(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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％であることを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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。
【請求項３】
多孔性光電変換層において、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又は２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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１〜３のいずれか１つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項５】
多孔性光電変換層において、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又は４に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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いる請求項１〜５のいずれか１つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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１〜６のいずれか１つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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Ｋが３０〜９５％である請求項６又は７に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項９】
重なり率Ｋ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。
【請求項１０】
多孔性光電変換層が、高分子電解質からなるキャリア輸送層を有する請求項１〜９のいずれか１つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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１〜１０の何れか１つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項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ュール。
【請求項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ことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１４】
多孔性光電変換層が、酸化チタン固体濃度５〜５０重量％、エチルセルロース５〜５０重量％、テルピオーネ２０〜９０重量％を含む酸化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ュールの製造方法。
【請求項１５】
酸化チタンペーストを基板上に膜厚０．５〜５０μｍ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。
【発明の詳細な説明】
【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し、さらに詳しくは光電変換の高効率化に関する。
【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いるが、上記問題を解決するには到っていない。
【０００３】
新しいタイプの太陽電池として特許第２６６４１９４号公報（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とを用いて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、特開２０００−９１６０９号公報（特許文献２）に記載されており、その技術を概説する。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ＷＯ９７／１６８３８号パンフレット（特許文献３）においては、図８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ュ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、短冊形にパターニ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／技術教育出版社（編集  早瀬修二、藤嶋  昭、ｐ．２０５−２１７、２００３）（非特許文献１）では、Ｐ．Ｍ．ＳｏｍｍｅｌｉｎｇらがＷ型直列接続として、図９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、酸化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化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張り合わせ、酸化チタン層間に樹脂等を設置し、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太陽電池モジュールである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の色素増感型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することで色素増感型太陽電池を作り込んだものである。従って、小面積の太陽電池の試作は可能であっても、１ｍ角のような大面積の太陽電池への適用は困難となる。このような太陽電池について、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、ひいては太陽電池として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等に使用されている長方形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いので、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。隣り合う単位セル同士の隙間を小さくする（有効面積率の向上）など、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、集積パターニングを行っているが、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、多孔質体からなる。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問題がある。
【０００８】
これらの問題を解決するために、図８に示す特許文献３に記載の太陽電池のように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８中、６１は透明基板、６２は透明導電膜、６３は多孔性酸化チタン層、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９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を有する対極を形成しているため、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９中、５１と５２は透明基板、５０１、５０２、５０３は透明導電膜、５１１、５１２、５１３は電解液、５２１、５２２、５２３は多孔性酸化チタン層、５３１、５３２、５３３は触媒層、５４１，５４２、５４３は絶縁層を表している。
【０００９】
図９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し、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９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った。
また、図８に示す色素増感型太陽電池モジュールと異なり、図９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。従って、図９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、これによりモジュ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や樹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、熱融着性フィルムでは、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、樹脂を塗布することにより絶縁層を形成する場合、図９に示す構造では、片方の基板に樹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ＷＯ９７／１６８３８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／技術教育出版社（編集  早瀬修二、藤嶋昭、ｐ．２０５−２１７、２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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】
かくして、本発明によれば、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ュ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１００％である色素増感型太陽電池モジュールが得られ、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、導電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、導電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、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り、例えば図１の構造の色素増感型太陽電池モジュールの場合の上記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、図９の構造の色素増感型太陽電池モジュールの場合の上記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。
【００１５】
