(57)【要約】【課題】性能劣化を抑制することができる太陽電池及びその製造方法を提供することである。【解決手段】実施形態に係る太陽電池は、第１の基板と、前記第１の基板と対峙して設けられた第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板と対峙する側の主面に設けられた第１の電極と、前記第２の基板の前記第１の基板と対峙する側の主面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられ、増感色素を担持した担持部と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板の周縁部と前記第２の基板の周縁部とを封止するガラス材料を含む封止部と、前記封止部の内側に前記担持部を囲うように設けられた透過抑制部と、前記透過抑制部の内側に設けられた電解液と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板と対峙して設けられた第２の基板と、
前記第１の基板の前記第２の基板と対峙する側の主面に設けられた第１の電極と、
前記第２の基板の前記第１の基板と対峙する側の主面に設けられた第２の電極と、
前記第２の電極上に設けられ、増感色素を担持した担持部と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板の周縁部と前記第２の基板の周縁部とを封止するガラス材料を含む封止部と、
前記封止部の内側に前記担持部を囲うように設けられた透過抑制部と、
前記透過抑制部の内側に設けられた電解液と、
を備えたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記透過抑制部は、前記封止部が加熱された際に放出される不純物が前記透過抑制部の内側に透過することを抑制すること、を特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記封止部の一方の端部と前記第１の電極との間に設けられた第１の接合部と、
前記封止部の他方の端部と前記第２の電極との間に設けられた第２の接合部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の接合部は、前記封止部が加熱された際に前記第１の電極が変質することを抑制し、
前記第２の接合部は、前記封止部が加熱された際に前記第２の電極が変質することを抑制することを特徴とする請求項３記載の太陽電池。
【請求項５】
内部に増感色素を担持した担持部と、電解液と、を有し、周縁をガラス材料を含む封止部により封止された太陽電池の製造方法であって、
前記封止部の内側となる位置に前記担持部を囲うように透過抑制部を設ける工程と、
前記透過抑制部の内側に電解液を注入する工程と、
前記封止部を加熱して封止を行う工程と、
を備え、
前記封止を行う工程において、前記透過抑制部により、前記封止部が加熱された際に放出される不純物が前記透過抑制部の内側に透過することが抑制されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極間に電解液が封入された太陽電池がある。例えば、増感色素（光増感色素とも称する）を担持した酸化チタンなどからなる層と、電解液と、を電極が設けられた一対の基板間に封入した色素増感型太陽電池などがある。  
この様な太陽電池においては、耐久性や防湿性を向上させるためにガラスフリットを用いた封止が行われることがある。  
しかしながら、ガラスフリットを溶融させて封止を行うようにすると、ガラスフリットが溶融した際に放出されたガスや水分などの不純物が太陽電池の内部に侵入して太陽電池の性能が劣化するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８５２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、性能劣化を抑制することができる太陽電池及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る太陽電池は、第１の基板と、前記第１の基板と対峙して設けられた第２の基板と、前記第１の基板の前記第２の基板と対峙する側の主面に設けられた第１の電極と、前記第２の基板の前記第１の基板と対峙する側の主面に設けられた第２の電極と、前記第２の電極上に設けられ、増感色素を担持した担持部と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記第１の基板の周縁部と前記第２の基板の周縁部とを封止するガラス材料を含む封止部と、前記封止部の内側に前記担持部を囲うように設けられた透過抑制部と、前記透過抑制部の内側に設けられた電解液と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る太陽電池を例示するための模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するための模式工程断面図である。（ａ）は対電極部側の形成を例示するための模式工程断面図、（ｂ）は光電極部側の形成を例示するための模式工程断面図、（ｃ）は封止の様子を例示するための模式工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
また、以下においては、一例として、太陽電池が色素増感型太陽電池（光増感型太陽電池とも称する）である場合について例示をする。  
[第１の実施形態]  
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池を例示するための模式断面図である。  
