(57)【要約】【課題】光電変換素子を提供する。【解決手段】互いに離隔して配される第１及び第２基板と、第２基板と対向する第１基板の一面上に配され、第１基板のシーリング領域から延び、互いに離隔する複数の第１電極と、第１電極上に配される保護層と、を備え、シーリング領域上の保護層の端部は、少なくとも２つ以上の第１電極を横切って連続的に延びる光電変換素子。これにより、電解質の漏れが効果的に防止され、耐久性の優秀な光電変換素子が提供される。【選択図】図３
2011100725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離隔して配される第１及び第２基板と、
前記第２基板と対向する第１基板の一面上に配され、第１基板のシーリング領域から延び、互いに離隔する複数の第１電極と、
前記第１電極上に配される保護層と、を備え、
前記シーリング領域上の保護層の端部は、少なくとも２つ以上の第１電極を横切って連続的に延びることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記第１基板の光電変換領域上の保護層の一部は、互いに離隔する複数の部分を含み、各部分は各第１電極を覆うことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
第１基板の光電変換領域上の保護層の一部は、少なくとも２つ以上の第１電極を横切って連続的に延びることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記第１基板のシーリング領域と周辺領域との境界に沿って延び、前記第１電極を互いに結合させる第２電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記保護層は、前記第２電極の少なくとも一部と重なることを特徴とする請求項４に記載の光電変換素子。
【請求項６】
第１及び第２基板間のシーリング部材をさらに備え、
前記シーリング部材は、前記保護層の端部と少なくとも部分的に重なることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記保護層の端部は、前記シーリング部材と対向する実質的に平坦な面を持つことを特徴とする請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記保護層は、樹脂系物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項９】
隣接する２つの第１電極間の前記保護層の端部の厚さは、少なくとも第１電極の厚さと同じであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
第１基板と対向する第２基板の一面上に配され、第２基板のシーリング領域から延び、互いに離隔している複数の第３電極と、
前記第３電極上に配される第２保護層と、を含み、
前記シーリング領域上の第２保護層の端部は、少なくとも２つ以上の第３電極を横切って連続的に延びることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１１】
前記第２基板の光電変換領域上の第２保護層の一部は、互いに離隔する複数の部分を含み、各部分は、各第３電極を覆うことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
【請求項１２】
前記第２基板の光電変換領域上の第２保護層の一部は、少なくとも２つ以上の第３電極を横切って連続的に延びることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
【請求項１３】
第２基板のシーリング領域と周辺領域との境界に沿って延び、前記第３電極を結合させる第４電極をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
【請求項１４】
前記第２保護層は、前記第４電極の少なくとも一部と重なることを特徴とする請求項１３に記載の光電変換素子。
【請求項１５】
前記第２保護層の端部は、第１基板と対向する実質的に平坦な面を持つことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
【請求項１６】
隣接する２つの第３電極間の前記第２保護層の端部の厚さは、少なくとも前記第３電極の厚さと同じであることを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、化石燃料を代替するエネルギー源として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子について多様な研究が進んでおり、太陽光を利用する太陽電池が大きく注目されている。
【０００３】
