에 대응하여, 좌우 방향으로 간격을 두고 복수(4개) 형성되어 있다. 각 캐소드측 개구부(18)는 평면에서 보아 대략 원형 형상으로 개구되어 있다.
캐소드측 기판(8)를 형성하는 재료로서는, 애노드측 기판(5)(도 2 및 도 3 참조)을 형성하는 재료와 동일한 재료를 들 수 있다. 취급성의 관점에서, 바람직하게는 플라스틱 재료를 들 수 있다.
캐소드측 기판(8)의 두께는, 예컨대, 5~50㎛, 바람직하게는 12.5~25㎛이다. 또한, 캐소드측 개구부(18)의 최대 길이(내경)는 예컨대, 5~50㎛, 바람직하게는 12.5~30㎛이다.
캐소드측 도전층(9)은 캐소드측 기판(8)의 밀봉 영역(30)의 상면에 마련되어 있다. 즉, 캐소드측 도전층(9)은 캐소드측 기판(8)의 상면에 있어서, 밀봉층(11)으로 둘러싸이고 있다. 또한, 캐소드측 도전층(9)은 전후 방향으로 길게 연장되고 좌우 방향으로 간격을 두고 복수(4개) 형성되는 도전 패턴으로 형성되어 있다. 또한, 각 캐소드측 도전층(9)의 후단부는, 두께 방향으로 투영했을 때에, 각 캐소드측 개구부(18)를 포함하도록 배치되어 있다.
캐소드측 도전층(9)을 형성하는 도전 재료로서는, 상기한 애노드측 도전층(6)의 도전 재료와 동일한 도전 재료를 들 수 있다.
또한, 캐소드측 도전층(9)의 두께는, 예컨대, 2~70㎛, 바람직하게는 5~35㎛이다.
캐소드측 집전층(14)은, 도 1(파선) 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 기판(8)의 밀봉 영역(30) 및 취출 영역(31)의 양쪽의 하면에 연속하도록 마련되고, 두께 방향으로 투영했을 때에, 전방으로 향해 개구되는 대략 빗살 형상으로 형성되어 있다. 또한, 캐소드측 집전층(14)은 캐소드측 집전 배선(15)과 캐소드측 집전 단자(16)를 구비하는 집전 패턴으로 형성되어 있다.
캐소드측 집전 배선(15)은 각 캐소드측 도전층(9)에 대응하여 형성되어 있다. 캐소드측 집전 배선(15)은, 보다 구체적으로는, 밀봉 영역(30) 및 취출 영역(31)에서 전후 방향으로 연장되고, 좌우 방향으로 간격을 두고 복수(4개) 형성되어 있다.
상세하게는, 캐소드측 집전 배선(15)은, 전단부가 밀봉 영역(30)에서의 캐소드측 개구부(18)의 하측에 배치되고, 후단부가 취출 영역(31)의 하측에 배치되도록 형성되어 있다. 또, 캐소드측 집전 배선(15)의 전단부는, 두께 방향으로 투영했을 때에, 캐소드측 개구부(18)를 포함하고 있다.
또한, 캐소드측 집전 배선(15)은, 두께 방향으로 투영했을 때에, 그 전후 방향 도중이, 밀봉층(11)의 뒷 빔(11A)과 직교(교차)하도록, 뒷 빔(11A)을 횡단하도록 배치되어 있다.
한편, 캐소드측 집전 배선(15)은, 좌우 방향으로 투영했을 때에, 뒷 빔(11A)과 상하 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 즉, 캐소드측 집전 배선(15)의 전후 방향 도중은, 두께 방향에서, 뒷 빔(11A)과 캐소드측 기판(8)을 끼우도록 형성되어 있다.
캐소드측 집전 단자(16)는 캐소드측 기판(8)에서의 취출 영역(31)의 하면에 마련되어 있다. 또한, 캐소드측 집전 단자(16)는 좌우 방향으로 연장되는 직선 형상으로 형성되어 있고, 캐소드측 집전 배선(15)에 연속하여 형성되어 있다. 즉, 캐소드측 집전 단자(16)의 후단에는, 캐소드측 집전 배선(15)의 전단이 바닥면에서 보아 대략 T자 형상으로 접속되어 있다.
캐소드측 집전층(14)을 형성하는 도전 재료로서는, 상기한 애노드측 도전층(6)의 도전 재료와 동일한 도전 재료를 들 수 있다.
캐소드측 집전층(14)의 두께는, 예컨대, 0.1~100㎛, 바람직하게는, 1~50㎛이다.
