(57)【要約】【課題】容易に太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを作製することが可能な光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールを提供する。【解決手段】増感色素を担持した半導体層７が被着された第１の電極５と、第１の電極５の半導体層７と対峙する第２の電極１５と、第１の電極５の半導体層７と第２の電極１５との間に配置された電解質層１３とを備えた光電変換素子１であって、第１の電極５と第２の電極１５とは、それぞれ接続端子部５ａ、２１ａを備え、第１の電極５の接続端子部５ａと、第２の電極１５の接続端子部２１ａとが、同一平面上に配置されている光電変換素子とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増感色素を担持した半導体層が被着された第１の電極と、前記第１の電極の半導体層と対峙する第２の電極と、前記第１の電極の半導体層と前記第２の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子であって、
前記第１の電極と前記第２の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、
前記第１の電極の接続端子部と、前記第２の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、それぞれ基板上に形成されている請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、
前記光電変換素子の第１の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第２の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする光電変換素子モジュール。
【請求項４】
前記第１の電極の接続端子部と前記第２の電極の接続端子部とが、金属導体を介して電気的に接続されている請求項３に記載の光電変換素子モジュール。
【請求項５】
前記金属導体が、導電性被膜で覆われている請求項４に記載の光電変換素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色素増感太陽電池等に用いる光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
グレッツェルらが提唱した新しいタイプの色素増感太陽電池は、従来の色素増感太陽電池に比べ、飛躍的に高い変換効率（７％台）を示して注目を浴びた。色素増感太陽電池は、光を捕集した色素が生成する励起電子を半導体内に注入させることによって光電変換を実現している。したがって、光捕集力を高めるために増感色素を半導体に多量に担持させること、さらに増感色素からできるだけ早く半導体へ電子を注入させることが重要である。グレッツェル・セルとも言われるこの新しい色素増感太陽電池は、超微粒子の酸化チタンからなる多孔質膜に増感色素であるルテニウム錯体を担持させることで、この課題を解決している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
グレッツェル（Ｇｒａｔｚｅｌ）、外１名、「ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）」、（英国）、１９９１年１０月２４日、第３５３巻、ｐ．７３７−７４０
このグレッツェル・セルは、酸化チタンの超微粒子を分散したペーストを透明電極に塗布し、増感色素を担持させ、対電極との間に電解質を充填するだけで組み立てることができる。従来の太陽電池と比べ、簡便な装置で製造が可能であり、次世代太陽電池の一つとして注目されている。
【０００４】
ところで、現状のグレッツェル・セルは、単体で１Ｖ以下の開放端電圧であり、実用的な電気機器をグレッツェル・セルで駆動させるには、複数のセルを直列接続して出力電圧を大きくすることが必須である。グレッツェル・セルを直列接続したモジュール構造は既にいくつか提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特表平１１−５１４７８７号公報
【０００６】
【特許文献２】
国際公開第９６／２９７１６号パンフレット
特許文献１には、１枚の基板上に直列接続したモジュールを構成する構造並びにその製造方法が提案されている。通常のグレッツェル・セルは光電極と対電極との間に電解質を挟んだサンドイッチ構造であり、２枚の基板を必要とする。これに対して、特許文献１に記載の構造であれば、基板を１枚にすることができ、軽量化や低コスト化などの利点がある。
【０００７】
また、特許文献２には、サンドイッチ構造のセルで、隣接する２つの素子の光電極と対電極とを反転させながら直列接続する方法が提案されている。この構造では容易に直列接続できる利点がある。
【０００８】
しかし、上記基板を１枚にする構造では、ドライプロセスで作製するシリコン系太陽電池には適したモジュール構造であるが、ウェットプロセスでグレッツェル・セルを作製する場合、隣接する素子を接続するための電極を塗布するのが非常に難しいといった問題がある。
【０００９】
また、隣接する２つの素子の光電極と対電極とを反転させながら直列接続する方法では、光電極を受光面にした素子と対電極を受光面にした素子とを直列接続するので、モジュール全体の出力特性が光電変換効率の悪い対電極を受光面にした素子に制限されてしまう問題がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
