(57)【要約】【課題】透光性基板上に形成される色素増感型太陽電池の直列接続の簡易な構成を提供する。【解決手段】本発明の色素増感型太陽電池１００は、透光性基板を複数の領域に区分し、該各区分毎に、該透光性基板の表面に設けられた透光性導電層と、該透光性導電層の表面に設けられ増感色素を有する半導体電極とを備える第１基体と、該第１基体に対向し、前記区分毎に、触媒電極を有する第２基体と、前記第１基体と前記第２基体との間に、前記区分毎に形成されたセル空間の間に充填された電解液と、前記第２基体側に設けられ、前記第２基体の前記触媒電極と電気的に接続された正極側集電極、および前記第１基体の前記透光性導電層とインターコネクタであるハンダボールを介して電気的に接続された負極側集電極とを備え、前記区分毎に、太陽電池セルを形成し、前記正極側集電極と前記負極側集電極とを接続し、前記太陽電池セルの少なくとも一部を２個以上直列接続している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感型太陽電池であって、
透光性基板を複数の領域に区分し、該各区分毎に、該透光性基板の表面に設けられた透光性導電層と、該透光性導電層の表面に設けられ増感色素を有する半導体電極とを備える第１基体と、
該第１基体に対向し、前記区分毎に、触媒電極を有する第２基体と、
前記第１基体と前記第２基体との間に、前記区分毎に形成されたセル空間の間に充填された電解液と、
前記第２基体側に設けられ、前記第２基体の前記触媒電極と電気的に接続された正極側集電極、および前記第１基体の前記透光性導電層とインターコネクタを介して電気的に接続された負極側集電極と
を備え、前記区分毎に、太陽電池セルを形成し、
前記正極側集電極と前記負極側集電極とを接続し、前記太陽電池セルの少なくとも一部を２個以上直列接続した
色素増感型太陽電池。
【請求項２】
請求項１記載の色素増感型太陽電池であって、
前記インターコネクタを、前記透光性基板に対して、二次元的に所定ピッチで配置し、前記インターコネクタ間に絶縁部とスペーザーを設けることにより所定個数の前記インターコネクタを含むように前記区分を行なって、１枚の基板内に複数の前記太陽電池セルを形成する
色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記正極側集電極と前記負極側集電極とは、ブリッジ部を用いて前記直列接続された請求項１または請求項２のいずれか記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
前記第２基体に、前記触媒電極側から、第１の導電層、絶縁層および第２の導電層を設け、
前記第１の導電層のうち、前記インターコネクタに接触する部分を含む所定の閉領域を前記第１の導電層の他の部分から絶縁すると共に、前記第２の導電層に接続して前記負極側集電極とし、
前記第１の導電層のうち、前記触媒電極に接続された部分を、前記正極側集電極とし、
前記正極側集電極および前記負極側集電極を、前記太陽電池セルに対応する領域毎に電気的に分離し、
前記直列接続される前記太陽電池セルの前記正極側集電極を、前記直列接続される他の太陽電池セルの前記負極側集電極に接続した
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記絶縁層を所定間隔で並行に配置することにより、前記透光性基板上の透光性導電層を、帯状の領域に区分した請求項２記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
前記絶縁層を所定間隔で格子状に配置することにより、前記透光性基板上の透光性導電層を、四角形状の領域に区分した請求項２記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽光発電では、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及びこれらを組み合わせたＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）等を用いた太陽電池が実用化され、広く用いられている。このシリコン系太陽電池では光電変換効率は２０％に近いものが知られている。しかし、素材製造にかかるエネルギーコストが高く、環境負荷などの面でも課題が多く、価格及び材料供給等における制限もある。
【０００３】
これに対して、簡素な構造の太陽電池としてＧｒａｔｚｅｌ等により提案された色素増感型太陽電池が注目されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１）。このような色素増感型太陽電池の基本的な構造は、増感色素を担持させた多孔質の半導体電極（例えば、チタニア多孔質電極）と、対極をなす触媒電極と、その間に介在した電解液（例えばヨウ素溶液）とから構成されたものであり、シリコン半導体を使用しないことから、低コストの太陽電池として期待されている。
【０００４】