캐소드측 도통부(17)는 캐소드측 개구부(18)에 충진되어 있다. 보다 구체적으로는, 각 캐소드측 도통부(17)는 각 캐소드측 도전층(9) 및 각 캐소드측 집전 배선(15)에 연속하여 형성되어 있다.
이것에 의해, 캐소드측 도통부(17)는 캐소드측 도전층(9)과 캐소드측 집전층(14)을 캐소드측 기판(8)의 두께 방향에서 전기적으로 도통시키고 있다.
캐소드측 도통부(17)를 형성하는 도전 재료로서는, 상기한 애노드측 도전층(6)(도 2 참조)의 도전 재료와 동일한 도전 재료를 들 수 있다.
촉매층(10)은, 도 2~도 4에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도전층(9)의 표면(전해질(4)에 대향하는 대향면)에 형성되어 있다. 구체적으로는, 촉매층(10)은, 캐소드측 기판(8) 위에서, 캐소드측 도전층(9)의 전후 양측면, 좌우 양측면 및 상면에 연속하여 형성되어 있다.
촉매층(10)을 형성하는 촉매 재료로서는, 예컨대, 백금, 루테늄, 로듐 등의 귀금속 재료, 예컨대, 폴리다이옥시싸이오펜, 폴리피롤 등의 도전성 유기 재료, 예컨대, ITO, FTO, IZO 등의 금속 산화물 재료, 예컨대, 카본 등의 탄소 재료 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 백금, 카본을 들 수 있다. 이들 재료는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
촉매층(10)의 두께는, 예컨대, 50㎚~ 100㎛, 바람직하게는 100㎚~50㎛이다.
캐소드측 커버층(20)은, 캐소드측 기판(8) 아래에서, 캐소드측 집전 배선(15)의 이면(전해질(4)에 대향하는 대향면의 반대면)을 피복하고, 캐소드측 집전 단자(16)의 이면(하면 및 측면)을 노출하도록 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 캐소드측 커버층(20)은 캐소드측 집전 배선(15)의 전측면, 좌우 양측면 및 하면에 연속하여 형성되어 있다.
캐소드측 커버층(20)을 형성하는 재료로서는, 예컨대, 상기한 이미드계 수지, 솔더레지스트 등의 절연 재료를 들 수 있다.
캐소드측 커버층(20)의 두께는, 예컨대, 0.2~50㎛, 바람직하게는, 5~30㎛이다.
제 1 보호층(13)은, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 기판(8) 아래에서, 캐소드측 집전 단자(16)의 표면(전해질(4)에 대향하는 대향면의 반대면)을 피복하고 있다. 보다 구체적으로는, 제 1 보호층(13)은 캐소드측 집전 단자(16)의 후측면, 좌우 양측면 및 하면에 연속하여 형성되어 있다.
제 1 보호층(13)을 형성하는 재료로서는, 예컨대, 니켈, 금, 크로뮴 및 그들의 합금 등의 내식성 재료, 예컨대, 아졸 화합물, 벤즈이미다졸 화합물 등의 수용성 플럭스 재료(融劑) 등을 들 수 있다. 이들 재료는 단독 사용 또는 병용할 수 있다.
제 1 보호층(13)의 두께는, 예컨대, 0.01~10㎛, 바람직하게는 0.05~5㎛이다.
그리고, 이 색소 증감형 태양 전지(1)를 제조하기 위해서는, 우선, 작용 전극(2), 대극(3), 밀봉층(11) 및 전해질(4)을 각각 준비(또는 제작)한다.
작용 전극(2)은 애노드측 기판(5), 애노드측 도전층(6), 및, 색소 증감형 반도체층(7)을 아래쪽으로 향해 순차적으로 적층함으로써 제작된다.
밀봉층(11)은, 예컨대, 상기한 수지 조성물로서 조제한다.
전해질(4)은, 상기한 전해액 혹은 겔형 전해질로서 제작한다.
대극(3)은 도 5 및 도 6에 나타내는 하기의 방법에 따라 제작한다.
즉, 우선, 도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 기판(8) 및 그 위에 적층되는 도체박(제 1 도체박)(32)을 갖는 2층 기재(19)를 준비한다.
2층 기재(19)에 있어서, 도체박(32)은 캐소드측 기판(8)의 상면 전면에 형성되어 있다.
다음으로, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 개구부(18)를 캐소드측 기판(8)에 형성한다.
캐소드측 개구부(18)는, 예컨대, 에칭, 천공 가공 등의 공지된 방법에 의해서 형성된다.
