(57)【要約】      （修正有）【課題】発電量を増やすことが可能な色素増感太陽電池を提供すること。【解決手段】色素増感太陽電池５０は、透明基材２０と、前記透明基材の上に設けられた透明電極層と、前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、前記対向電極層の上面に固着した樹脂基材３１とを有することを特徴とする。【選択図】図９
2020167300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材と、
前記透明基材の上に設けられた透明電極層と、
前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、
前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、
前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、
前記対向電極層の上面に固着した樹脂基材と、
を有することを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記樹脂基材は、前記対向電極層の上面に固着した第１の主面と、前記第１の主面の反対面である第２の主面とを有し、
前記樹脂基材に第１のビアホールと第２のビアホールが形成され、
前記第１のビアホールに形成され、前記透明電極層に電気的に接続された第１のビア導体と、
前記第２のビアホールに形成され、前記対向電極層に電気的に接続された第２のビア導体と、
前記第２の主面に設けられ、前記第１のビア導体に接続された第１の電極パッドと、
前記第２の主面に設けられ、前記第２のビア導体に接続された第２の電極パッドとを更に有することを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記第１のビア導体と前記第２のビア導体は、前記樹脂基材の縁に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記樹脂基材は平面視で多角形であり、
前記多角形の二つの角部のうちの一方に前記第１のビア導体が設けられ、他方に前記第２のビア導体が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記第１のビアホールと前記第２のビアホールは、前記透明電極層、前記発電層、前記固体電解質層、及び前記対向電極層の各々が平面視で重なるセル領域の外側に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
前記第１のビア導体は、前記セル領域の前記外側の第１のコンタクト領域において前記対向電極層と接続され、
前記第２のビア導体は、前記セル領域の前記外側の第２のコンタクト領域において前記透明電極層と接続されたことを特徴とする請求項５に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記第１のコンタクト領域における前記透明電極層の上に設けられた絶縁層と、
前記第２のコンタクト領域における前記透明電極層の上に設けられた導電層とを更に有し、
前記第１のコンタクト領域において、前記絶縁層の上に前記対向電極層が設けられ、
前記第２のコンタクト領域において、前記導電層を介して前記透明電極層と前記第２のビア導体とが接続されたことを特徴とする請求項６に記載の色素増感太陽電池。
【請求項８】
前記導電層は、平面視で前記固体電解質層から間隔をおいて設けられ、
前記絶縁層は、前記固体電解質層と前記導電層との間にも設けられたことを特徴とする請求項７に記載の色素増感太陽電池。
【請求項９】
前記第１のコンタクト領域における前記透明電極層が、前記セル領域における前記透明電極層から分離したことを特徴とする請求項６に記載の色素増感太陽電池。
【請求項１０】
前記発電層の側面と前記透明基材の側面とが同一面内にあることを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン系の太陽電池に代わる新たな太陽電池として色素増感太陽電池が注目されている。色素増感太陽電池は、室内や薄暮時のように低照度の環境でも効率的に発電できるため、IoT(Internet of Things)デバイス等の省電力用途への応用が期待されている。その場合、IoTデバイスが内蔵する配線基板に色素増感太陽電池を実装することにより、IoTデバイス内のセンサ等の電子デバイスを色素増感太陽電池の電力で駆動することができる。
【０００３】
これまでに配線基板への実装を想定した様々な太陽電池が提案されているが、いずれも改善の余地がある。
【０００４】
例えば、パッケージ基板の表面のうち発電を行う発電部をシーリング材で囲うことにより、発電部の電解質溶液が液漏れするのをシーリング材で防止した色素増感太陽電池が開示されている（特許文献１）。但し、この色素増感太陽電池では、シーリング材を設けるスペースをパッケージ基板に確保する必要があるため発電部の面積を小さくしなければならず、十分な発電量を得ることができない。
【０００５】
また、色素増感太陽電池が備える透光性基材に電極パッドを設け、その電極パッドと配線基板とをはんだで接続する技術も開示されている（特許文献２）。この技術では、色素増感太陽電池に熱が伝わりやすいため、特性が劣化する恐れがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８０１２２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発電量を増やすことが可能な色素増感太陽電池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】
【０００８】
