(57)【要約】  【課題】  電解液の漏出が長期間に亘って発生しないようにした。  【解決手段】  セル１１はガラス基材１２とセルの構造体となる椀状の金属セル本体１３から構成される。ガラス基材１２には、コバール枠（金属枠）１を取り付けてセル用ガラス基材を形成する。このセル用ガラス基材を、金属セル本体１３に嵌め込み、金属セル本体１３内に電解液１４を充填して電子ビーム溶接により金属枠１５と金属セル本体１３とを溶接する。金属セル本体１３にセル用ガラス基材を嵌め込んだ時、極間距離を保持するため、スペーサ１６として挿入する。金属セル本体１３の底面には、セル本体内部で発生した起電力を外部に取り出すために、取り出し口に電流端子１８，１８を設け、この取り出し口を封止栓１９、１９を用いて封止する。なお、電流端子１８，１８にはＯリング２０，２０が設けられている。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属枠が外周部に設けられた裏面に透明導電膜と半導電体層を有する透明ガラス基材と、
前記金属枠を設けた透明ガラス基材が嵌め込まれ、内部に電解液が充填された金属セル本体と、
この金属セル本体と金属枠とを電子ビーム溶接で気密に溶接する手段と、
前記金属セル本体の底面から封止部材を介して突出され、起電力を取り出す端子とを備えてなることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記金属セル本体内に透明ガラス基材を嵌め込む際に、金属セル本体内に予め極間距離を保持するスペーサを設けることを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記金属枠の最外周部には、薄いつばを形成することを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
前記電解液に接触する金属枠、金属セル本体および端子に耐薬品性を有する保護部材を被覆したことを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
透明ガラス基材の裏面に透明導電膜と半導電体層を成形する手順と、
金属枠の内側に前記透明ガラス基材を溶着させて太陽電池用ガラス基材を成形する手順と、
成形された太陽電池用ガラス基材を金属製太陽電池用本体に嵌め込むとともに、その本体内部に電解液を充填する手順と、
前記金属製太陽電池用本体に太陽電池用ガラス基材を嵌め込んだ後、電子ビーム溶接により前記金属製太陽電池用本体と太陽電池用ガラス基材とを溶接する手順と、
前記金属製太陽電池用本体の底面に封止部材を介して電流取り出し端子を設ける手順とを備えたことを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記金属製太陽電池用本体内に太陽電池用ガラス基材を嵌め込む際に、スペーサを介してから太陽電池用ガラス基材を嵌め込む手順を有するようにしたことを特徴とする請求項５記載の色素増感型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記電解液に接触する金属枠、金属製太陽電池用本体及び電流取り出し端子を、耐薬品性を有する保護部材でそれぞれ被覆する手順で行うことを特徴とする請求項５記載の色素増感型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、色素増感型太陽電池の電解液封止手段に改良を加えた色素増感型太陽電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、シリコン半導体のpn接合による太陽電池とは、異なる構成に形成されており、変換効率が高く、しかも製造コストが安価である利点を持っている。この色素増感型太陽電池は、電子の授受のために、内部に電解液（通常、ヨウ素電解液）が封入されていることに特徴がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図３は、色素増感型太陽電池の概略構成断面図で、図３において、ガラス基板３１の下面には透明導電層３２が形成され、この透明導電層３２から一定の間隔を隔てて空間部が構成されるように、導電層３３が形成された支持体３４が設けられ、空間部内の透明導電層３２の下面には半導電体層３５を形成して、電解液３６が充填されて樹脂からなる封止部材３７により封止され、電解液３６が外部に漏出しないように構成されている。