이것에 의해서, 2층 기재(19)에서, 캐소드측 개구부(18)가 형성된 캐소드측 기판(8)을 형성한다.
다음으로, 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 에칭 레지스트(22)를 도체박(32)의 상면에 형성한다.
에칭 레지스트(22)는, 드라이 필름 레지스트(도시하지 않음)를 도체박(32)의 상면 전면에 적층한 후에 노광 및 현상함으로써, 상기한 캐소드측 도전층(9)과 동일 패턴으로 형성된다.
다음으로, 도 5(d)에 나타낸 바와 같이, 에칭 레지스트(22)로부터 노출되는 도체박(32)을, 예컨대, 염화제 2철 수용액 등의 에칭액을 이용하여 화학 에칭한다.
그 후, 도 5(e)에 나타낸 바와 같이, 에칭 레지스트(22)를 에칭 또는 박리 등에 의해서 제거한다.
이것에 의해서, 캐소드측 도전층(9)을 상기한 도전 패턴으로 형성한다(서브트랙티브(subtractive)법).
다음으로, 도시하지 않지만, 캐소드측 기판(8)의 하면(캐소드측 개구부(18)의 내주면 및 캐소드측 개구부(18)로부터 노출되는 캐소드측 도전층(9)의 하면을 포함함)에 도체 박막(종막(種膜))을 형성한다. 도체 박막은, 예컨대, 구리, 니켈, 크로뮴 등의 도체 재료로 이루어지며, 예컨대, 스퍼터링에 의해 형성한다.
계속해서, 도 5(f)에 나타낸 바와 같이, 도시하지 않은 도체 박막의 하면에, 캐소드측 집전층(14)의 집전 패턴과 반대 패턴으로 도금 레지스트(23)를 형성한다. 도금 레지스트(23)는 드라이 필름 레지스트를 캐소드측 기판(8)의 하면 전면에 적층한 후에 노광 및 현상함으로써 상기한 패턴으로 형성된다.
다음으로, 도 6(g)에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전층(14)을, 도금 레지스트(23)로부터 노출되는 도체 박막(도시하지 않음)의 하면에, 예컨대, 전해 도금, 무전해 도금 등의 도금에 의해서 동시에 형성한다.
그 후, 도 6(h)에 나타낸 바와 같이, 도금 레지스트(23) 및 그 도금 레지스트(23)가 적층되어 있던 부분의 도체 박막(도시하지 않음)를 제거한다.
이것에 의해서, 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전층(14)을 상기한 패턴으로 동시에 형성한다(애디티브(additive)법).
다음으로, 도 6(i)에 나타낸 바와 같이, 촉매층(10)을, 캐소드측 도전층(9)을 피복하도록 형성한다.
촉매층(10)은, 예컨대, 인쇄법, 스프레이법, 물리 증착법 등에 의해서 상기한 패턴으로 형성된다.
인쇄법에서는, 예컨대, 상기한 촉매 재료의 미립자를 포함하는 페이스트를 캐소드측 도전층(9)의 표면에 상기한 패턴으로 스크린 인쇄한다.
스프레이법에서는, 예컨대, 우선, 상기한 촉매 재료의 미립자를 공지된 분산매(分散媒)로 분산시킨 분산액을 조제한다. 또한, 소정의 패턴으로 개구된 마스크에 의해서 캐소드측 기판(8)의 상면을 피복한다. 그 후, 캐소드측 기판(8) 및 마스크의 위쪽으로부터, 조제한 분산액을 뿜어낸다(스프레이한다). 그 후, 마스크를 제거하고, 분산매를 증발시킨다.
물리 증착법에서는, 바람직하게는 스퍼터링이 사용된다. 구체적으로는, 소정의 패턴으로 개구된 마스크에 의해서 캐소드측 기판(8)의 상면을 피복한 후, 예컨대, 촉매 재료를 타겟으로 하여 위쪽으로부터 스퍼터링하고, 그 후, 마스크를 제거한다.
촉매층(10)을 귀금속 재료로 형성하는 경우에는, 바람직하게는, 물리 증착법(예컨대, 진공 증착, 스퍼터링 등)이 이용되고, 촉매층(10)을 탄소 재료로 형성하는 경우에는, 인쇄법 또는 스프레이법이 이용된다.
다음으로, 도 6(j)에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 커버층(20)을, 캐소드측 집전 배선(15)을 피복하는 패턴으로 형성한다.