グレッツェル・セルに限らず太陽電池は、実使用に際して複数の太陽電池を接続し面積を拡大させることで太陽電池モジュールとした上、この太陽電池モジュールを所要数接続して太陽電池アレイとなすことによって所望の出力を得ている。グレッツェル・セルは図５に示すように、その構成上、透明電極５と対電極１５とが向かい合う構造になるため、透明電極５と対電極１５のそれぞれに付随する外部への接続端子部５ａ、１５ａとがそれぞれ反対方向を向いた構造となる。そのため太陽電池モジュールや太陽電池アレイを構成する際、そのまま太陽電池を並べて接続するは困難である。例えば、図５の構造の太陽電池を並べて接続して直列モジュールを作製する場合、図６に示すように銀ペーストやはんだ付けなどの接続リード２３を用いて接続を行う必要がある。このとき透明電極５と対電極１５とが向かい合う構造であると、接続端子部５ａ、１５ａの一方向からの電気的接続作業が困難となる。更に、この接続部の剥離を抑制するための補強作業が容易にできず、モジュールとして必要な強度を確保することが難しい。
【００１１】
本発明は、光電変換素子相互間の電気的接続が容易且つ確実に行える構造を提案し、容易に太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを作製することが可能な光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電変換素子は、増感色素を担持した半導体層が被着された第１の電極と、前記第１の電極の半導体層と対峙する第２の電極と、前記第１の電極の半導体層と前記第２の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子であって、
前記第１の電極と前記第２の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、
前記第１の電極の接続端子部と、前記第２の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の光電変換素子モジュールは、前記光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、
前記光電変換素子の第１の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第２の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明の光電変換素子の一実施形態は、増感色素を担持した半導体層が被着された第１の電極と、前記第１の電極の半導体層と対峙する第２の電極と、前記第１の電極の半導体層と前記第２の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子である。また、前記第１の電極と前記第２の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、前記第１の電極の接続端子部と、前記第２の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されている。
【００１６】
より具体的には、前記第１の電極及び前記第２の電極はそれぞれ基板上に形成され、前記第１の電極の接続端子部と、前記第２の電極の接続端子部とが、同一の前記基板の上に配置されている。
【００１７】
第１の電極の接続端子部と、第２の電極の接続端子部とが同一平面上に存在することにより、光電変換素子相互間の電気的接続が同一方向から容易且つ確実に行える。
【００１８】
また、本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態は、上記で説明した光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、前記光電変換素子の第１の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第２の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
第１の電極の接続端子部と、第２の電極の接続端子部とが同一平面上に配置されている光電変換素子を用いて電気的に接続することにより、光電変換素子モジュールを容易且つ確実に形成できる。
【００２０】
また、前記第１の電極の接続端子部と前記第２の電極の接続端子部とは、金属導体を介して電気的に接続されていることが好ましい。接続強度を大きくできるからである。
【００２１】
更に、前記金属導体は、導電性被膜で覆われていることが好ましい。光電変換素子相互間の電気的接続がより確実となるからである。この導電性被膜としては、導電性塗料の塗布、導電性物質の真空蒸着、はんだ付け等の方法で形成することができる。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、本発明の光電変換素子の一実施形態の概要断面図であり、透明基板３の上に正極、負極の接続端子部が配置されている場合である。図１において、光電変換素子１は、透明基板３の一方の表面に形成された透明電極５（第１の電極）を備えている。透明電極５の一方の表面には増感色素が担持された半導体層７が形成されており、透明電極５の外側の先端部には接続端子部５ａが形成されている。
【００２４】
