(57)【要約】【課題】低コストで性能のよい色素増感太陽電池を提供する。【解決手段】色素増感太陽電池は、ヨウ素の酸化還元反応により光電変換を行っており、このヨウ素を還元する触媒として白金が有効であり、実用されている。しかし白金は非常に高価であるため、白金単体により電極を構成すると製造コストが増大してしまう。そこで、メッキ、真空蒸着、又はスパッタ等の手法により、白金と密着性のよいチタンに白金の薄膜層（２μｍ以下）を形成したものを還元極１３とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感太陽電池に用いる還元極であって、
チタン表面に白金成膜をしてなる還元極。
【請求項２】
色素増感太陽電池に用いる還元極であって、
ステンレス表面に白金成膜をしてなる還元極。
【請求項３】
色素増感太陽電池に用いる作動極であって、
ガラス基材上に耐電解液性を有するチタン格子を形成した後に、該ガラス基材上に透明導電膜を成膜してなることを特徴とする作動極。
【請求項４】
前記チタン格子は、前記ガラス基材に彫り込みを作成し、該チタン格子に５０μｍ以上の膜厚を確保することを特徴とする請求項３に記載の作動極。
【請求項５】
色素増感太陽電池に用いるセルの封止にＹＡＧレーザー溶接を用いたことを特徴とする色素増感太陽電池。
【請求項６】
色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、コバール側の最外周部のガラス溶着界面付近にＶ字溝を彫り込んだことを特徴とするコバール部品。
【請求項７】
色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、レーザー溶接部付近のつばを厚くしたことを特徴とするコバール部品。
【請求項８】
色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、レーザー溶接部付近のつばに溝を彫り込んだことを特徴とするコバール部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元極，作動極，色素増感太陽電池，コバール部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感太陽電池は、シリコン半導体のｐ−ｎ接合による太陽電池とは異なるメカニズムによって作動し、変換効率が高く、コストが低いという利点がある。
【０００３】
この太陽電池の一般的なセル内部には、図２に示すように、電解液１５が封入されている。
【０００４】
図２では、太陽光が照射されるガラス基材２１に透明導電層２２が接続して電極を構成している。この透明導電層２２は樹脂などの封止剤２３により、半導体層２４と接続し、透明導電層２２、封止剤２３、及び半導体層２４が形成する空間に電解液２５を保持している（例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２０００−１７３６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記太陽電池の構成では、両極間を樹脂などの封止剤２３で固定しているのみなので、
（１)両極の接着強度が弱い。
（２)電解液２５と封止剤２３が直接接触するので電解液の溶媒が揮発してしまう。
（３)電解液２５の腐食性により封止剤２３が劣化し、結果として電解液２５が漏れ出してしまう。
などの問題がある。したがって、長期的に安定な状態を保つことが困難である。
【０００６】
また、電解液２５は腐食性を有するので、銅や金などの導電材料を用いることができず、透明導電ガラス上に白金を蒸着したものを還元層として用いている。したがって、両極ともガラス基材を用いることとなり、結果として封止技術が制限されてしまう。
【０００７】
また、光電変換した電流を効率よく外部に出力するためには、透明導電層の面抵抗を下げる必要がある。しかし面抵抗を下げるために成膜厚を厚くすると、透過する太陽光が減少してしまい、これらはいわゆるトレードオフの関係にある。受光面積を大きくして透過する太陽光を増加させる場合には、図３に示すように集積線３１が必要となる。しかし、電解質には腐食性があるため、ガラス等の保護材３２で集積線３１を保護する必要があり、受光の有効面積が減少してしまう。
【０００８】
そこで、上記課題を解決可能な、太陽電池における電解液封止技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いる還元極であって、チタン表面に白金成膜をしてなることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いる還元極であって、ステンレス表面に白金成膜をしてなることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いる作動極であって、ガラス基材上に耐電解液性を有するチタン格子を形成した後に、該ガラス基材上に透明導電膜を成膜してなることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記チタン格子は、前記ガラス基材に彫り込みを作成し、該チタン格子に５０μｍ以上の膜厚を確保することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いるセルの封止にＹＡＧレーザー溶接を用いたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、コバール側の最外周部のガラス溶着界面付近にＶ字溝を彫り込んだことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、レーザー溶接部付近のつばを厚くしたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、色素増感太陽電池に用いるコバール部品であって、レーザー溶接部付近のつばに溝を彫り込んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１、２に記載の発明によれば、電解液による腐食を生じさせないセル構成を低コストで提供することが可能である。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、作動極の面抵抗が低減し、エネルギー変換効率が向上する。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、チタン格子の厚さを厚くすることが可能であり、作動極の面抵抗が低減し、エネルギー変換効率が向上する。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、溶接歪みの低減が可能となり、コストを低減することが可能となる。