캐소드측 커버층(20)을 형성하기 위해서는, 예컨대, 감광성의 절연 재료 및 솔더 레지스트의 바니쉬를, 캐소드측 집전층(14)을 포함하는 캐소드측 기판(8)의 하면 전면에 도포하고, 건조한 후, 포토마스크를 통해 노광하고 현상한 후에, 필요에 따라 경화시킨다.
그 후, 도 6(k)에 나타낸 바와 같이, 제 1 보호층(13)을, 캐소드측 집전 단자(16)를 피복하는 패턴으로 형성한다.
제 1 보호층(13)은, 예컨대, 상기한 내식성 재료에 의한 스퍼터링 또는 도금, 또는, 상기한 수용성 플럭스 재료의 수용액으로의 침지(浸漬)에 의해 형성된다.
이것에 의해, 대극(3)을 제작한다.
다음으로, 작용 전극(2) 및 대극(3)을 색소 증감형 반도체층(7) 및 촉매층(10)이 서로 대향하도록 간격을 두고 대향 배치한다. 이것과 함께, 수지 조성물을 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에 배치함으로써 밀봉층(11)을 마련한다. 그리고, 전해질(4)을 밀봉 영역(30)에 충진함으로써, 작용 전극(2) 및 대극(3) 사이에서 전해질(4)을 밀봉층(11)에 의해서 밀봉한다.
이것에 의해, 색소 증감형 태양 전지(1)를 제조할 수 있다.
그리고, 이렇게 하여 얻어지는 색소 증감형 태양 전지(1)의 대극(3)에서는, 캐소드측 도통부(17)에 의해서, 캐소드측 도전층(9)이 캐소드측 기판(8)의 두께 방향에서 캐소드측 집전층(14)과 전기적으로 접속되어 있다.
그 때문에, 이 대극(3)이 이용되는 색소 증감형 태양 전지(1)에서는, 밀봉층(11), 특히, 뒷 빔(11A)에 대한 캐소드측 도전층(9)의 관통을 필요로 하지 않고, 밀봉층(11)의 전해질(4)에 대한 우수한 밀봉성을 확보할 수 있다. 이것과 함께, 발전된 전기를, 캐소드측 도전층(9)으로부터 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전 배선(15)을 통해서 캐소드측 집전 단자(16)로부터 효율적으로 취출할 수 있다.
그 결과, 이 색소 증감형 태양 전지(1)는 발전 효율의 저하 및 주변으로의 오염을 방지할 수 있다.
또, 상기한 설명에서는, 캐소드측 도전층(9)을 서브트랙티브법에 의해서 형성하고 있지만, 예컨대, 애디티브법 등의 공지된 패터닝법에 의해서 형성할 수도 있다.
애디티브법에서는, 도시하지 않지만, 우선, 캐소드측 기판(8)을 준비하고, 다음으로, 그 상면 전면에 스퍼터링에 의해서 도체 박막을 형성한다. 그 후, 드라이 필름 레지스터로부터 상기한 캐소드측 도전층(9)의 도전 패턴과 반대 패턴으로 도금 레지스트를 형성하고, 다음으로, 도금에 의해서 캐소드측 도전층(9)을 형성한다. 그 후, 도금 레지스트 및 그 도금 레지스트가 적층되어 있던 부분의 도체 박막을 제거한다.
또한, 상기한 설명에서는, 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전층(14)을 동시에 형성하고 있는데, 예컨대, 도시하지 않지만, 그들을 순차적으로 형성할 수도 있다.
즉, 도 5(a)의 2층 기재(19) 대신에, 2층 기재(19)와, 2층 기재(19)의 캐소드측 기판(8) 아래에 적층되는 제 2 도체박을 구비하는 3층 기재를 준비한다.
다음으로, 도 5(b)의 캐소드측 개구부(18)의 형성과 함께, 제 2 도체박에서 캐소드측 개구부(18)에 대응하는 부분에 도체 개구부를 형성한다.
계속해서, 도 5(c)~도 5(e)의 서브트랙티브법에 준거하여 캐소드측 도전층(9)을 형성한다.
다음으로, 도 5(f)~도 6(h)의 애디티브법 대신에, 캐소드측 도통부(17)를, 예컨대, 인쇄법 또는 도금 등으로부터 캐소드측 개구부(18)에 충진함과 아울러, 도체 재료를, 상기와 동일한 방법에 의해, 도체 개구부에 충진한다. 다음으로, 캐소드측 도전층(9)을 서브트랙티브법에 의해 형성한다.
