(57)【要約】【課題】直列に接続された複数のセル（単位電池）を有する色素増感型太陽電池において、その製造を容易とし、製造コストを低減する。【解決手段】フィルム基板１上に透明電極２として、２セル分の大きさの透明電極２ａと、１セル分の大きさの透明電極２ｂとが設けられている。この透明電極２ａ上に、１セル分の大きさの色素増感型半導体電極（チタニア電極）３ａと、１セル分の大きさの光透過性を有する対向電極６Ａとが設けられている。フィルム基板７上には、１セル分の大きさの対向電極６ａと、２セル分の大きさの電極１０とが設けられている。この電極１０としては、白金の薄膜が好適であるが、これに限定されない。対向電極６ａは半導体電極３ａに対向して配置されている。電極１０上には、１セル分の大きさの半導体電極３Ａと１セル分の大きさの対向電極６ｂが設けられており、この半導体電極３Ａは前記対向電極６Ａに対向配置され、対向電極６ｂは半導体電極３ｂに対向配置されている。半導体電極２ｂと対向電極６ａとの間から出力電圧が取り出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質溶液とを有し、該色素増感型半導体電極及び対向電極がそれぞれ基板上に設けられている色素増感型太陽電池において、
第１の基板上に色素増感型半導体電極と対向電極とが配置されると共に、第２の基板上に、第１の基板上の色素増感型半導体電極に対向した対向電極と、第１の基板上の対向電極に対向した色素増感型半導体電極とが配置されることにより複数の単位電池が形成されており、
第１の基板上に設けられた色素増感型半導体電極と第２の基板上に設けられた対向電極よりなる単位電池に隣接して、第１の基板上に設けられた対向電極と第２の基板上に設けられた色素増感型半導体電極よりなる単位電池が配置されており、
各単位電池が直列接続されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
請求項１において、各単位電池の電解質溶液を隔てる区画手段が設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項３】
請求項２において、該区画手段は電気絶縁材料よりなることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項４】
請求項２又は３において、該区画手段は、該第１の基板及び第２の基板と垂直な隔壁であることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該第１の基板と第２の基板の周縁部に電解質溶液の封止材が介在されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、隣り合う単位電池の色素増感型半導体電極と対向電極との一方のみ同士が導通して設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、光が照射されるサイドの基板上に形成された対向電極は、光透過性を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色素増感型太陽電池に係り、特に複数の単位電池を直列に接続することにより出力電圧を高くした色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
増感色素を吸着させた酸化物半導体を電極に用いて太陽電池を構成することは既に知られている。図３は、このような色素増感型太陽電池の一般的な構造を示す断面図である。フィルム基板１上に透明電極２が設けられ、この透明電極２上に分光増感色素を吸着させた半導体電極３が形成されている。この半導体電極３と対向して対向電極６が配置されており、色素増感型半導体電極３と対向電極６との間に電解質溶液５が封入されている。該対向電極６はフィルム基板７上に形成されている。
【０００３】
色素吸着半導体膜３は、通常、色素を吸着させた酸化チタン薄膜よりなる。この酸化チタン薄膜に吸着されている色素が可視光によって励起され、発生した電子を酸化チタン微粒子に渡すことによって発電が行われる。対向電極６は、基板７上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）やＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）等の透明導電膜が形成され、この透明導電膜上に、透明導電膜と増感色素との間の電子の授受を促進させるための触媒としての白金膜又は炭素膜が、透過率を低下させない程度の膜厚に形成されたものである。
【０００４】
電解質溶液５の電解質としては、酸化還元性物質、例えば、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２などの金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせ、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２などの金属臭化物と臭素の組み合わせ、好ましくは、金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせよりなる酸化還元性物質を、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物等の溶媒に溶解してなる電解液が用いられている。
