WO2005091425A1 - 色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　透光性基板と支持基板の間に導電層を介して、色素が吸着した多孔性光電変換層、電解質層、触媒層、導電層が順次積層されてなる光電変換素子を少なくとも２つ以上並列して有し、さらに、平面的に見た各多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される１つの領域の全面積に対して、発電に寄与する領域の面積の割合である有効面積率が１００％である色素増感型太陽電池モジュールを提供する。

Description

明 細 書

色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。さらに詳 しくは光電変換が高効率の色素増感型太陽電池モジュール及びその製造方法に関 する。

背景技術

[0002] 化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目さ れている。現在、一部実用化され始めた太陽電池としては、結晶系シリコン基板を用 いた太陽電池及び薄膜シリコン太陽電池がある。しかし、前者はシリコン基板の作製 コストが高いこと、後者は多種の半導体ガスや複雑な装置を用いる必要があり、依然 として製造コストが高いことが問題となっている。そのため、いずれの太陽電池におい ても光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられ て!、るが、上記問題を解決するには到って!/ヽな 、。

[0003] 新しいタイプの太陽電池として日本国特許第 2664194号明細書 (特許文献 1)で、 金属錯体の光誘起電子移動を応用した湿式太陽電池が示された。この湿式太陽電 池は、 2枚のガラス基板にそれぞれ形成された電極間に、光電変換材料と電解質材 料を挟んで光電変換層を構成したものである。この光電変換材料は、光増感色素を 吸着させることで、可視光領域に吸収スペクトルをもつようになる。この太陽電池にお いて、光電変換層に光が照射されると電子が発生し、電子は外部電気回路を通って 電極に移動する。電極に移動した電子は、電解質中のイオンによって運ばれ対向す る電極を経由して光電変換層にもどる。このようにして電気エネルギーが取り出せる。

[0004] この動作原理を基本に、その低コスト製法の技術が、日本国特許出願第 2000— 91 609号明細書 (特許文献 2)に記載されている。その技術を概説すると、まず、透明導 電膜 (電極)を形成したガラス基板を用意する。また、巻き取り可能なフレキシブルな 他の基板上に白金導電膜 (電極)及び二酸化チタンコロイド発電層を形成して積層 体とする。この積層体の形成時あるいは以降に、発電層に電解質液が含浸される。こ の技術により単一ユニットの有機太陽電池が得られるとされている。

[0005] 国際公開第 W097Z16838号パンフレット (特許文献 3)においては、図 9に示す ように、複数の色素増感型太陽電池を直列接続した色素増感型太陽電池モジユー ルが示されている。具体的には、個々の色素増感型太陽電池は、短冊形にパター二 ングを行った透明導電膜 (電極)を形成したガラス基板上に、酸化チタン層、絶縁性 多孔質層および対極を順次積層した構造を有している。また、 1つの色素増感型太 陽電池の導電層を、隣接する色素増感型太陽電池と対極を接触するように配置する ことで、両太陽電池が直列接続されている。

[0006] また、色素増感型太陽電池の開発技術 Z技術教育出版社 (編集 早瀬修ニ、藤嶋 昭、 p. 205—217、 2003) (非特許文献 1)では、 P. M. Sommelingらカ 型直列 接続として、図 10に示す構造の色素増感型太陽電池モジュールを示している。 具体的には、個々の色素増感型太陽電池は、短冊にパターニングを行った透明電 極を形成したガラス基板上に、酸ィ匕チタン層と白金を交互に製膜したものを 2つ作製 し、それぞれの基板の酸ィ匕チタン層と白金が相対するように向かい合わせた状態で 貼り合わせ、酸ィ匕チタン層間に榭脂を設置し、これを用いてそれぞれのガラス基板を 接着させることにより、直列接続された色素増感型太陽電池モジュールが得られる。

[0007] し力しながら、特許文献 1に記載の色素増感型太陽電池は、 2枚のガラス基板の間 に電解液が注入されているため、小面積の太陽電池の試作は可能であっても、 lm 角のような大面積の太陽電池への適用は困難である。

また、太陽電池モジュールにおいて、一つの太陽電池（単位セル）の面積を大きく すると、発生電流は面積に比例して増加する。しかし、電極部分に用いる透明導電 性膜の横方向の抵抗成分が極端に増大し、それによつて太陽電池の内部直列電気 抵抗が増大する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子 (フィル ファクタ、 FF)が低下し、光電変換効率が低くなるという問題がある。

これらの問題を解決するために、アモルファスシリコン層を第一及び第二導電層で 挟んだ構成のアモルファスシリコン太陽電池のモジュールに使用されている長方形 の単位セルを用い、 1つの単位セルの第一導電層と隣り合う単位セルの第二導電層 を接触させる集積化構造が考えられる。しかし、この構造では、隣り合う光電変換層 が接触しないように、ある一定の隙間をおいて形成させる必要がある。一般に、集積 化した太陽電池のモジュールの変換効率とは、モジュール面積当たりの発電効率を 意味する。そのため、隙間の面積が大きいと、隙間に当たった光は発電に寄与しな V、ので、モジュールを構成する単位セルの変換効率が高くてもモジュール変換効率 が悪くなる。そのため、隣り合う単位セル同士の隙間を小さくして有効面積率を向上 させるような、モジュールの作製方法を工夫する必要があった。

一般に、アモルファスシリコン系太陽電池では、レーザー等によりスクライブを行い、 集積パターユングを行って 、るが、これらの手法は色素増感型太陽電池への適用は 困難である。なぜならば、色素増感型太陽電池の光電変換層は、より多くの色素を 吸着させるため、多孔質体力 なる。このような多孔質体にレーザー等により微細パ ターンが形成された部分は、強度が劣るため、微細パターンを形成することができな いという問題がある。

更には、レーザーを使用することにより製造コストが高くなる。

[0008] これらの問題を解決するために、図 9に示す特許文献 3に記載の太陽電池では、ス クリーン印刷法を用いて多孔性光電変換層が形成されている。しかし、多孔性光電 変換層を形成した後、レーザーやエアージェット等によりパターン形成を行っており、 上述と同様な理由で同様な問題が生じる。なお、図 9中、 61は透明基板、 62は透明 導電膜、 63は多孔性酸ィ匕チタン層、 64は中間多孔性層、 65は対向電極、 66は絶 縁層、 67は電気絶縁性液体密閉用トップカバー、 68と 69は端子を表している。 また、図 10に示す太陽電池モジュールは、一枚の透明導電膜を形成したガラス基 板の面方向に酸化チタン層と光透過性の対極を形成して ヽるため、太陽電池モジュ ールの表裏関係なく受光面とすることができる構造である。なお、図 10中、 51と 52は 透明基板、 501、 502、 503ίま透明導電膜、 511、 512、 513ίま電解液、 521、 522、 523は多孑し'性酸ィ匕チタン層、 531、 532、 533は虫媒層、 541, 542、 543は絶縁層 を表している。

[0009] さらに詳しく説明すれば、図 10に示す色素増感型太陽電池モジュールは、それぞ れの多孔性光電変換層が、接触基板に対して垂直に形成され、それぞれの間に絶 縁層が設置されている構造を有している。一般に、色素増感型太陽電池の多孔性光 電変換層は、製造コスト等も考慮してスクリーン印刷等を用いて作製するが、その他 の作製方法を用いても図 10に示すような、透明導電膜を形成したガラス基板の面に 対して垂直に多孔性光電変換層を形成するには、複雑な工程が必要となるものであ つた o