本発明に係る色素増感太陽電池は、透明基材と、前記透明基材の上に設けられた透明電極層と、前記透明電極層の上に設けられた色素を含む発電層と、前記発電層の上に設けられた固体電解質層と、前記固体電解質層の上に設けられた対向電極層と、前記対向電極層の上面に固着した樹脂基材とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記色素増感太陽電池において、前記樹脂基材は、前記対向電極層の上面に固着した第１の主面と、前記第１の主面の反対面である第２の主面とを有し、前記樹脂基材に第１のビアホールと第２のビアホールが形成され、前記第１のビアホールに形成され、前記透明電極層に電気的に接続された第１のビア導体と、前記第２のビアホールに形成され、前記対向電極層に電気的に接続された第２のビア導体と、前記第２の主面に設けられ、前記第１のビア導体に接続された第１の電極パッドと、前記第２の主面に設けられ、前記第２のビア導体に接続された第２の電極パッドとを更に有してもよい。
【００１０】
上記色素増感太陽電池において、前記第１のビア導体と前記第２のビア導体は、前記樹脂基材の縁に設けられてもよい。
【００１１】
上記色素増感太陽電池において、前記樹脂基材は平面視で多角形であり、前記多角形の二つの角部のうちの一方に前記第１のビア導体が設けられ、他方に前記第２のビア導体が設けられてもよい。
【００１２】
上記色素増感太陽電池において、前記第１のビアホールと前記第２のビアホールは、前記透明電極層、前記固体電解質層、及び前記対向電極層の各々が平面視で重なるセル領域の外側に設けられてもよい。
【００１３】
上記色素増感太陽電池において、前記第１のビア導体は、前記セル領域の前記外側の第１のコンタクト領域において前記対向電極層と接続され、前記第２のビア導体は、前記セル領域の前記外側の第２のコンタクト領域において前記透明電極層と接続されてもよい。
【００１４】
上記色素増感太陽電池において、前記固体電解質層は、平面視で前記セル領域に収まる大きさに設けられ、前記第１のコンタクト領域における前記透明電極層の上に設けられた絶縁層と、前記第２のコンタクト領域における前記透明電極層の上に設けられた導電層とを更に有し、前記第１のコンタクト領域において、前記絶縁層の上に前記対向電極層が設けられ、前記第２のコンタクト領域において、前記導電層を介して前記透明電極層と前記第２のビア導体とが接続されてもよい。
【００１５】
上記色素増感太陽電池において、前記導電層は、平面視で前記固体電解質層から間隔をおいて設けられ、前記絶縁層は、前記固体電解質層と前記導電層との間にも設けられてもよい。
【００１６】
上記色素増感太陽電池において、前記第１のコンタクト領域における前記透明電極層が、前記セル領域における前記透明電極層から分離してもよい。
【００１７】
上記色素増感太陽電池において、前記発電層の側面と前記透明基材の側面とが同一面内にあってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発電量を増やすことが可能な色素増感太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その１）である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その２）である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施例に係る配線基板の製造途中の断面図（その１）である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第１実施例に係る配線基板の製造途中の断面図（その２）である。
【図５】（ａ）は、樹脂基材の第２の主面を上にしたときの第１実施例に係る配線基板の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】樹脂基材の第１の主面を上にしたときの第１実施例に係る配線基板の斜視図である。
【図７】第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その３）である。
【図８】第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その４）である。
【図９】第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その５）である。
【図１０】（ａ）は、図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（ｂ）は、図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１１】第１実施例に係る色素増感太陽電池の使用方法の一例について説明するための断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その１）である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その２）である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、本実施例で使用する配線基板の斜視図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図１４（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、（ｃ）は図１４（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【図１６】第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その３）である。
【図１７】第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その４）である。
【図１８】第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図（その５）である。
