(57)【要約】  本発明は、２つの対向する表面と、それぞれの外辺部に沿って前記対向する表面をつなぐ側縁部とを有する、少なくとも１つの平らな形状の基板（１１）を含み、前記基板（１１）の前記表面の一方の上に、導電性コーティング（１５）と、１つまたは複数の光電気化学セル（１３）とを連続して配置し、モジュール（１）は、モジュール全体の第１の電極（１４）と、モジュール全体の第２の電極（１７）とをさらに含む、光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記基板（１１）は、前記側縁部の少なくとも一部に対応して、同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための手段（１４、１７、２４、２５、２９）を備えることを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）に関する。本発明はさらに、上記に定義したような光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムに関する。【選択図】図２
2014505967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの対向する表面と、それぞれの外辺部に沿って前記対向する表面をつなぐ側縁部とを有する、少なくとも１つの平らな形状の基板（１１）を含み、前記基板（１１）の前記表面の一方上に、導電性コーティング（１５）と、１つまたは複数の光電気化学セル（１３）とを連続して配置し、モジュール（１）は、前記モジュール全体の第１の電極（１４）と、前記モジュール全体の第２の電極（１７）とをさらに含む、光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記基板（１１）は、前記側縁部の少なくとも一部に対応して、同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための手段（１４、１７、２４、２５、２９）を備えることを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の光電気化学のモジュール（１０）において、第１の基板（１１）および第２の基板（１２）を含み、互いに対向する表面上に、前記第１の基板（１１）の導電性コーティング（１５）の第１の層と、前記第２の基板（１２）の導電性コーティング（１８）の第２の層とをそれぞれ備え、その間に、１つまたは複数の光電気化学セル（１３）が配置され、前記導電性コーティング（１５）の第１の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（１８）の第２の層とは電気的に絶縁されたモジュール全体の第１の電極（１４）と、前記導電性コーティング（１８）の第２の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（１５）の第１の層とは電気的に絶縁された前記モジュール（１０）全体の第２の電極（１７）とを含む、光電気化学のモジュール（１０）において、前記第１の基板（１１）および前記第２の基板（１２）は、それぞれの位置合わせされた側縁部によって互いに連結され、実質的に直線の側縁部でモジュール（１０）を規定し、同種の並置された前記モジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記モジュール（１０）の前記側縁部の２つの対向する部分に対応して配置される、前記モジュール全体の前記第１の電極（１４）と、前記モジュール全体の前記第２の電極（１７）とを含むことを特徴とする光電気化学のモジュール（１０）。
【請求項３】
請求項１に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部に対応して同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、研磨縁部（２４、２５）を備えた前記少なくとも１つの基板（１１）の前記側縁部の少なくとも一部を含むことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部に対応して同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記少なくとも１つの基板（１１）が、スズめっき済みの銅および銀のリボンを溶接する、または導電性樹脂を介在させるための補助として銀または他の材料を有することを伴うことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部に対応して同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記側縁部および／または少なくとも研磨縁部に対応して、前記少なくとも１つの基板（１１）が、ひだ状部分を有することを伴うことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、第１のモジュール（１０）の電極（１４、１７）がその一部上に配置される側縁部と、前記第１のモジュールに対して並置された第２のモジュール（１０）の電極（１４、１７）がその一部上に配置される側縁部とを、前記電極（１４、１７）が配置される前記部分と一致し得る、または一致しない前記側縁部の一部に沿って、機械的に連結することにより、前記並置されたモジュール（１０）を電気的かつ機械的に直列または並列接続し、並置されたモジュール（１０）の堅固な構造を生じさせることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、前記それぞれの側縁部に沿って並置された前記モジュール（１０）間の前記電気的および機械的接続は、溶接または前記並置されたモジュール（１０）の側縁部間に配置される導電性樹脂または金属から成る接続素子（２２）によって生じることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【請求項８】
