(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフィルムと、この第１のフィルムの表面上に設けられた封止部と、前記第１のフィルムに対向配置された第２のフィルムと、前記第１のフィルムの表面上に設けられた対向導電膜と、前記第２のフィルムの、前記第１のフィルム側の面に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の、前記第１のフィルム側の面に形成された半導体層と、前記第１、第２のフィルム間で、前記封止部によって囲まれた空間内に設けられた電解質とを備え、
前記第１のフィルムを対向導電膜と共に湾曲させた形状にするとともに、前記第２のフ
ィルムを透明導電膜及び半導体層と共に湾曲させた形状とし、
前記第２のフィルムの湾曲度合いを、前記第１のフィルムの湾曲度合いよりも大きくし、
前記第２のフィルムの湾曲寸法と前記第１のフィルムの湾曲寸法との差が、前記第１の
フィルムと前記第２のフィルムとのギャップの最大部分の寸法よりも小さく、前記第２の
フィルムは前記第１のフィルム側に近づくように湾曲しかつ前記第１のフィルムは前記第
２のフィルム側に近づくように湾曲している光電変換素子。
【請求項２】
請求項１の光電変換素子の第２のフィルム側を光入射側として配置した構造体。
【請求項３】
請求項１に記載の光電変換素子の製造方法であって、
対向導電膜が形成された第１のフィルムの表面上に枠状の封止部を仮設置し、
次に、この枠状の封止部内に電解質を滴下し、
その後、透明導電膜及び半導体層が形成された第２のフィルムを枠状の封止部上に被せ、
第２のフィルムを、第１のフィルム側に押し付けることで、所定のギャップにすると同時に又は次の工程で第２のフィルムを封止部において前記第１のフィルム又は封止材料と接着固定し、
その後、空気抜きを行う光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２のフィルムを、第１のフィルム側に押し付ける工程は、ローラによって行う請求項３に記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば太陽電池と言われる光電変換素子、この光電変換素子を設置した構造体及び光電変換素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種、光電変換素子は、第１の基板と、この第１の基板の表面上に設けられた枠形状の封止材と、この封止材を介して前記第１の基板に対向配置された第２の基板と、前記封止材で囲まれた前記第１の基板の表面上に設けられた対向導電膜と、前記封止材で囲まれた前記第２の基板の、前記第１の基板側の面に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の、前記第１の基板側の面に形成された半導体層と、前記第１、第２の基板間で、前記封止材によって囲まれた空間内に設けられた電解質とを備えた構造になっていた（これに類似する先行文献としては下記特許文献１が存在する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４９１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記光電変換素子は、第２の基板を透明とし、こちら側から太陽光線が入射されるようになっており、半導体層で励起された電子は透明導電膜を介して外部回路に取り出され、外部回路、対向導電膜、電解質を介して再び半導体層に戻るようになっている。
したがって、効果的に発電させるためには、対向導電膜、半導体層を近接させ、この部分における抵抗値を下げることが重要となる。
しかしながら、封止材で囲まれた空間内に製造時に空気が混入するのを防止するためには、電解質を大量に注入する必要があり、それにより、第１又は第２の基板が外方に膨らみ、その結果として、対向導電膜、半導体層間が広がり、この部分における抵抗値が高くなり、効果的な発電が行えなくなる。
そこで、本発明は、効果的な発電が行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１に記載の光電変換素子は、第１のフィルムと、この第１のフィルムの表面上に設けられた封止部と、前記第１のフィルムに対向配置された第２のフィルムと、前記第１のフィルムの表面上に設けられた対向導電膜と、前記第２のフィルムの、前記第１のフィルム側の面に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の、前記第１のフィルム側の面に形成された半導体層と、前記第１、第２のフィルム間で、前記封止部によって囲まれた空間内に設けられた電解質とを備え、前記第１のフィルムを対向導電膜と共に湾曲させた形状にするとともに、前記第２のフィルムを透明導電膜及び半導体層と共に湾曲させた形状とし、前記第２のフィルムの湾曲度合いを、前記第１のフィルムの湾曲度合いよりも大きくし、前記第２のフィルムの湾曲寸法と前記第１のフィルムの湾曲寸法との差が、前記第１のフィルムと前記第２のフィルムとのギャップの最大部分の寸法よりも小さく、前記第２のフィルムは前記第１のフィルム側に近づくように湾曲しかつ前記第１のフィルムは前記第２のフィルム側に近づくように湾曲させたものである。
