(57)【要約】【課題】電極での発電ロスを低減しつつ、発電量の増加を図り得る光電変換装置を提供する。【解決手段】本発明の光電変換装置１Ａは、基材１０上に光電変換素子２０を有し、光電変換素子２０の光入射側には集光部材３０が配置されており、光電変換素子２０は、第１電極２１、光電変換層２３及び第２電極２２が積層されて成り、集光部材３０によって、第２電極２２に入射する光の光強度は不均一とされる。【選択図】  図１
2011238472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に光電変換素子を有し、光電変換素子の光入射側には集光部材が配置されている光電変換装置であって、
光電変換素子は、
（Ａ）第１電極、
（Ｂ）光電変換層、及び、
（Ｃ）第２電極、
が積層されて成り、
集光部材によって、第２電極に入射する光の光強度は不均一とされる光電変換装置。
【請求項２】
複数の光電変換素子を有し、各光電変換素子の光入射側に集光部材が配置されている請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
一の光電変換素子の第２電極の一端は、該一端に隣接する他の光電変換素子の第１電極と接続されており、
該一の光電変換素子の第２電極の他端は、該他端に隣接する他の光電変換素子の第２電極と絶縁されており、
該一の光電変換素子において、集光部材を介して第２電極に入射する光は、集光部材によって、電気抵抗の高い電極が、一の光電変換素子と隣接する光電変換素子を構成する電気抵抗の低い電極と接続される側の部分に、より強く集光される請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
第２電極が電気抵抗の高い電極に該当し、第１電極が電気抵抗の低い電極に該当する請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項５】
第２電極の電流取出し領域側に、より強く集光される請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
第１電極の電流取出し領域と第２電極の電流取出し領域を通り、第２電極の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材を切断したときの集光部材の外形線の第２電極の光入射面を基準とした高さは、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって高くなる請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
一の光電変換素子と、該一の光電変換素子に隣接する他の光電変換素子との間には隙間が存在し、
隙間の上方には集光部材の延在部が配されており、
集光部材の延在部を通過した光は、一の光電変換素子の第２電極の一端側に到達する請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
第２電極の外縁部には集電電極が設けられている請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項９】
集光部材は、レンズから成る請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１０】
複数の光電変換素子に対して一体化された集光部材が配置されている請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
第１電極の電気抵抗をＲ1、第２電極の電気抵抗をＲ2としたとき、
Ｒ2＞Ｒ1の場合、集光部材によって、第２電極に入射する光は、第２電極の電流取出し領域側に、より強く集光され、
Ｒ1＞Ｒ2の場合、集光部材によって、第２電極に入射する光は、第１電極の電流取出し領域側に、より強く集光される請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項１２】
Ｒ2＞Ｒ1であり、
第１電極の電流取出し領域と第２電極の電流取出し領域を通り、第２電極の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材を切断したときの集光部材の外形線の第２電極の光入射面を基準とした高さは、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって高くなる請求項１１に記載の光電変換装置。
【請求項１３】
第２電極には集電電極が設けられている請求項１１又は請求項１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項１４】
集光部材は、レンズから成る請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池等の太陽電池は、支持基材上に、第１電極、光電変換層及び第２電極が積層されて成る光電変換素子を有する。そして、光が入射する第２電極（例えば、負極）は、通常、ＩＴＯ（インジウムドープ酸化スズ）やＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）等の透明導電膜から構成され、第１電極（例えば、正極）は、白金やカーボン等から構成される。ここで、第２電極として用いられる透明導電材料は、一般に、シート抵抗が大きく、この抵抗成分に起因する発電ロスが問題となっている。第２電極での発電ロスを低減するためには第２電極の膜厚を厚くすればよいが、第２電極を厚くし過ぎると光電変換層に到達する光量が低下してしまい、発電量が減ってしまうというトレードオフの関係が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０３６８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、このような問題に対して、第２電極の表面に金属製のワイヤ（バスバー）をグリッド状に設け、第２電極全体として低抵抗化を図りつつ、集電効率を高める方法が提案されている（例えば、特開２００３−２０３６８１参照）。しかしながら、このような方法では、開口率が犠牲になり、発電量の低下に繋がるといった問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、電極での発電ロスを低減しつつ、発電量の増加を図り得る光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の光電変換装置は、基材上に光電変換素子を有し、光電変換素子の光入射側には集光部材が配置されており、
光電変換素子は、
（Ａ）第１電極、
（Ｂ）光電変換層、及び、
（Ｃ）第２電極、
が積層されて成り、
集光部材によって、第２電極に入射する光の光強度は不均一とされる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の光電変換装置にあっては、集光部材によって第２電極に入射する光の光強度を不均一とするので、第２電極の領域毎に発電量が異なる。その結果、例えば、光電変換層にて発生して電流取出し領域へと向かう電子あるいは正孔が電極中を通る距離を極力短くすることができ、発電ロスを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの模式的な断面図、及び、実施例１における集光部材の拡大された模式的な一部断面図である。
【図２】図２は、実施例１の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールにおける第２電極の模式的な平面図である。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１における集光部材の写真、及び、実施例１における１つの光電変換素子の等価回路である。
【図４】図４の（Ａ）並びに（Ｂ）は、それぞれ、実施例１及び比較例１Ａにおける１つの光電変換素子における光強度分布を示すグラフ、並びに、実施例１及び比較例１Ａの光電変換素子におけるＩ−Ｖ特性のシミュレーションを行った結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例１、比較例１Ｂ、比較例１Ｃにおける発電試験結果を示すグラフである。
【図６】図６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、実施例１の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの製造方法を説明するための透明基板等の模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、実施例２の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施例２の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールにおける第２電極の模式的な平面図である。
【図９】図９の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例２の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの製造方法の概要を説明するための透明基板等の模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０は、実施例３の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、実施例１〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの変形例における第２電極の模式的な平面図である。
【図１３】図１３は、実施例１〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの別の変形例における第２電極の模式的な平面図である。
【図１４】図１４は、実施例１〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの更に別の変形例における第２電極の模式的な平面図である。
【図１５】図１５は、実施例１〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの更に別の変形例における第２電極の模式的な平面図である。
【図１６】図１６は、実施例１〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの更に別の変形例における第２電極の模式的な平面図である。
【図１７】図１７は、フレネルレンズ型の集光部材の概念図である。
【図１８】図１８は、集光部材に相当するレンズに一様な光強度を有する光が入射し、光強度がリニアに傾斜された状態でレンズから出射される状態を示す概念図である。
