JP2012182040A - 色素増感太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】開口率を向上させながら接続信頼性を十分に向上させることができ且つ動作不良を十分に防止できる色素増感太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】直列且つ電気的に接続される複数の色素増感太陽電池５０を有する色素増感太陽電池モジュール１００において、一方の色素増感太陽電池５０における透明導電膜１２が、本体部１２ａから複数の色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄの配列方向に対して側方に封止部３０Ａを越えて張り出す張出し部１２ｃと、張出し部１２ｃから他方の色素増感太陽電池５０の封止部３０Ａの外側で且つ他方の色素増感太陽電池５０の本体部１２ａの側方の位置まで延出する延出部１２ｄとを有し、延出部１２ｄと他方の色素増感太陽電池５０における第２電極２０の金属基板２１とが導電材６０を介して接続されている色素増感太陽電池モジュール１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感太陽電池モジュールに関する。

光電変換素子モジュールとして、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素増感太陽電池モジュールが注目されており、色素増感太陽電池モジュールに関して種々の開発が行われている。

色素増感太陽電池モジュールは一般に、複数個の直列に接続された色素増感太陽電池を備えており、各色素増感太陽電池は、作用極と、対極と、作用極と対極とを連結する環状の封止部とを備えている。そして、作用極は、透明基板と、その上に形成された透明導電膜と、透明導電膜の上に設けられる酸化物半導体層とを有している。このような色素増感太陽電池モジュールとして、例えば下記特許文献１記載のものが知られている。下記特許文献１には、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池の対極から延びる導電部材と、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜とが、隣り合う封止部の間で接続されている色素増感太陽電池モジュールが開示されている。

国際公開第2009/133689号

ところで、色素増感太陽電池モジュールは通常、開口を有するケースに収納される。この場合、色素増感太陽電池モジュールは、開口の縁部に沿って設けられた外枠部材の内側に全ての色素増感太陽電池の受光面が収まるように配置される。従って、外枠部材の内側の面積に占める受光面の総面積が大きいほど開口率が高くなる。

近年、１つの色素増感太陽電池の発電電流が500mAを下回るようなサイズの小さい色素増感太陽電池モジュールや、屋内などの比較的照度の小さい場所で利用する色素増感太陽電池モジュールが、センサなどの用途に使用されるようになっている。このような用途に使用される色素増感太陽電池モジュールでは通常、屋外で使用される色素増感太陽電池モジュールに比べて受光面積が小さく、受光量が少ない。このため、色素増感太陽電池モジュールにおいては、効率的に発電が行われるよう、特に高い開口率を有することが求められている。

しかし、上記特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールにおいては、隣り合う２つの色素増感太陽電池における一方の色素増感太陽電池の対極から延びる導電部材と、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜とが、隣り合う封止部の間で接続されている。すなわち、対極の縁部と透明導電膜とが接続される接続箇所は、上述した外枠部材の内側領域などの受光エリア内に存在することになる。このため、接続箇所の面積分だけ発電に寄与しなくなり、開口率が低くなる。特に、接続箇所に必要な面積は通常、受光面積の大きい色素増感太陽電池モジュールでも小さい色素増感太陽電池モジュールでもほとんど変わらない。このため、隣り合う２つの色素増感太陽電池間の接続箇所が受光エリア内にあると、受光面積の小さい色素増感太陽電池モジュールほど開口率が低くなる。ここで、高い開口率を得るためには、接続箇所の面積を小さくすることが考えられる。しかし、この場合、接続箇所における接合強度が低下し、接続信頼性が低下してしまう。従って、上記特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールでは、より高い開口率を得ることは困難であった。

このように特許文献１に記載の色素増感太陽電池モジュールは、開口率向上の点で改善の余地があった。

ここで、色素増感太陽電池の対極に金属基板を使用する場合、対極に対して作用極と反対側の面にジャンパー線の一端を接続し、隣りの色素増感太陽電池の透明導電膜から、封止部の外側で且つその封止部の側方に張り出す張出し部を設け、この張出し部にジャンパー線の他端を接続することによって、隣り合う色素増感太陽電池同士を受光エリア外で電気的に接続し、開口率の向上を図ることも考えられる。

しかし、この場合、ジャンパー線は、一方の色素増感太陽電池の対極と、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜における張出し部とを接続するため、長くなる傾向にある。このため、例えば色素増感太陽電池モジュールを取り扱う際に作業者の手がジャンパー線に引っ掛かると、ジャンパー線と対極との接続箇所や、ジャンパー線と透明導電膜の張出し部との接続箇所に過大な応力が加わり易い。その結果、接続信頼性が損なわれるおそれがある。

