(57)【要約】【課題】簡単な構造を有し変換効率の向上、相互の容易接続が可能な光電変換装置、及び、集光効率を向上させた光電変換装置モジュールを提供すること。【解決手段】透明導電膜が形成された透明基板と、この透明導電膜面に成された複数列の集電グリッド３及び光電変換層５と、透明基板に対向配置され一辺に凹部切欠部１５をもつ対向基板（金属）と、この対向基板面に短冊状に形成された複数列の触媒層と、透明基板と対向基板の間に形成された電解質層とを有し、光電変換層が短冊状に、集電グリッドが線状にそれぞれ形成され、光電変換層と触媒層、集電グリッドと対向基板がそれぞれ対向配置され、集電グリッドに繋がる接続用端子部１４と凹部切欠部が対向配置されている。光電変換層と対向電極の距離を小さくし、電解質層による抵抗損失を小さくして変換効率を高めることができ、モジュール化に好適な形状を有している。【選択図】図１
2011216189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材と、
この第１基材に設けられた集電体層と、
前記第１基材の平面に対向し、一辺に凹状切欠部を有する金属からなる第２基材と、
前記集電体層に接続して形成された接続用端子部と
を有し、前記凹状切欠部に対向して前記接続用端子部が配置されている、光電変換装置。
【請求項２】
前記第１基材に形成された透明導電層と、この透明導電層の面に短冊状に複数列をなして形成され色素が担持された酸化物半導体層と、前記集電体層の表面を被覆する保護層と、前記第２基材に形成された触媒層と、前記第１基材と前記第２基材との間に形成された電解質層とを有し、前記第２基材は前記第１基材の平面に対向し連続する平坦面を備え、前記集電体層が前記酸化物半導体層を挟むように前記透明導電層の面に線状に複数列をなして形成され、前記触媒層が前記平坦面に連続又は不連続に形成され、前記酸化物半導体層と前記触媒層とが対向して配置され、前記保護層の先端部が前記触媒層の面と前記平坦面との間の位置に配置された、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記透明導電層の面と前記平坦面との間の距離をＨ、前記酸化物半導体層の厚さをＨt、前記触媒層の厚さをＨc、前記透明導電層の面と前記保護層の先端部との間の距離をＨp、前記酸化物半導体層と前記触媒層との対向面の間隔をｇとする時、Ｈ＞（Ｈt＋Ｈc）、Ｈ＞Ｈp＞（Ｈt＋ｇ）である、請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記触媒層が連続して形成されており、前記触媒層に前記保護層の先端部を受け入れる凹部が形成され、前記保護層の先端部が前記凹部の内部に配置されている、請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記保護層の外側幅をＷp、前記凹部の内部の幅をＷcとする時、Ｗc≧Ｗpである、請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記触媒層が不連続に短冊状に複数列をなして形成されており、前記保護層の先端部が、隣接する短冊状の前記触媒層の間にある、請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記保護層の外側幅をＷp、隣接する前記触媒層の間の距離をＷcとする時、Ｗc≧Ｗpである、請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記酸化物半導体層の全体で生じる発電電力から前記酸化物半導体層の全体で生じる抵抗損失による電力損失を差し引いた値が最大となるように、前記酸化物半導体層の幅が決定されている、請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の光電変換装置の複数個が平面に配置され、隣接する２つの光電変換装置の一方の前記接続用端子部と他方の前記第２基材とが電気的に接続された、光電変換装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及びこれを平面に配置し接続してなる光電変換装置モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の意識が高まり、太陽光発電はその重要性を一段と増している。色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ（Dye-Sensitized Solar Cell））は、透明基板に透明導電層、酸化物半導体層を形成し、この酸化物半導体層に増感色素を担持させた色素担持酸化物半導体層（光電変換層）を作用電極（光電極、窓電極）とし、この作用電極と対向電極の間に酸化還元電解質層を配置した構成を有している。この色素増感太陽電池は、太陽光により色素内で励起された電子が酸化物半導体層に注入され透明導電膜に流れ、負荷を含む外部回路を介して対向極に電流が流れ電池として作用する。
【０００３】
色素増感太陽電池は、シリコン系太陽電池と比較すると、製造に必要な原料に資源的な制約が少ないこと、真空設備を必要とせず、印刷方式や流れ生産方式で製造することができ、製造コスト、設備コストが安くすむという利点がある。
【０００４】
このような色素増感太陽電池においては、受光面積の大型化とより高い光電子量子変換効率が望まれている。しかし、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の透明導電層の抵抗が高いため、大型化に伴って変換効率の低下を避けることが難しく、この対策として、例えば、透明導電層の表面に集電配線を設け抵抗を下げる方法がとられている。
【０００５】
色素増感太陽電池として各種の構造を有するものが提案されている。例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の透明導電層が形成された透明基板上に、二酸化チタン等の酸化物半導体に増感色素を担持させた色素担持酸化物半導体層（光電変換層）からなる作用電極（光電極、窓電極）、及び、保護層を備えた集電配線層（集電電極）が形成され、この作用電極とこれに対向する対向電極の間に酸化還元電解質層が配置された構造を有する色素増感太陽電池に関して、いくつかの報告がある（例えば、後記する特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４を参照。）。
【０００６】
また、作用電極と対向電極との間の距離を狭くした構造を有する色素増感太陽電池に関して、いくつかの報告がある（例えば、後記する特許文献５、特許文献６を参照。）。
【０００７】
太陽電池セルを平面に複数個配置して電気的に接続することにより形成される太陽電池モジュールにおける、太陽電池セル同士の接続構造に関して、いくつかの報告がある（例えば、後記する特許文献７、特許文献８を参照。）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光電変換装置としての色素増感太陽電池における色素担持酸化物半導体層（光電変換層）は、作用電極として、ガラス基板のような透明基板に形成された透明導電層を被覆するように設けられることが多い。しかし、透明導電層には透明性が要求されるため、その低抵抗化には一定の制約を受ける。このため、色素増感太陽電池が大面積化するほど、光電変換層での光電変換により生じた電子を効率よく集めることが困難となる。この対策として、例えば、低抵抗、格子状の集電配線層（集電電極）を透明導電層上に形成し、この集電電極に集電するようにしている。