請求項７に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、前記金属接続素子は、ジュール効果または磁気誘導によって、または同等の技術に従って溶接されたスズめっき済みの銅および銀のリボンであることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電気化学セルモジュールまたはＤＳＳＣ（色素増感太陽セル）の電気的および機械的相互接続システムに関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、並置されたＤＳＳＣセルの光起電力モジュールの接続に適した、前記電気的相互接続システムの構造に関する。
【０００３】
ＤＳＳＣセルは、大抵２つの基板に挟まれた、基板に支持された多層構造から成る光起電力セルである。一般的に、前記基板は、透明材料（好ましくはガラス、並びにＰＥＴまたはＰＥＮ）から成り、多層構造の内部に面する側には、導電性の同じく透明層（一般的には、透明導電性酸化物、好ましくは、フッ素でドープされた酸化スズ、または酸化スズおよび酸化インジウムから成る合金（それぞれＦＴＯおよびＩＴＯと名付けられる））がコーティングされている。
【０００４】
前記２つの基板間には、１つまたは複数の電気的に直列および／または並列接続された光電気化学セルが配置され、その各々は、一方の基板の導電性コーティング上に配置される光電極（アノード）と、他方の基板の導電性コーティング上に配置される対向電極（カソード）と、前記光電極および対向電極間に挟持される電解質とによって構成されている。特に、光電極は一般的に、例えば酸化チタンや酸化亜鉛のように、光子吸収の結果として電子の移動に適した色素から成る活物質を支持する多孔質のバンドギャップの大きな半導体材料で構成される。対向電極は一般的に白金から成るが、電解液は一般的に、ヨウ素（Ｉ）２およびヨウ化リチウム（ＬｉＩ）から成る。
【０００５】
この種の光電気化学セルは、例えば、米国特許第４，９２７，７２１号明細書に記載されており、この種のセルに使用される材料は、例えば、米国特許第５，３５０，６４４号明細書に記載されている。
【０００６】
その性質により、この種の個々のセルは、意図された光電気化学セルの可能な適用例のほとんどの要件を満たすのに適した電圧および／または電流レベルを生成することができない。
【０００７】
これらの欠点を克服するためには、複数の光電気化学セルを直列または並列接続する必要がある。実際には、光電気化学モジュールは、同じ基板を用いて実現される、すなわち、必ずではないが、一般的に、多数の光電気化学セルが並置され、光電極が一方の基板に対応して配置され、対向電極が対向する基板に対応して配置され、前記光電気化学セルは、各基板上に生じる導電性コーティング層と、任意で、所望の接続の種類に従って、モジュールを実現する際に作られるような前記基板上の複数の一体化接続素子とによって、電気的に直列および／または並列接続される。
【０００８】
前記光電気化学セルの光起電力モジュールのサイズも限定され、所望の要件を満たすためには、光電気化学セルのモジュールも直列および／または並列接続されなければならないという事実につながる。
【０００９】
図１を参照すると、２つの並置されたモジュール１０の電気的および機械的相互接続のためには、公知技術によれば、間に光電気化学セル１３が配置される基板１１、１２が、簡単にアクセスできるように、モジュール１０の一方の面上で、光起電力モジュール１０全体のアノードまたは負電極を構成する、高導電性材料のストライプで作られた第１の電極１４と、光電気化学セル１３の光電極１６と接触した基板１１の導電性コーティング１５の層とを介し、反対側の面上で、光起電力モジュール１０全体のカソードまたは正電極を構成する、同様に高導電性材料のストライプで作られた第２の電極１７と、光電気化学セル１３の対向電極１９と接触した基板１２の導電性コーティング１８の層とを介して互い違いに配置されるように各モジュール１０を実現することが提案されている。図１は、各光電気化学セル１３の内部の電解質２０と、個々のセルを密封することにより、電解質の消散を防止する封入材料２１も示している。
【００１０】
モジュールの相互接続は、実質的に行われ、溶接する、または導電性樹脂の接続素子を介在させることにより、直列モジュール接続の場合は、第１のモジュール１０のアノードの電極１４と、第１のモジュールと並ぶ第２のモジュール１０のカソードの電極１７とを電気的および機械的に接続し、あるいは、並列モジュール接続の場合は、２つの並置されたモジュールのそれぞれのカソード電極１７またはそれぞれのアノード電極１４を電気的および機械的に接続する。この種のモジュール相互接続は、各モジュールの一部、すなわち、隣のモジュールと相互接続されるように設計されたモジュールの各面に近接する領域が、相互接続の要件に専念する必要があり、所与の領域のエネルギー生成の減少につながるだけでなく、光電気化学セルのアクティブ領域の美的均一性も視覚的に変える非アクティブ領域を生じさせるという欠点を持つ。
【００１１】
さらに、現在の最先端技術では、基板の互い違いの配置の存在は、モジュールの重要な組み立て工程をもたらす。実際には、光電気化学セルのモジュールは、第１の工程として、モジュールを構成する各基板の２つの表面の内の一方の上に導電性コーティング（好ましくはＦＴＯまたはＩＴＯ）の層を塗布し、その後、それぞれ別の光電気化学セル用に設計された電気的に絶縁された領域を生じさせるために、導電性コーティングのストライプを基板から局所的に除去することに関する手順に続いて得られる。次に、光電気化学セルごとに１つのホールを実現し、電解液の注入と、引き続き、アセトンおよびエタノールを用いた洗浄による基板の清浄とが続く。この時点で、基板のベーキング（焼成）が行われ、冷却後、光電気化学セルと、各基板の縁部の１つに近接して、モジュール全体のカソードおよびアノード電極を構成するものとを接続するように機能する導電性材料のトラックを両基板上に堆積する。次に、トラックの乾燥工程が続き、引き続き、各基板上に（既にコンタクトを備える）、光電極の材料（好ましくはＴｉＯ２）および対向電極（好ましくは白金）の材料が配置される。次に、５００〜５２０℃での基板のベーキング（接続素子の対向するトラックの導電性材料の焼結が得られる）と、光電極の染色とが続く。従って、最終工程に進む前に、封入材料を対向電極上に塗布する。続いて、モジュールのカソードおよびアノード電極に外側から容易にアクセスできるように、互い違いに保持された前記２つの基板を連結する。最後に、モジュールを完成させるために、電解質を導入する。
【００１２】