【００２１】
請求項６、７、８に記載の発明によれば、セル封止を目的としたレーザー溶接時の応力が緩和され、歩留まりを向上することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施形態１)
色素増感太陽電池は、ヨウ素の酸化還元反応により光電変換を行っており、このヨウ素を還元する触媒として白金が有効であり、実用されている。
【００２３】
しかし白金は非常に高価であるため、白金単体により電極を構成すると製造コストが増大してしまう。そこで、メッキ、真空蒸着、又はスパッタ等の手法により、白金と密着性のよいチタンに白金の薄膜層（２μｍ以下）を形成したものを還元極とした。
【００２４】
この電極の腐食速度を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、チタンに白金の薄膜層を形成した電極は、白金単体からなる電極と同様の耐腐食性を示した。
【００２７】
したがって、チタンに白金の薄膜層を形成した電極を用いることで、低コストで、白金単体からなる電極と同様の耐食性を有する電極を提供することが可能である。
【００２８】
（実施形態２）
色素増感太陽電池は、ヨウ素の酸化還元反応により光電変換を行っており、このヨウ素を還元する触媒として白金が有効であり、用いられている。
【００２９】
しかし白金は非常に高価であるため、白金単体により電極を構成すると製造コストが増大してしまう。そこで、ステンレスにパルス電源を用いて白金めっき（２μｍ以下）をしたものを還元極とした。
【００３０】
この電極の腐食速度を表１に示す。
【００３１】
表１に示すように、ステンレスに白金めっきを形成した電極は、白金単体からなる電極と同様の耐腐食性を示した。
【００３２】
したがって、ステンレスに白金めっきを形成した電極を用いることで、低コストで、白金単体からなる電極と同様の耐食性を有する電極を提供することが可能である。
【００３３】
（実施形態３）
還元極とセル容器との接続について、チタンは機械加工が比較的困難であるため、還元極は平板チタンに白金を成膜したものを採用した。この電極と、太陽電池を構成するために必要な形状を加工したステンレス部品とをＹＡＧ溶接することで太陽電池を組み立てることとし、これまでは不可能とされていた、電解液保護材のない集電線を検討した。
【００３４】
（実施例３−１）
受光ガラスでもある作動極の、還元極と対向する面では、光電変換が行われるが、変換した電子を外部に取り出すために透明導電層が成膜されている。しかし、この透明導電層は面抵抗が高いため、電圧損失が大きく、変換効率の低下を引き起こす。そこで、透明導電膜を成膜する前に、直接ガラス基材上に耐電解液性を有するチタン格子を、真空蒸着やスパッタ等により、形成した後に、透明導電膜を成膜して、面抵抗の低減を試みた。
【００３５】
この作動極の面抵抗を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2008077898.tif 000004
【００３７】
表２に示すように、現状の作動極を比べるとシート抵抗が０．４（Ω／ｃｍ2）ほど減少した。
【００３８】
（実施例３−２）
実施例１のチタン格子の成膜厚さは、電極の短絡を防ぐために電極間距離よりも薄くする必要があり、その距離は効率の面から、５０μｍ以下とする必要がある。このチタン格子の性能をより引き出すために、ガラス基材にレーザー彫刻などで彫り込みを作成し、５０μｍ以上の膜厚を確保することで、抵抗の低減を試みた。
【００３９】
この作動極の面抵抗を表２に示す。表２に示すように、現状の作動極を比べるとシート抵抗が０．６（Ω／ｃｍ2）ほど減少した。
【００４０】
（実施形態４）
従来は電子ビームで溶接して電解液を封止していたが、この技術は高真空を必要とするために、量産性に劣るという問題があった。そこで、大気中での溶接を検討した。
【００４１】
（実施例４）
図１に色素増感太陽電池のセル構成（符号１５はチタン格子、符号１６は出力端子）を示す。コバール１１枠付ガラス基板（作動極）１２と、ステンレス又はチタン製の金属セル（還元極）１３との電極間距離は２５μｍ程度に保持する必要がある。
【００４２】
そこで、少ない入熱、且つ、熱影響が局所的で済み、溶接歪みを極力抑えることが可能なＹＡＧレーザー溶接で接合を試みた。
【００４３】
この溶接技術を採用することで、ガラス−コバール界面１４への応力が緩和されて、この界面での亀裂破壊が減少し、作成速度も向上した。
【００４４】
また、コバール付のガラス基板のガラス部に残留している応力には、ばらつきがある。従来のコバール断面形状では、レーザー溶接時に、残留応力の大きいガラス基板はガラス−コバール界面に亀裂が生じ、歩留まりが低下していた。
【００４５】
（実施形態５）
コバールの形状解析を行い、レーザー溶接時にガラス−コバール界面で発生する応力を緩和するコバール形状を表３に示す。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
表３に示すように、コバール側の最外周部はガラス溶着部よりも薄いつばを有する構造とし、このつばの最外周部を電子ビーム溶接部とすることで、必要以上の溶接応力を発生させない構造とした。
【００４８】
この応力は、上に反る力（最大応力）と下に反る力（最小応力）があるため、最大値、最小値それぞれの絶対値が小さい程好ましい。
【００４９】
実施例５−１は、ガラス溶着界面付近にＶ字溝を彫り込んだものである。この場合には、現状と比較して最大応力の絶対値は、３ＭＰａ増加し、最小応力の絶対値は７ＭＰａ減少する。また、加工が容易で歩留まりも良いという効果がある。
【００５０】
実施例５−２は、レーザー溶接部付近のつばを厚くしたものである。この場合には、現状と比較して最大応力の絶対値は、２ＭＰａ減少し、最小応力の絶対値は３ＭＰａ減少する。また、他と比較して加工が最も容易で、歩留まりも良いという効果がある。
【００５１】
実施例５−３は、レーザー溶接部付近のつばに溝を彫り込んだものである。この場合には、現状と比較して最大応力の絶対値は、４ＭＰａ減少し、最小応力の絶対値は４ＭＰａ減少する。また、加工は難しいが、応力が最も少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】色素増感太陽電池のセル構成図。
【図２】色素増感太陽電池のセル構成図。
【図３】色素増感太陽電池の集電説明図。
【符号の説明】
【００５３】
１１…コバール
１２…受光面
１３…金属セル
１４…ガラス−コバール界面
２１…ガラス基材
２２…透明導電層
２３…封止剤
２４…半導体層
２５…電解液
【図１】
2008077898.tif 000006
【図２】
2008077898.tif 000007
【図３】
2008077898.tif 000008