(57)【要約】【課題】  太陽電池モジュールとしては勿論のこと、部品単体として広範な用途が可能であり、しかも機械的強度に優れ、電子部品として取り扱い易い色素増感型太陽光発電素子（太陽電池）を提供する。【解決手段】  内部から外部に導出された電極端子４，５を有するパッケージ２と、透光性基板３１、透光性基板３１の受光面３１ａ側とは反対側に順に設けられた透光性導電膜３２、色素含有半導体膜３３及び電解質膜３４を有するとともに、パッケージ２内部に配置された色素増感型太陽光発電部３とを備える。透光性基板３１の受光面３１ａがパッケージ２の上面から露出し、透光性導電膜３２が電極端子部分４１に導電性ペースト６により導通され、電解質膜３４が電極端子部分５１に導通される。透光性導電膜３２と電極端子部分５１は、膜３３及び膜３４の周囲に設けられたシーリング材７により固定される。【選択図】      図３
2010080122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部から外部に導出された一対の電極端子を有するパッケージと、透光性基板、この透光性基板の受光面側とは反対側に順に設けられた透光性導電膜、色素含有半導体膜及び電解質膜を有するとともに、前記パッケージ内部に配置された色素増感型太陽光発電部とを備え、前記色素増感型太陽光発電部は、前記透光性基板の受光面が前記パッケージの表面から露出し、前記パッケージ内部に位置する前記透光性導電膜が前記パッケージ内部の一方の電極端子部分に導通され、前記電解質膜が前記パッケージ内部の対極としての他方の電極端子部分に導通されてなることを特徴とするチップ型太陽光発電素子。
【請求項２】
前記色素増感型太陽光発電部の透光性導電膜と前記パッケージ内部の他方の電極端子部分とは、前記色素増感型太陽光発電部の色素含有半導体膜及び電解質膜の周囲に設けられたシーリング材で固定されていることを特徴とする請求項１記載のチップ型太陽光発電素子。
【請求項３】
前記色素増感型太陽光発電部の透光性導電膜と前記パッケージ内部の一方の電極端子部分とは、導電性ペーストで接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のチップ型太陽光発電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽光発電素子（色素増感型太陽電池）をパッケージ化したチップ型太陽光発電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池には、シリコン半導体太陽電池｛結晶系（単結晶、多結晶）、アモルファス（非結晶系）｝や化合物半導体太陽電池等があるが、昨今は、色素増感型太陽電池が脚光を浴びている。色素増感型太陽電池は、その他の太陽電池と比較して、材料費が安く、構造が簡単であり、大型の製造設備が必要なく、低コストで高い光電変換効率であるだけでなく、用途が広範である。
【０００３】
そのような特徴を有する色素増感型太陽電池は一般に、小さな面積の複数のセルを直列又は並列に接続して或る程度の大きさとしたモジュール（対向セルモジュール、Ｚ型モジュール等：ユニットパネル）として提供される。これは、光発電による電流値を増加させるには、光電極としての半導体膜（例えば二酸化チタン：ＴｉＯ２）の表面積を増大させる必要があるが、表面積を増大させると、変換効率が低下するという問題が生じるからである。
【０００４】
しかしながら、モジュールの場合、一部のセルが劣化や損傷すると、モジュール全体を取り替える必要があり、無駄が多く、交換コストが掛かる。
【０００５】
そのような観点から、ユニットパネル本体への着脱を容易にすることを目的として、透光性基板（ガラス基板）と、透光性基板に対向して配置された基板（セラミック基板）と、透光性基板の一面側に配設された増感色素を有する半導体電極と、基板の一面側に配設された触媒電極と、電解質とを備え、基板の他面側に半導体電極と導通する負極側電極端子及び触媒電極と導通する正極側電極端子が設けられた色素増感型太陽電池がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この特許文献１には、負極側電極端子及び正極側電極端子が共に基板から突出するピンである場合、基板の突出部分の両面又は片面に設けられている場合が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２３５７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の色素増感型太陽電池は、負極側電極端子及び正極側電極端子がピンである場合や、基板の突出部分に設けられている場合のいずれでも、ユニットパネル本体への着脱を目的とするため、透光性基板や基板等が全体として剥き出しの状態である。このため、色素増感型太陽電池を部品単体としてユニットパネル以外の用途に供するには、抵抗器やコンデンサ等の一般の電子部品と比較して汎用性に乏しく、機械的強度の信頼性に劣る上に、取り扱い易さの面でも難がある。