【図１９】（ａ）は、図１７のＨ−Ｈ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図１７のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施例）
本実施例に係る色素増感太陽電池について、その製造方法を追いながら説明する。図１（ａ）〜図２（ｂ）は、第１実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図である。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、相対する第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとを備えた透明基材２０を用意する。これらの主面のうち、第１の主面２０ａは、実使用下において光が入射する入射面となる。一方、第２の主面２０ｂには、予め透明電極層２１としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）層が０．１μｍ〜０．５μｍ程度の厚さに形成される。なお、ＩＴＯ層に代えて、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）層、酸化亜鉛層、インジウム−錫複合酸化物層と銀層との積層膜、及びアンチモンがドープされた酸化錫層のいずれかを透明電極層２１として形成してもよい。
【００２２】
また、透明基材２０はガラス基板であって、その長辺の長さＡｘは５ｍｍ〜４０ｍｍ、例えば２０ｍｍであり、短辺の長さＡｙは５ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば１５ｍｍである。また、透明基材２０の厚さＡｚは、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、例えば１．１ｍｍである。なお、ガラス基板に代えて透明なプラスチック板を透明基材２０として使用してもよい。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、チタンアルコキシドから調整したアルコール溶液をセル領域Ｉにおける透明電極層２１の上に塗布した後、そのアルコール溶液を加熱して乾燥させることにより、逆電子移動防止層２２を５ｎｍ〜０．１μｍ程度の厚さに形成する。本工程における乾燥温度は特に限定されず、４５０℃〜６５０℃、例えば５５０℃程度の温度で乾燥を行えばよい。
【００２４】
なお、セル領域Ｉは、透明基材２０において太陽電池セルが形成される領域である。また、そのセル領域Ｉの隣の領域は、太陽電池セルから電力を引き出すためのビア導体が後で形成される周辺領域ＩＩとなる。
【００２５】
各領域Ｉ、ＩＩの形状や大きさは特に限定されない。セル領域Ｉは、平面視で一辺の長さＬが１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば１５ｍｍの正方形状の領域とする。また、周辺領域ＩＩは、平面視で矩形状であり、その長辺の長さＢｙは１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば１５ｍｍであり、短辺の長さＢｘは１ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば５ｍｍである。
【００２６】
続いて、図２（ａ）に示すように、粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン粒子が分散されたスラリを逆電子移動防止層２２の上にスクリーン印刷法で１μｍ〜１０μｍ程度の厚さに塗布し、それを加熱して有機物成分を除去することにより発電層２５を形成する。そのスラリとして、例えば日揮触媒化成製の酸化チタンペーストであるＰＳＴ−３０ＮＲＤを使用する。また、スラリの加熱温度は４５０℃〜６５０℃、例えば５５０℃であり、その乾燥時間は１０分〜１２０分、例えば３０分程度である。
【００２７】
なお、発電層２５を構成する半導体粒子は酸化チタン粒子に限定されず、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｃｒ、及びＮｂのいずれかの酸化物の粒子で発電層２５を構成してもよい。更に、ＳｒＴｉＯ３やＣａＴｉＯ３等のペロブスカイト型酸化物の粒子で発電層２５を形成してもよい。
また、発電層２５を形成する領域は、セル領域Ｉ（図１（ｂ）参照）と同じ正方形の領域である。
【００２８】
その後、色素を含有する有機溶液に透明基材２０を浸漬し、発電層２５を構成する半導体粒子の表面に色素を吸着させる。その有機溶液や浸漬条件も特に限定されない。例えば、アセトニトリルとｔ−ブタノールとを１：１の体積比率で混合した有機溶媒を用意し、その有機溶媒に色素としてＣＹＣ−Ｂ１１（Ｋ）を０．１ｍＭ〜１ｍＭ、例えば０．２ｍＭの濃度で添加してなる有機溶液を本工程で使用し得る。そして、その有機溶液を０℃〜８０℃、例えば５０℃に保温しつつ、有機溶液に透明基材２０を１時間〜１２時間、例えば４時間だけ浸漬することで発電層２５に色素を吸着させればよい。
【００２９】
更に、色素も上記に限定されず、金属錯体色素や有機色素を発電層２５に吸着させればよい。このうち、金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、ルテニウム−トリス錯体、ルテニウム−ビス錯体、オスミウム−トリス錯体、オスミウム−ビス錯体等の遷移金属錯体がある。また、亜鉛−テトラ(４−カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体も金属錯体色素の一例である。
【００３０】
