(57)【要約】プレート状の作用電極と、気密及び液密な周縁部によりそこに付着されたプレート状の対向電極とを含んでなり、前記作用電極及び前記対向電極がそれぞれ、導電層を備えた平らな基板上に形成されており、液体が前記作用電極、前記対向電極及び前記周縁部の間のスペースに受け入れられる液体封入式の光起電力素子において、相互に接続された電気導体の系統が前記作用電極及び前記対向電極のための前記各基板の前記導電層に設けられており、前記導体は電気絶縁材料の層を備えており、該層には、導体に対する電気接点のための少なくとも１つの凹部が設けられており、前記導体の系統は互いに鏡面対称の形状を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート状の作用電極と、気密及び液密な周縁部によりそこに付着されたプレート状の対向電極とを含んでなり、前記作用電極及び前記対向電極がそれぞれ、導電層（３，３’；１３，１３’）を備えた平らな基板（２，２’；１２，１２’）上に形成されており、液体（８）が前記作用電極、前記対向電極及び前記周縁部の間のスペースに受け入れられる液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）において、相互に接続された電気導体（４，４’；１４，１４’）の系統が前記作用電極及び前記対向電極のための前記各基板（２，２’；１２，１２’）の前記導電層（３，３’；１３，１３’）に設けられており、これら導体（４，４’；１４，１４’）は電気絶縁材料の層（５，５’；１５，１５’）を備えており、これら層（５，５’；１５，１５’）には、導体（４，４’；１４，１４’）に対する電気接点（９，９’；１９，１９’）のための少なくとも１つの凹部（１１，１１’；２１，２１’）が設けられており、前記導体（４，４’；１４，１４’）の系統が互いに鏡面対称の形状を有することを特徴とする液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項２】
各電極上の前記導体（４，４’；１４，１４’）の系統が合同な形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項３】
前記電気絶縁材料が接着材料（５，５’；１５，１５’）であることを特徴とする請求項１〜２のどちらかに記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項４】
前記接着材料がホットメルトプラスチック材料（５，５’；１５，１５’）であることを特徴とする請求項３に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項５】
前記系統の各々における前記電気導体（４，４’；１４，１４’）が、前記作用電極及び前記対向電極のための各基板（２，２’；１２，１２’）の縁部区域の少なくとも一部上で相互に結合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項６】
前記系統の各々における前記電気導体（４，４’）が、前記作用電極及び前記対向電極のための各基板（２，２’）の周囲にわたり延びる縁部区域上で相互に結合されていることを特徴とする請求項５に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項７】
前記作用電極及び前記対向電極のそれぞれのための前記基板（２，２’；１２，１２’）が、互いに対して鏡面対称の形状を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項８】
前記基板（２，２’；１２，１２’）が正多角形の形をとっていることを特徴とする請求項７に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項９】
前記基板（２，２’；１２，１２’）が正方形の形状を有していることを特徴とする請求項８に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項１０】
前記基板（２，２’；１２，１２’）が長方形の形をとっていることを特徴とする請求項７に記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【請求項１１】