また、図 9に示す色素増感型太陽電池モジュールと異なり、図 10に示す色素増感 型太陽電池モジュールは、隣接する光電変換素子 (太陽電池）間に設置しなければ ならない材料が絶縁層のみであるため、有効面積率を向上できる可能性がある。ここ で、有効面積率とは、色素増感型太陽電池モジュールの平面的に見た各多孔性光 電変換層の外郭線を結んで形成される 1つの領域の全面積に対して、発電に寄与 する面積の割合、すなわち、多孔性光電変換層の占める面積の割合を意味する。従 つて、図 10に示す色素増感型太陽電池モジュールの場合、絶縁層部分が発電に寄 与しない部分であり、この面積が有効面積率を低下させる要因であり、これによりモジ ユールとしての変換効率が低下する問題になる。

従来では、絶縁層は熱融着性のフィルムゃ榭脂等を塗布することにより形成されて いる。有効面積率を向上させるには絶縁層幅を小さくする必要があるが、熱融着性フ イルムでは、マイクロメーターオーダーでの設置は非常に困難である。また、榭脂を 塗布することにより絶縁層を形成する場合、図 10に示す構造では、片方の基板に榭 脂を塗布した後に残りの基板の貼り合わせを行うため、有効面積率を向上させるため にはかなりの精度が必要であった。

[0010] 特許文献 1 :特許第 2664194号公報

特許文献 2:特開 2000— 91609号公報

特許文献 3：国際公開第 W097Z16838号パンフレット

非特許文献 1：色素増感太陽電池の開発技術 Z技術教育出版社 (編集 早瀬修ニ、 藤嶋昭、 p. 205—217、 2003)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0011] 本発明は、有効面積率を増加して従来技術より高性能な色素増感型太陽電池及 びその製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。 課題を解決するための手段

[0012] カゝくして、本発明によれば、透光性基板と支持基板のそれぞれの上に設けられた導 電層の間に、色素が吸着した多孔性光電変換層、電解質層、触媒層、導電層が順 次積層されてなる光電変換素子を少なくとも 2つ以上並列して有し、さらに、平面的 に見た各多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される 1つの領域の全面積に対 して、発電に寄与する領域の面積の割合である有効面積率が 100%である色素増 感型太陽電池モジュールが提供される。

本発明は別の観点によれば、透光性基板上に透光性導電層を介して色素が吸着 した 1つ以上の多孔性光電変換層及び 1つ以上の触媒層を並列して形成し、かつ、 支持基板上に導電層を介して 1つ以上の触媒層及び色素が吸着した 1つ以上の多 孔性光電変換層を並列して形成する工程 (a)と、前記透光性基板と前記支持基板を 対向させ、透光性基板側の多孔性光電変換層及び触媒層と支持基板側の触媒層 及び多孔性光電変換層を重ね合わせる工程 (b)と、多孔性光電変換層と触媒層の 間に電解液を注入して電解質層を形成する工程 (c)を備え、前記工程 (a)において 、多孔性光電変換層は、隣接する触媒層との並列方向の断面形状が、基板側を底 辺とする台形に形成され、前記工程 (b)において、隣接する多孔性光電変換層は、 並列方向側の端部が相互に重なるように配置される色素増感型太陽電池モジユー ルの製造方法が提供される。

発明の効果

[0013] 本発明によれば、平面的に見た各多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成され る 1つの領域の全面積に対して、発電に寄与する面積の割合である有効面積率が 1 00%である色素増感型太陽電池モジュールが得られる。したがって、この色素増感 型太陽電池モジュールは入射光を最大限発電に活用することができ、従来技術より も光電変換効率、電流値等の特性が向上する。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の集積化された色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。

[図 2]図 1の色素増感型太陽電池モジュールを基板 X側から見た平面図であって、複 数の多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される 1つの領域を表す。 [図 3]図 1の色素増感型太陽電池モジュールの製造方法を説明する図であって、 (a) は基板 Xへの成膜状態を示す概略平面図であり、 (b)は基板 Yへの成膜状態を示す 概略平面図である。

圆 4]本発明の色素増感型太陽電池の多孔性光電変換層の断面形状を示す模式図 である。

[図 5]本発明の色素増感型太陽電池の隣接する多孔性光電変換層の傾斜状端部の 重なり状態を示す説明図である。

[図 6]本発明の色素増感型太陽電池モジュールを構成する単位色素増感型太陽電 池の短絡電流密度値と重なり率の関係図である。

[図 7]比較例 1の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。

[図 8]比較例 2の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。

[図 9]従来の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。

[図 10]他の従来の色素増感型太陽電池モジュールの概略断面図である。

符号の説明

[0015] 1 透光性導電層

2 導電層

3、 13、 21 多孔性光電変換層

4、 14 電解質層

5、 15 触媒層

6 絶縁層

21a 傾斜状端部

P 領域

X 基板

Y 基板

発明を実施するための最良の形態

[0016] 本発明の実施の形態の色素増感型太陽電池モジュール (以下、単に太陽電池とも 称する）は、透光性基板側から、色素が吸着した多孔性光電変換層、電解質層、触 媒層が順次積層されてなる第 1光電変換素子と、前記透光性基板側から、触媒層、 電解質層、色素が吸着した多孔性光電変換層が順次積層されてなる第 2光電変換 素子とを備え、前記透光性基板と支持基板の間において、 1つ以上の上記第 1光電 変換素子と 1つ以上の第 2光電変換素子が交互に並列している。さらに、この色素増 感型太陽電池モジュールは、平面的に見た各多孔性光電変換層の外郭線を結んで 形成される 1つの領域の全面積に対して、発電に寄与する領域の面積の割合である 有効面積率が 100%であることを特徴とするものである。

ここで、平面的に見た各多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される 1つの領 域とは、色素増感型太陽電池モジュールの各光電変換素子間に絶縁層を有する場 合も包含するものである。例えば、図 1の構造の色素増感型太陽電池モジュールに おいて、平面的に見た上記 1つの領域は、複数の多孔性光電変換層のみで占めら れた四角形の領域であり、これと比較して、図 9の構造の色素増感型太陽電池モジュ ールにおいて、上記 1つの領域は、複数の多孔性光電変換層と複数の絶縁層で占 められた四角形の領域である。

[0017] 図 1は本発明の集積化された色素増感型太陽電池モジュールを示す概略断面図 である。

この太陽電池モジュール Mは、受光面側の透光性絶縁基板 Xと、裏面 (非受光面） 側の支持基板 Yと、これらの基板 X、 Y間に透光性導電膜 1及び導電膜 2を介して 5 つの光電変換素子が並列して設けられている。この 5つの光電変換素子のうち、両端 と中央に位置する 3つの第 1光電変換素子 aと、それらの間に位置する 2つの第 2光 電変換素子 bは、それらを構成する各層が逆の順序で積層されている。つまり、第 1 光電変換素子 aは透光性絶縁基板 X側から多孔性光電変換層 3、電解質層 4、触媒 層 5が順次積層されてなり、第 2光電変換素子 bは透光性絶縁基板 X側カゝら触媒層 1 5、電解質層 14、多孔性光電変換層 13が順次積層されてなる。また、 5個の第 1 ·第 2光電変換素子 a、 bは、透光性導電層 1及び導電層 2によって電気的に直列接続さ れると共に、第 1 ·第 2光電変換素子 a、 b間及びそれらの外周部は絶縁層 6 (例えば 絶縁性榭脂）によって充填及び封止されている。

