(57)【要約】  少なくとも受光面を有する透光性基板(１１)と、透光性基板(１１)上に位置する第１電極(１２)と、第１電極(１２)上の少なくとも一部に位置し、金属薄膜からなる集電電極(１７)と、第１電極(１２)または集電電極(１７)の上面に位置して光増感剤を担持し、かつ、キャリア輸送材料(１３ａ)に浸漬された光電変換部(１３)と、光電変換部(１３)の側方の周囲を囲む絶縁性枠部(１９)と、光電変換部(１３)の上方で、第１電極(１２)と対向するように位置する第２電極(１６)とを備える。色素増感太陽電池(１０)の短絡電流値をＩｓｃ(Ａ)、集電電極(１７)と第１電極(１２)と第２電極(１６)との電気抵抗値の合計値をＲｈ(Ω)、色素増感太陽電池(１０)の開放電圧値をＶｏｃ(Ｖ)とすると、Ｉｓｃ×Ｒｈ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たす。
2012141095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも受光面を有する基板(１１)と、
前記基板(１１)上に位置する透明導電膜からなる第１電極(１２)と、
前記第１電極(１２)上の少なくとも一部に位置し、金属薄膜からなる集電電極(１７)と、
前記第１電極(１２)または前記集電電極(１７)の上面に位置して光増感剤を担持し、かつ、キャリア輸送材料(１３ａ)に浸漬された光電変換部(１３)と、
前記光電変換部(１３)の側方の周囲を囲む絶縁性枠部(１９)と、
前記光電変換部(１３)の上方で、前記第１電極(１２)と対向するように位置する第２電極(１６)とを備える光電変換素子であって、
前記光電変換素子の短絡電流値をＩｓｃ(Ａ)、前記集電電極(１７)と前記第１電極(１２)と前記第２電極(１６)との電気抵抗値の合計値をＲｈ(Ω)、前記光電変換素子の開放電圧値をＶｏｃ(Ｖ)とすると、Ｉｓｃ×Ｒｈ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たす、光電変換素子。
【請求項２】
複数の請求項１に記載の光電変換素子を有し、
複数の前記光電変換素子は電気的に直列に接続され、
互いに電気的に接続された前記光電変換素子同士においては、一方の前記光電変換素子の前記第１電極(２２)または前記集電電極と他方の前記光電変換素子の前記第２電極(２６)とが接続されている、光電変換モジュール。
【請求項３】
前記集電電極は、直列に接続された前記光電変換素子同士の並ぶ方向に延在している、請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記光電変換部は、平面視において、長手方向を有する矩形形状を有し、
直列に接続された前記光電変換素子同士は、各々の前記光電変換部の前記長手方向が略平行になるように位置している、請求項２または３に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記光電変換部(２３)の前記長手方向の長さが１０ｍｍ以上である、請求項４に記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記光電変換部(２３)の前記長手方向と直交する方向の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である、請求項４または５に記載の光電変換モジュール。
【請求項７】
前記集電電極は、延在方向と直交する方向において５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間隔を空けて略平行に延在する平行部(２７)を有する、請求項３から６のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【請求項８】
前記平行部(２７)の幅が０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である、請求項７に記載の光電変換モジュール。
【請求項９】
前記集電電極が前記キャリア輸送材料(２３ａ)に対して耐腐食性を有する材料で形成されている、請求項２から８に記載の光電変換モジュール。
【請求項１０】
前記集電電極が、チタン、ニッケルおよびタンタルのいずれかから形成されている、請求項９に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子および光電変換モジュールに関する。
【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する太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が実用化されている。しかし、前者にはシリコン基板の作製コストが高いという問題があり、後者には多種の半導体製造用ガスおよび複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。【０００３】
このため、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いるが、上記の問題を解決するには到っていない。【０００４】
新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した色素増感太陽電池を開示した先行文献として、特開平１−２２０３８０号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された色素増感太陽電池は、表面上に第１電極が形成されたガラス基板と第２電極が形成されたガラス基板との間に、光増感色素を吸着して可視光領域に吸収スペクトルをもつ光電変換層と電解液とを挟持させた構造を有する。【０００５】
色素増感太陽電池においては、透明な第１電極側に光を照射すると、光電変換層で電子が発生する。発生した電子は、第１電極から外部電気回路を通って対向する第２電極に移動する。移動した電子は、電解質中のイオンにより運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子移動の繰り返しにより、電気エネルギーを取り出すことが可能となる。【０００６】
特許文献１に記載された色素増感太陽電池の基本構造は、２枚のガラス基板の間に電解液を注入した構造であるため、小面積の太陽電池の試作は可能であるが、１ｍ角のような大面積の太陽電池への適用は困難である。なぜなら、１つの太陽電池セルの面積を大きくすると、短絡電流は面積に比例して増加するが、第１電極の面内方向の抵抗が増大するため太陽電池の内部直列電気抵抗が増大し、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子（ＦＦ：フィルファクタ）が低下して、十分な光電変換効率を得られないためである。【０００７】
上記の問題を解決するために、第１電極上に集電電極を形成することによって電気抵抗の低減を図った光電変換素子を開示した先行文献として、特開２００３−２０３６８１号公報(特許文献２)がある。特許文献２に記載された光電変換素子においては、同一平面上に形成された複数の短冊状の光電変換部同士の間の第１電極上に、金と銀の合金からなる格子状の集電電極を形成している。この集電電極により、ＦＦおよび短絡電流密度を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−２２０３８０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
