(57)【要約】【課題】低抵抗な導電性材料を用いることで全体としての出力電圧を高く保つことができる色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】色素増感太陽電池１０は、４つの発電セル２８Ａ〜２８Ｄにより構成される。その負極１８Ａ〜１８Ｄと正極３８Ａ〜３８Ｄは対向し、その間には、電解液７４が封止され、発電層２４Ａ〜２４Ｄが接触している。正極３８Ａ〜３８Ｄが形成されたポリイミド層３２の他方の主面には、正極３８Ａ〜３８Ｄに対応する配線層４４Ａ〜４４Ｄが、該対応する正極とその隣接する正極の双方に重なる位置に設けられている。正極３８Ａ〜３８Ｄと対応する配線層４４Ａ〜４４Ｄは、ポリイミド層３２を貫通するスルーホール５２Ａ〜５２Ｄと導体５４により接続される。引出用の端子部が形成された配線層と負極を除き、発電セルの負極は、隣接する発電セルの正極と接続された配線層と外周側において接続される。【選択図】図７
2014072141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感型の発電層が設けられた負極が、前記発電層を挟むように正極と対向配置され、前記負極と正極の周囲に設けられた封止剤により形成される空間に電解液が封止された光電変換素子を複数有する色素増感太陽電池であって、
複数の光電変換素子は、前記色素増感太陽電池の略中央部分を除いて、その周囲に配置されており、
前記色素増感太陽電池の非受光側には、複数の光電変換素子のそれぞれの正極に対応する複数の配線層が、絶縁層を介して配置されるとともに、
複数の光電変換素子のうちの一つの素子の負極に接続しており、前記略中央部分で電極を取り出すための負極端子部と、
前記正極とそれに対応する配線層とを電気的に接続する第１の電極連結手段と、
複数の光電変換素子のうちの他の素子の正極に接続された配線層に形成されており、前記略中央部分において電極を取り出すための正極端子部と、
前記負極端子部が設けられていない素子の負極と、前記正極端子部が設けられていない配線層とを、前記色素増感太陽電池の外周側において電気的に接続することで、隣接する光電変換素子を接続する第２の電極連結手段と、
を備えたことを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記配線層は、
対応する光電変換素子の正極と、該光電変換素子と隣接する他の光電変換素子の正極の双方に前記絶縁層を介して重なる位置に形成されており、
前記第１の電極連結手段は、
前記配線層が対応する光電変換素子の正極と重なる領域中に設けられ、
前記第２の電極連結手段は、
前記配線層が前記隣接する光電変換素子の正極と重なる領域において、該隣接する光電変換素子の負極と外周側で接続することを特徴とする請求項１記載の色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記第１の電極連結手段が、
前記正極から、当該正極に対応する配線層まで、前記絶縁層を介して貫通した穴内に形成された導電経路であることを特徴とする請求項１又は２記載の色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記第１の電極連結手段を、前記色素太陽電池の外周側に設けたことを特徴とする請求項３記載の色素増感太陽電池。
【請求項５】
前記第２の電極連結手段が、導電性ペーストによって形成された導電経路であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項６】
略中央部に第１の貫通孔を有する透光性を有する基板の一方の主面であって、前記第１の貫通孔の周囲に、前記複数の光電変換素子のそれぞれの負極が形成されており、
前記絶縁層は、前記第１の貫通孔よりも径が大きい第２の貫通孔を略中央部に有し、一方の主面に前記複数の光電変換素子のそれぞれの正極が形成され、他方の主面に、前記正極に対応する複数の配線層が形成されており、
前記第１及び第２の貫通孔の周囲は、それぞれ、前記発電層と重ならずに露出しており、
前記負極端子部を、前記第１の貫通孔の周囲に形成し、
前記正極端子部を、前記第２の貫通孔の周囲に形成することで、
前記負極と正極を、略中央部から同一方向に取り出すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池。
【請求項７】
前記負極が、網状電極であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項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し、更に具体的には、出力電圧制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感太陽電池（Dye-sensitized solar cells（以下「ＤＳＣ」とする）は、増感色素が担持された半導体層（発電層）を形成した発電電極（負極）と、触媒金属が形成された対向電極（正極）とを対向させ、対向させた電極間に電解質を含有した電解液を内包した構造となっている。ＤＳＣに光が照射されると、発電層である酸化チタンに吸着した色素が電子励起を起こし、励起電子が酸化チタンの伝導体に注入され、電子が酸化チタンから透明導電膜であるＩＴＯやＦＴＯに移動し、電流として取り出すことができる。しかし、色素増感太陽電池が１セルの場合は、出力電圧が最大でも０．７Ｖとなるため、電気機器に接続して利用するためには昇圧回路等を介して昇圧する必要があった。
【０００３】