[0018] 図 2は図 1の色素増感型太陽電池モジュールを基板 X側 (受光面)から見た平面図 であって、複数の多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される 1つの領域を表し ている。図 2に示すように、太陽電池モジュール Mを平面的に見た場合、交互に並ん だ第 1 ·第 2光電変換素子 a、 bの多孔性光電変換層 3、 13は、それらの隣接する端 部は重なっている。なお、図 2において、 Pは複数の多孔性光電変換層 3、 13の外郭 線を結んで形成される 1つの四角形の領域を表している。この平面的に見た領域 Pは 、発電に寄与しない絶縁層 6が存在せず、発電に寄与する多孔性光電変換層 3、 13 のみで構成されている。したがって、領域 Pの全面積に対して、発電に寄与する領域 の面積の割合である有効面積率は 100%である。

以下、本発明の色素増感型太陽電池の各構成要素について説明する。

[透光性基板及び支持基板]

太陽電池モジュールの受光面を構成する透光性基板の材料としては、例えば、ソ ーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラス等の透明ガラス基板、耐熱透光性榭脂 力 なる可撓性フィルム等が挙げられる。また、透光性基板は、 0. 2— 5mm程度の 厚さで、 250°C以上の耐熱性を有するものが好まし!/、。

可撓性フィルム（以下、「フィルム」と略称する）は、例えば、ポリエステル、ポリアタリ ル、ポリイミド、テフロン (登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、 PET等の長期耐 候性のシートやフィルムが挙げられる。中でも透光性導電層の形成時において、透 光性基板は 250°C程度の温度に加熱させることから、この温度以上の耐熱性を有す るテフロン (登録商標）が好まし 、。

また、太陽電池の非受光面を構成する支持基板の材料としては、透光性の有無は 限定されないが、透光性基板の材料と同じ材料や、その他には金属板も用いること ができる。金属板は、光透過性に乏しいため、支持基板として用いる方が好ましい。 金属板の材料によっては、電解質層に用いる材料により腐食が起こる物もあるため、 少なくとも、金属板表面と電解質層との接触部分に腐食に強い金属酸化物等の材料 でコーティングされて 、ることが好まし 、。

これら透光性基板及び支持基板は、完成した色素増感型太陽電池を他の構造体 に取り付けるときに利用することも可能である。つまり、ガラス等の基板を用いれば、 ガラス基板周辺部を金属加工部品とねじを用いて他の支持体に容易に取り付けるこ とがでさる。 [0020] [透光性導電層及び導電層]

受光面側の透光性導電層 (受光面電極)の材料としては、少なくとも後述する増感 色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過するものであればよぐ必ず しもすベての波長域の光に対して透過性を有するものである必要はない。例えば、 I TO (インジウム-スズ複合酸化物）、フッ素ドープされた酸化スズ、ボロン、ガリウムま たはアルミニウムがドープされた酸ィ匕亜鉛、ニオブがドープされた酸化チタン等の透 明導電性金属酸化物、あるいは金、銀、アルミニウム、インジウム、白金、カーボン (力 一ボンブラック、グラフアイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフト カーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン）等の不透明材料 を薄膜ィ匕したものが挙げられる。ただし、金属材料を用いる場合、電解液に腐食され る材料もあるため、電解液と接触する部分に、腐食に強い材料をコーティングしても 良い。

非受光面側の導電層 (裏面電極)の材料としては、透光性導電層の材料と同じもの を用いることができる。なお、導電層には透光性の有無は限定されないが、不透明材 料を用いる場合は薄膜ィ匕を省くことができる。さらに、電解質層にヨウ素が含まれる場 合は、耐ヨウ素性材料であることが望ましい。

これら透光性導電層及び導電層は、 PVD法、蒸着法、スパッタリング法、塗布法等 の従来技術により形成することができる。

[0021] [触媒層]

触媒層としては、後述する電解質層の酸化還元反応を活性化させるものであれば よぐ例えば白金、塩化白金、カーボン (カーボンブラック、グラフアイト、ガラス炭素、 アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナ ノチューブ、フラーレン)が挙げられる。ただし、上述の透光性導電層と同様に色素増 感型太陽電池モジュールの受光面となる側、つまり第 2光電変換素子の触媒層は光 透過性が必要となるため、薄膜ィ匕を行う必要がある。触媒材料によって好ましい膜厚 は異なるが、例えば白金を用いる場合には、好ましくは 300—0. 5nmであり、さらに 好ましくは、 30— lnmである。触媒層は、 PVD法、蒸着法、スパッタリング法、塗布 法等の従来技術により形成することができる。 [0022] [多孔性光電変換層]

多孔性光電変換層は、半導体から構成され、その形態は、粒子状、あるいは表面 および内部に多数の空隙を有する膜状等の種々な形態のものを用いることができる 力 膜状の形態であることが好ましい。多孔性光電変換層を構成する材料としては、 酸化チタン、酸化亜鈴、酸ィ匕タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム 、硫ィ匕カドミウム等の公知の半導体を 1種類または 2種類以上組み合わせて用いるこ とができる。中でも、光電変換効率、安定性、安全性の点カゝら酸ィ匕チタンが好ましい

[0023] 膜状の多孔性光電変換層を基板上に形成する方法としては、種々の公知の方法 を使用することができる。具体的には、スクリーン印刷法、インクジェット法などにより 基板上に半導体粒子を含有するペーストを塗布し、その後焼成する方法、基板上に 所望の原料ガスを用いた CVD法又は MOCVD法等により成膜する方法、原料固体 を用いた PVD法、蒸着法、スパッタリング法又はゾルーゲル法、電気化学的な酸化還 元反応を利用した方法等が挙げられる。これらのうち、厚膜化や製造コストの観点より 、ペーストを用いたスクリーン印刷法が好ましい。

なお、多孔性光電変換層の膜厚は、特に限定されるものではないが、光電変換効 率の観点より、 0. 5— 50 m程度が好ましい。さらに、光電変換効率を向上させるた めには、後述する増感色素を多孔性光電変換層により多く吸着させることが必要で ある。このため、膜状の多孔性光電変換層は比表面積が大きなものが好ましぐ例え ば 10— 500m²/g程度、さらには 10— 200m²/g程度がより好ましい。なお、本発明 において、比表面積とは Brunauer~Emmett— Teller (BET)吸着法により測定した 値を意味する。

[0024] 上述の半導体粒子としては、市販されているもののうち適当な平均粒径、例えば 1 一 500nm程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒子等が挙げられる 。また、半導体粒子として酸化チタンを用いる場合、例えば次の手法により作製する ことができる。

チタンイソプロポキシド 125mlを 0. 1Mの硝酸水溶液 750mLに滴下し加水分解を させ、 20— 90°C (好ましくは 80°C)で 10分間一 50時間（好ましくは 8時間）加熱する ことにより、ゾル液の作製を行う。その後、チタン製オートクレーブにて 150— 300°C ( 好ましくは 230°C)で 1一 40時間（好ましくは 11時間）、粒子成長させ、超音波分散を 10分間以上 (好ましくは 30分間以上)行うことにより、平均粒径 15nmの酸ィ匕チタン 粒子を含むコロイド溶液の作製を行い、 2倍のエタノールをカ卩え、 5000rpmにて遠心 分離を行うことにより酸ィ匕チタン粒子を作製することができる。なお、本明細書におけ る平均粒径は、 SEM観察により測定した値である。

これらの半導体粒子を懸濁させペーストを作製するために使用される溶媒は、ェチ レングリコールモノメチルエーテル等のグライム系溶媒、イソプロピルアルコール等の アルコール系溶媒、イソプロピルアルコール Zトルエン等の混合溶媒、水等が挙げら れる。具体的には、以下に示す工程にてペーストを作製することができる。