【図１９】図１９は、集光部材の外形線（レンズ曲面形状）の求め方を説明するための集光部材の模式的な一部断面図である。
【図２０】図２０は、比較例１Ｂの光電変換装置の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の光電変換装置、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の光電変換装置及び光電変換素子モジュール）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１の更に別の変形）、その他
【００１０】
［本発明の光電変換装置、全般に関する説明］
本発明の光電変換装置にあっては、複数の光電変換素子を有し、各光電変換素子の光入射側に集光部材が配置されている構成とすることができる。尚、このような光電変換装置を、便宜上、『本発明の光電変換素子モジュール』と呼ぶ場合がある。
【００１１】
そして、本発明の光電変換素子モジュールにおいて、
一の光電変換素子の第２電極の一端は、該一端に隣接する他の光電変換素子の第１電極と接続されており、
該一の光電変換素子の第２電極の他端は、該他端に隣接する他の光電変換素子の第２電極と絶縁されており、
該一の光電変換素子において、集光部材を介して第２電極に入射する光は、集光部材によって、電気抵抗の高い電極（電気伝導率の低い電極）が、一の光電変換素子と隣接する光電変換素子を構成する電気抵抗の低い電極（電気伝導率の高い電極）と接続される側の部分に、より強く集光される形態とすることができる。
【００１２】
より具体的には、一の光電変換素子の第２電極の一端は、この一端に隣接する他の光電変換素子の第１電極と接続されているが、この一の光電変換素子を、便宜上、『光電変換素子−Ａ』と呼び、この他の光電変換素子を、便宜上、『光電変換素子−Ｂ』と呼ぶ。更には、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極の他端は、この他端に隣接する他の光電変換素子の第２電極と絶縁されているが、この他の光電変換素子を、便宜上、『光電変換素子−Ｃ』と呼ぶ。また、第１電極の電気抵抗をＲ1、第２電極の電気抵抗をＲ2としたとき、Ｒ2＞Ｒ1の場合には、光電変換素子−Ｂと隣接する光電変換素子−Ａの領域（第２電極の電流取出し領域の近傍）に、より強く集光される。即ち、光電変換素子−Ｃと隣接する光電変換素子−Ａの領域よりも、光電変換素子−Ｂと隣接する光電変換素子−Ａの領域に、より強く集光される。一方、Ｒ2＜Ｒ1の場合には、光電変換素子−Ｃと隣接する光電変換素子−Ａの領域（第１電極の電流取出し領域の近傍）に、より強く集光される。即ち、光電変換素子−Ｂと隣接する光電変換素子−Ａの領域よりも、光電変換素子−Ｃと隣接する光電変換素子−Ａの領域に、より強く集光される。
【００１３】
そして、上記の好ましい形態にあっては、第２電極が電気抵抗の高い電極に該当し、第１電極が電気抵抗の低い電極に該当する構成とすることができ、この場合、第２電極の電流取出し領域側（第２電極の電流取出し領域の近傍）に、より強く集光される（即ち、第１電極の電流取出し領域側よりも第２電極の電流取出し領域側に、より強く集光される）構成とすることができる。そして、更には、第１電極の電流取出し領域と第２電極の電流取出し領域を通り、第２電極の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材を切断したときの集光部材の外形線の高さ（第２電極の光入射面を基準とする）は、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって高くなる構成とすることができる。即ち、この集光部材の外形線の関数は、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって単調に、滑らかに増加する関数とすることができる。そして、更には、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）と、該一の光電変換素子に隣接する他の光電変換素子（光電変換素子−Ｂ）との間には隙間が存在し、隙間の上方には集光部材の延在部が配されており、集光部材の延在部を通過した光は、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極の一端側に到達する構成とすることができる。ここで、第１電極の電流取出し領域と第２電極の電流取出し領域を通り、第２電極の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材の延在部を切断したときの集光部材の延在部の外形線の高さ（第２電極の光入射面を基準とする）は、第２電極の電流取出し領域から離れる方向に向かって低くなる構成とすることができる。即ち、この集光部材の延在部の外形線の関数は、第２電極の電流取出し領域から離れる方向に向かって単調に、滑らかに減少する関数とすることができる。あるいは又、光電変換素子−Ａに隣接する領域の上方に集光部材の延在部が配されており、集光部材の延在部を通過した光は光電変換素子−Ａの第２電極に到達する構成とすることもできる。集光部材の外形線は上に凸の曲線とすることができる。また、集光部材の延在部の外形線は、下に凸の曲線、上に凸の曲線、上に凸と凹の曲線の組合せとすることができる。尚、以上の説明は、光が、例えば、空気中から、屈折率の値が１を越える材料から構成された集光部材に入射し、集光部材から出射され、第２電極に直接入射する場合の説明である。光が、例えば、空気中から、屈折率の値が１を越える材料から構成された集光部材に入射し、集光部材から出射され、集光部材を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する層（例えば、空気層）に入射し、次いで、第２電極に入射する場合には、集光部材の外形線の高さ、集光部材の延在部の外形線の高さの変化は、上記とは逆の変化となるし、集光部材の外形線の関数、集光部材の延在部の外形線の関数の変化も、上記とは逆の変化となる。具体的には、集光部材の外形線の高さは、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって低くなる構成とすることができる。即ち、この集光部材の外形線の関数は、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって単調に、滑らかに減少する関数とすることができる。また、集光部材の延在部の外形線の高さは、第２電極の電流取出し領域から離れる方向に向かって高くなる構成とすることができる。即ち、この集光部材の延在部の外形線の関数は、第２電極の電流取出し領域から離れる方向に向かって単調に、滑らかに増加する関数とすることができる。次に説明する本発明の光電変換装置においても同様である。
【００１４】
あるいは又、本発明の光電変換装置において、
第１電極の電気抵抗をＲ1、第２電極の電気抵抗をＲ2としたとき、
Ｒ2＞Ｒ1の場合、集光部材によって、第２電極に入射する光は、第２電極の電流取出し領域側に、より強く集光され（即ち、第１電極の電流取出し領域側よりも、第２電極の電流取出し領域側に、より強く集光され）、
Ｒ1＞Ｒ2の場合、集光部材によって、第２電極に入射する光は、第１電極の電流取出し領域側に、より強く集光される（即ち、第２電極の電流取出し領域側よりも、第１電極の電流取出し領域側に、より強く集光される）形態とすることができる。そして、この場合、Ｒ2＞Ｒ1であり、第１電極の電流取出し領域と第２電極の電流取出し領域を通り、第２電極の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材を切断したときの集光部材の外形線の高さ（第２電極の光入射面を基準とする）は、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって高くなる構成とすることができる。即ち、この集光部材の外形線の関数は、第１電極の電流取出し領域から第２電極の電流取出し領域に向かって単調に、滑らかに増加する関数とすることができる。尚、集光部材の外形線は上に凸の曲線とすることができる。
【００１５】
第１電極の電流取出し領域及び第２電極の電流取出し領域の平面形状として、円形、楕円形、任意の曲線で囲まれた形状、矩形、多角形を挙げることができるし、更には、第２電極の電流取出し領域の平面形状として、矩形の組合せ（例えば、「コ」の字形状や「Ｌ」字形状）を例示することができる。尚、第１電極の電流取出し領域は第１電極に包含されて、明確には峻別できない場合があるし、同様に、第２電極の電流取出し領域は第２電極に包含されて、明確には峻別できない場合がある。
【００１６】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換素子モジュールにおいて、第２電極の外縁部には集電電極が設けられている構成とすることができる。また、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換装置において、第２電極には集電電極が設けられている構成とすることができる。
【００１７】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールにおいて、集光部材は、レンズから成り、あるいは又、ミラー、プリズム、ホログラム、光導波路から成る形態とすることができる。ここで、集光部材をレンズから構成する場合、集光部材は正のパワーを有する構成（具体的には、例えば、平凸レンズやフレネルレンズ）とすることができる。
【００１８】
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換装置にあっては、複数の光電変換素子に対して一体化された集光部材が配置されている構成とすることができる。
【００１９】
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換装置、及び、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の光電変換素子モジュールを、以下、総称して、『光電変換装置等』と呼ぶ場合がある。
【００２０】