【０００９】
透明導電層による抵抗損失を減少させ低抵抗化するためには、集電電極の幅又は厚さを大きくする必要があるが、例えば、幅を大きくすると、光電変換層の面積が減少し単位面積当たりの変換効率が低下してしまう。また、集電電極の厚さを厚くすると、作用電極に対向する対向対極との距離、即ち、電解質層の厚さが厚くなるため、イオンの移動速度が低下する結果、電解質層による抵抗損失のため変換効率の低下につながってしまう。
【００１０】
透明導電層による抵抗損失は集電電極の配置によって低減できるが、抵抗損失を最小とするような最適な条件下での集電配線の配置が望ましい。また、電解質層による抵抗損失を低減するためには、作用電極と対向電極の距離をできるだけ小さくする必要があり、構造を工夫する必要がある。
【００１１】
なお、特許文献５、特許文献６では、作用電極と対向電極との間の距離を狭くした構造を有する色素増感太陽電池報告されているが、その構造は複雑なものとなっている。
【００１２】
色素増感太陽電池（太陽電池セル）を平面に複数個配置して、太陽電池セル同士を電気的に接続して、太陽電池モジュールを形成する場合に、太陽電池セル同士を電気的に接続するための端子領域の面積を小さくして、各太陽電池セルの受光面積を大きくして、太陽電池モジュールが設置される面積全体に対して、太陽電池セル全体による受光面積を可能な限り大きくして、集光効率を向上させた太陽電池モジュールが要求される。また、太陽電池セル同士の電気的な接続が容易に行えるような接続構造が要求される。しかしながら、このような要求に対して、特許文献７、特許文献８に記載の太陽電池モジュールでは、十分な配慮がなされていなかった。
【００１３】
本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡単な構造を有し、変換効率の向上を可能とし、相互に容易に接続することできる光電変換装置、及び、これを平面に配置し接続してなり、集光効率を向上させた光電変換装置モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
即ち、本発明は、第１基材（例えば、後述の実施の形態における透明基板１）と、この第１基材に設けられた集電体層（例えば、後述の実施の形態における集電グリッド３）と、前記第１基材の平面に対向し、一辺に凹状切欠部を有する金属からなる第２基材（例えば、後述の実施の形態における対向基板９）と、前記集電体層に接続して形成された接続用端子部とを有し、前記凹状切欠部に対向して前記接続用端子部が配置されている光電変換装置に係るものである。
【００１５】
また、本発明は、上記の光電変換装置の複数個が平面に配置され、隣接する２つの光電変換装置の一方の前記接続用端子部と他方の前記第２基材とが電気的に接続された、光電変換装置モジュールに係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１基材と、この第１基材に設けられた集電体層と、前記第１基材の平面に対向し、一辺に凹状切欠部を有する金属からなる第２基材と、前記集電体層に接続して形成された接続用端子部とを有し、前記凹状切欠部に対向して前記接続用端子部が配置されているので、光電変換装置は簡単な構造を有し、前記集電体層の厚みを増大させることができ、集電効率を向上させることができる。また、複数の光電変換装置を平面にほぼ密接して配置し、相互に容易に接続することができる光電変換装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、上記の光電変換装置の複数個が平面に配置され、隣接する２つの光電変換装置の一方の前記接続用端子部と他方の前記第２基材とが電気的に接続され形成されるので、簡単な構造を有し、変換効率の向上を可能とする複数の光電変換装置を平面にほぼ密接して配置し、相互に容易に接続することができ、複数の光電変換装置の配列が占める総面積に対する受光面積の割合を高め、集光効率を向上させた光電変換装置モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における、色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する平面図である。
【図２】同上、色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する断面図である。
【図３】同上、色素増感太陽電池（対向セル）を構成する各層のパターンを基板へ投影した図である。
【図４】同上、色素増感太陽電池（対向セル）の配列を説明する平面図である。
【図５】同上、色素増感太陽電池（対向セル）の実装と接続を説明する断面図である。
【図６】同上、色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する断面図である。
【図７】同上、色素増感太陽電池（対向セル）における電子の流れる方向を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施例における、多孔質光電変換層（ＴｉＯ2電極）パターンを説明する図である。
【図９】同上、触媒層（カーボン電極）パターンを説明する図である。
【図１０】同上、集電グリッド（Ａｇ電極）パターンを説明する図である。
【図１１】同上、保護層（Ａｇ電極保護層）パターンを説明する図である。
【図１２】同上、封止剤層パターンを説明する図である。
【図１３】同上、対向基板の形状を説明する図である。
【図１４】同上、対向セルとその単位構造の関係と最適電極幅の導出を説明する断面図である。
【図１５】同上、最適電極幅を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の光電変換装置では、前記第１基材に形成された透明導電層と、この透明導電層の面に短冊状に複数列をなして形成され色素が担持された酸化物半導体層と、前記集電体層の表面を被覆する保護層と、前記第２基材に形成された触媒層と、前記第１基材と前記第２基材との間に形成された電解質層とを有し、前記第２基材は前記第１基材の平面に対向し連続する平坦面を備え、前記集電体層が前記酸化物半導体層を挟むように前記透明導電層の面に線状に複数列をなして形成され、前記触媒層が前記平坦面に連続又は不連続に形成され、前記酸化物半導体層と前記触媒層とが対向して配置され、前記保護層の先端部が前記触媒層の面と前記平坦面との間の位置に配置された構成とするのがよい。
【００２０】
即ち、透明導電層が形成された第１基材と、前記透明導電層の面に短冊状に複数列をなして形成され色素が担持された酸化物半導体層と、この酸化物半導体層を挟むように前記透明導電層の面に線状に複数列をなして形成された集電体層と、この集電体層の表面を被覆する保護層と、前記集電体層に接続して形成された接続用端子部と、前記第１基材の平面に対向し連続する平坦面を備え一辺に凹状切欠部を有する金属からなる第２基材と、前記平坦面に連続又は不連続に形成された触媒層と、前記第１基材と前記第２基材との間に形成された電解質層とを有し、前記酸化物半導体層と前記触媒層とが対向して配置され、前記保護層の先端部が前記触媒層の面と前記平坦面との間の位置に配置され、前記凹状切欠部に対向して前記接続用端子部が配置されている構成とするのがよい。
【００２１】