ここで、ジャンパー線に代えて金属膜を用いることも考えられる。金属膜が用いられる場合、作業者の手がジャンパー線に引っ掛かる心配は少ない。しかし、一方の色素増感太陽電池の対極と、他方の色素増感太陽電池の透明導電膜における張出し部とを金属膜を用いて接続すると、金属膜が他方の色素増感太陽電池の対極に接触するおそれがある。その結果、色素増感太陽電池モジュールに動作不良が生じる。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、開口率を向上させながら接続信頼性を十分に向上させることができ且つ動作不良を十分に防止できる色素増感太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、直列且つ電気的に接続される複数の色素増感太陽電池を有する色素増感太陽電池モジュールにおいて、前記色素増感太陽電池が、透明基板、及び前記透明基板の上に設けられ、本体部を有する透明導電膜を有する第１電極と、前記第１電極に対向し金属基板を有する第２電極と、前記第１電極又は前記第２電極上に設けられる酸化物半導体層と、第１電極及び前記第２電極を接合させる環状の封止部とを備えており、前記透明基板が、前記複数の色素増感太陽電池の共通の透明基板で構成され、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池における前記透明導電膜が、前記本体部から前記複数の色素増感太陽電池の配列方向に対して側方に前記封止部を越えて張り出す張出し部と、前記張出し部から、前記他方の色素増感太陽電池の前記封止部の外側で且つ前記他方の色素増感太陽電池の前記本体部の側方の位置まで延出する延出部とを有し、前記延出部と他方の色素増感太陽電池における前記第２電極の前記金属基板とが導電材を介して接続されている、色素増感太陽電池モジュールである。

この色素増感太陽電池モジュールによれば、一方の色素増感太陽電池における透明導電膜が、本体部から複数の色素増感太陽電池の配列方向に対して側方に封止部を越えて張り出す張出し部と、張出し部から他方の色素増感太陽電池の封止部の外側で且つ他方の色素増感太陽電池の本体部の側方の位置まで延出する延出部とを有し、延出部と他方の色素増感太陽電池における第２電極の金属基板とが導電材を介して接続されている。すなわち、本発明の色素増感太陽電池モジュールでは、隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池の透明導電膜と、他方の色素増感太陽電池の第２電極とが、全ての色素増感太陽電池の封止部を含む受光エリアの外側で接続されている。言い換えると色素増感太陽電池モジュールにおいて発電に寄与しない接続箇所が受光エリアの外側に設けられている。従って、開口率を向上させることが可能となる。また、一方の色素増感太陽電池の透明導電膜と、他方の色素増感太陽電池の第２電極とが封止部の外側で接続されているため、透明導電膜と導電材との接続箇所、及び、第２電極と導電材との接続箇所の面積を大きくすることも可能となる。さらに、一方の色素増感太陽電池における透明導電膜の延出部が、張出し部から、他方の色素増感太陽電池の封止部の外側で且つ他方の色素増感太陽電池の本体部の側方の位置まで延出している。すなわち、色素増感太陽電池の透明導電膜が、隣の色素増感太陽電池の第２電極のすぐ近くに設けられている。このため、導電材を短くすることが可能となり、導電材に作業者の手が引っ掛かりにくくなる。その結果、導電材と第２電極との接続箇所、又は導電材と透明導電膜との接続箇所に過大な応力が加わることを防止することができ、色素増感太陽電池モジュールにおける接続信頼性を十分に向上させることができる。また導電材が、隣の色素増感太陽電池の第２電極と接触することが十分に防止されるため、隣り合う第２電極同士が導電材によって電気的に接続されることが十分に防止される。その結果、色素増感太陽電池モジュールの動作不良を十分に防止することも可能となる。

上記色素増感太陽電池モジュールにおいて、前記導電材が金属膜であることが好ましい。

この場合、第２電極の裏面側における凹凸を小さくすることが可能となる。その結果、色素増感太陽電池モジュールを平坦面上に安定して設置することが可能となる。

本発明によれば、開口率を向上させながら接続信頼性を十分に向上させることができ且つ動作不良を十分に防止できる色素増感太陽電池モジュールが提供される。

本発明の色素増感太陽電池モジュールの一実施形態を示す底面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１の一部切欠き部分平面図である。 図２の第１封止部を示す平面図である。 図２の第２封止部を示す平面図である。 図４の第１封止部を形成するための第１封止部形成体を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の色素増感太陽電池モジュールの一実施形態を示す底面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、図３は、図１の一部切欠き部分平面図である。