前記導体（４，４’；１４，１４’）が、前記基板（２，２’；１２，１２’）の幅の半分よりも小さな距離にわたり前記各基板（２，２’；１２，１２’）の縁部区域から平行な態様で延びていることを特徴とする請求項９〜１０のどちらかに記載の液体封入式の光起電力素子（１；１０，２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも、プレート状の作用電極と、気密及び液密な周縁部によりそこに付着されたプレート状の対向電極とを含んでなり、液体がこれら作用電極、対向電極及び周縁部の間のスペースに受け入れられる液体封入式の光起電力素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような液体封入式の光起電力素子は、欧州特許出願公開第０８５５７２６号明細書から既知である。この既知の光起電力素子は、第１基板上に付着される少なくとも第１導電層の層状構造により形成された作用電極と、この第１導電層上に付着されるナノ結晶金属酸化物半導体材料の層と、透明第２基板上に付着される透明第２導電層により形成される対向電極と、半導体材料の層及び第２導電層の間に封入される電解液とから構成されている。実際の状況では、第１及び第２基板についてはガラス板が通常使用される。
【０００３】
この既知の液体封入式の光起電力素子の欠点は、この素子から電流をとるための端子もしくは接点が該素子に縁部区域上に配置されていて、いかなる場合でも、第１端子が形成される第１基板上の第１縁部区域は第２基板と向き合って延びておらず、また逆に、第２端子が形成される第２基板上の第２縁部区域は第１基板と向き合って延びていない。既知の液体封入式の光起電力素子における作用電極の基板及び対向電極の基板は、電気接点のためのスペースを提供するように、互いに心ズレしている。互いに関する両基板の心ズレは、光起電力素子の利用可能な有効表面の減少という結果となり、そのため、この減少に比例して、この素子の最大出力の低下という結果になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、作用電極の基板及び対向電極の基板が完全に互いを覆うような方法で電気接点が配列されている液体封入式の光起電力素子を提供することである。
【０００５】
更なる目的は、作用電極及び対向電極が効果的且つ耐久性のある方法で相互に結合されていると共に、電解液が簡単な方法で導入されるような素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの目的は、前提部分に記載された形式の液体封入式の光起電力素子において、本発明によると、相互に接続された電気導体の系統が前記作用電極及び前記対向電極のための前記各基板の前記導電層に設けられており、前記導体は、電気絶縁材料の層を備えており、該層には、導体に対する電気接点のための少なくとも１つの凹部が設けられており、前記導体の系統は互いに鏡面対称の形状を有している、液体封入式の光起電力素子により達成される。
【０００７】
本発明に係る光起電力素子は、該素子の縁部区域上に同素子から電流をとるための接点もしくは端子（“タブ”）を配する選択肢を提供しており、その目的のために、作用電極の基板及び対向電極の基板が互いに対して心ずれしていることを必要としていない。導体の系統が鏡面対称の形であることは、作用電極（半導体材料の層を有する）及び対向電極上にそれぞれある導体と導体との間の諸表面もまた鏡面対称の形を有することを意味している。作用電極及び対向電極上にそれぞれある導体の系統が対向している光起電力素子において、半導体材料の層を有する部分及び作用電極上の対応部分もまた対向しており、これは光起電力素子の効率を向上させる。
【０００８】
各電極上の導体の系統は、作用電極及び対向電極の製造中に、相互に接続された電気導体の系統が設けられた導電層を備える１種類の基板が使用できるように、合同な形状を有していることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る光起電力素子の実施形態において、前記電気絶縁材料は、接着材料、例えばホットメルトプラスチック材料である。
【００１０】
対面する電極上にあるその導体が接着材料の層を備える光起電力素子は、対面する接着層を互いに接着且つ封止接触状態に配置することにより、簡単で且つ費用を節約する方法で製造されることができる。こうして製造された素子は、特に安定であり且つ機械的に強いという利点を更にもたらす。
【００１１】
本発明に係る光起電力素子の更に別の実施形態において、前記系統の各々における前記電気導体は、前記作用電極及び前記対向電極のための各基板の縁部区域の少なくとも一部上で相互に結合されている。
【００１２】
この実施形態は、複数の光起電力電池を２つの共通の対向基板上に形成するという選択肢を提供しており、ここで、電流をとるための端子は、いずれの場合も、導体が相互に接続されている縁部区域の一部上に配される。
【００１３】
次の実施形態においては、前記系統の各々における前記電気導体は、前記作用電極及び前記対向電極のための各基板の周囲にわたり延びる縁部区域上で相互に結合されている。
【００１４】
この実施形態においては、１つの光起電力電池が２つの対向基板上に形成され、この場合、接点は、自由に選択できる縁部区域上の位置において、各基板上に設けることができる。