色素増感型太陽電池では、ガラス基板のような透光性基板上に設けられた半導体電極と通電して集電を行なう集電体が必要となる。こうした集電体としては、透光性導電層（透明電極）を用いることが考えられるが、透光性導電層の低抵抗化は必ずしも容易でない。また、他の型式の太陽電池でも行なわれているように、銀等の金属を用いた集電線を透光性基板上に設けるといった構成も提案されているが、色素増感型太陽電池では電解液を用いるため、集電線を電解液による腐食から守るための防蝕層を形成しなければならなかった。防蝕層の形成は、結果的に、光電変換を行なう発電素子を形成する面積の減少を招くので、基板当たりの発電効率を高めることができない。
【０００５】
そこで、半導体電極からの集電を効率よく行ない、かつ発電素子を形成する面積を十分に確保するため、色素増感型太陽電池の厚み方向に、導電性の中継接続体を形成し、これを半導体電極に接続して、太陽電池の対極基板側に電力を取り出そうとする構成が提案されている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２２０３８０号公報
【特許文献２】特開２００８−２１０７４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ誌（第３５３巻、ｐｐ，７３０−７４０，１９９１年）
【０００８】
しかしながら、こうした色素増感型太陽電池は、その発電電圧は０．７ボルト程度と低く、所望の電圧を得るためには、複数の太陽電池を直列に接続する構成を採用しなければならなかった。このため、太陽電池間の接続のために新たな回路を要したり、太陽電池の設置面積の増大を招いたりするという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、出力電圧の高い色素増感型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】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【００１１】
[適用例１]
色素増感型太陽電池であって、
透光性基板を複数の領域に区分し、該各区分毎に、該透光性基板の表面に設けられた透光性導電層と、該透光性導電層の表面に設けられ増感色素を有する半導体電極とを備える第１基体と、
該第１基体に対向し、前記区分毎に、触媒電極を有する第２基体と、
前記第１基体と前記第２基体との間に、前記区分毎に形成されたセル空間の間に充填された電解液と、
前記第２基体側に設けられ、前記第２基体の前記触媒電極と電気的に接続された正極側集電極、および前記第１基体の前記透光性導電層とインターコネクタを介して電気的に接続された負極側集電極と
を備え、前記区分毎に、太陽電池セルを形成し、
前記正極側集電極と前記負極側集電極とを接続し、前記太陽電池セルの少なくとも一部を２個以上直列接続した
色素増感型太陽電池。
【００１２】
かかる色素増感型太陽電池では、区分毎に形成された太陽電池セルを、正極側集電極と負極側集電極とを接続することにより、直列接続しているので、太陽電池セルの起電圧Ｖ０の整数倍の電圧を出力することができる。
【００１３】
［適用例２］
請求項１記載の色素増感型太陽電池であって、
前記インターコネクタを、前記透光性基板に対して、二次元的に所定ピッチで配置し、前記インターコネクタ間に絶縁部とスペーサーを設けることにより所定個数の前記インターコネクタを含むように前記区分を行なって、１枚の基板内に複数の前記太陽電池セルを形成する
色素増感型太陽電池。
かかる色素増感型太陽電池では、一つの区分に複数のインターコネクタが含まれるので、太陽電池セルが発電した電力を取り出すのに十分な導電路を、複数のインターコネクタにより確保することが出来る。
【００１４】
［適用例３］
前記正極側集電極と前記負極側集電極とは、ブリッジ部を用いて前記直列接続された適用例１ないし適用例３のいずれか記載の色素増感型太陽電池。
太陽電池セルを直列に接続するために正極側集電極と負極側集電極とを接続するが、ブリッジ部を用いて接続すれば、占有面積を小さくして、確実な接続を実現することができる。
【００１５】
［適用例４］
前記第２基体に、前記触媒電極側から、第１の導電層、絶縁層および第２の導電層を設け、
前記第１の導電層のうち、前記インターコネクタに接触する部分を含む所定の閉領域を前記第１の導電層の他の部分から絶縁すると共に、前記第２の導電層に接続して前記負極側集電極とし、
前記第１の導電層のうち、前記触媒電極に接続された部分を、前記正極側集電極とし、
前記正極側集電極および前記負極側集電極を、前記太陽電池セルに対応する領域毎に電気的に分離し、
前記直列接続される前記太陽電池セルの前記正極側集電極を、前記直列接続される他の太陽電池セルの前記負極側集電極に接続した
適用例１ないし適用例５のいずれか記載の色素増感型太陽電池。
かかる色素増感型太陽電池は、構造が簡単で、容易に直列接続を実現することができる。
【００１６】
［適用例５］
前記絶縁層を所定間隔で並行に配置することにより、前記透光性基板上の透光性導電層を、帯状の領域に区分した適用例２記載の色素増感型太陽電池。
