(57)【要約】【課題】光電変換素子モジュールにおいて絶縁性基板同士の剥離の発生を抑制して信頼性を向上する。【解決手段】第１絶縁性基板２１と、第１絶縁性基板２１に間隔を置いて対向した第２絶縁性基板と、第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板との間に挟持され、互いに間隔を置いて位置する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子のうちの互いに隣接する光電変換素子同士の間にてこの光電変換素子同士を隔離するように延在して第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板とを接着するセル間絶縁封止部２９とを備える。セル間絶縁封止部２９の外形においてこのセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１２の少なくとも一方の長さが、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長い。【選択図】図３
2013157201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁性基板と、
前記第１絶縁性基板に間隔を置いて対向した第２絶縁性基板と、
前記第１絶縁性基板と前記第２絶縁性基板との間に挟持され、互いに間隔を置いて位置する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子のうちの互いに隣接する光電変換素子同士の間にて該光電変換素子同士を隔離するように延在して前記第１絶縁性基板と前記第２絶縁性基板とを接着するセル間絶縁封止部と
を備え、
前記複数の光電変換素子は互いに電気的に接続され、
前記セル間絶縁封止部の外形において該セル間絶縁封止部の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線の少なくとも一方の長さが、前記延在方向における前記セル間絶縁封止部の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さより長い、光電変換素子モジュール。
【請求項２】
２本の前記第１線は、前記延在方向に延びる前記セル間絶縁封止部の中心線に対して線対称である、請求項１に記載の光電変換素子モジュール。
【請求項３】
前記第１線は極値点を含む、請求項２に記載の光電変換素子モジュール。
【請求項４】
２本の前記第１線にそれぞれ位置する前記極値点同士の最短距離が、前記セル間絶縁封止部の外形において前記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における複数の第２線のいずれかの長さ以上である、請求項３に記載の光電変換素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料に代るエネルギー源として、太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が実用化され始めている。
【０００３】
しかし、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池には、シリコン基板の製造コストが高いという問題がある。薄膜シリコン太陽電池には、多種の半導体製造用ガスおよび複雑な装置を用いる必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
このため、いずれの太陽電池においても光電変換の効率化を図って発電出力当たりのコストを低減するための開発が続けられているが、上記の問題を解決するには至っていない。
【０００５】
新しいタイプの太陽電池として金属錯体の光誘起電子移動を応用した光電変換素子を開示した先行文献として、特許第２６６４１９４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された光電気化学電池などの光電変換素子は、表面上に第１電極が形成された第１絶縁性基板と、第２電極と、第１電極に光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換層と、電解質層と、これらの電極および層を第１絶縁性基板との間で挟持する第２絶縁性基板とを有している。
【０００６】
この光電変換素子に対して透明な第１電極側から光電変換層に光を照射すると、光電変換層に含まれる光増感色素が光を吸収して電子を発生し、発生した電子が第１電極から外部電気回路を通って第２電極に移動する。そして、移動した電子が電解質中のイオンにより運ばれて光電変換層に戻る。このような一連の電子移動により光電変換素子から継続的に電気エネルギーを取り出すことができる。
【０００７】
上記の複数の光電変換素子を直列に接続した光電変換素子モジュールである光起電力セル電池を開示した先行文献として、特表平１１−５１４７８７号公報(特許文献２)がある。特許文献２に記載された光起電力セル電池においては、複数の直列接続された光起電力素子が、互いに平行な細長いストライプとして、共通の電気絶縁性の透明基板上に配置されている。互いに隣接する光起電力素子同士は、互いの間に設けられた非多孔質の絶縁体により電解質を介した電気的分流が防止されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２６６４１９４号公報
【特許文献２】特表平１１−５１４７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の光電変換素子モジュールにおいては、互いに平行な細長いストライプ状に形成された非多孔質の絶縁体により第１絶縁性基板と第２絶縁性基板とが接着されている。このため、接着強度が不足して第１絶縁性基板と第２絶縁性基板とが剥離することがあった。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、絶縁性基板同士の剥離の発生を抑制して信頼性を向上した光電変換素子モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、光電変換素子モジュールを構成する絶縁性基板同士の剥離を抑制するための手段について鋭意検討を重ねたところ、絶縁性基板同士を接着するセル間絶縁封止部の平面視における形状を従来とは異なる形状にすることにより絶縁性基板同士の接着強度を高めて光電変換素子モジュールの信頼性を向上できることを見出した。
【００１２】
本発明に基づく光電変換素子モジュールは、第１絶縁性基板と、第１絶縁性基板に間隔を置いて対向した第２絶縁性基板と、第１絶縁性基板と第２絶縁性基板との間に挟持され、互いに間隔を置いて位置する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子のうちの互いに隣接する光電変換素子同士の間にてこの光電変換素子同士を隔離するように延在して第１絶縁性基板と第２絶縁性基板とを接着するセル間絶縁封止部とを備える。複数の光電変換素子は互いに電気的に接続されている。セル間絶縁封止部の外形においてこのセル間絶縁封止部の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線の少なくとも一方の長さが、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さより長い。
【００１３】
本発明の一形態においては、２本の第１線は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部の中心線に対して線対称である。
【００１４】
本発明の一形態においては、第１線は極値点を含む。
本発明の一形態においては、２本の第１線にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における複数の第２線のいずれかの長さ以上である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光電変換素子モジュールにおいて絶縁性基板同士の剥離の発生を抑制して信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換素子モジュールの構成を示す断面図である。
【図２】比較例として従来のセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図３】同実施形態に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図４】同実施形態に係るセル間絶縁封止部の平面視における一部拡大図である。
【図５】実施例２に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図６】実施例３に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図７】実施例４に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図８】実施例５に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図９】実施例６に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図１０】実施例７に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図１１】実施例８に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【図１２】実施例９に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換素子モジュールについて図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。また、図中の長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。