図１に示すように、太陽電池１には、対電極部２１、光電極部２２、封止部８が設けられている。  
対電極部２１には、第１の基板２、第１の電極３、第１の接合部９が設けられている。  光電極部２２には、第２の基板４、第２の電極５、担持部６、電解液７、第２の接合部１０、透過抑制部１１が設けられている。なお、電解液７、透過抑制部１１は、対電極部２１に設けられるものとしてもよい。
【０００８】
第１の基板２は、後述する封止を行う際の熱に対する耐熱性、電解液７に対する耐薬品性などを有したものとすることができる。  
また、第２の基板４は透光性を有するものとされるが、第１の基板２は透光性、非透光性のどちらであってもよい。  
そのため、第１の基板２は、例えば、アルミニウムやステンレスなどの金属、樹脂、セラミックス、ガラスなどを用いて形成されるようにすることができる。なお、第１の基板２は、第２の基板４と同じ透光性を有する材料を用いて形成されるようにすることもできる。
【０００９】
第１の電極３は、膜状を呈し、第１の基板２の第２の基板４と対峙する側の主面に設けられている。
【００１０】
第１の電極３は、導電性を有し、前述した耐熱性や耐薬品性などを有したものとすることができる。  
また、第２の電極５は透光性を有するものとされるが、第１の電極３は透光性、非透光性のどちらであってもよい。  
そのため、第１の電極３は、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属、カーボン、導電性ポリマー、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などを用いて形成されるようにすることができる。なお、第１の電極３は、第２の電極５と同じ透光性を有する材料を用いて形成されるようにすることもできる。
【００１１】
第２の基板４は、第１の基板２と対峙して設けられている。  
第２の基板４は、透光性を有し、前述した耐熱性や耐薬品性などを有したものとすることができる。  
第２の基板４は、例えば、ガラスなどを用いて形成されるようにすることができる。  
第２の電極５は、膜状を呈し、第２の基板４の第１の基板２と対峙する側の主面に設けられている。  
第２の電極５は、透光性、導電性、耐熱性、耐薬品性などを有したものとすることができる。  
第２の電極５は、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine-doped Tin Oxide）、ＳｎＯ２、ＩｎＯ３などを用いて形成されるようにすることができる。
【００１２】
担持部６は、第２の基板４の中心側であって、第２の電極５の上に設けられている。担持部６は、増感色素を担持したものとすることができる。例えば、担持部６は、多孔質体と、多孔質体に担持された増感色素と、を有したものとすることができる。  
この場合、多孔質体は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物半導体などを用いて形成されるようにすることができる。  
増感色素は、太陽電池に要求される所望の光吸収帯、吸収スペクトルを有するものを適宜選択することができる。増感色素は、例えば、Ｒｕ系色素などの無機色素、クマリン系色素などの有機色素などとすることができる。
【００１３】
電解液７は、後述する透過抑制部１１の内側に設けられている。電解液７は、例えば、ヨウ素を含む電解液とすることができる。この場合、例えば、アセトニトリルなどの溶媒に、ヨウ化リチウムとヨウ素とを溶解させたものを例示することができる。
【００１４】
封止部８は、第１の基板２と第２の基板４との間に設けられ、第１の基板２の周縁部と第２の基板４の周縁部とを封止する。  
すなわち、封止部８は、第１の基板２、第２の基板４の周縁に沿って太陽電池１の内部を囲うように設けられ、第１の基板２側と第２の基板４側とを接合することで太陽電池１の内部を密閉する。  
封止部８は、ガラス材料を含んだものとすることができる。  
封止部８は、例えば、粉末ガラス、アクリル樹脂などのバインダ、有機溶媒などを混合してペースト状にしたガラスフリットを用いて形成されるようにすることができる。  
粉末ガラスの材料としては、例えば、バナジン酸塩系ガラスや酸化ビスマス系ガラスなどを例示することができる。
【００１５】
この場合、封止部８は、ペースト状にしたガラスフリットを封止対象部分に塗布し、これを焼成して形成するようにすることができる。そして、封止部８を加熱することで封止部８を溶融させて封止を行うようにすることができる。例えば、形成された封止部８にレーザ光を照射し、封止部８のレーザ光が照射された部分を溶融させることで封止を行うようにすることができる。
【００１６】
ここで、封止部８を溶融させた際に、残留していたバインダや有機溶媒などの成分からなるガスや吸着していた水分などの不純物が封止部８から放出され、太陽電池の内部に侵入する場合がある。  
この様なガスや水分などの不純物が太陽電池の内部に侵入すると、電解液７や増感色素が劣化するなどして太陽電池の性能劣化が生ずるおそれがある。
【００１７】
また、封止部８と第１の電極３、封止部８と第２の電極５をそれぞれ溶融接合する様にすると、第１の電極３、第２の電極５が変質してしまうおそれがある。  
例えば、第１の電極３が金属などから形成されている場合には第１の電極３が酸化するなどして抵抗値などが変動するおそれがある。  
また、第２の電極５がＩＴＯなどから形成されている場合には第２の電極５が変質するなどして抵抗値などが変動するおそれがある。  