[0025] 上述の工程により作製した酸ィ匕チタン粒子を洗浄した後、ェチルセルロースとテル ビネオールを無水エタノールに溶解させたものを加え、攪拌することにより酸ィ匕チタン 粒子を分散させる。その後、 40mbarの真空下、 50°Cにてエタノールを蒸発させて酸 化チタンペーストの作製を行う。なお、最終的な組成として、酸ィ匕チタン固体濃度 20 w_t%、ェチルセルロース 10wt%、テルビネオール 64wt%となるように濃度調整を 行う。

上述の多孔性光電変換層の乾燥及び焼成は、使用する基板や半導体粒子の種類 により、温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整して行われる。そのような条件として 、例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下、 50— 800°C程度の範囲内で、 10秒一 12時間程度が挙げられる。この乾燥及び焼成は、単一の温度で 1回又は温度を変 化させて 2回以上行うことができる。

[0026] [光増感色素]

多孔性光電変換層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の可視 光領域及び Z又は赤外光領域に吸収をもつものが挙げられる。さらに、多孔性光電 変換層に色素を強固に吸着させるためには、色素分子中にカルボキシル基、カルボ ン酸無水基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、ェ ステル基、メルカプト基、ホスホニル基等のインターロック基を有するもの（特に炭素 原子 1一 3を有する低級のもの）が好ましい。これらの中でも、カルボン酸基及びカル ボン酸無水基がより好ましい。なお、インターロック基は、励起状態の色素と多孔性光 電変換層の伝導帯との間の電子移動を容易にする電気的結合を提供するものであ る。

これらインターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウム金属錯体色素、 ァゾ系色素、キノン系色素、キノンィミン系色素、キナクリドン系色素、スクァリリウム系 色素、シァニン系色素、メロシアニン系色素、トリフエ-ノレメタン系色素、キサンテン系 色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、 ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。

[0027] 多孔性光電変換層に色素を吸着させる方法としては、例えば透光性導電膜又は導 電膜を介して基板上に形成された多孔性光電変換層を、色素を溶解した溶液 (色素 吸着用溶液）に浸漬する方法が挙げられる。その際、単に室温下で吸着を行ってもよ V、し、吸着速度を向上させるために還流法による加熱を行ってもよ!、。

色素を溶解させる溶媒としては、色素を溶解するものであればよぐ具体的には、メ タノール、エタノール等のアルコール類、アセトン、ジェチルケトン等のケトン類、ジェ チルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ァセトニトリル、ベンゾ-トリル等の 二トリル化合物類、クロ口ホルム、塩化メチル等のハロゲンィ匕脂肪族炭化水素、へキ サン、ペンタン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、酢酸 ェチル、酢酸メチル等のエステル類、水等が挙げられる。これらの溶媒は単独あるい は 2種類以上を混合して用いることができる。

溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶媒の種類により適宜調整することがで きるが、吸着機能を向上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましぐ例え ば、 1一 5 X 10 ⁴モル/リットル以上であればよい。

[0028] [電解質層]

多孔性光電変換層と触媒層との間に充填される電解質層は、イオンを輸送できる 導電性材料で構成され、液体電解質及び固体電解質を用いることができる。液体電 解質としては、酸ィ匕還元種を含む液体状態のものであればよい。具体的には、酸ィ匕 還元種とこれを溶解可能な溶媒からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融 塩力 なるもの、酸ィ匕還元種とこれを溶解可能な溶媒と溶融塩力 なるものが挙げら れるが、一般に電池や太陽電池などにおいて使用できるものであれば特に限定され ない。固体電解質としては、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料で太陽電 池の電解質として用いることができ、流動性がないものであればよい。例えば、ポリ力 ルバゾール等のホール輸送材、テトラ-トロフロオルレノン等の電子輸送材、ポリロー ル等の導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解 質、ヨウ化銅、チォシアン酸銅等の P型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子 により固体ィ匕した電解質などが挙げられ、中でも高分子電解質が好まし 、。

[0029] 電解質としては、 Lil、 Nal、 KI、 Csl、 Calなどの金属ヨウ化物、およびテトラアルキ

2

ルアンモニゥムョーダイド、ピリジニゥムョーダイド、イミダゾリゥムョーダイドなど 4級ァ ンモ -ゥム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、 Iとの組み合わせ； LiBr、 NaBr、 KB

2

r、 CsBr、 CaBrなどの金属臭化物、およびテトラアルキルアンモ-ゥムブロマイド、ピ

2

リジ -ゥムブロマイドなど 4級アンモ-ゥム化合物の臭素塩などの臭化物と、 Brとの組

2 み合わせ；フエロシアン酸塩 フェリシアン酸塩やフエ口セン フエリシ-ゥムイオンな どの金属錯体；ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール アルキルジスルフイドなどのィ ォゥ化合物；ピオロゲン色素、ヒドロキノンーキノンなどが挙げられる。これらの中でも、

Lil、ピリジ-ゥムョーダイド、イミダゾリゥムョーダイドと Iとの組み合わせが開放電圧

2

の改善の点で好ま 、。上記の電解質は 2種以上を混合して用いてもょ 、。

[0030] 電解質層に用いられる溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー トなどのカーボネートイ匕合物； 3—メチルー 2 ォキサゾリジノンなどの複素環化合物；ジ ォキサン、ジェチルエーテルなどのエーテル化合物；エチレングリコールジアルキル エーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアル キノレエーテノレ、ポリプロピレングリコーノレジァノレキノレエーテノレ、エチレングリコーノレモ ノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコ ールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのェ 一テル類；メタノール、エタノールなどのアルコール類；エチレングリコール、プロピレ ングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多 価アルコール類；ァセトニトリル、グルタロジ-トリル、メトキシァセトニトリル、プロピオ -トリル、ベンゾ-トリルなどの-トリル化合物；ジメチルスルフォキシド、スルフォランな ど非プロトン極性物質、水などが挙げられる。

[0031] ゲル電解質としては、電解質とゲル化剤を用いて作製したものを用いることができる 。ゲル化剤としては、高分子ゲル化剤が良好に用いられる。例えば、架橋ポリアクリル 榭脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンォキシド誘導体、シリコ 一ン榭脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高 分子ゲル化剤などが挙げられる。

溶融塩ゲル電解質としては、ゲル電解質材料に常温型溶融塩を添加したものを用 いることができる。常温型溶融塩としては、ピリジ-ゥム塩類、イミダゾリゥム塩類など の含窒素複素環式四級アンモ-ゥム塩ィ匕合物類が良好に用いられる。

[0032] 電解質層の電解質濃度としては、種々の電解質により選択されるが、 0. 01-1. 5 モル Zリットルの範囲が好ましい。ただし、本発明における色素増感型太陽電池モジ ユールにおいて、受光面側に触媒層がある場合、入射光が電解液を通して色素が吸 着された多孔性光電変換層に達し、キャリアが励起する。そのため、受光面側に触媒 層がある第 2光電変換層に用いる電解質濃度により、性能は低下する場合がある。

[0033] [絶縁層]

絶縁層は、色素増感型太陽電池モジュールを構成する隣り合う第 1、第 2光電変換 素子を分離できるものであれば問題ないが、光を有効に利用するために、可視光量 域の吸収が少ないものが好ましい。さらには、吸収領域が 450nm以下であることが 好ましぐォレフィン系榭脂、エポキシ系榭脂、シリコーン系榭脂等が挙げられる。ま た、絶縁層の形成には、スクリーン印刷やディスペンサーによる塗布により行うことが できる。これらの形成手法では、榭脂の粘性にも影響するが、 30 m程度の細線塗 布が可能である。