集電電極を形成することによりＦＦの向上を図ることができるが、集電電極の形成量が多すぎると受光できる光量が減少して光電変換素子の発電効率が低下する。そのため、特許文献２に記載された光電変換素子においては、グリッドの開口率を９０〜９９％としている。しかしながら、１つの光電変換素子の大きさが５０ｍｍ角より大きくなると、短絡電流(Ｉｓｃ)が面積に比例して増加するため、９０％以上の高い開口率となる集電電極の形成量においては高いＦＦを得ることができない。【００１０】
このように集電電極の形成量を抑制した場合、光電変換素子を大型化して受光面積を増大させると、集電電極を設けても光電変換素子の内部抵抗を十分に低減できないことがある。【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、高い短絡電流(Ｉｓｃ)を維持しつつ高いＦＦを実現して高変換効率を得られる、光電変換素子および光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に基づく光電変換素子は、少なくとも受光面を有する基板と、基板上に位置する透明導電膜からなる第１電極と、第１電極上の少なくとも一部に位置し、金属薄膜からなる集電電極と、第１電極または集電電極の上面に位置して光増感剤を担持し、かつ、キャリア輸送材料に浸漬された光電変換部と、光電変換部の側方の周囲を囲む絶縁性枠部と、光電変換部の上方で、第１電極と対向するように位置する第２電極とを備える。光電変換素子においては、光電変換素子の短絡電流値をＩｓｃ(Ａ)、集電電極と第１電極と第２電極との電気抵抗値の合計値をＲｈ(Ω)、光電変換素子の開放電圧値をＶｏｃ(Ｖ)とすると、Ｉｓｃ×Ｒｈ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たす。【００１３】
本発明に基づく光電変換モジュールは、複数の上記の光電変換素子を有する。複数の光電変換素子は電気的に直列に接続されている。互いに電気的に接続された光電変換素子同士においては、一方の光電変換素子の第１電極または集電電極と他方の光電変換素子の第２電極とが接続されている。【００１４】
好ましくは、集電電極は、直列に接続された光電変換素子同士の並ぶ方向に延在している。【００１５】
好ましくは、光電変換部は、平面視において、長手方向を有する矩形形状を有する。直列に接続された光電変換素子同士は、各々の光電変換部の長手方向が略平行になるように位置している。【００１６】
本発明の一形態においては、光電変換部の長手方向の長さが１０ｍｍ以上である。
本発明の一形態においては、光電変換部の長手方向と直交する方向の幅が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。【００１７】
好ましくは、集電電極は、延在方向と直交する方向において５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の間隔を空けて略平行に延在する平行部を有する。好ましくは、平行部の幅が０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。【００１８】
好ましくは、集電電極がキャリア輸送材料に対して耐腐食性を有する材料で形成されている。【００１９】
好ましくは、集電電極が、チタン、ニッケルおよびタンタルのいずれかから形成されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光電変換素子において、高い短絡電流(Ｉｓｃ)を維持しつつ高いＦＦを実現して高変換効率を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係る光電変換素子である色素増感太陽電池の構造を示す断面図である。
【図２】図１の色素増感太陽電池を矢印ＩＩ方向から見た図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る光電変換モジュールの構造を示す断面図である。
【図４】図３の光電変換モジュールを矢印ＩＶ方向から見た図である。
【図５】光電変換モジュールの集電電極間の距離Ｌxと色素増感太陽電池の変換効率(％)との関係を示すグラフである。
【図６】光電変換モジュールのＦＦとＲｈ×Ｉｓｃとの関係を示すグラフである。
【図７】光電変換モジュールの光電変換部の幅Ｙと色素増感太陽電池の変換効率(％)との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態１に係る光電変換素子について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００２３】
(実施形態１)
＜光電変換素子＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光電変換素子である色素増感太陽電池の構造を示す断面図である。図２は、図１の色素増感太陽電池を矢印ＩＩ方向から見た図である。なお、図２においては、色素増感太陽電池の一部の構成を図示していない。
【００２４】
図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る色素増感太陽電池１０は、受光面を有する透光性基板１１と、透光性基板１１上に位置する透明導電膜からなる第１電極１２と、第１電極１２上の少なくとも一部に位置し、金属薄膜からなる集電電極１７とを備える。
【００２５】
また、色素増感太陽電池１０は、第１電極１２または集電電極１７の上面に位置して光増感剤を担持し、かつ、キャリア輸送材料１３ａに浸漬された光電変換部１３と、光電変換部１３の側方の周囲を囲む絶縁性枠部１９とを備える。
【００２６】
さらに、色素増感太陽電池１０は、光電変換部１３の上方で、第１電極１２と対向するように位置する第２電極１６とカバー１８とを備える。カバー１８は、絶縁性枠部１９と固定されている。カバー１８と第２電極１６との間には僅かに隙間が形成されており、その隙間はキャリア輸送材料１３ａにより満たされている。なお、この隙間は必ずしも形成されていなくてもよい。
【００２７】
また、色素増感太陽電池１０は、絶縁性枠部１９に囲まれた内部において、光電変換部１３上に形成された多孔性絶縁層１４と、多孔性絶縁層１４上に形成された触媒層１５とを備える。第２電極１６は、触媒層１５上に形成されている。
【００２８】
本実施形態においては、光電変換部１３は、平面視において、長手方向を有する矩形形状を有している。具体的には、光電変換部１３は、長さＸ、幅Ｙで形成されている。ただし、光電変換部１３の形状はこれに限られず、円形または多角形でもよい。
【００２９】
集電電極１７は、光電変換部１３の長手方向に直交する方向に延在している。集電電極１７は幅Ｗで複数形成されている。互いに隣接する集電電極１７同士は、距離Ｌxの間隔を置いて形成されている。
【００３０】
以下、各構成について詳細に説明する。
＜透光性基板１１＞