また、有機色素としては、例えば、９−フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素、及びカルバゾール化合物系色素等がある。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示す工程について説明する。まず、固体電解質前駆体２６として、ヨウ素、１，３−ジメチルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＩＩ）、アセトニトリル、及び分子量が１００万のポリエチレンオキシドの各々を均一になるように混合する。次いで、この固体電解質前駆体２６を発電層２５の上に０．１μＬ〜５０μＬ、例えば２０μＬだけ滴下し、発電層２５に固体電解質前駆体２６を含浸させる。そして、発電層２５を５０℃〜１５０℃、例えば１００℃に加熱し、この状態を１分〜６０分、例えば３０分間維持することにより、固体電解質前駆体２６に含まれる余剰のアセトニトリルを揮発させ、発電層２５の上の固体電解質前駆体２６を固体電解質層２７とする。その後に、発電層２５を室温に戻す。
【００３２】
なお、固体電解質前駆体２６に含まれる電解質はＤＭＩＩに限定されない。例えば、ピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等のヨウ素塩であって、室温付近で固体状態にある塩や溶融状態にある常温溶融塩をイオン液体として使用し得る。そのような常温溶融塩としては、例えば、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムヨージド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムヨージド（ＢＭＩＩ）、１−エチル−ピリジニウムヨージド等のヨウ化４級アンモニウム塩化合物等がある。
【００３３】
更に、固体電解質層２７の材料は上記に限定されず、酸化還元対を含有する溶融塩、オキサジアゾール化合物、及びピラゾリン化合物等の有機半導体材料を固体電解質層２７の材料として使用してもよい。また、ヨウ化銅や臭化銅等の金属ハロゲン化物材料で固体電解質層２７を形成してもよい。
以上により透明基材２０に対する処理を終える。
【００３４】
本実施例では、この透明基材２０に配線基板を接合することにより色素増感太陽電池を作製する。そこで、次にその配線基板の製造方法について説明する。
【００３５】
図３（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施例に係る配線基板の製造途中の断面図である。
【００３６】
まず、図３（ａ）に示す両面銅張基材３０を用意する。その両面銅張基材３０は、樹脂基材３１の第１の主面３１ａに熱プレスにより第１の銅箔３２を圧着し、かつ第１の主面３１ａに相対する第２の主面３１ｂに第２の銅箔３３を熱プレスにより圧着することで作製し得る。
【００３７】
樹脂基材３１は特に限定されないが、この例ではガラス織布に耐熱性のエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板を樹脂基材３１として使用する。なお、ポリイミドフィルムを樹脂基材３１として使用してもよい。また、その樹脂基材３１の厚さは０．１ｍｍ〜３．２ｍｍ、例えば１μｍである。更に、各銅箔３２、３３の厚さも特に限定されない。一例として、各銅箔３２、３３の厚さは１８μｍ〜２００μｍ、例えば３５μｍである。
【００３８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、両面銅張基材３０に対してドリル加工を行うことにより樹脂基材３１に第１のビアホール３１ｘを形成する。その第１のビアホール３１ｘの直径は０．１ｍｍ〜２ｍｍ、例えば０．２５ｍｍである。
【００３９】
次に、図３（ｃ）に示すように、第１のビアホール３１ｘの内面と各銅箔３２、３３の表面とに無電解銅めっき層を形成し、更にその上に電解銅めっき層を形成する。なお、無電解銅めっき層と電解銅めっき層とを合わせた厚さは１０μｍ〜３０μｍ、例えば２０μｍ程度とする。そして、第１のビアホール３１ｘに形成された各銅めっき層を第１のビア導体３６ａとすると共に、各銅箔３２、３３とこれらの銅めっき層とを銅層３７とする。
【００４０】
次に、図４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより銅層３７をパターニングして、第２の主面３１ｂに第１の電極パッド３７ａと第１の配線３７ｂとを形成する。
【００４１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、銅層３７、第１の電極パッド３７ａ、及び第１の配線３７ｂのそれぞれの上に無電解めっきにより金層３８を０．０１μｍ〜０．０５μｍ、例えば０．０３μｍ程度の厚さに形成する。このように薄い厚さの金層３８を形成するめっき法はフラッシュめっきとも呼ばれる。
【００４２】
続いて、図４（ｃ）に示すように、樹脂基材３１の第１の主面３１ａ側の銅層３７の上に触媒層３９としてチタン層と白金層とをこの順にスパッタ法により形成し、銅層３７、金層３８、及び触媒層３９の各々を対向電極層４０とする。
【００４３】
なお、触媒層３９におけるチタン層は密着層として機能し、その厚さは０．０５μｍ〜０．５μｍ、例えば０．１μｍ程度である。また、触媒層３９における白金層の厚さも特に限定されず、０．０１μｍ〜０．３μｍ、例えば０．０５μｍ程度の厚さに触媒層３９を形成し得る。
【００４４】
以上により、本実施例で使用する配線基板４５の基本構造が完成する。
【００４５】
図５（ａ）は、樹脂基材３１の第２の主面３１ｂを上にしたときの配線基板４５の斜視図である。なお、前述の図４（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図に相当する。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、樹脂基材３１の第２の主面３１ｂには、前述の第１の電極パッド３７ａと同じ工程で第２の電極パッド３７ｃが形成される。そして、その第２の電極パッド３７ｃには、第１の配線３７ｂと同一工程で形成された第２の配線３７ｄが接続される。