上記の課題を解決するために、例えば、下記特許文献１には、互いに隣接する２つの色素増感光電変換素子の間の部分において１つの色素増感光電変換素子の透明導電層と、もう１つの色素増感光電変換素子の対極とが互いに電気的に接続された構造を作製し、擬似モジュールとする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１では、互いに隣接する２つの色素増感光電変換素子の間隙の部分で電気的に接続するために導電性材料を用いているが、その近傍に金属を腐食させる電解液が存在するために、耐食性，耐酸化性の高い材料を選定する必要があった。一般的に耐食性，耐酸化性の高い材料は抵抗率が高いため、セル及び擬似モジュール全体の出力電圧が低くなるという課題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目したもので、低抵抗な導電性材料を用いることでセルないしモジュール全体の出力電圧を高く保つことができる電極接続構造を有する色素増感型太陽電池を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、色素増感型の発電層が設けられた負極が、前記発電層を挟むように正極と対向配置され、前記負極と正極の周囲に設けられた封止剤により形成される空間に電解液が封止された光電変換素子を複数有する色素増感太陽電池であって、複数の光電変換素子は、前記色素増感太陽電池の略中央部分を除いて、その周囲に配置されており、前記色素増感太陽電池の非受光側には、複数の光電変換素子のそれぞれの正極に対応する複数の配線層が、絶縁層を介して配置されるとともに、複数の光電変換素子のうちの一つの素子の負極に接続しており、前記略中央部分で電極を取り出すための負極端子部と、前記正極とそれに対応する配線層とを電気的に接続する第１の電極連結手段と、複数の光電変換素子のうちの他の素子の正極に接続された配線層に形成されており、前記略中央部分において電極を取り出すための正極端子部と、前記負極端子部が設けられていない素子の負極と、前記正極端子部が設けられていない配線層とを、前記色素増感太陽電池の外周側において電気的に接続することで、隣接する光電変換素子を接続する第２の電極連結手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
主要な形態の一つは、前記配線層は、対応する光電変換素子の正極と、該光電変換素子と隣接する他の光電変換素子の正極の双方に前記絶縁層を介して重なる位置に形成されており、前記第１の電極連結手段は、前記配線層が対応する光電変換素子の正極と重なる領域中に設けられ、前記第２の電極連結手段は、前記配線層が前記隣接する光電変換素子の正極と重なる領域において、該隣接する光電変換素子の負極と外周側で接続することを特徴とする。
【０００９】
他の形態は、前記第１の電極連結手段が、前記正極から、当該正極に対応する配線層まで、前記絶縁層を介して貫通した穴内に形成された導電経路であることを特徴とする。更に他の形態は、前記第１の電極連結手段を、前記色素太陽電池の外周側に設けたことを特徴とする。更に他の形態は、前記第２の電極連結手段が、導電性ペーストによって形成された導電経路であることを特徴とする。
【００１０】
更に他の形態は、略中央部に第１の貫通孔を有する透光性を有する基板の一方の主面であって、前記第１の貫通孔の周囲に、前記複数の光電変換素子のそれぞれの負極が形成されており、前記絶縁層は、前記第１の貫通孔よりも径が大きい第２の貫通孔を略中央部に有し、一方の主面に前記複数の光電変換素子のそれぞれの正極が形成され、他方の主面に、前記正極に対応する複数の配線層が形成されており、前記第１及び第２の貫通孔の周囲は、それぞれ、前記発電層と重ならずに露出しており、前記負極端子部を、前記第１の貫通孔の周囲に形成し、前記正極端子部を、前記第２の貫通孔の周囲に形成することで、前記負極と正極を、略中央部から同一方向に取り出すことを特徴とする。
【００１１】
更に他の形態は、前記負極が、網状電極であることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発電層が設けられた負極を正極と対向させ、周囲に設けられた封止剤により形成された空間に電解液が封止された光電変換素子が複数配設された色素増感太陽電池において、正極を形成した絶縁層の他方の主面に、前記正極に対応する配線層を形成して第１の電極連結手段により正極と接続する。また、光電変換素子の負極と、隣接する光電変換素子の正極に接続する配線層とを、電池の外周側において第２の電極連結手段により接続することとした。このような電気接続構造とすることで、電解液の漏洩による電気的接続部分の腐食を最小限に抑えることができるため、電解液に含まれるヨウ素に対して腐食性の高い金属によって電気接続することで低抵抗化が可能となり、セルや電池全体の出力電圧を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１の色素増感太陽電池を示す図であり、(A)は電池全体を光入射面側から見た平面図，(B)は光入射面側から正極基板の配線層側を透過して見た平面図，(C)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図２】前記実施例１の負極基板作製工程を示す平面図及び断面図である。
【図３】前記実施例１の正極基板作製工程を示す平面図及び断面図である。
【図４】前記実施例１の負極基板と正極基板の貼り合わせ前の様子を示す平面図及び貼り合わせ後の主要断面図である。
【図５】前記実施例１の太陽電池の積層構造を示す分解斜視図である。
【図６】前記実施例１の太陽電池を構成する負極，発電層，正極，配線層の配置及び接続部分を示す平面図である。
【図７】前記実施例１の太陽電池を構成する４つの光電変換素子（発電セル）の接続構造を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例２を示す図であり、(A-1)，(A-2)，(B)は作製中の正極基板を示す平面図，(C)は完成後の太陽電池を前記図(A-2)及び(B)を＃Ｅ−＃Ｅ線に相当する位置で切断し矢印方向に見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