透光性基板１１においては、少なくとも受光面となる部分が透光性を有している。そのため、透光性基板１１は、光を透過する材料から形成されている。ただし、透光性基板１１は、少なくとも後述する色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料で形成されていればよく、必ずしもすべての波長領域の光に対して透光性を有する必要はない。透光性基板１１の厚さは、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。
【００３１】
透光性基板１１を構成する材料は、一般に太陽電池に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料として、たとえば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板などが挙げられる。
【００３２】
可撓性フィルムを構成する材料としては、たとえば、テトラアセチルセルロース(ＴＡＣ)、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリフェニレンスルファイド(ＰＰＳ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリアリレート(ＰＡ)、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、フェノキシ樹脂およびテフロン(登録商標)などを用いることができる。
【００３３】
透光性基板１１上に他の部材を形成する際に透光性基板１１が加熱されることがある。たとえば、透光性基板１１上に多孔性半導体からなる光電変換部１３を形成する際に２５０℃程度まで透光性基板１１が加熱される場合、透光性基板１１の材料としては、２５０℃以上の耐熱性を有するテフロン(登録商標)などが用いられる。
【００３４】
透光性基板１１は、色素増感太陽電池１０を他の構造体に取り付けるときの基体として利用される。その際、透光性基板１１の周辺部が、金属加工部品を介してねじなどの締結部材により他の構造体と連結される。
【００３５】
＜第１電極１２＞
第１電極１２を構成する材料としては、導電性および透光性を有するものであれば特に限定されない。第１電極１２を構成する材料としては、たとえば、インジウム錫複合酸化物(ＩＴＯ)、酸化錫(ＳｎＯ2)、酸化錫にフッ素がドープされたもの(ＦＴＯ)、酸化亜鉛(ＺｎＯ)などが挙げられる。このような材料からなる第１電極１２は、スパッタ法およびスプレー法などの公知の方法により、透光性基板１１上に形成される。
【００３６】
第１電極１２の層厚は、０．０２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。第１電極１２の電気抵抗は低いほど好ましく、４０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
【００３７】
＜集電電極１７＞
集電電極１７を構成する材料は、一般に太陽電池に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば特に限定されない。このような材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタンおよびタンタルなどが挙げられる。
【００３８】
これらの中でも、キャリア輸送材料１３ａ(電解液)への耐腐食性を有するニッケル、チタンおよびタンタル、または、高い電気伝導性を有する金、銀、銅およびアルミニウムなどが集電電極１７を構成する材料として好ましい。集電電極１７が電解液への耐腐食性を有さない材料で構成されている場合は、集電電極１７に酸化ケイ素、酸化ジルコニウムまたはルチル型酸化チタンなどからなる保護絶縁層を形成するのが好ましい。
【００３９】
集電電極１７は、スパッタ法、スプレー法またはスクリーン印刷法などの公知の方法により、第１電極１２上に形成される。
【００４０】
＜絶縁性枠部１９＞
絶縁性枠部１９は、電気絶縁性を有しかつキャリア輸送材料１３ａを封止できる材料で構成されている。たとえば、絶縁性枠部１９の材料として、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などを用いることができる。また、絶縁性枠部１９の材料として、第１電極１２および集電電極１７上において所望の形状に形成し易い材料を用いることが好ましい。具体的には、絶縁性枠部１９の材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂およびガラス系材料などが好ましく、これらの２種類以上を用いて絶縁性枠部１９を積層構造にしてもよい。
【００４１】
絶縁性枠部１９を形成した後に光電変換部１３を形成する場合、光電変換部１３の形成温度以上の耐熱性を有する材料で絶縁性枠部１９が構成されている。また、絶縁性枠部１９は、太陽光に含まれる紫外線に曝されるため、紫外線によって劣化しにくい材料で構成されている。よって、絶縁性枠部１９をガラス系材料から形成することが好ましい。
【００４２】
ガラス系材料としては、たとえば、ガラスペーストまたはガラスフリットとして市販されているものを用いることができる。キャリア輸送材料１３ａとの反応性および環境への負荷を考慮すれば、鉛フリーのガラス系材料を用いることが好ましい。ガラス基板からなる透光性基板１１の上方に絶縁性枠部１９を形成する場合、５５０℃以下の焼成温度で絶縁性枠部１９を形成することが好ましい。たとえば、ガラス系材料としてビスマス系ガラスペーストを用いることが好ましい。
【００４３】
＜光電変換部１３＞
光電変換部１３は、色素を吸着した多孔性半導体層からなり、キャリア輸送材料１３ａが内部を移動することができる。
【００４４】
（多孔性半導体層）
多孔性半導体層を構成する半導体の種類は、一般に光電変換材料に使用されるものであれば特に限定されない。たとえば、多孔性半導体層の材料として、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(ＣｕＩｎＳ2)、ＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2などの半導体化合物およびこれらを組み合わせたものを用いることができる。これらの中でも、安定性の点から、多孔性半導体層の材料として酸化チタンを用いることが好ましい。
【００４５】
多孔性半導体層に好適に用いられる酸化チタンとしては、アナタース型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンおよび水酸化チタン、含水酸化チタンなどがあり、これらを単独または混合して用いることができる。アナターゼ型およびルチル型の２種類の結晶系酸化チタンは、その製法および熱履歴によりいずれの形態にもなり得るが、一般的に結晶系酸化チタンはアナターゼ型である。酸化チタンとしては、アナターゼ型の含有率の高いもの、たとえばアナターゼ型の含有率が８０％以上の酸化チタンが色素増感の観点から好ましい。
【００４６】
半導体の形態としては、単結晶、多結晶のいずれでもよいが、安定性、結晶成長の容易さおよび製造コストなどの観点から多結晶が好ましい。多孔性半導体としては、多結晶からなるナノスケールまたはマイクロスケールの半導体微粒子を用いることが好ましい。したがって、多孔性半導体層の材料として、酸化チタンの微粒子を用いることが好ましい。
【００４７】
酸化チタンの微粒子は、水熱合成法および硫酸法などの液相法または気相法の公知の方法により製造される。また、デグサ(Ｄｅｇｕｓｓａ)社が開発した塩化物を高温加水分解することにより、酸化チタンの微粒子を製造してもよい。