【００４７】
なお、第１の電極パッド３７ａの形状は、平面視で一辺の長さが１ｍｍ〜６ｍｍ、例えば５ｍｍの正方形とする。第２の電極パッド３７ｃの形状もこれと同様である。
図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００４８】
図５（ｂ）に示すように、樹脂基材３１には、第１のビアホール３１ｘを形成したのと同じ工程で第２のビアホール３１ｙが形成される。そして、その第２のビアホール３１ｙの内面には第１のビア導体３６ａを形成したのと同じ工程で第２のビア導体３６ｂが形成されており、前述の第２の配線３７ｄの一端が第２のビア導体３６ｂに接続される。
【００４９】
図６は、樹脂基材３１の第１の主面３１ａを上にしたときの配線基板４５の斜視図である。
【００５０】
図６に示すように、前述の第１のビア導体３６ａと第２のビア導体３６ｂは、それぞれ樹脂基材３１の縁の第１のコンタクト領域ＣＲ１と第２のコンタクト領域ＣＲ２に設けられる。これらのコンタクト領域ＣＲ１、ＣＲ２は、セル領域Ｉの外側の周辺領域ＩＩ（図２（ｂ）参照）に対応した領域であって、各ビア導体３６ａ、３６ｂを介してセル領域Ｉから電力を取り出す領域である。
【００５１】
その第１のコンタクト領域ＣＲ１には対向電極層４０が形成されているのに対し、第２のコンタクト領域ＣＲ２には対向電極層４０が形成されていない。これにより、第２のコンタクト領域ＣＲ２には、第２のビア導体３６ｂの一端と樹脂基材３１とが露出することになる。
【００５２】
また、この例では、第１の主面３１ａの面積に占める対向電極層４０の面積を８５％〜９５％、例えば８７．５％以上とする。更に、各コンタクト領域ＣＲ１、ＣＲ２の幅Ｂｗも特に限定されず、幅Ｂｗを５ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば７．５ｍｍ程度とする。
【００５３】
これ以降の工程について、図７〜図９を参照しながら説明する。図７〜図９は、本実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図である。
【００５４】
まず、図７に示すように、前述の透明基材２０を再び用意する。そして、第２のコンタクト領域ＣＲ２における透明電極層２１の上に導電層４３として銀ペーストを塗布する。なお、その導電層４３と固体電解質層２７とが電気的に短絡するのを防止するために両者の間にスペースＳを設け、固体電解質層２７から間隔をおいて導電層４３を形成するのが好ましい。
【００５５】
次いで、第１のコンタクト領域ＣＲ１における透明電極層２１の上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、その紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させることにより絶縁層４４を形成する。この例では、固体電解質層２７と導電層４３との間のスペースＳにも絶縁層４４を形成することにより、固体電解質層２７と導電層４３とを絶縁層４４で絶縁する。
【００５６】
そして、透明基材２０の上方に配線基板４５を配し、透明基材２０の固体電解質層２７と樹脂基材３１の第１の主面３１ａとを対向させる。
【００５７】
次に、図８に示すように、透明基材２０と樹脂基材３１とを張り合わせ、これらを５０℃程度の温度に加熱する。これにより導電層４３が固化し、第２のビア導体３６ｂと透明電極層２１とが導電層４３を介して接続されることになる。
【００５８】
なお、透明基材２０と配線基板４５との間に気泡が混入するのを防止するために、真空中や減圧雰囲気中で本工程を行うのが好ましい。
【００５９】
また、このように透明基材２０と樹脂基材３１とを張り合わせることにより、セル領域Ｉにおいて透明電極層２１、発電層２５、固体電解質層２７、及び対向電極層４０の各々が平面視で重なることになる。
図１０（ａ）は、図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００６０】
図１０（ａ）に示すように、セル領域Ｉにおいては、樹脂基材３１の第１の主面３１ａに対向電極層４０が固着しており、その下に固体電解質層２７と透明電極層２１とが形成される。そして、透明基材２０と透明電極層２１とを介して発電層２５に光が入射することでセル領域Ｉに起電力が生じ、その起電力に起因した電位差が透明電極層２１と対向電極層４０との間に生じる。なお、この例では透明電極層２１が負極となり、対向電極層４０が正極となる。
【００６１】
また、セル領域Ｉにおいては透明基材２０の全幅にわたって発電層２５が形成されており、透明基材２０の側面２０ｓと発電層２５の側面２５ｓとが同一面Ｐに位置するようになる。これにより、側面２５ｓが側面２０ｓから後退するように透明基材２０の上に発電層２５を形成する場合と比較して発電層２５の受光量が増え、セル領域Ｉにおける発電量を増加させることが可能となる。
一方、図１０（ｂ）は、図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００６２】
図１０（ｂ）に示すように、第１のコンタクト領域ＣＲ１においては、対向電極層４０と第１のビア導体３６ａとが接続されており、対向電極層４０の正電圧が樹脂基材３１の第２の主面３１ｂ側に引き出される。また、透明電極層２１と対向電極層４０との間に絶縁層４４が介在しているため、第１のビア導体３６ａと透明電極層２１とが電気的に短絡してしまうのを絶縁層４４で防止することができる。
【００６３】
一方、第２のコンタクト領域ＣＲ２においては、導電層４３を介して第２のビア導体３６ｂと透明電極層２１とが接続されており、透明電極層２１の負電圧が第２のビア導体３６ｂを介して樹脂基材３１の第２の主面３２ｂ側に引き出される。
【００６４】