바람직하게는, 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전층(14)을 동시에 형성한다. 이것에 의해서, 캐소드측 도통부(17)와 캐소드측 집전층(14)을 한번에 형성하기 때문에, 그들의 접속을 보다 확실하게 할 수 있어, 발전 효율의 저하를 한층더 방지할 수 있다.
또한, 캐소드측 도통부(17)와 캐소드측 집전층(14)의 밀착성이 향상되어 있기 때문에, 그들의 경계로부터 전해질(4)이 누설되는 것을 보다 한층더 확실히 방지하여, 색소 증감형 태양 전지(1)의 주변으로의 오염을 보다 한층더 방지할 수 있다.
또, 캐소드측 도통부(17) 및 캐소드측 집전층(14)을 동시에 형성하기 때문에, 제조 공정을 간략화할 수 있어, 양산화 및 저비용화를 보다 한층더 도모할 수 있다.
도 7은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도전층이 하나의 캐소드측 집전층에 대해 하나 마련되는 형태)의 평면도, 도 8은 도 7에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 단면도, 도 9는 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도통부가 하나의 캐소드측 도전층에 대해 복수 마련되는 형태)의 평면도, 도 10은 도 9에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 Ⅹ-Ⅹ선에 따른 단면도, 도 11은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 집전 단자가 캐소드측 기판의 표면에 마련되는 형태)의 평면도, 도 12는 도 11에 나타내는 색소 증감형 태양 전지의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 따른 단면도, 도 13은 본 발명의 색소 증감형 태양 전지의 다른 실시 형태(캐소드측 도전층이 집전부를 구비하는 형태)의 평면도, 도 14는 도 13의 색소 증감형 태양 전지(애노드측 도통부 및 캐소드측 도통부가 작용 전극 및 대극에 각각 마련되는 형태)의 ⅩⅣ-ⅩⅣ선에 따른 단면도, 도 15는 도 13의 색소 증감형 태양 전지(애노드측 ㄷ도통부 및 캐소드측 도통부가 작용 전극 및 대극에 각각 마련되는 태양)의 ⅩⅤ-ⅩⅤ선에 따른 단면도를 나타낸다.
또, 도 13에 있어서, 대극(3)의 캐소드측 도전층(9) 및 캐소드측 집전층(14)의 상대 위치를 명확히 나타내기 위해서, 작용 전극(2)을 생략하고 있다.
상기한 설명에서는, 캐소드측 도전층(9)을 하나의 캐소드측 집전층(14)에 대해 복수(4개) 마련하고 있지만, 예컨대, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 하나의 캐소드측 집전층(14)에 대하여 하나 설치할 수도 있다.
도 7 및 도 8에 있어서, 캐소드측 도전층(9)은, 평면에서 보아, 1장의 대략 직사각형 평판 형상으로 형성되고, 밀봉 영역(30)의 전후 방향 중앙 및 좌우 방향 중앙에 배치되어 있다.
캐소드측 개구부(18)는, 캐소드측 기판(8)에서, 캐소드측 도전층(9)의 후단부의 좌측부에 대응하는 위치에 하나 형성되어 있다.
캐소드측 도통부(17)는 캐소드측 개구부(18)에 대응하여 하나 형성되어 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도전층(9)을, 하나의 캐소드측 집전층(14)에 대해 하나 마련하는 것에 의해, 캐소드측 도전층(9)의 구성을 간단하게 할 수 있고, 캐소드측 도전층(9)을, 도 1의 캐소드측 도전층(9)에 비하여, 큰 면적으로 형성할 수 있어, 대용량의 전기를 취출할 수 있다.
한편, 도 1에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도전층(9)을 하나의 캐소드측 집전층(14)에 대해 복수 마련하는 것에 의해, 도 7의 캐소드측 도전층(9)에 비하여, 집전 개소를 많이 확보할 수 있어, 효율적인 집전을 도모할 수 있다.
또, 도 1에서는, 캐소드측 도전층(9)을, 하나의 캐소드측 집전층(14)에 대해 4개 마련하고 있지만, 그 수는 복수이면 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 2개 또는 3개, 예컨대, 5개 이상, 바람직하게는, 100개 이상 마련할 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 캐소드측 도통부(17)를 하나의 캐소드측 도전층(9)에 대해 하나 마련하고 있지만, 예컨대, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 하나의 캐소드측 도전층(9)에 대해 복수(5개) 마련할 수도 있다.