半導体のｐ−ｎ接合を利用するウェーハ形態のシリコンまたは結晶質太陽電池は最も広く普及されているが、高純度の半導体材料を形成及び取扱うという工程の特性上コストが高いという問題がある。
【０００４】
シリコン太陽電池とは異なり、色素増感太陽電池は、可視光線の波長を持つ光が入射されるときこれを受けて励起電子を生成できる感光性染料と、励起された電子を収容できる半導体物質と、そして、外部回路から戻る電子と反応する電解質とを主な構成要素とし、従来の太陽電池に比べて飛躍的に高い光電変換効率を有し、次世代太陽電池として期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、電解質の漏れが効果的に防止され、耐久性に優れる光電変換素子を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記のような目的及びその他の目的を達成するための本発明の光電変換素子は、互いに離隔して配される第１及び第２基板と、前記第２基板と対向する第１基板の一面上に配され、第１基板のシーリング領域から延び、互いに離隔する複数の第１電極と、前記第１電極上に配される保護層と、を備え、前記シーリング領域上の保護層の端部は、少なくとも２つ以上の第１電極を横切って連続的に延びる。
【０００７】
本発明の一実施形態において、第１基板の光電変換領域上の保護層の一部は、互いに離隔する複数の部分を含み、各部分は各第１電極を覆う。
【０００８】
本発明の一実施形態において、第１基板の光電変換領域上の保護層の一部は、少なくとも２つ以上の第１電極を横切って連続的に延びる。
【０００９】
本発明の一実施形態による光電変換素子は、第１基板のシーリング領域と周辺領域との境界に沿って延び、第１電極を互いに結合させる第２電極をさらに含む。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記保護層は、前記第２電極の少なくとも一部と重なる。
【００１１】
本発明の一実施形態による光電変換素子は、第１及び第２基板間のシーリング部材をさらに備え、前記シーリング部材は、前記保護層の端部と少なくとも部分的に重なる。このとき、前記保護層の端部は、前記シーリング部材と対向する実質的に平坦な面を持つ。
【００１２】
例えば、前記保護層は、樹脂系物質を含む。
【００１３】
本発明の一実施形態において、隣接する２つの第１電極間の前記保護層の端部の厚さは、少なくとも第１電極の厚さと同じである。
【００１４】
本発明の一実施形態による光電変換素子は、第１基板と対向する第２基板の一面上に配され、第２基板のシーリング領域から延び、互いに離隔している複数の第３電極と、前記第３電極上に配される第２保護層と、を含み、前記シーリング領域上の第２保護層の端部は、少なくとも２つ以上の第３電極を横切って連続的に延びる。
【００１５】
本発明の一実施形態において、第２基板の光電変換領域上の第２保護層の一部は、互いに離隔する複数の部分を含み、各部分は、各第３電極を覆う。
【００１６】
本発明の一実施形態において、第２基板の光電変換領域上の第２保護層の一部は、少なくとも２つ以上の第３電極を横切って連続的に延びる。
【００１７】
本発明の一実施形態による光電変換素子は、第２基板のシーリング領域と周辺領域との境界に沿って延び、前記第３電極を結合させる第４電極をさらに含む。
【００１８】
本発明の一実施形態において、第２保護層は、前記第４電極の少なくとも一部と重なる。
【００１９】
本発明の一実施形態において、第２保護層の端部は、第１基板と対向する実質的に平坦な面を持つ。
【００２０】
本発明の一実施形態において、隣接する２つの第３電極間の前記第２保護層の端部の厚さは、少なくとも前記第３電極の厚さと同じである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電解質の漏れが効果的に防止され、耐久性の優秀な光電変換素子が提供される。さらに具体的には、電極ピッチ間隔で離隔するグリッドパターンを埋め込む保護層をシーリング領域に沿って一括的に連続して形成することによって、グリッドパターン間の段差部分を埋め込んでシーリング部材に対する平坦な支持面を提供でき、シーリング部材の被覆特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による光電変換素子の分解斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【図３】光電極が形成された受光面基板の斜視図であって、光電変換素子のシーリング構造を示すための図面である。
【図４】図３に図示された受光面基板の平面図であって、光電変換素子のシーリング構造を示すための図面である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線の断面図である。