また、封止部８と第１の電極３との間、封止部８と第２の電極５との間における密着性、防湿性、接合強度などが低下するおそれもある。
【００１８】
そのため、本実施の形態においては、封止部８と担持部６との間に透過抑制部１１を設け、封止部８が加熱された際に放出されるガスや水分などの不純物が透過抑制部１１の内側に透過することを抑制するようにしている。  
また、封止部８の一方の端部と第１の電極３との間に第１の接合部９を設け、封止部８の他方の端部と第２の電極５との間に第２の接合部１０を設けることで、封止部８が加熱された際に第１の電極３と第２の電極５とが変質することを抑制するようにしている。
【００１９】
次に、第１の接合部９、第２の接合部１０、透過抑制部１１についてさらに例示をする。
第１の接合部９は、膜状を呈し、第１の電極３の封止部８の端面に対峙する位置に設けられている。  
第２の接合部１０は、膜状を呈し、第２の電極５の封止部８の端面に対峙する位置に設けられている。
【００２０】
第１の接合部９と、第２の接合部１０とは、封止部８を溶融接合させた際に第１の電極３、第２の電極５が変質するのを抑制することができる材料から形成されるものとすることができる。また、封止部８との密着性、防湿性、接合強度などが良好な材料とすることが好ましい。また、封止部８を溶融させる際にレーザ光が照射されることを考慮すると、波長が７００ｎｍ以上の光に対する吸収が小さい材料とすることが好ましい。
【００２１】
例えば、第１の接合部９と第２の接合部１０とは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの金属酸化物や、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの金属窒化物、ＳｉＯＮなどの金属酸窒化物などから形成されるものとすることができる。この場合、防湿性を考慮すると、第１の接合部９と第２の接合部１０とが金属窒化物から形成されるものとすることが好ましい。
【００２２】
第１の接合部９と第２の接合部１０との厚み寸法は、特に限定されないが、連続的な膜を形成できるような厚み寸法以上とすることができる。また、膜応力の発生や生産コストの増大などを考慮すると、所定の厚み寸法以下とすることが好ましい。  
例えば、第１の接合部９と第２の接合部１０との厚み寸法は、１０ｎｍ以上、１μｍ以下とすることができる。
【００２３】
透過抑制部１１は、枠状を呈し、封止部８の内側に担持部６を囲うようにして設けられている。透過抑制部１１の一方の端部は第１の電極３と接触し、透過抑制部１１の他方の端部は第２の電極５と接触している。この場合、透過抑制部１１の端部と第１の電極３、透過抑制部１１の端部と第２の電極５とは、密着する程度に当接されていてもよいし、電解液７が漏出しないように接着剤などを用いて接合されていてもよい。また、透過抑制部１１の一方の端部が液密に接合され、他方の端部が当接されていてもよい。  
なお、透過抑制部１１の端部が第１の電極３、第２の電極５と接触する場合を例示したが、透過抑制部１１の端部が第１の接合部９、第２の接合部１０と接触するようになっていてもよい。
【００２４】
透過抑制部１１は、封止部８から放出されたガスや水分などの不純物の透過を抑制することができる材料から形成されるものとすることができる。また、電解液７に対する耐薬品性を有した材料とすることが好ましい。  
例えば、透過抑制部１１は、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、メラミン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂、ポリイソプチレン系樹脂などから形成されるものとすることができる。
【００２５】
透過抑制部１１の外周面と、封止部８の内周面とは当接されていてもよいし、隙間が設けられていてもよい。  
透過抑制部１１の外周面と封止部８の内周面との間に隙間を設けるようにすれば、後述する光電極部２２側と対電極部２１側との組み付けの際に透過抑制部１１の端部に付着した電解液７を排出する場所とすることができる。そのため、透過抑制部１１の端部に付着していた電解液７が隣接する封止部８の端部に移動するのを抑制することができるので、封止部８の融着不良や接合強度の低下などが発生することを抑制することができる。
【００２６】
[第２の実施形態]  
図２は、第２の実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するための模式工程断面図である。図２（ａ）は対電極部２１側の形成を例示するための模式工程断面図、図２（ｂ）は光電極部２２側の形成を例示するための模式工程断面図、図２（ｃ）は封止の様子を例示するための模式工程断面図である。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、対電極部２１側においては、まず、第１の基板２の一方の主面に第１の電極３を設ける。  
例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長（PVD：Physical Vapor Deposition）法、各種の化学的気相成長（CVD:Chemical Vapor Deposition）法、ゾルゲル法などを用いて第１の電極３を設けるようにすることができる。
【００２８】
次に、第１の電極３の上に所定の形状を有する第１の接合部９を設ける。  
例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長、各種の化学的気相成長法、ゾルゲル法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで所定の形状を有する第１の接合部９を設けるようにすることができる。