この場合は絶縁層により区分される領域の面積を調整することが容易になる。また、絶縁層を直線上に配置すれば、色素増感型太陽電池の全面積に対する絶縁層の割合を比較的小さくすることができ、色素増感型太陽電池の面積に対して、発電に寄与する面積の確保に資することができる。
【００１７】
［適用例６］
前記絶縁層を所定間隔で格子状に配置することにより、前記透光性基板上の透光性導電層を、四角形状の領域に区分した適用例２記載の色素増感型太陽電池。
かかる色素増感型太陽電池では、絶縁層の長さに対して、形成できる区分の数が増えるので、形成した区分の数に対して、発電に寄与する面積の確保に資することができる。色素増感型太陽電池の形状が、長方形または正方形の場合、絶縁層を色素増感型太陽電池の外形に倣って縦横直角に設ければ、形成する区分の数に対する絶縁層の面積を、最小にすることができる。
【００１８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、光発電方法、および光発電装置、光発電システム等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例における色素増感型太陽電池１００を構成する太陽電池セル９０の基本構成を示す説明図である。
【図２】太陽電池セルの構造を例示する分解斜視図である。
【図３】第１実施例の色素増感型太陽電池１００の構成を示す説明図である。
【図４】第１実施例の色素増感型太陽電池１００の領域の区分の様子を示す説明図である。
【図５】２つの太陽電池セルが直列接続された場合の等価回路を示す説明図である。
【図６】５つの領域に区分された色素増感型太陽電池１００の構成を例示する説明図である。
【図７】格子状に領域が区分された色素増感型太陽電池１００の構成を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。本発明の一実施例としての色素増感型太陽電池１００の基本構造を図１に示した。実施例の色素増感型太陽電池１００は、複数の太陽電池セル９０，９１．・・・から構成されている。図１では、そのうちの一部を拡大し、色素増感型太陽電池の発電に寄与する基本的な構成について説明する。
【００２１】
実施例の色素増感型太陽電池１００は、スペーサー４５を介して第１基体１０と第２基体３０とを略平行に対向配置した構造を備えている。第１基体１０と第２基体３０との間にはセル空間４１が形成され、このセル空間４１内には、電解液４３が充填されている。
【００２２】
第１基体１０は、最外面に位置する透光性基板１１と、その内側に形成された透光性導電層１２と、更にその内側に形成された半導体電極１３とを備える積層基板である。透光性基板１１は、第１基体１０内において最外面に配置されており、発電用の太陽光などの照射光は、この透光性基板１１の側から照射される。透光性導電層１２は、この透光性基板１１上の内側、即ち第２基体３０に対向する側に形成されている。この透光性導電層１２は、発電された電力を取り出すためのものであり、本実施例では、透光性基板１１の全面を分割するように形成されている。透光性導電層１２の形成箇所については、後述する。この透光性導電層１２上には、増感色素を含む半導体電極１３が設けられている。半導体電極１３は、後述するインターコネクタとスペーサーの設置箇所を除き、透光性導電層１２のほぼ全領域に亘って形成されている。半導体電極１３は、セル空間４１に面して配置されており、セル空間４１内に充填された電解液４３と接し、同じく電解液４３に接する第２基体３０の触媒電極３１と共に、発電に直接関与する。半導体電極１３は負極として、後述する触媒電極３１は正極として、それぞれ働く。
【００２３】
第２基体３０は、この触媒電極３１の他、集電用導電体３２、第１絶縁層３３、第１導電層３４、第２絶縁層３５、第２導電層３６が、この順に積層配置された積層構造を備える。セル空間４１内の電解液４３に接する触媒電極３１の下には、集電用導電体３２があり、太陽電池セル９０内で発電した電力は、触媒電極３１から集電用導電体３２を介して取り出される。電気の流れについては、後で詳しく説明する。第２基体３０の最外層には、保護用の絶縁基板３９が設けられている。
【００２４】
本実施例の色素増感型太陽電池１００には、所定間隔にインターコネクタが設けられている。本実施例では、インターコネクタとして、ハンダボール１５を用いた。このハンダボール１５は、その高さが、セル空間４１の高さに第１絶縁層３３の厚みを加えた程度とされており、製造工程において加熱溶融されて、透光性導電層１２と第１導電層３４とに、それぞれ接合する。ハンダボール１５の外周には、絶縁性を有する保護部１７が配置されており、ハンダボール１５を、腐食性を有する電解液４３から隔てている。ハンダボール１５および保護部１７の配置の様子を図２に例示した。
【００２５】