【図６】本発明と比べられる比較例による光電変換素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態に関する光電変換素子について説明する。図１には、本発明の一実施形態に関する光電変換素子の分解斜視図が図示されている。図面を参照すれば、前記光電変換素子は、光電変換を行うための機能層１１８、１２８が形成された受光面基板１１０及び相対基板１２０を互いに対向するように配し、受光面基板１１０と相対基板１２０との間のエッジに沿ってシーリング部材１３０を介して両基板１１０、１２０を封着させた後、図示されていない電解質注入口を通じて素子の内部に電解質（図示せず）を注入させることによって形成できる。前記シーリング部材１３０は、電解質が外部に漏れないように電解質を密封し、素子内部の光電変換領域Ｐと素子外部の周辺領域ＮＰとを区切る。
【００２４】
例えば、前記受光面基板１１０及び相対基板１２０に形成された機能層１１８、１２８は、照射光から励起電子を生成するための半導体層と、生成された電子を取り集めて外部に引き出すための電極とを含む。例えば、機能層１１８、１２８を構成する電極構造の一部は、外部回路との電気接続のためにシーリング部材１３０の外郭に延びて周辺領域ＮＰに引き出されうる。
【００２５】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。図面を参照すれば、光電極１１４が形成された受光面基板１１０と、相対電極１２４が形成された相対基板１２０とが互いに対向するように配され、前記光電極１１４上には光ＶＬにより励起される感光性染料を吸着した半導体層１１７が形成され、前記半導体層１１７と相対電極１２４との間には電解質１５０が介される。例えば、光電極１１４及び半導体層１１７は、受光面基板１１０側の機能層１１８に該当し、相対電極１２４は、相対基板１２０側の機能層１２８に該当する。
【００２６】
前記受光面基板１１０と相対基板１２０とは、シーリング部材１３０を介して所定間隙をおいて合着され、受光面基板１１０と相対基板１２０との間には、電解質１５０を構成する電解液が充填されうる。前記シーリング部材１３０は、電解質１５０を内包するように電解質１５０の周囲に形成され、電解質１５０が外部に漏れないように密封している。
【００２７】
前記光電極１１４と相対電極１２４とは、導線１６０を用いて接続され、外部回路１８０を通じて電気的に連結される。ただし、複数の光電変換素子が直列／並列に接続されてモジュール化する構成では、光電変換素子の電極１１４、１２４が直列接続または並列接続され、接続部の両端が外部回路１８０と連結されうる。
【００２８】
前記受光面基板１１０は透明素材からなり、高い透光率を持つ素材からなることが望ましい。例えば、前記受光面基板１１０は、ガラス素材のガラス基板や樹脂フィルムで構成されうる。樹脂フィルムは、通常可とう性を持つため、柔軟性が求められる用途に適している。
【００２９】
前記光電極１１４は、透明導電膜１１１と透明導電膜１１１上に形成されたグリッドパターン１１３とを備えることができる。前記透明導電膜１１１は、透明性と電気伝導性とを兼ね備えた素材からなり、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯなどのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ）からなりうる。前記グリッドパターン１１３は、光電極１１４の電気抵抗を低めるために導入されたものであり、光電変換作用によって生成された電子を受け取って、低抵抗の電流パスを提供する配線として機能する。例えば、前記グリッドパターン１１３は、電気伝導性の優秀な金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属素材からなり、ストライプ形状にパターン化できる。
【００３０】
前記光電極１１４は、光電変換素子の負極として機能し、高い開口率を持つことが望ましい。光電極１１４を通じて入射された光ＶＬは、半導体層１１７に吸着された感光性染料の励起源として作用するので、許容される多くの光ＶＬを入射させることによって光電変換効率を高めることができる。
【００３１】
前記グリッドパターン１１３の外面には保護層１１５がさらに形成されうる。前記保護層１１５は、グリッドパターン１１３が電解質１５０と接触して反応することによってグリッドパターン１１３が腐食するなど、電極損傷の発生を防止する機能を行う。前記保護層１１５は電解質１５０と反応しない物質からなり、例えば、硬化性樹脂物質からなりうる。
【００３２】
前記半導体層１１７は、好適な半導体素材を用いて形成され、例えば、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｃｒなどの金属酸化物からなりうる。前記半導体層１１７は、感光性染料を吸着することによって光電変換効率を高めることができる。例えば、前記半導体層１１７は、５ｎｍ〜１０００ｎｍ粒径の半導体粒子を分散させたペーストを電極１１４が形成された基板１１０上に塗布した後、所定の熱または圧力を適用する加熱処理または加圧処理を経て形成されうる。