この種の光起電力モジュールを実現する手順を分析することにより、次に続く２つの基板の互い違いの配置組み立てを考慮に入れて、全実現工程を準備する必要性のあることが明白である。組み立て工程だけではなく、単一の光電気化学セルのそれ以前の全ての実現工程の重要性が高まる結果となる。
【００１３】
上記の観点から、相互接続の要件のために各モジュールの一部を失わない、すなわち、所与領域のエネルギー生成の減少につながらず、光電気化学セルのアクティブ領域の美的均一性も変えない、光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムを提供する必要性が明白である。
【００１４】
以上に鑑み、相互接続されたモジュールから成るパネルのアクティブ領域だけでなく、個々のモジュールのアクティブ領域も最大にする目的を持つ、光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムを供給することを目指す、本発明による解決策を開示する。
【００１５】
互い違いに配置されたガラスを持たない、すなわち、モジュールの縁部上に直接実現された、並置されたモジュール間の相互接続から成る、光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムを提案する本発明によれば、これらおよび他の結果が得られる。
【００１６】
従って、本発明の目的は、公知技術による解決策の限界を克服し、上記のような技術的結果を得ることが可能な光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムを実現することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、大幅に削減したコストで、前記相互接続システムの実現を可能にすることである。
【００１８】
本発明の最後の目的は、十分に単純で、安全で、かつ信頼性のある光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムを実現することである。
【００１９】
従って、本発明の第１の具体的な目的は、２つの対向する表面と、それぞれの外辺部に沿って前記対向する表面をつなぐ側縁部とを有する、少なくとも１つの平らな形状の基板を含み、前記基板の前記表面の一方上に、導電性コーティングと、１つまたは複数の光電気化学セルとを連続して配置し、モジュールは、モジュール全体の第１の電極と、モジュール全体の第２の電極とをさらに含む、光電気化学セルのモジュールにおいて、前記基板は、前記側縁部の少なくとも一部に対応して、同種の並置されたモジュールの電気的接続および機械的連結を行うための手段を備えることを特徴とする光電気化学セルのモジュールである。
【００２０】
特に、本発明によれば、前記光電気化学セルのモジュールは、第１の基板および第２の基板を含み、互いに対向する表面上に、前記第１の基板の前記導電性コーティングの第１の層と、前記第２の基板の前記導電性コーティングの第２の層とをそれぞれ備え、その間に、１つまたは複数の光電気化学セルが配置され、または、前記導電性コーティングの第１の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティングの第２の層とは電気的に絶縁されたモジュール全体の第１の電極と、前記導電性コーティングの第２の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティングの第１の層とは電気的に絶縁されたモジュール全体の第２の電極とを含み、前記第１の基板および前記第２の基板は、それぞれの位置合わせされた側縁部によって互いに連結され、実質的に直線の側縁部でモジュールを規定し、同種の並置されたモジュールの電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記モジュールの前記側縁部の２つの対向する部分に対応して配置される、モジュール全体の前記第１の電極と、モジュール全体の前記第２の電極とを含むことを特徴とし得る。
【００２１】
好ましくは、本発明によれば、前記側縁部に対応して同種の並置されたモジュールの電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、研磨縁部を備えた前記少なくとも１つの基板の前記側縁部の少なくとも一部を含む。
【００２２】
さらに、再び本発明によれば、前記側縁部に対応して同種の並置されたモジュールの電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記少なくとも１つの基板が、スズめっき済みの銅および銀のリボンを溶接するための補助として銀または他の材料層を有する（すなわち、それが導電性樹脂の介在をより効果的にする）、または前記側縁部および／または前記少なくとも研磨縁部に対応して、ひだ状部分を有することを伴う。
さらに、本発明の第２の具体的な目的は、上記に定義したような光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムであり、これは、第１のモジュールの電極がその一部上に配置される側縁部と、前記第１のモジュールに対して並置された第２のモジュールの電極がその一部上に配置される側縁部とを、前記電極が配置される前記部分と一致し得る、または一致しない前記側縁部の一部に沿って、機械的に連結することにより、前記並置されたモジュールを電気的かつ機械的に直列または並列接続し、並置されたモジュールの堅固な構造を生じさせることを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、本発明によれば、それぞれの側縁部に沿って並置された前記モジュール間の前記電気的および機械的接続は、溶接または前記並置されたモジュールの側縁部間に配置される導電性樹脂または金属から成る接続素子によって生じる。
【００２４】
より好ましくは、本発明によれば、前記金属接続部品は、ジュール効果または磁気誘導によって、または同等の技術に従って溶接されたスズめっき済みの銅および銀のリボンである。
【００２５】
上記から、パネルのアクティブ対非アクティブ領域の比率（開口率）を最大にすることが可能で、従って、モジュールストリングの所与の幅に関して、セル数を増加させることが可能な、本発明の光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの有効性が明らかである。従って、この光起電力装置を用いて生成されたエネルギーは、公知の標準的な接続技術と比較して増加する。