【００４８】
半導体微粒子として、同一または異なる半導体化合物からなる２種類以上の粒子サイズの微粒子を混合したものを用いてもよい。粒子サイズの大きな半導体微粒子は入射光を散乱させ光捕捉率の向上に寄与し、粒子サイズの小さな半導体微粒子は吸着点をより多くして色素の吸着量の向上に寄与するものと考えられる。
【００４９】
粒子サイズの異なる微粒子が混合された半導体微粒子を用いる場合、微粒子同士の平均粒径の比率が１０倍以上であることが好ましい。粒子サイズの大きな微粒子の平均粒径としては、たとえば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。粒子サイズの小さな微粒子の平均粒径としては、たとえば、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。異なる半導体化合物が混合された半導体微粒子を用いる場合、吸着作用の強い半導体化合物の粒子サイズを小さくすることが効果的である。
【００５０】
多孔性半導体層の層厚は、特に限定されるものではないが、たとえば、０．１μｍ以上１００μｍ以下である。多孔性半導体層の表面積は大きい方が好ましく、たとえば、１０ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下の表面積であることが好ましい。
【００５１】
多孔性半導体層を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、上述の半導体微粒子を含有する懸濁液を第１電極１２および集電電極１７上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことにより多孔性半導体層を形成してもよい。
【００５２】
具体的には、まず、半導体微粒子を適当な溶剤中に分散させて懸濁液を得る。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール／トルエンなどのアルコール系混合溶剤および水などが挙げられる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト(たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｔｉ−ｎａｎｏｘｉｄｅ、Ｔ、Ｄ、Ｔ／ＳＰ、Ｄ／ＳＰ)を用いてもよい。
【００５３】
次に、得られた懸濁液を第１電極１２および集電電極１７上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことにより多孔性半導体層を形成する。懸濁液を塗布する方法は、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法およびスクリーン印刷法などの公知の方法を用いることができる。
【００５４】
光電変換部１３と絶縁性枠部１９とが接触するように、すなわち、絶縁性枠部１９によって囲まれる内部の領域全体に光電変換部１３を形成する場合には、懸濁液の粘性を低く調整し、その懸濁液をディスペンサーなどから絶縁性枠部１９によって囲まれた領域に塗布することが好ましい。この場合、懸濁液の粘性が低いため、懸濁液が自重で当該領域の端部まで広がるため、容易に光電変換部１３の上面の水平出しをすることができる。
【００５５】
懸濁液の乾燥および焼成の際の温度、時間、雰囲気などの条件は、半導体微粒子の種類に応じて適宜設定される。たとえば、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、５０℃以上８００℃以下の温度範囲において１０秒以上１２時間以下保持することにより、懸濁液の乾燥および焼成を行なうことができる。この乾燥および焼成は、単一の温度で１回または温度を変化させて２回以上行なわれてもよい。
【００５６】
多孔性半導体層は、積層構造を有していてもよい。この場合、異なる半導体微粒子の懸濁液を調製し、それらの懸濁液の各々を塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方をそれぞれ行なう。
【００５７】
多孔性半導体層を形成した後、半導体微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体層の表面積の増加および半導体微粒子上の欠陥準位の低減などの性能向上を目的として、後処理を行なってもよい。たとえば、多孔性半導体層が酸化チタンから構成されている場合、四塩化チタン水溶液で後処理することによって、多孔性半導体層の性能を向上させることができる。
【００５８】
（光増感剤）
多孔性半導体層に担持される光増感剤としては、増感色素または量子ドットが挙げられる。増感色素としては、可視光領域および赤外光領域に吸収をもつ種々の有機色素および金属錯体色素などが挙げられ、これらの色素の１種または２種以上を選択的に用いることができる。
【００５９】
有機色素としては、たとえば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素およびナフタロシアニン系色素などが挙げられる。有機色素の吸光係数は、一般に、遷移金属に分子が配位結合した形態をとる金属錯体色素の吸光係数に比べて大きい。
【００６０】
金属錯体色素は、分子に金属が配位結合したものである。分子としては、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ルテニウム系色素などが挙げられる。金属としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｗ、Ｐｔ、ＴＡ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｇａ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｒｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｃ、Ｔｃ、Ｔｅ、Ｒｈなどが挙げられる。なかでも、金属錯体色素として、フタロシアニン系色素またはルテニウム系色素に金属が配位したものが好ましく、ルテニウム系金属錯体色素が特に好ましい。好ましいルテニウム系金属錯体色素の化学式を下記に示す。
【００６１】
【化１】
2012141095.tif 000003
【００６２】
【化２】
2012141095.tif 000004
【００６３】
【化３】
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【００６４】
利用可能な市販のルテニウム系金属錯体色素としては、たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製の商品名Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５色素、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５−ｂｉｓＴＢＡ色素およびＲｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ色素などが挙げられる。
【００６５】