このような構成によれば、光電変換装置は簡単な構造を有し、前記集電体層の厚みを増大させることができ、集電効率を向上させることができる。また、前記酸化物半導体層と前記触媒層の距離を小さくできるので、電解質層に抵抗の大きな電解液を使用する場合も、変換効率を高めることができる。更に、透明導電層による抵抗損失を最小とするような最適な条件下で集電配線を配置することによって、変換効率を高めることができる光電変換装置を提供することができる。
【００２２】
また、前記透明導電層の面と前記平坦面との間の距離をＨ、前記酸化物半導体層の厚さをＨt、前記触媒層の厚さをＨc、前記透明導電層の面と前記保護層の先端部との間の距離をＨp、前記酸化物半導体層と前記触媒層との対向面の間隔をｇとする時、Ｈ＞（Ｈt＋Ｈc）、Ｈ＞Ｈp＞（Ｈt＋ｇ）である構成とするのがよい。このような構成によれば、前記酸化物半導体層と前記触媒層が近接した配置とすることができ前記電解質層による抵抗損失のため生じる変換効率の低下を抑制することができ、また、前記酸化物半導体層と前記触媒層との接触による変換効率の低下を抑制することができる光電変換装置を提供することができる。なお、前記酸化物半導体層の厚さＨtは前記透明導電層と前記酸化物半導体層の凹凸を平均した平均面間の距離であり、前記触媒層の厚さＨcは前記第２基材と前記触媒層の凹凸を平均した平均面間の距離であり、前記酸化物半導体層と前記触媒層の間隔ｇは前記酸化物半導体層と前記酸化物半導体層の凹凸を平均した平均面間の距離である。
【００２３】
また、前記触媒層が連続して形成されており、前記触媒層に前記保護層の先端部を受け入れる凹部が形成され、前記保護層の先端部が前記凹部の内部に配置されている構成とするのがよい。このような構成によれば、前記触媒層はその全表面で前記電解質層に接することになるので、酸化型のレドックスイオンの還元反応が促進され、変換効率を向上させることができる光電変換装置を提供することができる。
【００２４】
また、前記保護層の外側幅をＷp、前記凹部の内部の幅をＷcとする時、Ｗc≧Ｗpである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記保護層と前記触媒層との接触による前記保護層の破損を抑制することができ、前記集電体層を確実に前記保護層によって保護することができ、変換効率の低下を抑制することができる光電変換装置を提供することができる。
【００２５】
また、前記触媒層が不連続に短冊状に複数列をなして形成されており、前記保護層の先端部が、隣接する短冊状の前記触媒層の間にある構成とするのがよい。このような構成によれば、前記酸化物半導体層と前記触媒層が近接した配置とすることができ前記電解質層による抵抗損失のため生じる変換効率の低下を抑制することができる光電変換装置を提供することができる。
【００２６】
また、前記保護層の外側幅をＷp、隣接する前記触媒層の間の距離をＷcとする時、Ｗc≧Ｗpである構成とするのがよい。このような構成によれば、前記保護層と前記触媒層との接触による前記保護層の破損を抑制することができ、前記集電体層を確実に前記保護層によって保護することができ、変換効率の低下を抑制することができる光電変換装置を提供することができる。
【００２７】
また、前記酸化物半導体層の全体で生じる発電電力から前記酸化物半導体層の全体で生じる抵抗損失による電力損失を差し引いた値が最大となるように、前記酸化物半導体層の幅が決定されている構成とするのがよい。このような構成によれば、前記酸化物半導体層の全体で生じる抵抗損失による電力損失の寄与がより小さくなるように、前記酸化物半導体層の幅が決定されているので、前記酸化物半導体層による抵抗損失のため生じる変換効率の低下を抑制することができる光電変換装置を提供することができる。
【００２８】
本発明による光電変換装置は、透明導電膜が形成された透明基板と、透明導電膜面に短冊状に複数列をなして形成され色素が担持された多孔質光電変換層と、この多孔質光電変換層を挟むように透明導電膜面に線状に複数列をなして形成され保護層によって被覆された集電グリッドと、透明基板に対向して配置され一辺に凹状切欠部が形成され金属からなる対向基板と、この対向基板面に、連続して形成されており保護層の先端部を受け入れる凹部が形成されている触媒層、或いは、不連続に短冊状に複数列をなして形成された触媒層と、透明基板と対向基板との間に形成された電解質層とを有している。対向基板に凹状切欠部を形成せず、対向基板の辺の近傍に貫通穴を開けた開口部を形成して、この開口部に対向して、集電グリッドが接続されている接続用端子部が配置されるようにしてもよい。
【００２９】
多孔質光電変換層と触媒層とが対向して配置され、保護層の先端部が、上記凹部の内部に、或いは、隣接する触媒層の間で対向基板に対向して配置されている。このような簡単な構造によって、多孔質光電変換層と対向電極の距離を小さくし、電解質層による抵抗損失を小さくして変換効率を高めることができる。また、集電グリッドに接続された接続用端子部と凹状切欠部が対向して配置されている。このような簡単な構造によって、光電変換層と対向電極の距離を小さくし、電解質層による抵抗損失を小さくして変換効率を高めることができ、モジュール化に好適な形状を有している。
【００３０】
以下、光電変換装置として色素増感太陽電池を例にとって、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は上述した作用、効果を満たす構成であればよく、これらの実施形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面は構成が明瞭に分かり易くなるように描いているので、縮尺は厳密に正確なものではない。
【００３１】
［実施の形態］
＜対向セル＞
図１は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する平面図である。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する断面図である。
【００３３】
図２（Ａ）は図１に示すＸ−Ｘ部の断面図（Ｘ−Ｘ断面図）、図２（Ｂ）は図１に示すＹ−Ｙ部の断面図（Ｙ−Ｙ断面図）、図２（Ｃ）は図１に示すＷ−Ｗ部の断面図（Ｗ−Ｗ断面図）、図２（Ｄ）は図１に示すＶ−Ｖ部の断面図（Ｖ−Ｖ断面図）である。
【００３４】
図１、図２に示すように、対向セルは、光が入射される窓極（作用極）と、これに対向して配置される対極、窓極（作用極）と対極の間に配置される電解質層６から構成されている。窓極（作用極）は、透明基板１、透明導電膜２、集電グリッド３、保護層４、多孔質光電変換層５から構成され、対極は、触媒層７ａ、金属からなる対向基板９、封止剤層１０から構成されている。
【００３５】
対向セルは、多孔質光電変換層５が短冊形にパターニング形成された透明導電膜２（この透明導電膜２は透明基板１の面に形成されている。）と、触媒層７ａが短冊形にパターニング形成された対向電極８（この対向電極８とは対向基板９の面に形成されている。）との間に、電解質層６が配置されており、複数の光電変換素子が形成され、隣接する光電変換素子間に、保護層４で被覆され集電用配線である集電グリッド３が形成されている構造を有している。窓極（作用極）と対極の間に積層された多孔質光電変換層５、電解質層６、触媒層７ａによって１つの光電変換素子が形成されている。
【００３６】
対向セルでは、保護層４で被覆された集電グリッド３によって分割された光電変換素子のそれぞれが、一方側の窓電極（作用極）の透明導電膜２と他方側の対極の対向電極８の間に形成されており、各光電変換素子は隣接する２つの集電グリッド３に電気接続した構造を有している。
【００３７】