【００１８】
(光電変換素子モジュール)
図１は、本発明の一実施形態に係る光電変換素子モジュールの構成を示す断面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る光電変換素子モジュール２０は、第１絶縁性基板２１と、第１絶縁性基板２１に間隔を置いて対向した第２絶縁性基板２８とを備えている。
【００１９】
また、光電変換素子モジュール２０は、第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８との間に挟持され、互いに間隔を置いて位置する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子のうちの互いに隣接する光電変換素子同士の間にてこの光電変換素子同士を隔離するように延在して第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８とを接着するセル間絶縁封止部２９とを備えている。
【００２０】
光電変換素子は、第１絶縁性基板２１上に位置する第１電極２２と、第１電極２２上に位置する光電変換層２３と、光電変換層２３を覆うように位置する多孔性絶縁層２４と、多孔性絶縁層２４を覆うように位置する反射層２５と、反射層２５上に位置する触媒層２６と、触媒層２６上に位置する第２電極２７とを含む。
【００２１】
第１電極２２は、部分的に断続されており、その断続されている部分をスクライブライン２２’と称する。第２電極２７は、隣接する光電変換素子の第１電極２２と接続されている。その結果、複数の光電変換素子が互いに電気的に接続されている。第１絶縁性基板２１の端部に、第１電極２２と接続された集電電極３２が設けられている。
【００２２】
光電変換層２３、多孔性絶縁層２４、反射層２５および触媒層２６のそれぞれは空隙を有し、その空隙にはキャリア輸送材料が充填されている。光電変換層２３は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含む。
【００２３】
第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８とは、セル間絶縁封止部２９によって接着されている。光電変換素子を挟むように位置する２つのセル間絶縁封止部２９の端部同士は、図示しない絶縁枠部により接続されている。その結果、各光電変換素子は平面視において、セル間絶縁封止部２９および絶縁枠部により周りを囲まれている。第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８とは、絶縁枠部によっても接着されている。絶縁枠部は、セル間絶縁封止部２９と同一の材料で形成されている。
【００２４】
第１絶縁性基板２１に対して直交する方向に多孔性絶縁層２４を投影した投影面積、および、第１絶縁性基板２１に対して直交する方向に反射層２５を投影した投影面積は、第１絶縁性基板２１に対して直交する方向に光電変換層２３を投影した投影面積よりも大きい。この構造により、反射層２５の光散乱効果を向上させて、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。
【００２５】
以下、本実施形態に係る光電変換素子モジュール２０の各構成について詳細に説明する。
【００２６】
(第１絶縁性基板)
第１絶縁性基板２１は、少なくとも受光面となる部分が光透過性を有する必要があるため、光透過性を有する材料から形成されている。ただし、第１絶縁性基板２１は、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はなく、後述する色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよい。第１絶縁性基板２１においては、厚みが０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下程度であることが好ましい。
【００２７】
第１絶縁性基板２１を構成する材料としては、一般に太陽電池に使用されている材料であれば特に限定されず、たとえば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、または、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板などを用いることができる。可撓性フィルムとしては、たとえば、テトラアセチルセルロース(ＴＡＣ)、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)、ポリフェニレンスルファイド(ＰＰＳ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリアリレート(ＰＡ)、ポリエーテルイミド(ＰＥＩ)、フェノキシ樹脂、テフロン(登録商標)などを用いることができる。
【００２８】
第１絶縁性基板２１上に加熱を伴って他の部材を形成する場合、具体的にたとえば、第１絶縁性基板２１上に２５０℃程度の加熱を伴って多孔性半導体からなる光電変換層２３を形成する場合、２５０℃以上の耐熱性を有しているテフロン(登録商標)を第１絶縁性基板２１として用いることが好ましい。
【００２９】
また、第１絶縁性基板２１は、他の構造体に取り付けるときの基体として利用される。第１絶縁性基板２１の周辺部を金属加工部品およびねじを用いて挟持することにより、光電変換素子モジュールを他の構造体に容易に取り付けることが可能となる。
【００３０】
(第１電極)
第１電極２２は、後述する光増感剤に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過する材料で形成されている。ただし、第１電極２２の材料は、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する材料である必要はない。このような材料として、たとえばインジウム錫複合酸化物(ＩＴＯ)、酸化錫(ＳｎＯ2)、フッ素をドープした酸化錫(ＦＴＯ)、酸化亜鉛(ＺｎＯ)、タンタルまたはニオブをドープした酸化チタンなどを用いることができる。
【００３１】
第１電極２２は、スパッタ法またはスプレー法などの公知の方法により、第１絶縁性基板２１上に形成することができる。第１電極２２においては、膜厚が０．０２μｍ以上５μｍ以下程度で、膜抵抗が４０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。
【００３２】
第１絶縁性基板２１としてソーダ石灰フロートガラスを用いる場合は、第１絶縁性基板２１上に、ＦＴＯからなる第１電極２２を積層することが好ましく、予め第１電極２２が設けられた市販品の第１絶縁性基板２１を用いてもよい。
【００３３】
(光電変換層)
光電変換層２３は、多孔性半導体とキャリア輸送材料と光増感剤とを含む。光電変換層２３においては、光増感剤を吸着した多孔性半導体の内部をキャリア輸送材料が移動可能に保持されている。
【００３４】
(多孔性半導体)
光電変換層２３を構成する多孔性半導体としては、一般に光電変換材料として使用されるものであればその種類は特に限定されず、たとえば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(ＣｕＩｎＳ2)、ＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2などの半導体およびこれらを組み合わせた混合物を用いることができる。これらの中でも、安定性および安全性の観点から、酸化チタンを多孔性半導体の材料に用いることが特に好ましい。
【００３５】
多孔性半導体の材料に用いられる酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの各種の狭義の酸化チタンおよび水酸化チタン、含水酸化チタンなどを用いることができる。また、これらを単独で、または、２種類以上を混合して多孔性半導体の材料に用いることができる。
【００３６】
アナターゼ型およびルチル型の２種類の結晶系酸化チタンは、その製法および熱履歴によりいずれの形態にもなるが、多孔性半導体を構成する酸化チタンとしては、アナターゼ型酸化チタンの含有率が高い方が好ましく、８０％以上のアナターゼ型酸化チタンを含むものがより好ましい。
【００３７】
多孔性半導体は、単結晶および多結晶のいずれの構造を有してもよいが、安定性、結晶成長の容易さおよび製造コストなどの観点から、多結晶であることが好ましい。また、多孔性半導体としては、ナノスケールからマイクロスケールの半導体微粒子によって構成されたものが好ましく、酸化チタンの微粒子から構成されたものがより好ましい。
【００３８】
酸化チタンの微粒子は、水熱合成法もしくは硫酸法などの液相法または気相法などの公知の方法により製造することができる。また、酸化チタンの微粒子は、デグサ(Ｄｅｇｕｓｓａ)社が開発した塩化物を高温加水分解することによっても得ることができる。
【００３９】