最初に、図１〜図７を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。本発明は、発電層として色素増感型の光発電層を用いた色素増感太陽電池に適用した例である。図１(A)は本実施例の太陽電池を光入射面側から見た平面図，図１(B)は光入射面側から正極基板の配線層側を透過して見た平面図，図１(C)は前記(A)を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。前記図１(B)は図１(C)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断し矢印方向に見た状態に相当する。図２〜図４は、本実施例の太陽電池の作製工程を示すものであって、詳細は後述する。図５は、本実施例の太陽電池の積層構造を示す分解斜視図，図６は、本実施例の太陽電池を構成する負極，発電層，正極，配線層の配置及び接続部分を、光入射側から透過して見た平面図である。図７は、本実施例の太陽電池を構成する４つの光電変換素子（発電セル）の接続構造を示す模式図である。
【００１６】
まず、図１，図５〜図７を参照して、本実施例の太陽電池の構造を説明する。本実施例の太陽電池１０は、４つの発電セル２８Ａ〜２８Ｄ（図５参照）が、太陽電池１０の略中央部の開口部を除いて、その周囲に配置された構造であって、全体が略ディスク状となっている。前記４つの発電セルは、後述するように直列接続されている。図１(C)に示すように、本実施例の太陽電池１０は、負極基板（ないし発電基板）１２と、正極基板（対向基板）３０が対向した構成となっている。そして、前記負極基板１２と正極基板３０の周囲に設けられた封止剤６２により形成された空間内に電解液７４が封止されており、前記負極基板１２に設けられた発電層２４Ａ〜２４Ｄが前記電解液７４に接触している。
【００１７】
前記負極基板１２は、略中央部に貫通孔２０を有する略円形であって、透明導電膜付基板１４と発電層２４Ａ〜２４Ｄにより構成されている。前記透明導電膜付基板１４は、プラスチック基板１６上に透明導電膜１８を有する積層構造である。本実施例では、前記プラスチック基板１６が、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）基板であり、透明導電膜１８がメッシュ付ＩＴＯである。該透明導電膜１８は、図５及び図６(B)に示すように、４つに分割され、第１の負極１８Ａ，第２の負極１８Ｂ，第３の負極１８Ｃ，第４の負極１８Ｄを構成する。第１の負極１８Ａは、前記貫通孔２０の周囲に形成された負極端子部１９を有している。前記貫通孔２０は、正極基板３０と貼り合わせた時に、該貫通孔２０の周囲が正極基板３０と重ならずに露出するため、該露出部分に前記負極端子部１９を形成することにより、負極を太陽電池１０の略中央部から取り出すことができる。
【００１８】
前記第１の負極１８Ａ〜第４の負極１８Ｄ上には、図６(C)に示すように、表面に色素が担持された多孔質の半導体からなる第１の発電層２４Ａ〜第４の発電層２４Ｄが設けられている。前記第１の負極１８Ａ〜１８Ｄ同士は、分割用のパターン２２に設けられた封止剤２６により絶縁され、前記第１の発電層２４Ａ〜２４Ｄ同士も、前記封止剤２６により絶縁される。詳しくは、後の製造工程において説明する。
【００１９】
次に、正極基板３０について説明する。正極基板３０は、積層構造のプリント基板３１を利用して構成されており、略中央部に前記負極基板１２の貫通孔２０よりも径の大きい貫通孔４６を有している。また、正極基板３０は、ポリイミド層３２と、その一方の主面に形成された第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄと、前記ポリイミド層３２の他方の主面に形成された第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄを備えている。該第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄが設けられる方が非受光側である。前記第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄの上には、触媒層５５Ａ〜５５Ｄが設けられている。前記プリント基板３１は、ポリイミド層３２の一方の主面に、Ｃｕ薄膜３４とＡｕ薄膜３６からなる導体層３８を有し、他方の主面に、Ｃｕ薄膜４０とＡｕ薄膜４２からなる導体層４４を有している。
【００２０】
そして、前記導体層３８を所定のパターンでエッチングすることにより、４分割された前記第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄが形成される（図５及び図６(D)参照）。これら第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄ同士は、封止剤６０により互いに絶縁されている。該第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄは、前記負極基板１２の第１の負極１８Ａ〜第４の負極１８Ｄに対応する位置に形成されている。そして、前記第１の負極１８Ａと、第１の発電層２４Ａと、第１の正極３８Ａにより、図５に示すように第１の発電セル２８Ａが形成される。同様に、第２の負極１８Ｂ，第２の発電層２４Ｂ，第２の正極３８Ｂにより第２の発電セル２８Ｂが形成され、第３の負極１８Ｃ，第３の発電層２４Ｃ，第３の正極３８Ｃにより第３の発電セル２８Ｃが形成され、第４の負極１８Ｄ，第４の発電層２４Ｄ，第４の正極３８Ｄにより第４の発電セル２８Ｄが形成される。
【００２１】