多孔性半導体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、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などのインターロック基を有する色素を用いることが好ましい。なお、インターロック基とは、一般に、多孔性半導体層に色素が固定される際に介在し、励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供するものである。
【００６６】
光増感剤である量子ドットとしては、カドミウム化合物、鉛化合物およびインジウム化合物などが挙げられる。具体的には、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅおよびＩｎＡｓなどが挙げられる。
【００６７】
多孔性半導体層に上記色素を吸着させる方法としては、たとえば、色素を溶解させた色素吸着用溶液に多孔性半導体層を浸漬する方法が挙げられる。浸漬する際、色素吸着用溶液を多孔性半導体層内の微細孔の奥部まで浸透させるために、色素吸着用溶液を加熱してもよい。
【００６８】
色素を溶解させる溶剤としては、色素を溶解するものであればよく、たとえば、アルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(ＴＨＦ)、クロロホルムおよびジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶剤は、精製されたものが好ましく、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００６９】
色素吸着用溶液中の色素濃度は、使用する色素、溶剤の種類、色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定することができる。吸着機能を向上させるためには、色素吸着用溶液が高濃度であることが好ましく、たとえば、１×１０-5ｍｏｌ／Ｌ以上が好ましい。色素吸着用溶液の調製においては、色素の溶解性を向上させるために溶液を加熱してもよい。
【００７０】
＜多孔性絶縁層１４＞
多孔性絶縁層１４を構成する材料としては、たとえば、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、シリカガラスおよびソーダガラスなどの酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられ、これらの材料の１種または２種以上を選択的に用いることができる。
【００７１】
多孔性絶縁層１４を構成する材料として、粒径が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の酸化チタン、その中でもルチル型酸化チタンを用いることが好ましい。これらの材料は粒子状であるため好ましく、その平均粒径は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００７２】
多孔性絶縁層１４は、上述の光電変換部１３と同様の方法で形成することができる。すなわち、微粒子状の絶縁性材料を溶剤に分散し、さらにエチルセルロース、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)などの高分子化合物を混合してペーストを作製する。そのペーストを多孔性半導体層の表面上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なう。これにより、多孔性半導体層の表面上に多孔性絶縁層１４が形成される。
【００７３】
＜触媒層１５＞
多孔性絶縁層１４上に触媒層１５を形成する。触媒層１５の形成方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的には、触媒層１５の材料として白金を用いる場合、スパッタ法、塩化白金酸の熱分解、電着などの方法を用いて、多孔性絶縁層１４の表面上に形成することができる。
【００７４】
また、触媒層１５の材料としてカーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブおよびフラーレンなどのカーボンを用いる場合、カーボンを溶剤に分散させたペーストをスクリーン印刷法などを用いて多孔性絶縁層１４に塗布することにより触媒層１５を形成することができる。
【００７５】
＜第２電極１６＞
第２電極１６は、第１電極１２と同一の材料で形成されていてもよく、または透光性を有さない材料で形成されていてもよい。たとえば、第２電極１６は、チタン、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属材料で形成されていてもよい。
【００７６】
第２電極１６は、スパッタ法およびスプレー法などの公知の方法により形成される。第２電極１６の厚さは、０．０２μｍ以上５μｍ以下が好ましい。その電気抵抗は低いほど好ましく、４０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
【００７７】
＜封止部＞
封止部の材料としては、具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料などが好ましい。封止部は、これらの２種類以上の材料からなり積層構造を有してもよい。封止部１９ａの材料として、たとえば、スリーボンド社型番：３１Ｘ−１０１、スリーボンド社製型番：３１Ｘ−０８８および一般に市販されているエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００７８】
シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはガラスフリットを用いる場合、ディスペンサーを用いて封止部を形成することができる。ホットメルト樹脂を用いる場合、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより封止部を形成することができる。
【００７９】
＜カバー１８＞
カバー１８の材料としては、キャリア輸送材料１３ａを封止でき、また外部からの水などの浸入を防止可能なものを用いる。カバー１８が色素増感太陽電池１０の受光面となることがある場合は、カバー１８は透光性基板１１と同様に透光性を有する材料で形成される。色素増感太陽電池１０が屋外に設置される場合、カバー１８の材料として強化ガラスなどの機械強度の高い材料が用いられることが好ましい。
【００８０】
＜キャリア輸送材料１３ａ＞
第１電極１２、第２電極１６、絶縁性枠部１９および封止部により囲まれる領域には、キャリア輸送材料１３ａが充填されている。よって、カバー１８と第２電極１６との間の隙間、および、多孔性である光電変換部１３と多孔性絶縁層１４との孔内には、キャリア輸送材料１３ａが充填されている。
【００８１】
キャリア輸送材料１３ａは、イオンを輸送できる導電性材料で構成され、好適な材料として、たとえば、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質および溶融塩ゲル電解質などが挙げられる。
【００８２】
液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般的な電池または太陽電池などにおいて使用することができるものであれば特に限定されない。具体的には、液体電解質として、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤と溶融塩とからなるものなどが挙げられる。