도 9 및 도 10에 있어서, 하나의 캐소드측 도전층(9)에 대응하는 복수의 캐소드측 도통부(17)는 전후 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있다.
또한, 캐소드측 기판(8)에는, 각 캐소드측 도전층(9)의 아래에, 캐소드측 도통부(17)에 대응하는, 복수의 캐소드측 개구부(18)가 형성되어 있다.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도통부(17)를 각 (하나의) 캐소드측 도전층(9)에 대해 복수 마련하는 것에 의해, 도 1의 캐소드측 도통부(17)에 비하여, 전후 방향을 따라 균일하게 집전할 수 있다. 그 때문에, 효율적인 집전을 도모할 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 캐소드측 집전 단자(16)를 캐소드측 기판(8)의 하면에 마련하고 있지만, 예컨대, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 기판(8)의 상면에 마련할 수도 있다.
도 11 및 도 12에 있어서, 캐소드측 집전 단자(16)는 캐소드측 기판(8)의 상면(전해질(4)에 대향하는 대향면, 표면)에서의 취출 영역(31)에 마련하고 있다.
또한, 캐소드측 기판(8)에는, 취출 영역(31)에서, 각 캐소드측 집전 배선(15)의 후단부에 대응하는 위치에, 두께 방향을 관통하는 제 2 개구부(33)가 형성되어 있다.
제 2 개구부(33)는, 평면에서 보아 대략 원형 형상으로 개구되고, 폭 방향에서 간격을 두고 복수(4개) 형성되어 있으며, 각 제 2 개구부(33)에는 제 2 도통부(34)가 충진되어 있다.
제 2 도통부(34)는 캐소드측 집전 단자(16)와 캐소드측 집전 배선(15)의 후단부를 두께 방향에서 전기적으로 도통시키고 있다. 제 2 도통부(34)를 형성하는 재료로서는, 상기한 캐소드측 도통부(제 1 도통부)(17)와 동일한 도전 재료를 들 수 있다.
도 11 및 도 12의 대극(3)은, 제 2 개구부(33)를 캐소드측 개구부(제 1 개구부)(18)와 동시에 형성하고, 제 2 도통부(34)를 캐소드측 도통부(제 1 도통부)(17)와 동시에 형성하고, 캐소드측 집전 단자(16)를 캐소드측 도전층(9)과 동시에 형성하는 이외에는, 상기와 같이 하여 제조된다.
도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 집전 단자(16)를 캐소드측 기판(8)의 상면에 마련하는 것에 의해, 외부, 보다 구체적으로는, 캐소드측 기판(8)의 아래쪽으로부터의 접촉에 대해 캐소드측 기판(8)에 의해서 보호할 수 있다. 그 때문에, 양호한 접속 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 집전 단자(16)를 캐소드측 기판(8)의 하면에 마련하는 것에 의해, 전기를 외부, 보다 구체적으로는, 캐소드측 기판(8)의 아래쪽으로 용이하게 취출할 수 있다. 그 때문에, 양호한 취급성을 확보할 수 있다.
또한, 상기한 도 2 및 도 4에 나타내는 대극(3)에서는, 캐소드측 집전 단자(16)를 캐소드측 기판(8)의 하면에서의 취출 영역(31)에 마련하고 있지만, 예컨대, 도시하지 않지만, 밀봉 영역(30)에 마련할 수도 있다.
캐소드측 집전 단자(16)를 밀봉 영역(30)에 마련하는 것에 의해, 캐소드측 기판(8)에 취출 영역(31)의 구획을 필요로 하지 않을 수 있다. 그 때문에, 캐소드측 기판(8)을 소형화할 수 있어, 대극(3)을 소형화할 수 있다. 또는, 취출 영역(31)을 필요로 하지 않는 분만큼, 밀봉 영역(30)을 큰 면적으로 확보할 수 있고, 이에 따라, 캐소드측 집전층(14) 및 촉매층(10)을 큰 면적으로 확보할 수 있어, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 캐소드측 도전층(9)의 표면 전면을 촉매층(10)에 의해서 피복하고 있지만, 예컨대, 도 13~도 15에 나타낸 바와 같이, 캐소드측 도전층(9)의 표면의 일부를 촉매층(10)에 의해서 피복하고, 그 이외를 노출시켜서, 집전부(36)로 할 수도 있다.
도 13~도 15의 대극(3)에 있어서, 각 캐소드측 도전층(9)은, 평면에서 보아, 뒤측으로 향하여 개구되는 대략 U자형 형상으로 형성되고, 보다 구체적으로는, 전후 방향으로 연장되고, 좌우 방향으로 서로 간격을 두고 배치되는 도전부(35) 및 집전부(36)와, 그들의 전단부를 연결하는 연결부(37)를 연속하여 구비하고 있다.