図１に示すように、色素増感太陽電池モジュール（以下、「ＤＳＣモジュール」と呼ぶことがある）１００は、複数（図１では４つ）の色素増感太陽電池（以下、「ＤＳＣ」と呼ぶことがある）５０を有し、複数のＤＳＣ５０は直列に接続されている。以下、説明の便宜上、ＤＳＣモジュール１００における４つのＤＳＣ５０をＤＳＣ５０Ａ〜５０Ｄと呼ぶことがある。

図２に示すように、複数のＤＳＣ５０の各々は、作用極１０と、作用極１０に対向し、金属基板２１を有する対極２０と、作用極１０及び対極２０を接合させる封止部３０Ａとを備えており、作用極１０、対極２０及び環状の封止部３０Ａによって形成されるセル空間には電解質４０が充填されている。

作用極１０は、透明基板１１及び透明基板１１の上に設けられる透明導電膜１２を有する透明導電性基板１５と、透明導電性基板１５の透明導電膜１２の上に設けられる少なくとも１つの酸化物半導体層１３とを有している。酸化物半導体層１３は、環状の封止部３０Ａの内側に配置されている。透明基板１１は、ＤＳＣ５０Ａ〜５０Ｄの共通の透明基板として使用されている。また透明基板１１と封止部３０Ａとの間には絶縁材１４が設けられている。以下、説明の便宜上、ＤＳＣ５０Ａ〜５０Ｄに対応する透明導電膜１２を透明導電膜１２Ａ〜１２Ｄと呼ぶことがある。

ＤＳＣモジュール１００において、各ＤＳＣ５０の透明導電膜１２Ａ〜１２Ｄはいずれも、四角形状の本体部１２ａを有している（図１参照）。本体部１２ａは、複数の色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄの配列方向Ｘに沿った２つの側縁部１２ｂを有している。そして、図３に示すように、例えば隣り合う２つのＤＳＣ５０Ａ，５０Ｂにおいて、一方のＤＳＣ５０Ｂにおける透明導電膜１２Ｂは、本体部１２ａの両側縁部１２ｂから色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄの配列方向に対して側方に張り出す２つの張出し部１２ｃと、張出し部１２ｃから、隣のＤＳＣ５０Ａ側に延出する延出部１２ｄとを有している。ここで、延出部１２ｄは、ＤＳＣ５０Ａの封止部３０Ａの外側で且つＤＳＣ５０Ａの本体部１２ａの側縁部１２ｂに対して側方の位置まで延出している。具体的には、延出部１２ｄは、ＤＳＣ５０Ｂの封止部３０Ａ、及び他方のＤＳＣ５０Ａの封止部３０Ａに沿って配置されている。そして、２つの延出部１２ｄは、隣のＤＳＣ５０Ａにおける透明導電膜１２Ａの本体部１２ａを挟むように配置されている。

そして、延出部１２ｄと他方のＤＳＣ５０Ａにおける対極２０の金属基板２１とが導電材６０を介して接続されている。導電材６０は、封止部３０Ａの上を通るように配置されている。導電材６０としては、本実施形態では金属膜が用いられる。金属膜を構成する金属材料としては、例えば銀又は銅などを用いることができる。

ＤＳＣ５０Ｃにおいても、透明導電膜１２Ｃが、本体部１２ａのほか、張出し部１２ｃと延出部１２ｄとを有している。またＤＳＣ５０Ｄにおいても、透明導電膜１２Ｄが、本体部１２ａのほか、張出し部１２ｃと延出部１２ｄとを有している。

但し、ＤＳＣ５０Ａは、既にＤＳＣ５０Ｂと接続されており、他に接続されるべきＤＳＣが存在しない。このため、ＤＳＣ５０Ａにおいて、透明導電膜１２Ａは延出部１２ｄを有していない。

図２に示すように、対極２０は、金属基板２１と、金属基板２１の作用極１０側に設けられて触媒反応を促進する触媒層２２とを備えている。また隣り合う２つのＤＳＣにおいて、対極２０同士は互いに離間している。本実施形態では、対極２０によって第２電極が構成されている。