【００８３】
酸化還元種としては、たとえば、Ｉ-／Ｉ3-系、Ｂｒ2-／Ｂｒ3-系、Ｆｅ2+／Ｆｅ3+系、キノン／ハイドロキノン系などが挙げられる。具体的には、酸化還元種として、ヨウ化リチウム(ＬｉＩ)、ヨウ化ナトリウム(ＮａＩ)、ヨウ化カリウム(ＫＩ)、ヨウ化カルシウム(ＣａＩ2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(Ｉ2)との組み合わせが好ましい。また、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(ＴＥＡＩ)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(ＴＰＡＩ)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(ＴＢＡＩ)、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(ＴＨＡＩ)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素との組み合わせが好ましい。さらに、臭化リチウム(ＬｉＢｒ)、臭化ナトリウム(ＮａＢｒ)、臭化カリウム(ＫＢｒ)、臭化カルシウム(ＣａＢｒ2)などの金属臭化物と臭素との組み合わせが好ましい。これらの中でも、ＬｉＩとＩ2の組み合わせが特に好ましい。
【００８４】
酸化還元種の溶剤としては、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物またはニトリル化合物が特に好ましい。これらの溶剤を２種類以上混合して用いることもできる。
【００８５】
固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料であって、太陽電池の電解質として用いることができ、流動性を有さないものであればよい。具体的には、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、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、ヨウ化銅およびチオシアン酸銅などの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化した電解質などが挙げられる。
【００８６】
ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤とからなる。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体、架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、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。
【００８７】
溶融塩ゲル電解質は、通常、上記のようなゲル電解質と常温型溶融塩とからなる。常温型溶融塩としては、たとえば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などが挙げられる。
【００８８】
上記の電解質には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。添加剤としては、t-ブチルピリジン(ＴＢＰ)などの含窒素芳香族化合物、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(ＤＭＰＩＩ)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(ＭＰＩＩ)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(ＥＭＩＩ)、エチルイミダゾールアイオダイド(ＥＩＩ)、ヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(ＨＭＩＩ)などのイミダゾール塩が挙げられる。
【００８９】
電解質中の電解質濃度は、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲が好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲が特に好ましい。
【００９０】
色素増感太陽電池１０は、色素増感太陽電池１０の短絡電流値をＩｓｃ(Ａ)、集電電極１７と第１電極１２と第２電極１６との電気抵抗値の合計値をＲｈ(Ω)、色素増感太陽電池１０の開放電圧値をＶｏｃ(Ｖ)とすると、Ｉｓｃ×Ｒｈ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たすように形成されている。
【００９１】
上記の構成により、後述する実験例からも分かるように色素増感太陽電池１０のＦＦを約０．７程度にすることができる。よって、受光面を大面積化した光電変換素子において、高いＦＦおよび変換効率を維持することができる。
【００９２】
カバー１８の一部にキャリア輸送材料１３ａの注入口を形成し、真空注入法または真空含浸法などによりキャリア輸送材料１３ａを注入する場合、カバー１８と第２電極１６とが接触していないことにより、キャリア輸送材料１３ａの注入速度が速くなる。したがって、キャリア輸送材料１３ａの注入時間を短縮することができる。
【００９３】
さらに、集電電極１７がキャリア輸送材料１３ａに対して耐腐食性を有しているため、色素増感太陽電池１０の安定性および寿命を向上することができる。
【００９４】
以下、本発明の実施形態２に係る光電変換モジュールについて説明する。
(実施形態２)
図３は、本発明の実施形態２に係る光電変換モジュールの構造を示す断面図である。図４は、図３の光電変換モジュールを矢印ＩＶ方向から見た図である。なお、図３においては、光電変換モジュールの一部の構成を図示していない。
【００９５】
図３，４に示すように、本発明の実施形態２に係る光電変換モジュール２０は、複数の光電変換素子である色素増感太陽電池３０を有する。複数の色素増感太陽電池３０は電気的に直列に接続されている。
【００９６】
色素増感太陽電池３０は、少なくとも受光面を有する透光性基板２１と、透光性基板２１上に位置する透明導電膜からなる第１電極２２と、第１電極２２上の少なくとも一部に位置し、金属薄膜からなる集電電極とを備える。
【００９７】
また、色素増感太陽電池３０は、第１電極２２または集電電極の上面に位置して光増感剤を担持し、かつ、キャリア輸送材料２３ａに浸漬された光電変換部２３と、光電変換部２３の側方の周囲を囲む絶縁性枠部２９とを備える。
【００９８】
さらに、色素増感太陽電池３０は、光電変換部２３の上方で、第１電極２２と対向するように位置する第２電極２６と、カバー２８とを備える。カバー２８と第２電極２６との間には僅かに隙間が形成されており、その隙間はキャリア輸送材料２３ａにより満たされている。なお、この隙間は必ずしも形成されていなくてもよい。
【００９９】
また、色素増感太陽電池３０は、絶縁性枠部２９に囲まれた内部において、光電変換部２３上に形成された多孔性絶縁層２４と、多孔性絶縁層２４上に形成された触媒層２５とを備える。第２電極２６は、触媒層２５上に形成されている。
