(57)【要約】  本発明は、ガラス基板、前記ガラス基板上に形成された多数の金属ライン、および前記ガラス基板と前記金属ラインの上に形成された透明伝導性物質層を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用導電性ガラスおよびその製造方法に関する。本発明によれば、導電性ガラスの抵抗が減少し、電気的特性を改善することができる。この導電性ガラス基板を色素増感太陽電池に適用すると、原材料コストが削減され、プロセス設備をインライン構成にすることができる。また、光電極に含まれる多数の金属ラインの散乱効果によって太陽電池が吸収する太陽光の吸収率が高まり、高効率の色素増感太陽電池を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板、
前記ガラス基板上に形成された多数の金属ライン、および
前記ガラス基板と前記金属ラインの上に形成された透明導電性物質層を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用導電性ガラス。
【請求項２】
前記金属ラインが、互いに交差し、互いに並び、またはメッシュ形状をなす、銀（Ａｇ）で形成された金属ラインである請求項１に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラス。
【請求項３】
前記透明導電性物質が、ＩＴＯまたはＦＴＯである請求項１に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラス。
【請求項４】
前記メッシュ形状が格子構造であり、各格子の大きさが（１００〜３００μｍ）×（１００〜３００μｍ）であり、ラインの太さが１０〜３０μｍである請求項２に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラス。
【請求項５】
透明電極からなる第１電極、前記透明電極の下面に結合する第２電極、ならびに前記第１電極および第２電極の間の酸化物半導体、色素および電解質からなる中間層を含む色素増感太陽電池において、
前記第１電極または第２電極が請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ガラスを含むことを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項６】
ガラス基板を準備する工程、
前記ガラス基板上に多数の金属ラインを形成する工程、および
前記ガラス基板と前記金属ラインの上に透明導電性物質層を形成する工程を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法。
【請求項７】
前記金属ラインが、互いに交差し、互いに並び、またはメッシュ形状をなす、銀（Ａｇ）で形成された金属ラインである請求項６に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法。
【請求項８】
前記銀（Ａｇ）を、銀（Ａｇ）ペーストをグラビア印刷法で互いに交差し、互いに並び、またはメッシュ形状をなすライン形状に形成する請求項７に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法。
【請求項９】
前記透明導電性物質が、ＩＴＯまたはＦＴＯである請求項６に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法。
【請求項１０】
前記透明導電性物質の形成が、(i)気相蒸着、(ii)スパッタリングまたは(iii)スピンコーティングを含む湿式コーティングによって行われる請求項９に記載の色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法。
【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用導電性ガラスおよびその製造方法に関する。より詳しくは、導電性ガラスの抵抗値を低くして電気的特性を向上させることができ、得られた導電性ガラス基板を色素増感太陽電池に適用する際、原材料のコストが減少し、プロセス設備をインライン構成にすることができ、また光電極層に含まれる前記多数の金属ラインの散乱効果によって太陽電池が吸収する太陽光の吸収率が高まり、高効率の色素増感太陽電池を提供することができる色素増感太陽電池用導電性ガラスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に透明導電コーティングはディスプレイ用透明導電膜、太陽電池用透明導電膜などに使用されており、その市場が日ごとに拡大しており、一般に電気的に絶縁体であるガラス（ベアガラス、ソーダ石灰ガラス）に導電性物質をコーティングして製造されている。
【０００３】
ガラスは常温で１０-10〜１０-11（Ωｃｍ）-1の電気伝導度を有する電気的絶縁体である。このような絶縁体であるガラスに高い透光性を維持したまま電気導電性を付与するために、ＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide；透明導電性酸化物質）膜または金属をガラスの表面に塗布して透明導電コーティングを行う。
【０００４】
しかし、前記ＴＣＯや金属を単独で使用する場合、金属の場合には電気伝導度が厚さによって決定され、ＴＣＯでは膜の厚さとドーピング濃度によって決定される。金属の場合は低い温度でも自由電子が生成し、温度上昇による衝突によって電気伝導度が減少するのに対して、ＴＣＯの場合は低い温度で生成した自由電子とホールが再結合し、温度が上昇すると自由電子とホールが増加して電気伝導度が増加すると言う相反する機能を有し、ＴＣＯからなる導電性ガラスを色素増感太陽電池に適用するとその抵抗値が相対的に高いため、効率が低下するという問題がある。