封止部３０Ａは、透明導電性基板１５と対極２０との間に、絶縁材１４と重なるように設けられる環状の第１封止部３１Ａと、第１封止部３１Ａと重なるように設けられ、第１封止部３１Ａと共に対極２０の縁部２０ａを挟持する第２封止部３２Ａとを有している。そして、図４に示すように、隣り合う第１封止部３１Ａ同士が一体化されて第１封止部３１を構成している。また図５に示すように、第１封止部３１を構成して第２封止部３２Ａ同士は、隣り合う対極２０の間で一体化されて第２封止部３２を構成している。なお、絶縁材１４の厚さは、透明導電膜１２の厚さよりも大きくなっており、絶縁材１４の融点は、第１封止部３１Ａの融点よりも高くなっている。

また図２に示すように、ＤＳＣモジュール１００においては、第２封止部３２は、接着部３２ｃを有しており、接着部３２ｃによって第１封止部３１に接着されている。

上記ＤＳＣモジュール１００によれば、隣り合う第１封止部３１Ａ同士、及び、隣り合う第２封止部３２Ａ同士が、隣り合う対極２０の間で一体化されている。ここで、隣り合う第１封止部３１Ａ同士が一体化されなければ、隣り合うＤＳＣ５０の間においては、大気に対して露出される封止部が２箇所となる。これに対し、ＤＳＣモジュール１００においては、隣り合う第１封止部３１Ａ同士が一体化されているため、隣り合うＤＳＣ５０の間において、大気に対して露出される封止部が１箇所となる。また第１封止部３１Ａ同士が一体化されることで、大気から電解質４０までの水分等の侵入距離が延びる。このため、隣り合うＤＳＣ５０間において、ＤＳＣ５０の外部から侵入する水分や空気の量を十分に低減することができる。すなわち、ＤＳＣモジュール１００の封止能を十分に向上させることができる。またＤＳＣモジュール１００によれば、隣り合う第１封止部３１Ａ同士が一体化されている。このため、一体化されない第１封止部３１Ａより封止幅を小さくした状態で第１封止部３１Ａ同士を一体化しても十分な封止幅を確保することが可能となる。すなわち、開口率を向上させながら、第１封止部３１Ａと透明導電性基板１５との接着強度、及び、第１封止部３１Ａと対極２０との接着強度を十分に大きくすることが可能となる。その結果、ＤＳＣモジュール１００が高温下で使用される場合に電解質４０が膨張して第１封止部３１Ａの内側から外側に向かう過大な応力が加えられても、透明導電性基板１５及び対極２０からの第１封止部３１Ａの剥離を十分に抑制することができる。

またＤＳＣモジュール１００においては、第２封止部３２Ａが、隣り合う対極２０同士間の隙間Ｓを通って第１封止部３１Ａと接着されており、対極２０の縁部２０ａが第１封止部３１Ａと第２封止部３２Ａとによって挟持されている。このため、対極２０に対して作用極１０から離れる方向の応力が作用しても、その剥離が第２封止部３２Ａによって十分に抑制される。また、第２封止部３２Ａは、隣り合う対極２０同士間の隙間Ｓを通って第１封止部３１Ａに接着されているため、隣り合うＤＳＣ５０の対極２０同士が接触することが確実に防止される。

さらに絶縁材１４の厚さは透明導電膜１２の厚さよりも大きくなっており、絶縁材１４は、第１封止部３１Ａよりも高い融点を有している。この場合、第１封止部３１Ａが絶縁材１４よりも高い融点を有する。このため、例えば色素増感太陽電池モジュール１００が高温下で使用されて第１封止部３１Ａが軟化し、透明導電性基板１５と対極２０との間隔が縮まることがある。このとき、対極２０が透明導電膜１２に接近しようとしても、絶縁材１４の厚さが透明導電膜１２の厚さよりも大きくなっており、且つ絶縁材１４が、第１封止部３１Ａよりも高い融点を有するため、対極２０と透明導電膜１２との接触が十分に防止される。