【００２６】
さらに、本発明の光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムは、銀の平坦なストライプを用いて公知技術により得られた各モジュールのアノードおよびカソードを構成する電極の寸法の縮小により、装置の美的外観の向上を可能にし、光電気化学セルのみの連続的な継続を高める。
【００２７】
さらに、電極のサイズ縮小は、光起電力モジュールセットから成るパネルの透明性に不可欠な要素である。
【００２８】
これより本発明を、限定的ではなく、例示的に、その好適な実施形態に従って、添付の図面を具体的に参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、公知技術による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図７】図７は、本発明の第６の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図８】図８は、本発明の第７の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図９】図９は、本発明の第８の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図９】図９は、本発明の第９の実施形態による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造を概略的に示す。
【図１１】図１１は、本発明による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造の抵抗の電気方式を示す。
【図１２】図１２は、本発明による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続の構造の抵抗の電気方式を示す。
【図１３】図１３は、本発明に従って作製された第３のセルと比較された、公知技術に従って作製された第２のセルのＩ−Ｖプロットの比較図を示す。
【図１４】図１４は、本発明に従って行われたセル２−３の直列接続と比較した、公知技術に従って行われたセル２−４の直列接続のＩ−Ｖプロットの比較図を示す。
【００３０】
光電気化学セルモジュールの各構成要素に関して、公知技術による解決策を示す図１で使用されたのと同じ参照符号が使用される図２を参照すると、提案される解決策は、モジュール１０の対向する側縁部の表面上において、光電極側に電極１４を配置し、対向電極側に電極１７を配置することに基づく。
【００３１】
特に、図２を参照すると、間に光電気化学セル１３が配置された基板１１、１２をそれぞれ備えた、２つの並置されたモジュール１０が示されている。光起電力モジュール１０全体のアノードまたは負電極を構成する第１の電極１４は、第１のモジュール１０の側縁部（図面では、左側）上に配置される高導電性材料のストライプにより実現され、これは、光電気化学セル１３の光電極１６と接触する基板１１の導電性コーティング１５の層と電気的に接続され、かつ、光電気化学セル１３の対向電極１９と接触する基板１２の導電性コーティング１８の層とは電気的に絶縁される。図２では、実際、基板１２の導電性コーティング１８の層が、基板の左側の側縁部の手前で途切れて示されている。
【００３２】
その反対側には、第１の光起電力モジュール１０のカソードまたは正電極を構成する電極１７が、図２では第１のモジュール１０の右側の側縁部上に配置される、同様に高導電性材料のストライプにより作成され、光電気化学セル１３の対向電極１９と接触する基板１２の導電性コーティング１８の層と電気的に接続され、かつ、これは、光電気化学セル１３の光電極１６と接触する基板１１の導電性コーティング１５の層とは電気的に絶縁される。図２では、実際、基板１１の導電性コーティング１５の層が、基板の右側の側縁部の手前で途切れて示されている。
【００３３】
図２はまた、各光電気化学セル１３の内部の電解質２０と、個々のセルを密封することにより、電解質の消散を防止する封入材料２１とを示している。
【００３４】
２つの並置されたモジュール間の電気的および機械的相互接続は、溶接または導電性樹脂から成る接続素子２２の介在により、または、スズめっき済みの銅および銀のリボンを用いて、モジュール間の直列接続の場合は、第１のモジュール１０の側縁部上に配置されたアノードである第１の電極１４を、第１のモジュールと並置された第２のモジュール１０の側縁部上に配置されたカソードである第２の電極１７に溶接することにより、または、モジュール間の並列接続の場合は、第１のモジュール１０の側縁部上に配置されたアノードである第１の電極１４を、第１のモジュール（図２では、不図示）と並置された第２のモジュール１０の側縁部上に配置されたアノードである第２の電極１４に溶接することにより、電気的および機械的接続を実質的に行う。
【００３５】
モジュール１０の対向する側縁部上で、光電極側に電極１４を配置し、対向電極側に電極１７を配置することにより、アクティブ領域の堆積用の基板にとって有用な領域を差し引くことが可能となる。
【００３６】
図３を参照すると、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第２の実施形態が示されており、ここでは、各モジュール１０の２つの基板１１、１２の一方が、他方の基板に面する縁部２３において、並置されるモジュール１０との相互接続用に設計された側縁部に対応して研磨され、２つの基板１２、１１の他方が、並置される不図示のモジュールとの相互接続用に設計された反対側の側縁部に対応して、第１の基板に面する縁部２４において研磨される。基板１１に対応して、各光電気化学セル１３（図面では、単一の光電気化学セル１３が示されている）の光電極が配置され、基板１２に対応して、それぞれの対向電極が配置される。導電性コーティング１５および１８のそれぞれの層は、対応する研磨縁部の付近で途切れる。さらに、研磨縁部上に、銀または他の材料層２９が存在することにより、スズめっき済みの銅および銀のリボンの溶接の実施が可能となる、すなわち、導電性樹脂の介在をより効果的にすることができる。代替的に、導電性樹脂またはリボンの接着を最良にするために、研磨表面（並びに基板の側縁部の研磨表面）を粗仕上げにすることが可能である。