この後は、図９に示すように、透明基材２０と樹脂基材３１のそれぞれの側面に封止樹脂４７として紫外線硬化樹脂を塗布した後、紫外線の照射によりその封止樹脂４７を硬化させ、固体電解質層２７等に水分が浸入するのを封止樹脂４７で防止する。なお、紫外線硬化樹脂を樹脂基材３１の第２の主面３１ｂの一部も覆うように塗布し封止樹脂４７を形成してもよい。
【００６５】
以上により、本実施例に係る色素増感太陽電池５０の基本構造が完成する。
【００６６】
その色素増感太陽電池５０では、液体の電解質を使用せずに、液漏れの可能性がない固体電解質層２７を使用する。そのため、ビアホール３１ｘ、３１ｙ（図１０（ｂ）参照）から電解質が液漏れする可能性がなく、そのビアホール３１ｘ、３１ｙに形成された各ビア導体３６ａ、３６ｂを介して透明電極層２１や対向電極層４０の電圧を各電極パッド３７ａ、３７ｃに引き出すことができる。
【００６７】
更に、固体電解質層２７が液漏れする可能性がないため、液漏れを防止するためのシーリング材を透明基材２０の表面に設ける必要がない。このようにシーリング材を不要としたことでセル領域Ｉを拡大することができ、色素増感太陽電池５０の発電量を増加させることが可能となる。
【００６８】
また、平面視したときに封止樹脂４７と透明基材２０とが重複する領域が極僅かであるため、色素増感太陽電池５０を小型化した場合であっても、透明基材２０において発電に寄与するセル領域Ｉの面積が大きく減少することがない。よって、色素増感太陽電池５０を小型化した場合にも有効な発電面積を十分確保することができる。
しかも、上記のように各ビア導体３６ａ、３６ｂを介して電圧の引き出しを行うことで、電圧を引き出すための配線を樹脂基材３１の側面に設ける場合と比較して色素増感太陽電池５０を小型化することができる。
【００６９】
更に、セラミックのように脆い材料とは異なり、樹脂基材３１はある程度の可撓性があるため、各ビアホール３１ｘ、３１ｙによって樹脂基材３１の機械的強度が劣化するのを抑制することができる。
【００７０】
そして、ドリル加工によって簡単かつ安価に各ビアホール３１ｘ、３１ｙを形成することが可能な樹脂基材３１を利用したことで、樹脂基材３１に代えてセラミック基材を利用する場合と比較して色素増感太陽電池５０の低コスト化を実現できる。
この色素増感太陽電池５０の使用方法は特に限定されない。
【００７１】
図１１は、色素増感太陽電池５０の使用方法の一例について説明するための断面図である。
【００７２】
図１１の例では、IoTデバイス等が内蔵する配線基板６０に色素増感太陽電池５０を実装する場合を想定している。配線基板６０は、樹脂基材３１と同様にガラスエポキシ樹脂等の樹脂から形成されており、その表面には銅層をパターニングして得られた端子６１、６２が設けられる。そして、これらの端子６１、６２と各電極パッド３７ａ、３７ｃとをはんだ６３により接続する。
【００７３】
この状態で色素増感太陽電池５０に光Lを照射することで起電力が発生し、IoTデバイスが内蔵するセンサ等の電子デバイスをその起電力で動作させることができる。
【００７４】
このような使用方法では、実装時にはんだ６３を溶融するときに電極パッド３７ａ、３７ｃが加熱され、これにより固体電解質層２７も加熱されることになる。但し、固体電解質層２７は、液体の電解液と比較して安定であるため、実装時に熱によるダメージを受け難い。そのため、熱によるダメージから固体電解質層２７を保護するための種々の部品が不要となり、色素増感太陽電池５０を小型化することができる。
【００７５】
更に、従来の色素増感太陽電池で用いられる対向電極側の基板はガラス基板であるが、本実施例では透明基板２０と各電極パッド３７ａ、３７ｃとの間に樹脂基材３１が介在している。そのため、各電極パッド３７ａ、３７ｃと配線基板６０とをはんだ６３で接続するときの熱が透明基板２０に伝わり難くなり、その熱で透明基板２０が割れるのを防止でき、ひいては各電極３７ａ、３７ｃが破損するのを抑制できる。
【００７６】
また、樹脂基材３１は配線基板６０と同じ材料から形成されているため、両者の間の熱膨張量に顕著な差は発生せず、配線基板６０と色素増感太陽電池５０との接続信頼性も維持することができる。
【００７７】
更に、はんだ６３が接合する各電極パッド３７ａ、３７ｃを色素増感太陽電池５０に設けたことで、はんだ６３を介して配線基板６０に色素増感太陽電池５０を実装でき、両者を接続するためのコネクタ等を不要にすることができる。
【００７８】
（第２実施例）
本実施例では、第１実施例よりも発電量を増やすことが可能な色素増感太陽電池について説明する。図１２（ａ）〜図１３（ｂ）は、第２実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の斜視図である。なお、これらの図において、第１実施例で説明したのと同じ要素には第１実施例におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００７９】
まず、図１２（ａ）に示すように、第２の主面２０ｂに透明電極層２１が形成された透明基材２０を用意する。本実施例では、その透明基材２０の角部２０ｃ、２０ｄを含む三角形の領域がそれぞれ第１のコンタクト領域ＣＲ１と第２のコンタクト領域ＣＲ２になる。第１のコンタクト領域ＣＲ１の大きさは特に限定されないが、本実施例では第１のコンタクト領域ＣＲ１の一辺の長さＣｘ、Ｃｙを０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、例えば１ｍｍとする。第２のコンタクト領域ＣＲ２の大きさもこれと同程度とする。そして、これらのコンタクト領域ＣＲ１、ＣＲ２を除いた部分の透明基材２０の全てを含む領域が六角形状のセル領域Ｉとなる。
【００８０】
次に、その第１のコンタクト領域ＣＲ１の縁に沿って透明電極層２１にレーザを照射することにより透明電極層２１にスリット２１ｓを形成し、第１のコンタクト領域ＣＲ１における透明電極層２１をセル領域Ｉにおける透明電極層２１から分離する。