またＤＳＣモジュール１００においては、一方のＤＳＣ５０における透明導電膜１２が、２つの張出し部１２ｃと、張出し部１２ｃの各々から、他方のＤＳＣ５０側に延出する延出部１２ｄとを有し、延出部１２ｄは、ＤＳＣ５０Ａの封止部３０Ａの外側で且つＤＳＣ５０Ａの本体部１２ａの側縁部１２ｂに対して側方の位置まで延出している。そして、延出部１２ｄと他方のＤＳＣ５０における対極２０の金属基板２１とが導電材６０を介して接続されている。すなわち、ＤＳＣモジュール１００では、隣り合う２つのＤＳＣ５０において、一方のＤＳＣ５０の透明導電膜１２と、他方のＤＳＣ５０の対極２０とが、全ての色素増感太陽電池５０Ａ〜５０Ｄの封止部３０Ａを含む受光エリアの外側で接続されている。言い換えると、ＤＳＣモジュール１００において発電に寄与しない接続箇所が受光エリアの外側に設けられている。従って、開口率を向上させることが可能となる。また、一方のＤＳＣ５０の透明導電膜１２と、他方のＤＳＣ５０の対極２０とが受光エリア外で接続されているため、透明導電膜１２と導電材６０との接続箇所、及び、対極２０と導電材６０との接続箇所の面積を大きくすることも可能となる。さらに、一方のＤＳＣ５０における透明導電膜１２の延出部１２ｄが、張出し部１２ｃから他方のＤＳＣ５０Ａの封止部３０Ａの外側で且つＤＳＣ５０Ａの本体部１２ａの側縁部１２ｂに対して側方の位置まで延出している。すなわち、ＤＳＣ５０Ｂの透明導電膜１２Ａが、隣のＤＳＣ５０Ａの対極２０のすぐ近くに設けられている。このため、導電材６０を短くすることが可能となり、導電材６０に作業者の手が引っ掛かりにくくなる。その結果、導電材６０と対極２０との接続箇所、又は導電材６０と透明導電膜１２との接続箇所に過大な応力が加わることを防止することができ、ＤＳＣモジュール１００における接続信頼性を十分に向上させることができる。

さらにＤＳＣモジュール１００においては、隣り合う２つのＤＳＣ５０において、一方のＤＳＣ５０の対極２０と、他方のＤＳＣ５０の透明導電膜１２の延出部１２ｄとが金属膜からなる導電材６０によって接続されている。このため、対極２０の作用極１と反対側の面における凹凸を小さくすることが可能となり、ＤＳＣモジュール１００をケースの内壁面などの平坦面上に安定して設置することが可能となる。

次に、上記ＤＳＣモジュール１００の製造方法について説明する。

まず１つの透明基板１１の上に、透明導電膜１２を形成してなる透明導電性基板１５を用意する。

透明基板１１を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板１１の厚さは、ＤＳＣモジュール１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０μｍ〜１００００μｍの範囲にすればよい。

透明導電膜１２を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（Indium−Tin−Oxide：ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、フッ素添加酸化スズ（Fluorine−doped−Tin−Oxide：ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜１２は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜１２が単層で構成される場合、透明導電膜１２は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。また透明導電膜１２として、複数の層で構成される積層体を用いると、各層の特性を反映させることが可能となることから好ましい。中でも、ＩＴＯで構成される層と、ＦＴＯで構成される層との積層体を用いることが好ましい。この場合、高い導電性、耐熱性及び耐薬品性を持つ透明導電膜１２が実現できる。透明導電膜１２の厚さは例えば０．０１μｍ〜２μｍの範囲にすればよい。

透明導電膜１２の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）及びＣＶＤ法などが用いられる。これらのうちスプレー熱分解法が装置コストの点から好ましい。

次に、透明導電膜１２に対し、例えばＹＡＧレーザ又はＣＯ_２レーザ等で以下のようにパターニングを行う。すなわち、ＤＳＣ５０Ａ〜５０Ｄに対応する４つの透明導電膜１２Ａ〜１２Ｄが四角形状の本体部１２ａ及び張出し部１２ｃを有するようにパターニングを行う。このとき、ＤＳＣ５０Ｂ〜５０Ｄに対応する透明導電膜１２Ｂ〜１２Ｄについては、四角形状の本体部１２ａ及び張出し部１２ｃのみならず、張出し部１２ｃから、隣のＤＳＣ５０側に延出する延出部１２ｄが形成されるようにパターニングを行う。

次に、透明導電膜１２の本体部１２ａの上に、酸化物半導体層１３を形成する。酸化物半導体層１３は、酸化物半導体粒子を含む多孔質酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、焼成して形成する。

酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂）、シリカ（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴiＯ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、酸化インジウム（Ｉｎ_３Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化タリウム（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）又はこれらの２種以上で構成される。

酸化物半導体層１３の厚さは、例えば０．５〜５０μｍとすればよい。

酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、バーコート法などを用いることができる。

焼成温度は酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は３５０℃〜６００℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の材質により異なるが、通常は１〜５時間である。

次に、隣り合うＤＳＣ５０の間に配置される絶縁材１４を透明基板１１上に固定する。絶縁材１４は、透明基板１１上の透明導電膜１２と、対極２０とが接触してショートすることを防止するために設けられるものである。従って、絶縁材１４は、第１封止部３１Ａより、融点が高いものであれば良い。