【００１５】
前記作用電極及び前記対向電極のそれぞれの前記基板は、互いに対して鏡面対称の形状を有していることが好ましく、また、より好ましくは長方形又は正多角形の形をとっており、特に好ましくは、正方形の形状を有している。
【００１６】
正方形の基板を有する光起電力素子は、特に効率的な方法で、従って、比較的に低コスとで製造することができ、また、対応する複数の素子を使用して組み立て光起電力パネルにすることができる。
【００１７】
特に有利な実施形態において、前記導体は、前記基板の幅の半分よりも小さな距離にわたり前記各基板の縁部区域から平行な態様で延びている。
【００１８】
この後者の実施形態による光起電力素子は、かかる導体を有する電極間のスペースに電解液を迅速な方法で充填することができるので、その製造中に特別な利点をもたらす。充填は、１つの基板の中央に仮充填開口を配し、素子を回転自在のディスク上に充填開口が該ディスクの回転軸心と一致するように配置し、ディスクを回転させると同時に充填開口を経由して液体をスペース内に送り込むことにより行われ、該スペースにおいて液体は遠心力の影響下に半径方向に移動される。
【００１９】
本発明は、図面を参照し、実施形態に基づいて以下に明らかにされるであろう。
【００２０】
対応する諸構成要素は、図面において、同一参照数字で表わされている。簡明にするため、諸構成要素は正しい相対的縮尺で示されていないことが分かる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１、図２及び図３は、正方形のガラス板２，２’から組み立てられた液体封入式の光起電力素子１を示しており、該ガラス板には、フッ素がドーピングされた透明導電酸化第二スズ（ＳｎＯ2：Ｆ）の透明導電酸化物（ＴＣＯ）層３，３’と、例えば、商標名サーリン（Surlyn）でデュポン（DuPont）から市販されている製品である溶解されてホットメルトポリマーフォイルの層を形成する絶縁層５，５’で被覆された銀（Ａｇ）導体４，４’のパターンとが連続的に配されている。上側のガラス板２，３，４には、色素増感性ナノ結晶二酸化チタン（ＴｉＯ2）のパターン６が絶縁されたＡｇ導体４とＡｇ導体４との間に配されており、下側のガラス板２’，３’，４’には、白金（Ｐｔ）の薄層のパターン７が絶縁されたＡｇ導体４とＡｇ導体４との間に配されている。ＴＣＯ層３、Ａｇパターン４及びＴｉＯ2パターン６を有する上側の基板２は、作用電極を形成し、ＴＣＯ層３’、Ａｇパターン４’及びＰｔパターン７’を有する下側の基板２’は、対向電極を形成する。作用電極及び対向電極間のスペース内には、例えばヨウ化リチウム−ヨウ素溶液（ＬｉＩ-Ｉ）である電解液８が受け入れられている。Ａｇ導体４，４’は、周辺に沿って延びる各導体によりそれぞれ相互に結合されており、該導体には、素子１から電流をとるためにタブ９，９’が配されている。
【００２２】
図４は、図１に示した素子１の作用電極及び対向電極にそれぞれあるＡｇ導体４，４’のパターンを示している。パターン４，４’は、鏡面対称であり、作用電極及び対向電極上の合同な電気導体４，４’は、各基板２，２’の全周に沿って延びる縁部区域で相互に結合されており、そこでは、導体４，４’は、基板２，２’の幅の半分よりも小さな距離にわたり縁部区域から平行な態様で延びている。
【００２３】
図５は、封止フォイル５，５’のパターンを示しており、そこでは、作用電極に配される１つのタブ９が同作用電極上の導体４にかぶさるフォイル５により分かる状態にされると共に、対向電極にある導体４’にかぶさるフォイル５’により覆われ、そして対向電極に配される１つのタブ９’が同対向電極上の導体４’にかぶさるフォイル５’により分かる状態にされると共に、作用電極にある導体４にかぶさるフォイル５により覆われるような方法で、凹部１１，１１’がタブ９，９’のためにそれぞれ配されている。
【００２４】
図６は、ＴｉＯ2層６及びＰｔ層７’のパターンを示しており、該パターンは、鏡面対称であると共に、各作用電極及び対向電極の基板２，２’上で互いに合同である。
【００２５】
図７は、素子に液体を充填する前の製造プロセスにおける一段階中の対向電極（Ｐｔ層７’を有する寸法１０ｃｍ×１０ｃｍの基板２’）を示しており、これは充填後に封止されるべき中央に配置された充填開口３２を備えている。充填開口３２の中央配置と、基板２，２’の幅の半分よりも小さな距離にわたり縁部区域から平行な仕方で延びる導体４，４’の配置とは、液体が充填開口３２から半径方向に向けられる遠心力の影響下に作用電極及び対向電極間のスペース内に導入されることを可能にする。
【００２６】