多孔性半導体を構成する半導体微粒子としては、同一の組成からなる半導体化合物を用いてもよいし、２種類以上の異なる組成の半導体化合物を混合して用いてもよい。半導体微粒子の粒子サイズとしては、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の平均粒子径のものを用いてもよいし、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度の平均粒子径のものを用いてもよい。
【００４０】
また、これらの平均粒子径の異なる半導体微粒子を混合して用いてもよく、その場合、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の平均粒子径の半導体微粒子は入射光を散乱させて光捕捉率の向上に寄与し、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度の平均粒子径の半導体微粒子は吸着点をより多くして色素の吸着量の向上に寄与するものと考えられる。
【００４１】
異なる平均粒子径の半導体微粒子を２種類以上混合して多孔性半導体を構成する場合は、大きい方の半導体微粒子の平均粒子径が、小さい方の半導体微粒子の平均粒子径の１０倍以上であることが好ましい。２種類以上の半導体微粒子を混合する場合、吸着作用の強い半導体化合物を粒子サイズの小さい方の半導体微粒子として用いることが好ましい。
【００４２】
多孔性半導体の膜厚、すなわち光電変換層２３の膜厚は、特に限定されるものではないが、たとえば、０．１μｍ以上１００μｍ以下程度であることが好ましい。多孔性半導体は、その表面積が大きなものが好ましく、たとえば、１０ｍ2／ｇ以上２００ｍ2／ｇ以下程度であることが好ましい。
【００４３】
(光増感剤)
多孔性半導体に吸着される光増感剤は、光電変換素子に入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有している。光増感剤を多孔性半導体に強固に吸着させるために、光増感剤を構成する分子中にインターロック基を有するものが含まれていることが好ましい。
【００４４】
インターロック基とは、一般に、多孔性半導体に色素が固定される際に介在して励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を生じさせるものである。インターロック基として、具体的には、カルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などの官能基を用いることができる。
【００４５】
多孔性半導体に吸着される光増感剤としては、可視光領域もしくは赤外光領域に吸収をもつ種々の有機色素または金属錯体色素などを用いることができ、これらの色素の２種類以上を組み合わせたものを用いてもよい。有機色素の吸光係数は、一般に後述する金属錯体色素の吸光係数に比べて大きい。
【００４６】
有機色素としては、たとえば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素またはナフタロシアニン系色素などを用いることができる。
【００４７】
金属錯体色素は、金属原子に遷移金属が配位結合したものである。金属錯体色素としては、たとえば、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素またはルテニウム系色素などを用いることができる。
【００４８】
金属錯体色素を構成する金属原子としては、たとえば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｇａ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｒｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｓｃ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ａｕ、Ａｃ、Ｔｃ、Ｔｅ、Ｒｈなどを用いることができる。金属錯体色素として、フタロシアニン系色素またはルテニウム系色素に上記の金属が配位したものが好ましく、ルテニウム系金属錯体色素が特に好ましい。
【００４９】
ルテニウム系金属錯体色素として、次式(１)〜(３)のいずれかで表されるルテニウム系金属錯体色素を用いることが好ましい。市販のルテニウム系金属錯体色素では、たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製の商品名Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５色素、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ５３５−ｂｉｓＴＢＡ色素、Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０−１Ｈ３ＴＢＡ色素などを用いることができる。
【００５０】
【化１】
2013157201.tif 000003
【００５１】
【化２】
2013157201.tif 000004
【００５２】
【化３】
2013157201.tif 000005
【００５３】
(キャリア輸送材料)
光電変換素子モジュール２０内の空間および空隙内の全域にキャリア輸送材料が充填されている。すなわち、キャリア輸送材料１１は、図１に示す、第１電極２２、第２絶縁性基板２８およびセル間絶縁封止部２９によって囲まれた封入領域３１に充填されている。また、キャリア輸送材料は、光電変換層２３、多孔性絶縁層２４、反射層２５および触媒層２６の各々の空隙にも充填されている。
【００５４】
キャリア輸送材料は、イオンを輸送できる導電性材料で構成される。キャリア輸送材料としては、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質または溶融塩ゲル電解質などを用いることができる。
【００５５】
液体電解質としては、酸化還元種を含む液体であればよく、一般に太陽電池の分野に使用されるものであれば特に限定されない。液体電解質として、たとえば、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤とからなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩とからなるもの、または、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤および溶融塩とからなるものを用いることができる。
【００５６】
酸化還元種としては、たとえば、Ｉ-／Ｉ3-系、Ｂｒ2-／Ｂｒ3-系、Ｆｅ2+／Ｆｅ3+系、キノン／ハイドロキノン系などを用いることができる。具体的には、酸化還元種として、ヨウ化リチウム(ＬｉＩ)、ヨウ化ナトリウム(ＮａＩ)、ヨウ化カリウム(ＫＩ)、ヨウ化カルシウム(ＣａＩ2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(Ｉ2)とを組み合わせたものを用いることができる。
【００５７】
また、酸化還元種として、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(ＴＥＡＩ)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(ＴＰＡＩ)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(ＴＢＡＩ)、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(ＴＨＡＩ)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素とを組み合わせたものを用いることができる。
【００５８】
さらに、酸化還元種として、臭化リチウム(ＬｉＢｒ)、臭化ナトリウム(ＮａＢｒ)、臭化カリウム(ＫＢｒ)、臭化カルシウム(ＣａＢｒ2)などの金属臭化物と臭素とを組み合わせたものを用いることができる。これらの中でも、ＬｉＩとＩ2とを組み合わせたものが特に酸化還元種として好ましい。
【００５９】
酸化還元種の溶剤としては、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、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などを用いることができる。これらの中でも、カーボネート化合物またはニトリル化合物が特に酸化還元種の溶剤として好ましい。また、これらの溶剤を２種類以上混合して酸化還元種の溶剤として用いることもできる。
【００６０】
固体電解質は、電子、ホールおよびイオンを輸送できる導電性材料であって、太陽電池の電解質として用いることができて流動性がないものを用いることができる。具体的には、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのｐ型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などを用いることができる。
【００６１】
ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤とからなる。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体、架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤などを用いることができる。
【００６２】
溶融塩ゲル電解質は、通常、ゲル電解質と常温型溶融塩とからなる。常温型溶融塩としては、たとえば、ピリジニウム塩類またはイミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類を用いることができる。