絶縁材１４としては、例えば低融点ガラス等の無機物や、ポリイミド、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂などが用いられる。中でも、電解質４０の漏洩を効果的に防ぐことから、無機物が好ましい。

絶縁材１４の厚さは通常、１〜２００μｍであり、好ましくは３〜１０μｍである。

こうして作用極１０が得られる。

次に、作用極１０の酸化物半導体層１３に光増感色素を担持させる。このためには、作用極１０を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を酸化物半導体層１３に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を酸化物半導体層１３に吸着させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を酸化物半導体層１３に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を酸化物半導体層１３に吸着させても、光増感色素を酸化物半導体層１３に担持させることが可能である。

光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。

次に、酸化物半導体層１３の上に電解質４０を配置する。

電解質４０は例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻のほか、臭素／臭化物イオンなどの対が挙げられる。なお、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質４０は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば１−エチル−３−メチルイミダゾリウム ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、１−メチル−３−メチルイミダゾリウムヨーダイド、ＬｉＩ、Ｉ_２、４−ｔ−ブチルピリジンなどが挙げられる。

次に、図６に示すように、第１封止部３１を形成するための第１封止部形成体１３１を準備する。第１封止部形成体１３１は、１枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムにＤＳＣ５０の数に応じた四角形状の開口１３１ａを形成することによって得ることができる。第１封止部形成体１３１は、複数の第１封止部形成体１３１Ａを一体化させた構造を有する。

封止用樹脂フィルムとしては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。

そして、この第１封止部形成体１３１を、作用極１０の上に接着させる。このとき、第１封止部形成体１３１は、絶縁材１４と重なるように作用極１０に接着する。第１封止部形成体１３１の作用極１０への接着は、第１封止部形成体１３１を加熱溶融させることによって行うことができる。また第１封止部形成体１３１は、本体部１２ａが第１封止部形成体１３１の内側に配置されるように作用極１に接着する。

次に、複数の対極２０を用意する。

対極２０は、上述したように、金属基板２１と、金属基板２１のうち作用極１０側に設けられて対極２０の表面における還元反応を促進する導電性の触媒層２２とを備えるものである。

金属基板２１は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料や、上述した透明基板１１にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物からなる膜を形成したもので構成される。金属基板２１の厚さは、ＤＳＣモジュール１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ〜０．１ｍｍとすればよい。

触媒層２２は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。ここで、炭素系材料としては、カーボンナノチューブが好適に用いられる。

次に、上述した第１封止部形成形成体１３１をもう１つ用意する。そして、複数の対極２０の各々を、第１封止部形成体１３１の各開口１３１ａを塞ぐように貼り合わせる。

次に、対極２０に接着した第１封止部形成体１３１と、作用極１０に接着した第１封止部形成体１３１とを重ね合わせ、第１封止部形成体１３１を加圧しながら加熱溶融させる。こうして作用極１０と対極２０との間に第１封止部３１が形成される。第１封止部３１の形成は、大気圧下で行っても減圧下で行ってもよいが、減圧下で行うことが好ましい。

次に、図５に示すように、第２封止部３２を準備する。第２封止部３２は、複数の第１封止部３２Ａを一体化させた構造を有する。第２封止部３２は、１枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムにＤＳＣ５０の数に応じた四角形状の開口３２ａを形成することによって得ることができる。第２封止部３２は、第１封止部３１と共に対極２０の縁部２０ａを挟むように対極２０に貼り合わせる。第２封止部３２の対極２０への接着は、第２封止部３２を加熱溶融させることによって行うことができる。

封止用樹脂フィルムとしては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。第２封止部形成のための封止用樹脂フィルムの構成材料は、第１封止部の形成のための封止用樹脂フィルムの構成材料よりも高い粘性を有することが好ましい。この場合、ＤＳＣモジュールの耐久性をより向上させることができる。

最後に、導電材６０を構成する金属材料を含むペーストを用意し、このペーストを、対極２０から、隣りのＤＳＣ５０の透明導電膜１２の延出部１２ｄにわたって塗布し、硬化させる。このとき、光増感色素への悪影響を避ける観点から、ペーストとして、９０℃以下の温度で硬化させることが可能な低温硬化型のペーストを用いることが好ましい。こうして、対極２０と、隣のＤＳＣ５０の透明導電膜１２とを接続する導電材６０が得られる（図１参照）。

以上のようにしてＤＳＣモジュール１００が得られる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第２封止部３２Ａが第１封止部３１Ａに接着されているが、第２封止部３２Ａは第１封止部３１Ａに接着されていなくてもよい。