【００３７】
２つの基板１１、１２の非研磨縁部上に、電極１４、１７がそれぞれ配置され、光起電力モジュール１０のアノードまたは負電極を構成する第１の電極１４は、光電気化学セル１３の光電極と接触する基板上に配置され、光起電力モジュール１０のカソードまたは正電極を構成する第２の電極１７は、光電気化学セル１３の対向電極と接触して配置される。各電極１４、１７は、高導電性材料のストライプにより実現される。
【００３８】
図３に示される２つの並置されたモジュール１０間の相互接続は、第１のモジュール１０の電極１４と、第２のモジュール１０の電極１７との間に配置される導電性樹脂により実現され、機械的接着および電気的接続が確実となり、２つの並置されたモジュール１０間の直列接続を得ることが可能となる。
【００３９】
モジュール間の並列接続を実現するためには、代わりに、光電極側のモジュール全体のそれぞれの電極１４、すなわち対向電極側のモジュール全体のそれぞれの電極１７が互いに接近するように並んだモジュールを配置することが必要である。
【００４０】
図４を参照すると、並置されたモジュール１０間の基板１１、１２の非研磨側縁部上にも銀層２９が配置されているという１つの事実に関して図３を参照して示した実施形態とは異なる、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第３の実施形態が示されている。
図５を参照すると、各モジュール１０の２つの基板１１、１２の両方が、対向する縁部２５において、並列されるモジュール１０との相互接続用に設計された縁部に対応して研磨される、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第４の実施形態が示されている。また、この第４の実施形態によれば、基板１１に対応して、各光電気化学セル１３の光電極が配置され（図面では、単一の光電気化学セル１３が示されている）、基板１２に対応して、それぞれの対向電極が配置される。さらに、この場合においても、研磨縁部上に、銀または他の材料層２９が存在することにより、スズめっき済みの銅および銀のリボンの溶接の実施が可能となる、すなわち、導電性樹脂の介在をより効果的にすることができる。
【００４１】
光電気化学セル１３の光電極と接触する基板１１の研磨縁部２５の一方に近接して、光起電力モジュール１０全体のアノードまたは負電極を構成する第１の電極１４が存在し、導電性コーティング１５のそれぞれの層は、反対側の縁部付近で途切れている。
【００４２】
同様に、前記電極１４が配置された基板１１の研磨縁部に対向する基板１２の研磨縁部上において、光電気化学セル１３の対向電極に接触して、光起電力モジュール１０全体のカソードまたは正電極を構成する第２の電極１７が存在し、導電性コーティング１８のそれぞれの層は、反対側の縁部付近で途切れている。
【００４３】
各電極１４、１７は、高導電性材料のストライプにより実現される。
【００４４】
図５に示されるような２つの並置されたモジュール１０間の相互接続は、第１のモジュール１０の電極と、第２のモジュール１０の電極１７との間に配置された導電性樹脂によって実現され、機械的接着および電気的接続が確実となり、２つの並置されたモジュール１０間の直列接続を得ることが可能となる。
【００４５】
モジュール間の並列接続を実現するためには、代わりに、セルの光電極側のそれぞれの電極１４、すなわちセルの対向電極側のそれぞれの電極１７が互いに接近するように並んだモジュールを配置することが必要である。
【００４６】
二重の研磨により、より簡単に内部に導電性樹脂を導入することができる経路を備えることが可能となる。
【００４７】
図６を参照すると、並置されたモジュール１０の基板１１、１２の非研磨縁部上にも銀層２９が配置されているという１つの事実に関して図５を参照して示した実施形態とは異なる、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第５の実施形態が示されている。
【００４８】
２つの導電性基板から成るモジュールの相互接続に関連してここまで示した、光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムは、いわゆるモノリシック型の光電気化学セルに使用される単一の導電性基板から成るモジュールの相互接続にも同様に適用することができる。
【００４９】
図７を参照すると、本発明の第６の実施形態による、モノリシック光電気化学セルの２つの並置されたモジュール３０が示されている。この種のモジュールと、既述の実施形態に関連して説明したモジュールとの既存の対応をより明白にするために、上記実施形態に関連する図面に関して既述した構成要素は、同じ参照符号を用いて表す。
【００５０】
図７に示されるようなモジュール３０は、表面が導電性コーティング１５の層で覆われ、順次、光アノード１６と、絶縁セラミック材料を用いて実現されるスペーサ３１と、導電性コーティング層の一部１８（前記表面は、導電性コーティング層１５の残りの部分から分離されている）に接続され、銀ストライプ２９が付与される基板１１の研磨縁部２４に近接して、基板１１上に支持された対向電極１９とを支持する単一の基板１１によって構成される。電気伝導機能は持たないが、積層および封入のみを行う第２の基板３２も示されており、これは、任意のものである。
【００５１】
図７に示される２つの並置されたモジュール３０間の相互接続は、研磨により利用可能となった空間内に配置される導電性樹脂により実現され、２つの並置されたモジュール１０間の機械的接着および電気的接続が確実となる。
【００５２】
図８を参照すると、モノリシック光電気化学セルの２つの並置されたモジュール３０に関連する、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第７の実施形態が示されている。この実施形態は、並置されたモジュール３０の基板１１の非研磨縁部上にも銀層２９が配置されているという１つの事実に関して、図７を参照して示した実施形態とは異なる。
【００５３】
図９を参照すると、基板１１の両縁部２５が研磨され、研磨表面上に、銀ストライプ２９がスクリーン印刷される、本発明の第８の実施形態によるモノリシック光電気化学セルの２つの並置されたモジュール３０が示されている。
【００５４】