また、この増感色素が担持された半導体層７に対峙して対電極１５（第２の電極）が存在する。対電極１５は基板１７の一方の表面に形成されている。対電極１５と透明基板３との間には接続部２１が設けられ、接続部２１の透明基板３側に設けられた接続端子部２１ａは透明基板３の上に配置されている。接続端子部２１ａと透明電極５とは、封止材１１を介して電気的に絶縁されている。
【００２５】
更に、半導体層７と対電極１５との間には電解質層１３が存在する。電解質層１３は、封止材１１により密閉して封止されている。なお、光電変換素子１は、透明基板３から入射光１９を受ける。
【００２６】
このように本実施形態では、透明電極５の接続端子部５ａと、対電極１５の接続端子部２１ａとが、同一透明基板３の上に存在している。
【００２７】
（実施形態２）
図２は、本発明の光電変換素子の他の実施形態の概要断面図であり、基板１７の上に正極、負極の接続端子部が配置されている場合である。対電極１５の外側の先端部には接続端子部１５ａが形成されており、基板１７と透明電極５との間には接続部２１が設けられ、接続部２１の基板１７側に設けられた接続端子部２１ａは基板１７の上に配置されている。これら以外は、前記実施形態１と同様の構造である。
【００２８】
このように本実施形態では、対電極１５の接続端子部１５ａと、透明電極５の接続端子部２１ａとが、同一基板１７の上に存在している。
【００２９】
（実施形態３）
図３は、本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態の概要断面図であり、前記実施形態１の光電変換素子を複数個電気的に接続したものである。
【００３０】
図３において、各光電変換素子１は、透明電極５の接続端子部５ａと、対電極１５の接続端子部２１ａとが、接続リード２３により電気的に接続されている。本実施形態では、透明電極５の接続端子部５ａと、対電極１５の接続端子部２１ａとが、透明基板３の上に全て存在しているため、光電変換素子１の一方向から接続リード２３を取り付けることが可能となり、モジュール化の際の作業性に優れているとともに、接続強度も大きくできる。また、接続リード２３を導電性被膜で覆うことも容易になり、電気的接続がより確実となる。
【００３１】
なお、本実施形態では、各光電変換素子１の透明基板３として複数の別々の基板を用いたが、連続した同一基板上に各光電変換素子１を形成しても良い。
【００３２】
（実施形態４）
図４は、本発明の光電変換素子モジュールの他の実施形態の概要断面図であり、前記実施形態２の光電変換素子を複数個電気的に接続したものである。
【００３３】
図４において、各光電変換素子１は、対電極１５の接続端子部１５ａと、透明電極５の接続端子部２１ａとが、接続リード２３により電気的に接続されている。本実施形態では、対電極１５の接続端子部１５ａと、透明電極５の接続端子部２１ａとが、基板１７の上に全て存在しているため、光電変換素子１の一方向から接続リード２３を取り付けることが可能となり、モジュール化の際の作業性に優れているとともに、接続強度も大きくできる。また、接続リード２３を導電性被膜で覆うことも容易になり、電気的接続がより確実となる。
【００３４】
なお、本実施形態では、各光電変換素子１の基板１７として複数の別々の基板を用いたが、連続した同一基板に各光電変換素子１を形成しても良い。
【００３５】
上記実施形態１〜４において、透明基板３は透光性を有する材料から形成され、通常、ガラスやフィルムが使用される。透明基板３の光透過率は高い程よい。好ましい光透過率としては５０％以上であり、より好ましくは８０％以上である。
【００３６】
基板１７は透明基板３と同じガラスや透明フィルムの他に、金属などを使用することができる。基板１７は不透明でもよいが、透明であれば両側の基板から光を入射させることができるので好ましい。
【００３７】
透明基板３の一方の面に形成される透明電極５の材料としては、透明電極として一般的に使用される金属酸化物であるインジウム−錫複合酸化物（ＩＴＯ）やフッ素をドープした酸化錫等が挙げられる。
【００３８】
透明電極５の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては５０Ω／□以下であり、より好ましくは３０Ω／□以下である。下限値に特に制限はないが、通常０．１Ω／□以上である。
【００３９】
透明電極５の光透過率は高い程よい。好ましい光透過率としては５０％以上であり、より好ましくは８０％以上である。透明電極５の膜厚は０．１〜１０μｍが好ましい。この範囲内であれば、均一な膜厚の電極膜を形成することが容易となり、また、光透過性が低下せず、十分な光が半導体層７に入射される。透明電極５を使用する場合、光は増感色素が担持された半導体層７が被着された透明電極５側から入射させることが好ましい。
【００４０】
外部への正極、負極の接続端子部５ａ、２１ａを透明基板３の上に配置する場合（実施形態１、実施形態３の場合）、透明電極５は、対電極１５と接続している接続端子部２１ａとの短絡を避けるため、接続端子部２１ａとは電気的に絶縁されていなければならない。そのため接続端子部２１ａと透明基板３とが接する部分の透明電極５は、エッチング等の手法により除去されているか、又は有機物などによる絶縁性コーティング等により絶縁されていなければならない。なお、前記エッチングには、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、電解エッチング、レーザーエッチング、フォトエッチング等がある。