ハンダボール１５を用いたインターコネクタは、通常図２に例示するように、縦横に所定ピッチで複数設けられている。このインターコネクタが存在する部位については、触媒電極３１、集電用導電体３２、第１絶縁層３３は、除かれている。また、第１導電層３４については、ハンダボール１５が接続された箇所の周りに、第３絶縁部５３が設けられている。この第３絶縁部５３は、図２に示したように、ハンダボール１５が溶融して接続する第１導電層３４の接続部５２を、第１導電層３４の他の部分から絶縁するために設けられている。また、この接続部５２の直下には、ブリッジ部４７が設けられており、接続部５２を、第２導電層３６に接続している。ブリッジ部４７は、本実施例では、ビアホールにより形成されている。
【００２６】
上記構成を備える結果、図１に示したように、正極として働く触媒電極３１は、集電用導電体３２を介して第１導電層３４に接続されている。他方、負極として働く半導体電極１３は、透光性導電層１２−ハンダボール１５−接続部５２−ブリッジ部４７を介して、第２導電層３６に接続されている。太陽電池セル９０で発電された電力は、最終的にはこの第１導電層３４および第２導電層３６から取り出される。そこで、この導電路の構成を、それぞれ正極側集電極３７および負極側集電極３８と呼ぶ。図２に示したように、正極側集電極３７の第１導電層３４と負極側集電極３８の第２導電層３６とは、太陽電池セル９０，９１・・・間で接続されている。これは、複数の太陽電池セル９０，９１・・・を直列接続するためである。そこで、次に、本実施例の色素増感型太陽電池１００における複数の太陽電池セル９０，９１・・・の接続構成について説明する。
【００２７】
図３は、本実施例の色素増感型太陽電池１００のうち、２つの太陽電池セル９０，９１の構造を示す断面図である。実際の色素増感型太陽電池１００は、横方向に更に大きく、図４に示すように、１０個程度の太陽電池セル９０，９１・・・が配列されており、図３に示した構造が繰り返されている。図示するように、隣接する太陽電池セル９０，９１の間には、スペーサー４５が設けられている。このスペーサー４５は、図２に例示したように、色素増感型太陽電池１００の長さ方向（図２、Ｙ方向）に亘って設けられている。図４に示したように、このスペーサー４５により、電解液は分離され、色素増感型太陽電池１００は、複数の太陽電池セルに分けられていることになる。またこのスペーサー４５の配置に併せて、透光性導電層１２も、絶縁部６２により、長さ方向に分離されている。透光性導電層１２に絶縁部６２を形成するには、透光性基板１１の全面に一旦透光性導電層１２を形成し、その後レーザなどにより、透光性導電層を取り除けばよい。あるいは、透光性導電層１２をスクリーン印刷などで形成する場合には、スクリーン上のパターンを、最初から、各太陽電池セルの形状に合わせておけばよい。要するに、隣接する太陽電池セル間の電気的な接続が、セル空間を構成する部材（電解液４３を含む）において絶たれていればよい。
【００２８】
スペーサー４５により太陽電池セル９０は、分離されているが、第２基体３０の正極側集電極３７と負極側集電極３８とは、このスペーサー４５のほぼ真下で接続されている。実際には、ここに直列接続部６５が設けられている。直列接続部６５の両側には非対称の位置に、第４絶縁部５４および第５絶縁部５５が設けられている。詳しくは、第４絶縁部５４は、直列接続部６５の一方の側（図３では、太陽電池セル９１の側）の第１導電層３４に設けられており、第５絶縁部５５は、直列接続部６５の他方の側（図３では太陽電池セル９０の側）の第２導電層３６に設けられている。両絶縁部５４，５５は、いずれも、色素増感型太陽電池１００の長さ方向（図２、Ｙ方向）の全長に亘って設けられている。なお、図３では、構造の対称性の観点から、絶縁部６２の直下に直列接続部６５を設けているが、直列接続部６５は、２つの太陽電池セル９０，９１の集電用導電体３２に接続された第１導電層３４に、第４絶縁部５４を設けて両者を電気的に分離できれば、どの位置に設けても良く、図３を例にとれば、左側の太陽電池セル９０の側に変位して、あるいは逆に右側の太陽電池セル９１の側に変位して、設けることも差し支えない。いずれの場合でも、第５絶縁部５５は、直列接続部６５から見て、第４絶縁部５４と反対側に位置して、同様に、２つの太陽電池セル９０を電気的に分離する。
【００２９】
かかる構成を採用した結果、図３に、矢印付き実線Ｊ１として示したように、一つの太陽電池セル９０は（図３で、左側に位置する太陽電池セル９０）は、その正極となる触媒電極３１が、第１導電層３４から直列接続部６５を介して、第２導電層３６に接続され、その回路は、隣接する太陽電池セル９１のハンダボール１５を介して負極となる半導体電極１３に接続されている。この結果、２つの太陽電池セル９０，９１で、光による発電が行なわれると、電流は、この実線Ｊ１に沿って流れ、色素増感型太陽電池１００の両端の正極側集電極３７と負極側集電極３８との間に接続された負荷には、複数の太陽電池セル９０を直列接続された電圧Ｖが印加されることになる。
【００３０】
２つの太陽電池セル９０，９１を直列接続した状態を等価的に示したのが、図５である。図示するように、２つの太陽電池セル９０，９１は直列に接続され、出力電圧は、太陽電池セル一つの出力電圧Ｖ０（通常は０．７ボルト）の２倍となる。実施例の色素増感型太陽電池１００では、図４に示したように、幅方向に１０列の太陽電池セル９０，９１・・・が形成されていることから、色素増感型太陽電池１００全体の出力電圧は、０．７×１０＝７ボルトとなっている。もとより、大型の色素増感型太陽電池を製造し、同様の構成により、太陽電池セルを多数作り込めば、全体の出力電圧を更に高くすることも容易である。