また、前記ポリイミド層３２の他方の主面の導体層４４を所定のパターンでエッチングすることにより、４分割された第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄが形成される(図６(E)参照)。これら第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄ同士は、図５に示す保護層６４を配線層４４Ａ〜４４Ｄの裏側に設けるとともに、これらを分割する溝（パターン）に設けることで、互いに絶縁されている。前記第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄは、それぞれ、前記第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄに対応するものであるが、本実施例では、その位置が上下方向に一致せず、隣接する正極にも重なる位置に形成されている。例えば、第１の配線層４４Ａについては、図５における右側部分は上層の第１の正極３８Ａと重なり、左側部分は、前記第１の正極３８Ａと隣接する第２の正極３８Ｂと重なるという具合である。第２の配線層４４Ｂ〜第４の配線層４４Ｄについても基本的には同様である。なお、第４の配線層４４Ｄは、前記貫通孔４６の周囲に形成された正極端子部４５を有している。前記貫通孔４６の周囲に前記正極端子部４５を形成することにより、正極を太陽電池１０の裏面側，すなわち、前記負極と同一方向から取り出すことが可能となる。
【００２２】
次に、前記第１の発電セル２８Ａ〜第４の発電セル２８Ｄを直列接続するための構造について説明する。まず、第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄと、第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄは、前記ポリイミド層３２を貫通するスルーホール５２Ａ〜５２Ｄを用いることで、前記ポリイミド層３２を挟んで上下で電気的に接続される。第１の正極３８Ａは、隣接する第２の正極３８Ｂ側に設けられた複数（図示の例では５つ）のスルーホール５２Ａ中に充填された導体５４により、第１の配線層４４Ａに電気的に接続される。上述した通り、前記第１の配線層４４Ａは、第１の正極３８Ａと第２の正極３８Ｂの双方に重なる位置に形成されているため、配線層４４Ａにおける第１の正極３８Ａとの接続位置は、隣接する第４の配線層４４Ｄ側となる（図５参照）。
【００２３】
同様に、第２の正極３８Ｂは、隣接する第３の正極３８Ｃ側に設けられたスルーホール５２Ｂ及び導体５４により、第２の配線層４４Ｂに接続される。その接続位置は、第１の配線層４４Ａ寄りの位置である。第３の正極３８Ｃは、隣接する第４の正極３８Ｄ側に設けられたスルーホール５２Ｃ及び導体５４により、第３の配線層４４Ｃに接続される。その接続位置は、第２の配線層４４Ｂ寄りの位置である。第４の正極３８Ｄは、隣接する第１の正極３８Ａ側に設けられたスルーホール５２Ｄ及び導体５４により、第４の配線層４４Ｄに接続される。その接続位置は、第３の配線層４４Ｃ寄りの位置である。前記スルーホール５２Ａ〜５２Ｄは、本実施例では、外周側に形成されている。これは、受光面の全面にスルーホールを設けることで触媒層の面積減少による発電量の低下を防止するためである。また、スルーホール５２Ａ〜５２Ｄは、本実施例では、それぞれ５つ設けることとしたが、その数は必要に応じて増減してよい。
【００２４】
次に、発電セル２８Ａ〜２８Ｄを、配線路６８〜７２を利用して太陽電池１０の外周側において直列接続する。まず、第１の発電セル２８Ａについては、負極１８Ａは、負極端子部１９により外部に接続される。一方、前記発電セル２８Ａの正極３８Ａは、前記スルーホール５２Ａにより裏面の第１の配線層４４Ａに接続されている。そして、該第１の配線層４４Ａの外周側であって前記スルーホール５２Ａが形成されていない位置，すなわち、第２の発電セル２８Ｂと重なる位置において、積層方向に導電性ペーストを設けることにより配線路６８が形成される。該配線路６８は、第２の発電セル２８Ｂの負極１８Ｂに接続する（図５及び図７参照）。
【００２５】
第２の発電セル２８Ｂの正極３８Ｂは、前記スルーホール５２Ｂにより裏面の第２の配線層４４Ｂに接続される。そして、該第２の配線層４４Ｂの外周側であって前記スルーホール５２Ｂが形成されておらず、第３の発電セル２８Ｃと重なる位置において、積層方向に設けられた導電性ペーストからなる配線路７０により、前記第２の正極３８Ｂは、前記第２の配線層４４Ｂを介して第３の発電セル２８Ｃの負極１８Ｃに接続する（図５及び図７参照）。
【００２６】
第３の発電セル２８Ｃの正極３８Ｃは、前記スルーホール５２Ｃにより裏面の第３の配線層４４Ｃに接続される。そして、該第３の配線層４４Ｃの外周側であって前記スルーホール５２Ｃが形成されておらず、第４の発電セル２８Ｃと重なる位置において、積層方向に設けられた導電性ペーストからなる配線路７２により、前記第３の正極３８Ｃは、前記第３の配線層４４Ｃを介して第４の発電セル２８Ｄの負極１８Ｄに接続する（図５及び図７参照）。
【００２７】
第４の発電セル２８Ｄの正極３８Ｄは、前記スルーホール５２Ｄにより裏面の第４の配線層４４Ｄに接続される。該配線層４４Ｄには、正極端子部４５が設けられており、該正極端子部４５により正極が外部に取り出される（図５及び図７参照）。このように、前記配線路６８〜７２は、負極端子部１９が設けられている第１の負極１８Ａと、正極端子部４５が設けられている第４の配線層４４Ｄと接続している正極３８Ｄを除いて、隣接する発電セルの負極と正極を太陽電池１０の外周側において電気的に接続する。従って、電解液７４から離された位置での直列接続が可能となり、構造的に電解液の漏洩による腐食の問題を軽減することができる。
【００２８】
次に、図２〜図４も参照しながら、本実施例の太陽電池１０の製造方法について説明する。図２は、前記負極基板１２の作製工程を示す平面図及び断面図，図３は、前記正極基板３０の作製工程を示す平面図及び断面図である。図４は、前記負極基板と正極基板の貼り合わせ前の様子を示す平面図及び貼り合わせ後の主要断面図である。まず、図２を参照して、負極基板の作製について説明する。なお、図２において、(A-1)〜(D-1)は、作製中の電極等を光の入射側からプラスチック基板を透過した見た平面図である。また、図２(A-2)〜(D-2)は、前記(A-1)〜(D-1)を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た負極基板全体の断面図である。