【特許文献１】特開２０００−１７３６８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記図３に示すように構成された色素増感型太陽電池においては、透明導電層３２と導電層３３間の周辺部に厚く樹脂からなる封止部材３７を塗布して硬化させて電解液３６の漏出を防止している。このような、封止部材３７を用いているため、両層３２，３３との接着強度が弱いと、封止部材３７が電解液３６と接触しているため、電解液３６の溶媒が封止部材３７である樹脂を溶解させてしまい、長期的には電解液３６が両層３２、３３と封止部材３７の界面から漏出してしまい、長期間安定に電解液３６を封止させることが困難となる問題がある。
【０００５】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、電解液の漏出が長期間に亘って発生しないようにした色素増感型太陽電池及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、金属枠が外周部に設けられた裏面に透明導電膜と半導電体層を有する透明ガラス基材と、前記金属枠を設けた透明ガラス基材が嵌め込まれ、内部に電解液が充填された金属セル本体と、この金属セル本体と金属枠とを電子ビーム溶接で気密に溶接する手段と、前記金属セル本体の底面から封止部材を介して突出され、起電力を取り出す端子とを備えてなることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、前記金属セル本体内に透明ガラス基材を嵌め込む際に、金属セル本体内に予め極間距離を保持するスペーサを設けることを特徴とするものである。
【０００８】
第３発明は、前記金属枠の最外周部には、薄いつばを形成することを特徴とするものである。
【０００９】
第４発明は、前記電解液に接触する金属枠、金属セル本体および端子に耐薬品性を有する保護部材を被覆したことを特徴とする。
【００１０】
第５発明は、透明ガラス基材の裏面に透明導電膜と半導電体層を成形する手順と、金属枠の内側に前記透明ガラス基材を溶着させて太陽電池用ガラス基材を成形する手順と、成形された太陽電池用ガラス基材を金属製太陽電池用本体に嵌め込むとともに、その本体内部に電解液を充填する手順と、前記金属製太陽電池用本体に太陽電池用ガラス基材を嵌め込んだ後、電子ビーム溶接により前記金属製太陽電池用本体と太陽電池用ガラス基材とを溶接する手順と、前記金属製太陽電池用本体の底面に封止部材を介して電流取り出し端子を設ける手順とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
第６発明、前記金属製太陽電池用本体内に太陽電池用ガラス基材を嵌め込む際に、スペーサを介してから太陽電池用ガラス基材を嵌め込む手順を有するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
第７発明は、前記電解液に接触する金属枠、金属製太陽電池用本体及び電流取り出し端子を、耐薬品性を有する保護部材でそれぞれ被覆する手順で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上述べたように、この発明によれば、金属部材とガラス部材の界面の気密性が確保され、電解液の漏出を防止することができるようになり、しかも、耐薬品性を向上させることができるなどの利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ），（ｂ）はこの発明の実施の形態を示す色素増感型太陽電池（セル）の平面図及びＡ−Ａ線断面図で、同図において、セル１１には、光電変換を行うために、透明導電膜と半導電体層（図示省略）が裏面に施された円形状の透明ガラス基材１２が必要である。このガラス基材１２とセルの構造体となる有底筒状の金属セル本体１３は、電子ビーム溶接により気密に溶接される。
【００１５】
しかし、この溶接において、ガラス基材１２と金属セル本体１３とを直接溶接しても、両者は膨張係数の違いから界面で亀裂が発生し、気密を取ることができない。このため、先ずドーナツ状の金属枠（コバール枠）１５を作製し、この金属枠１５の内側にガラス基材１２を溶着・研磨して取り付け、セル用ガラス基材を形成する。
【００１６】
このように形成したセル用ガラス基材を、金属セル本体１３に嵌め込み、金属セル本体１３内に電解液１４を充填して電子ビーム溶接機（図示省略）により金属枠１５と金属セル本体１３とを溶接する。なお、金属枠１５の材質（コバール：Fe54wt％、Ni29wt％、Co17％）は、鉄が多く含まれており、電解液１４の中に含まれるヨウ素に対する耐性がない。このため、この金属枠１５に対し、耐ヨウ素性に優れる金属（Pt、NiやAuでも可）を用いてピンホールの生じない程度（２μm）のメッキを施す。