【０００８】
この発明は、そのような問題に着目してなされたもので、太陽電池モジュールとしては勿論のこと、部品単体として広範な用途が可能であり、しかも機械的強度に優れ、電子部品として取り扱い易い色素増感型太陽光発電素子（太陽電池）を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は本発明のチップ型太陽光発電素子により解決される。すなわち本発明のチップ型太陽光発電素子は、内部から外部に導出された一対の電極端子を有するパッケージと、透光性基板、この透光性基板の受光面側とは反対側に順に設けられた透光性導電膜、色素含有半導体膜及び電解質膜を有するとともに、前記パッケージ内部に配置された色素増感型太陽光発電部とを備え、前記色素増感型太陽光発電部は、前記透光性基板の受光面が前記パッケージの表面から露出し、前記パッケージ内部に位置する前記透光性導電膜が前記パッケージ内部の一方の電極端子部分に導通され、前記電解質膜が前記パッケージ内部の対極としての他方の電極端子部分に導通されてなることを特徴とする。
【００１０】
このチップ型太陽光発電素子は、パッケージ化されたものであり、色素増感型太陽光発電部の透光性基板の受光面以外はパッケージで覆われ、このパッケージから一対の電極端子が導出している。従って、本発明の太陽光発電素子は、抵抗器やコンデンサ等のチップ型電子部品と同様に取り扱うことができ、汎用性が高い。
【００１１】
このチップ型太陽光発電素子において、色素増感型太陽光発電部の透光性導電膜とパッケージ内部の他方の電極端子部分とは、色素増感型太陽光発電部の色素含有半導体膜及び電解質膜の周囲に設けられたシーリング材で固定されていることが好ましい。
【００１２】
また、色素増感型太陽光発電部の透光性導電膜とパッケージ内部の一方の電極端子部分とは、導電性ペーストで接続されていることが好ましい。
【００１３】
なお、本発明において、透光性とは太陽光発電に寄与する光を透過する性質を有することを意味する。但し、透過率はできるだけ高いほうが好ましいが、本発明では特に問題としない。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、チップ型構造により変換効率が高く、必要な電圧や電流を確保し易く、太陽電池モジュールとしては勿論のこと、部品単体として汎用性が高い。しかも、超小型（チップ部品型）とされているので、大量生産がより可能となるだけでなく、機械的強度に優れ、電子部品として取り扱い易い。
【００１５】
例えば太陽電池モジュールとする場合には、プリント基板に一般のチップ型電子部品と同様に実装することができる上に、低コストで変換効率や汎用性を高めた太陽光発電システムを提供することが可能となる。また、様々な形状（長方形、正方形、ライン状等）の太陽電池モジュールを作製し易くなる。更に、太陽電池モジュールにおいて太陽光発電素子の一部が劣化や損傷しても、その太陽光発電素子だけを交換すればよく、交換も容易である。
【００１６】
請求項２記載の発明によれば、色素増感型太陽光発電部がパッケージ内部に確実に固定・保持されるとともに、色素増感型太陽光発電部の色素含有半導体膜及び電解質膜が透光性導電膜と他方の電極端子部分との間に確実に封止される。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、透光性導電膜と一方の電極端子部分とを確実に導通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。
【００１９】
実施形態に係るチップ型太陽光発電素子の外観斜視図を図１に、その平面図（上面図）を図２に、縦断面図を図３に示す。
【００２０】
チップ型太陽光発電素子１は、全体として直方体を呈し、内部から外部に導出された一対の電極端子４，５を有するパッケージ２と、このパッケージ２内部に配置された色素増感型太陽光発電部３とを備える。このチップ型太陽光発電素子１は、一例として縦×横×高さ＝５×５×３．２ｍｍの大きさである（図２、図５参照）。
【００２１】