【００２９】
次に、対電極部２１側に封止部８を設ける。  
封止部８を設ける手順は、例えば、以下のようにすることができる。  
まず、粉末ガラス、アクリル樹脂などのバインダ、有機溶媒などを混合してペースト状にしたガラスフリットをスクリーン印刷法やディスペンス法などを用いて第１の接合部９の上に塗布する。  
次に、加熱炉などを用いて塗布されたガラスフリットを焼成して封止部８を設ける。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、光電極部２２側においては、まず、第２の基板４の一方の主面に第２の電極５を設ける。  
次に、第２の電極５の上に所定の形状を有する第２の接合部１０を設ける。  
なお、第２の電極５、第２の接合部１０を設ける方法は、例えば、前述した第１の電極３、第１の接合部９を設ける方法と同様とすることができる。
【００３１】
次に、第２の電極５の上に所定の形状を有する担持部６を設ける。  
担持部６を設ける手順は、例えば、以下のようにすることができる。  
まず、第２の基板４の中心側であって、第２の電極５の上に所定の形状を有する多孔質体を設ける。  
例えば、多孔質のＴｉＯ２などの金属酸化物半導体を含む懸濁液を塗付し、これを乾燥させることで所定の形状を有する多孔質体を設けるようにすることができる。  
また、真空蒸着法やスパッタリング法などの各種の物理的気相成長、各種の化学的気相成長法、ゾルゲル法などと、リソグラフィ技術やエッチング技術などとを組み合わせることで所定の形状を有する多孔質体を設けるようにすることもできる。  
次に、増感色素を多孔質体に担持させる。  
例えば、増感色素をアルコールなどの溶媒に溶解させた溶液を生成し、この溶液中に多孔質体を浸漬させることで多孔質体に増感色素を担持させるようにすることができる。
【００３２】
次に、封止部８の内側となる位置に担持部６を囲うように所定の形状を有する透過抑制部１１を設ける。  
例えば、エポキシ系樹脂などからなる部材を切削加工法などを用いて成形し、接着剤などを用いて第２の電極５上の所定の位置に接合することで透過抑制部１１を設けるようにすることができる。なお、接着剤は、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化型接着剤などとすることができる。  
また、エポキシ系樹脂などを溶媒に溶解させたものを担持部６を囲うように塗布し、これを硬化させることで透過抑制部１１を設けるようにすることもできる。  
そして、透過抑制部１１により画された空間（透過抑制部１１の内側）に電解液７を注入する。
【００３３】
次に、図２（ｃ）に示すように、光電極部２２側に対電極部２１側を被せるようにして組み付け、封止部８を加熱することで封止を行う。例えば、光電極部２２側から封止部８に向けてレーザ光Ｌを照射することで封止部８を加熱して封止を行うようにすることができる。  
そして、この封止を行う工程において、透過抑制部１１により、封止部８が加熱された際に放出されるガスや水分などの不純物が透過抑制部１１の内側に透過することが抑制される。
【００３４】
この場合、光電極部２２側に対電極部２１側を組み付けた際に透過抑制部１１の外周面と封止部８の内周面との間に隙間が設けられるようにすれば、透過抑制部１１の端部に電解液７が付着していたとしても隣接する封止部８の端部に電解液７が移動する前にこの隙間に排出させることができる。そのため、封止部８の融着不良や接合強度の低下などが発生することを抑制することができる。
【００３５】
なお、対電極部２１側に封止部８が設けられ、光電極部２２側に透過抑制部１１、電解液７が設けられる場合を例示したが、例えば、対電極部２１側に透過抑制部１１、電解液７が設けられ、光電極部２２側に封止部８が設けられるようにしてもよい。また、例えば、対電極部２１側に封止部８、透過抑制部１１、電解液７が設けられたり、光電極部２２側に封止部８、透過抑制部１１、電解液７が設けられたりしてもよい。  
また、封止を行う前に透過抑制部１１の内側に電解液７を設ける場合を例示したが、封止を行った後に透過抑制部１１の内側に電解液７を設けるようにすることもできる。  
例えば、第１の基板２、第１の電極３を貫通する図示しない孔を設けておき、封止後にこの孔から電解液７を注入し、電解液７の注入後にこの孔を塞ぐようにすることもできる。
また、前述した各要素を設ける順番は適宜変更することができる。例えば、担持部６を設けた後に第２の接合部１０を設けるなどしてもよい。
【００３６】
以上に例示をした実施形態によれば、性能劣化を抑制することができる太陽電池及びその製造方法を実現することができる。  
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
例えば、太陽電池１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、太陽電池が色素増感型太陽電池である場合について例示をしたがこれに限定されるわけではない。例えば、封止部が加熱された際に放出される不純物により太陽電池の内部に設けられた要素が劣化するような構成を有する太陽電池に適用させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  太陽電池、２  第１の基板、３  第１の電極、４  第２の基板、５  第２の電極、６  担持部、７  電解液、８  封止部、９  第１の接合部、１０  第２の接合部、１１  透過抑制部
【図１】
2012190740.tif 000003
【図２】
2012190740.tif 000004