【０００７】
さらに、本発明の請求項２に記載の構造体は、請求項１の光電変換素子の第２の
フィルム側を、光入射側として配置したものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３に記載の光電変換素子の製造方法は、請求項１に記載の光電変換素子の製造方法であって、対向導電膜が形成された第１のフィルムの表面上に枠状の封止部を仮設置し、次に、この枠状の封止部内に電解質を滴下し、その後、透明導電膜及び半導体層が形成された第２のフィルムを枠状の封止部上に被せ、第２のフィルムを、第１のフィルム側に押し付けることで、所定のギャップにすると同時に又は次の工程で第２のフィルムを封止部において前記第１のフィルム又は封止材料と接着固定し、その後、空気抜きを行うものである。
【０００９】
さらに、請求項４に記載の光電変換素子の製造方法は、前記第２のフィルムを、第１の
フィルム側に押し付ける工程は、ローラによって行うものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明の請求項１に記載の光電変換素子は、上記した構成により効果的な発電を行うことができる。すなわち、本発明の請求項１に記載の光電変換素子は、電解質を介する、半導体層と対向導電膜間の距離を小さくでき、この結果として同部分の抵抗値を下げることができ、これにより発電を効率的に行わせることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項２に記載の構造体は、請求項１の光電変換素子の第２のフィルム側を光入射側として配置したものであるので、発電効率の高い構造体となる。つまり、構造体を、例えば建築物とすると、外光が光電変換素子に入光しやすいものとなり、その結果として発電効果の高い構造体となるのである。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載の光電変換素子の製造方法は、対向導電膜が形成された第１のフィルムの表面上に枠状の封止部を仮設置し、次に、この枠状の封止部内に電解質を滴下し、その後、透明導電膜及び半導体層が形成された第２のフィルムを枠状の封止部上に被せ、第２のフィルムを、第１のフィルム側に押し付けることで、所定のギャップにすると同時に又は次の工程で第２のフィルムを封止部において前記第１のフィルム又は封止材料と接着固定し、その後、空気抜きを行うものであるので、生産性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換素子を設置した構造体を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光電変換素子の平面構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光電変換素子を拡大して模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を用いて説明する。なお、各図は太陽電池モジュールＡを模式的に示したものであって、実際の寸法，比率等を定めるものではない。
図１において符号１は、構造体の一例として示したビルであり、階２と階３の上下部分の外壁４には、水平方向に図２，図３に示す複数の光電変換素子５を備えた太陽電池モジュールＡが設置されている。
太陽電池モジュールＡは、長尺な帯状に形成され、幅方向を図１に示すビル１の高さ方向に、長手方向を水平方向に設置されている。
【００１５】
本実施形態の太陽電池モジュールＡは、長尺な帯状に形成され、図２に示すように、封止部７によって囲まれた光電変換素子５を、フィルム６（第１のフィルム）及びフィルム８（第２のフィルム）の幅方向と長手方向にそれぞれ複数個配置させて形成されている。
【００１６】
太陽電池モジュールＡは、複数の光電変換素子５を互いに直列又は並列に接続させており、幅方向の一方において幅方向に並んだ複数の光電変換素子５の図３に示す透明導電膜１０に接続した電極端子１５を、フィルム８のフィルム６側の面から突出させている。
さらに、太陽電池モジュールＡは、幅方向の他方において幅方向に並んだ複数の光電変換素子５の図３に示す対向導電膜９に接続した電極端子１６を、フィルム６のフィルム８側の面から突出させている。
【００１７】