対向基板９の一辺には、接続用端子１４が外部に露出するように、凹状切欠部１５が形成されている。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）を構成する各層のパターンを基板へ投影した図である。
【００３９】
図３（Ａ）は多孔質光電変換層（例えば、ＴｉＯ2電極）５、集電用配線である集電グリッド（例えば、Ａｇ電極）３、保護層（Ａｇ電極保護層）４の各層のパターンを透明基板（透明ガラス基板（例えば、ＦＴＯが形成されているＦＴＯガラス基板）１へ投影した図、図３（Ｂ）は触媒層（例えば、カーボン電極）７ａ、封止剤層１０の各層のパターンを対向基板（例えば、チタン板）９へ投影した図である。
【００４０】
図１から図３に示すように、多孔質光電変換層５と触媒層７ａはそれぞれ短冊状に複数列及び行（図３に示す例では１６列、３行）形成されている。また、集電グリッド３と保護層４はそれぞれ狭い幅を有し、線状に複数列及び行（図３に示す例では１５列、２行）形成されており、線状に形成された集電グリッド３は、透明基板１の一辺の近傍に形成された接続用端子１４に接続されている。この接続用端子１４は、透明基板１と対向基板９が封止層１０によって接合された時、対向基板９に形成された凹状切欠部１５に対応した位置に形成されており、外部に露出している。
【００４１】
光が入射される窓極（作用極）、これに対向して配置される対極は次のようにして作製される。
【００４２】
光が入射される窓極（作用極）は次のようにして作製される。透明基板１に透明導電膜が形成された透明導電性基板を、窓極（作用極）基板として使用する。この透明導電性基板の外周の一部（封止剤層１０と接合される）の透明導電膜は除去されている。
【００４３】
先ず、透明電導膜２に多孔質酸化物半導体層が形成される。次に、透明電導膜２の面に集電グリッド３が形成され、更に、集電グリッド３を電解質層６から遮蔽し保護する保護層４が形成される。次に、先に形成された多孔質酸化物半導体層に増感色素を担持させて多孔質光電変換層５が形成される。
【００４４】
窓極（作用極）に対向する対極は次のようにして作製される。対向電極を兼ねる金属からなる対向基板９の面に触媒層７ａが形成される。次に、対向基板９の所定の位置に電解液注液用口が形成される。次に、対向基板９の面に封止剤層１０が形成される。
【００４５】
以上のようにして準備された窓極（作用極）と対極の電極面が、封止剤層１０を挟むように対向され、封止剤を硬化させて窓極（作用極）と対極を一体化させる。
【００４６】
次に、対向基板９に先に形成されている図示しない電解液注液用口より、例えば、電解液を注入し対向セル内に浸透させた後、注液口周りの電解液は除去され、電解液注液用口が封止される。
【００４７】
図１から図３に示す対向セルを単独で使用する場合には、線状に形成された各集電グリッド３が接続され、透明基板１の一辺の近傍に形成され、外部に露出している接続用端子１４、対向基板９の背面にそれぞれ、外部負荷に接続される配線がなされる。
【００４８】
＜複数の対向セルの実装と接続例＞
図１から図３に示す対向セルを複数個使用した太陽電池モジュールは、次のようにして形成される。
【００４９】
図４は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）の配列を説明する平面図である。
【００５０】
図４に示すように、太陽電池モジュールは、図１から図３に示した対向セルを縦方向に直線状に複数個、間隙をおいて配置して電気的に接続することによりセルユニットを形成し、このセルユニットを横方向に複数個配置すると共に、この各セルユニットにおいて、縦方向で互いに隣接する対向セル同士を、半田メッキされた配線部材（インターコネクター）で電気的に直列接続し、更に、セルユニット間を電気的に直列接続することによって、マトリクス状に配置された複数の対向セルの全体を直列接続した構造となっている。
【００５１】
図５は、本発明の実施の形態における複数の色素増感太陽電池（対向セル）の実装と接続を説明する図である。
【００５２】
図５（Ａ）は図４に示すＵ−Ｕ部（図１に示すＷ−Ｗ部に対応する。）の断面図（Ｕ−Ｕ断面図）、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の詳細部分拡大図、図５（Ｃ）はインターコネクターの形状の例とその接続面を説明する斜視図、図５（Ｄ）はインターコネクターによる接続部の局所拡大断面図である。
【００５３】
図５（Ａ）に示すように、図４に示すマトリクス状に配置された複数の対向セルを透明支持上板（上部カバーシート）２０と支持下板（下部カバーシート）２１の間に、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ：Ethylene-Vinyl Acetate copolymer）樹脂等の透明充填剤２２を使用して封止して太陽電池モジュールとしている。隣接する対向セルは、隣接する対向セルの対向基板９同士が接触しないように、間隙を置いて配置されており、インターコネクター２３によって電気的に接続されている。隣接する対向セルの間の間隙は、特に限定されないが、通常、０．５ｍｍ以上とする。この間隙が小さいほど、光の利用効率は大きくなるが、間隙が０．５ｍｍ以下の場合には、複数の対向セルを封止する際に、隣接する対向セル同士が接触して破損するおそれがある。
【００５４】
図５（Ｂ）から図５（Ｄ）に示すように、隣接する対向セルは、一方の対向セルの透明基板１に形成された接続用端子部１４と、他方の対向セルの対向基板９との間が、インターコネクター２３によって電気的に接続されている。このインターコネクター２３には、そのほぼ中央に、透明基板１の厚みを差引いた対向セルの厚みに相当する屈曲段部が形成されており、この屈曲段部を介して一方の接続面Ａ（２３ａ）が一方の対向セルの接続用端子部１４に接続され、他方の接続面Ｂ（２３ｂ）が他方の対向セルの対向基板９に接続されている。
【００５５】
＜対向セルの構成＞
図６は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）の構成を説明する断面図である。
【００５６】
図６（Ａ）は対向電極８に矩形状の触媒層７ａを配置した構成を説明する図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の部分拡大図、図６（Ｃ）は比較例における対向電極８と触媒層７ｂの位置関係を説明する図である。
【００５７】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、対向セルは、多孔質光電変換層５が短冊形にパターニング形成された透明導電膜２（この透明導電膜２は透明基板１の面に形成されている。）と、触媒層７ａが短冊形にパターニング形成された対向電極８（この対向電極８とは対向基板９の面に形成されている。）との間に、電解質層６が配置されており、複数の光電変換素子が形成され、隣接する光電変換素子間に、保護層４で被覆され集電用配線である集電グリッド３が形成されている構造を有している。窓極（作用極）と対極の間に積層された多孔質光電変換層５、電解質層６、触媒層７ａによって１つの光電変換素子が形成されている。
【００５８】
対向セルでは、保護層４で被覆された集電グリッド３によって分割された光電変換素子のそれぞれが、一方側の窓電極（作用極）の透明導電膜２と他方側の対極の対向電極８の間に形成されており、各光電変換素子は隣接する２つの集電グリッド３に電気接続した構造を有している。
【００５９】