光電変換装置等における集光部材を構成する材料として、例えば、石英ガラスやＢＫ７等の光学ガラスを含むガラスや、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、ポリオレフィン系樹脂であるポリプラスチック株式会社製「トーパス」（ＴＯＰＡＳ）、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むポリスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ハロゲン系樹脂、ノルボルネン系の重合体樹脂である日本ゼオン株式会社製「ゼオノア」（ＺＥＯＮＯＲ）］といった熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、尿素樹脂、フェノール系樹脂、シリコーン系樹脂といった熱硬化性樹脂を挙げることができる。集光部材を熱可塑性樹脂から構成する場合、集光部材を射出成形法にて成形することができるし、集光部材を熱硬化性樹脂から構成する場合、集光部材をコンプレッションモールド法やトランスファーモールド法にて成形することができるが、成形方法はこれらに限定するものではない。複数の光電変換素子に対して一体化された集光部材を、これらの方法に基づき作製してもよい。あるいは又、集光部材を紫外線硬化型樹脂から構成することもできる。集光部材と光電変換装置等の組み立ては、例えば、集光部材を光電変換素子に接着剤を用いて接着すればよい。あるいは又、集光部材を構成する樹脂層を光電変換素子上に形成し、硬化・賦形する方法を採用してもよいし、樹脂層をエッチングすることで樹脂層を賦形する方法を採用してもよい。
【００２１】
基材に特に制限はなく、例えば、ガラス基板、石英基板、金属板、後述するプラスチック基板等とすることができる。あるいは又、基材として、後述する透明基板に接着されたプラスチックフィルムを用いることもできるし、酸素透過度が１００（ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ）以下、水蒸気透過度が１００（ｇ／ｍ2／ｄａｙ）以下のガスバリア性フィルムを用いることもでき、具体的には、例えば、アルミニウム、シリカ及びアルミナから成る群より選ばれた少なくとも１種以上のガスバリア性材料が積層されたガスバリア性フィルム等を用いることもできる。
【００２２】
第１電極（対極）を構成する材料は、導電性物質であれば任意の材料とすることができるが、絶縁性の物質であっても、光電変換層に面している側に導電性の触媒層が設置されていれば、このような構成の採用も可能である。第１電極の材料として、電気化学的に安定である材料を用いることが好ましく、具体的には、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、カーボンブラック等のカーボン（Ｃ）、導電性ポリマー等を用いることが望ましい。また、光電変換層を例えば色素増感半導体から構成する場合、酸化還元の触媒効果を向上させる目的で、光電変換層に面している第１電極の側を微細構造とし、表面積を増大させてもよい。第１電極を、例えば白金から構成する場合、白金黒状態とし、カーボンから構成する場合、多孔質状態とすることが望まれる。白金黒状態は、白金の陽極酸化、白金化合物の還元処理等によって達成することができる。多孔質状態のカーボンは、カーボン微粒子の焼結や有機ポリマーの焼成等の方法により得ることができる。透明な基材上に白金等の酸化還元触媒効果の高い金属を配線するか、表面に白金化合物を還元処理することにより、透明な第１電極を設けてもよい。
【００２３】
第１電極は、金属又は合金から成る箔の光電変換層側の片面に触媒層を有するもの、又は、触媒能を有する材料から成る箔から構成することもできる。このような構成とすることにより、第１電極を薄くすることができるため、光電変換装置等の薄型化及び軽量化が可能である。また、第１電極を構成する金属又は合金から成る箔の材料あるいは触媒能を有する材料は、選択幅が広く、第１電極を構成する材料に関する制約が無く、あるいは、制約が少ない。更に、光電変換層と第１電極とが後述する多孔質絶縁層で隔てられている場合、光電変換層の構成材料（例えば、増感色素）が第１電極に吸着することを防止することができ、特性の劣化が生じ難い。金属又は合金から成る箔として、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｏ及びＺｒから成る群より選ばれた少なくとも１種以上の元素を含む金属又は合金から成る箔を挙げることができる。金属又は合金から成る箔の光電変換層側の片面に設ける触媒層、又は、触媒能を有する材料は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ及びＣから成る群より選ばれた少なくとも１種以上の元素を含むことが好ましい。光電変換装置等の薄型化の観点からは、第１電極の厚さ、即ち、金属又は合金から成る箔と触媒層との厚さの合計、又は、触媒能を有する材料から成る箔の厚さは、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。金属又は合金から成る箔の上に触媒層を形成する方法として、触媒又は触媒の前駆体を含む溶液を塗布する湿式法や、スパッタリング法や真空蒸着法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種の化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の乾式法等を挙げることができる。
【００２４】
第２電極は透明導電材料から構成することができるが、第２電極の表面抵抗（シート抵抗）は低いほど好ましい。具体的には、第２電極の表面抵抗は５００Ω／□以下とすることが好ましく、１００Ω／□以下とすることが更に好ましい。第２電極は公知の材料から構成することができ、具体的には、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、フッ素ドープＳｎＯ2（ＦＴＯ）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、アンチモンドープＳｎＯ2（ＡＴＯ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ（ＡｌドープのＺｎＯやＢドープのＺｎＯを含む）、インジウム−亜鉛複合酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ2Ｏ4構造を有する酸化物等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを２種類以上組み合わせて用いることもできる。第２電極は透明基板で覆われていることが好ましい。光電変換層等を積層する前に第２電極をパターニングしてもよいし、光電変換層等を積層した後に第２電極をパターニングしてもよい。パターニングは、従来公知の各種のエッチング法、レーザスクライブ、物理的な研磨加工等によって行うことができる。
【００２５】
透明基板の材質は特に制限されず、透明であれば種々の基板を用いることができる。透明基板は、外部から侵入する水分やガスの遮断性、耐溶剤性、耐候性等に優れている材料から構成することが好ましく、具体的には、石英、サファイア、ガラス等の透明無機基板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、テトラアセチルセルロース、ブロム化フェノキシ、アラミド類、ポリイミド類、ポリスチレン類、ポリアリレート類、ポリスルフォン類、ポリオレフィン類等の透明プラスチック基板を挙げることができ、これらの中でも特に可視光領域の透過率が高い基板を用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。透明基板として、加工性、軽量性等を考慮すると、透明プラスチック基板を用いることが好ましい。透明基板の厚さは特に制限されず、光の透過率、光電変換素子の内部と外部との遮断性等に基づき、適宜、選択することができる。尚、プラスチックフィルムから基材を構成する場合、上述した透明プラスチック基板を構成する材料から成るプラスチックフィルム（但し、透明であることは必須ではない）から基材を、適宜、選択すればよい。
【００２６】
第１電極と第２電極とは、直接接続されていてもよいし、導電材料から成る接続部を介して接続されていてもよい。後者の場合、具体的には、第１電極と第２電極とを、例えば、導電性接着剤によって互いに接続し、あるいは又、融点が３００゜Ｃ以下の低融点金属や合金によって互いに接続すればよい。導電性接着剤として、市販の銀ペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、銅ペースト等を使用可能であるほか、異方性導電接着剤や異方性導電フィルムを使用することも可能である。また、第２電極に接合可能なＩｎやＩｎ−Ｓｎ系半田等の各種の低融点金属又は合金も使用可能である。あるいは又、第１電極と第２電極とを、後述するように、集電電極によって接続してもよい。第１電極と第２電極との接続部が電解質と直接接触する場合には、接続部を樹脂等で保護して、電解質との接触を防止することが好ましい。
【００２７】
光電変換層は、例えば、色素増感半導体から構成することができる。但し、これに限定するものではなく、例えば、シリコン系太陽電池等の光電変換素子を構成する光電変換層とすることもできる。
【００２８】
光電変換層を色素増感半導体から構成する場合、光電変換層は、典型的には、増感色素を担持した半導体微粒子から成る。半導体微粒子の材料として、シリコン（Ｓｉ）に代表される半導体材料のほか、各種の化合物半導体材料、ペロブスカイト構造を有する化合物等を挙げることができる。これらの半導体は、光励起下で伝導帯電子がキャリアとなり、アノード電流を与えるｎ型半導体であることが好ましい。これらの半導体として、具体的には、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＷＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＳｒＯ3、ＳｎＯ2、ＺｒＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＢａＴｉＯ3、ＣｄＳ等を挙げることができ、これらの中でも、アナターゼ型のＴｉＯ2が特に好ましい。但し、半導体はこれらに限定されるものではなく、また、これらを２種類以上混合して用いることもできる。半導体微粒子は、粒子状、チューブ状、棒状等、必要に応じて様々な形状、形態を取ることが可能である。半導体微粒子の粒径に特に制限はなく、一次粒子の平均粒径で１×１０-9ｍ乃至２×１０-7ｍが好ましく、特に好ましくは５×１０-9ｍ乃至１×１０-7ｍである。また、このような平均粒径の半導体微粒子に大きな平均粒径の半導体微粒子を混合し、平均粒径の大きな半導体微粒子によって入射光を散乱させ、量子収率を増加させることも可能である。この場合、平均粒径の大きな半導体微粒子の平均粒径は２×１０-8ｍ乃至５×１０-7ｍであることが好ましい。
【００２９】