【００３１】
また、色素増感型太陽電池としての基本構成、例えば第１基体１０や第２基体３０の基本構成、インターコネクタの配置位置などが同じであっても、スペーサー４５、絶縁部６２、直列接続部６５と第４，第５絶縁部５４，５５の位置を変更するだけで、さまざまな出力電圧・電流の色素増感型太陽電池１００を構成することができる。例えば、色素増感型太陽電池１００の分割を、図６に示したように、インターコネクタ２つ毎に行なえば、電流容量は、図４に示した色素増感型太陽電池の２倍になり、出力電圧は半分になる。
【００３２】
色素増感型太陽電池の分割は、図４、図６に示した一方向に限る必要はなく、図７に例示するように、縦横に行なっても良い。この場合、直列接続は一方向にのみ行なっても良いが、図７に実線Ｊ２で示したように、蛇行状に直列接続を行なうものとしても良い。後者の場合には、新たな回路を付加することなく、容易に多数の太陽電池セルを直列接続することができる。
【００３３】
図７に例示した構成では、色素増感型太陽電池１００を９つの太陽電池セルに分離するスペーサー４５などは、全部で４本分しか必要としない。これは、図４などの分割と比べて極めて少ない。従って、図７に示した縦横の分割によれば、発電に寄与しない絶縁体などの設置面積を小さく抑えることができ、その分発電効率を高めることができる。絶縁体の配置は、縦横直交位置としても格子状としても良いが、斜めに交叉するような配置とすることも差し支えない。また、スペーサー４５などを用いた領域の分割は、直線に限る必要はなく、曲線あるいは曲線と直線の組合わせによって分割するものとしても良い。
【００３４】
一般に太陽電池の起電力は、光が一様に照射するのであれば、太陽電池セルの面積に比例するから、各太陽電池セルの面積は、電池全体の容量を確保するという点からは、ほぼ同一にしておく方が望ましい。もとより、光の照射量が均一でない場合など、特定の場合に、各太陽電池セルの面積が異なるように区分することも差し支えない。
【００３５】
本実施例の色素増感型太陽電池１００を構成する各部材について、具体的な材料などを説明する。透光性基板１１は、色素増感型太陽電池１００の使用時に、この透光性基板１１を介して光が入射するから、ガラスや透光性結晶、あるいは樹脂シート等のような透光性材料を用いることができる。入射した光に対する透過した光の割合である透光率は、できるだけ高い方が望ましい。この透光性基板１１として樹脂シートを用いる場合、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチリデンノルボルネン等の各種の熱可塑性樹脂を用いることができる。上記の実施例では、ガラス基板を用いた。
【００３６】
透光性導電層１２は、透光性及び導電性を有していればよく、その材質は特に限定されない。この透光性導電層１２としては、導電性酸化物からなる薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等を用いることができる。上記の実施例では、ＦＴＯを使用した。
【００３７】
半導体電極１３は、例えば、多孔質電極基体に増感色素を付着させた構造のものを用いることができる。多孔質電極基体は、金属酸化物、金属硫化物等により形成することができる。金属酸化物としては、チタニア、酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化二ニオブ等の酸化ニオブ、酸化タンタル及びジルコニア等を用いることができる。また、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム及びチタン酸バリウム等の複合酸化物を用いることもできる。さらに、金属硫化物としては、硫化亜鉛、硫化鉛及び硫化ビスマス等を用いることができる。上記実施例では、チタニアを用いた。
【００３８】
多孔質電極基体の形成方法は特に限定されず、例えば、金属酸化物、金属硫化物等の半導体微粒子を含有するペーストを、透光性基板等の表面に塗布して未焼成の多孔質電極基体を形成した後、焼成し形成することができる。ペーストの塗布方法も特に限定されず、例えば、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法等がある。このようにして形成された半導体電極基体は、半導体微粒子が集合してなる集合体の形態を有したものとなる。
【００３９】