即ち、対向セルは複数の光電変換素子からなり、光が入射される窓極（作用極）と、これに対向して配置される対極と、窓極（作用極）と対極の間に配置される電解質層６から構成されている。窓極（作用極）は、透明基板１、透明導電膜２、集電グリッド３、保護層４、色素が担持された多孔質酸化物半導体層からなる多孔質光電変換層５から構成され、対極は、触媒層７ａ、対向電極８、対向基板９、封止剤層１０から構成されている。
【００６０】
なお、対向基板９が、チタン、ＳＵＳ等の金属からなる場合には対向電極８を設けなくてもよい。窓極（作用極）と対極の間に配置される電解質層６は、封止剤層１０によって封止されている。
【００６１】
多孔質光電変換層５と触媒層７ａはそれぞれ短冊状に複数列形成されている。図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示す例では、触媒層７ａが不連続に形成されており、隣接する短冊状の触媒層７ａの間の不連続部では、対向電極８が電解質層６と接する構造となっており、保護層４の先端部が対向電極８に対向している。このような構造によって、集電グリッド３の厚みを増大させることができ、集電効率を向上させることができる。
【００６２】
なお、触媒層７ａが連続して形成されており、保護層４の先端部が対向電極８に対向する位置に対応して、触媒層７ａに凹部（溝）が形成された構造であってもよい。このような構造では、連続して形成された触媒層７ａはその全表面積で電解質層６に接することになるので、酸化型のレドックスイオンの還元反応が促進され、変換効率を向上させることができる．また、上記と同様に、集電グリッド３の厚みを増大させることができ、集電効率を向上させることができる。
【００６３】
触媒層７ａを不連続に形成する、或いは、触媒層７ａを連続して形成し凹部（溝）を設けることによって、電解質層６として電解質液を使用する場合、図示しない開口部から電解質液を注液した電解質液は、触媒層７ａの不連続部、或いは、凹部（溝）をすばやく拡散していくので、電解質液は、多孔質光電変換層５と触媒層７ａの間の狭い隙間に効率よく注入されていく。
【００６４】
集電グリッド３と保護層４はそれぞれ狭い幅を有し、線状に複数列形成されている。受光面積を大型化させた色素増感太陽電池では、集電グリッド３のような集電用配線は必須であり、集電用配線の形成によって窓極（作用極）と対極の間隔が大きくなることは、変換効率の低下をもたらすので、この間隔はできるだけ小さくする必要がある。
【００６５】
透明基板１として、可視領域で透明であればよく、ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板又はフィルムを使用することができる。例えば、ガラスとしてソーダガラス、耐熱ガラス、石英ガラスを使用することができ、また、セラミックスとしてアルミナ等を使用することができる。また、樹脂として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等を使用することができる。
【００６６】
透明導電膜２として、酸化インジウム、錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛をドープした酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化錫、アンチモンをドープした酸化錫（ＡＴＯ）、フッ素をドープした酸化錫（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、アルミニウムをドープした酸化亜鉛（ＡＺＯ）等の導電性金属酸化物を使用することができる。
【００６７】
集電グリッド（集電用配線層）３は透明導電膜２よりも低抵抗の材料によって形成される。例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、又は、それらの化合物や合金等を使用することができ、格子状、ストライプ状、櫛状に形成してもよい。
【００６８】
保護層４は、ヨウ素電解液等の電解液に対して腐食耐性を有する材料であればよく、導電性配線層を電解質から遮断し、逆電子移動反応や導電性配線の腐食を妨げる。保護層４として、金属酸化物、ＴｉＮ、ＷＮ等の金属窒化物、低融点ガラスフリット等のガラス、エポキシ、シリコーン、ポリイミド、アクリル、ポリイソブチレン、アイオノマー、ポリオレフィン等の樹脂を使用することができる。
【００６９】
多孔質酸化物半導体層として、一般に光電変換材料に使用されるものが使用可能である。例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ3Ｏ3）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化タリウム（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化ホスホニウム（Ｈｏ2Ｏ3）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の半導体化合物を使用することができる。
【００７０】
多孔質酸化物半導体層に吸着させて光増感剤として機能する色素としては、可視光領域及び／又は赤外光領域に吸収をもつ周知の種々の化合物を使用することができる。有機色素、金属錯体色素等を使用することができる。有機色素として、例えば、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、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素を使用することができる。金属錯体色素として、例えば、ルテニウムビピリジン系金属錯体色素、ルテニウムターピリジン系金属錯体色素、ルテニウムクォーターピリジン系金属錯体色素等のルテニウム系金属錯体色素を使用することができる。多孔性酸化物半導体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、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が好ましく、これらの中でもカルボキシル基（ＣＯＯＨ基）を有するものが特に好ましい。一般に、インターロック基は、色素を半導体表面へ吸着・固定する機能を有し、励起状態の色素と多孔性酸化物半導体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供給する。
【００７１】
対極に使用される対向基板９として、ＩＴＯ、ＦＴＯ等の透明性導電膜が形成されたガラス板、樹脂シート又はフィルム、或いは、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ等の金属膜が形成されたガラス板、プラスチックシート、フィルム等を使用することができる。この場合、透明性導電膜、金属膜は対向電極８となる。なお、対向基板９として、金属基板又は箔を使用する場合には、対向電極８を設けなくてもよい。
【００７２】
触媒層７ａは、電解液中のＩ3− イオン等の酸化型のレドックスイオンの還元反応を促進させ充分な速度で行なわせる触媒能を有するものであればよく、例えば、Ｐｔ、カーボン（Ｃ）、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ等からなる層を使用することができる。
【００７３】
電解質層６の形成に使用される電解質として、リチウムイオン等の陽イオンやヨウ素イオン等の陰イオンを含む種々の電解質溶液を使用することができる。この電解質中に、酸化型構造及び還元型構造を可逆的にとり得るような酸化還元対を存在させることが好ましく、このような酸化還元対として、例えば、ヨウ素−ヨウ素化合物、臭素−臭素化合物、キノン−ヒドロキノン等がある。また、液体の電解質以外に、ゲル電解質、固体電解質、溶融塩ゲル電解質を使用することができる。