半導体微粒子から成る光電変換層（色素増感半導体層）の形成方法に特に制限はないが、物性、利便性、製造コスト等を考慮した場合、湿式成膜法が好ましく、具体的には、半導体微粒子の粉末あるいはゾルを水や有機溶媒等の溶媒に均一に分散させたペーストを調製し、第２電極上に塗布する方法が好ましい。塗布法に特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、印刷法を挙げることができる。印刷法として、例えば、凸版印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法、凹版印刷法、ゴム版印刷法、スクリーン印刷法等の様々な方法を挙げることができる。半導体微粒子として結晶酸化チタンを用いる場合、上述したように、結晶型はアナターゼ型であることが光触媒活性の点から好ましい。アナターゼ型酸化チタンは、市販の粉末、ゾル、スラリーといった形態で得ることができるし、あるいは又、酸化チタンアルコキシドを加水分解するなどの公知の方法によって所定の粒径のアナターゼ型酸化チタンを得ることもできる。市販の粉末を使用する際には粒子の二次凝集を解消することが好ましく、塗布液調製時に乳鉢やボールミル、超音波分散装置等を使用して粒子を分散させることが好ましい。このとき、二次凝集が解かれた粒子の再度の凝集を防ぐためは、アセチルアセトン、塩酸、硝酸、界面活性剤、キレート剤等を添加すればよい。また、増粘の目的で、ポリエチレンオキシドやポリビニルアルコール等の高分子、セルロース系の増粘剤等、各種の増粘剤を添加してもよい。
【００３０】
半導体微粒子から成り、色素増感半導体から構成された光電変換層（色素増感半導体層）において、半導体微粒子は、多くの増感色素を吸着することができるように、表面積の大きな粒子であることが好ましい。具体的には、半導体微粒子を支持体（例えば、第２電極）上に形成した状態での光電変換層の表面積は、投影面積に対して１×１０1倍以上であることが好ましく、１×１０2倍以上であることがより好ましい。表面積の上限に特に制限はなく、通常、１×１０3倍程度である。半導体微粒子から成る光電変換層は、一般に、その厚さが増大するほど、単位投影面積当たりの担持増感色素量が増えるため光の捕獲率が高くなるが、電子の拡散距離が増すため、電荷再結合によるロスも大きくなる。従って、光電変換層には好ましい厚さが存在し、その厚さは、一般的には１×１０-7ｍ乃至１×１０-4ｍであり、１×１０-6ｍ乃至５×１０-5ｍであることがより好ましく、３×１０-6ｍ乃至３×１０-5ｍであることが特に好ましい。半導体微粒子から成る光電変換層は、支持体に塗布した後に、粒子同士を電子的にコンタクトさせ、且つ、膜強度の向上や支持体との密着性を向上させるために、焼成することが好ましい。焼成温度の範囲に特に制限はないが、焼成温度を上げ過ぎると支持体の抵抗が高くなってしまったり、溶融する虞があるため、通常４０゜Ｃ乃至７００゜Ｃ、より好ましくは４０゜Ｃ乃至６５０゜Ｃである。また、焼成時間も特に制限はなく、通常１０分乃至１０時間程度である。焼成後、半導体微粒子から成る光電変換層の表面積を増大させたり、半導体微粒子間のネッキングを高めることを目的として、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学めっき処理や、三塩化チタン水溶液を用いたネッキング処理や、直径１０ｎｍ以下の半導体超微粒子ゾルのディップ処理等を行ってもよい。透明基板としてプラスチック基板を用いる場合、結着剤を含むペーストを透明基板上に塗布し、加熱プレスによる透明基板への圧着を行うことも可能である。
【００３１】
光電変換層（色素増感半導体層）に担持させる増感色素は、増感作用を示すものであれば特に制限はなく、例えば、ローダミンＢ、ローズベンガル、エオシン、エリスロシン等のキサンテン系色素、メロシアニン、キノシアニン、クリプトシアニン等のシアニン系色素、フェノサフラニン、カブリブルー、チオシン、メチレンブルー等の塩基性染料、クロロフィル、亜鉛ポルフィリン、マグネシウムポルフィリン等のポルフィリン系化合物が挙げられ、あるいは又、アゾ色素、フタロシアニン化合物、クマリン系化合物、Ｒｕビピリジン錯化合物、Ｒｕターピリジン錯化合物、アントラキノン系色素、多環キノン系色素、スクアリリウム等を挙げることができ、これらの中でも、Ｒｕビピリジン錯化合物は、量子収率が高く、特に好ましい。但し、増感色素はこれらに限定されるものではなく、また、これらの増感色素を２種類以上混合して用いてもよい。
【００３２】
光電変換層（色素増感半導体層）への増感色素の吸着方法に特に制限はなく、増感色素を、例えば、アルコール類、ニトリル類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ジメチルスルホキシド、アミド類、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、３−メチルオキサゾリジノン、エステル類、炭酸エステル類、ケトン類、炭化水素、水等の溶媒に溶解させ、これに光電変換層を浸漬する方法、増感色素溶液を光電変換層に塗布する方法を挙げることができる。また、酸性度の高い増感色素を用いる場合には、増感色素分子同士の会合を低減する目的で、デオキシコール酸等を添加してもよい。増感色素を吸着させた後に、過剰に吸着した増感色素の除去を促進する目的で、アミン類を用いて表面を処理してもよい。アミン類としては、ピリジン、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ポリビニルピリジン等が挙げられ、これらが液体の場合、そのまま用いてもよいし、有機溶媒に溶解して用いてもよい。
【００３３】
光電変換層と第１電極との間に多孔質絶縁層を設けてもよい。多孔質絶縁層を構成する材料は、導電性を持たない材料であれば特に制限はないが、特に、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｗ及びＮｂから成る群より選ばれた少なくとも１種以上の元素を含む酸化物、中でも、ジルコニア、アルミナ、チタニア、シリカ等を用いることが望ましく、典型的には、これらの酸化物の微粒子を用いる。多孔質絶縁層の空孔率は１０％以上であることが好ましい。空孔率の上限に制限はないが、多孔質絶縁層の物理的強度の観点から８０％程度であることが好ましい。空孔率が１０％未満であると、電解質の拡散に影響を及ぼし、光電変換装置等の特性を著しく低下させてしまう虞がある。また、この多孔質絶縁層の細孔径は１ｎｍ乃至１μｍが好ましい。細孔径が１ｎｍ未満では、電解質の拡散や増感色素の含浸に影響を及ぼし、光電変換装置等の特性を低下させてしまう虞がある。一方、細孔径が１μｍより大きいと、多孔質絶縁層中に第１電極の触媒粒子が侵入し、短絡が発生する虞が生じる。多孔質絶縁層の製造方法に制限はないが、上述した酸化物粒子の焼結体であることが好ましい。
【００３４】
典型的には、光電変換層（色素増感半導体層）と第１電極（対極）との間に電解質層が設けられるが、光電変換層及び第１電極に電解質を含浸させてもよいし、光電変換層と第１電極との間に多孔質絶縁層を設ける場合、多孔質絶縁層にも電解質を含浸させてもよい。電解質は、ヨウ素（Ｉ2）と金属ヨウ化物あるいは有機ヨウ化物との組み合わせ、臭素（Ｂｒ2）と金属臭化物あるいは有機臭化物との組み合わせのほか、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等の金属錯体、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等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、ヒドロキノン／キノン等を用いることができる。上記金属化合物のカチオンとして、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｓ等、上記有機化合物のカチオンとして、テトラアルキルアンモニウム類、ピリジニウム類、イミダゾリウム類等の４級アンモニウム化合物が好ましいが、これらに限定されるものではなく、また、これらを２種類以上混合して用いることもできる。これらの中でも、Ｉ2と、ＬｉＩやＮａＩ、イミダゾリウムヨーダイド等の４級アンモニウム化合物とを組み合わせた電解質が好ましい。電解質塩の濃度は、溶媒に対して０．０５モル乃至５モルが好ましく、更に好ましくは０．２モル乃至３モルである。Ｉ2やＢｒ2の濃度は０．０００５モル乃至１モルが好ましく、更に好ましくは０．００１モル乃至０．３モルである。また、開放電圧Ｖocを向上させる目的で、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンに代表されるアミン系化合物から成る添加剤を加えてもよい。
【００３５】
電解質組成物を構成する溶媒として、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素、ジメチルスルホキシド、スルフォラン、Ｎ−メチルピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、３−メチルオキサゾリジノン、炭化水素等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを２種類以上混合して用いることもできる。更に、溶媒として、テトラアルキル系、ピリジニウム系、イミダゾリウム系４級アンモニウム塩のイオン液体を用いることも可能である。
【００３６】
漏液、電解質の揮発を低減する目的で、電解質組成物にゲル化剤、ポリマー、架橋モノマー等を溶解させたり、無機セラミック粒子を分散させてゲル状電解質として使用することも可能である。ゲル・マトリクスと電解質組成物との比率は、電解質組成物が多ければイオン導電率は高くなるが機械的強度が低下し、逆に、電解質組成物が少なすぎると、機械的強度は高いがイオン導電率が低下するため、電解質組成物は、ゲル状電解質の５０重量％乃至９９重量％が好ましく、８０重量％乃至９７重量％がより好ましい。また、電解質と可塑剤とをポリマーに溶解させ、可塑剤を揮発除去することで、全固体型の光電変換装置等を実現することも可能である。
【００３７】
光電変換素子を色素増感光電変換素子から構成する場合、光電変換素子の製造方法は特に限定されないが、各層の厚さ、生産性、パターン精度等を考慮すると、第２電極を除く各層は、スクリーン印刷法やスプレー塗布法等の塗布法によって形成することが好ましく、特に、スクリーン印刷法によって形成することが好ましい。光電変換層及び多孔質絶縁層は、それぞれの層を構成する粒子を含むペーストの塗布、焼成によって形成することが好ましい。それぞれの層の空孔率は、ペーストにおけるバインダー成分と粒子との比によって決められる。第１電極も、同様に、ペーストの塗布、焼成によって形成することが好ましいが、光電変換層を構成する材料（例えば、増感色素）の第１電極における吸着が特性に影響する場合、光電変換層及び多孔質絶縁層まで形成した段階で、光電変換層に増感色素を吸着させ、その後、多孔質絶縁層上に第１電極を形成すればよい。金属又は合金から成る箔の多孔質絶縁層側の片面に触媒層を有することで第１電極を構成する場合、金属又は合金から成る箔上の触媒層を多孔質絶縁層側へ向け、隣接する光電変換素子の第２電極と接合すればよい。電解質を光電変換層や多孔質絶縁層等に含浸させるための電解質の充填は、例えば、ディスペンサーを用いる方法や、インクジェット印刷法等を含む印刷法にて行うことができる。複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換素子モジュールでは、電解質が流れ出すことによって光電変換素子間が短絡する虞があるため、各光電変換素子の光電変換層や多孔質絶縁層等に含浸させる量以上の量の電解質を添加することは好ましくない。