【００２９】
まず、透明導電膜１８が成膜されたプラスチック基板１６（ＰＥＮ，ＰＥＴなど）を用意し、図２(A-1)に示すように略中央部に貫通孔２０を形成する。プラスチック基板１６の外形は例えば、１２０ｍｍ、貫通孔２０の径は１５ｍｍである。次に、図２(B-1)及び(B-2)に示すように、レーザーエッチングにより透明導電膜１８をパターニングする。パターン２２は、図２(B-1)に示すように、前記透明導電膜１８を４分割して４つの負極１８Ａ〜１８Ｄを形成するものである。具体的には、前記貫通孔２０の周囲に負極端子部１９を形成するように形成された内周部２２Ａと、該内周部２２Ａから外周部に向けて放射状に形成された４本の放射状部２２Ｂを有している。なお、前記内周部２２Ａは、完全な円形ではなく、前記負極端子部１９が第１の負極１８Ａに接続するように、３／４円形状となっている。
【００３０】
次に、前記負極１８Ａ〜１８Ｄ上に、前記負極端子部１９の部分と外周部分を除いて、低温用酸化チタンペーストをスクリーン印刷で１〜３層成膜し、８０℃で１０分間乾燥した。更に、光閉じ込め層として粒子径が発電層よりも大きい低温用酸化チタンペーストをスクリーン印刷で１層成膜し、８０℃で１０分間乾燥した。発電層及び光閉じ込め層を静水圧プレス機で１９０ＭＰａでプレスし、７０℃で３０分のＵＶ−オゾン処理を行い、その後Ｎ７１９の色素溶液に５０℃で４時間浸漬することで色素吸着を行った。吸着後に無水アセトリトリルで余剰色素を洗浄し、室内乾燥することで第１の発電層２４Ａ〜第４の発電層２４Ｄを形成した。更に発電層２４Ａ〜２４Ｄを形成していない部分をエタノールで洗浄し、封止剤２６をディスペンサーで塗布した（図２(D-1)及び(D-2)参照）。
【００３１】
封止剤２６は、前記パターン２２に対応する形状であって、中央側の円形の内周部２６Ａと、そこから放射状に形成された４つの放射状部２６Ｂと、外周部２６Ｃを有している。なお、前記封止剤２６は、負極１８Ａ〜１８Ｄの最外周部分が露出するように塗布される。また、封止剤２６は、図２(D-2)に示すように、前記発電層２４Ａ〜２４Ｄの表面から突出するように塗布される。これは、後述する正極基板３０と貼り合わせたときに、発電層と正極の間に、電解液７４を封止する空間を形成するためである。以上のようにして、負極基板１２が完成する。
【００３２】
次に、図３を参照して正極基板３０の製造方法を説明する。なお、図３において、(A-1)〜(E-1)は作成中の正極側を光の入射側から透過して見た平面図，(B-2)〜(E-2)は作成中の正極基板裏面の配線層を光の入射側から透過して見た平面図，(A-2)及び(B-3)は前記(A-1)及び(B-1)をそれぞれ＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(C-3)〜(E-3)は前記(C-1)〜(E-1)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。まず、図３(A-1)に示すように、多層構造のプリント基板３１を用意し、略中央部に貫通孔４６を形成する。プリント基板３１の外形は１１６〜１１８ｍｍ，貫通孔２６の径は２５ｍｍである。前記プリント基板３１は、図３(A-2)に示すように、ポリイミド層３２の表裏にＣｕ薄膜３４，４０が形成され、さらにその上にＡｕ薄膜３６，４２が形成された構造となっている。以後、説明を容易にするため、前記ポリイミド層３２の一方の主面（光入射側）のＣｕ薄膜３４及びＡｕ薄膜３６を合わせて導体層３８といい、他方の主面のＣｕ薄膜４０及びＡｕ薄膜４２を合わせて導体層４４という。
【００３３】
次に、ウェットエッチングにより、前記導体層３８，４４をパターニングする。導体層３８側については、図３(B-1)に示すように、パターン４８を形成することにより４分割し、第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄを形成する。前記パターン４８は、前記貫通孔４６の周囲に形成された内周部４８Ａと、該内周部４８Ａから外周に向けて放射状に形成された４つの放射状部４８Ｂと、ポリイミド層３２の外周が露出するように形成された外周部４８Ｃを有する。一方、裏面の導体層４４については、図３(B-2)に示すようにパターン５０を形成することにより４分割された第１の配線層４４Ａ〜４４Ｄが形成される。前記パターン５０は、前記貫通孔４６の周囲に正極端子部４５を残すように形成された内周部５０Ａと、該内周部５０Ａから外周に向けて放射状に形成された４つの放射状部５０Ｂを有している。なお、前記内周部５０Ａは、完全なリング状ではなく、前記正極端子部４５が第４の配線層４４Ｄと接続するように、３／４円形状となっている。なお、前記配線層４４Ａ〜４４Ｄは、前記正極３８Ａ〜３８Ｄに対応して設けられるものであるが、本実施例では、配線層４４Ａ〜４４Ｄと正極３８Ａ〜３８Ｄの位置は完全に一致してはおらず、約４５°ずれて形成されている。
【００３４】
次に、前記第１の正極３８Ａ〜第４の正極３８Ｄと、第１の配線層４４Ａ〜第４の配線層４４Ｄを接続するためのスルーホール５２Ａ〜５２Ｄを形成して、内部に導体５４をメッキし（図３(C-1)〜(C-3)参照）、第１の正極３８Ａと第１の配線層４４Ａ，第２の正極３８Ｂと第２の配線層４４Ｂ，第３の正極３８Ｃと第３の配線層４４Ｃ，第４の正極３８Ｄと第４の配線層４４Ｄをスルーホール接続する。例えば、正極３８Ａ〜３８Ｄ上のスルーホール形成部分の金属をウェットエッチングにより除去し、露出したポリイミド層３２にレーザーで孔を開け、無電解メッキによりポリイミド層３２に対して上下の導通を確保する。次に、前記正極３８Ａ〜３８Ｄ上に、負極１８Ａ〜１８Ｄのチタニア層と対向する触媒層５５Ａ〜５５Ｄを形成する。本実施例では、まず、パターン４８を剥離可能な樹脂やテープで被覆した後に、正極３８Ａ〜３８Ｄ上に、Ｔｉ薄膜５６Ａ〜５６Ｄをスパッタにより成膜し、更にその上にＰｔ薄膜５８Ａ〜５８Ｄをスパッタにより成膜する（図３(D-1)及び(D-3)参照）。スパッタによる成膜の後、パターン４８の被覆を除去する。以後、説明を容易にするために、Ｔｉ薄膜５６Ａ〜５６ＤとＰｔ薄膜５８Ａ〜５８Ｄの２層を合わせて触媒層５５Ａ〜５５Ｄと表現する。