【００４１】
対電極１５は光電変換素子１の正極として機能する。上記実施形態１〜４における光電変換素子１の対電極１５は、光電変換素子１の正極として効率よく作用するために、電解質の還元体に電子を与える触媒作用を有する素材から形成するのが好ましい。このような素材としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、又はグラファイト、又はインジウム−錫複合酸化物、フッ素をドープした酸化錫等の導電性の金属酸化物などが挙げられる。これらのうち、白金やグラファイトなどが特に好ましい。対電極１５が配設される側の基板１７は、対電極１５の被着面側に透明導電膜（図示せず。）を被着することもできる。この透明導電膜は、例えば前記の透明電極５と同じ材料から成膜することができる。この場合、対電極１５も透明であることが好ましい。
【００４２】
外部への正極、負極の接続端子部１５ａ、２１ａを基板１７の上に配置する場合（実施形態２、実施形態４の場合）、対電極１５は、透明電極５と接続している接続端子部２１ａとの短絡を避けるため、接続端子部２１ａとは電気的に絶縁されていなければならない。そのため接続端子部２１ａと基板１７とが接する部分の対電極１５は、エッチング等の手法により除去されているか、又は有機物などによる絶縁性コーティング等により絶縁されていなければならない。なお、前記エッチングには、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、電解エッチング、レーザーエッチング、フォトエッチング等がある。
【００４３】
半導体層７は、半導体粒子からなるスラリー液を、例えば、ドクターブレードやバーコータなどを使う塗布方法、スプレー法、ディップコーティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法などにより、透明基板３上の透明電極５の表面に塗布し、その後、４００〜６００℃の範囲内の温度で加熱処理して形成することができる。また、膜厚に関しては、前記塗布と加熱処理を繰り返すことで所望の膜厚とすることができる。
【００４４】
半導体層７の膜厚は、０．１〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、十分な光電変換効果が得られ、また可視光及び近赤外光に対する光透過性が著しく悪化するなどの不都合も生じない。半導体層７の膜厚の一層好ましい範囲は１〜５０μｍであり、特に好ましい範囲は５〜３０μｍであり、最も好ましい範囲は１０〜２０μｍである。
【００４５】
半導体層７を構成する半導体材料としては、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｃｒなどの酸化物、ＳｒＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３のようなペロブスカイト、又はＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ２Ｓ３、ＰｂＳ、Ｍｏ２Ｓ、ＷＳ２、Ｓｂ２Ｓ３、Ｂｉ２Ｓ３、ＺｎＣｄＳ２、Ｃｕ２Ｓなどの硫化物、ＣｄＳｅ、Ｉｎ２Ｓｅ３、ＷＳｅ２、ＨｇＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅなどの金属カルコゲナイド、その他ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｃｄ２Ｐ３、Ｚｎ２Ｐ３、ＩｎＰ、ＡｇＢｒ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、ＢｉＩ３などが好ましい。また、前記半導体材料から選ばれる少なくとも一種以上を含む複合体、例えば、ＣｄＳ／ＴｉＯ２、ＣｄＳ／ＡｇＩ、Ａｇ２Ｓ／ＡｇＩ、ＣｄＳ／ＺｎＯ、ＣｄＳ／ＨｇＳ、ＣｄＳ／ＰｂＳ、ＺｎＯ／ＺｎＳ、ＺｎＯ／ＺｎＳｅ、ＣｄＳ／ＨｇＳ、ＣｄＳｘ／ＣｄＳｅ１−ｘ、ＣｄＳｘ／Ｔｅ１−ｘ、ＣｄＳｅｘ／Ｔｅ１−ｘ、ＺｎＳ／ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ／ＣｄＳｅ、ＣｄＳ／ＺｎＳ、ＴｉＯ２／Ｃｄ３Ｐ２、ＣｄＳ／ＣｄＳｅＣｄｙＺｎ１−ｙＳ、ＣｄＳ／ＨｇＳ／ＣｄＳが好ましい。
【００４６】
半導体粒子の粒径は一般的に、５〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、半導体層７の空孔径が小さくなって電解質溶液中の酸化還元物質の移動が困難になることによる光電流の低下が発生することがなく、また、半導体層７の表面積を大きくできるため、充分な増感色素の担持量を得ることができ、その結果大きな光電流が得られる。半導体粒子の粒径の特に好ましい範囲は、１０〜１００ｎｍである。
【００４７】
半導体層７の膜厚又は半導体粒子の粒径を制御することにより、半導体層７のラフネスファクター（基板面積に対する半導体層内部の実面積の割合）を決定することができる。ラフネスファクターは２０以上であることが好ましく、１５０以上であることが一層好ましい。この範囲内であれば、増感色素の担持量が十分となり、光電変換特性を向上できる。ラフネスファクターの上限値は一般的に、５０００程度である。ラフネスファクターは半導体層７の膜厚を厚くすると大きくなって、半導体層７の表面積が広がり、増感色素の担持量の増加が期待できる。しかし、膜厚が厚くなりすぎると、半導体層７の光透過率及び抵抗損失の影響が現れ始める。
【００４８】