【００３８】
また、例えば、電解質組成物が、液状、あるいは、光電変換素子内部でゲル化させることが可能であり、しかも、導入前には液状である場合、光電変換層と第１電極とを向かい合わせ、光電変換層が形成されていない透明基板の部分と基材の部分とを封止すればよい。光電変換層と第１電極との間の距離に特に制限はないが、通常１μｍ乃至１００μｍであり、より好ましくは１μｍ乃至５０μｍである。この距離が長すぎると、導電率の低下から光電流が減少してしまう虞がある。封止剤は特に制限されないが、耐候性、絶縁性、防湿性を備えた材料を用いることが好ましく、エポキシ樹脂、紫外線硬化型樹脂、アクリル系接着剤、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート)、アイオノマー樹脂、セラミック、各種熱融着フィルム等を用いることができ、また、種々の溶接法を用いることができる。その後の電解質組成物の溶液の注液方法にも特に制限はないが、外周部が予め封止され、溶液の注入口を開けられた光電変換素子の内部に減圧下で注液を行う方法が好ましい。この場合、注入口に溶液を数滴垂らし、毛細管現象により注液する方法が簡便である。また、必要に応じて減圧若しくは加熱下で注液の操作を行うこともできる。完全に溶液が注入された後、注入口に残った溶液を除去し、注入口を封止する。この封止方法にも特に制限はなく、必要であればガラス板やプラスチック基板を封止剤で貼り付けて封止することができる。また、この方法以外にも、液晶パネルの液晶滴下注入（ＯＤＦ；One Drop Filling）法のように、電解質を滴下して減圧下で貼り合わせて封止することもできる。尚、ポリマー等を用いたゲル状電解質や全固体型の電解質の場合、光電変換層上で電解質組成物と可塑剤とを含むポリマー溶液をキャスト法により成膜した後、揮発除去する。そして、可塑剤を完全に除去した後、上記方法と同様に封止を行う。この封止は、真空シーラー等を用いて、不活性ガス雰囲気下、若しくは、減圧中で行うことが好ましい。封止を行った後、電解質を光電変換層へ十分に含浸させるため、必要に応じて加熱、加圧の操作を行うことも可能である。
【００３９】
本発明の光電変換素子モジュールの好ましい形態において、光電変換素子−Ａの第２電極の一端は、光電変換素子−Ｂの第１電極と接続されているが、光電変換素子−Ｂの第１電極の延在部が光電変換素子−Ａの第２電極の一端と接している構成とすることができるし、あるいは又、光電変換素子−Ａの第２電極の一端と光電変換素子−Ｂの第１電極とを集電電極や前述した導電材料から成る接続部によって接続する構成とすることもできる。以下、集電電極の接続部分あるいは導電材料から成る接続部を、便宜上、『インターコネクト部』と呼ぶ場合がある。尚、インターコネクト部には、必要に応じて、絶縁処理したり、樹脂やガラスフリット等の保護層を形成することが好ましい。
【００４０】
光電変換素子−Ａの第２電極の一端と光電変換素子−Ｂの第１電極とをインターコネクト部によって接続する場合、インターコネクト部の両側に接着層を設けることで、基材と透明基板とを互いに強固に接着することができ、複数の光電変換素子を確実に互いに電気的に直列に接続することができる。併せて、接着層は保護層として機能し得るので、インターコネクト部に電解質が接触することを防止することができ、電解質によるインターコネクト部の腐食を防止することができる。接着層は、例えば、紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤から構成することができる。インターコネクト部とその両隣の光電変換素子とは、接着層によって区切られた構造となる。インターコネクト部の両側に設ける接着層は、例えば、スクリーン印刷法やディスペンサー等を用いてインターコネクト部を覆うように接着剤を塗布し、基材と透明基板とを貼り合わせることにより形成すると簡便である。但し、接着層の形成方法に特に制限はなく、他の方法によって形成してもよい。基材と透明基板との貼り合わせを減圧下で行うと、接着層に気泡によるボイドが形成され難いため、好ましい。貼り合わせ後、基材と透明基板を加圧したまま、熱や紫外線によって接着層を硬化させる。紫外線による接着層の硬化の際には、光電変換層に紫外線が当たらないように遮光マスクを用いることが好ましい。
【００４１】
集電電極を設ける場合、集電電極が電流取出し領域に相当する。集電電極は、低抵抗で、接触抵抗が低いことが好ましい。集電電極の材料として、具体的には、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃ等、これらの合金、半田等が好ましく、これらの材料から成る導体ペーストをスクリーン印刷法やディスペンサー等を用いて塗布することで形成することが好ましい。必要に応じて、集電電極の全部又は一部を、導電性接着剤、導電ゴム、異方性導電接着剤等により形成してもよい。集電電極は、上述したとおり、本発明の光電変換素子モジュールの好ましい形態においては第２電極の外縁部に設けられているが、例えば、光電変換層の外形形状を矩形（辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃ、辺Ｄから構成され、辺Ａと辺Ｃが対向し、辺Ｂと辺Ｄとが対向しているとする）とする場合、集電電極は光電変換層の辺Ａに沿って設けることができ、この場合、第１電極の電流取出し領域は光電変換層の辺Ｃに沿って設け、あるいは、配置すればよい。あるいは又、集電電極は光電変換層の辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｄと平行に、「コ」の字状に設けることができ、この場合、第１電極の電流取出し領域は光電変換層の辺Ｃに沿って設け、あるいは、配置すればよい。あるいは又、集電電極は光電変換層の辺Ａ、辺Ｂと平行に、「Ｌ」の字状に設けることができ、この場合、第１電極の電流取出し領域は光電変換層の辺Ｃと辺Ｄのコーナー部の近傍に設け、あるいは、配置すればよい。あるいは又、集電電極は、上述したとおり、光電変換装置の好ましい形態においては第２電極に設けられているが、集電電極の構造として、例えば、格子状構造、櫛型状構造、中央を延びる幹電極と、この幹電極から直交する方向に延びる枝電極とを組み合わせた構造を例示することができる。場合によっては、集電電極を、光電変換層の内部に櫛型状に延在させてもよい。尚、集電電極を設けると開口率が犠牲になるが、集光部材を配置することで、例えば、第２電極の電流取出し領域の近傍に、より強く集光され、従来の技術のように、集電電極の存在が発電ロスに繋がることを回避することができる。
【００４２】
光電変換素子の形状や大きさは、必要に応じて、適宜、決定すればよく、例えば長方形である場合、その幅は、例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。また、集電電極の幅や厚さ（高さ）も、必要に応じて、適宜、決定すればよく、幅は、例えば０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下、厚さは、光電変換層及び第１電極の厚さの合計よりも１００μｍを超えない厚さとすることが好ましい。光電変換素子モジュールを構成する光電変換素子の数は、本質的に任意である。
【００４３】
光電変換装置等は、その用途に応じて様々な形状、構造、構成に基づき作製すればよく、これらは特に限定されない。光電変換装置等は、最も典型的には、太陽電池として用いられるが、その他、例えば感光センサー等に用いることもできる。また、光電変換装置等を組み込む電子機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、携帯型電子機器と据え置き型電子機器の双方を含み、例えば、携帯電話、モバイル機器、ロボット、パーソナルコンピュータ、車載機器、各種家庭電気製品等を挙げることができる。そして、これらの場合、光電変換装置等は、例えば、これらの電子機器の電源として用いられる。
【実施例１】
【００４４】
実施例１は、本発明の光電変換装置に関し、更には、本発明の光電変換素子モジュールに関する。実施例１あるいは後述する実施例２〜実施例４の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールは太陽電池として用いられ、電子機器の電源として電子機器に組み込まれる。ここで、実施例１において、光電変換素子モジュールは、所謂モノリシックモジュール構造を有し、高電圧・低電流型の太陽電池であり、５０ボルト程度の電圧を得ることができる。
【００４５】
実施例１の光電変換装置１Ａは、図１の（Ａ）に模式的な断面図を示し、図１の（Ｂ）に集光部材の拡大された模式的な断面図を示し、図２に第２電極の模式的な平面図を示すように、基材１０上に光電変換素子２０を有し、光電変換素子２０の光入射側には集光部材３０が配置されている。そして、光電変換素子２０は、具体的には、基材側から、
（Ａ）第１電極２１、
（Ｂ）光電変換層２３、及び、
（Ｃ）第２電極２２、
が積層されて成る。
【００４６】
また、実施例１の光電変換素子モジュール１Ｂは、複数の光電変換素子２０を有し、各光電変換素子２０の光入射側に集光部材３０が配置されている。尚、複数の光電変換素子２０に対して一体化された集光部材３０が配置されている。実施例１の集光部材３０をテストチャート上に置き、斜め上方から撮影した写真を図３の（Ａ）の左側に示し、真上から撮影した写真を図３の（Ａ）の右側に示す。図３の（Ａ）の右側の写真は、左手側に示すテストチャートを集光部材３０及びその延在部３１を通して撮影したものである。
【００４７】
ここで、第１電極２１はカーボンブラック及びグラファイト粒子から成り、光電変換層２３は、後述する増感色素を担持したアナターゼ型酸化チタンＴｉＯ2の焼結体微粒子から成り、第２電極２２はフッ素ドープＳｎＯ2（ＦＴＯ）から成る。第１電極２１は、光電変換層２３の側面に沿って上方へと延びている。また、光電変換層（色素増感半導体層）２３と第１電極（対極）２１との間には、ＴｉＯ2から成る多孔質絶縁層２４が設けられている。尚、多孔質絶縁層２４は、光電変換層２３の側面に沿って上方へと延びている。また、光電変換層２３、第１電極２１及び多孔質絶縁層２４には、Ｉ2及びＮａＩを含む電解質が含浸されている。基材１０及び第２電極２２を被覆する透明基板１１は、ガラスから成る。
【００４８】