【００７４】
封止剤層１０は対極と窓極（作用極）を接合し、電解質層６の漏洩や揮発を防止し、外部からの不純物の内部への進入を防ぐ。封止剤層１０として、電解質層６の形成に使用される電解質に対する耐性を有する樹脂が使用される。例えば、熱融着フィルム、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂等を使用することができる。
【００７５】
ここで、図６（Ｂ）に示すように、Ｈ、Ｈt、Ｈc、Ｈp、Ｈa、ｇ、Ｗc、Ｗp、Ｗaを次のように定義する。Ｈは透明導電層２と対向電極８との対向面の間隔、Ｈtは多孔質光電変換層５の厚さ、Ｈcは触媒層７ａの厚さ、Ｈpは透明導電層２の面から保護層４の先端部までの距離、Ｈaは透明導電層２の面から集電グリッド３の先端部までの距離、ｇは多孔質光電変換層５と触媒層７ａの対向面の間隔、Ｗcは短冊状に形成された隣接する触媒層７ａの間隔、Ｗpは保護層の外側幅、Ｗaは集電グリッド３の外側幅である。
【００７６】
酸化物半導体層に色素が担持されてなる多孔質光電変換層５の厚さＨtは透明導電層２と多孔質光電変換層５それぞれの面の凹凸を平均した平均面間の距離であり、触媒層７ａの厚さＨcは対向電極８と触媒層７ａのそれぞれの面の凹凸を平均した平均面間の距離であり、多孔質光電変換層５と触媒層６の間隔ｇは、多孔質光電変換層５と触媒層のそれぞれの面の凹凸を平均した平均面間の距離であり、集電体グリッド３の厚さＨaと保護層４の厚さの和がＨpである。
【００７７】
図６（Ｂ）に示すように、Ｈ＞（Ｈt＋Ｈc）、即ち、ｇ＞０であり、多孔質光電変換層５と触媒層７ａとが接触しないように分離して配置されている。また、Ｈ＞Ｈp＞（Ｈt＋ｇ）であり、保護層４の先端部が、不連続に短冊状に複数列をなして形成された隣接する短冊状の触媒層７ａの間で、対向する対向電極８の面に接触しないように位置している。また、Ｗc＞Ｗp＞Ｗaであり、保護層４が触媒層７ａと接触しないように形成されている。
【００７８】
このような構成とすることによって、集電グリッド３の厚みを増大させて集電効率を向上させることができ、集電グリッド３を確実に保護層４によって確実に保護することができる。また、多孔質光電変換層５と触媒層７ａが近接した配置とすることができ電解質層６による抵抗損失のため生じる変換効率の低下を抑制することができ、更に、多孔質光電変換層５と触媒層６又は対向電極８との接触による変換効率の低下を抑制することができる。
【００７９】
図６（Ｃ）に示す比較例では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す触媒層７ａが一体に形成された触媒層７ｂと対向電極８ａとの位置関係を示しているが、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す場合と同様に、触媒層７ａの厚さをＨc、多孔質光電変換層５の厚さをＨt、透明導電層２の面から保護層４の先端部までの距離をＨpとすると、多孔質光電変換層５と触媒層７ｂとの間隔は（Ｈp−Ｈc）となり、明らかに図６（Ａ）及び図６（Ｂ）におけるｇよりも大きくなってしまい、電解質層６による抵抗損失のため生じる変換効率が大きくなってしまう。また、Ｈr＞Ｈであるので、比較例に示す構造ではでは厚さが厚いものとなってしまう。
【００８０】
このように、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す対向セルが、図６（Ｃ）に示す比較例と比較して、薄型であり、電解質層６による抵抗損失のため生じる変換効率が抑制さえていることが明らかである。
【００８１】
なお、対向セルを構成する各層の厚さは、例えば、次の通りである。
【００８２】
透明基板１の厚さに制限は無く、対向セルの構成に合わせて自由に選択できるが、通常、機械的強度と重量を考えると、０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。
【００８３】
透明導電膜２の厚さに制限は無く、対向セルの構成に合わせて自由に選択できるが、光の透過率とシート抵抗のバランス考えると、５０ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下である。
【００８４】
集電グリッド３の厚さは、対向セルのサイズや、流れる電流の大きさによって設計され、厚ければ抵抗を下げることが出来るが、封止層や、触媒層の厚みを増大させてしまうため、適切な値が存在し、通常は、０．１μｍ以上、１００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上、５０μｍ以下である。
【００８５】
保護層４の厚さは、集電グリッドを電解質から完全に遮断できていれば、その厚みに制限は無いが、通常、０．１μｍ以上、１００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上、５０μｍ以下である。
【００８６】
多孔質光電変換層５の厚さは、用いる色素によって最適値が異なるが、通常、１μｍ以上、１００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上、５０μｍ以下である。
【００８７】
電解質層６の厚さは、図６（Ｂ）に示すｇで表すと、電解質層の厚みは、イオン拡散の抵抗を下げるために、小さければ小さいほど良いが、小さすぎると、多孔質半導体電極と触媒層のショートがおきてしまうため、０．１μｍ以上、１００μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上、５０μｍ以下である。
【００８８】
触媒層７ａの厚さは、表面積を稼ぐ意味でも厚い方が好ましいが、厚くしすぎると、封止層の厚みが増大してしまう。通常、１μｍ以上、２００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００８９】
対向電極８の厚さに制限は無く、対向セルの構成に合わせて自由に選択できるが、通常は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上、５μｍ以下である。
【００９０】
封止層１０の厚さに制限は無く、対向セルの構成に合わせて自由に選択できるが、封止層が厚すぎる場合は、封止性能が悪くなる恐れがあり、通常は、１μｍ以上、２００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上、１００μｍ以下である。
【００９１】
＜対向セルにおける電子の流れる方向＞
図７は、本発明の実施の形態における色素増感太陽電池（対向セル）における電子の流れる方向を説明する断面図である。
【００９２】
図７（Ａ）は対向セルにおける電子の移動方向を説明する図、図７（Ｂ）は比較例であるＺ型モジュールにおける電子の移動方向を説明する図である。
【００９３】
図７（Ｂ）に示すように、Ｚ型モジュールは、透明導電膜２と多孔質光電変換層５とを順次、短冊形にパターニング形成した透明基板１と、対向電極８と触媒層７ａとを順次、短冊形にパターニング形成した対向基板９との間に、電解質層６が配置されており、複数の光電変換素子が形成され、隣接する光電変換素子間に、一対の絶縁障壁層１３ａ、１３ｂで挟んだ導電性接続層１２が形成され、この導電性接続層１２は透明導電膜２と対向電極８とを電気的に接続している構造を有している。絶縁障壁層１３ａ、１３ｂは、光電変換素子間の障壁であり導電性接続層１２の保護層である。光電変換素子は、多孔質光電変換層５、電解質層６、触媒層７ａが積層されてなる。