図３に示すように、本実施形態の光電変換素子５は、フィルム６と、このフィルム６の表面上に設けられた枠形状の封止部７と、この封止部７を介してフィルム６に対向配置されたフィルム８と、フィルム６の表面上に設けられた対向導電膜９と、フィルム８の、フィルム６側の面部分に形成された透明導電膜１０と、この透明導電膜１０の、フィルム６側の面に形成された半導体層１１と、フィルム６及びフィルム８間で、封止材７によって囲まれた空間１２ａ内に充填された電解質１２と、を備えている。
また、本実施形態では、対向導電膜９のフィルム８側の面には触媒層１３が設けられている。
【００１８】
透明導電膜１０及び半導体層１１は、光電極２０を構成している。また、対向導電膜９及び触媒層１３は、対向電極３０を構成している。
さらに、本実施形態では、光電極２０と対向電極３０との間又はフィルム６とフィル８との間であって、封止部７内には、不図示のスペーサ（ギャップ剤ともいう）が介装されている。
【００１９】
スペーサは、絶縁性の粒子により形成されたものであればよい。なお、図３において隣り合う光電変換素子５同士は並列接続された状態を示しているが、隣り合う光電変換素子５同士が直列接続されている場合においては、絶縁性の粒子に代え又は絶縁性の粒子に導電性の粒子を加えてもかまわない。スペーサの平均粒子径の変動係数は、２５％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましく、は１０％以下であることが更に好ましい。
ここで、上記の変動係数は下記の式（１）のように表される。
【００２０】
【数１】
0006666724.tif 000002
【００２１】
なお、スペーサの粒子の径寸法の平均粒子径の測定方法としては、例えば画像解析法、コールター法、遠心沈降法、レーザ解析散乱法が挙げられるが、特に限定されない。
前記スペーサの径寸法の変動係数が２５％以下であることで、スペーサの粒子の径寸法は略均一となり、第1電極２０と第２電極３０との間のギャップの最少寸法を設定することが容易となる。
【００２２】
フィルム６は、対向導電膜９と共に湾曲した形状になっている。また、フィルム８は、透明導電膜１０及び半導体層１１と共に湾曲した形状となっている。
これらフィルム６とフィルム８との湾曲寸法は異なっており、湾曲寸法の差はフィルム６とフィルム８とのギャップ（隙間）の最大値よりも小さい。この場合において、対向導電膜９を備えたフィルム６は、光電極２０に向かって突出するように湾曲しており、透明導電膜１０及び半導体層１１を備えたフィルム８は、対向電極３０に向かって突出するように湾曲している。
また、フィルム８の湾曲の度合いは、フィルム６の湾曲の度合いよりも大きく形成されている。
なお、湾曲寸法とは、湾曲しているフィルム６，８を平面上に載置した場合の突出寸法を意味する。
【００２３】
なお、上記各構成体は、一例として、下記のようなものを使用した。
先ず、フィルム６、８は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明の熱可塑性樹脂材料により形成されている。
フィルム６，８は、５μｍ〜１ｍｍが好ましく、１０μｍ〜５００μｍがより好ましく、２５μｍ〜２５０μｍが更に好ましい。
【００２４】
フィルム６，８は、薄いと湾曲しやすくなるからである。フィルム６，８は、薄すぎるといわゆるRoll to Roll（ロール状態のフィルムを引き出して加工し、再びロール状にする加工方法の意味）のハンドリング性が低下し、厚すぎると湾曲し難くなるため、上記の範囲に設定することが好ましい。
【００２５】
次に、封止部７の一部には、１００度程度の温度で軟化するホットメルト樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられている。
また、対向導電膜９の材料には、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が用いられている。さらに、対向導電膜９のフィルム６側の面には、カーボンペースト、プラチナ等からなる触媒層１３が成膜されている。
【００２６】
また、透明導電膜１０の材料には、例えば、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛等が用いられている
半導体層１１は、後述する増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有するものであり、金属酸化物からなる半導体により透明導電膜１０のフィルム６側の面に成膜されている。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）等が用いられる。
【００２７】
また、この半導体層１１は、増感色素を担持している。増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素としては、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系等の各種有機色素を用いることができる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等が好適に用いられる。