도전부(35)는, 각 캐소드측 도전층(9)에서의 좌측에 배치되어 있고, 그 표면이 촉매층(10)으로 피복되어 있다.
집전부(36)는 도전부(35)와 오른쪽에 간격을 두고 배치되어 있다. 집전부(36)의 후단부는 캐소드측 도통부(17)에 연속하고 있다.
집전부(36) 및 연결부(37)의 표면은 촉매층(10)으로부터 노출되는 한편, 그들의 표면에는 제 2 보호층(21)이 형성되어 있다.
제 2 보호층(21)을 형성하는 재료로서는, 상기한 제 1 보호층(13)을 형성하는 재료와 동일한 재료를 들 수 있다. 또한, 제 2 보호층(21)의 두께는 제 1 보호층(13)의 두께와 동일하다.
도 14 및 도 15에 나타내는 대극(3)은, 제 2 보호층(21)을 제 1 보호층(13)과 동시에 형성하는 이외는, 상기와 동일하게 하여 제조한다.
그리고, 이 대극(3)에서는, 도전부(35)에서 발생하는 전기를 연결부(37), 집전부(36) 및 캐소드측 도통부(17)를 통해 캐소드측 집전층(14)으로부터 효율적으로 취출할 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 도통부를 대극(3)에만 마련하고, 그것을 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일례로서 예시하고 있지만, 예컨대, 도통부를 작용 전극(2)에만 마련하고, 작용 전극(2)을 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일례로서 예시할 수 있으며, 또한, 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 도통부를 작용 전극(2) 및 대극(3)의 양쪽에 마련하고, 작용 전극(2) 및 대극(3)의 양쪽을 본 발명의 색소 증감형 태양 전지용 전극의 일례로서 예시할 수도 있다.
도 14 및 도 15에 있어서, 작용 전극(2)은, 기판으로서의 애노드측 기판(5)과, 애노드측 기판(5)의 하면(전해질(4)에 대향하는 대향면, 표면)에 형성되는 도전층으로서의 애노드측 도전층(6)과, 애노드측 기판(5)의 상면(전해질에 대향하는 대향면의 반대면, 이면)에 형성되는 집전층으로서의 애노드측 집전층(24)과, 도통부로서의 애노드측 도통부(27)를 구비하고 있다. 또한, 작용 전극(2)은 색소 증감형 반도체층(7)과, 애노드측 커버층(29)과, 제 3 보호층(38)과, 제 4 보호층(39)을 구비하고 있다.
작용 전극(2)의 애노드측 기판(5), 애노드측 도전층(6), 애노드측 집전층(24), 애노드측 도통부(27), 색소 증감형 반도체층(7), 애노드측 커버층(29), 제 3 보호층(38) 및 제 4 보호층(39)은, 대극(3)의 상기한 캐소드측 기판(8), 캐소드측 도전층(9), 캐소드측 집전층(14), 캐소드측 도통부(17), 촉매층(10), 캐소드측 커버층(20), 제 1 보호층(13) 및 제 2 보호층(21)에 대해, 전해질(4)을 중심으로 한 두께 방향으로 대략 대칭의 형상으로 각각 형성되어 있다.
즉, 애노드측 기판(5)은 밀봉 영역(30)과 취출 영역(31)으로 구획되어 있다. 또한, 애노드측 기판(5)에는, 애노드측 도통부(27)가 충진되는 개구부로서의 애노드측 개구부(28)가 형성되어 있다.
애노드측 도전층(6)은 도전부(35)(도 15), 집전부(36) 및 연결부(37)(도 14 및 도 15에서 도시되지 않음)를 구비하고 있으며, 그들은 캐소드측 도전층(9)의 도전부(35), 집전부(36) 및 연결부(37)에 대하여, 전해질(4)을 중심으로 한 두께 방향으로 대략 대칭의 형상으로 각각 형성되어 있다.
또한, 애노드측 집전층(24)은 애노드측 집전 배선(25) 및 애노드측 집전 단자(26)를 구비하고 있으며, 그들은 캐소드측 집전층(14)의 캐소드측 집전 배선(15) 및 캐소드측 집전 단자(16)에 대해, 전해질(4)을 중심으로 한 두께 방향으로 대략 대칭의 형상으로 각각 형성되어 있다.