【００６３】
上記の電解質には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。添加剤としては、t-ブチルピリジン(ＴＢＰ)などの含窒素芳香族化合物、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(ＤＭＰＩＩ)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(ＭＰＩＩ)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(ＥＭＩＩ)、エチルイミダゾールアイオダイド(ＥＩＩ)、ヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(ＨＭＩＩ)などのイミダゾール塩を用いることができる。
【００６４】
電解質中の電解質濃度は、０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上１．５ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲が好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．７ｍｏｌ／Ｌ以下の範囲がより好ましい。ただし、光電変換素子モジュールにおいて第２絶縁性基板２８が受光面側となる場合、電解液を通過した入射光が光電変換層２３に達してキャリアを励起することになる。この場合、電解質濃度が高すぎると、光電変換層２３に到達する入射光が低減して太陽電池の発電性能が低下する。よって、上記の点を考慮して電解質濃度を設定することが好ましい。
【００６５】
(反射層)
反射層２５は、光電変換層２３の上方に形成されていれば、位置は特に限定されない。後述する多孔性絶縁層２４と位置が入れ替わっていてもよい。反射層２５は、光電変換層２３または多孔性絶縁層２４上に形成されることにより、光電変換層２３を透過した光を反射して光電変換層２３に再入射させることができる。このようにして光電変換層２３に光を再入射させることにより、光電変換素子の光電変換効率を高めることができる。
【００６６】
反射層２５は、光電変換層２３または多孔性絶縁層２４の上面に接して光電変換層２３を覆える程度以上の面積で形成されていることが好ましい。よって、光電変換層２３または多孔性絶縁層２４の上面に同じ形状で反射層２５が形成されることが好ましい。
【００６７】
また、光電変換層２３または多孔性絶縁層２４の上面および側面を覆うように反射層２５が形成されていることがより好ましい。このように、反射層２５を光電変換層２３または多孔性絶縁層２４の表面全面を覆うように形成することにより、光電変換層２３を通過した光のほとんどを反射して、光電変換層２３に光を再入射させることができる。
【００６８】
ここで、反射層２５は、光を反射することができる材料であればいかなる材料を用いてもよい。反射層２５の材料として、たとえば、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどを用いることができる。これらの材料の中でも反射層２５の材料として、酸化アルミニウムまたは酸化チタンを含む材料が好ましく、さらに、多孔性半導体を構成する材料と同一の材料が好ましい。
【００６９】
反射層２５を構成する微粒子においては、多孔性半導体を構成する微粒子よりも平均粒子径が大きい微粒子の割合が高いほど好ましい。反射層２５を構成する微粒子が、多孔性半導体を構成する微粒子よりも大きい微粒子のみによって構成されていることがより好ましい。
【００７０】
反射層２５の膜厚は、５μｍ以上であることが好ましい。反射層２５の膜厚が５μｍ未満の場合、光の反射率が低下することに加え、反射層２５上の触媒層２６および第２電極２７と、多孔性半導体または第１電極２２とが接触する可能性が高くなるため好ましくない。
【００７１】
多孔性絶縁層２４および反射層２５の合計膜厚は、１０μｍ以上であることが好ましく、１１μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましい。多孔性絶縁層２４および反射層２５の合計膜厚が１０μｍ未満である場合、反射層２５上の触媒層２６および第２電極２７と、多孔性半導体または第１電極２２とが接触する可能性が高くなるため好ましくない。また、多孔性絶縁層２４および反射層２５の合計膜厚が２０μｍを超える場合、キャリア輸送材料における輸送抵抗が大きくなるため好ましくない。
【００７２】
多孔性絶縁層２４上に反射層２５を形成し、その厚みを上記の範囲内にすることによって、リークを抑制するための絶縁層の機能を反射層２５に持たせることができる。
【００７３】
(多孔性絶縁層)
多孔性絶縁層２４は、光電変換層２３の上面に接して設けられている。ただし、多孔性絶縁層２４は、反射層２５と位置が入れ替わっていてもよい。多孔性絶縁層２４によって、光電変換層２３から第２電極２７へのリーク電流が低減される。多孔性絶縁層２４は、光電変換層２３の上面および側面に接して形成されていることが好ましい。
【００７４】
反射層２５と多孔性絶縁層２４との位置が入れ替わっている場合は、多孔性絶縁層２４は、反射層２５の上面および側面に接して形成されていることが好ましい。このように、多孔性絶縁層２４を光電変換層２３または反射層２５の上面および側面を覆うように形成することにより、光電変換層２３からのリーク電流を低減することができる。
【００７５】
多孔性絶縁層２４を構成する材料としては、たとえば、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、シリカガラス、ソーダガラスなどの酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどを用いることができる。また、これらの材料の２種類以上を組み合わせて、多孔性絶縁層２４を構成する材料として用いることができる。
【００７６】
多孔性絶縁層２４に用いられる材料としては、粒子状の材料が好ましい。その粒子状材料の平均粒径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。たとえば、平均粒径が１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の酸化チタン粒子またはルチル型酸化チタン粒子からなる材料を多孔性絶縁層２４用材料として好適に用いることができる。
【００７７】
多孔性絶縁層２４は、１×１０12Ω・ｃｍ以下の導電率を有する材料で形成されていることが好ましい。このような導電率の低い材料で多孔性絶縁層２４を形成することにより、光電変換層２３から第２電極２７へのリーク電流を低減できる。
【００７８】
一方、多孔性絶縁層２４が１×１０12Ω・ｃｍを超える導電率を有する材料で形成されている場合、リーク電流が増加してフィルファクタが低下することにより、光電変換素子の光電変換効率が低下するため好ましくない。
【００７９】
多孔性絶縁層２４の膜厚は、０．２μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。多孔性絶縁層２４の膜厚が５μｍを超える場合、反射層２５の光散乱効果が阻害され、光電変換素子の短絡電流値(Ｊsc)が低下するため好ましくない。また、多孔性絶縁層２４の膜厚が０．２μｍ未満である場合、リーク電流が発生しやすくなるため好ましくない。
【００８０】
(触媒層)
触媒層２６は、第２電極２７に接して設けられる。触媒層２６により第２電極２７との電子の受け渡しを効率的に行なうことができる。触媒層２６の材料は、その表面で電子の受け渡しができる材料であれば特に限定されない。触媒層２６の材料として、たとえば、白金、パラジウムなどの貴金属材料、または、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボン系材料などを用いることができる。
【００８１】
(第２電極)
第２電極２７の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されず、光透過性を必ずしも有していなくてもよい。ただし、第２絶縁性基板２８を受光面側に配置する場合は、第１電極２２と同様の光透過性を有する必要がある。
【００８２】
第２電極２７の材料としては、たとえば、インジウム錫複合酸化物(ＩＴＯ)、酸化錫(ＳｎＯ2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(ＦＴＯ)、酸化亜鉛(ＺｎＯ)などを用いることができる。また、第２電極２７の材料として、チタン、ニッケル、タンタルなど、電解液に対して耐腐食性を有する金属を用いてもよい。このような材料からなる第２電極２７は、スパッタ法またはスプレー法などの公知の方法により形成することができる。
【００８３】
第２電極２７の膜厚は、０．０２μｍ以上５μｍ以下程度であることが好ましい。第２電極２７の膜抵抗は、４０Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。第２電極２７を構成する材料が緻密な構造を有する場合は、多孔性半導体への光増感剤の吸着を容易にし、また、キャリア輸送材料の充填を容易にするために、第２電極２７に複数の小孔を形成することが好ましい。
【００８４】