【０１００】
光電変換モジュール２０においては、複数の色素増感太陽電池３０同士が直列に接続されている。互いに電気的に接続される色素増感太陽電池３０同士において、一方の色素増感太陽電池３０の第１電極２２または集電電極と他方の色素増感太陽電池３０の第２電極２６とが接続されている。
【０１０１】
絶縁性枠部２９は、互いに隣接する色素増感太陽電池３０の第１電極２２同士、集電電極同士、および第２電極２６同士を電気的に絶縁している。また、絶縁性枠部２９および封止部は、キャリア輸送材料２３ａが互いに隣接する色素増感太陽電池３０間を移動できないように封止している。
【０１０２】
本実施形態においては、光電変換部２３は、平面視において、長手方向を有する矩形形状を有している。具体的には、光電変換部２３は、長さＸ、幅Ｙで形成されている。長さＸは１０ｍｍ以上である。幅Ｙは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。ただし、光電変換部２３の形状はこれに限られず、円形または多角形でもよい。
【０１０３】
直列に接続された色素増感太陽電池３０同士は、各々の光電変換部２３の長手方向が略平行になるように位置している。
【０１０４】
集電電極は、光電変換部２３の長手方向に直交する方向に延在する平行部２７と平行部２７の端部同士を接続する連結部３１とを含む。集電電極の平行部２７は、直列に接続された色素増感太陽電池３０の並ぶ方向に延在している。集電電極の連結部３１は、直列に接続された色素増感太陽電池３０の並ぶ方向に直交する方向に延在している。
【０１０５】
集電電極の平行部２７は幅Ｗで複数形成されている。互いに隣接する集電電極の平行部２７同士は、距離Ｌxの間隔を置いて形成されている。幅Ｗは、０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。距離Ｌxは、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
【０１０６】
光電変換モジュール２０は、色素増感太陽電池３０の短絡電流値をＩｓｃ(Ａ)、集電電極と第１電極２２と第２電極２６との電気抵抗値の合計値をＲｈ(Ω)、色素増感太陽電池３０の開放電圧値をＶｏｃ(Ｖ)とすると、Ｉｓｃ×Ｒｈ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たすように形成されている。
【０１０７】
上記の構成により、後述する実験例からも分かるように色素増感太陽電池３０のＦＦを約０．７程度にすることができる。よって、受光面を大面積化した光電変換モジュール２０において、高いＦＦおよび変換効率を維持することができる。
【０１０８】
カバー２８の一部にキャリア輸送材料２３ａの注入口を形成し、真空注入法または真空含浸法などによりキャリア輸送材料２３ａを注入する場合、カバー２８と第２電極２６とが接触していないことにより、キャリア輸送材料２３ａの注入速度が速くなる。したがって、キャリア輸送材料２３ａの注入時間を短縮することができる。
【０１０９】
光電変換モジュール２０において、実施形態１の色素増感太陽電池１０と同様の構成については説明を繰り返さない。
【０１１０】
以下、集電電極の幅Ｗと集電電極同士の間の距離Ｌxによる色素増感太陽電池の変換効率を実験した実験結果について説明する。なお、以下の実験例においては、各層の層厚は、特に断りのない限り、株式会社東京精密製、商品名：サーフコム１４００Ａを用いて測定した。
【０１１１】
(実験例１)
図３，４に示す構造を有する光電変換モジュール２０を作製するために、第１電極２２が形成された透光性基板２１を用意した。具体的には、１００ｍｍ×２００ｍｍの大きさの日本板ガラス社製のＳｎＯ2付きガラス基板を用意した。
【０１１２】
＜集電電極の形成＞
電子ビーム蒸着器ＥＩ―５(アルバック社製)を用いて、第１電極２２上に集電電極を０．１Å／Ｓの蒸着速度で約１μｍの厚さとなるように形成した。集電電極の材料として金属チタンを用いた。
【０１１３】
集電電極の平行部２７の幅Ｗを２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍの４つの条件に振って、集電電極を形成した。また、隣接する集電電極の平行部２７同士の間の距離Ｌxを４ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ、１２．５ｍｍ、１７．５ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍの８つの条件に振って、集電電極を形成した。
【０１１４】
＜絶縁性枠部の形成＞
スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製ＬＳ−３４ＴＶＡ)を用いて、透光性基板２１、第１電極２２または集電電極上にガラスフリット(ノリタケ社製)を塗布した。１００℃で１０分間予備乾燥を行なった後、４５０℃で１時間焼成を行なった。形成された絶縁性枠部２９の厚さは約２５μｍであった。
【０１１５】
＜多孔性半導体層の形成＞
スクリーン印刷機(ニューロング精密工業製ＬＳ−３４ＴＶＡ)を用いて、市販の酸化チタンペースト(Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ  Ｄ／ＳＰ、平均粒径１３ｎｍ)を第１電極２２または集電電極上に塗布した。室温にて１時間レベリングを行なった後、得られた塗膜を８０℃で２０分間予備乾燥し、４５０度で１時間焼成を行なった。この工程を繰り返すことにより、多孔性半導体層として、層厚３０μｍ多孔性半導体層を作製した。
【０１１６】
＜増感色素の吸着＞
増感色素としてＲｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ色素(Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製)を用い、これのアセトニトリル(Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製)／ｔ−ブチルアルコール(Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製)の１：１溶液(増感色素の濃度；４×１０-4モル／リットル)を調製した。この溶液に多孔性半導体層を浸漬し、４０度の温度条件のもとで２０時間放置した。その後、多孔性半導体層をエタノール(Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製)で洗浄した後、乾燥させた。このようにして、色素を多孔性半導体層に吸着させた。
【０１１７】
＜多孔性絶縁層の形成＞
粒径が１００ｎｍの酸化ジルコニウムの微粒子(シーアイ化成製)を含むペーストを上記方法で調整した。多孔性半導体層の作製に用いたスクリーン版とスクリーン印刷機(ニューロング精密工業製ＬＳ−３４ＴＶＡ)を用いて、多孔性半導体層上に調整したペーストを塗布した。室温にて１時間レベリングを行なった後、８０℃で２０分間予備乾燥し、４５０度で１時間焼成を行なった。この工程により、層厚が５μｍの多孔性絶縁層２４が形成された。
【０１１８】
＜触媒層の形成＞
多孔性絶縁層２４上に、電子ビーム蒸着器ＥＶＤ−５００Ａ(ＡＮＥＬＶＡ社製)を用い、白金を０．１Å／Ｓの蒸着速度で蒸着させて約５ｎｍの厚さの触媒層２５を形成した。