パッケージ２は、通常のパッケージ化された電子部品と同様に、樹脂、セラミック等からなる。このパッケージ２は透光性でも、非透光性でもよい。
【００２２】
一対の電極端子４，５は、例えば触媒作用を有する白金（Ｐｔ）、黒鉛等で表面処理され、パッケージ２の側面から外部に現出し、底面まで延在する。電極端子４，５は、パッケージ２内部に位置する部分４１，５１を有し、電極端子部分５１は、後記色素含有半導体膜３３及び電解質膜３４に応じて電極端子部分４１よりも広い面積が確保されている。
【００２３】
色素増感型太陽光発電部３は、透光性基板３１、この透光性基板３１の受光面３１ａ側とは反対側に順に設けられた透光性導電膜３２、色素含有半導体膜３３及び電解質膜３４を有する。
【００２４】
透光性基板３１は、ガラス基板又はフィルム基板であり、実施形態では特にガラス基板としてある。この透光性基板３１の受光面３１ａがパッケージ２の表面から露出し、パッケージ２の上面と一平面を形成している。
【００２５】
透光性導電膜３２は、透光性基板３１の受光面３１ａ側とは反対側の全面に設けられている。この透光性導電膜３２としては、例えば酸化インジウムに数％のスズを添加した薄膜（インジウム・スズ・酸化物：ＩＴＯ膜）、酸化スズに数％のフッ素を添加した薄膜（フッ素ドープ酸化スズ：ＦＴＯ膜）等である。
【００２６】
色素含有半導体膜３３は、例えば１０μｍ程度の厚さであり、透光性導電膜３２の片側（図面では右側）寄りに四角形状に形成されている。使用する色素としては、太陽光に吸収域を有するものであれば特定されず、例えば錯体色素、有機色素があり、錯体色素にはルテニウム錯体色素、オスミウム錯体色素等があり、有機色素にはポリメチン色素、メロシアニン色素等がある。この色素含有半導体膜３３は、上記透光性基板３１に形成した透光性導電膜３２上に、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２）を塗布した後、色素を浸透させることにより形成される。上記透光性基板３１、透光性導電膜３２及び色素含有半導体膜３３が負極（光電極）となる。
【００２７】
電解質膜３４は、色素含有半導体膜３３と同形状及び同サイズに形成されている。電解質としては、Ｉ２とヨウ化物、Ｂｒ２と臭化物、金属錯体（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）、イオウ化合物（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）、ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノン等が例示される。これらの電解質に対する溶媒としては、カーボネート類、複素環化合物、エーテル類、アルコール類、ニトリル類等が例示される。
【００２８】
上記溶媒に電解質を配合してなる電解質膜３４は、電解質溶液として用いてもよいが、ゲル状又は固体であってもよい。特に電解質溶液として用いる場合は、電解質溶液を確実に封止することが重要である。
【００２９】
この色素増感型太陽光発電部３の透光性導電膜３２が導電性ペースト（Ａｇペースト等）６によりパッケージ２内部の電極端子部分４１に導通され、電解質膜３４がパッケージ２内部の正極（対極）としての電極端子部分５１に導通される。
【００３０】
色素増感型太陽光発電部３の透光性導電膜３２と電極端子部分５１とは、色素含有半導体膜３３及び電解質膜３４の周囲に設けられた接着性のシーリング材７で固定されている。このシーリング材７により、色素増感型太陽光発電部３がパッケージ２内部に確実に固定・保持されるとともに、色素含有半導体膜３３及び電解質膜３４が透光性導電膜３２と電極端子部分５１との間に確実に封止される。
【００３１】
このように構成したチップ型太陽光発電素子１は、その構造からも明らかなように、パッケージ２のうち、パッケージ部分２１を電極端子部分４１及び正極としての電極端子部分５１を形成するための基板として利用するものである。すなわち、チップ型太陽光発電素子１は、対極側の基板となるパッケージ部分２１を有するパッケージ２により、全体がパッケージ化されたものであり、色素増感型太陽光発電部３の透光性基板３１の受光面３１ａ以外はパッケージ２で覆われ、このパッケージ２から一対の電極端子４，５が導出している。
【００３２】
このチップ型太陽光発電素子１は、チップ型構造により変換効率が高く、必要な電圧や電流を確保し易く、太陽電池モジュールとしては勿論のこと、部品単体として汎用性が高い。しかも、超小型（チップ部品型）とされているので、大量生産がより可能となるだけでなく、機械的強度に優れ、電子部品として取り扱い易い。