【００３５】
更に、触媒層５５Ａ〜５５Ｄを形成した側に、封止剤６０をディスペンサーで塗布する（図３(E-1)及び(E-3)参照）。封止剤６０は、前記パターン４８に対応する形状であって、中央側の円形の内周部６０Ａと、そこから放射状に形成された４つの放射状部６０Ｂと、外周部６０Ｃを有している。前記外周部６０Ｃは、前記スルーホール５２Ａ〜５２Ｄを覆うように形成するとよい。また、封止剤６０は、触媒層５５Ａ〜５５Ｄの表面から突出するように塗布される。これは、前記負極基板１２と貼り合わせたときに、発電層と正極の間に、電解液７４を封止する空間を形成するためである。以上のようにして正極基板３０が完成する。
【００３６】
次に、以上のようにして形成した負極基板１２（図４(A-1)と、正極基板３０（図４(A-2)）とをそれぞれの封止剤２６，６０を対向させ、電解液７４を負極１８Ａ〜１８Ｄの発電層２４Ａ〜２４Ｄに染み込ませた後、真空貼り合わせを行った。貼り合わせ後、図４(A-2)に点線で示す位置に、銀などの導電性ペーストを設けて外周部に３つの配線路６８，７０，７２を形成し、負極と配線層を電気的に接続する。具体的な接続形態については、前記図５及び図７で説明した通りである。その後、配線層４４Ａ〜４４Ｄ側に保護層６４として、アクリル樹脂などのスピンコート法により形成する。該保護層６４は、前記貫通孔４６に相当する開口６６を有するとともに、前記配線層４４Ａ〜４４Ｄ間に設けられているパターン５０を埋めるように形成され、開口６６の縁部６７は、前記正極端子部４５と配線層４４Ａ〜４４Ｃの間のパターン５０Ａを埋めて絶縁している。
【００３７】
以上のようにして、太陽電池セル１０が完成する。完成後の太陽電池１０を、図４(A-2)に示す＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図が図４(B)であり、＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図が図４(C)である。太陽電池１０は、略中央部の開口の内周側において、負極端子部１９が露出しており、その外周側に正極端子部４５が露出している。そのため、図１(C)に矢印ＦＡで示すように、内周側を図示しない接続コネクタの負極に接続し、外周側を矢印ＦＢで示すように前記接続コネクタの正極に接続することで、電極の取り出しが可能となる。このような接続の仕方としては、例えば、特開２０１２−１３４４５１号公報に開示されている接続構造を利用することができる。このような太陽電池１０は、必要に応じて、前記接続用コネクタを複数備えたパネル等に並べて使用される。
【００３８】
このように、実施例１によれば、発電層が設けられた負極を正極と対向させ、周囲に設けられた封止剤により形成された空間に電解液が封止された光電変換素子が複数配設された色素増感太陽電池において、正極を形成した絶縁層の他方の主面に、前記正極に対応する配線層を形成して第１の電極連結手段により正極と接続する。また、光電変換素子の負極と、隣接する光電変換素子の正極に接続する配線層とを、電池の外周側において第２の電極連結手段により接続することとした。このため、次のような効果がある。
(1)電池の外周側で発電セル２８Ａ〜２８Ｄが直列接続する構造とすることで、電解液７４の漏洩の影響を受けにくくなり、電解液７４に含まれるヨウ素に接触して電気的接続部分（配線路６８〜７２）が腐食する可能性を最小限に抑えることができる。このため、ヨウ素に対して腐食性の高い金属である銀ペーストなどを使用して配線路６８〜７２を形成することで低抵抗化が可能となり、発電セル２８Ａ〜２８Ｄ単体での出力が大きくなるため、これら発電セル２８Ａ〜２８Ｄを接続した太陽電池１０の全体の出力電圧を高く保つことができる。
【００３９】
(2)正極３８Ａ〜３８Ｄと配線層４４Ａ〜４４Ｄを接続するスルーホールを、外周側に形成したので、受光面積を減らさずに、電気的接続が可能となる。
(3)正極３８Ａ〜３８Ｄと配線層４４Ａ〜４４Ｄの位置がずれているため、後述する実施例２のように、引出用の細線部を形成する必要がないため高抵抗化せず、複数の発電セル２８Ａ〜２８Ｄを同じ形で接続することができるため、出力が安定する。
(4)透明導電膜１８として網状のメッシュ電極を利用しているため、大面積化しても発電効率が低下する（高抵抗化する）ことがない。すなわち、従来技術では、発電セル１個当たりの大面積化が困難であったのに対し、本発明では、メッシュ電極とすることで平面の抵抗を下げることができるため、ベタ塗りの発電層２４Ａ〜２４Ｄを形成しても、ある程度の発電効率を出すことが可能となる。
(5)太陽電池１０を、光ディスク型としたので、可搬性が高く、複数の電池を併用してパネル化等も容易である。
【実施例２】
【００４０】
次に、図８を参照しながら本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする。前記実施例１は、正極と発電層の位置をずらして形成するとともに、接続用のスルーホールを外周部に設ける構成としたが、本実施例は、正極と発電層の位置を、絶縁層を挟んで上下で概略一致させ、かつ、スルーホールを全面に形成した例である。図８(A-1)及び(B)は作製中の正極基板の正極側を光入射側から透過して見た平面図，図８(A-2)は作製中の正極基板の配線層側を光入射側から透過して見た平面図，図８(C)は(A-2)及び(B)を＃Ｅ−＃Ｅ線で切断し矢印方向に見た断面図である。
【００４１】