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側から触媒層１５、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ており、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５（例えば絶縁性樹脂）によって充填及び封止されている。
【００１６】
図２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側の成膜状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は支持基板Ｙ側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。
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、その上に短冊状の多孔性光電変換層３と触媒層１５を交互に隙間をもって形成する。そして、所定の多孔性光電変換層３−触媒層１５間の透光性導電層１をスクライブする。一方、支持基板Ｙの一表面のほぼ全面に導電層２を形成し、その上に短冊状の触媒層５と多孔性光電変換層１３を交互に隙間をもって形成する。そして、所定の触媒層５−多孔性光電変換層１３間の導電層２をスクライブする。なお、図２において、２１はスクライブラインを示している。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、セル外周に絶縁性樹脂にて封止して、太陽電池モジュールＭを得る。
【００１７】
ここで、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、以下に市販の酸化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もので説明を行う。
【００１８】
まず、導電層が形成された支持体として、日本板硝子社製ＳｎＯ2付ガラス基板の導電層側に、７．２ｍｍ×５０ｍｍのパターンをしたスクリーン版（テトロンメッシュ＃１００、総厚１３８μｍ）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、酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名：Ｄ／ＳＰ）を雰囲気温度３０℃で成膜した。なお、同様なものを２つ作製した。その後、それぞれを５００℃で１時間焼成し、多孔性光電変換層を作製した。そして、得られた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３の模式図に示した。
【００１９】
それぞれの基板２０上に形成され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Ｅの長さ（対向面長さ）３１は７ｍｍ、素子並列方向Ｅ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５００μｍ、膜厚３３が２０μｍ、基板側の面における素子並列方向Ｅ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、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でき、雰囲気温度を２０℃とした場合、間隔３２は３００μｍであった。また、これら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、レベリング温度、乾燥温度等）を変えることにより調整が可能である。
【００２０】
次に、図４を用いて、隣接する多孔性光電変換層２１の傾斜状端部２１ａのオーバーラップの割合である重なり率Ｋについて説明する。重なり率Ｋ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り、Ｋ＝Ｙ／Ｘ×１００（％）の式、あるいはＫ＝長さＹ部分の平面積／長さＸ部分の平面積×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いる状態（Ｙ＝０）である。
【００２１】
有効面積率１００％にするには、図９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を形成する酸化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（図４、２１ａ）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の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いため問題はないものである。
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。
【００２２】
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いるキャリア輸送層のキャリア移動が絶縁層で阻害され、キャリアの移動極が長くなるため、図４のＸの距離（例えば、５００μｍ）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３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く、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。
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い、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。
【００２３】
上述の方法で作製したＳｎＯ2基板上の酸化チタンで構成された多孔性光電変換層の傾斜状端部に絶縁層を形成させる樹脂としてシリコーン系の樹脂を用いて貼り合わせ、１００℃で１時間加熱することにより硬化させた。ここで、重なり率を０％から１００％まで１０％毎に１１段階で試作した。なお、基板の張り合わせには、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。また、セルギャップの調整は、基板にかける圧力や、使用する樹脂の粘性係数や降伏値、ｎ値等の物性値により支配されるとも考えられる。
【００２４】
試作品の色素増感型太陽電池モジュールは３直列とし、性能は重なり率の影響が確認しやすい真ん中に位置する光電変換素子の色素増感型太陽電池（単位セル）を測定した。なお、膜厚の影響も把握するため、多孔性光電変換層の膜厚が１５μｍ（グラフ下段）、２０μｍ（グラフ中段）、３０μｍ（グラフ上段）の３種類として試作品を作製した。上記３種類の色素増感型太陽電池の短絡電流密度値を図５に示す。なお、図５において、▲は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、Ｘ）が３００ｎｍの値であり、●はＸが４００ｎｍの値であり、■はＸが５００ｎｍの値である。図５から、重なり率により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。
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。
【００２５】
［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、耐熱透光性樹脂から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℃以上の耐熱性を有するものが好ましい。
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、ポリアクリル、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℃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）が好ましい。
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いることが好ましい。
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きる。
【００２６】
［透光性導電層及び導電層］
受光面側の透光性導電層の材料としては、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く、必ずしもすべ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、ＩＴＯ（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化亜鉛、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（カーボンブラック、グラファイト、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化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化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。
【００２７】
［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く、例えば白金、塩化白金、カーボン（カーボンブラック、グラファイト、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、薄膜化を行う必要がある。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、３０〜１ｎｍ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。
【００２８】
［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、膜状等の種々な形態のものを用いることができるが、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、酸化亜鉛、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、安全性の点から酸化チタンが好ましい。
【００２９】
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−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、０．５〜５０μｍ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く、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。
【００３０】