【００３３】
例えば太陽電池モジュールとする場合には、プリント基板に一般のチップ型電子部品と同様に実装することができる上に、低コストで変換効率や汎用性を高めた太陽光発電システムを提供することが可能となる。また、様々な形状（長方形、正方形、ライン状等）の太陽電池モジュールを作製し易くなる。更に、太陽電池モジュールにおいて太陽光発電素子の一部が劣化や損傷しても、その太陽光発電素子だけを交換すればよく、交換も容易である。
【００３４】
次に、上記のように構成したチップ型太陽光発電素子１の製造方法の一例について、図４及び図５を参照して概説する。複数個の太陽光発電素子を製造可能な大きさの透光性基板の受光面とは反対側の面全体に上記導電性物質（ＩＴＯ、ＦＴＯ等）を成膜して透光性導電膜を形成し、この透光性導電膜上に、スクリーン印刷方法、スプレー方法等を用いて例えば二酸化チタンを部分的に塗布する。次いで、太陽光に吸収域を有する前傾の色素を二酸化チタンに浸透させることで、色素含有半導体膜を形成する。
【００３５】
次に、透光性基板を例えばダイシングすることにより、又はダイシングによりハーフカットした後にエキスハンドを行うことにより、透光性基板を個別に分割する。この分割後の透光性基板３１が図４に示すものである。この透光性基板３１は、一例として横×高さ＝３．８×１．８ｍｍの大きさである。
【００３６】
一方、図５において、導電性金属（白金等）をスパッタ、メッキ等により成膜して一対の電極端子４，５を形成した２極パッケージ２を用意する。このパッケージ２は、図４の透光性基板３１を嵌め込むための直方体状の穴２５を有する。この穴２５の横寸法は一例として４ｍｍであり、上記透光性基板３１の横寸法３．８ｍｍよりも嵌め代分だけ幾分大きくなっている。
【００３７】
その穴２５において、電極端子部分４１に導電性ペースト６を塗布する。また、電極端子部分５１の周囲にシーリング材７を塗布し、このシーリング材７の内側の電極端子部分５１上に、溶媒に電解質として例えばヨウ素とヨウ化物を混合した電解溶液を液体のままで充填するか、又はゲル状態若しくは固体状態で成形し、電解質膜３４を形成する。
【００３８】
その後、透光性基板３１をパッケージ２の穴２５に嵌め込むことで、図３に示すようなチップ型太陽光発電素子１が作製される。
【００３９】
なお、上記製造方法において、電解溶液をゲル状態又は固体状態で用いる場合は、透光性基板３１の色素含有半導体膜３３上に光重合で成形してもよい。つまり、透光性基板３１側に電解質膜３４を設けてもよい。
【００４０】
参考として、上記チップ型太陽光発電素子１をプリント基板上に配列する場合の実装例を図６に示す。この図６では、複数個のチップ型太陽光発電素子１Ａ，１Ｂ，……を直列接続してある。すなわち、発電素子１Ａの電極端子４をプリント基板９上の配線パターン９１に接続し、電極端子５を配線パターン９２に接続するとともに、発電素子１Ｂの電極端子４を配線パターン９２に接続し、電極端子５を配線パターン９３に接続する。これにより、様々な形状の太陽電池モジュールを簡単に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態に係るチップ型太陽光発電素子の外観斜視図である。
【図２】同チップ型太陽光発電素子の平面図（上面図）である。
【図３】同チップ型太陽光発電素子の縦断面図である。
【図４】同チップ型太陽光発電素子の製造方法の一例を説明するための透光性基板側の縦断面図である。
【図５】同チップ型太陽光発電素子の製造方法の一例を説明するためのパッケージ側の縦断面図である。
【図６】同チップ型太陽光発電素子をプリント基板上に配列する場合の実装例を示す一部省略側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１            チップ型太陽光発電素子
２            パッケージ
３            色素増感型太陽光発電部
４，５        電極端子
６            導電性ペースト
７            シーリング材
２１          パッケージ部分
３１          透光性基板
３１ａ        受光面
３２          透光性導電膜
３３          色素含有半導体膜
３４          電解質膜
４１，５１    電極端子部分
【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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