図９に示されるような２つの並置されたモジュール３０間の相互接続は、研磨により利用可能となった空間内に配置される導電性樹脂により実現され、２つの並置されたモジュール３０間の機械的接着および電気的接続が確実となる。
【００５５】
図１０を参照すると、モノリシック光電気化学セルの２つの並置されたモジュール３０に関連する、本発明による光電気化学セルモジュールの電気的および機械的相互接続システムの第９の実施形態が示されている。この実施形態は、並置されたモジュール３０の基板１１の非研磨縁部上にも銀層２９が配置されているという１つの事実に関して、図９を参照して示した実施形態とは異なる。
。本発明による光電気化学セルのモジュールの電気的および機械的相互接続システムの特徴の確認を可能にするために、図３を参照して説明した通りの実施形態によるサンプルを作製した。サンプルの実現工程および同サンプルが受けた試験結果は、以下の実施例に引き継ぐ。
【００５６】
実施例１
作製したサンプルは、長さが４６ｍｍ、幅が１７ｍｍ、高さが３，２ｍｍの寸法の導電性ガラス基板（ＴＣＯ）から得られたものである。これらの値は、出発点として、セルの使用されたアクティブ領域の寸法（９ｍｍ）、セルの外側の封入材料の寸法（３ｍｍ）、および市販の機器を用いて得られる研磨領域の寸法（１ｍｍ）を用いて決定される。
【００５７】
研磨は、各基板の単一の縁部上で、４５°の角度で行った（図３を参照して説明した通りの実施形態に従って）。
【００５８】
続いて、各基板に対してレーザーアブレーションを用いて、研磨が行われた面に対応して、基板のスクライビングを行った。
【００５９】
次に、スクリーン印刷技術を用いて、各基板に対して銀ペーストのトラックを堆積し、それに続く５２５℃で３０分にわたる焼結によって、モジュールの電極を実現した。
【００６０】
次に、２つの基板の一方の上で、スクリーン印刷技術を用いて、光電極材料（多孔質ＴｉＯ２）の堆積と、それに続く５２５℃で３０ミンクにわたる焼結とを実施し、他方の基板上で、再度スクリーン印刷技術を用いて、対向電極材料（白金）の堆積と、それに続く４８０℃で１５分にわたる焼結とを実施した。特性パラメータの評価を容易にするために、単一の光電気化学セルを持つ、サンプルとして使用されるモジュールを実現した。
【００６１】
次に、２つの基板を連結することにより、セルの閉鎖を実現した。熱可塑性材料を用いて、光電極および対向電極を密封した。最後に、電解液を導入した。
【００６２】
このようにモジュールを作製した後、機械的接着および電気的接続を確実にする導電性樹脂の配置により、同モジュールを相互接続した。
【００６３】
並置され、本発明の目的である相互接続システムを用いて相互接続された２つのモジュールの２つのセル間の距離を測定すると、それは、０，５ｍｍ〜１ｍｍであり、このような変動は、研磨およびスクリーンプリンタの基板位置合わせに関する手動操作によって得られる単一セルの実現に左右される。自動研磨を用いて、セル間の距離を０，５ｍｍｍ未満にも減少させることが可能であることは容易に明らかである。
【００６４】
２つのセル間の実質的に完全な平面性も確認される。
【００６５】
実施例２
続いて、本発明による相互接続システムと、公知技術による相互接続システムとの比較、特に、単一のサンプルモジュールおよび前記２つの技術に従って相互接続された複数のサンプルモジュールの分析を行った。この目的のために、アクティブ領域を持たない（すなわち、光電気化学セルを持たない）サンプルを実現し（すなわちモジュール全体の単一の側電極を含む）、それらの抵抗を推定した。図５および図６は、公知技術および本発明による光電気化学セルの２つのモジュールの電気的および機械的相互接続構造の抵抗の構造および電気方式の概略図をそれぞれ示す。
【００６６】
図５および図６を参照すると、上記のように実現された各サンプルに関して、直列抵抗（ＲＳ）は、式：
ＲＳ＝ＲＡｇ＋ＲＴＣＯ＋ＲＡｇ
に従って、銀の抵抗（ＲＡｇ）および基板の導電性コーティングの抵抗（ＲＴＣＯ）によって与えられる。
【００６７】
表１は、図５に示された方式による、公知技術のモジュールの６つの代表サンプルに関して測定された直列抵抗値を示し、
2014505967.tif 000003
表２は、図６に示された方式による、本発明のモジュールの６つの代表サンプルに関して測定された直列抵抗値を示す。
2014505967.tif 000004
【００６８】
図１１および図１２を再度参照すると、式：
Ｒｔｏｔ＝ＲＡｇ＋ＲＴＣＯ＋ＲＡｇ＋ＲＲＳ＋ＲＡｇ＋ＲＴＣＯ＋ＲＡｇ
に従った、２つのサンプルの接続の直列抵抗（Ｒｔｏｔ）が、銀電極による抵抗寄与（ＲＡｇ）、、２つの並置されたモジュールの基板の導電性コーティングの抵抗寄与（ＲＴＣＯ）、および導電性樹脂を用いた２つの装置の接続抵抗（ＲＲＳ）の合計によって表されている。
【００６９】
表３は、図５に示された方式による、公知技術のモジュールの６つの代表サンプルから選択された２つのモジュールの相互接続によって得られた２つのサンプルに関して測定された直列抵抗値を示し、
2014505967.tif 000005
表４は、図６に示された方式による、本発明のモジュールの９つの代表サンプルから選択された２つのモジュールの相互接続によって得られた２つのサンプルに関して測定された直列抵抗値を示す。
2014505967.tif 000006
【００７０】
表２および表４のデータの比較は、公知技術および本発明に従ってそれぞれ作製された２つの相互接続モジュールのサンプルの平均抵抗値が、完全に類似し、接触抵抗に関して、両者が非常に減少した値を示すことを表している。
【００７１】
実施例３
次に続く工程では、完全な光電気化学セルのモジュール（すなわち同様に光電気化学セルを含む）の相互接続によって得られるサンプルの実現を行った。表５および表６は、公知技術および本発明に従って作製されたセルに関してそれぞれ測定された、それぞれの特性パラメータを示す。
2014505967.tif 000007
2014505967.tif 000008
【００７２】
表５および表６は、２種類の接続に従って作製された光電気化学セルの電気パラメータが、パーセンテージの許容可能な変動に対応した類似値を持つことを示している。表７は、公知技術および本発明に従って作製されたセルに関して測定された電気特性パラメータの値に関するパーセンテージの差を示す。
2014505967.tif 000009
【００７３】
互い違いに配置したガラスを持たない種類と、それを持つ種類との間のＦＦ値、−５％は、互い違いに配置されたガラスのＶｏｃが大きいことから増加するが、そうでなければ、−３％となるであろう。