本実施例では、負極基板１２の構造及び製造方法は、実施例１と同様であるので、図８を参照して、正極基板８０の製造方法のみを説明する。多層構造のプリント基板３１を用意し、略中央部に貫通孔４６を形成するところまでは、実施例１と同様である。次に、ポリイミド層３２の両主面の導体層をウェットエッチングによりパターニングする。光入射側の導体層については、図８(A-1)に示すように、パターン８２を形成することにより、４分割された第１の正極８４Ａ〜第４の正極８４Ｄが形成される。前記パターン８２は、前記貫通孔４６の周囲に形成された内周部８２Ａと、該内周部４８Ａから外周に向けて放射状に形成された４つの放射状部８２Ｂと、ポリイミド層３２の外周が露出するように外周部に形成された外周部８２Ｃを有する。
【００４２】
一方、ポリイミド層３２の裏面の導体層については、図８(A-2)に示すようにパターン８８を形成することにより４分割された第１の配線層９０Ａ〜第４の配線層９０Ｄが形成される。前記パターン８８は、前記貫通孔４６の周囲に正極端子部９５を残すように形成された内周部８８Ａと、該内周部８８Ａから外周に向けて放射状に形成された４つの放射状部８８Ｂと、該放射状部８８Ｂの先端から外周に沿って形成された３つの外周部８８Ｃを有している。該外周部８８Ｃは、第１の配線層９０Ａ〜第３の配線層９０Ｃが、隣接する第２の配線層９０Ｂ〜第４の配線層９０Ｄの外周側に引出部９２Ａ〜９２Ｃを有するように形成される。本実施例では、図８(A-1)及び(A-2)に示すように、正極８４Ａ〜８４Ｄと、配線層９０Ａ〜９０Ｄの位置の大部分が一致している。
【００４３】
次に、前記第１の正極８４Ａ〜第４の正極８４Ｄと、第１の配線層９０Ａ〜第４の配線層９０Ｄを接続するためのスルーホール９４Ａ〜９４Ｄを形成して、内部に導体５４をメッキし、第１の正極８４Ａ〜第４の正極８４Ｄと第１の配線層９０Ａ〜９０Ｄをポリイミド層３２を挟んで上下でスルーホール接続する。前記スルーホール９４Ａ〜９４Ｄは、実施例１と異なり、外周部ではなく全面に複数設けられる。次に、前記正極８４Ａ〜８４Ｄ上に、負極１８Ａ〜１８Ｄのチタニア層と対向する触媒層９８Ａ〜９８Ｄを形成する（図８(B)）。更に、触媒層９８Ａ〜９８Ｄを形成した側に、封止剤１００をディスペンサーで塗布した（図８(B)）。封止剤１００は、前記パターン８８に対応する形状であって、中央側の円形の内周部１００Ａと、そこから放射状に形成された４つの放射状部１００Ｂと、外周部１００Ｃを有している。外周部１００Ｃは、ポリイミド層３２の外周部が露出するように塗布される。また、前記封止剤１００は、触媒層９８Ａ〜９８Ｄの表面から突出するように塗布される。これは、前記負極基板１２と貼り合わせたときに、発電層と正極の間に、電解液７４を封止する空間を形成するためである。以上のようにして正極基板８０が完成する。
【００４４】
次に、以上のようにして形成した正極基板８０と、実施例１と同様にして形成された負極基板１２とを、それぞれの封止剤１００，２６が対向するように貼り合わせ、電解液７４を封止する。貼り合わせ後、図８(A-2)に点線で示す位置に、銀などの導電性ペーストを設けて外周部に３つの配線路１０２，１０４，１０６を形成し、隣接する発電セルの負極と配線層を電気的に接続する。例えば、配線路１０２については、図８(C)の断面に示すように、正極基板８０の裏面に形成された第１の配線層９０Ａの引出部９２Ａと、負極基板１２の第２の負極１８Ｂが配線路１０２によって電気的に接続される。すなわち、配線路１０２及び引出部９２Ａによって、第１の発電セルの正極８４Ａとスルーホール９４Ａ及び導体５４を介して接続された第１の配線層９０Ａが、隣接する第２の発電セルの負極１８Ｂと外周側において電気的に接続する。他の配線路１０４，１０６による接続についても同様である。その後、配線層９０Ａ〜９０Ｄ側に実施例１と同様の保護層６４として、アクリル樹脂などのスピンコート法により形成する。
【００４５】
本実施例で作製した色素増感太陽電池にＡＭ１．５の擬似太陽光を照射しながら、ＩＶ測定装置を用いて、各々の光電変換素子のＪｓｃ，Ｖｏｃ，ＦＦ，ＥＦＦを得た。その結果、Ｖｏｃは２．２Ｖを示し、一つの光ディスク型ＤＳＣで、出力電圧が大幅に向上した。なお、本実施例は、４つのセルを直列した構造であるが、デバイスに応じて直列数を増やし、出力電圧を更に上げることも可能である。
【００４６】
本実施例の基本的な作用・効果は、前記実施例１と同様である。なお、電解液７４の漏洩による腐食の問題がない場合であっても、受光面を大面積化することで大電流が流れる場合には、本実施例のようにスルーホールを全面に設けることで、スルーホールが抵抗となるため、ポリイミド層３２の上下の電極間（正極と配線層間）の抵抗が低くなる。電解液７４と接した正極の電極表面を流れる距離が長いほど、電子は電解液７４に補足される可能性が高くなる。従って、全面に設けたスルーホールにより、電子を迅速に裏面に導出し、電流取り出し効率を上げることができる点で利点がある。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、負極，発電層，配線層をそれぞれ４分割することとしたが、これも一例であり、２分割又は３分割であってもよいし、４分割以上とすることを妨げるものではない。
(2)前記実施例では、負極，発電層，配線層は、隣接する負極同士，発電層同士，配線層同士でほぼ同じ形状としたが、これも一例であり、必要に応じて適宜変更可能である。しかしながら、同一形状あるいは対象形状とすることにより、発電部位から取り出し部位までの距離がほぼ同等となるため、出力がばらつかないという点で利点がある。
(3)太陽電池１０自体の形状や中央の貫通孔の形状も一例であり、円形に限定されるものではなく、４角形状としてもよい。
(4)前記実施例で示したスルーホールによる接続位置は一例であり、同様の効果を奏する範囲内で適宜設計変更可能である。外周側の配線路による接続位置についても同様であり、外周側であれば、負極，正極，配線層の配置や形状に応じて適宜変更可能である。