そして、アクリル系樹脂から成る集光部材３０によって、第２電極２２に入射する光の光強度は不均一とされる。具体的には、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極２２の一端は、この一端に隣接する他の光電変換素子（光電変換素子−Ｂ）の第１電極２１と接続されている。また、この一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極２２の他端は、この他端に隣接する他の光電変換素子（光電変換素子−Ｃ）の第２電極２２と絶縁されている。ここで、図１の（Ａ）において、左から２番目の光電変換素子を光電変換素子−Ａとしたとき、左から１番目の光電変換素子が光電変換素子−Ｂに該当し、左から３番目の光電変換素子が光電変換素子−Ｃに該当する。尚、前述したように、光電変換素子−Ｂの第１電極２１の端部が、その光電変換層２３の側面に沿って上方に延び、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極２２の一端の延在部と接することで、第１電極２１と第２電極２２とは直接接続されている。具体的には、光電変換素子−Ｂの第１電極２１の延在部２１Ｂが光電変換素子−Ａの第２電極２２の一端の延在部２２Ｂと接している。更には、この一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）において、集光部材３０を介して第２電極２２に入射する光は、集光部材３０によって、電気抵抗の高い電極あるいは電気伝導率の低い電極（実施例１にあっては、電気抵抗Ｒ2を有する第２電極２２）が、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）と隣接する光電変換素子（光電変換素子−Ｂ）を構成する電気抵抗の低い電極あるいは電気伝導率の高い電極（実施例１にあっては、電気抵抗Ｒ1を有する第１電極２１）と接続される側の部分あるいは領域（第２電極２２の電流取出し領域側であり、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａの近傍）に、より強く集光される。即ち、実施例１にあっては、第２電極２２が電気抵抗の高い電極に該当し、第１電極２１が電気抵抗の低い電極に該当し、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａの側よりも第２電極２２の電流取出し領域２２Ａの側に、より強く集光される。
【００４９】
実施例１における集光部材３０の拡大された模式的な一部断面図を図１の（Ｂ）に示す。尚、集光部材３０を通過する光線の軌跡を併せて図示した。集光部材３０は、接着剤（図示せず）を用いて透明基板１１と貼り合わされている。集光部材３０において、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａと第２電極２２の電流取出し領域２２Ａを通り、第２電極２２の光入射面に対して垂直な仮想平面（ＸＺ平面）で集光部材３０を切断したときの集光部材３０の外形線の第２電極の光入射面を基準とした高さを『Ｈ』とする。ここで、光は、空気中から、屈折率の値が１を越える材料（具体的には、アクリル系樹脂）から構成された集光部材３０に入射し、集光部材３０から出射され、第２電極２２に直接入射する。従って、高さＨは、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａから第２電極２２の電流取出し領域２２Ａに向かって高くなる。即ち、この集光部材３０の外形線の関数は、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａから第２電極２２の電流取出し領域２２Ａに向かって単調に、滑らかに増加する関数である。更には、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）と、この一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）に隣接する他の光電変換素子（光電変換素子−Ｂ）との間には隙間２５が存在し、隙間２５の上方には、集光部材３０と一体化された集光部材の延在部３１が配されており、集光部材の延在部３１を通過した光は、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第２電極２２の一端（あるいはその近傍）に到達する。更には、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａと第２電極２２の電流取出し領域２２Ａを通り、第２電極２２の光入射面に対して垂直な仮想平面で集光部材の延在部３１を切断したときの集光部材の延在部３１の外形線の第２電極の光入射面を基準とした高さＨ’は、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａから離れる方向に向かって低くなる。即ち、この集光部材の延在部３１の外形線の関数は、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａから離れる方向に向かって単調に、滑らかに減少する関数である。尚、集光部材３０の外形線は上に凸の曲線である。更には、集光部材３０及びその延在部３１の軸線はＹ方向に延び、シリンドリカル・レンズに類似した形状を有し、集光部材３０は正のパワーを有する非球面レンズである。即ち、集光部材３０及びその延在部３１の軸線は、Ｙ方向に光学的なパワーを有さず、ＸＺ平面において光学的なパワーを有し、集光部材３０及びその延在部３１は、非対称のシリンドリカル・レンズから構成されている。
【００５０】
実施例１において、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａ及び第２電極２２の電流取出し領域２２Ａの平面形状は矩形である（図２の模式的な平面図参照）。尚、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａは第１電極２１に包含されて、明確には峻別できない。同様に、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａは第２電極２２に包含されて、明確には峻別できない。光電変換層２３の外形形状は矩形であり、辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃ、辺Ｄから構成され、辺Ａと辺Ｃが対向し、辺Ｂと辺Ｄとが対向している。そして、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａは光電変換層２３の辺Ａに沿って位置しており、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａは光電変換層２３の辺Ｃに沿って位置している。尚、図２において、電流取出し領域２１Ａ，２２Ａを明示するために、これらを一点鎖線と実線で囲み、更に斜線を付した。後述する図８、図１２、図１３においても同様である。また、図２、図８、図１２、図１３においては、図面の簡素化のため、光電変換素子を構成する第２電極２２の部分等のみを図示し、更には、各種領域を明示するために斜線を付した。
【００５１】
集光部材３０及び透明基板１１を透過して入射した光は、光電変換層（色素増感半導体層）２３の増感色素を励起して電子を発生させる。この電子は、速やかに増感色素から半導体微粒子へと移動する。一方、電子を失った増感色素は、半導体微粒子及び多孔質絶縁層２４の全体に含浸された電解質のイオンから電子を受け取り、電子を渡した分子は再び第１電極（対極）２１の表面で電子を受け取る。この一連の反応により、光電変換層（色素増感半導体層）２３に電気的に接続された第２電極２２と第１電極（対極）２１との間に起電力が発生する。こうして光電変換が行われる。この場合、直列接続された複数の光電変換素子における取り出し電極（正極）２６Ａと取り出し電極（負極）２６Ｂとの間における光電変換素子の起電力の合計の起電力が発生する。
【００５２】
集光部材３０を配置しない光電変換素子を比較例１Ａとした。
【００５３】
実施例１における１つの光電変換素子の等価回路を図３の（Ｂ）に示す。１つの光電変換素子を１０のセグメントに分割し、この等価回路に基づき、回路シミュレーター  ＬＴＳｐｉｃｅ  ＩＶを用いて、Ｉ−Ｖ特性のシミュレーションを行った。併せて、比較例１Ａの光電変換素子におけるＩ−Ｖ特性のシミュレーションを行った。その結果を図４の（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【００５４】
ここで、図４の（Ａ）に１つの光電変換素子における光強度分布を示すが、「Ａ」は実施例１を示し、「Ｂ」は比較例１Ａを示す。尚、縦軸は光強度の相対値であり、横軸の左端は第２電極２２の一端を示し、右端は第２電極２２の他端を示す。実施例１にあっては、光強度は傾斜している。即ち、最も第２電極２２の一端に近い仮想の電流源は３．８ミリアンペアであり、遠くなるにつれて、３．４ミリアンペア、３．０ミリアンペアと、逐次、低下していく。セグメント間の第２電極２２の抵抗値を２オームとし、セグメント間の第１電極２１の抵抗値を０．２オームとし、１つのセグメントの内部抵抗値を１０オームとした。一方、比較例１Ａにあっては、光強度は一様である。即ち、等価回路内に含まれている１０個の仮想の電流源は全て２．０ミリアンペアである。実施例１及び比較例１Ａの出力の結果を図４の（Ｂ）の「Ａ」及び「Ｂ」に示す。最大出力は、実施例１にあっては６．７７ミリワット、比較例１Ａでは６．１８ミリワットとなった。即ち、光電変換素子−Ａにおいては、集光部材３０を介して第２電極２２に入射する光を、光電変換素子−Ｂに隣接した第２電極２２の部分あるいは領域に、集光部材３０によってより強く集光することで、最大出力が増加することが示された。
【００５５】
このように、実施例１の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールにあっては、集光部材３０によって、第２電極２２に入射する光の光強度が不均一とされるが故に、第２電極２２の領域、領域によって発電量が異なる。その結果、例えば、光電変換層２３において発生して第２電極２２の電流取出し領域２２Ａへと向かう電子が第２電極２２中を通る距離を極力短くすることができるので、発電ロスを低減することが可能となる。
【００５６】
また、図２０に模式的な断面図を示すように、集光部材３０の取り付け方向を実施例１と逆にした光電変換素子モジュールを、比較例１Ｂとして作製した。即ち、比較例１Ｂにあっては、高さＨは、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａから第１電極２１の電流取出し領域２１Ａに向かって高くなる。即ち、比較例１Ｂにおいては、集光部材３０の外形線の関数は、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａから第１電極２１の電流取出し領域２１Ａに向かって単調に、滑らかに増加する関数である。更には、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）と、この一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）に隣接する他の光電変換素子（光電変換素子−Ｃ）との間には隙間２５’が存在し、隙間２５’の上方には集光部材の延在部３１が配されている。そして、集光部材３０及び集光部材の延在部３１を通過した光は、一の光電変換素子（光電変換素子−Ａ）の第１電極２１の一端側に集光される。