また上記実施形態では第２封止部３２Ａが設けられているが、第２封止部３２Ａは必ずしも必要なものではない。

さらに、隣り合うＤＳＣ５０の環状の第１封止部３１Ａ同士は必ずしも一体化されていなくてもよい。すなわち、環状の第１封止部３１Ａ同士は互いに離間されていてもよい。

また上記実施形態では、透明導電膜１２Ｂ〜１２Ｄの各々が２つの張出し部１２ｃを有しているが、透明導電膜１２Ｂ〜１２Ｄは張出し部１２ｃを２つ有する必要はなく、１つのみ有していてもよい。この場合、透明導電膜１２Ｂ〜１２Ｄは延出部１２ｄを１つのみ有することになる。

さらに上記実施形態では、導電材６０が金属膜で構成されているが、導電材６０は金属膜に限られず、ジャンパー線等で構成されてもよい。

さらにまた上記実施形態では、酸化物半導体層１３は、透明導電膜１２の上に設けられているが、金属基板２１の上に設けられてもよい。この場合、酸化物半導体層１３と金属基板２１とで作用極が構成され、透明基板１１と透明導電膜１２とで対極が構成される。

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まずガラスからなる厚さ１ｍｍの透明基板の上に、厚さ１μｍのＦＴＯからなる透明導電膜を形成してなる透明導電性基板を準備した。そして、ＣＯ_２レーザ（ユニバーサルシステム社製Ｖ−４６０）によって１列に配列された４つの透明導電膜が形成されるようにパターニングを行った。パターニングは、４つの透明導電膜は、３ｃｍ×５ｃｍの矩形状の本体部を有するように形成し、本体部同士間の間隔が０．５ｍｍとなるようにした。また、４つの透明導電膜のうち３つの透明導電膜については、本体部の側縁部から張り出す２つの張出し部と、２つの張出し部の各々から、隣のＤＳＣに対応する透明導電膜の本体部の側縁部に対して側方の位置まで延びる延出部とが形成されるようにした。このとき、張出し部の長さは１ｃｍとし、張出し方向の幅は３ｍｍとした。また延出部の幅は２ｍｍとし、延出部の延出方向の長さは２ｃｍとなるようにした。

次に、透明導電膜の本体部の上に、チタニアを含む酸化物半導体層形成用ペーストを塗布し乾燥した後、５００℃で１時間焼成した。こうして酸化物半導体層１３を有する作用極を得た。

次に、低融点ガラスからなる絶縁材を、スクリーン印刷後焼成して隣り合う本体部同士間に形成した。

次に、作用極を、Ｎ７１９からなる光増感色素を０．３ｍｍｏl含み、溶媒を、アセトニトリルとｔｅｒｔブタノールとを１：１の体積比で混合してなる混合溶媒とした色素溶液中に一昼夜浸漬させた後、取り出して乾燥させ、酸化物半導体層に光増感色素を担持させた。

次に、酸化物半導体層の上に、ヨウ素レドックスからなる電解質を塗布し乾燥させて電解質を配置した。

次に、第１封止部を形成するための第１封止部形成体を準備した。各第１封止部形成体は、１２ｃｍ×５ｃｍ×５０μｍのエチレン−メタクリル酸共重合体（商品名：ニュクレル、三井・デュポンポリケミカル社製）からなる１枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、４つの四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、各開口は、２．８ｃｍ×４．８ｃｍ×５０μｍの大きさとなるようにした。その結果、幅が１ｍｍの第１封止部形成体を得た。

そして、この第１封止部形成体を、作用極の上に載せた後、第１封止部形成体を加熱溶融させることによって作用極に接着させた。

次に、４枚の対極を用意した。各対極は、２．９５ｃｍ×５ｃｍ×４０μｍのチタン箔の上にスパッタリング法によって厚さ１０ｎｍの白金からなる触媒層を形成することによって用意した。また、上記第１封止部形成体をもう１つ準備し、この第１封止部形成体を、対極のうち作用極と対向する面に、上記と同様にして接着させた。

そして、作用極に接着させた第１封止部形成体と、対極に接着させた第１封止部形成体とを対向させ、第１封止部形成体同士を重ね合わせた。そして、この状態で第１封止部形成体を加圧しながら第１封止部形成体を加熱溶融させた。こうして作用極と対極との間に第１封止部を形成した。