【００９４】
Ｚ型モジュールでは、一対の絶縁障壁層１３ａ、１３ｂによって分割された光電変換素子のそれぞれが、一方側の窓電極（作用極）の透明導電膜２と他方側の対極の対向電極８の間に形成されており、隣接する各光電変換素子の透明導電膜２と対向電極８とを導電性接続層１２を用いて繋ぎ合わせて電気接続（直列接続）した構造を有している。Ｚ型モジュールでは、電子の流れは一方向である。
【００９５】
図７（Ａ）に示すように、対向セルでは、透明導電膜２を移動する電子は、最も近い位置形成されている集電グリッド３に流れ込むので、電子の最大移動距離は（ｄ1＋（保護層の厚さ）)以下であり、この距離は、隣接する集電グリッド３の間の距離の略半部である。
【００９６】
一方、図７（Ｂ）に示すＺ型モジュールでは、電子の最大移動、隣接する導電性接続層１２の間の距離に等しい。
【００９７】
図７（Ａ）と図７（Ｂ）に比較から明らかなように、１つの光電変換素子の多孔質光電変換層５が同じ幅を有するＺ型モジュールと対向セルを考えると、対向セルにおける電子の移動距離は、Ｚ型モジュールにおける電子の移動距離の略半分である。透明導電膜２による抵抗損失が同じ一定値以下であるＺ型モジュールと対向セルを考えると、Ｚ型モジュールにおける隣接する導電性接続層１２の間の距離ｄ1とすると、対向セルでは、隣接する集電グリッド３の間の距離が２ｄ1であれば、透明導電膜２による抵抗損失はＺ型モジュールと同等なものとなる。
【００９８】
次に、対向セルに関する実施例について説明する。
【実施例】
【００９９】
＜対向セルの層構成の例＞
図１から図３に示した対向セルを構成する各層の具体例について次に説明する。
【０１００】
図８は、本発明の実施例における、多孔質光電変換層（多孔質酸化物半導体層であり、ＴｉＯ2電極である。）５のパターンを説明する図である。
【０１０１】
図８に示すように、多孔質光電変換層５のパターンは、透明基板（透明ガラス基板（ＦＴＯが形成されているＦＴＯガラス基板）１の面に厚さ２０μｍで形成され、２．９５ｍｍ×２３ｍｍ、２．９５ｍｍ×４６ｍｍ、２．９５ｍｍ×１９．５ｍｍ、２．９５ｍｍ×３９ｍｍ、５．９ｍｍ×２３ｍｍ、５．９ｍｍ×４６ｍｍの短冊状のパターンを有する多孔質光電変換層５の１６列、３行からなる。
【０１０２】
図９は、本発明の実施例における触媒層（カーボン電極）パターンを説明する図である。
【０１０３】
図９に示すように、触媒層７ａのパターンは、多孔質光電変換層５と同じ形状のパターンを有し、厚さ５０μｍで金属（チタン（Ｔｉ））からなり、一辺に凹状切欠部１５が形成された対向基板９の面に形成されている。
【０１０４】
図１０は、本発明の実施例における集電グリッド（例えば、Ａｇ電極）パターンを説明する図である。
【０１０５】
図１０に示すように、集電グリッド３のパターンは、幅０．３ｍｍ、長さ９６ｍｍ、厚さ３０μｍの線状のパターンが１５列繰返され、透明基板１の面に形成されている。１５列の集電グリッド３は、幅１ｍｍ、長さ９５ｍｍ、厚さ３０μｍの線状の２つのパターンで接続されており、厚さ３０μｍ、３ｍｍ×４ｍｍの矩形状のパターンを有する接続用端子１４に接続されるように形成されている。
【０１０６】
図１１は、本発明の実施例における保護層（Ａｇ電極保護層）パターンを説明する図である。
【０１０７】
図１１に示すように、保護層４はエポキシ系樹脂からなり、そのパターンは、幅０．５ｍｍ、長さ９７ｍｍ、厚さ２０μｍの線状のパターンが１５列繰返され、この１５列の保護層４は、幅２ｍｍ、長さ９５ｍｍ、厚さ２０μｍの線状の２つのパターンで接続されており、集電グリッド３のパターンの各列、行を被覆するように、透明基板１の面に形成されている。
【０１０８】
図１２は、本発明の実施例における封止剤層パターンを説明する図である。
【０１０９】
図１２に示すように、封止剤層１０はＵＶ硬化樹脂からなり、そのパターンの幅は１．５ｍｍであり、一辺の２箇所に凹状切欠部１５が形成された対向基板９の外周辺に連続するように形成されている。
【０１１０】
図１３は、本発明の実施例における対向基板の形状を説明する図である。
【０１１１】
図１３に示すように、対向基板９は、その一辺の２箇所に凹状切欠部１５が形成された厚さ０．５ｍｍの金属板（例えば、チタン板）である。対向基板９はその全体が電極として作用する。また、対向基板９が金属であるので、この対向基板９に電解質層６を構成する電解質液を注入する注入開口を形成して、電解質液の注入後に注入開口をレーザー溶着によって塞ぐことができるので、エンドシールの封止性は飛躍的に向上する。
【０１１２】
次に、対向セルにおける光電変換素子の多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の最適な幅（電極幅）について説明する。
【０１１３】
＜最適電極幅の計算モデルと計算結果例＞
図１４は、本発明の実施例における対向セルとその単位構造の関係と最適電極幅の導出を説明する断面図である。
【０１１４】
図１４（Ａ）は対向セルにおける単位構造を説明する図、図１４（Ｂ）はこの単位構造内の領域［０，ｄ1］を模擬する回路を説明する図、図１４（Ｃ）は単位構造の対向セル全体への拡張を説明する図である。
【０１１５】
図１４（Ａ）に示すように、対向セルにおける単位構造は、１つの集電グリッド３の中心位置と、隣接する集電グリッド３から等距離にある中間点との間の領域の構造体として定義される。即ち、図１４（Ａ）に示すように、ｘ軸を設定すると、この単位構造は、集電グリッド３の半分の領域（−２ｄ2≦ｘ≦０）とこれに繋がる隣接領域（０≦ｘ≦ｄ1）によって定義される長さ（ｄ1＋ｄ2）の領域で示される構造体である。このｄ1は隣接する集電グリッド３から等距離にある中間点であり、２ｄ2は保護層４の全幅として定義される。この構造体（単位構造）は、１つの光電変換素子が隣接する集電グリッド３の各中心位置間の領域で定義すると、光電変換素子の（１／２）として定義されものである。
【０１１６】
透明導電膜２及び多孔質光電変換層５をそれぞれ１次元に簡略化し、更に、電流方向を逆にした、図１４（Ｂ）に示す模擬回路によって、対向セルの単位構造を置換えて、解析を行う。ここで、多孔質光電変換層５を構成する多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の位置ｘ（０≦ｘ≦ｄ1）における電流素片（Ａ／ｍ）をｉ(ｘ）、透明導電膜２であるＦＴＯ膜の位置ｘ（０≦ｘ≦ｄ1）における線抵抗率（Ω／ｃｍ）をｒ(ｘ）、外部負荷Ｒextに流れ込むＦＴＯ膜からの全電流をＩtotとする。
【０１１７】
なお、図１４（Ｃ）に示すように、対向セル全体は、上記の構造体（単位構造）の繰返しによって表すことができるので、例えば、セル全体の長さが、図１４（Ｃ）に示すように、Ｌである時、このセル全体の長さＬに含まれる構造体（単位構造）の数ｎは、ｎ＝Ｌ／（ｄ1＋ｄ2）となる。構造体（単位構造）の電池出力のｎ倍がセル全体の出力に等しい。
【０１１８】
位置ｘで透明導電膜２に入射される光の強度をＩ(ｘ）とし、Ｉ(ｘ）＝一定値であり、均一な強度分布を有する光が入射された構造体（単位構造）の電池出力を、即ち、１つの光電変換素子の多孔質光電変換層５の幅をどの程度まで広げることができるのかを、次のようにして計算（シミュレーション）して、最適な多孔質光電変換層５の幅を求めることができる。
【０１１９】