半導体層１１の厚さ寸法は、大き過ぎると前記Roll to Rollによる製造過程において割れやすくなり、小さ過ぎると発電性能が低下する。したがって、半導体層１１は、１μm〜５０μmの厚さに設定されていることが好ましく、３μm〜２０μmの厚さに設定されていることがより好ましい。
【００２８】
電解質（本実施形態では電解液状態）１２としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル等の非水系溶剤；ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム又はヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解液とヨウ素とが混合された溶液等が用いられている。また、電解質（本実施形態では電解液状態）１２は、逆電子移動反応を防止するため、ｔ−ブチルピリジンを含むものでもよい。
セパレータ１４には、電解質（本実施形態では電解液状態）１２を通過させる多数の孔（図示せず）を有する不織布等のシート材が用いられている。
【００２９】
次に、その製造方法を、図４を用いて説明する。
図４において、フィルム６の表面（図４の上方側の面）には、フィルム６の幅方向（搬送方向Ｐに直交する方向すなわち紙面奥行き方向）に間隔を空けてかつ搬送法向に互いに平行に延びるように配置されたホットメルト又は紫外線硬化樹脂等の封止材料（封止部）、不図示のスペーサ（ギャップ剤）及び対向電極３０（対向導電膜９及び触媒層１３）設けられている。この状態において、封止材料は、仮設置の状態となっている。
【００３０】
また、フィルム８の表面（すなわちフィルム６に対向する面）には、その前の工程で、光電極２０（図３に示す透明導電膜１０及び半導体層１１）が設けられている。なお、特に限定はされないが、半導体層１１はRoll to Roll製法による生産性向上の観点から、いわゆるエアロゾル・デポジション法により成膜されることが好ましい。このエアロゾル・デポジション法により半導体層１１を形成することで、半導体層１１及び透明導電膜１０を含んでフィルム８を湾曲させることができる。
そのようなフィルム６、８を、ローラ１７Ａ、１８Ａで挟んで、図４の矢印Ｐ方向に連続的に移動させる。
【００３１】
また、ローラ１７Ａ、１８Ａの上流側では、フィルム６の封止材料の内側にノズル１９から電解質（本実施形態では電解液状態）１２を滴下する。
電解質１２は、フィルム６とフィルム８とを封止材料を挟んで一定のギャップで重ね合わせてできる空間の容積よりも少ない分量を滴下する。
その後、上方から供給されるフィルム８を、ローラ１７Ａ，１８Ａで、フィルム６上に、透明導電膜１０、半導体層１１が下方となるように重ねて封止材料により搬送方向に密着させる。
【００３２】
ローラ１７Ａ及びローラ１８Ａによって、フィルム８を、フィルム６側に所定の圧で押し付けることで、所定のギャップに設定すると同時に加熱により又は次の工程で加熱又は紫外線硬化等によりフィルム８とフィルム６とを長手方向に接着固定する。
ローラ１８Ａとローラ１８Ｂとの間において、フィルム６及びフィルム８は幅方向に封止されておらず搬送方向（矢印Ｐ方向）及びその反対方向に開放された状態となっている。
【００３３】
そこで、ローラ１７Ｂ，１８Ｂによりフィルム６とフィルム８との間に存在する空気抜きを行う。前述したとおり、封止部７に長手方向に配される封止材料には不図示のスペーサが含まれており、フィルム６上には、フィルム６とフィルム８とを封止材料を挟んで一定のギャップで重ね合わせてできる空間の容積よりも少ない分量の電解質１２が滴下されている。したがって、前記空気抜き工程により、対向導電膜９及び触媒層１３と共にフィルム６を湾曲させることができる。
【００３４】
その後、ローラ１８Ｂの下流側の位置Ｘにおいて、矢印Ｐ方向に搬送させながら重ね合わせたフィルム６，８を、搬送方向に間欠的に、超音波融着により幅方向に封止し、これらの間を密封する。
なお、効果的に空気を抜く為には、１８Ｂと１７Ｂとの間のギャップは、１８Ａと１７Ａとの間のギャップと同等、もしくはそれ以下であることが好ましく、１８Ａと１７Ａとの間のギャップよりも狭い事が好ましい。
【００３５】
図３は、太陽電池モジュールＡのローラ１８Ｂの下流における状態を示している。
つまり、フィルム８はスペーサを含んだ封止材料及び超音波融着により対向電極３０を備えたフィルム６と接着、固定され、しかもエアロゾル・デポジション法によりフィルム６側に湾曲した形状に形成されている。
また、フィルム６は、空気抜き工程により、対向導電膜９と共にフィルム８側に湾曲させた形状となっている。
【００３６】
また、このような状態では、フィルム８の、フィルム６側への湾曲度合いは、図３に示すようにフィルム６の、フィルム８側への湾曲度合いよりも大きく形成されている。