複数の小孔は、第２電極２７に対して機械加工またはレーザー加工をすることによって形成することができる。小孔の大きさは、０．１μｍ以上１００μｍ以下程度が好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下程度がより好ましい。小孔同士の間隔は、１μｍ以上２００μｍ以下程度であることが好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下程度であることがより好ましい。
【００８５】
また、第２電極２７にストライプ状の開口部を形成することによっても複数の小孔を形成した場合と同様の効果を得られる。ストライプ状の開口部同士の間隔は、１μｍ以上２００μｍ以下程度であることが好ましく、１０μｍ以上３０μｍ程度であることがより好ましい。
【００８６】
(第２絶縁性基板)
第２絶縁性基板２８は、キャリア輸送材料１１の外部への漏れを防ぎつつ、外部から水などの浸入を防ぐ機能を有している。第２絶縁性基板２８を受光面側に配置する場合、第２絶縁性基板２８を第１絶縁性基板２１と同様の光透過性を有する材料で形成する。光電変換素子を屋外に設置する場合を考慮すると、第２絶縁性基板２８を強化ガラスなどで形成することが好ましい。
【００８７】
第２絶縁性基板２８は、第１絶縁性基板２１上の光電変換層２３とは接触していないことが好ましい。第２絶縁性基板２８の表面に触媒層２６および第２電極２７が形成されている場合は、触媒層２６および第２電極２７が光電変換層２３とは接触していないことが好ましい。
【００８８】
このようにすることにより、光電変換素子の内部にキャリア輸送材料を封入するための十分な空間を確保することができる。第２絶縁性基板２８には、キャリア輸送材料を注入するための注入口が形成されていることが好ましい。その場合、真空注入法または真空含浸法などを用いて、注入口からキャリア輸送材料を注入することができる。上記のように第２絶縁性基板２８と光電変換層２３とが接触していない場合、注入口からキャリア輸送材料を注入するときの注入速度を速くすることができる。このため、光電変換素子および光電変換素子モジュールの製造タクトを短縮することができる。
【００８９】
(セル間絶縁封止部)
セル間絶縁封止部２９は、第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８とを接着して互いに接合させる機能を有している。セル間絶縁封止部２９の材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料、または、これらの２種類以上を積層構造にして用いることができる。
【００９０】
セル間絶縁封止部２９の材料として、具体的にたとえば、スリーボンド社製の型番３１Ｘ−１０１またはスリーボンド社製の型番３１Ｘ−０８８などの市販されているエポキシ樹脂などを用いることができる。
【００９１】
シリコーン樹脂、エポキシ樹脂またはガラスフリットを用いてセル間絶縁封止部２９を形成する場合は、ディスペンサーを用いることが好ましい。ホットメルト樹脂を用いてセル間絶縁封止部２９を形成する場合は、シート状のホットメルト樹脂にパターニングして穴を開けて形成する。
【００９２】
図１に示すように、光電変換素子モジュール２０において、セル間絶縁封止部２９は光電変換層２３の両側に形成される。
【００９３】
図２は、比較例として従来のセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図２においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。
【００９４】
図２に示すように、比較例のセル間絶縁封止部２９は、平面視において矩形状の外形を有している。複数のセル間絶縁封止部２９は、互いに平行に位置している。すなわち、比較例のセル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１１の長さが、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSと同一である。
【００９５】
比較例のセル間絶縁封止部２９の外形において、上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０１同士の間の間隔が長さＬSである。
【００９６】
比較例のセル間絶縁封止部２９を有する光電変換素子モジュール２０においては、第１絶縁性基板２１および第２絶縁性基板２８とセル間絶縁封止部２９との接触面積が比較的小さいため、セル間絶縁封止部２９による接着強度が不足して第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８とが剥離することがあった。
【００９７】
そこで、本実施形態に係る光電変換素子モジュール２０においては、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線の少なくとも一方の長さが、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くなるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【００９８】
図３は、本実施形態に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図４は、本実施形態に係るセル間絶縁封止部の平面視における一部拡大図である。図３においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ1を一点鎖線で示している。
【００９９】
図３，４に示すように、本実施形態に係るセル間絶縁封止部２９は、均等の幅を有して波形に形成されている。複数のセル間絶縁封止部２９は、互いに所定の間隔を維持して位置している。
【０１００】
具体的には、セル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ1を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP1毎に、セル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ1に対して直交する方向にそれぞれ交互に変位する波形状にセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施形態においては、ピッチＬP1を８ｍｍとし、変位Ｌａを０．５ｍｍとしている。ただし、上記の各ピッチおよび変位の数値は一例であって、各ピッチおよび変位は適宜設定される。
【０１０１】
本実施形態に係るセル間絶縁封止部２９は波形状に形成されているため、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１２の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１０２】
上記の構成により、第１絶縁性基板２１および第２絶縁性基板２８とセル間絶縁封止部２９との接触面積が比較例に比べて大きいため、セル間絶縁封止部２９による接着強度を確保して第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８との剥離の発生を抑制することができる。
【０１０３】
また、セル間絶縁封止部２９の延在方向に直交する方向において、第１絶縁性基板２１および第２絶縁性基板２８とセル間絶縁封止部２９との接触長さを長く確保できるため、この方向において第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８との一体性を確保して両者が相対的にずれることを抑制することができる。
【０１０４】
上記のように、本実施形態に係るセル間絶縁封止部２９によって、光電変換素子モジュール２０の耐久性および安定性を向上することができる。
【０１０５】
図３，４に示すように、第１線１１２は極値点１３２，１４２を含んでいる。波形状のセル間絶縁封止部２９において、極値点１３２は凸部の頂点であり、極値点１４２は凹部の最下点である。このように第１線１１２に極値点を設けることにより、平面内におけるセル間絶縁封止部２９の変形抵抗を増加させることができる。その結果、セル間絶縁封止部２９により第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８との一体性をさらに確保することができる。
【０１０６】
本実施形態においては、２本の第１線１１２にそれぞれ位置する極値点１３２，１４２同士の最短距離Ｌ1が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０２の一方の長さＬ0と同一になるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。ただし、Ｌ1≧Ｌ0であればよい。
【０１０７】
このようにすることにより、近接する極値点１３２と極値点１４２との間においてセル間絶縁封止部２９の幅が局所的に狭くなってセル間絶縁封止部２９による接着強度が部分的に不足することを防止することができる。
【０１０８】
(多孔性半導体の形成方法)
第１電極２２上に光電変換層２３を構成する多孔性半導体を形成する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。たとえば、半導体微粒子を適当な溶剤に分散させた懸濁液を、公知の方法を用いて第１電極２２上の所定箇所に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことによって多孔性半導体を形成する。
【０１０９】