【００５７】
発電試験結果を図５に示すように、実施例１の光電変換素子モジュール（図５では「Ａ」にて示す）のエネルギー変換効率は８．４７％であった。一方、比較例１Ｂ（図５では「Ｂ」にて示す）のエネルギー変換効率は８．２５％であった。また、集光部材３０を配置しない光電変換素子モジュール（比較例１Ｃであり、図５では「Ｃ」にて示す）のエネルギー変換効率は７．７２％であった。このように、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａの近傍に、より強く集光することで、エネルギー変換効率が向上することが確認された。尚、実施例１、比較例１Ｂ、比較例１Ｃの開放電圧Ｖoc（単位：ボルト）、電流密度Ｊsc（単位：ｍＡ／ｃｍ2）、フィルファクターＦＦ（単位：％）の値を以下の表１に示す。
【００５８】
比較例１Ｂにあっては、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａの上方に位置する第２電極２２の領域に電子がより多く集まる。そして、この電子は第２電極２２の電流取出し領域２２Ａへと移動するが、その移動距離は長い。従って、発電ロスがより多く生じる。一方、実施例１にあっては、第２電極２２の電流取出し領域２２Ａの近傍に電子がより多く集まる。そして、この電子は第２電極２２の電流取出し領域２２Ａへと移動するが、その移動距離は短い。従って、発電ロスを低減することができる。
【００５９】
［表１］
Ｖoc              Ｊsc              ＦＦ
実施例１        ５．４２５        ２．２８          ６８．５
比較例１Ｂ      ５．４７５        ２．２０          ６８．６
比較例１Ｃ      ５．４６７        ２．０５          ６８．８
【００６０】
実施例１の光電変換装置１Ａあるいは光電変換素子モジュール１Ｂは、例えば、透明基板等の模式的な一部断面図である図６の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する以下の方法で製造することができる。
【００６１】
［工程−１００］
具体的には、先ず、ガラス基板から成る透明基板１１上にＦＴＯ層が形成された太陽電池用ＦＴＯガラス基板（シート抵抗１０Ω／□）を準備し、このＦＴＯ層をエッチングによりパターニングして、各光電変換素子２０においてパターニングされた第２電極２２を得た（図６の（Ａ）参照）。その後、アセトン、アルコール、アルカリ系洗浄液、超純水を順に用いて超音波洗浄を行い、十分に乾燥させた。
【００６２】
［工程−１１０］
次いで、第２電極２２上に、厚さ２０μｍの酸化チタンペーストをスクリーン印刷法に基づき塗布し、多孔質ＴｉＯ2層を得た。そして、この多孔質ＴｉＯ2層を５００゜Ｃで３０分間電気炉で焼成し、放冷後、０．１モル／リットルのＴｉＣｌ4水溶液中に浸漬させ、７０゜Ｃで３０分間保持した後、純水及びエタノールで十分に洗浄し、乾燥後、再び５００゜Ｃで３０分間電気炉で焼成した。こうして、アナターゼ型ＴｉＯ2焼結体から成る光電変換層２３（但し、増感色素担持前）を得た。
【００６３】
［工程−１２０］
その後、市販のＴｉＯ2粒子（粒径２００ｎｍ）、テルピネオール及びエチルセルロースを用いて調製したスクリーン印刷用ＴｉＯ2ペーストをＴｉＯ2焼結体（光電変換層２３）上に塗布した。そして、ＴｉＯ2ペーストを乾燥させＴｉＯ2層を得た後、第１電極（対極）として市販のカーボンブラックとグラファイト粒子、テルピネオール及びエチルセルロースを用いて調製したスクリーン印刷用ペーストをＴｉＯ2層上に塗布し、このペーストを乾燥した後、４５０゜Ｃで３０分間電気炉で焼成した。こうして、多孔質絶縁層２４及び多孔質の第１電極（対極）２１を得ることができた（図６の（Ｂ）参照）。尚、第１電極２１は第２電極２２と接している。
【００６４】
［工程−１３０］
次に、０．５ミリモルのシス−ビス（イソチオシアナート）−Ｎ，Ｎ−ビス（２，２'−ジピリジル−４，４'−ジカルボン酸）−ルテニウム（ＩＩ）ジテトラブチルアンモニウム塩（Ｎ７１９色素）のｔｅｒｔ−ブチルアルコール／アセトニトリル混合溶媒（体積比１：１）に室温下、４８時間浸漬させて、ＴｉＯ2焼結体に増感色素を担持させた。更には、増感色素を担持させたＴｉＯ2焼結体をアセトニトリルで洗浄し、暗所で乾燥させた。こうして、光電変換層（色素増感半導体層）２３を得ることができた。
【００６５】
［工程−１４０］
γ−ブチロラクトン３グラムにヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）０．０４５グラム、１−プロピル−２，３−ジメチルイミダゾリウムヨーダイド１．１１グラム、ヨウ素（Ｉ2）０．１１グラム、４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジン０．０８１グラムを溶解させ、電解質組成物を調製した。そして、こうして調製した電解質組成物をディスペンサーを用いて第１電極側の表面の全面に塗布し、第１電極２１、多孔質絶縁層２４及び光電変換層（色素増感半導体層）２３の内部に含浸させ、これらから染み出した余分な電解質組成物をきれいに拭き取った。
【００６６】
［工程−１５０］
次に、透明基板１１の両端に位置するＦＴＯ膜から成る取出し電極接合部にチタン箔を超音波半田法によって接合し、取り出し電極２６Ａ，２６Ｂを設けた（図６の（Ｃ）参照）。その後、ガラスから成る基材１０を、接着剤から成る接合層１２を介して第１電極等と接着し、光電変換素子モジュール１Ｂを得た。こうして、図１の（Ａ）に模式的な断面図を示す光電変換素子２０を得ることができた。
【００６７】
［工程−１６０］
その後、集光部材３０を透明基板１１の上に接着剤（図示せず）を用いて貼り合わせ、実施例１の光電変換装置１Ａあるいは光電変換素子モジュール１Ｂを得ることができた。
【００６８】
以下、図１８及び図１９を参照して、集光部材３０の外形線の求め方の一例を説明する。
【００６９】
ここで、図１８に概念図を示すように、集光部材３０に相当するレンズに一様な光強度を有する光が入射し、光強度がリニアに傾斜された状態でレンズから出射されるとする。ここで、入射光の座標をｘ＝０．０からｘ＝１．０で表現する。また、この入射光に対応した出射光の座標をｙ＝０．０からｙ＝１．０で表現する。ｘとｙの関係は、以下の式（Ａ）のとおりである。
【００７０】
ｙ＝１−（１−ｘ）1/2    （Ａ）
【００７１】
即ち、或るｘ座標の値を有する光がレンズに入射し、レンズから出射し、第２電極に到達したときの座標（ｙ座標）の値は、式（Ａ）にて求めることができる。
【００７２】
そして、集光部材３０の外形線（レンズ曲面形状）は、例えば、以下の方法で求めることができる。即ち、例えば、レンズの左端の高さをｈ0（初期値）とする。そして、式（Ａ）に基づき、所望のｘ座標の値からｙ座標の値を求める。一方、図１９に示した各式から求めたｙ座標の値が、式（Ａ）に基づき求められたｙ座標の値と一致するように、ｈiの高さを決定する。即ち、図１９における関数ｆ（ａi）＝ｃiを満たすｈi+1を求める作業を行う。この作業を、順次行い、ｈ2，ｈ3，ｈ4・・・を決定し、それらを滑らかな曲線で結べばよい。
【実施例２】
【００７３】
実施例２は、実施例１の変形であり、光電変換素子モジュールは、所謂Ｚ型モジュール構造を有し、小型モジュールに適し、更には、中程度の電圧（例えば、２乃至１０ボルト）を得るのに適している。図７に、実施例２の光電変換装置２Ａ、光電変換素子モジュール２Ｂの模式的な断面図を示し、図８に、第２電極の模式的な平面図を示す。
【００７４】
実施例２にあっては、光電変換素子−Ａの第２電極２２の一端は、光電変換素子−Ｂの第１電極２１と接続されているが、具体的には、光電変換素子−Ａの第２電極２２の一端と光電変換素子−Ｂの第１電極２１とは、導電材料から成る接続部（インターコネクト部２７Ａ）によって接続されている。そして、更には、インターコネクト部２７Ａの両側には、接着層２７Ｂが設けられている。これによって、基材１０と透明基板１１とを互いに強固に接着することができ、複数の光電変換素子を確実に互いに電気的に直列に接続することができる。しかも、接着層２７Ｂは保護層として機能し得るので、インターコネクト部２７Ａに電解質が接触することを防止することができ、電解質によるインターコネクト部２７Ａの腐食を防止することができる。接着層２７Ｂは、紫外線硬化型接着剤から構成されている。インターコネクト部２７Ａとその両隣の光電変換素子とは、接着層２７Ｂによって区切られている。
【００７５】
以上の点を除き、実施例２の光電変換装置２Ａあるいは光電変換素子モジュール２Ｂは、実施例１の光電変換装置１Ａあるいは光電変換素子モジュール１Ｂと同様の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００７６】
以下、実施例２の光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの製造方法の概要を、透明基板等の模式的な一部断面図である図９の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、説明する。
【００７７】
［工程−２００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様にして、ガラス基板から成る透明基板１１上にＦＴＯ層が形成された太陽電池用ＦＴＯガラス基板（シート抵抗１０Ω／□）を準備し、このＦＴＯ層をエッチングによりパターニングして、各光電変換素子２０においてパターニングされた第２電極２２を得る。
【００７８】
［工程−２１０］
次いで、実施例１の［工程−１１０］と同様にして、アナターゼ型ＴｉＯ2焼結体から成る光電変換層２３（但し、増感色素担持前）を得る。
【００７９】
［工程−２２０］
その後、光電変換層２３と光電変換層２３との間の透明基板１１の領域に、導電材料から成る接続部（インターコネクト部２７Ａ）を、例えば、スクリーン印刷法に基づき形成する。こうして、図９の（Ａ）に示す状態を得ることができる。また、実施例１の［工程−１５０］と同様にして、取り出し電極２６Ａ，２６Ｂを設ける。
【００８０】
［工程−２３０］
その後、実施例１の［工程−１３０］と同様にして、ＴｉＯ2焼結体に増感色素を担持させることで、光電変換層（色素増感半導体層）２３を得る。
【００８１】
［工程−２４０］