[0034] これらの絶縁層を多孔性光電変換層上に形成する場合、榭脂の種類や粘性、さら には重合条件等により、多孔性光電変換層内部に侵入し、キャリア輸送層の作製が できない場合がある。これは、絶縁層材料に支配されるが、内部に浸透しない粘性に 調整すること、多孔性光電変換層と接触角の大きい材料、すなわち濡れ性の悪い材 料を選択すること、さらには、多孔性光電変換層上にフィルム等を設置することなど により回避することが可能である。また、多孔性光電変換層上にフィルムを設置する 場合、光電変換層とフィルムの間にキャリア輸送層が設置できる隙間を有しているよう にすることにより、キャリアの輸送経路が多くなり、より性能向上が見込める。

[0035] (太陽電池モジュールの製造方法の明）

図 3は図 1の太陽電池モジュールの製造方法を説明する図であって、 (a)は透光性 絶縁基板 Xへの成膜状態を示す概略平面図であり、 (b)は支持基板 Yへの成膜状態 を示す概略平面図である。本実施の形態の太陽電池モジュールは、以下のように製 造することができる。

[0036] 透光性絶縁基板 Xの一表面のほぼ全面に透光性導電層 1を形成し、その上に短冊 状に 3つの光電変換層 3と 2つの触媒層 15を交互に隙間をもって形成する。そして、 一方の触媒層 15と端の多孔性光電変換層 3との間および他方の触媒層 15と中央の 多孔性光電変換層 3との間における透光性導電層 1をスクライブする。また、支持基 板 Yの一表面のほぼ全面に導電層 2を形成し、その上に短冊状の 3つの触媒層 5と 2 つの色素が吸着した多孔性光電変換層 13を交互に隙間をもって形成する。そして、 一方の多孔性光電変換層 13と中央の触媒層 5との間および他方の多孔性光電変換 層 13と端の触媒層 5との間における導電層 2をスクライブする。図 3 (a)と (b)におい て、 40はスクライブラインを示している。続いて、各基板を吸着用色素溶液に浸漬し て、各多孔性光電変換層に色素を吸着させる。次に、透光性絶縁基板 Xと支持基板 Yを対向させ、基板 Xの多孔性光電変換層 3及び触媒層 5と基板 Yの触媒層 15及び 多孔性光電変換層 15をセパレータを介して重ね合わせ、各セル間（隣接する積層 間の空隙部分)に絶縁性接着剤を充填して基板 X、 Yを接着する。その後、各触媒層 5、 15と各セパレータ間に電解液を注入して、第 1 ·第 2光電変換素子 a、 bを形成し、 セル外周に絶縁性榭脂にて封止して、太陽電池モジュール Mを得る。

[0037] (実験例 1)

本発明の色素増感型太陽電池モジュールを構成する光電変換素子の多孔性光電 変換層の形状の確認を行った。多孔性光電変換層の構成材料や作製方法は後述 するが、以下に、市販の酸ィ匕チタンペーストを用いて、スクリーン印刷法により多孔性 光電変換層を作製した場合を説明する。

[0038] まず、導電層が形成された支持体として、日本板硝子社製 SnO膜付ガラス基板を 用い、その導電層（SnO膜）上に、 7. 2mm X 50mmのパターンを有するスクリーン

2

版 (テトロンメッシュ # 100、総厚 138 m)を設置したスクリーン印刷機 (ニューロング 精密工業製 LS— 150)を用いて、酸ィ匕チタンペースト（Solaronix社製、商品名： D/ SP)を雰囲気温度 30°Cで成膜した。なお、雰囲気温度を 20°Cとした以外は上記と 同様にしてもう 1つ酸ィ匕チタンペーストを成膜した。その後、各酸ィ匕チタンペーストを 5 00°Cで 1時間焼成し、多孔性光電変換層をそれぞれ作製した。そして、得られた各 多孔性光電変換層の形状を接触式段差計により計測した。作製した多孔性光電変 換層の断面形状及び各寸法を図 4の模式図に示した。

[0039] 雰囲気温度 30°Cで成膜した酸ィ匕チタンペーストを焼成した多孔性光電変換層 21 の各寸法を測定した結果、基板 20と反対側の面における素子並列方向 Wの長さ（対 向面長さ） 31は 7mm、素子並列方向 Wにおける基板側の面の一端部と基板反対側 の面の一端部の間隔 32は 500 m、膜厚 33力 0 m、基板側の面における素子 並列方向 Wの長さ（接触面長さ） 34は 8mmであり、多孔性光電変換層 21の断面は 台形を示す形状であった。また、雰囲気温度 20°Cで成膜した酸ィ匕チタンペーストを 焼成した多孔性光電変換層 21では、間隔 32が 300 mである以外は、その他の寸 法は同じであった。

このことから、スクリーン印刷時の雰囲気温度を変化させることにより、間隔 32の長 さ、換言すれば多孔性光電変換層 21の傾斜状端部 21aの長さ及び傾斜面角度は 制御可能である。また、間隔 32の長さは使用するペーストの状態やスクリーン印刷条 件でも制御でき、ペーストのチクソトロピー性、降伏応力等やスクリーン印刷条件 (スク リーンメッシュ、スクリーン乳剤厚さ、ギャップ (スクリーン版と基板との距離）、スキージ 印圧、印刷速度、印刷温湿度、レべリング温度、乾燥温度等)を変えることにより調整 が可能である。

[0040] 次に、図 5を用いて、隣接する多孔性光電変換層 21、 21の傾斜状端部 21a、 21a のオーバーラップの割合である重なり率 Qについて説明する。重なり率 Qは、一方の 多孔性光電変換層 21の傾斜状端部 21aの基板との接触長さを Xとし、これに対して 、隣接する他方の多孔性光電変換層 21の傾斜状端部 21aがオーバーラップしてい る長さを Yとした場合、一方の多孔性光電変換層 21が他方の多孔性光電変換層 21 とどの程度オーバーラップされているかを示す割合である。重なり率 Qは、 Q =y/x X 100 (%)の式、あるいは Q =長さ y部分の平面積 Z長さ X部分の平面積 X 100 (% )で表すことができる。したがって、重なり率 100%とは、隣接する多孔性光電変換層 21、 21の傾斜状端部 21a、 21aが完全に重なりあう状態 (x=y)であり、重なり率 0% とは、隣接する多孔性光電変換層 21、 21の傾斜状端部 21a、 21aのそれぞれの先 端部の位置が一致して 、る状態 (y =0)である。

有効面積率 100%にするには、図 10に示す従来技術構造でも可能であるが、この 場合絶縁層の設置場所がなくなり、モジュールとして構成させることが不可能である。 そのため、従来、絶縁層をできるだけ小さい面積で形成するために多孔性光電変換 層の傾斜状の端部部分を少なくする工夫がされてきた。しかし、上述の通り、多孔性 光電変換層 21を形成する酸ィ匕チタン等のペースト状態や印刷条件を適正化するこ とにより、均一な傾斜状端部を形成することが可能であり、このような傾斜状端部 21a を有する多孔性光電変換層 21を用いることにより、従来構造では不可能であった有 効面積率 100%を実現することが可能となった。つまり、隣接する多孔性光電変換層 21、 21の傾斜状端部 21a、 21aを重ねて配置することにより、太陽電池モジュールと したときに平面的に見て複数の多孔性光電変換層の外郭線を結んで形成される 1つ の領域の全面積に対して、発電に寄与する領域の面積の割合が 100%となる。また 、少なくとも 2つ以上の光電変換素子を接続した色素増感型太陽電池モジュールの 場合、前記のように多孔性光電変換層をスクリーン印刷により作製すると、構成する 多孔性光電変換層の傾斜状端部の長さ 21a (図 5参照）が異なる場合がある。そのよ うな場合は、傾斜状端部の長さ 21aが最も長い多孔性光電変換層を基準とすること により、有効面積率が 100%となる。さらに、光電変換素子の端部を基準として重ね 合わせてモジュールを組み立てるため、若干のずれが生じる場合が考えられる。具 体的には、スクリーン印刷による多孔性光電変換層は、スクリーンメッシュ形状に対応 して端部が凸凹な線を示す場合があり、このような微小な部分で多孔性光電変換層 が重なりあわない場合があるが、この程度の重なりあわない面積は直接大幅に性能 に影響しな ヽため問題はな!/ヽものである。