このような状態の太陽電池モジュールＡは、図１に示すように、そのフィルム８側を、その光入射側として、構造体１の一例として示したビル１の外壁４に配置され、外光がフィルム８、透明導電膜１０を介して半導体層１１に到達し、発電が行われる。
【００３７】
以上の構成において、本実施形態の特徴点は、以下の５点である。
（１）フィルム６を対向導電膜９と共にフィルム８側に湾曲形状にし、かつ、フィルム８を透明導電膜１０及び半導体層１１と共にフィルム６側に湾曲させた形状とし、フィルム８の湾曲度合いを、フィルム６の湾曲度合いよりも大きくした。
したがって、本実施形態の光電変換素子５は、電解質１２を介する半導体層１１と対向導電膜９との間の距離を小さくでき、この結果として同部分の抵抗値を下げることができるので、発電効率を高くすることができる。
【００３８】
また、フィルム８の湾曲度をフィルム６の湾曲度よりも高めたので、例えば太陽光線などの光は、この大きな湾曲により、光電極２０に入光しやすくなり、この点からも、発電を効果的に行わせることができる。
さらに、フィルム６の湾曲度合いを小さくしたので、半導体層１１を通過し、対向電極３０に到達した光を、再び、光電極２０に反射、供給することができ、この点からも、発電を効果的に行わせることができる。
【００３９】
つまり、フィルム８の湾曲度合いが大きいと、半導体層１１を通過し、対向電極３０に到達した光は枠形状の封止部７側へと拡散状態で反射することになるが、フィルム６の湾曲度合いを小さくすると、半導体層１１を通過し、対向電極３０に到達した光を、再び、半導体層１１へと反射、供給する量を増やすことができ、その結果として、発電を効果的に行わせることができるのである。
【００４０】
また、フィルム６の湾曲寸法とフィルム８の湾曲寸法との差をフィルム６とフィルム８とのギャップの最大値よりも小さくすることによりフィルム６及びフィルム８を、お互いが対向する方向に湾曲させている。したがって、フィルム６及びフィルム８及び枠形状の封止部７で囲まれた空間の空気を、この空間外へと追い出すことができ、この点からも、発電を効果的に行わせることができる。
【００４１】
（２）光電極２０と対向電極３０との間に、不図示のスペーサを介在させたので、光電極２０と対向電極３０と間で短絡が起きず、この点からも、発電を効率的に行わせることができる。なお、光電極２０と対向電極３０との間には、不図示のスペーサに代えてセパレータを介装させることも可能である。
さらに、このように短絡が起きないので、半導体層１１と対向導電膜９との間の距離をさらに小さくし、抵抗値を下げ、発電を効果的に行わせることもできる。
【００４２】
（３）太陽電池モジュールＡの光電極２０側を、その光入射側として、構造体の一例として示したビル１の外壁４に配置したので、発電効率の高い構造体となる。つまり、構造体１を、例えばビルのような建築物とすると、外光が光電変換素子５に入光しやすいものとなり、その結果として発電効果の高い構造体１となるのである。
さらに、光電変換素子５のフィルム６側には小さな湾曲しか形成されていないので、フィルム６と構造体１の外壁４等との間に、埃などの異物が浸入し難い構造とすることもできる。
【００４３】
（４）光電変換素子５の製造方法は、対向導電膜９が形成されたフィルム６の短手方向両端部に封止材料を仮設置し、次に、封止材料間にやや少な目の電解質１２を滴下し、その後、透明導電膜１０、半導体層１１が形成されたフィルム８を封止材料上に被せて接着し、次に、フィルム８を、フィルム６側に押し付けることで、これらの間に存在する空気抜きを行い、この空気抜きと同時、または次の工程で、フィルム８を短手方向に接着固定するので、生産性の高いものとなる。
【００４４】
すなわち、フィルム８の湾曲は、半導体層１１をエアロゾル・デポジション法により成膜することで湾曲させ、フィルム６は、フィルム６とフィルム８との間の空気抜き作業を行うことで湾曲させることができる。すなわち、フィルム６及びフィルム８の湾曲作業を別個に設ける必要が無いため、本発明の光電変換素子５及び太陽電池モジュールＡは、この点からも生産性の高いものとなるのである。
【００４５】
（５）光電変換素子５の製造方法において、フィルム８を、フィルム６側に押し付ける工程は、ローラ１８Ａ，１８Ｂによって行うので、生産性が高く、工程の簡略化も図れる。
【符号の説明】
【００４６】
１  ビル（構造体）
４  外壁
５  光電変換素子
６  フィルム（第２のフィルム）
７  封止部
８  フィルム（第１のフィルム）
９  対向導電膜
１０  透明導電膜
１１  半導体層
１２  電解質
１７Ａ，１７Ｂ、１８Ａ，１８Ｂ  ローラ
【図１】
0006666724.tif 000003
【図２】
0006666724.tif 000004
【図３】
0006666724.tif 000005
【図４】
0006666724.tif 000006