【００８１】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、チタンアルコキシドから調整したアルコール溶液をセル領域Ｉにおける透明電極層２１の上に塗布した後、そのアルコール溶液を加熱して乾燥させることにより、逆電子移動防止層２２を５ｎｍ〜０．１μｍ程度の厚さに形成する。第１実施例と同様に、本工程における乾燥温度は４５０℃〜６５０℃、例えば５５０℃程度とする。
【００８２】
次に、図１３（ａ）に示すように、粒径が５ｎｍ〜５０ｎｍの酸化チタン粒子が分散されたスラリを逆電子移動防止層２２の上にスクリーン印刷法で１μｍ〜１０μｍ程度の厚さに塗布し、それを加熱して有機物成分を除去することにより発電層２５を形成する。スラリの加熱温度は４５０℃〜６５０℃、例えば５５０℃であり、その乾燥時間は１０分〜１２０分、例えば３０分程度である。なお、スラリは特に限定されないが、この例では、第１実施例と同様に、日揮触媒化成製の酸化チタンペーストであるＰＳＴ−３０ＮＲＤをそのスラリとして使用する。
【００８３】
その後に、色素を含有する有機溶液に透明基材２０を浸漬し、発電層２５を構成する半導体粒子の表面に色素を吸着させる。その有機溶液として、第１実施例と同様に、アセトニトリルとｔ−ブタノールとを１：１の体積比率で混合した有機溶媒に色素としてＣＹＣ−Ｂ１１（Ｋ）を添加してなる有機溶液を使用する。なお、有機溶媒における色素の濃度は、０．１ｍＭ〜１ｍＭ、例えば０．２ｍＭである。そして、その有機溶液を０℃〜８０℃、例えば５０℃に保温しつつ、有機溶液に透明基材２０を１時間〜１２時間、例えば４時間だけ浸漬することで発電層２５に色素を吸着させればよい。
【００８４】
次に、図１３（ｂ）に示すように、固体電解質前駆体２６を発電層２５の上に０．１μＬ〜５０μＬ、例えば２０μＬだけ滴下し、発電層２５に固体電解質前駆体２６を含浸させる。その固体電解質前駆体２６として、例えばヨウ素、１，３−ジメチルイミダゾリウムヨージド（ＤＭＩＩ）、アセトニトリル、及び分子量が１００万のポリエチレンオキシドの各々を均一に混合した液を使用する。
【００８５】
そして、発電層２５を加熱して固体電解質前駆体２６に含まれる余剰のアセトニトリルを揮発させ、発電層２５の上の固体電解質前駆体２６を固体電解質層２７とする。なお、発電層２５の加熱温度は５０℃〜１５０℃、例えば１００℃である。また、その加熱時間は、１分〜６０分、例えば３０分間である。その後に、発電層２５を室温に戻す。
以上により透明基材２０に対する処理を終える。次に、この透明基材２０と共に使用する配線基板について説明する。
【００８６】
図１４（ａ）、（ｂ）は、本実施例で使用する配線基板４５の斜視図である。なお、図１４（ａ）、（ｂ）において、第１実施例で説明したのと同じ要素には第１実施例におけるのと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００８７】
また、配線基板４５は、第１実施例で図３（ａ）〜図４（ｃ）を参照して説明したのと同じ工程で作製され、各ビア導体３６ａ、３６ｂの位置や対向電極層４０の形状のみが第１実施例と異なる。
【００８８】
図１４（ａ）は、樹脂基材３１の第２の主面３１ｂを上にしたときの配線基板４５の斜視図である。
【００８９】
図１４（ａ）に示すように、本実施例でもセル領域Ｉの外側に第１のコンタクト領域ＣＲ１と第２のコンタクト領域ＣＲ２とを設ける。このうち、第１のコンタクト領域ＣＲ１は樹脂基材３１の角部３１ｃを含むように設けられており、その第１のコンタクト領域ＣＲ１に第１のビア導体３６ａが設けられる。
【００９０】
また、第２のコンタクト領域ＣＲ２は樹脂基材３１の角部３１ｄを含むように設けられており、その第２のコンタクト領域ＣＲ２に第２のビア導体３６ｂが設けられる。
【００９１】
図１４（ｂ）は、樹脂基材３１の第１の主面３１ａを上にしたときの配線基板４５の斜視図である。
【００９２】
図１４（ｂ）に示すように、第２のコンタクト領域ＣＲ２における対向電極層４０は、パターニングによりセル領域Ｉから分離されて三角形状の接続パッド４０ａとされる。
【００９３】
図１５（ａ）は、図１４（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。図１５（ａ）に示すように、第１のビア導体３６ａは、第１実施例と同様に樹脂基材３１の第１のビアホール３１ｘに形成される。また、対向電極層４０は、第１実施例と同様に、樹脂基材３１の第１の主面３１ａの上に銅層３７、金層３８、及び触媒層３９の各々をこの順に形成してなる。
【００９４】
また、図１５（ｂ）は、図１４（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。
【００９５】
図１５（ｂ）に示すように、第１の電極パッド３７ａは、第１実施例と同様に銅層３７をパターニングしてなり、その上にフラッシュめっきにより金層３８が形成される。
【００９６】
そして、図１５（ｃ）は、図１４（ａ）のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。
【００９７】
図１５（ｃ）に示すように、第２のビア導体３６ｂは、第１実施例と同様に樹脂基材３１の第２のビアホール３１ｙに形成される。
【００９８】
これ以降の工程について図１６〜図１８を参照しながら説明する。図１６〜図１８は、本実施例に係る色素増感太陽電池の製造途中の断面図である。
【００９９】
まず、図１６に示すように、前述の透明基材２０を再び用意し、第２のコンタクト領域ＣＲ２における透明電極層２１の上に導電層４３として銀ペーストを塗布する。なお、その導電層４３と固体電解質層２７とが電気的に短絡するのを防止するために、この例では固体電解質層２７と導電層４３との間にスペースＳを設け、固体電解質層２７から間隔をおいて導電層４３を形成する。
【０１００】
次いで、第１のコンタクト領域ＣＲ１における透明電極層２１の上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、その紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させることにより絶縁層４４を形成する。