【０００５】
したがって、色素増感太陽電池に適するように、かつ効率を改善するように、抵抗値が改善された形態の色素増感太陽電池用導電性ガラスを開発することが切望されているのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の技術の問題点を解決するために、本発明は、導電性ガラスの抵抗値を低くして電気的特性を向上させることができ、得られた導電性ガラス基板を色素増感太陽電池に適用する際、原材料のコストが減少し、プロセス設備をインライン構成にすることができ、また光電極層に含まれる前記多数の金属ラインの散乱効果によって太陽電池が吸収する太陽光の吸収率が高まり、高効率の色素増感太陽電池を提供することができる色素増感太陽電池用導電性ガラスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明は
ガラス基板、
前記ガラス基板上に形成された多数の金属ライン、および
前記ガラス基板と前記金属ラインの上に形成された透明導電性物質層を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用導電性ガラスを提供する。
【０００８】
また、本発明は
透明電極からなる第１電極、前記透明電極の下面に結合する第２電極、ならびに前記第１電極および第２電極の間の酸化物半導体、色素および電解質からなる中間層を含む色素増感太陽電池において、
前記第１電極または第２電極は前記導電性ガラスを含むことを特徴とする色素増感太陽電池を提供する。
【０００９】
最後に、本発明は
ガラス基板を準備する工程、
前記ガラス基板上に多数の金属ラインを形成する工程、および
前記ガラス基板と前記金属ラインの上に透明導電性物質層を形成する工程を含むことを特徴とする色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスおよびその製造方法によれば、導電性ガラスの抵抗値を低くして電気的特性を向上することができ、得られた導電性ガラス基板を色素増感太陽電池に適用する際、原材料のコストが減少し、プロセス設備をインライン構成にすることができ、また光電極層に含まれている前記多数の金属ラインの散乱効果によって太陽電池が吸収する太陽光の吸収率が高まり、高効率の色素増感太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの一実施態様を示す断面図である。
【図２】本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの多様な実施態様における金属ラインの多様な配置を示す平面図である。
【図３】本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスを適用した色素増感太陽電池の一実施態様の断面を概略的に示す図である。
【図４】本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの製造方法の一実施態様を図式化して示すフローチャートである。
【図５】本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの一実施態様を拡大撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について図面を参考して詳細に説明する。
本発明は色素増感太陽電池用導電性ガラスに関するものであって、ガラス基板（１０）、前記ガラス基板（１０）上に形成された多数の金属ライン（２０）、ならびに前記ガラス基板（１０）および前記金属ライン（２０）の上に形成された透明導電性物質層（３０）からなる。
【００１３】
すなわち、本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの場合は、従来のＴＣＯのみがガラス基板上にコーティングされるのではなく、前述のように透明導電性物質層とガラス基板の間に金属ラインが挿入された形態を有する。これによって太陽電池に入射される光の透過率においてはその減少を最少化しながら、ガラス基板の抵抗値を顕著に低くすることができ、これに加えて、金属ラインの優れた反射特性を利用して入射される太陽光が前記多数の金属ラインの散乱効果によって太陽電池が吸収する太陽光の吸収率を高めることができる。これに関する具体的な例は図１〜図３に示すとおりである。
【００１４】
図１は、本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスの一実施態様の断面を示したものであって、ガラス基板（１０）の上に金属ライン（２０）が形成され、その上部に透明導電性物質層（３０）が全面にコーティングされた場合の断面を示す。
前記金属ライン（２０）はガラス基板の伝導度を高めることに寄与し、このために前記金属ラインは好ましくは互いに交差し、互いに並び、メッシュ形状をなす形態を有することができる。これに関する具体的な例は図２に示すとおりである。すなわち、図２はガラス基板を上部から見た平面図であって、（ａ）は互いに並んで配置された金属ラインを示し、（ｂ）の場合はメッシュ構造を有する場合を示し、（ｃ）の場合は互いに交差する場合を示したもので、メッシュ構造および互いに交差する場合の角度は必ずしも直角である必要はなく、これはただ例示に過ぎないものである。このような金属ラインは公知の多様な金属がこれに適用され、好ましくは、電気抵抗値を低くすることができるため電気伝導度特性に優れた銀（Ａｇ）で形成された金属ラインが良い。
【００１５】
前記透明導電性物質は公知の多様なＴＣＯがこれに適用され得ることはもちろんであり、プロセスの安定性および容易性の面でＩＴＯまたはＦＴＯが好ましい。