【００７４】
図１３は、本発明（表６のデータ）に従って実現された第３のセルと比較された、公知技術（表５のデータ）に従って実現された第２のセルのＩ−Ｖプロットの比較図を示し、前記２つの異なる技術に従って得ることが可能な値の中での、ほぼ完全な一致をより明白にしている。
【００７５】
表８および表９は、公知技術および本発明に従ってそれぞれ作製されたセルの直列接続に関して測定された電気特性パラメータを示す。
2014505967.tif 000010
2014505967.tif 000011
【００７６】
図１４は、公知技術（表５のデータ）に従って実現されたセル２−４の直列接続、および本発明（表６のデータ）に従って実現されたセル２−３の直列接続のＩ−Ｖプロットの比較図を示し、２つの電圧−電流特性が、完全に類似することを明らかにしている。
【００７７】
長さが１７，２ｃｍで、幅が０，９ｃｍの直列接続された７つのセルと、それぞれ約０，５ｃｍの幅を持つ基板の面上に配置された導電性グリッドとで構成される、公知の種類の光起電力モジュールＤＳＳＣの以下の開口率および透明性特性を、１７，２ｃｍ×０，９ｃｍのサイズの７つの直列接続された７つのセルと、基板の縁部上に配置された導電性グリッドとで構成される、本発明の目的であるＤＳＳＣ光起電力モジュールと比較する。
【００７８】
公知技術の光起電力モジュールは、以下のパラメータ：
全領域：１８６，９ｃｍ２
アクティブ領域：１０８，３６ｃｍ２
開口率：５８％
によって特徴付けられ、全領域は、２つの領域である、アクティブ領域プラス密封領域から成る１６９，１ｃｍ２の第１の領域と、基板の縁部上に配置される導電性グリッドから成る１７，８ｃｍ２の第２との合計である。
【００７９】
本発明の目的である光起電力モジュールは、以下のパラメータ：
全領域：１６９，１ｃｍ２
アクティブ領域：１０８，３６ｃｍ２
開口率：６４％
を示す。
気付かれるように、開口率のパラメータは、６％の単位分向上している。
【００８０】
公知技術のモジュールでは、基板の面上の導電性グリッドの存在は、全領域の面積を増加させる。この領域は、光起電力効果に貢献しないので、パッシブ領域である。
【００８１】
光起電力モジュールから生成される電力として、標準検査条件（ＳＴＣ）下で生成される電力、すなわち０，６ワットを考慮すると、５．６％のアクティブ領域の効率が得られる。
【００８２】
公知技術の装置に関しては、この効率を開口率値で乗算すると、約３，２５％の総合効率のパーセンテージが得られるが、本発明の目的である装置の場合には、この効率を開口率値で乗算すると、３，５８％、従って、公知技術の装置より約９％の単位分高い総合効率のパーセンテージが得られる。
【００８３】
光起電力装置の透明性の観点から、基板の側縁部上に配置された導電性グリッドにより、グリッドが基板の面上に配置される場合と比較して、光起電力装置がより均一な透明性を示すことが可能となる。
【００８４】
このことは、透明領域として、アクティブ領域（すなわちセルによって占有される領域）および密封材料によって占有される領域を定義する、光起電力モジュールの透明領域と非透明領域とのパーセンテージ割合を特定するパラメータを考慮に入れると、明らかである。
【００８５】
約１６３ｃｍ２の一定の透明領域に関して、公知技術型の光起電力モジュールの場合、この割合は９０％であるが、本発明の目的である光起電力モジュールの場合、この割合は９６％であり、光起電力モジュールの総合透明性が約６％向上している。
【００８６】
実施例４
さらに、公知技術および本発明による光電気化学セルモジュールの接続システムを用いて実現したサンプルを比較した、機械および電気抵抗対温度の試験を実施した
【００８７】
表１０は、公知技術および本発明に従って実現したサンプルに関して、三点曲げ試験を用いた、Ｎ／ｍｍ２の最大引張応力の測定結果を示す。２つのセルの相互接続から成るサンプルを、サンプルの縁部に隣接する適切な二点支持上に配置し、破損するまでサンプルを曲げるように、中間の第３の点が力を加える。このように、相互接続に支持される最大荷重を計算することができる。試験は、２０ｍｍ×６，２ｍｍ（幅×サンプルの厚さ）の相互接続部分を持つ、幅が２０ｍｍで、長さが４０ｍｍのサンプルを用いて実施した。最大破損荷重は、２５℃、８０℃、および１１０℃で測定し、さらに、サンプルを１４０℃で加熱した後に再度２５℃で測定した。全ての熱応力条件下で、本発明による相互接続システムを用いて得られたサンプルの機械的挙動が、公知技術による場合と比較して優れていることが証明された。また、両技術共に、温度関数としての相互接続材料固有の挙動により、温度増加に伴う最大引張荷重の減少が認められた。さらに、両技術共に、熱応力および２５℃（室温）でのサンプルの冷却後に、相互接続材料の接着の向上により、初期値と比較して機械抵抗が向上したことが証明されたと認められる。
2014505967.tif 000012
【００８８】
本発明により、実質的に直線の側縁部を持つモジュールの実現が可能となる。この特徴により、打たれるのに適した基板側縁部を配置することにより、基板の位置合わせを実施できることから、基板のより高い自動組み立て能力が与えられる。
【００８９】
本発明の隠れた利点は、外的環境に暴露される、導電性酸化物でコーティングされた基板部分が存在しないことから、外的環境との相互作用に対して感受性の低いモジュール形状を提供することにより、モジュールの経年劣化に対するより高い耐性を促進することである。
【００９０】
本発明のさらなる利点は、公知技術と比較して、より優れた機械抵抗を提供することである。
【００９１】
本発明を限定的ではなく、例示的に、その好適な実施形態に従って記載したが、添付の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、変更形態および／または修正形態が当業者によって実施可能であることを理解されたい。
【図１】
2014505967.tif 000013
【図２】
2014505967.tif 000014
【図３】
2014505967.tif 000015
【図４】
2014505967.tif 000016
【図５】
2014505967.tif 000017
【図６】
2014505967.tif 000018
【図７】
2014505967.tif 000019
【図８】