半導体電極１３に用いる増感色素としては、光電変換の作用を向上させる役割を果たすものであって、具体的には光電変換の作用を向上させる錯体色素及び有機色素を用いることができる。錯体色素としては金属錯体色素が挙げられ、有機色素としてはポリメチン色素、メロシアニン色素等が挙げられる。金属錯体色素としてはルテニウム錯体色素及びオスミウム錯体色素等が挙げられ、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。さらに、光電変換がなされる波長域を拡大し、光電変換効率を向上させるため、増感作用が発現される波長域の異なる２種以上の増感色素を併用することもできる。光の波長域と強度分布とによって併用する増感色素の種類及びそれらの量比を設定することが好ましい。また、増感色素は半導体電極に結合するための官能基を有することが好ましい。この官能基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、シアノ基等を用いることができる。上述した実施例では、ルテニウム錯体色素を用いた。
【００４０】
触媒電極３１は、触媒活性を有する物質により形成することができる。触媒活性を有する物質としては、白金、金、ロジウム等の貴金属が挙げられる。貴金属以外のものとしては、カーボンブラック等が挙げられる。ここで列挙した物質は、いずれも好適な導電性を有する。また、触媒活性を有する物質からなる触媒電極は、触媒活性を有する物質の微粒子を含有するペーストを塗布することにより形成することもできる。
【００４１】
その他、触媒電極３１としては、多孔質樹脂シートと、この多孔質樹脂シートに保持された触媒作用を有する触媒用カーボンから成るカーボン含有触媒シートを用いる事ができる。樹脂は特に限定されず、熱可塑性樹脂でもよく、熱硬化性樹脂でもよい。熱可塑性樹脂としては、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種の合成樹脂を用いることができる。フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６，ポリアミド１２等が挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂及びポリウレタン樹脂等を用いることができる。これらの樹脂のうちでは、耐久性が高いフッ素樹脂が好ましい。
【００４２】
触媒用カーボンは、触媒作用と導電性とを併せて有しておればよく、特に限定されない。この触媒用カーボンとしては、活性炭が用いられることが多い。活性炭は特に限定されず、各種の活性炭を用いることができる。この活性炭としては、例えば、ヤシガラ及びオガクズ等の木質材、並びに褐炭、泥炭、樹脂及び石油ピッチ等の多くの炭素を含有する有機物質に、塩化亜鉛及びリン酸等を用いた通常の賦活処理を施し、その後、乾留する等の方法によって製造されたものを用いることができる。この活性炭としては、原料として樹脂を用いて製造された純度の高いものが好ましい。この原料樹脂は特に限定されないが、活性炭の製造が容易であるフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。上述した実施例では、触媒電極３１として、多孔質樹脂シートに白金を担持したものを用いた。
【００４３】
集電用導電体３２としては、導電性ペーストを用いることができる。具体的には、導電性カーボン及び樹脂から成るペーストを塗布し、乾燥させて集電用導電体３２を形成する。使用する樹脂は特に限定されず、熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂及びポリウレタン樹脂等を用いることができる。また、熱可塑性樹脂としては、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の各種の合成樹脂を用いることができる。フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン、フッ化エチレン−プロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等を用いることができる。ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６，ポリアミド１２等を用いることができる。
【００４４】
導電性カーボンとしては、特に制限はなく、各種の導電性カーボンを用いることができる。この導電性カーボンとしては、例えば、グラファイト、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等の各種のカーボンブラック、及びカーボンナノチューブなどを用いることができる。この導電性カーボンとしては、より導電性の高いカーボンを用いることが好ましく、この高導電性カーボンとしては、グラファイト、ケッチェンブラック及びカーボンナノチューブが挙げられ、安価で且つ高い導電性を有するグラファイトが特に好ましい。上述した実施例では、グラファイトを用いた。
【００４５】
また導電性カーボンの他に種々の導電性物質を含有させることができる。この他の導電性物質としては、金属、導電性酸化物及び導電性高分子等を用いることができる。金属としては、銀、白金、ロジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム等が挙げられる。導電性酸化物としては、透光性導電層１２の形成に用いられる導電性酸化物等が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等が挙げられる。