【０１１９】
＜電解液の調整＞
酸化還元性電解液として、溶媒にアセトニトリルを用いて、その中にＤＭＰＩＩ(四国化成製)を０．６モル／リットル、ＬｉＩ(Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製)を０．１モル／リットル、ＴＢＰ(Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製)を０．５モル／リットル、Ｉ2(東京化成製)を０．０１モル／リットル溶解させたものを用意した。
【０１２０】
＜カバーによる封止＞
絶縁性枠部２９上に、紫外線硬化材３１Ｘ−１０１(スリーボンド社製)を塗布し、５０ｍｍ×７０ｍｍの大きさのガラス基板(Ｃｏｒｎｉｎｇ７０５９)からなるカバー２８と透光性基板２１を貼り合せた。紫外線照射ランプＮｏｖａｃｕｒｅ(ＥＦＤ社製)を用いて紫外線硬化剤の塗布部分に紫外線を照射することにより、透光性基板２１とカバー２８とを固定した。
【０１２１】
＜電解液の注入＞
カバー２８に設けた電解液注入孔より、酸化還元性電解液を注入することで光電変換モジュール２０を作製した。
【０１２２】
図５は、光電変換モジュールの集電電極間の距離Ｌxと色素増感太陽電池の変換効率(％)との関係を示すグラフである。図５においては、縦軸に変換効率(％)、横軸に集電電極間の距離Ｌx(ｍｍ)を示している。
【０１２３】
上記の方法で作製された４種類の光電変換モジュール２０に、１ｋＷ／ｍ2の強度の光(ＡＭ１．５ソーラーシミュレータ)を照射して、変換効率を測定した。なお、変換効率は、短絡電流値Ｉｓｃの値を光電変換モジュールのアパチャーエリア(光電変換モジュール内の数個の光電変換素子の外枠を結んで囲むエリア)の面積で除したものに、ＶｏｃおよびＦＦを乗じたものとした。
【０１２４】
図５に示すように、集電電極間の距離Ｌxの値が小さくなると共に、ＦＦは増加するが、開口率(受光面積率)が減少するため、それらのトレードオフにより変換効率の値が決まる。集電電極の幅Ｗが０．５ｍｍより大きい場合、集電電極間の距離Ｌxの減少につれて開口率が減少し、短絡電流値Ｉｓｃの低下と共に変換効率が減少する。集電電極の幅Ｗが０．５ｍｍ以下の場合、集電電極間の距離Ｌxの減少につれて開口率が減少するが、ＦＦの向上度がまさり、変換効率が極値をもつ。それらのトレードオフにより変換効率が高い値を示すのは、集電電極間の距離Ｌxが、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のときであった。
【０１２５】
以下、色素増感太陽電池のＦＦとＲｈ×Ｉｓｃとの関係を実験した実験結果について説明する。
【０１２６】
(実験例２)
電子ビーム蒸着器ＥＩ―５(アルバック社製)を用いて、第１電極２２上に集電電極を０．１Å／Ｓの蒸着速度で約１μｍの厚さとなるように形成した。集電電極の材料として金属チタンを用いた。
【０１２７】
集電電極の平行部２７の幅Ｗを０．５ｍｍとして、集電電極を形成した。また、隣接する集電電極の平行部２７同士の間の集電電極間の距離Ｌxを１０ｍｍ、１２．５ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍの４つの条件に振って、集電電極を形成した。他の条件および構成は実験例１と同様である。
【０１２８】
図６は、光電変換モジュールのＦＦとＲｈ×Ｉｓｃとの関係を示すグラフである。図６においては、縦軸にＦＦ、横軸にＲｈ×Ｉｓｃを示している。
【０１２９】
上記の方法で作製された４種類の光電変換モジュール２０に、１ｋＷ／ｍ2の強度の光（ＡＭ１．５ソーラーシミュレータ）を照射して、変換効率を測定した。なお、変換効率は、短絡電流値Ｉｓｃを光電変換モジュールのアパチャーエリア（光電変換モジュール内の数個の光電変換素子の外枠を結んで囲むエリア）の面積で除したものに、ＶｏｃおよびＦＦを乗じたものとした。また、インピーダンス測定により得られるＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロットで、高周波数側でのＺ’’＝０の軸との交点における抵抗値をＲｈとした。
【０１３０】
図６に示すように、Ｒh×Ｉscの値が約０．０３０Ｖ(＝０．０５×Ｖｏｃ)より小さくなると顕著にＦＦが向上することが確認できた。
【０１３１】
よって、本実施形態の色素増感太陽電池１０，３０のように、Ｒｈ×Ｉｓｃ＜０．０５×Ｖｏｃの関係を満たすことにより、ＦＦ０．７以上にすることができる。よって、受光面を大面積化した光電変換モジュール２０において、高いＦＦおよび変換効率を維持することができる。
【０１３２】
図６に示すように、Ｒｈ×Ｉｓｃ＜０．０２０Ｖ(＝０．０３×Ｖｏｃ)を満たす場合は、ＦＦが０．７を大きく超えるが、集電電極の幅Ｗが大きくて集電電極間の距離Ｌxが小さい。この場合、図５に示すように、開口率が小さくて変換効率が低いため、短絡電流値ＩｓｃおよびＲｈの条件は、０.０３×Ｖｏｃ＜Ｒｈ×Ｉｓｃ＜０．０５×Ｖｏｃを満たすことがより好ましい。
【０１３３】
以下、光電変換部の幅Ｙと色素増感太陽電池の変換効率(％)をの関係を実験した実験結果について説明する。
【０１３４】
(実験例３)
電子ビーム蒸着器ＥＩ―５(アルバック社製)を用いて、第１電極２２上に集電電極を０．１Å／Ｓの蒸着速度で約１μｍの厚さとなるように形成した。集電電極の材料として金属チタンを用いた。集電電極の平行部２７の幅Ｗを０．１ｍｍとした。
【０１３５】
光電変換部２３を構成する多孔性半導体層を酸化チタンで形成した。光電変換部２３の長手方向と直交する方向の幅Ｙを３ｍｍから１５ｍｍまで１ｍｍ間隔で作製した。隣接する集電電極の平行部２７同士の間の距離Ｌxを８ｍｍとした。他の条件および構成は実験例１と同様である。
【０１３６】
図７は、光電変換モジュールの光電変換部の幅Ｙと色素増感太陽電池の変換効率(％)との関係を示すグラフである。図７においては、縦軸に変換効率(％)、横軸に光電変換部の幅Ｙ(ｍｍ)を示している。
【０１３７】
光電変換部の幅Ｙが小さくなると共にＦＦは増加するが、光電変換モジュール全体の受光面積率が減少するため、それらのトレードオフにより変換効率の値が決まる。図７に示すように、変換効率が高い値を示すのは、光電変換部の幅Ｙが、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下のときであった。
【０１３８】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１３９】
１０，３０  色素増感太陽電池、１１，２１  透光性基板、１２，２２  第１電極、１３，２３  光電変換部、１３ａ，２３ａ  キャリア輸送材料、１４，２４  多孔性絶縁層、１５，２５  触媒層、１６，２６  第２電極、１７  集電電極、１８，２８  カバー、１９，２９  絶縁性枠部、２０  光電変換モジュール、２７  平行部、３１  連結部。
【図１】
2012141095.tif 000006
【図２】
2012141095.tif 000007
【図３】
2012141095.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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