光電変換層２３とセル間絶縁封止部２９とが接触するように光電変換層２３を形成する場合は、懸濁液の粘度を低く調整し、その懸濁液をディスペンサーなどを用いてセル間絶縁封止部２９および絶縁枠部によって囲まれた領域内に塗布することが好ましい。この方法により、懸濁液の自重によって懸濁液が上記領域内の端部まで均一に広がって容易にレベリングすることができる。
【０１１０】
懸濁液に用いる溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール／トルエンなどのアルコール系混合溶剤、または、水などを用いることができる。
【０１１１】
また、懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト、たとえば、Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、Ｔｉ−ｎａｎｏｘｉｄｅ(Ｔ，Ｄ，Ｔ／ＳＰ，Ｄ／ＳＰ)を用いてもよい。
【０１１２】
懸濁液または酸化チタンペーストを第１電極２２上に塗布して、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことにより、第１電極２２上に多孔性半導体を形成する。懸濁液を塗布する方法としては、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法またはスクリーン印刷法などの公知の方法を用いることができる。
【０１１３】
多孔性半導体を乾燥および焼成するために必要な温度、時間、雰囲気などの条件は、半導体微粒子の種類に応じて適宜設定すればよい。たとえば、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で乾燥および焼成する場合は、５０℃以上８００℃以下程度の範囲で、１０秒以上１２時間以下程度維持することが好ましい。乾燥および焼成は、単一の温度で１回または温度を変化させて２回以上行なってもよい。
【０１１４】
多孔性半導体は、複数の層に積層されたものであってもよい。多孔性半導体を積層体で構成するためには、異なる半導体微粒子の懸濁液を調製し、各懸濁液を塗布して乾燥および焼成の少なくともいずれかを行なう一連の工程を２回以上繰り返すことが好ましい。
【０１１５】
多孔性半導体を形成した後、多孔性半導体の性能を向上させるために後処理を行なうことが好ましい。多孔性半導体に対して後処理を行なうことにより、半導体微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体の表面積の増加、または、半導体微粒子上の欠陥準位の低減などを図ることができる。たとえば、酸化チタンからなる多孔性半導体を四塩化チタン水溶液を用いて後処理することにより、多孔性半導体の性能を向上させることができる。
【０１１６】
(多孔性絶縁層の形成方法)
光電変換層２３上に多孔性絶縁層２４を形成する方法として、上述の多孔性半導体を形成する方法と同様の方法を用いることができる。すなわち、微粒子状の絶縁物を適当な溶剤に分散させ、さらに、エチルセルロース、ポリエチレングリコール(ＰＥＧ)などの高分子化合物を混合して懸濁液を作製する。このようにして得られた懸濁液を光電変換層２３上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なう。これにより、光電変換層２３上に多孔性絶縁層２４を形成することができる。
【０１１７】
(反射層の形成方法)
多孔性絶縁層２４上に反射層２５を形成する方法としては、上述の光電変換層２３を形成する方法と同様の方法を用いることができる。
【０１１８】
(光増感剤の吸着方法)
多孔性半導体に光増感剤を吸着させる方法としては特に限定されず、たとえば、多孔性半導体を上述の有機色素または金属錯体色素を含む色素吸着用溶液に浸漬する方法を用いることができる。この際、色素吸着用溶液を多孔性半導体の微細孔の奥部まで浸透させるために、色素吸着用溶液を加熱してもよい。
【０１１９】
光増感剤を溶解させる溶剤としては、光増感剤を溶解するものであれば特に限定されず、たとえば、アルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(ＴＨＦ)、クロロホルム、ジメチルホルムアミドなどを用いることができる。これらの溶剤は精製されていることが好ましく、また、これらの溶剤を２種類以上を混合して用いてもよい。
【０１２０】
色素吸着用溶液に含まれる色素の濃度は、使用する色素、溶剤の種類、色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定することができるが、吸着機能を向上させるために高濃度であることが好ましく、たとえば、１×１０-5ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましい。色素吸着用溶液の調製においては、色素の溶解性を向上させるために溶剤を加熱してもよい。
【０１２１】
本実施形態に係る光電変換素子モジュール２０においては、上記の構成のセル間絶縁封止部２９を有することにより、第１絶縁性基板２１と第２絶縁性基板２８との剥離の発生を抑制して信頼性を向上できる。
【０１２２】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下において、各層の膜厚は、特に断りのない限り、表面粗さ形状測定機(株式会社東京精密製、商品名：サーフコム１４００Ａ)を用いて測定した値である。
【０１２３】
(実施例１)
実施例１においては、図１に示す構造を有する光電変換素子モジュール２０を作製した。まず、縦５０ｍｍ×横３７ｍｍの透明電極基板(日本板硝子株式会社製、ＳｎＯ2膜付ガラス)を用意した。透明電極基板は、ガラスからなる第１絶縁性基板２１上に、ＳｎＯ2からなる第１電極２２が成膜されたものである。
【０１２４】
第１電極２２をレーザースクライブによって切断することにより、図３中の縦方向に平行に、６０μｍの幅のスクライブライン２２’を形成した。図１に示すように、スクライブライン２２’を、第１絶縁性基板２１の左端から９．５ｍｍの位置と、そこから７ｍｍ間隔毎に合計４箇所に形成した。
【０１２５】
次に、５ｍｍ×３０ｍｍのパターンを有するスクリーン版とスクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型番：ＬＳ−１５０)とを用いて、第１電極２２上に市販の酸化チタンペースト(Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名：Ｄ／ＳＰ)を塗布し、室温で１時間レベリングを行なった。
【０１２６】
その後、酸化チタンペーストの塗膜を８０℃に設定したオーブンで２０分間乾燥した。さらに、塗膜を５００℃に設定した焼成炉(株式会社デンケン製、型番：ＫＤＦ  Ｐ−１００)を用いて空気中で６０分間焼成した。
【０１２７】
上記と同様に、酸化チタンペーストの塗布および焼成を各４回ずつ繰り返すことにより、膜厚２５μｍの多孔性半導体を作製した。第１絶縁性基板２１の左端から６．９ｍｍの位置を中心として、厚さ２５μｍ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍのサイズの多孔性半導体を形成し、その位置から７ｍｍの間隔毎に同様のサイズの多孔性半導体を３つ形成した。
【０１２８】
次に、平均粒子径が５０ｎｍのジルコニア粒子を含むペーストを、７ｍｍ×３８ｍｍのパターンを有するスクリーン版とスクリーン印刷機とを用いて多孔性半導体上に塗布した。その後、ペーストを５００℃で６０分間焼成することにより、平坦部分の膜厚が４μｍの多孔性絶縁層２４を形成した。
【０１２９】
インピーダンス測定装置(Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ社製、製品名：１２５５)を用いて多孔性絶縁層２４の導電率を測定したところ、２×１０13Ω・ｃｍであることが確認された。多孔性絶縁層２４は、第１絶縁性基板２１の左端から６．９ｍｍの位置を中心として、幅５．６ｍｍ、長さ４６ｍｍのサイズで１つ形成した。この多孔性絶縁層２４の中心から７ｍｍの間隔毎に同様のサイズの多孔性絶縁層を３つ作製した。
【０１３０】
次に、多孔性絶縁層２４の作製に用いたスクリーン版と同じパターンのスクリーン版を用いて、３００ｎｍの平均粒子径の酸化チタン粒子を含むペーストを多孔性絶縁層２４上に塗布した。
【０１３１】
その後、ペーストを５００℃で６０分間焼成することにより、平坦部分の膜厚が１１μｍの反射層２５を形成した。よって、多孔性絶縁層２４と反射層２５との合計膜厚は１５μｍであった。
【０１３２】
次に、反射層２５上のうちの多孔性半導体の直上の位置に、Ｐｔからなる触媒層２６を蒸着により形成した。触媒層２６は、多孔性半導体と同程度の大きさで形成した。
【０１３３】
さらに、触媒層２６上に、９ｍｍ×３６ｍｍの大きさの第２電極２７を蒸着により形成した。第２電極２７は、第１絶縁性基板２１の左端から７．２ｍｍの位置を中心として、幅５．６ｍｍ、長さ４４ｍｍのサイズで１つ形成し、この多孔性絶縁層２４の中心から７ｍｍの間隔毎に同様の大きさの第２電極２７を３つ形成した。
【０１３４】
次に、体積比１：１のアセトニトリルとｔ−ブタノールとの混合溶剤に対し、上記式(２)の色素(Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製、商品名：Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ６２０  １Ｈ３ＴＢＡ)を濃度４×１０-4モル／リットルになるように溶解させて、色素吸着用溶液を調製した。調整した色素吸着用溶液に４つの多孔性半導体を浸漬させて、室温で１２０時間保持することによって、多孔性半導体に色素を吸着させた。