【００３３】
前記半導体層１１７に吸着された感光性染料は、受光面基板１１０を透過して入射された光ＶＬを吸収し、感光性染料の電子は、基底状態から励起状態に励起される。励起された電子は、感光性染料と半導体層１１７との電気的な結合を用いて半導体層１１７の伝導帯に遷移された後、半導体層１１７を通過して光電極１１４に到達し、光電極１１４を通じて外部に引き出されることで、外部回路１８０を駆動する駆動電流を形成する。
【００３４】
例えば、前記半導体層１１７に吸着される感光性染料は、可視光帯域で吸収され、光励起状態から速かに半導体層１１７への電子移動を引き起こす分子で構成される。前記感光性染料は、液状、半固体のゲル状、固体形態のうちいずれかの形態を採ることができる。例えば、前記半導体層１１７に吸着される感光性染料としては、ルテニウム系の感光性染料が使われうる。所定の感光性染料を含む溶液中に半導体層１１７が形成された基板１１０を浸漬させる方式で、感光性染料を吸着した半導体層１１７を得ることができる。
【００３５】
前記電解質１５０には、一対の酸化体と還元体とを含むレドックス（Ｒｅｄｏｘ）電解質が適用され、固体型電解質、ゲル状電解質、液体型電解質などがいずれも使われうる。
【００３６】
一方、受光面基板１１０と対向するように配される相対基板１２０は、透明性を特に求めるものではないが、光電変換効率を高めるための目的で、両側から光ＶＬを受けるように透明素材からなり、受光面基板１１０と同じ素材からなりうる。特に、前記光電変換素子が窓枠などの構造物に設けられるＢＩＰＶ（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）の用途で活用される場合には、室内に流れ込む光ＶＬを遮断しないように、光電変換素子の両側に透明性を持つことが望ましい。
【００３７】
前記相対電極１２４は、透明導電膜１２１と、前記透明導電膜１２１上に形成された触媒層１２２とを含むことができる。前記透明導電膜１２１は、透明性と電気伝導性とを兼ね備えた素材からなり、例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ、ＡＴＯなどのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ）からなりうる。前記触媒層１２２は、電解質１５０に電子を提供する還元触媒の機能を持つ素材からなり、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属や、酸化スズなどの金属酸化物、またはグラファイトなどのカーボン系物質からなりうる。
【００３８】
前記相対電極１２４は、光電変換素子の正極として機能し、電解質１５０に電子を提供する還元触媒の機能を行う。半導体層１１７に吸着された感光性染料は、光ＶＬを吸収して励起され、励起された電子は、光電極１１４を通じて外部に引き出される。一方、電子を失った感光性染料は、電解質１５０の酸化により提供される電子を受け取って再び還元されて、酸化された電解質１５０は、外部回路１８０を経て相対電極１２４に到達した電子により再び還元されて、光電変換素子の作動過程が完成する。
【００３９】
図３及び図４は、光電極１１４が形成された受光面基板１１０の斜視図及び平面図である。図示されたように、受光面基板１１０上には、透明導電膜１１１と、透明導電膜１１１上で一方向Ｚ１に沿ってストライプパターンで平行に延びるグリッドパターン１１３と、前記グリッドパターン１１３を横切る方向Ｚ２に延びてグリッドパターン１１３を一つの共通配線で取り合わせる集電配線パターン１１６が形成される。図面符号Ｃ、Ｗは、グリッドパターン１１３の電極ピッチと線幅とを表す。
【００４０】
シーリング領域Ｓを境界として、グリッドパターン１１３の主な部分は光電変換領域Ｐ内に配され、集電配線パターン１１６は周辺領域ＮＰに配される。光電変換領域Ｐの開口率を高めるために、不透明な集電配線パターン１１６を周辺領域ＮＰに形成できる。前記シーリング領域Ｓに沿ってはシーリング部材１３０が配される。
【００４１】
前記グリッドパターン１１３は、保護層１１５により埋め込まれる。グリッドパターン１１３を覆う保護層１１５は集電配線パターン１１６上に拡張形成されて、集電配線パターン１１６の一部を覆うように形成されうる。この時、集電配線パターン１１６の取り出し部分１１６ａは、外部回路との接続のために保護層１１５から露出されうる。
【００４２】
前記保護層１１５は、シーリング領域Ｓに沿って連続的に形成される。ここで、連続的に形成されるというのは、シーリング領域Ｓに沿って保護層１１５が切れずに一括的に連続して形成されることによって、電極ピッチＣ間隔で離隔するグリッドパターン１１３を横切って延び、グリッドパターン１１３間の段差部分Ｔを埋め込むということを意味する。シーリング領域Ｓの保護層１１５は、グリッドパターン１１３を保護する目的よりは、グリッドパターン１１３間の段差部分Ｔを埋め込むことによってシーリング部材１３０に対して平坦な支持面を提供する目的に寄与する。