【００４６】
第１絶縁層３３、及び第２絶縁層３５として、透光性を有しているものとしては、ガラス、石英基板、樹脂シート等からなる基板を用いることができる。透光性基板１１及び第１，第２絶縁層３３，３５が樹脂シートからなる基板であれば、軽量であり、且つ可撓性のある色素増感型太陽電池とすることができる。樹脂シート（樹脂フィルム）の材質は特に限定されないが、防食性の高い樹脂製であることが好ましく、プリント配線基板に通常使用されるような樹脂材料を選択することがよく、例えばＥＰ樹脂（エポキシ樹脂）、ＰＩ樹脂（ポリイミド樹脂）、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＢＴ樹脂（ビスマレイミド−トリアジン樹脂）、ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）などが好適である。上述した実施例では、ポリイミド樹脂を用いた。
【００４７】
もとより、第１，第２絶縁層３３，３５は、必ずしも透光性を有する必要はなく、この場合には、セラミック基板が挙げられる。このセラミック基板を作製するためのセラミックとしては、酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック等の各種のセラミックを用いることができる。酸化物系セラミックとしては、アルミナ、ムライト、ジルコニア等が挙げられる。また、窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、サイアロン、窒化チタン、窒化アルミニウム等が挙げられる。更に、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化アルミニウム等が挙げられる。なお、第３ないし第５絶縁部５３ないし５５についても同様の材料を用いることができる。
【００４８】
第１導電層３４および第２導電層３６としては、金属箔を用いることができる。具体的には銅箔、アルミニウム箔、銀箔等である。また、上記の絶縁層に金属粉末を含有する導電ペーストをスクリーン印刷等により塗布し、焼き付けて形成することもできる。上述した実施例では、銅箔を用いた。
【００４９】
インターコネクタとしては、本実施例では、ハンダボール１５を用い、ハンダボールを加熱溶融することにより、透光性導電層１２と接続部５２（結果的に第２導電層３６）との導通を測ったが、ハンダボールに代えて、ＩＣ作成時等に使用するリードピンを打ち込むことにより、インターコネクタを構成することも可能である。この場合には、ハンダの加熱溶融に代えて、リードピンを第２基体３０のブリッジ部４７に圧入し、その高さをセル空間４１の高さより僅かに高くしておくことにより、透光性導電層１２との導通を図れば良い。リードピンなどを用いる場合には、リードピンを第２導電層３６に達するまで打ち込むことができるので、ブリッジ部４７に相当するビアホールを省略することができる。
【００５０】
リードピンは一方の端部が円盤状に潰し加工処理がされたものを使用することも好ましい。端部が円盤状の形状をしているため、当該端部が透光性導電層１２と接する際に、接触面積を十分に確保することができるからである。リードピンの材質としては、銅、黄銅、真鍮、タングステン、アルミニウム、銀、ニッケル、チタン等の金属やそれらの合金を用いることができる。また、リードピン以外のものとしては、前記の材質の柱状の導体や、導電性カーボンの柱状体を用いることができる。
【００５１】
保護部１７としては、腐食性の電解液４３に直接に接することから、防食性の樹脂リングを用いることができる。用いる樹脂としては、アイオノマー、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸により変性したポリエチレン等の熱融着性樹脂、及び、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。なお、スペーサー４５についても、同様の材料を用いることができる。上述した実施例では、アイオノマー樹脂を用いた。
【００５２】
電解液４３としては、電解質として、Ｉ２とヨウ化物、Ｂｒ２と臭化物、フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩、フェロセン−フェリシニウムイオン等の金属錯体、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール−アルキルジスルフィド等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン、などを含有する電解質が挙げられる。ヨウ化物としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ２等の金属ヨウ化物、及びテトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などが挙げられる。また、臭化物としては、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ２等の金属臭化物、及びテトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイド等の４級アンモニウム化合物の臭素塩などが挙げられる。これらの電解質のうちでは、Ｉ２と、ＬｉＩ及びピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物のヨウ素塩と、を組み合わせてなる電解質が特に好ましい。これらの電解質は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００５３】