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１〜５００ｎｍ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℃（好ましくは８０℃）で１０分間〜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℃（好ましくは２３０℃）で１〜４０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の酸化チタン粒子を含むコロイド溶液の作製を行い、２倍のエタノールを加え、５０００ｒｐｍにて遠心分離を行うことにより酸化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、エ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／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。
【００３１】
上述の工程により作製した酸化チタン粒子を洗浄した後、エチルセルロースとテルピ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化チタン粒子を分散させる。その後、４０ｍｂａｒの真空下、５０℃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、酸化チタン固体濃度２０ｗｔ％、エチルセルロース１０ｗｔ％、テルピネオール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℃程度の範囲内で、１０秒〜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。
【００３２】
［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／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、エステル基、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１〜３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、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。
【００３３】
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いし、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い。
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く、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、ジエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル化合物類、クロロホルム、塩化メチル等のハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサン、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、酢酸エチル、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く、例えば、１〜５×１０-4モル／リットル以上であればよい。
【００３４】
[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、酸化還元種を含む液体状態のものであればよい。具体的には、酸化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からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶媒と溶融塩から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、ポリカルバゾール等のホール輸送材、テトラニ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、チオシアン酸銅等の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化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い。
【００３５】
電解質としては、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣｓＩ、ＣａＩ2などの金属ヨウ化物、およ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など４級アンモニウム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、Ｉ2との組み合わせ；ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣｓＢｒ、ＣａＢｒ2などの金属臭化物、およ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など４級アンモニウム化合物の臭素塩などの臭化物と、Ｂｒ2との組み合わせ；フェロシアン酸塩−フェリシアン酸塩やフェロセン−フェリシニウ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−アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物；ビオロゲン色素、ヒドロキノン−キノンなどが挙げられる。これらの中でも、ＬｉＩ、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドとＩ2との組み合わせが開放電圧の改善の点で好ましい。上記の電解質は２種以上を混合して用いてもよい。
【００３６】
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化合物；３−メチル−２−オキサゾリジノンなどの複素環化合物；ジオキサン、ジエ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、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などのエーテル類；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；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、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物；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。
【００３７】
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、架橋ポリアクリル樹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。
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が良好に用いられる。
【００３８】
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／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ュールにおいて、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。
【００３９】
[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く、オレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。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、樹脂の粘性にも影響するが、３０μｍ程度の細線塗布が可能である。
【００４０】
これらの絶縁層を多孔性光電変換層上に形成する場合、樹脂の種類や粘性、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。
【実施例】
【００４１】
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×横７０ｍｍ×厚み４ｍｍの日本板ガラス社製のＳｎＯ2付きガラス基板を２枚（Ｘ基板、Ｙ基板）用いた。先ず、図２（ａ）及び（ｂ）における寸法Ａが２４ｍｍ、寸法Ｂが２４ｍｍ、寸法Ｃが６ｍｍ、寸法Ｄが１０ｍｍ、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。
【００４２】
次に、基板Ｘの透明導電層１（ＳｎＯ2膜）上及び基板Ｙの導電層２（ＳｎＯ2膜）上に、それぞれ酸化チタンペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名Ｄ／ＳＰ）を、焼成後形状が幅８ｍｍ（両側の傾斜状端部の幅５００μｍを含む）×長さ５５ｍｍ×膜厚２０μｍとなる形状でスクリーン印刷機（ニューロング精密工業製ＬＳ−１５０）を用いて塗膜し、室温にて１時間レベリングを行った後、８０℃のオーブン中で３０分間乾燥させ、空気中５００℃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。
【００４３】
次に、図２（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レーザー・基本波長１．０６μｍ）を照射しＳｎＯ2を蒸発させることにより、約３５０μｍの幅でスクライブを行った。なお、２１はスクライブラインを示す。
【００４４】
続いて、アセトニトリルと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４×１０-4モル／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時間浸漬し、各多孔性光電変換層３、１３に色素を吸着させた。
【００４５】
【化１】
0003683899.tif 000002
【００４６】
上述の工程を経て得られた基板Ｘ、基板Ｙにおいて、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３参照）に、スクリーン印刷によりシリコーン樹脂を０．３５ｍｍの幅で塗布し、重なり率７０％となるように貼り合せ、約１００℃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。
【００４７】
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、開口部をエポキシ樹脂を用いて封止し、色素増感型太陽電池モジュールを作製した。電解液としては、溶媒をアセトニトリルとし、その中に、１，２−ジメチル３−プロピルイミダゾールアイオダイドを０．６モル／リットル、ヨウ化リチウムを０．１モル／リットル、ターシャルブチルピリジンを０．５モル／リットル、ヨウ素を０．０５モル／リットルの濃度で溶解させものを用いた。