【０１３５】
その後、光電変換層２３同士の間および第１絶縁性基板２１の縁に、ディスペンサー(ＥＦＤ社製  ＵＬＴＲＡＳＡＶＥＲ)を用いて紫外線硬化樹脂(スリーボンド社製  ３１Ｘ−１０１)を塗布した。そして、縦６０ｍｍ×横３０ｍｍのガラス基板からなる第２絶縁性基板２８を貼り合わせて、その貼り合わせたものに紫外線ランプ(ＥＦＤ社製  ＮＯＶＡＣＵＲＥ)を用いて紫外線を照射した。これにより紫外線硬化樹脂を硬化させてセル間絶縁封止部２９および絶縁枠部を形成した。セル間絶縁封止部の形状は、図３に示す形状とした。
【０１３６】
次に、第２絶縁性基板２８に設けられた電解液注入用孔から予め調製したキャリア輸送材料を注入した。キャリア輸送材料は、アセトニトリルを溶剤として、酸化還元種としてＬｉＩ(アルドリッチ社製)が濃度０．１モル／リットル、Ｉ2(キシダ化学社製)が濃度０．０１モル／リットルになり、さらに添加剤としてｔ−ブチルピリジン(アルドリッチ社製)が濃度０．５モル／リットル、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(四国化成工業社製)が濃度０．６モル／リットルになるように調整したものを用いた。
【０１３７】
その後、注入口を紫外線硬化樹脂で封止することにより本実施例の光電変換素子を封止した。第１絶縁性基板２１上にＡｇペースト(藤倉化成株式会社製、商品名：ドータイト)を塗布することにより、集電電極３２を形成した。このようにして、本実施例の光電変換素子モジュール２０を作製した。
【０１３８】
(実施例２)
図５は、実施例２に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図５においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ2を一点鎖線で示している。
【０１３９】
なお、実施例２においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１４０】
図５に示すように、実施例２に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ2を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP2毎に、セル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ2に対して直交する方向にそれぞれ変位する網目状にセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP2を３．５ｍｍとし、変位Ｌbを０．５ｍｍとしている。
【０１４１】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１３の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１４２】
２本の第１線１１３は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ2に対して線対称である。この構成により、光電変換素子内におけるキャリア輸送材料の分布のばらつきを低減できる。
【０１４３】
また、第１線１１３は極値点を含んでいる。本実施例においては、２本の第１線１１３にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における３本の第２線１０３のうちの最短の第２線の長さと同一になるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１４４】
(実施例３)
図６は、実施例３に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図６においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ3を一点鎖線で示している。
【０１４５】
なお、実施例３においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１４６】
図６に示すように、実施例３に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ3を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP3毎に、セル間絶縁封止部２９の幅がＬ2からＬ3まで広がった後に再びＬ2に狭くなる凸レンズ状にセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP3を１２ｍｍ、幅Ｌ2を０．３ｍｍ、幅Ｌ3を０．５ｍｍとしている。
【０１４７】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線２１１の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１４８】
２本の第１線２１１は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ3に対して線対称である。また、第１線２１１は極値点を含んでいる。
【０１４９】
本実施例においては、２本の第１線２１１にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線２０１の一方の長さと同一になるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１５０】
(実施例４)
図７は、実施例４に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図７においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ4を一点鎖線で示している。
【０１５１】
なお、実施例４においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１５２】
図７に示すように、実施例４に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ4を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP4毎に、幅がＬ4の直線部と直径がＬ5の円形部とが交互に並ぶようにセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP4を４．８ｍｍ、幅Ｌ4を０．５ｍｍ、直径Ｌ5を０．７ｍｍとしている。
【０１５３】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１４の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１５４】
２本の第１線１１４は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ4に対して線対称である。また、第１線１１４は極値点を含んでいる。
【０１５５】
本実施例においては、２本の第１線１１４にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０４のうちの短い方の長さより長くなるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１５６】
(実施例５)
図８は、実施例５に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図８においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ5を一点鎖線で示している。
【０１５７】
なお、実施例５においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１５８】
図８に示すように、実施例５に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ5を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP5毎に、幅がＬ6の直線部と幅がＬ7で長さがＬ8の菱形部とが交互に並ぶようにセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP5を４．８ｍｍ、幅Ｌ6を０．５ｍｍ、幅Ｌ7を０．７ｍｍ、長さＬ8を０．５ｍｍとしている。
【０１５９】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１５の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１６０】
２本の第１線１１５は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ5に対して線対称である。また、第１線１１５は極値点を含んでいる。
【０１６１】
本実施例においては、２本の第１線１１５にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０５の一方の長さより長くなるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１６２】
(実施例６)