図８は、直列に接続されると共に共通の正方形のガラス板２，２’の各象限に配備された４つの光起電力単一電池（monocell）２０から組み立てられた液体封入式の光起電力素子１０を示しており、該ガラス板上には、ＳｎＯ2：ＦのＴＣＯ層１３，１３’と、各層中に溶解されるホットメルトポリマーフォイルの絶縁層１５，１５’で被覆されたＡｇ導体１４，１４’のパターンとが連続的に配されている。上側のガラス板１２，１３，１４には、色素増感ナノ結晶ＴｉＯ2の各パターン１６が絶縁されたＡｇ導体１４とＡｇ導体１４との間に配されており、下側のガラス板１２’，１３’，１４’には、Ｐｔの薄層の各パターン１７が絶縁されたＡｇ導体１４’とＡｇ導体１４’との間に配されている。上側の基板１２上のそれぞれのＴＣＯ層１３、Ａｇパターン１４及びＴｉＯ2パターン１６は、各作用電極を形成し、下側の基板１２’上のそれぞれのＴＣＯ層１３’、Ａｇパターン１４’及びＰｔパターン１７’は、各対向電極を形成する。電解液は、それぞれの作用電極及び対向電極の間のスペースに受け入れられる。Ａｇ導体１４，１４’は、周囲の一部に沿って延びる各導体により相互に接続されており、そして該導体には、直列に接続するために、個々の単一電池２０と、素子１０から電流をとるために、タブ９、９’との間に結線（図示せず）は配されている。
【００２７】
図９は、図８に示した素子１０の単一電池２０の作用電極及び対向電極にそれぞれあるＡｇ導体１４，１４’のパターンを示している。パターン１４，１４’は、各単一電池について別々であると共に素子１０のために鏡面対称であり、作用電極及び対向電極にある電気導体は、各基板の周囲の一部に沿って延びる縁部区域で相互に接続されており、そこでは、導体は、基板の幅の半分よりも小さな距離にわたり縁部区域から平行な仕方で延びている。
【００２８】
図１０は、封止フォイル１５，１５’のパターンを示しており、そこでは、作用電極に配される１つのタブ１９が同作用電極上の導体１４にかぶさるフォイル１５により分かる状態にされると共に、対向電極にある導体１４’にかぶさるフォイル１５’により覆われ、そして対向電極に配される１つのタブ１９’が同対向電極上の導体１４’にかぶさるフォイル１５’により分かる状態にされると共に、作用電極にある導体１４にかぶさるフォイル１５により覆われるような方法で、凹部２１，２１’が各直列結線（図示せず）のため及びタブ１９，１９’のためにそれぞれ配されている。
【００２９】
図１１は、それぞれ作用電極及び対向電極のための基板にある各ＴｉＯ2層のパターン１６と、それと一致し且つ鏡面対称である、Ｐｔ層１７’とを示している。
【００３０】
図１２は、レーザーを使用して単一電池２０と単一電池２０との間に電気絶縁溝２３，２３’が配されたＴＣＯ層１３，１３’を備える、それぞれ作用電極及び対向電極のための基板１２，１２’を示している。
【００３１】
図１３は、素子に液体を充填する前の製造プロセスにおける一段階中の対向電極（Ｐｔ層１７’を有する寸法３０ｃｍ×３０ｃｍの基板１２’）を示しており、これは充填後に封止されるべき中央に配置された４つの充填開口４２を備えている。充填開口４２の中央配置と、基板１２，１２’の幅の半分よりも小さな距離にわたり縁部区域から平行な仕方で延びる導体１４，１４’の配置とは、液体が充填開口４２から半径方向に向けられる遠心力の影響下に作用電極及び対向電極間のスペース内に導入されることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る光起電力素子の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示した素子のII−II線に沿った第１の縦断面図である。
【図３】図１に示した素子のIII−III線に沿った第２の縦断面図である。
【図４】図１に示した素子における導体のパターンを示す平面図である。
【図５】図１に示した素子における封止フォイルのパターンを示す平面図である。
【図６】図１に示した素子における作用電極及び対向電極のための基板上に形成された層のパターンを示す平面図である。
【図７】一製造工程中における図１に示した素子の対向電極を示す平面図である。
【図８】本発明に係る光起電力素子の第２実施形態を示す平面図である。
【図９】図８に示した素子における導体のパターンを示す平面図である。
【図１０】図８に示した素子における封止フォイルのパターンを示す平面図である。
【図１１】図８に示した素子における作用電極及び対向電極のための基板上に形成された層のパターンを示す平面図である。
【図１２】図８に示した素子において、それぞれＴＣＯ層を備えた作用電極及び対向電極のための基板を示す平面図である。
【図１３】一製造段階中における図８に示した素子の対向電極を示す平面図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2005528750.tif 000016
2005528750.tif 000017
2005528750.tif 000018