【００１７】
また、電解液１４を溜め込む金属セル本体１３は、対極としても作動するので、セル本体１３にも耐ヨウ素性に優れる金属（Pt、NiやAuでも可）を用いてピンホールの生じない程度（２μm）のメッキを施す。なお、金属セル本体１３の材質としてはSUS304を使用したが、SUS304に限らずAl,Cu、真鍮など様々金属でも可能である。
【００１８】
前記金属セル本体１３に上記セル用ガラス基材を嵌め込んだ時、効率面から、その極間距離は、２５μm程度に保持する必要がある。このため、金属セル本体１３内には、耐熱性・耐薬品性PIフィルム（宇部興産製ユーピレックスS25。PTFEでも可）をスペーサ１６として挿入し、距離を固定した状態で、金属セル本体１３と金属枠１５を電子ビーム溶接機（図示省略）により溶接する。１７はその溶接部である。
【００１９】
上記のように、電子ビーム溶接機により金属セル本体１３と金属枠１５とを溶接すると、熱影響が局所的で済み、しかも溶接歪みを極力抑えることが可能となり、また部品の酸化も抑制することができるようになる。この電子ビーム溶接を採用することにより、スペーサ１６の温度による変形を抑制できるようになり、これにより、極間距離への影響や、ガラス−コバール界面への応力も低減することが可能となる。
【００２０】
上記電子ビーム溶接による接合の場合でも、微小な溶接歪みが発生し、この応力によりコバールーガラス界面には亀裂が生じる。この抗力を低減するため、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なるように溶接することにより、必要以上の溶接応力が発生しないようにした。また、金属セル本体１３の溶接部においても、上記と同様に微小な歪みが発生し、この応力によりコバール−ガラス界面に亀裂が生じる。この抗力を低減するため、溶接部の肉厚を1.0mm以下とし、必要以上の溶接応力を発生させない構造に形成した。
【００２１】
前記金属セル本体１３の底面には、セル本体内部で発生した起電力を外部に取り出すための取り出し口を一対設け、この取り出し口を絶縁被覆して、この取り出し口に電流端子１８，１８を挿入する。この電流端子１８，１８の材質は、導電性に優れる金属（Cu,Ag,Au,Ptも可。）とし、電解液１４に接触するために、耐ヨウ素性に優れる金属（Pt,NiやAuでも可）でピンホールの生じない程度（２μm）のメッキを施す。
【００２２】
前記取り出し口の封止手段は、機械部品などの焼きバメ技術を応用し、耐薬品性に優れる材質（PTFEなど）から形成される封止栓１９、１９を用いて行う。封止栓１９，１９の外形寸法は、液体窒素などで冷却収縮させた状態で、取り出し口にぎりぎりに嵌め込める寸法に形成し、冷却嵌めこみ後、封止栓１９，１９が常温に戻った時には、取り出し口壁面と強力な圧着力を生じ、金属セル本体１３内部の電解液の漏出を防止する。
【００２３】
また、取り出し口の封止手段として、さらにＯリング２０，２０を電流端子１８，１８に設けている。なお、Ｏリング２０，２０の材質としては、耐溶剤、耐腐食性に優れるフッ素系エラストマー（テトラフルオロエチレンーパーフルオロエーテル共重合体、PTFE、シリコーン、デュポン製カルレッツ、パーフルオロ系エラストマー、フッ素樹脂コーティング等も可）のものを使用した。なお、２１は金属グリッドである。
【００２４】
上記の実施の形態により製作したセルと、従来技術により製作したセルとの気密度を比較するために、液漏れ試験を行った。その試験結果を図２に示す。
【００２５】
図２において、横軸に時間（ｈ）を、縦軸に充填液残量（wt％）を取った。この図２の結果から、従来のセルは１００時間未満で封止材が破損して液漏れしてしまうが、本発明のセルは液漏れが少なく、気密度が極めて良いことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成平面図及びＡ−Ａ線断面図。
【図２】液漏れ試験結果を示す特性図。
【図３】色素増感型太陽電池の概略構成断面図。
【符号の説明】
【００２７】
１１…セル（色素増感型太陽電池）
１２…ガラス基材
１３…金属セル本体
１４…電解液
１５…金属枠（コバール枠）
１６…スペーサ
１７…溶接部
１８…電流端子
１９…封止栓
２０…Ｏリング
【図１】
2008021429.tif 000003
【図２】
2008021429.tif 000004
【図３】
2008021429.tif 000005