【００４８】
作製した色素増感型太陽電池モジュールについて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2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８．２１ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧値３．６５Ｖ、ＦＦ０．６８０、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２（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。
【００４９】
（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ついて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２の擬似太陽光照射下での電流電圧特性を調べ、その結果を表１に示した。
【００５０】
【表１】
0003683899.tif 000003
【００５１】
（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６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ａ１、ｂ１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６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対して、ＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2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７．３９ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧値３．６９Ｖ、ＦＦ０．６４０、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。
【００５２】
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っているため、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かった光を基板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に比して高い電流密度が得られている。
【００５３】
（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７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７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２２．６２ｃｍ2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対して、ＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2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７．５０ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧値３．６７Ｖ、ＦＦ０．６６、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１に記載したとおり、受光面積中の多孔性光電変換層の面積が比較例１よりは多くなっているものの、実施例１よりは低いためである。
【００５４】
（実施例４〜７）
実施例１に準じて、実施例４〜７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４〜７に用いた酸化チタン基板の膜厚を３０μｍとし、さらに実施例４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２０．２８ｃｍ2、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４〜７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４〜７の色素増感型太陽電池モジュールについて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2の擬似太陽光照射下での電流電圧特性を調べ、その結果を表２に示した。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
（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℃で２時間、重合させた。
高分子電解質中の電解液は、γ―ブチロラクトン（キシダ化学社製）とエチレンカーボネート（キシダ化学社製）を容量比７：３で混合した混合溶媒に、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド０．６モル／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／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Ａとして下記の合成方法１により作製した化合物と、化合物Ｂとしてジエチルトルエンジアミンを、重量比１３：１で混合したものを用いた。
＜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（三菱化成工業社製、商品名ＰＴＭＧ２０００）１００重量部に対して、トリレンジイソシアネート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重量部を加え、８０℃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ついて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２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６．５ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧値３．９０Ｖ、ＦＦ０．６７０、変換効率３．４０％であった。なお、受光面積は２０．５２４ｃｍ2であった。
【００５７】
（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樹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、シリコーン樹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、デュポン社製ハイミラン１８５５を０．５ｍｍ×５５ｍｍの形状で切り取ったものを多孔性光電変換層の傾斜状端部に設置し、１１０℃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ついて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２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８．４０ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧値３．６４Ｖ、ＦＦ０．６７９、変換効率４．１５％であった。なお、受光面積は２０．５２４ｃｍ2であった。
【００５８】
（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（ハイミラン１８５５）のみで形成させている。絶縁層の形成では、幅１．０ｍｍ×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℃に設定した直径５００μ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ＳｎＯ2膜に当接した後、ワイヤーヒータを１１０℃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ＳｎＯ2膜上に接着した。その後、多孔性光電変換層の傾斜状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℃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ついて、基板Ｘ側を受光面としてＡＭ１．５、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2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８．５０ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧値３．６０Ｖ、ＦＦ０．６４０、変換効率３．９２％であった。なお、受光面積は２０．５２４ｃｍ2であった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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の製造方法を説明する図であって、（ａ）は基板Ｘ側の成膜状態を示す概略平面図であり、（ｂ）は基板Ｙ側の成膜状態を示す概略平面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】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８】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９】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】
【００６０】
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
Ｘ  基板
Ｙ  基板
【要約】
【課題】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。
【解決手段】透光性基板Ｘと支持基板Ｙの間に導電層１、２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ことにより、上記課題を解決する。
【選択図】  図１
【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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【図８】
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【図９】
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