図９は、実施例６に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図９においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ6を一点鎖線で示している。
【０１６３】
なお、実施例６においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１６４】
図９に示すように、実施例６に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ6を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP6毎に、幅がＬ9の直線部と幅がＬ10で長さがＬ11の矩形部とが交互に並ぶようにセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP6を５ｍｍ、幅Ｌ9を０．５ｍｍ、幅Ｌ10を０．７ｍｍ、長さＬ11を０．５ｍｍとしている。
【０１６５】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１６の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１６６】
２本の第１線１１６は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ6に対して線対称である。
【０１６７】
(実施例７)
図１０は、実施例７に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図１０においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ7を一点鎖線で示している。
【０１６８】
なお、実施例７においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１６９】
図１０に示すように、実施例７に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ7を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP7毎に、幅がＬ12の直線部と底辺の長さがＬ13で高さがＬ14の三角形部とが交互に並ぶようにセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP7を６ｍｍ、幅Ｌ12を０．５ｍｍ、底辺の長さＬ13を０．７ｍｍ、高さＬ14を０．７ｍｍとしている。
【０１７０】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１７の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１７１】
２本の第１線１１７は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ7に対して線対称である。また、第１線１１７は極値点を含んでいる。
【０１７２】
本実施例においては、２本の第１線１１７にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０７の一方の長さより長くなるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１７３】
(実施例８)
図１１は、実施例８に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図１１においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ8を一点鎖線で示している。
【０１７４】
なお、実施例８においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１７５】
図１１に示すように、実施例８に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ8を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP8毎に、幅がＬ15の直線部と対角線の長さがＬ16の六角形部とが交互に並ぶようにセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP8を８ｍｍ、幅Ｌ15を０．５ｍｍ、対角線の長さＬ16を０．７ｍｍとしている。
【０１７６】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１８の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１７７】
２本の第１線１１８は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ8に対して線対称である。
【０１７８】
(実施例９)
図１２は、実施例９に係るセル間絶縁封止部の平面視における形状を示す平面図である。図１２においては、第１絶縁性基板２１およびセル間絶縁封止部２９のみ図示している。また、セル間絶縁封止部２９の延在方向の中心線Ｃ9を一点鎖線で示している。
【０１７９】
なお、実施例９においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【０１８０】
図１２に示すように、実施例９に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチＰ3を７ｍｍにしている。各セル間絶縁封止部２９において、セル間絶縁封止部２９の延在方向においてピッチＬP9毎に、セル間絶縁封止部２９の幅がＬ17からＬ18まで広がった後に再びＬ17に狭くなる菱形状にセル間絶縁封止部２９を形成している。本実施例においては、ピッチＬP9を１２ｍｍ、幅Ｌ17を０．３ｍｍ、幅Ｌ18を０．７ｍｍとしている。
【０１８１】
このようにした場合にも、セル間絶縁封止部２９の外形においてセル間絶縁封止部２９の延在方向に延びる側面の平面視における２本の第１線１１９の少なくとも一方の長さを、上記延在方向におけるセル間絶縁封止部２９の両方の端部を繋いだ仮想線分の長さＬSより長くすることができる。
【０１８２】
２本の第１線１１９は、上記延在方向に延びるセル間絶縁封止部２９の中心線Ｃ9に対して線対称である。また、第１線１１９は極値点を含んでいる。
【０１８３】
本実施例においては、２本の第１線１１９にそれぞれ位置する極値点同士の最短距離が、セル間絶縁封止部２９の外形において上記延在方向に対して交差する方向に延びる側面の平面視における２本の第２線１０９の一方の長さと同一になるようにセル間絶縁封止部２９を形成している。
【０１８４】
(比較例１)
比較例においては、セル間絶縁封止部２９の形状のみ実施例１と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。セル間絶縁封止部の形状は、図２に示す形状とした。
【０１８５】
図２に示すように、比較例に係るセル間絶縁封止部２９同士のピッチを７ｍｍにし、セル間絶縁封止部２９の幅を０．５ｍｍにした。
【０１８６】
(剥離実験)
上記の実施例１〜９および比較例１に係る光電変換素子モジュールについて剥離実験を行なった。剥離実験においては、光電変換素子の受光面に対し、開口部の面積が７．８ｃｍ2である黒色のマスクを設置した。これらの光電変換素子モジュールを８５℃に維持された環境試験装置内に載置して、モジュール作製直後、試験開始１００時間後、および、試験開始５００時間後における剥離発生の有無を確認した。
【０１８７】
表１は、剥離実験の結果をまとめたものである。
【０１８８】
【表１】
2013157201.tif 000006
【０１８９】
表１に示すように、比較例１の光電変換素子モジュールにおいては、試験開始１００時間経過後から剥離の発生が認められた。実施例１〜９の光電変換素子モジュールにおいては、試験開始５００時間経過まで剥離の発生は確認されなかった。よって、本発明のセル間絶縁封止部２９を採用することにより、絶縁性基板同士の剥離の発生を抑制できることが確認された。
【０１９０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１９１】
１１  キャリア輸送材料、２０  光電変換素子モジュール、２１  第１絶縁性基板、２２  第１電極、２２’  スクライブライン、２３  光電変換層、２４  多孔性絶縁層、２５  反射層、２６  触媒層、２７  第２電極、２８  第２絶縁性基板、２９  セル間絶縁封止部、３１  封入領域、３２  集電電極、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０７，１０９，２０１  第２線、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１１９，２１１  第１線、１３２，１４２  極値点。
【図１】
2013157201.tif 000007
【図２】
2013157201.tif 000008
【図３】
2013157201.tif 000009
【図４】
2013157201.tif 000010
【図５】
2013157201.tif 000011
【図６】
2013157201.tif 000012
【図７】
2013157201.tif 000013
【図８】
2013157201.tif 000014
【図９】
2013157201.tif 000015
【図１０】
2013157201.tif 000016
【図１１】
2013157201.tif 000017
【図１２】
2013157201.tif 000018