(5)前記実施例１では、透明電極（負極）を網状のメッシュ電極としたが、これも一例であり、必要に応じて適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明によれば、発電層が設けられた負極を正極と対向させ、周囲に設けられた封止剤により形成された空間に電解液が封止された光電変換素子を複数配設し、前記正極を形成した絶縁層の他方の主面に、前記正極に対応する配線層を形成して第１の電極連結手段により正極と接続する。また、光電変換素子の負極と、隣接する光電変換素子の正極に接続する配線層とを、外周側において第２の電極連結手段により接続することとした。このような電気接続構造とすることで、電解液の漏洩による腐食の問題を最小限に抑え、ヨウ素に対して腐食性の高い金属である銀ペーストなどを使用して電気接続をすることで低抵抗化が可能となり、全体の出力電圧を高く保つことができるため、色素増感太陽電池の用途に適用できる。特に、キャパシタ等の二次電池と組み合わせた独立電源の用途に好適である。
【符号の説明】
【００４９】
１０：太陽電池
１２：負極基板（発電基板）
１４：透明導電膜付基板
１６：プラスチック基板
１８：透明導電膜
１８Ａ〜１８Ｄ：負極
１９：負極端子部
２０：貫通孔
２２：パターン
２２Ａ：内周部
２２Ｂ：放射状部
２４Ａ〜２４Ｄ：発電層
２６：封止剤
２６Ａ：内周部
２６Ｂ：放射状部
２６Ｃ：外周部
２８Ａ〜２８Ｄ：発電セル
３０：正極基板（対向基板）
３１：プリント基板
３２：ポリイミド層
３４，４０：Ｃｕ薄膜
３６，４２：Ａｕ薄膜
３８，４４：導体層
３８Ａ〜３８Ｄ：正極
４４Ａ〜４４Ｄ：配線層
４５：正極端子部
４６：貫通孔
４８，５０：パターン
４８Ａ，５０Ａ：内周部
４８Ｂ，５０Ｂ：放射状部
４８Ｃ：外周部
５２Ａ〜５２Ｄ：スルーホール
５４：導体
５５Ａ〜５５Ｄ：触媒層
５６Ａ〜５６Ｄ：Ｔｉ薄膜
５８Ａ〜５８Ｄ：Ｐｔ薄膜
６０，６２：封止剤
６０Ａ：内周部
６０Ｂ：放射状部
６０Ｃ：外周部
６４：保護層
６６：開口
６７：縁部
６８〜７２：配線路（導電性ペースト）
７４：電解液
８０：正極基板
８２：パターン
８２Ａ：内周部
８２Ｂ：放射状部
８２Ｃ：外周部
８４Ａ〜８４Ｄ：正極
８８：パターン
８８Ａ：内周部
８８Ｂ：放射状部
８８Ｃ：外周部
９０Ａ〜９０Ｄ：配線層
９２Ａ〜９２Ｃ：引出部
９４Ａ〜９４Ｄ：スルーホール
９６：導体
９８Ａ〜９８Ｄ：触媒層
１００：封止剤
１００Ａ：内周部
１００Ｂ：放射状部
１００Ｃ：外周部
１０２，１０４，１０６：配線路
【図１】
2014072141.tif 000003
【図２】
2014072141.tif 000004
【図３】
2014072141.tif 000005
【図４】
2014072141.tif 000006
【図５】
2014072141.tif 000007
【図６】
2014072141.tif 000008
【図７】
2014072141.tif 000009
【図８】
2014072141.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月25日(2013.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
次に、前記負極１８Ａ〜１８Ｄ上に、前記負極端子部１９の部分と外周部分を除いて、低温用酸化チタンペーストをスクリーン印刷で１〜３層成膜し、８０℃で１０分間乾燥した。更に、光閉じ込め層として粒子径が発電層よりも大きい低温用酸化チタンペーストをスクリーン印刷で１層成膜し、８０℃で１０分間乾燥した。発電層及び光閉じ込め層を静水圧プレス機で１９０ＭＰａでプレスし、７０℃で３０分のＵＶ−オゾン処理を行い、その後Ｎ７１９の色素溶液に５０℃で４時間浸漬することで色素吸着を行った。吸着後に無水アセトニトリルで余剰色素を洗浄し、室内乾燥することで第１の発電層２４Ａ〜第４の発電層２４Ｄを形成した。更に発電層２４Ａ〜２４Ｄを形成していない部分をエタノールで洗浄し、封止剤２６をディスペンサーで塗布した（図２(D-1)及び(D-2)参照）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
次に、図３を参照して正極基板３０の製造方法を説明する。なお、図３において、(A-1)〜(E-1)は作成中の正極側を光の入射側から透過して見た平面図，(B-2)〜(E-2)は作成中の正極基板裏面の配線層を光の入射側から透過して見た平面図，(A-2)及び(B-3)は前記(A-1)及び(B-1)をそれぞれ＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図，(C-3)〜(E-3)は前記(C-1)〜(E-1)を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。まず、図３(A-1)に示すように、多層構造のプリント基板３１を用意し、略中央部に貫通孔４６を形成する。プリント基板３１の外形は１１６〜１１８ｍｍ，貫通孔４６の径は２５ｍｍである。前記プリント基板３１は、図３(A-2)に示すように、ポリイミド層３２の表裏にＣｕ薄膜３４，４０が形成され、さらにその上にＡｕ薄膜３６，４２が形成された構造となっている。以後、説明を容易にするため、前記ポリイミド層３２の一方の主面（光入射側）のＣｕ薄膜３４及びＡｕ薄膜３６を合わせて導体層３８といい、他方の主面のＣｕ薄膜４０及びＡｕ薄膜４２を合わせて導体層４４という。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本実施例では、負極基板１２の構造及び製造方法は、実施例１と同様であるので、図８を参照して、正極基板８０の製造方法のみを説明する。多層構造のプリント基板３１を用意し、略中央部に貫通孔４６を形成するところまでは、実施例１と同様である。次に、ポリイミド層３２の両主面の導体層をウェットエッチングによりパターニングする。光入射側の導体層については、図８(A-1)に示すように、パターン８２を形成することにより、４分割された第１の正極８４Ａ〜第４の正極８４Ｄが形成される。前記パターン８２は、前記貫通孔４６の周囲に形成された内周部８２Ａと、該内周部８２Ａから外周に向けて放射状に形成された４つの放射状部８２Ｂと、ポリイミド層３２の外周が露出するように外周部に形成された外周部８２Ｃを有する。