また、半導体層７に界面活性剤やポリエチレングリコール、セルロース系材料などを添加し、半導体層７の加熱処理時にそれらを燃焼することで半導体層７を多孔質にしたり、半導体粒子の粒径を変更したりすることで膜のポロシティーを高くすれば、膜厚を厚くしなくてもラフネスファクターを大きくすることは可能である。しかし、ポロシティーが高すぎると、半導体粒子間の接触面積が減少して抵抗損失の影響を考慮しなくてはならなくなる。このようなことから、半導体層７のポロシティーは５０％以上が好ましく、その上限値は一般的に約８０％程度である。膜のポロシティーは液体窒素温度下で窒素ガス又はクリプトンガスの吸着−脱離等温曲線の測定結果から算出することができる。
【００４９】
増感色素としては、従来の色素増感性光電変換素子で常用される色素であれば全て使用できる。このような色素は、例えば、ＲｕＬ２（Ｈ２Ｏ）２タイプのルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体又はルテニウム−トリス（ＲｕＬ３）、ルテニウム−ビス（ＲｕＬ２）、オスニウム−トリス（ＯｓＬ３）、オスニウム−ビス（ＯｓＬ２）タイプの遷移金属錯体、又は亜鉛−テトラ（４−カルボキシフェニル）ポルフィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体、フタロシアニンなどが挙げられる。有機色素としては、９−フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素などが挙げられる。この中でもルテニウム−ビス（ＲｕＬ２）誘導体は、可視光域で広い吸収スペクトルを有するため、特に好ましい。
【００５０】
半導体層７へ増感色素を担持させる方法としては、例えば、増感色素を溶かした溶液中に、半導体層７を被着させた透明電極５を備えた透明基板３を浸漬させる方法が挙げられる。この溶液の溶媒としては、水、アルコール、トルエン、ジメチルホルムアミドなど増感色素を溶解可能なものであれば全て使用できる。また、浸漬方法として増感色素溶液に前記透明基板３を一定時間浸漬させている時に、加熱還流したり、超音波を印加することが有効である。半導体層７への色素担持後、担持せずに半導体層７に残ってしまった増感色素を取り除くために、アルコールで洗浄又は加熱還流するとよい。更に、増感色素が担持されてない半導体粒子表面を被覆するために、アルコール中にｔ−ブチルピリジンを溶かしておくことが好ましい。アルコール中にｔ−ブチルピリジンが存在すると、半導体粒子と電解質との界面では、増感色素及びｔ−ブチルピリジンによって半導体粒子表面と電解質とをセパレートすることができ、漏れ電流を抑制することが可能なため、光電変換素子の特性を著しく向上させることができる。
【００５１】
半導体粒子への増感色素の担持量としては、１０−８〜１０−６ｍｏｌ／ｃｍ２の範囲にあればよく、特に０．１×１０−７〜９．０×１０−７ｍｏｌ／ｃｍ２が好ましい。この範囲内であれば、経済的且つ十分に光電変換効率向上の効果を得ることができる。
【００５２】
上記実施形態１〜４の光電変換素子１における電解質層１３で使用される電解質としては、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質が溶媒中に含まれていれば特にその種類は限定されないが、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質であることが好ましい。この明細書における酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において可逆的に酸化体及び還元体の形で存在する一対の物質を意味する。本実施形態で使用できる酸化還元系構成物質は、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン（ＩＩＩ）−タリウムイオン（Ｉ）、水銀イオン（ＩＩ）−水銀イオン（Ｉ）、ルテニウムイオン（ＩＩＩ）−ルテニウムイオン（ＩＩ）、銅イオン（ＩＩ）−銅イオン（Ｉ）、鉄イオン（ＩＩＩ）−鉄イオン（ＩＩ）、バナジウムイオン（ＩＩＩ）−バナジウムイオン（ＩＩ）、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸などが挙げられる。中でも、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物としてはヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド等のヨウ化４級アンモニウム塩化合物、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム等のヨウ化イミダゾリウム化合物が特に好ましい。
【００５３】
電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解してイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒の何れも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定化するため、有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドラフラン等のエーテル化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等の非プロトン性極性化合物などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、また、２種類以上を混合して併用することもできる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、３−メチル−２−オキサゾジリノン、２−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物が特に好ましい。