なお、有効面積率 100%を達成するには、多孔性光電変換層が 1つのみで構成さ れる単位セルが考えられ、上述したように一つの太陽電池（単位セル)の面積を大き くすると、発生電流が面積に比例して増加するが、その反面、電極部分に用いる透 明導電性膜の横方向の抵抗成分が極端に増大して性能低下を招くものとなる。

[0042] また、太陽電池モジュールにおいて、隣接する多孔性光電変換層間には絶縁層が 必要であるが、重なり率 100%の場合、すなわち隣接する多孔性光電変換層 21、 21 の傾斜状端部 21a、 21aの全てに絶縁層を設置すると、その部分の多孔性光電変換 層 21の内部に形成されて!、るキャリア輸送層のキャリア移動が絶縁層で阻害され、 キャリアの移動距離が長くなるため、図 5の Xの距離 (例えば、 500 /z m)を移動するこ ととなり、性能低下が予測される。また、これらを回避するために、重なり率 0%とした 場合、キャリア輸送層のキャリアは図 4の膜厚 33方向に移動することができるが、多 孔性光電変換層の傾斜状端部 21aは他の部分に比べて膜厚が薄ぐそのため吸着 できる色素量も少ないため、入射光を有効に吸収できず性能低下が予測される。

[0043] そこで、本発明者らは、様々な重なり率で色素増感型太陽電池モジュールの作製 を行 、、重なり率の違いによる色素増感型太陽電池モジュールの出力に関しての検 討を行った。以下にその作製工程と性能評価結果を示す。

[0044] (実験例 2)

上述の製造方法により、 3直列の色素増感型太陽電池モジュールの試作品を作製 した。この場合、絶縁層は、シリコーン系榭脂を 100°Cで 1時間加熱することにより形 成した。また、試作品としては、重なり率が 0%から 100%まで 10%毎に 11段階で異 なること、膜厚の影響も把握するため、多孔性光電変換層の膜厚が 15 m、 20 m および 30 mとしたこと、および多孔性光電変換層の傾斜状端部の基板との接触長 さ（図 4の寸法 X)力 300nm、 400nmおよび 500nmであることを条件とした合計 99 個の試作品を作製した。また、基板の貼り合わせには、圧力はかけず、上部にあたる 基板の自重のみで接着を行った。なお、セルギャップは、基板にかける圧力や、絶縁 層に使用する榭脂の粘性係数や降伏値、 n値等の物性値により調整してもよ 、。

[0045] 各試作品につ 、て性能評価を行なうに際して、重なり率の影響が確認しやす 、中 央の光電変換素子（単位セル)の短絡電流密度を測定し、その結果を図 6に示した。 なお、図 6において、グラフ▲は多孔性光電変換層の傾斜状端部の基板との接触長 さ x (図 5参照）を 300nmとした試作品に関するデータあり、グラフ參は x = 400nm、 國は x= 500nmの試作品に関するデータである。また、図 6中、下段の 3本のグラフ 參國は多孔性光電変換層の膜厚が の試作品に関するデータであり、中段 の 3本のグラフ 參國は膜厚が 20 /ζ πι、上段の 3本のグラフ 參國は膜厚 30 mの 試作品に関するデータである。

[0046] 図 6から、重なり率の違いによって大きく短絡電流密度値が変化していることが分か る。その中で、重なり率が 30%以上 95%以下で短絡電流密度値は約 5%程度の偏 差の中に入っており、それ以外では大きく低下していることが分かる。直列に接続す る太陽電池モジュールの場合、構成する太陽電池の性能がばらつくと、モジュール 出力は各太陽電池の中で悪い性能の太陽電池に影響される。太陽電池モジュール を設計する場合、構成する太陽電池電流値は均一であることが好ましい。このことを 考慮すれば、本発明の色素増感型太陽電池モジュールを作製する場合、重なり率 が 30%以上 95%以下の範囲内であれば、電流値の差は約 5%程度で構成すること が可能で、かつ作業工程上重ね合わせ精度のマージンもかなり大きくとれることとなり 、さらに重なり率が 60%以上 95%以下の範囲内であれば、電流値の差は約 1%程 度で構成することが可能である。また、多孔性光電変換層の傾斜状端部の基板との 接触長さ Xの違いでは、 Xが 500nmと長いもの程短絡電流密度が高ぐ多孔性光電 変換層の膜厚の違いでは、膜厚が 30 mと厚いもの程短絡電流密度が高いという 結果である。

実施例

[0047] 本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明が 限定されるものではない。

(実施例 1)

図 1に示すように、第 1、第 2光電変換素子 a、 bが交互に合計 5個配列され直列に 接続されて、集積化された色素増感型太陽電池モジュールの作製を行った。その製 造工程を以下に示す。

導電層が形成された支持体として、縦 70mm X横 70mm X厚み 4mmの日本板ガ ラス社製の SnO膜付きガラス基板を 2枚 (X基板、 Y基板)用意した。先ず、図 2 (a) 及び (b)に示すように、基板 Xの透明導電層 1 (SnO膜)上及び基板 Yの導電層 2 (S

2

ηθ膜）上に、寸法 Aが 24mm、寸法 Bが 24mm、寸法 Cが 6mm、寸法 Dが 10mm、

2

寸法 Eが 16mm、寸法 Fが 16mm、寸法 Gが 15mm、寸法 Hが 22mmとなるように、 触媒層 23として白金をスパッタ法により約 7nmの膜厚で成膜した。

[0048] 次に、基板 Xの透明導電層 1上及び基板 Yの導電層 2上に触媒層 23と隣接して、 酸ィ匕チタンペースト（Solaronix社製、商品名 DZSP)を、焼成後の形状が幅 8mm ( 両側の傾斜状端部の幅 500 mを含む） X長さ 55mm X膜厚 20 mとなる形状に スクリーン印刷機 (ニューロング精密工業製 LS— 150)を用いてそれぞれ塗膜し、室 温にて 1時間レべリングを行った。その後、 80°Cのオーブン中で 30分間乾燥させ、 空気中 500°Cで 1時間焼成することにより多孔性光電変換層 3、 13を形成した。なお 、本実施例において、幅とは、図 1に示す複数の光電変換素子 a、 bが並列する方向 を意味する。

[0049] 次に、図 3 (a)及び（b)における寸法 Iが 23. 5mm、Jが 30. 5mm、 Kが 36. 5mm、 Lが 22. 5mmとなるように、各導電層 1、 2にレーザー光 (YAGレーザ一.基本波長 1 . 06 m)を照射し SnO膜を蒸発させることにより、約 350 μ mの幅でスクライブライ