또한, 애노드측 커버층(29)은 애노드측 집전 배선(25)의 표면을 피복하고 있다.
제 3 보호층(38)은 애노드측 집전 단자(26)의 표면을 피복하고 있다.
제 4 보호층(39)은 애노드측 도전층(6)의 집전부(36)의 이면을 피복하고 있다.
이 작용 전극(2)에서는, 애노드측 도통부(27)에 의해서, 애노드측 도전층(6)이 애노드측 기판(5)의 두께 방향에서 애노드측 집전층(24)과 전기적으로 접속되어 있다.
그 때문에, 이 작용 전극(2)이 이용되는 색소 증감형 태양 전지(1)에서는, 밀봉층(11), 특히, 뒷 빔(11A)에 대한 애노드측 도전층(6)의 관통을 필요로 하지 않아, 밀봉층(11)의 전해질(4)에 대한 우수한 밀봉성을 확보할 수 있다. 이것과 함께, 발전된 전기를 애노드측 도통부(27) 및 애노드측 집전 배선(25)을 통해서 애노드측 집전 단자(26)로부터 효율적으로 취출할 수 있다.
그 결과, 이 색소 증감형 태양 전지(1)는 발전 효율의 저하 및 주변으로의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 도 14 및 도 15의 색소 증감형 태양 전지(1)에서는, 대극(3) 및 작용 전극(2)의 양쪽에, 상기한 캐소드측 도통부(17) 및 애노드측 도통부(27)가 각각 마련되어 있기 때문에, 발전 효율의 저하 및 주변으로의 오염을 보다 한층더 방지할 수 있다.
또, 상기 설명은, 본 발명의 예시의 실시 형태로서 제공했지만, 이것은 단순한 예시에 불과하며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 당해 기술분야의 당업자에게 명확한 본 발명의 변형예는 후술하는 특허청구범위에 포함되는 것이다.
1: 색소 증감형 태양 전지
2: 작용 전극(애노드)
3: 대극(캐소드; 대향 전극)
4: 전해질
5: 애노드측 기판
6: 애노드측 도전층
7: 색소 증감 반도체층
8: 캐소드측 기판
9: 캐소드측 도전층
10: 촉매층
11: 밀봉층
13: 제 1 보호층
14: 캐소드측 집전층
17: 캐소드측 도통부(제 1 도통부)
18: 캐소드측 개구부(제 1 개구부)
20: 캐소드측 커버층
30: 밀봉 영역
31: 취출 영역

Claims (8)

  1. 기판과,
    상기 기판의 표면에 형성되고, 전해질을 밀봉하기 위한 밀봉층으로 둘러싸이는 도전층과,
    상기 기판의 이면(裏面)에 형성되는 집전층과,
    상기 도전층과 상기 집전층을 상기 기판의 두께 방향에서 전기적으로 도통시키는 도통부
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전층은, 상기 기판의 두께 방향으로 투영했을 때에, 상기 밀봉층을 횡단하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에는, 두께 방향을 관통하는 개구부가 형성되고,
    상기 도통부는 상기 개구부에 충진되어 있는 것
    을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은, 하나의 상기 집전층에 대해, 복수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 도통부는, 하나의 상기 도전층에 대해, 복수 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전층은,
    상기 도통부에 연속하여 형성되는 집전 배선과,
    상기 집전 배선에 연속하여 형성되는 집전 단자를 구비하며,
    상기 집전 단자는 상기 기판의 표면에 마련되어 있는 것
    을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 집전층은,
    상기 도통부에 연속하여 형성되는 집전 배선과,
    상기 집전 배선에 연속하여 형성되는 집전 단자를 구비하며,
    상기 집전 단자는 상기 기판의 이면에 마련되어 있는 것
    을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지용 전극.
  8. 작용 전극과,
    상기 작용 전극과 간격을 두고 대향 배치되는 대극(對極)과,
    상기 작용 전극 및 상기 대극 사이에 배치되는 밀봉층과,
    상기 작용 전극 및 상기 대극 사이에 충진되고, 상기 밀봉층에 의해 밀봉되는 전해질
    을 구비하는 색소 증감형 태양 전지로서,
    기판과,
    상기 기판의 표면에 형성되고, 전해질을 밀봉하기 위한 밀봉층으로 둘러싸이는 도전층과,
    상기 기판의 이면에 형성되는 집전층과,
    상기 도전층과 상기 집전층을 상기 기판의 두께 방향에서 전기적으로 도통시키는 도통부
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 색소 증감형 태양 전지.
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