【００５４】
なお、図５に示した従来の光電変換素子と、図１、図２に示した上記本発明の実施形態１、２の光電変換素子とを電気的に接続することより太陽電池アレイとすることも可能である。
【００５５】
【実施例】
次に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１）
縦１２ｍｍ、横１２ｍｍに切り出した旭硝子社製の導電性ガラス“Ｆ−ＳｎＯ２”（商品名、フッ素がドープされたＳｎＯ２を表面にコーティングして導電性を付与した透明導電膜付きガラス基板、表面抵抗１０Ω／□、厚さ１ｍｍ）の一片（縦１２ｍｍ、横１．５ｍｍ）を除いてマスキングテープによりマスクした。その後、酸化亜鉛粉末と１０質量％の塩酸水溶液とを作用させてマスクされていない透明導電膜をエッチング処理して除去した。
【００５７】
次に、界面活性剤を含む水とアセチルアセトンの混合液（混合体積比＝２０／１）中に、日本エアロジル社製の酸化チタン粒子“Ｐ２５”（商品名、平均粒径２０ｎｍ）を濃度約３８質量％となるよう分散させてスラリー液を調製した。次いで、このスラリー液を上記導電性ガラスの中央に塗布、乾燥後、得られた乾燥物を５００℃、３０分間空気中で加熱し、基板上に厚さ１０μｍの酸化チタン膜を形成した。得られた酸化チタン膜の大きさは縦８ｍｍ、横８ｍｍであった。次に、この酸化チタン膜を備えた導電性ガラスをＲｕ（４，４’−ジカルボキシル−２，２’−ビピリジン）２（ＮＣＳ）２で表される増感色素溶液中に浸漬し、８０℃で還流を行いながら色素担持処理を行い、半導体電極を得た。
【００５８】
また、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍに切り出した前記導電性ガラス“Ｆ−ＳｎＯ２”に白金を厚さ２０ｎｍで蒸着し、中央部分に電解液の注入用の小孔を開け対電極を得た。
【００５９】
このようにして得られた半導体電極と対電極とを中心を揃えて位置合わせし、その間にポリエチレン製スペーサーフィルム（厚さ４０μｍ）を挟み、１２０℃で加熱圧着した後、その半導体電極と対電極との間に毛管現象を利用し電解質溶液を注入させることによって光電変換素子を構成した。電解質溶液としては、０．５ｍｏｌ／ｄｍ３のテトラプロピルアンモニウムヨーダイドと０．０４ｍｏｌ／ｄｍ３のヨウ素を含むエチレンカーボネートとアセトニトリルとの混合液（混合体積比＝８０／２０）を用いた。
【００６０】
注入孔をポリエチレン製フィルムで封止し、半導体電極の前記エッチングにより導電膜が存在しない部分と対電極の間にＮｉフィルム（縦１２ｍｍ、横１．５ｍｍ、厚さ３５μｍ）を挟み、エポキシ系導電ペーストでカバーして接続部とし、前記実施形態１と同様の構造の光電変換素子とした。
【００６１】
このようにして得られた光電変換素子にソーラーシミュレータで擬似太陽光（１００ｍＷ／ｃｍ２、ＡＭ１．５）を照射し、光電流−電圧特性を測定した。その結果、開放端電圧６８８ｍＶ、短絡電流密度７．８８ｍＡ／ｃｍ２、形状因子０．５８の特性を得た。
【００６２】
（実施例２）
導電性ガラスのエッチング処理は行わず、実施例１でエッチング処理を施した部分をエッチング処理の代わりポリイミドテープ（３０μｍ）で絶縁コートした後、実施例１と同様にして光電変換素子を作製した。
【００６３】
実施例１と同様に光電流−電圧特性を測定した結果、開放端電圧６９２ｍＶ、短絡電流密度７．２５ｍＡ／ｃｍ２、形状因子０．５３であった。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、外部への接続端子部を同一平面上に配置することにより、容易に太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを作製することが可能な光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電変換素子の一実施形態を示す概要断面図である。
【図２】本発明の光電変換素子の他の実施形態を示す概要断面図である。
【図３】本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態を示す概要断面図である。
【図４】本発明の光電変換素子モジュールの他の実施形態を示す概要断面図である。
【図５】従来の光電変換素子の概要断面図である。
【図６】従来の光電変換素子モジュールの概要断面図である。
【符号の説明】
１　光電変換素子
３　透明基板
５　透明電極（第１の電極）
５ａ　接続端子部
７　半導体層
１１　封止材
１３　電解質層
１５　対電極（第２の電極）
１５ａ　接続端子部
１７　基板
１９　入射光
２１　接続部
２１ａ　接続端子部
２３　接続リード
【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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【図６】
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