2

ン 40を形成した。

[0050] 続、て、ァセトニトリルと n-ブタノールを体積比で 1： 1で混合した溶媒に、下記の式

(I)のルテニウム色素（Solaronix社製、商品名 Ruthenium535— bisTBA)を濃度 4 X 10— ⁴モル Zリットルで溶解させて得た吸着用色素溶液に、各基板 X、 Yを 72時間 浸漬することにより各多孔性光電変換層 3、 13に色素を吸着させ、その後、各基板 X 、 Yを吸着用色素溶液力も引き上げて乾燥させた。

[0051] [化 1]

[0052] 上述の工程を経て得られた基板 X、基板 Υにお ヽて、各触媒層 15、 5に隣接する各 多孔性光電変換層 3、 13の傾斜状端部 21aの長辺部（図 4参照）に、スクリーン印刷 によりシリコーン榭脂を 0. 35mmの幅で塗布し、多孔性光電変換層 3、 13の各傾斜 状端部 21aの重なり率が 70%となるように貼り合せ、約 100°Cのオーブン中で 30分 間加熱することにより両基板 X、 Yを接着させた。

[0053] その後、各多孔性光電変換層 3、 13の短辺部から電解液を注入し、開口部をェポ キシ榭脂を用いて封止し、色素増感型太陽電池モジュールを得た。電解液としては 、溶媒をァセトニトリルとし、その中に、 1, 2—ジメチル 3—プロピルイミダゾールアイォ ダイドを 0. 6モル Zリットル、ヨウィ匕リチウムを 0. 1モル Zリットル、ターシャルブチルピ リジンを 0. 5モノレ Zリットノレ、ヨウ素を 0. 05モル Zリットルの濃度で溶解させものを用 いた。

[0054] 作製した色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強度 lOOmW Zcm²の擬似太陽光を受光面である基板 Xに照射して電流電圧特性を調べた結果、 短絡電流密度 8. 21mAZcm²、開放電圧値 3. 65V、 FFO. 680、光電変換効率 4 . 06%であった。なお、本実施例の受光面積は、色素増感型太陽電池モジュールを 平面的に見て各多孔性光電変換層 3、 13の外郭線を結んで形成される 1つの領域 の全面積であり、図 3 (a)中の寸法 28と寸法 29の掛け算で決定され、この場合、受光 面積は 20. 524cm²である。なお、短絡電流密度の算出には、モジュールを構成す る単位セルの面積を用いて!/、る。

[0055] (実施例 2及び 3) 色素増感型太陽電池モジュールの作製を、実施例 2では重なり率 50%、実施例 3 では重なり率 10%とする以外は実施例 1と同様にして行った。なお、受光面積は、実 施例 2では 20. 58cm²,実施例 3では 20. 692cm²であった。作製した実施例 2及び 3の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強度 100mWZcm2 の擬似太陽光を基板 Xに照射して電流電圧特性を調べ、その結果を表 1に示した。

[0056] [表 1]

[0057] (比較例 1)

比較例 1の色素増感型太陽電池モジュールの作製を、図 7に示すように隣接する 各多孔性光電変換層 73a、 73bを重ならないように第 1、第 2光電変換素子 al、 blを 形成し、かつ絶縁層 76の幅を 0. 5mmとする以外は実施例 1と同様にして行った。な お、図 7において、 71は透光性導電層、 72は導電層、 74a、 74bは電解質層、 75a、 75bは触媒層である。なお、受光面積は、実施例 1と同様な計算式により求めた結果 23. 52cm²であった。

作製した比較例 1の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強 度 lOOmWZcm²の擬似太陽光照射下での電流電圧特性を調べた結果、短絡電流 密度 7. 39mAZcm²、開放電圧値 3. 69V、 FFO. 640、アパーチャ変換効率 3. 49 %であった。なお、アパーチャ効率とは、太陽電池モジュールを構成する最外郭に 位置する光電変換素子の端部を基準として算出した受光面積を用いた変換効率を 意味する。

[0058] 実施例 1は比較例 1と比較して、短絡電流密度が向上している。これは、本発明の 構造 (隣接する光電変換層が重なった構造)を有することにより、平面的に見ると各 光電変換素子間に隙間はなくなるため、色素増感型太陽電池モジュールの単位面 積当たりの多孔性光電変換層が増えたことなり、短絡電流密度が向上したものである 。また、各多孔性光電変換層のエッジ部分である傾斜状端部は他の部分と比べて体 積が小さくなつているため、この傾斜状端部では色素吸着量が減って出力電流が小 さくなるが、隣接する傾斜状端部をオーバーラップさせることにより基板 X側の傾斜状 端部で吸収できな力つた光を基板 Y側の傾斜状端部で吸収することができるため、 実施例 1では比較例 1に比して高 、電流密度が得られて ヽる。

[0059] (比較例 2)

比較例 2の色素増感型太陽電池モジュールの作製を、図 8に示すように隣接する 各多孔性光電変換層 83a、 83bを重ならないように第 1、第 2光電変換素子 a2、 b2を 形成し、かつ絶縁層 86の幅を 0. 1mmとする以外は実施例 1と同様にして行った。な お、図 8において、 81は透光性導電層、 82は導電層、 84a、 84bは電解質層、 85a、 85bは触媒層である。なお、受光面積は実施例 1と同様な計算式により求めた結果 2 2. 62cm²であった。

作製した比較例 2の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強 度 lOOmWZcm²の擬似太陽光照射下での電流電圧特性を調べた結果、短絡電流 密度 7. 50mAZcm²、開放電圧値 3. 67V、 FFO. 66、アパーチャ変換効率 3. 63 %であった。

比較例 2は比較例 1と比較して、短絡電流密度は向上しているものの、実施例 1より は低いものであった。これは、比較例 2における受光面積中の多孔性光電変換層の 面積が比較例 1よりは多くなつているものの、実施例 1よりは低いためである。

[0060] (実施例 4一 7)

実施例 1に準じて、実施例 4一 7の色素増感型太陽電池モジュールの作製を行った 。なお、実施例 4一 7において、酸ィ匕チタン力もなる多孔性光電変換層の膜厚を 30 /z mとし、さらに実施例 4の多孔性光電変換層の重なり率は 100%、実施例 5の重な り率は 70%、実施例 6の重なり率は 50%、実施例 7の重なり率は 10%とした。なお、 受光面積は、実施例 4では 20. 20cm²、実施例 5では 20.

実施例 6では 20 . 31cm²、実施例 7では 20. 40cm²であった。なお、実施例 4一 7において、その他 の工程は実施例 1と同様である。

作製した実施例 4一 7の色素増感型太陽電池モジュールについて、 AMI. 5、照 射強度 lOOmWZcm²の擬似太陽光を基板 Xに照射して電流電圧特性を調べ、そ の結果を表 2に示した。

[0061] [表 2]

[0062] (実施例 8)

実施例 1に準じて、実施例 8の色素増感型太陽電池モジュールの作製を行った。な お、この場合、キャリア輸送層には高分子電解質を用いた。

高分子電解質の作製は、高分子電解質形成用のモノマーを基板 X及び基板 Yの 間に注入し、 90°Cで 2時間、重合させた。

高分子電解質中の電解液は、 γ—プチ口ラタトン (キシダイ匕学社製)とエチレンカー ボネート (キシダイ匕学社製)を容量比 7： 3で混合した混合溶媒に、ジメチルプロピルィ ミダゾリゥムアイオダイド 0. 6モル Ζリットル、リチウムアイオダイド 0. 1モル/リットル、 ヨウ素 0. 1モル Ζリットルを溶解させたものを用いた。

高分子材料としては、化合物 Αとして下記の合成方法 1により作製したィ匕合物と、化 合物 Bとしてジェチルトルエンジァミンを、重量比 13 : 1で混合したものを用いた。