一方、基材１０上に、第１電極（対極）として市販のカーボンブラックとグラファイト粒子、テルピネオール及びエチルセルロースを用いて調製したスクリーン印刷用ペーストをＴｉＯ2層上に塗布し、このペーストを乾燥した後、市販のＴｉＯ2粒子（粒径２００ｎｍ）、テルピネオール及びエチルセルロースを用いて調製したスクリーン印刷用ＴｉＯ2ペーストをＴｉＯ2層上に塗布する。そして、ＴｉＯ2ペーストを乾燥させＴｉＯ2層を得た後、４５０゜Ｃで３０分間電気炉で焼成する。こうして、多孔質絶縁層２４及び多孔質の第１電極（対極）２１を得ることができる。
【００８２】
［工程−２５０］
次いで、多孔質絶縁層２４と多孔質絶縁層２４との間の基材１０及び第１電極２１の領域に、接着層２７Ｂを、例えば、スクリーン印刷法に基づき形成する。こうして、図９の（Ａ）に示す状態を得ることができる。
【００８３】
［工程−２６０］
その後、基材１０と透明基板１１とを対向させ、基材１０と透明基板１１とを相互に接近させる。すると、図９の（Ｂ）に示すように、接続部２７Ａが接着層２７Ｂに侵入し（図９の（Ｂ）参照）、最終的に、図９の（Ｃ）に示す状態を得ることができる。
【００８４】
［工程−２７０］
そして、実施例１の［工程−１４０］と同様の電解質組成物を第１電極２１、多孔質絶縁層２４及び光電変換層（色素増感半導体層）２３の内部に含浸させる。その後、基材１０と透明基板１１の外周部を接合層１２で封止することで、光電変換素子２０を得ることができる。次いで、集光部材３０を透明基板１１の上に接着剤（図示せず）を用いて貼り合わせ、実施例２の光電変換装置２Ａあるいは光電変換素子モジュール２Ｂを得ることができる。
【実施例３】
【００８５】
実施例３も、実施例１の変形であり、光電変換素子モジュールは、大型化が比較的容易な、所謂Ｗ型モジュール構造を有する。図１０に、実施例３の光電変換装置３Ａ、光電変換素子モジュール３Ｂの模式的な断面図を示す。
【００８６】
実施例３にあっては、光電変換素子２０ａと、第１電極、光電変換層及び第２電極の積層構造が、光電変換素子２０ａと上下、逆である光電変換素子２０ｂとが、直列に接続されている。光電変換素子と光電変換素子とは、封止剤から成る封止層（スペーサ）２８によって区切られている。
【００８７】
ここで、光電変換素子２０ａが光電変換素子−Ａに該当し、光電変換素子２０ｂが光電変換素子−Ｂに該当するとした場合、Ｒ2＜Ｒ1であるが故に、光電変換素子２０ａ（光電変換素子−Ａに該当）にあっては、光電変換素子２０ｂ（光電変換素子−Ｂに該当）と隣接する光電変換素子２０ａ（光電変換素子−Ａに該当）の領域２２Ａ（第１電極２２の電流取出し領域２２Ａの近傍）に、より強く集光される。一方、光電変換素子２０ｂが光電変換素子−Ａに該当し、光電変換素子２０ａが光電変換素子−Ｃに該当するとした場合、Ｒ2＜Ｒ1であるが故に、光電変換素子２０ｂ（光電変換素子−Ａに該当）にあっては、光電変換素子２０ａ（光電変換素子−Ｃに該当）と隣接する光電変換素子２０ｂ（光電変換素子−Ａに該当）の領域（第２電極２２の電流取出し領域２２Ａ’の近傍）に、より強く集光される。即ち、光電変換素子２０ａにおける集光部材３０及びその延在部３１の配置と、光電変換素子２０ｂにおける集光部材３０及びその延在部３１の配置とは、鏡像の関係にある。各集光部材３０及びその延在部３１の形状は、例えば、実質的に、実施例１において説明したと同様とすればよい。
【００８８】
以上の点を除き、また、構成する材料を、適宜、変更することを除き、実施例３の光電変換装置３Ａあるいは光電変換素子モジュール３Ｂは、実施例１の光電変換装置１Ａあるいは光電変換素子モジュール１Ｂと同様の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【実施例４】
【００８９】
実施例４も、実施例１の変形である。実施例４の光電変換装置は、実施例１において説明した集光部材が配置された１つの光電変換素子から構成された光電変換装置（単セル構造）から成り、あるいは又、図１１に模式的な断面図を示すように、実施例１において説明した光電変換素子の複数から構成された、所謂対向セルモジュール型構造を有する。但し、実施例１と異なり、各光電変換素子の第１電極２１と、この光電変換素子に隣接する光電変換素子の第２電極２２とは、配線４１によって直列に接続されている。また、各多孔質絶縁層２４及び光電変換層（色素増感半導体層）２３の側面には、封止剤から成る封止層（スペーサ）４０が設けられている。以上の点を除き、実施例４の光電変換素子、光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールは、実施例１において説明した光電変換素子２０、光電変換装置１Ａあるいは光電変換素子モジュール１Ｂと同様の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００９０】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例にて説明した光電変換素子、光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールの構成、構造、製造条件、製造において用いた材料等は、例示であり、適宜、変更することができる。また、光電変換素子モジュールを構成する光電変換素子の個数も例示であり、適宜、変更することができる。
【００９１】
以上に説明した実施例における光電変換素子、光電変換装置あるいは光電変換素子モジュールにおいて、第２電極には集電電極（バスバー）２９が設けられている構成とすることができる。第２電極の模式的な平面図を図１２あるいは図１３に示すように、各実施例にあっては、第２電極２２の外縁部に集電電極２９が設けられている構成とすることができる。集電電極２９は、例えば、スクリーン印刷法に基づき銀ペーストを用いて形成することができる。集電電極２９が、第２電極２２の電流取出し領域に相当する。そして、集電電極２９は光電変換層２３の辺Ａに沿って設けられており、この場合、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａは光電変換層２３の辺Ｃに沿って位置している（図１２参照）。あるいは又、集電電極２９は、光電変換層２３の辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｄと平行に、「コ」の字状に設けられており、この場合、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａは光電変換層２３の辺Ｃに沿って位置している（図１３参照）。あるいは又、集電電極２９は、光電変換層２３の辺Ａ、辺Ｂと平行に、「Ｌ」の字状に設けられており、この場合、第１電極２１の電流取出し領域２１Ａは光電変換層２３の辺Ｃ、辺Ｄのコーナー部の近傍に位置している。第１電極２１の電流取出し領域２１Ａを、図１２及び図１３においては一点鎖線で示すが、第１電極２１に包含されて、明確には峻別できない。また、図１３〜図１６において、集光部材の高さの変化を示すため、集光部材の高さの等高線を点線で示す。尚、「Ｈ」を付した領域は集光部材の高さが最も高い領域を示し、「Ｌ」を付した領域は集光部材の高さが最も低い領域を示し、「Ｌ」が付された領域から「Ｈ」が付された領域に向けて集光部材の高さは次第に高くなる。
【００９２】
あるいは又、集電電極は、集電電極２９の構造として、例えば、格子状構造（図１４参照）、櫛型状構造（図１５参照）、中央を延びる幹電極と、この幹電極から直交する方向に延びる枝電極とを組み合わせた構造（図１６参照）を例示することができる。場合によっては、集電電極を、光電変換層の内部に櫛型状に延在させてもよい。
【００９３】
図１７に概念図を示すように、集光部材をフレネルレンズから構成してもよく、これによって、集光部材の厚さを薄くすることができる。尚、図１７には、集光部材を通過する光線の軌跡を併せて図示した。図１７において、「Ａ」は集光部材の光入射面を示し、「Ｂ」は集光部材の光出射面（フレネルレンズ面）を示し、「Ｃ」は透明基板の光入射面を示し、「Ｄ」は第２電極の光入射面を示す。集光部材の光出射面（フレネルレンズ面）と透明基板の光入射面との間には空間が存在する。このような構成にあっては、集光部材を適切な手段を用いて、透明基板の上方に位置させればよい。集光部材の光入射面をフレネルレンズ面とすれば、集光部材を透明基板上に密着して配置することができる。また、実施例にあっては、集光部材３０を、専ら、平凸レンズから構成するとして説明したが、平凹レンズから構成することもできる。あるいは又、集光部材を適切な手段を用いて透明基板の上方に位置させるのであれば、集光部材として、両凸レンズやメニスカス凸レンズ、両凹レンズ、メニスカス凹レンズを用いることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
１Ａ，２Ａ，３Ａ・・・光電変換装置、１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ・・・光電変換素子モジュール、３ａ，３ｂ・・・光電変換素子、１０・・・基材、１１・・・透明基板、１２・・・接合層、２０・・・光電変換素子、２１・・・第１電極、２１Ａ・・・第１電極の電流取出し領域、２１Ｂ・・・第１電極の延在部、２２・・・第２電極、２２Ａ・・・第２電極の電流取出し領域、２２Ｂ・・・第２電極の一端の延在部、２３・・・光電変換層、２４・・・多孔質絶縁層、２５・・・隙間、２６Ａ，２６Ｂ・・・取り出し電極（正極及び負極）、２７Ａ・・・接続部（インターコネクト部）、２７Ｂ・・・接着層、２８・・・封止層、２９・・・集電電極、３０・・・集光部材、３１・・・集光部材の延在部、４０・・・封止層、４１・・・配線
【図１】
2011238472.tif 000003
【図２】
2011238472.tif 000004
【図４】
2011238472.tif 000005
【図６】
2011238472.tif 000006
【図７】
2011238472.tif 000007
【図８】
2011238472.tif 000008
【図９】
2011238472.tif 000009
【図１０】
2011238472.tif 000010
【図１１】
2011238472.tif 000011
【図１２】
2011238472.tif 000012
【図１３】
2011238472.tif 000013
【図１４】
2011238472.tif 000014
【図１５】
2011238472.tif 000015
【図１６】
2011238472.tif 000016
【図１７】
2011238472.tif 000017
【図２０】
2011238472.tif 000018
【図３】
2011238472.tif 000019
【図５】
2011238472.tif 000020
【図１８】
2011238472.tif 000021
【図１９】
2011238472.tif 000022