【０００５】
このような色素増感型太陽電池を組み立てる際には、透明電極２及び半導体電極３を備えた基板１と、対向電極６を備えた基板７とを、周縁に液封止材４を配置して対面させ、半導体電極３と対向電極６との間の間隙に電解質溶液５を注入して封止する。
【０００６】
色素増感型太陽電池は、単一のセルでは開放電圧が最大でも０．７Ｖ程度であるために、実際の使用においては複数個のセル（単位電池）を直列に接続したモジュールを作製する必要があった。
【０００７】
図２はかかる単位電池の直列接続構造を有した従来の色素増感型太陽電池の模式的な断面図である。この色素増感型太陽電池にあっては、複数個（図示では３個）の単位電池（第１セル、第２セル、第３セル）が形成されるように、透明電極２及びその上の半導体電極３と、対向電極６とがそれぞれ３個に分断されている。第１セルの透明電極２と第２セルの対向電極６とが導電体８によって導通され、第２セルの透明電極２と第３セルの対向電極６とが導電体８によって導通されている。これにより、第１，第２及び第３セルが直列に接続され、第１セルの対向電極６と第３セルの透明電極２との間から出力電圧が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２に示す従来の色素増感型太陽電池では、太陽光が入射される上側の基板１には必ず半導体電極３が配置され、一方、対向電極６は必ず下側の基板７に配置される。従って、隣り合うセルを直列に接続するためには上側の基板上の透明電極２と下側の基板７上の対向電極６とを導電体８で導通を取る必要があり、そのためにモジュールの作製工程が複雑となり、コストがかかっていた。
【０００９】
本発明は直列に接続された複数のセル（単位電池）を有する色素増感型太陽電池において、その製造を容易とし、製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明（請求項１）の色素増感型太陽電池は、色素増感型半導体電極と、この色素増感型半導体電極に対面して設けられた対向電極と、該色素増感型半導体電極と対向電極との間に配置された電解質溶液とを有し、該色素増感型半導体電極及び対向電極がそれぞれ基板上に設けられている色素増感型太陽電池において、第１の基板上に色素増感型半導体電極と対向電極とが配置されると共に、第２の基板上に、第１の基板上の色素増感型半導体電極に対向した対向電極と、第１の基板上の対向電極に対向した色素増感型半導体電極とが配置されることにより複数の単位電池が形成されており、第１の基板上に設けられた色素増感型半導体電極と第２の基板上に設けられた対向電極よりなる単位電池に隣接して、第１の基板上に設けられた対向電極と第２の基板上に設けられた色素増感型半導体電極よりなる単位電池が配置されており、各単位電池が直列接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２の色素増感型太陽電池は、請求項１において、各単位電池の電解質溶液を隔てる区画手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３の色素増感型太陽電池は、請求項２において、該区画手段は電気絶縁材料よりなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の色素増感型太陽電池は、請求項２又は３において、該区画手段は、該第１の基板及び第２の基板と垂直な隔壁であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５の色素増感型太陽電池は、請求項１ないし４のいずれか１項において、該第１の基板と第２の基板の周縁部に電解質溶液の封止材が介在されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６の色素増感型太陽電池は、請求項１ないし５のいずれか１項において、隣り合う単位電池の色素増感型半導体電極と対向電極との一方のみ同士が導通して設けられていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７の色素増感型太陽電池は、請求項１ないし６のいずれか１項において、光が照射されるサイドの基板上に形成された対向電極は、光透過性を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の色素増感型太陽電池の隣接する単位電池同士にあっては、半導体電極と対向電極との配置が逆となっているので、上記図２の従来例では必要であった導通部材が不要となり、色素増感型太陽電池の製造が容易となる。
【００１８】
本発明では、隣り合う単位電池では半導体電極と対向電極との配置が逆となるので、発電作動時にあっては、各単位電池の電解質溶液中のイオンの移動方向（従って、イオン濃度勾配）が隣り合う単位電池同士で逆となる。そこで、本発明では、隣り合う単位電池の電解質溶液が混ざらないようにするための区画手段を設けることが望ましい。
【００１９】
この区画手段は、電極同士の短絡を防ぐために電気絶縁材料よりなることが望ましい。
【００２０】