溶媒としては、粘度が低く、イオン易動度が高く、十分なイオン伝導性を有するものであることが好ましい。このような溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、３−メチル−２−オキサゾリジノン等の複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル等のエーテル類、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ルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテル等の鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコール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等のモノアルコール類、エチレンリコール、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、グリセリン等の多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、ジメチルスルフォキシド、スルフォラン等の非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの溶媒は１種のみを用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００５４】
さらに、電解質として常温溶融塩を用いることができ、この場合には溶媒を用いて電解液とすることができる。また、電解質を単独で用いることもできる。この常温溶融塩としては、ヨウ化物の常温溶融塩を用いることができる。このヨウ化物の常温溶融塩としては、イミダゾリウム塩、ピリジニウム塩、ピロリジニウム塩、ピラゾリジウム塩、イソチアゾリジニウム塩、イソオキサゾリジニウム塩等の各種の常温溶融塩が挙げられる。ヨウ化物の常温溶融塩のうちではイミダゾリウム塩が好ましい。これらの常温溶融塩としては種類の異なる２種以上を併用することもできる。
【００５５】
スペーサー４５としては、色素増感型太陽電池１００の周縁の封着に用いることから、防食性の樹脂を用いることができる。使用する樹脂としては、加熱、加圧により容易に接合させることができ、且つ電解液４３に対して優れた耐腐食性を有する樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、低密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体及びエチレン−α−オレフィン共重合体等のポリエチレン系樹脂、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体及びエチレン−メタクリル酸共重合体等のアクリル系樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂の他、ポリスチレン系、ポリジエン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、フッ素樹脂系及びポリアミド系等のエラストマーなどの熱融着性樹脂が挙げられ、これらの樹脂のうちから被着面の材質等に応じて適宜選択して用いることができる。上述した実施例では、アイオノマー樹脂を用いた。
【００５６】
本発明の実施には、上述した全部材を要する訳ではなく、請求項に記載のない部材は省略して実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０…第１基体
１１…透光性基板
１２…透光性導電層
１３…半導体電極
１５…ハンダボール
１７…保護部
３０…第２基体
３１…触媒電極
３２…集電用導電体
３３…第１絶縁層
３４…第１導電層
３５…第２絶縁層
３６…第２導電層
３７…正極側集電極
３８…負極側集電極
３９…絶縁基板
４１…セル空間
４３…電解液
４５…スペーサー
４７…ブリッジ部
５２…接続部
５３…第３絶縁部
５４…第４絶縁部
５５…第５絶縁部
６２…絶縁部
６５…直列接続部
９０，９１…太陽電池セル
１００…色素増感型太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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