2014505967.tif 000020
【図９】
2014505967.tif 000021
【図１０】
2014505967.tif 000022
【図１１】
2014505967.tif 000023
【図１２】
2014505967.tif 000024
【図１３】
2014505967.tif 000025
【図１４】
2014505967.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月15日(2012.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの対向する表面と、それぞれの外辺部に沿って前記対向する表面をつなぐ側縁部とを有する、少なくとも１つの平らな形状の基板（１１）を含み、前記基板（１１）の前記表面の一方上に、導電性コーティング（１５）と、１つまたは複数の光電気化学セル（１３）とを連続して配置し、モジュール（１）は、前記モジュール全体の第１の電極（１４）と、前記モジュール全体の第２の電極（１７）とをさらに含む、光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記基板（１１）は、前記側縁部の少なくとも一部に、同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および堅固で平面な機械的連結を行うための手段（１４、１７、２４、２５、２９）を備えることを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の光電気化学のモジュール（１０）において、第１の基板（１１）および第２の基板（１２）を含み、互いに対向する表面上に、前記第１の基板（１１）の導電性コーティング（１５）の第１の層と、前記第２の基板（１２）の導電性コーティング（１８）の第２の層とをそれぞれ備え、その間に、１つまたは複数の光電気化学セル（１３）が配置され、前記導電性コーティング（１５）の第１の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（１８）の第２の層とは電気的に絶縁されたモジュール全体の第１の電極（１４）と、前記導電性コーティング（１８）の第２の層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（１５）の第１の層とは電気的に絶縁された前記モジュール（１０）全体の第２の電極（１７）とを含む、光電気化学のモジュール（１０）において、前記第１の基板（１１）および前記第２の基板（１２）は、それぞれの側縁部を位置合わせした状態で、互いに対向して連結され、実質的に直線の側縁部でモジュール（１０）を規定し、同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および堅固な平面の機械的連結を行うための前記手段は、前記モジュール（１０）の前記側縁部の２つの対向する部分上に配置される、前記モジュール全体の前記第１の電極（１４）と、前記モジュール全体の前記第２の電極（１７）とを含むことを特徴とする光電気化学のモジュール（１０）。
【請求項３】
請求項１に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部上の同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および堅固な平面の機械的連結を行うための前記手段は、面取り縁部（２４、２５）を備えた前記少なくとも１つの基板（１１）の前記側縁部の少なくとも一部を含むことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部上の同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記少なくとも１つの基板（１１）が、銅またはスズめっき済みの銀のリボンを溶接する、または導電性樹脂を介在させるための補助として適した銀または他の材料を有することを伴うことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の光電気化学セルのモジュール（１０）において、前記側縁部に同種の並置されたモジュール（１０）の電気的接続および機械的連結を行うための前記手段は、前記側縁部および／または少なくとも研磨縁部に、前記少なくとも１つの基板（１１）が、ひだ状部分を有することを伴うことを特徴とする光電気化学セルのモジュール（１０）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、第１のモジュール（１０）の電極（１４、１７）がその一部上に配置される側縁部と、前記第１のモジュールに対して並置された第２のモジュール（１０）の電極（１４、１７）がその一部上に配置される側縁部とを、前記電極（１４、１７）が配置される前記部分と一致し得る、または一致しない前記側縁部の一部に沿って、堅固に機械的に連結することにより、前記並置されたモジュール（１０）を電気的かつ機械的に直列または並列接続し、並置されたモジュール（１０）の堅固な平面な構造を生じさせることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【請求項７】
請求項６に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、前記それぞれの側縁部に沿って並置された前記モジュール（１０）間の前記電気的および機械的接続は、溶接された材料または前記並置されたモジュール（１０）の側縁部間に配置される導電性樹脂または金属から成る接続素子（２２）によって生じることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【請求項８】
請求項７に記載の光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システムにおいて、前記金属接続素子は、ジュール効果または磁気誘導によって、または同等の技術に従って溶接された銅またはスズめっき済みの銀のリボンであることを特徴とする、光電気化学セルモジュール（１０）の電気的および機械的相互接続システム。
【国際調査報告】
2014505967.tif 000027
2014505967.tif 000028
2014505967.tif 000029