【０１０１】
なお、絶縁層４４は、固体電解質層２７と導電層４３との間にも形成され、これにより固体電解質層２７と導電層４３とが絶縁層４４で絶縁される。
【０１０２】
そして、透明基材２０の上方に配線基板４５を配し、透明基材２０の固体電解質層２７と樹脂基材３１の第１の主面３１ａとを対向させる。
【０１０３】
次に、図１７に示すように、透明基材２０と樹脂基材３１とを張り合わせ、これらを５０℃程度の温度に加熱する。これにより導電層４３が固化し、第２のビア導体３６ｂと透明電極層２１とが導電層４３を介して接続されることになる。
【０１０４】
なお、第１実施例で説明したように、透明基材２０と配線基板４５との間に気泡が混入するのを防止するために、真空中や減圧雰囲気中で本工程を行うのが好ましい。
【０１０５】
更に、このように透明基材２０と樹脂基材３１とを張り合わせることにより、セル領域Ｉにおいて透明電極層２１、発電層２５、固体電解質層２７、及び対向電極層４０の各々が平面視で重なることになる。
図１９（ａ）は、図１７のＨ−Ｈ線に沿う断面図である。
【０１０６】
図１９（ａ）に示すように、セル領域Ｉにおいては透明電極層２１、固体電解質層２７、及び対向電極層４０の各々が形成されており、第１実施例と同様に透明基材２０を介して入射する光によってセル領域Ｉの発電層２５に起電力が生じる。そして、その発電層２５の下の透明電極層２１が負極として機能し、発電層２５の上の対向電極層４０が正極として機能する。
【０１０７】
また、第１実施例と同様に、セル領域Ｉにおいては透明基材２０と発電層２５の各側面２０ｓ、２５ｓが同一面Ｐに位置しており、側面２５ｓを側面２０ｓから後退させた場合よりも発電層２５の受光量が増える。
一方、図１９（ｂ）は、図１７のＪ−Ｊ線に沿う断面図である。
【０１０８】
図１９（ｂ）に示すように、第１のコンタクト領域ＣＲ１においては、対向電極層４０と第１のビア導体３６ａとが接続されており、対向電極層４０の正電圧が樹脂基材３１の第２の主面３１ｂ側に引き出される。また、透明電極層２１と対向電極層４０との間に介在する絶縁層４４により、第１のビア導体３６ａと透明電極層２１とが電気的に短絡してしまうのを抑制できる。特に、この例では透明電極層２１にスリット２１ｓを形成したため、透明電極層２１と第１のビア導体３６ａとが電気的に短絡する可能性を更に低減することができる。
【０１０９】
一方、第２のコンタクト領域ＣＲ２においては、接続パッド４０ａと導電層４３を介して第２のビア導体３６ｂが透明電極層２１に接続される。これにより、透明電極層２１の負電圧が、第２のビア導体３６ｂを介して樹脂基材３１の第２の主面３１ｂ側に引き出されることになる。また、この例のように接続パッド４０ａと対向電極層４０との間に絶縁層４４を形成したことで、接続パッド４０ａと対向電極層４０とが電気的に短絡するのを抑制することが可能となる。
【０１１０】
この後は、図１８に示すように、透明基材２０と樹脂基材３１のそれぞれの側面に封止樹脂４７として紫外線硬化樹脂を塗布する。そして、紫外線の照射によりその封止樹脂４７を硬化させ、固体電解質層２７等に水分が浸入するのを封止樹脂４７で防止する。
【０１１１】
以上により、本実施例に係る色素増感太陽電池７０の基本構造が完成する。
【０１１２】
上記した本実施例によれば、図１４（ａ）に示したように、矩形状の樹脂基材３１の二つの角部３１ｃ、３１ｄのうちの一方に第１のビア導体３６ａを設け、他方に第２のビア導体３６ｂを設ける。
【０１１３】
これにより、第１実施例よりもセル領域Ｉを広く確保することが可能となり、第１実施例よりも発電量を増やすことが可能となる。
【０１１４】
なお、本実施例では樹脂基材３１を平面視で矩形状としたが、樹脂基材３１の平面形状を角部の個数が５個以上の多角形状にし、その角部のうちの二つに上記のように第１のビア導体３６ａと第２のビア導体３６ｂを設けてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
２０    透明基材
２１    透明電極層
２２    逆電子移動防止層
２５    発電層
２６    固体電解質前駆体
２７    固体電解質層
３０    両面銅張基材
３１    樹脂基材
３２    第１の銅箔
３３    第２の銅箔
３６ａ  第１のビア導体
３６ｂ  第２のビア導体
３７    銅層
３７ａ  第１の電極パッド
３７ｃ  第２の電極パッド
４０    対向電極層
４３    導電層
４４    絶縁層
４５    配線基板
４７    封止樹脂
５０    色素増感太陽電池
６０    配線基板
７０    色素増感太陽電池
【図１】
2020167300.tif 000003
【図２】
2020167300.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020167300.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020167300.tif 000008
【図７】
2020167300.tif 000009
【図８】
2020167300.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020167300.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020167300.tif 000014
【図１３】
2020167300.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2020167300.tif 000017
【図１６】
2020167300.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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