この区画手段としては、第１及び第２の基板と垂直な隔壁が好適である。この隔壁は、単に電解質溶液同士の混和を防ぐためのものであり、構成が簡易なもので足りる。
【００２１】
本発明では、隣り合う単位電池の半導体電極同士のみ、又は対向電極同士のみを導通させて設けることが好ましい。これにより、隣接する単位電池同士を簡単に直列配置とすることができる。
【００２２】
なお、光が照射されるサイドの基板上に設けられる対向電極は、光透過性に優れたものが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は本発明の色素増感型太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
【００２４】
この色素増感型太陽電池は、複数個（図示では３個）のセル（単位電池）を直列に配置したものである。
【００２５】
この色素増感型太陽電池では、フィルム基板１上に透明電極２として、２セル分の大きさの透明電極２ａと、１セル分の大きさの透明電極２ｂとが設けられている。
【００２６】
この透明電極２ａ上に、１セル分の大きさの色素増感型半導体電極（チタニア電極）３ａと、１セル分の大きさの光透過性を有する対向電極６Ａとが設けられている。光透過性を有する対向電極６Ａとしては、白金（Ｐｔ）の薄膜が好適であるが、これに限定されない。
【００２７】
フィルム基板７上には、１セル分の大きさの対向電極６ａと、２セル分の大きさの電極１０とが設けられている。この電極１０としては、白金の薄膜が好適であるが、これに限定されない。対向電極６ａは半導体電極３ａに対向して配置されている。
【００２８】
電極１０上には、１セル分の大きさの半導体電極３Ａと１セル分の大きさの対向電極６ｂが設けられており、この半導体電極３Ａは前記対向電極６Ａに対向配置され、対向電極６ｂは半導体電極３ｂに対向配置されている。
【００２９】
上記の透明電極２ａ，２ｂ、半導体電極３ａ，３ｂ，３Ａ及び対向電極６ａ，６ｂの構成材料は、特に限定されるものではなく、例えば上記従来例と同様のものを用いることができる。
【００３０】
基板１，７の周縁部同士の間に液封止材４が介在され、基板１，７同士の間に電解質溶液５が封入されている。
【００３１】
この色素増感型太陽電池にあっては、半導体電極３ａと対向電極６ａとにより第１セルが構成され、半導体電極３Ａと対向電極６Ａとにより第２セルが構成され、半導体電極３ｂと対向電極６ｂとにより第３セルが構成されている。
【００３２】
第１セルの半導体電極３ａと第２セルの対向電極６Ａとは、共通の透明電極２ａ上に形成されており、該透明電極２ａを介して導通されている。第２セルの半導体電極３Ａと第３セルの対向電極６ｂとは共通の電極１０上に形成されており、該電極１０を介して導通されている。従って、第１、第２及び第３セルは直列に接続されており、半導体電極２ｂと対向電極６ａとの間から出力電圧が取り出される。この出力電圧は、１個のセル（単位電池）の３倍の値となる。
【００３３】
この形態にあっては、各セルにおける電解質溶液５同士の混和を防止するために、各セル間に区画手段として電気絶縁材料よりなる隔壁９が配置されている。この隔壁９は基板１，７に対して垂直である。
【００３４】
このように構成された色素増感型太陽電池は、上記の通りセル３個分の出力電圧を有する。なお、第１，第３セルと第２セルとではイオン濃度勾配が逆となるが、この形態では、隔壁９によってセル間の電解質溶液の混和が防止されるので、発電効率が高い。
【００３５】
この隔壁９は、図２の導電体８のように電極同士の導通を図るためのものではなく、単に各セル間の電解質溶液の混和防止のためのものであるから、構成が簡易なものでもよく、またその位置精度は低くて済む。従って、この色素増感型太陽電池は図示の色素増感型太陽電池に比べて製造が簡単であり、製造コストも低い。なお、隔壁９はフォトリソグラフや短冊状の高分子フィルム等により形成することができる。
【００３６】
なお、対向電極６Ａに光透過性の無い対向電極を用いる場合、正方向のセルに対して逆方向のセルの占有面積を小さくすることにより、効率をかせぐことができる。逆方向のセルは隣りあう正方向のセルからの散乱光が入射することにより、小さいながらも効率を示すことができる。
【００３７】
上記形態では３セルを直列に接続しているが、２又は４以上のセルを直列接続してもよい。
【００３８】
上記形態では、フィルム基板が用いられているが、ガラス基板等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の模式的な断面図である。
【図２】従来の色素増感型太陽電池の模式的な断面図である。
【図３】別の従来の色素増感型太陽電池の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，７  フィルム基板
２，２ａ，２ｂ  透明電極
３，３ａ，３ｂ，３Ａ  半導体電極
４  液封止材
５  電解質溶液
６，６ａ，６ｂ，６Ａ  対向電極
８  導電体
９  隔壁
【図１】
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【図２】
2005228614.tif 000004
【図３】
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