次に、第２封止部を準備した。第２封止部は、１３ｃｍ×６ｃｍ×５０μｍの無水マレイン酸変性ポリエチレン（商品名：バイネル、デュポン社製）からなる１枚の封止用樹脂フィルムを用意し、その封止用樹脂フィルムに、４つの四角形状の開口を形成することによって得た。このとき、各開口は、２．８ｃｍ×４．８ｃｍ×５０μｍの大きさとなるようにした。その結果、外周部の幅が１．５ｍｍで、外周部の内側開口を仕切る仕切部の幅が１ｍｍである第２封止部を得た。第２封止部は、第１封止部と共に対極の縁部を挟むように対極に貼り合わせた。このとき、第２封止部を対極に押しつけながら第１封止部及び第２封止部を加熱溶融させることによって対極及び第１封止部に貼り合せた。

最後に、低温硬化型の銀ペースト（藤倉化成社製、Ｄ−５００）を用意し、対極から、隣のＤＳＣに対応する透明導電膜の延出部にわたって塗布し、３０℃で１２時間硬化させた。こうして、７ｍｍ×１０ｍｍ×１０μｍの銀からなる導電材を形成した。こうしてＤＳＣモジュールを得た。

（比較例１）
透明導電膜として、延出部を有しないものを形成するとともに、第２封止部を使用せず、第１封止部を、幅１ｍｍで、２．８ｍｍ×４．８ｍｍの開口を有する４つの四角環状の封止部とし、隣り合うＤＳＣの封止部の間隔を２ｍｍとし、封止部の間において対極の縁部と隣のＤＳＣの透明導電膜をジャンパ線を介して接続したこと以外は実施例１と同様にしてＤＳＣモジュールを作製した。

（比較例２）
４つのＤＳＣの一端側にある１番目のＤＳＣから２番目及び４番目のＤＳＣの封止部及び対極をそれぞれ、４つのＤＳＣの配列方向に対して側方に２ｍｍずらして２番目及び４番目のＤＳＣの透明導電膜を露出させ、露出した透明導電膜と、隣のＤＳＣの対極とを実施例１と同様の導電材を介して接続したこと以外は比較例１と同様にしてＤＳＣモジュールを作製した。

実施例１、比較例１及び比較例２で得られたＤＳＣモジュールについて、開口率を測定した。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１で得られたＤＳＣモジュールの開口率は、比較例１及び２で得られたＤＳＣモジュールよりも大きいことが分かった。

また実施例１のＤＳＣモジュールは、隣り合う２つのＤＳＣにおいて、一方のＤＳＣの対極と他方のＤＳＣの透明導電膜の延出部とが金属膜で接続されている。このため、作業者の手が引っ掛かる心配がなくなり、接続信頼性を十分に向上させることができるものと考えられる。また金属膜が、隣の色素増感太陽電池の対極と接触することが十分に防止されているため、隣り合う対極同士が金属膜によって電気的に接続されることが十分に防止される。その結果、ＤＳＣモジュールの動作不良を十分に防止することも可能となると考えられる。

１０…作用極
１１…透明基板
１２…透明導電膜
１２ａ…本体部
１２ｃ…張出し部
１２ｄ…延出部
１３…酸化物半導体層
１５…透明導電性基板（第１電極）
２０…対極（第２電極）
２１…金属基板
３０，３０Ａ…封止部
５０…色素増感太陽電池
６０…導電材
１００…色素増感太陽電池モジュール。

Claims (2)

1. 直列に接続される複数の色素増感太陽電池を有する色素増感太陽電池モジュールにおいて、
   前記色素増感太陽電池が、
   透明基板、及び前記透明基板の上に設けられ、本体部を有する透明導電膜を有する第１電極と、
   前記第１電極に対向し金属基板を含む第２電極と、
   前記第１電極又は前記第２電極上に設けられる酸化物半導体層と、
   前記第１電極及び前記第２電極を接合させる環状の封止部とを備えており、
   前記透明基板が、前記複数の色素増感太陽電池の共通の透明基板で構成され、
   隣り合う２つの色素増感太陽電池において、一方の色素増感太陽電池における前記透明導電膜が、
   前記本体部から前記複数の色素増感太陽電池の配列方向に対して側方に前記封止部を越えて張り出す張出し部と、
   前記張出し部から前記他方の色素増感太陽電池の前記封止部の外側で且つ前記他方の色素増感太陽電池の前記本体部の側方の位置まで延出する延出部とを有し、
   前記延出部と他方の色素増感太陽電池における前記第２電極の前記金属基板とが導電材を介して接続されている、
   色素増感太陽電池モジュール。
2. 前記導電材が金属膜である、請求項１に記載の色素増感太陽電池モジュール。
   
   

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