また、前記金属ラインの構造がメッシュ形状である場合には、格子構造であることが製造の便宜性および電気的特性の均一性で好ましく、各格子のサイズが（１００〜３００μｍ）×（１００〜３００μｍ）で、ラインの太さが１０〜３０μｍであることが製造特性および電気特性の面で好ましく、図５に示すように各格子のサイズが２７０μｍ×２７０μｍ、ラインの太さが２２μｍであるのがさらに好ましい。また、ラインの厚さは最大で１０μｍが好ましく、３μｍであることが膜厚の均一性を確保するためにより好ましい。
【００１６】
また、本発明は前述のような透明電極からなる第１電極（１００）、前記透明電極（１００）の下面に結合する第２電極（２００）、ならびに前記第１電極（１００）および第２電極（２００の間の酸化物半導体、色素（３００）および電解質（４００）からなる中間層を含む色素増感太陽電池において、前記第１電極（１００）または第２電極（２００）は前述の導電性ガラスからなる、色素増感太陽電池用導電性ガラスを電極に適用した色素増感太陽電池を提供する。
【００１７】
これに関する具体的な例は図３に示すとおりである。すなわち、図３は第１電極および第２電極を全て前述のような本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスで構成したものであって、その他にも第１電極のみ、または第２電極のみを本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスで構成することができるのはもちろんである。
【００１８】
すなわち、一般的な色素増感太陽電池の場合、前述のように第１電極（１００）、第２電極（２００）、および酸化物半導体粒子と色素を含む層（３００）とその下部に位置する電解質（４００）層からなる。ここに付加的に散乱層（３５０）をさらに含むこともできる。ここで、第１電極を図示したように本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスで構成することができ、または第２電極を図示したように本発明の色素増感太陽電池用導電性ガラスで構成することができる（この場合には図示したようにその上面に白金をコーティングして白金コーティング層（５００）をさらに含むように構成することができる。）。
これをよって図３に示すように入射した光は散乱効果によって太陽電池の光吸収率を高めることができる。
【００１９】
また、本発明は、ガラス基板を準備する工程、前記ガラス基板上に多数の金属ラインを形成する工程、および前記ガラス基板と前記金属ラインの上に透明導電性物質層を形成する工程を含んで構成される前述のような色素増感太陽電池用導電性ガラスを製造する方法を提供する。
ここでも、前記金属ライン（２０）は図２にその例を示すように互いに交差し、互いに並び、またはメッシュ形状をなす構造を有することができ、前記金属ラインの材料としては公知の多様な金属がこれに適用され、好ましくは銀で形成された金属ラインが良い。
【００２０】
前記金属ラインを銀で構成する場合には、銀ペーストをグラビア印刷法で互いに交差し、互いに並び、またはメッシュ形状をなすライン形状に形成することが好ましい。これに関する具体的な例は図４に示すとおりである。すなわち、パターンが形成されたグラビアロールに導電性ペースト、好ましくは銀ペーストを塗って、これをブランケットロールに付けて、再びこれをガラス基板の上に転写する。この後、透明導電性物質（ＴＣＯ）層形成以前に焼成工程を実施し（例えば、５５０〜６００℃、１０〜１５分）、透明導電性物質（ＴＣＯ）層を形成した後に熱処理を実施する。また、ＴＣＯ形成後に熱処理を実施することによって、ＴＣＯを結晶化させて硬度を増加させることができる。
【００２１】
ここで、透明導電性物質層を形成するために公知の多様なコーティング方法によって公知の多様な導電性物質をコーティングする。前記コーティング方法はｉ）ＣＶＤを含む気相蒸着、またはii）スパッタリング、またはiii）スピンコーティングを含む湿式コーティングなどの方法を適用することが好ましい。導電性物質としては、多様なＴＣＯが使用されるが、ＩＴＯまたはＦＴＯが好ましい。このような透明導電性物質層は導電性保護層として使用するので、１００〜２００Å程度に形成することが好ましい。
【実施例】
【００２２】
図５に示すようなメッシュ構造のＡｇ金属ラインを、前述のようなＡｇペーストを用いたグラビア印刷法によって形成し、その上面にＦＴＯを１００〜２００Å程度に形成し、４−ポイントプローブで４２インチガラス基板に適用した場合のガラス基板の面抵抗値を測定した。その結果、下記表１に示す面抵抗値が得られ、その平均はほぼ０．３０〜０．３６Ω／ｓｑの値を示した。これは現在常用されているＦＴＯのみを適用した場合の面抵抗値である１０Ω／ｓｑに比べてはるかに低い数値である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
以上説明した本発明は前述の実施例および添付図面によって限定されるのではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で当該技術分野の当業者が多様に修正および変更させたものも本発明の範囲内に含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２５】
１０      ガラス基板
２０      金属ライン
３０      透明導電性物質層
１００      第１電極
２００      第２電極
３００      酸化物半導体および色素
３５０      散乱層
４００      電解質
５００      白金コーティング層
【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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【国際調査報告】
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