【００４３】
図５には、図４のＶ−Ｖ線に沿って切断した光電変換素子の垂直断面図が図示されている。図面を参照すれば、透明導電膜１１１上には、所定の電極ピッチＣ間隔で配列される複数のグリッドパターン１１３が配される。前記グリッドパターン１１３上には保護層１１５が形成される。前記保護層１１５は、複数のグリッドパターン１１３を横切って形成され、グリッドパターン１１３間の透明導電膜１１１部分を埋め込む。
【００４４】
グリッドパターン１１３は、透明導電膜１１１上に電極厚さに相応する高さＴを形成するので、グリッドパターン１１３とその基をなす透明導電膜１１１との間には所定の段差が形成される。この時、シーリング領域Ｓに沿って保護層１１５が一括的に形成されることによって、保護層１１５は、グリッドパターン１１３間の段差部分Ｔを自然に埋め込み、その結果、前記保護層１１５は平坦化した上面を提供する。そして、平坦化した保護層１１５上にシーリング部材１３０が配されることによって、シーリング部材１３０が安定的な支持面を確保し、シーリングの信頼性及び耐久性を向上させうる。すなわち、シーリング部材１３０が吸収せねばならない段差被覆（ｓｔｅｐ−ｃｏｖｅｒａｇｅ）を低減させることによってシーリング部材１３０の緊密な封着がなされ、電解質１５０の漏れが効果的に防止されうる。
【００４５】
図６は、比較例による光電変換素子のシーリング構造を示す垂直断面図である。図面を参照すると、透明導電膜１１上に複数のグリッドパターン１３が配され、グリッドパターン１３上に保護層１５が形成されている。この時、前記保護層１５は、個別にグリッドパターン１３を被覆するように断続的に形成される。すなわち、グリッドパターン１３間の透明導電膜１１は、保護層１５により埋め込まれずにそのまま露出される。この時、シーリング部材３０が保護層１５の間に透明導電膜１１と接触する段差深さＤまで浸透して、保護層１５間の段差部分Ｔ’を完全に埋め込むことによって電解質１５０が密封される。したがって、シーリング部材３０に高い段差被覆が求められることによって、素材及び加工方法などの選択に制限を受け、特に、シーリング部材３０の密封特性が低下して、例えば、シーリング部材３０が透明導電膜１１から分離されて、電解質１５０が外部に漏れる恐れがある。
【００４６】
図３ないし図５に図示された構造では、グリッドパターン１１３を横切って延びるシーリング領域Ｓに沿って保護層１１５を一括的に連続して形成することによって、グリッドパターン１１３間の段差部分Ｔを埋め込むことができ、したがって、シーリング部材１３０に対して平坦な支持面を提供できる。一方、図３ないし図５を参照して説明された技術的事項は、相対電極１２４が形成された相対基板１２０側に対しても事実上同一に適用され、例えば、相対電極１２４に組み合わせられたグリッドパターン１２１を横切って連続的に保護層１２５を形成することによって、シーリング部材１３０に対して平坦な支持面を提供し、シーリング部材１３０の密封特性を向上させることができる。
【００４７】
本発明の一実施形態において、受光面基板１１０の光電変換領域Ｐ上の保護層１１５の一部は互いに離隔する複数の部分を含み、各部分は、該当する各グリッドパターン１１３を覆う。
【００４８】
本発明の他の実施形態において、受光面基板１１０の光電変換領域Ｐ上の保護層１１５の一部は、少なくとも２つ以上のグリッドパターン１１３を横切って連続的に延びる。
【００４９】
本発明は、添付した図面に図示された実施例を参考に説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、太陽電池関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５１】
１１０  受光面基板
１１１、１２１  透明導電膜
１１３、１２３  グリッドパターン
１１４  光電極
１１５、１２５  保護層
１１６  集電配線パターン
１１６ａ  集電配線パターンの取り出し部分
１１７  半導体層
１１８、１２８  機能層
１２０  相対基板
１２２  触媒層
１２４  相対電極
１３０  シーリング部材
１５０  電解質
１６０  導線
１８０  外部回路
Ｐ  光電変換領域
ＮＰ  周辺領域
Ｓ  シーリング領域
Ｔ  段差部分
Ｃ  グリッドパターンの電極ピッチ
Ｗ  グリッドパターンの線幅
【図１】
2011100725.tif 000003
【図２】
2011100725.tif 000004
【図３】
2011100725.tif 000005
【図４】
2011100725.tif 000006
【図５】
2011100725.tif 000007
【図６】
2011100725.tif 000008