透明導電膜２の位置ｘにおける電圧Ｖ(ｘ)は式（１）によって与えられ、位置ｘの電流素片ｉ(ｘ)に起因するジュール熱Ｐloss(ｘ)は式（２）によって与えられ、透明導電膜２の全体で生じるジュール熱Ｐunit lossは、式（３）によって与えられる。
【０１２０】
2011216189.tif 000003
【０１２１】
2011216189.tif 000004
【０１２２】
2011216189.tif 000005
【０１２３】
多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の位置ｘでの発電電力をＰgen(ｘ)とすると、上記の構造体（単位構造）を構成する多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の全体から生じる発電電力Ｐunit genは、式（４）によって与えられる。
【０１２４】
2011216189.tif 000006
【０１２５】
上述したように、長さＬの対向セル全体に含まれる構造体（単位構造）の数ｎは、ｎ＝Ｌ／（ｄ1＋ｄ2）であるので、Ｌを単位長さ＝１として、対向セル全体による有効発電量Ｐcellは式（５）によって与えられる。
【０１２６】
2011216189.tif 000007
【０１２７】
従って、∂Ｐcell／∂ｄ1＝０を計算して、有効発電量Ｐcell が最大となるようなｄ1を求めればよい。
【０１２８】
構造体（単位構造）に均一な強度分布を有する光が入射されたものとして、式（５）に、ｒ(ｘ)＝ｒ（Ω／ｃｍ）、ｉ(ｘ)＝ｉ（Ａ／ｍ）を代入し、式（５）中｛｝内の第１項を∫Ｐgen(ｘ)ｄｘ＝ｄ1×Ｐgen＊とおいて、積分を実行して式（６）を得ることができる。
【０１２９】
2011216189.tif 000008
【０１３０】
式（６）において、ｄ1／(ｄ1＋ｄ2）は光電変換素子の開口率（発電に寄与する領域の占める割合を表す。）の項、Ｐgen＊は発電の項、ｒ(ｉｄ1)2／６は損失の項をそれぞれ表している。
【０１３１】
図１５は、本発明の実施例における最適電極幅を説明する図である。図１５（Ａ）は対向セルにおける最適電極幅を説明する図、図１５（Ｂ）はＺ型モジュールにおける最適電極幅を説明する図である。図１５において、横軸は多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の幅（電極幅）（ｍｍ）、縦軸は出力（Ｗ／ｍ2）を示す。
【０１３２】
多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の幅をＤ（電極幅）、透明導電膜２であるＦＴＯ膜の線抵抗率（Ω／ｃｍ）をｒ(ｘ）＝１０(Ω／□）、ｄ2＝０．２５(ｍｍ）、ｉ（平均発電電流（実験値））＝２５０(Ａ／ｍ2）、Ｐgen＊＝１００(Ｗ／ｍ2）とおくと、ｄ1＝（Ｄ／２）であるので、出力（Ｗ／ｍ2）は式（６）から、Ｐcell＝（Ｄ／（Ｄ＋０．５){１００−０．０２６０４Ｄ2｝によって与えられる。図１５（Ａ）は、この式を用いて求めた出力（Ｗ／ｍ2）の電極幅（Ｄ）依存性を示している。
【０１３３】
図１５（Ａ）に示す曲線は、Ｄ＝９．６０（ｍｍ）で最大となり、Ｄ＜９．６では開口率の減少に由来する出力の低下を示し、Ｄ＞９．６では、透明導電膜２であるＦＴＯ膜の抵抗に由来する出力の低下を示している。
【０１３４】
Ｚ型モジュールでは、式（６）において、多孔質酸化物半導体層（ＴｉＯ2）の幅をＤ（電極幅）、透明導電膜２であるＦＴＯ膜の線抵抗率（Ω／ｃｍ）をｒ(ｘ）＝１０(Ω／□）、ｄ2＝０．４(ｍｍ）、ｉ（平均発電電流（実験値））＝２５０(Ａ／ｍ2）、Ｐgen＊＝１００(Ｗ／ｍ2）とおくと、ｄ1＝Ｄであるので、出力（Ｗ／ｍ2）は、Ｐcell＝（Ｄ／（Ｄ＋０．４){１００−０．１０４１７Ｄ2｝によって与えられる。図１５（Ｂ）は、この式を用いて求めた出力（Ｗ／ｍ2）の電極幅（Ｄ）依存性を示している。
【０１３５】
図１５（Ｂ）に示す曲線は、Ｄ≒５．６（ｍｍ）で最大となり、Ｄ＜５．６では開口率の減少に由来する出力の低下を示し、Ｄ＞５．６では、透明導電膜２であるＦＴＯ膜の抵抗に由来する出力の低下を示している。
【０１３６】
以上のようにして、平均発電電流（実験値）を使用することによって、電極幅（Ｄ）の最適値を、対向セル、Ｚ型モジュールに対して求めることができた。図１５（Ａ）に示す曲線と図１５（Ｂ）に示す曲線との比較から明らかなように、電極幅（Ｄ）が大きくなる際の出力の低下は、図１５（Ａ）では緩やかな変化を示しているが、図１５（Ｂ）では急激な変化を示している。即ち、同じ電極幅（Ｄ）を有する対向セル、Ｚ型モジュールを比較すると、対向セルの方が大きな出力を与えていることが明らかである。
【０１３７】
本発明による対向セルは、多孔質光電変換層５、集電用配線である集電グリッド３、保護層４の各層のパターンが形成された外形１００ｍｍ×１００ｍｍの透明基板（透明ガラス基板（例えば、ＦＴＯが形成されているＦＴＯガラス基板））１と、触媒層７ａ、封止剤層１０の各層のパターンが形成された外形１００ｍｍ×１００ｍｍの金属（例えば、チタン板）からなる対向基板９とを、ずらさずに封止剤層１０で接合して得られるので、外形は、やはり、外形１００ｍｍ×１００ｍｍであり、複数の対向セルのタイリング（配列）を容易に実行することができ、大型の太陽電池モジュールを提供することができる。
【０１３８】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明によれば、簡単な構造を有し変換効率の向上を可能とし、相互に容易に接続することできる色素増感太陽電池、及び、これを平面に配置し接続してなる太陽電池モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【０１４０】
１…透明基板、２…透明導電膜、３…集電グリッド、４…保護層、
５…多孔質光電変換層、６…電解質層、７ａ、７ｂ…触媒層８…対向電極、
９…対向基板、１０…封止剤層、１１…接続用端子、１２…導電性接続層、
１３ａ、１３ｂ…絶縁障壁層、１４…接続用端子、１５…凹状切欠部、
２０…透明支持上板、２１…支持下板、２２…透明充填剤、２３…インターコネクター、
２３ａ…接続面Ａ、２３ｂ…接続面Ｂ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４１】
【特許文献１】特開２００５−１４２０８９号公報（段落００５６〜００５７、図１）
【特許文献２】特開２００６−９２８５４号公報（段落００２２〜００２５、図１）
【特許文献３】特開２００７−２８０９０６号公報（段落００３３〜００３７、図１）
【特許文献４】特開２００９−２７７６２４号公報（段落００１５〜００１７、段落００４２、図１、図３）
【特許文献５】特開２００５−３４６９７１号公報（段落０００６〜００１９、図１）
【特許文献６】特開２００９−９８６６号公報（段落００１５〜００２０、図１）
【特許文献７】特開２００６−２４４９５４号公報（段落００１０〜００３２、図１〜図６）
【特許文献８】特開２００８−２２６５５４号公報（段落００３３〜００６０、図１〜図５）
【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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【図１４】
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【図１５】
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