[0063] <合成方法 1 >

反応容器中にポリテトラメチレングリコール (三菱ィ匕成工業社製、商品名 PTMG20 00) 100重量部に対して、トリレンジイソシァネート 18重量部と触媒としてのジブチル チンジラウレート 0. 05重量部をカ卩え、 80°Cで反応を行い、分子量 2350の化合物 A を作製した。

なお、実施例 8において、その他の工程は実施例 1と同様である。

作製した実施例 8の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強 度 100mWZcm2の擬似太陽光を基板 Xに照射して電流電圧特性を調べた結果、 短絡電流密度 6. 5mAZcm2、開放電圧値 3. 90V、 FFO. 670、変換効率 3. 40% であった。なお、受光面積は 20. 524cm²であった。

[0064] (実施例 9)

実施例 1に準じて、実施例 9の色素増感型太陽電池モジュールの作製を行った。な お、この場合、絶縁層用シリコーン榭脂を塗布する部分にあたる多孔性光電変換層 の傾斜状端部に、シリコーン榭脂の多孔性光電変換層内部への進入防止のための フィルムを設置している。これらの作製工程としては、デュポン社製ノヽイミラン 1855を 0. 5mmX 55mmの形状で切り取つたものを多孔性光電変換層の傾斜状端部に設 置し、 110°Cで 10分間加熱することにより、多孔性光電変換層上に密着させた。それ ぞれの多孔性光電変換層の傾斜状端部に前記フィルム処理を行った後のその他の 工程は、実施例 1と同様である。

作製した実施例 9の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強 度 100mWZcm2の擬似太陽光を基板 Xに照射して電流電圧特性を調べた結果、 短絡電流密度 8. 40mAZcm2、開放電圧値 3. 64V、 FFO. 679、変換効率 4. 15 %であった。なお、受光面積は 20. 524cm²であった。

[0065] (実施例 10)

実施例 1に準じて、実施例 10の色素増感型太陽電池モジュールの作製を行った。 なお、この場合、絶縁層を実施例 9で用いたフィルム (ノヽイミラン 1855)のみで形成さ せている。絶縁層の形成では、幅 1. Omm X長さ 55mmの形状で切り出したフィルム の端部の幅方向の両端に、 90°Cに設定した直径 500 mのワイヤーヒータを接着さ せ、それを基板 X上及び基板 Y上における各多孔性光電変換層の両側の SnO膜に

2 当接した後、ワイヤーヒータを 110°Cに設定し、設定温度に達してから 30秒後にヒー タを引き抜きフィルムを SnO膜上に接着した。その後、多孔性光電変換層の傾斜状

2

端部にフィルムを位置させ、実施例 1と同様に重なり率が 70%となるように基板 Xと基 板 Yを重ね合わせ、 90°Cに設定した恒温槽内に 3分放置することにより、フィルムを 多孔性光電変換層に融着させた。なお、接着圧力は基板の自重のみで行った。この ように作製することにより、多孔性光電変換層の傾斜状端部とフィルムの間にキャリア 輸送層である電解液が染み込んだ構造となる。

作製した実施例 10の色素増感型太陽電池モジュールに関して、 AMI. 5、照射強 度 lOOmWZcm²の擬似太陽光を基板 Xに照射して電流電圧特性を調べた結果、 短絡電流密度 8. 50mAZcm²、開放電圧値 3. 60V、 FFO. 640、変換効率 3. 92 %であった。なお、受光面積は 20. 524cm²であった。

Claims

請求の範囲

[1] 透光性基板と支持基板のそれぞれの上に設けられた導電層の間に、色素が吸着し た多孔性光電変換層、電解質層、触媒層、導電層が順次積層されてなる光電変換 素子を少なくとも 2つ以上並列して有し、さらに、平面的に見た各多孔性光電変換層 の外郭線を結んで形成される 1つの領域の全面積に対して、発電に寄与する領域の 面積の割合である有効面積率が 100%である色素増感型太陽電池モジュール。

[2] 前記透光性基板側から、色素が吸着した多孔性光電変換層、電解質層、触媒層が 順次積層されてなる第 1光電変換素子と、

前記透光性基板側から、触媒層、電解質層、色素が吸着した多孔性光電変換層が 順次積層されてなる第 2光電変換素子とを備え、

前記透光性基板と支持基板の間において、 1つ以上の上記第 1光電変換素子と 1 つ以上の第 2光電変換素子が交互に並列している請求項 1に記載の色素増感型太 陽電池モジュール。

[3] 多孔性光電変換層にお 、て、透光性基板側又は支持基板側の面の素子並列方 向の長さと、触媒層側の面の素子並列方向の長さが異なる請求項 1に記載の色素増 感型太陽電池モジュール。

[4] 多孔性光電変換層が、素子並列方向側の端部に傾斜面を有する請求項 1に記載 の色素増感型太陽電池モジュール。

[5] 多孔性光電変換層にお 、て、透光性基板側又は支持基板側の面の素子並列方 向の長さが、触媒層側の面の素子並列方向の長さよりも長い請求項 3に記載の色素 増感型太陽電池モジュール。

[6] 隣接する光電変換素子の各多孔性光電変換層は、その素子並列方向側の端部が 相互に重なるように配置されて 、る請求項 1に記載の色素増感型太陽電池モジユー ル。

[7] 隣り合う光電変換素子が電気的に直列接続されている請求項 1に記載の色素増感 型太陽電池モジュール。

[8] 隣接する光電変換素子の各多孔性光電変換層において、端部同士が重なる割合 である重なり率 Qが 30— 95%である請求項 6に記載の色素増感型太陽電池モジュ 一ノレ。

[9] 重なり率 Qが 60— 85%である請求項 8に記載の色素増感型太陽電池モジュール。

[10] 多孔性光電変換層が、高分子電解質力 なるキャリア輸送層を有する請求項 1に 記載の色素増感型太陽電池モジュール。

[11] 隣接する光電変換素子間に絶縁層がさらに設けられてなる請求項 1に記載の色素 増感型太陽電池モジュール。

[12] 絶縁層は、吸収波長が 450nm以下である請求項 11に記載の色素増感型太陽電 池モジユーノレ。

[13] 透光性基板上に透光性導電層を介して色素が吸着した 1つ以上の多孔性光電変 換層及び 1つ以上の触媒層を並列して形成し、かつ、支持基板上に導電層を介して 1つ以上の触媒層及び色素が吸着した 1つ以上の多孔性光電変換層を並列して形 成する工程 (a)と、

前記透光性基板と前記支持基板を対向させ、透光性基板側の多孔性光電変換層 及び触媒層と支持基板側の触媒層及び多孔性光電変換層を重ね合わせる工程 (b) と、

多孔性光電変換層と触媒層の間に電解液を注入して電解質層を形成する工程 (c )を備え、

前記工程 (a)において、多孔性光電変換層は、隣接する触媒層との並列方向の断 面形状が、基板側を底辺とする台形に形成され、

前記工程 (b)において、隣接する多孔性光電変換層は、並列方向側の端部が相 互に重なるように配置される色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。

[14] 多孔性光電変換層が、酸化チタン固体濃度 5— 50重量％、ェチルセルロース 5— 50重量％、テルピオーネ 20— 90重量％を含む酸ィ匕チタンペーストを基板上に塗布 し、焼成することにより形成される請求項 13に記載の色素増感型太陽電池モジユー ルの製造方法。

[15] 酸ィ匕チタンペーストを基板上に膜厚 0. 5— 50 μ mで塗布する請求項 14に記載の 色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。