KR100847551B1 - 광전 변환 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

광전 변환 소자는 케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고, 상기 적층체는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과, 상기 작용극의 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과, 상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을을 구비하고, 상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면과 직접적 또는 간접적으로 접해 있고, 상기 케이스 중 적어도 작용극과 접하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어진다.

Description

광전 변환 소자 및 그 제조 방법{Photoelectric converter and method for manufacturing same}
본원은, 2003년 8월 6일에 출원된 특원 2003-288076호 및 2003년 12월 18일에 출원된 특원 2003-421084호; 2003년 12월 25일에 출원된 특원 2003-430606호; 2004년 3월 5일에 출원된 특원 2004-63032호; 2004년 3월 31일에 출원된 특원 2004-106616호; 및 2004년 3월 31일에 출원된 특원 2004-106617호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 색소 증감형 태양 전지 등의 광전 변환 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전해질층을 작용극과 대전극과에 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 가지는 셀 자체에 가열 등의 부하를 주지 않고, 셀 구성 부재와 그 외측으로 배치되는 패키지재를 일괄적으로 봉지할 수 있는 광전 변환 소자 및 그 제조 방법 및 작용극과 대전극이 전해질을 개재한 상태에서 중첩되어 이루어진 적층체를 복수개, 케이스 내에 배열하여 밀봉 봉지한 광전 변환 소자에 관한 것이다.
환경 문제, 자원 문제 등을 배경으로 클린 에너지로서의 태양 전지가 주목받고 있다. 태양 전지로는 단결정, 다결정 혹은 아몰퍼스의 실리콘을 이용한 것이 있 다. 그러나, 종래의 실리콘계 태양 전지는 제조 비용이 높고, 원료 공급이 불충분한 등의 과제가 남아 있기 때문에 보급되지 않고 있다.
또한 Cu-In-Se계(CIS계라고도 함) 등의 화합물계 태양 전지도 개발되어 있고, 이 화합물계 태양 전지는 매우 높은 변환 효율을 나타내는 등 뛰어난 특징을 가지고 있다. 그러나, 이 화합물계 태양 전지도 비용이나 환경 부하 등의 문제로 보급되고 있지 않다.
이들 태양 전지에 대하여 스위스의 그레첼 등의 그룹 등으로부터 제안된 색소 증감형 태양 전지는 저렴하고 높은 광전 변환 효율이 얻어지는 광전 변환 소자로서 주목받고 있다.
도 1은, 종래의 기술에 의한 색소 증감형 태양 전지의 일예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
이 색소 증감형 태양 전지(100)는, 증감 색소를 담지시킨 다공질 반도체 전극(이하, 색소 증감 반도체 전극이라 함)(103)이 일측면에 형성된 제1 기판(101)과, 도전막(104)이 형성된 제2 기판(105)과, 이들 사이에 동봉된 예컨대 겔상 전해질로 이루어지는 전해질층(106)으로 주로 구성되어 있다.
제1 기판(101)에는 광투과성의 판재가 이용되고, 제1 기판(101)의 색소 증감반도체 전극(103)과 접하는 면에는 도전성을 부여하기 위해 투명 도전층(102)이 마련되어 있다. 제1 기판(101), 투명 도전층(102) 및 색소 증감반도체 전극(103)에 의해 창극(窓極)(108)이 구성되어 있다.
한편, 제2 기판(105)에는, 전해질층(106)과 접하는 측의 면에 도전성을 부여 하기 위해, 예컨대 탄소나 백금으로 이루어지는 도전층(104)이 마련되어 있다. 제2 기판(105) 및 도전층(104)에 의해 대전극(109)이 구성되어 있다.
색소 증감형 태양 전지(100)에서는, 색소 증감 반도체 전극(103)과 도전층(104)이 대향되도록 제1 기판(101)과 제2 기판(105)이 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 양 기판간의 주변부에 열가소성 수지로 이루어지는 봉지제(107)가 마련되어 있다. 이 봉지제(107)를 통하여 2개의 기판(101, 105)을 접합시켜 셀을 만들고, 전해액의 주입구(110)를 통해 양극(108, 109) 사이에 요오드·요오드화물 이온 등의 산화·환원종을 포함하는 유기 전해액을 충전하고, 전하 이송용의 전해질층(106)을 형성한 것을 들 수 있다. 즉, 봉지제(107)는 전해질층(106) 중에 포함되는 전해액이 누출되거나, 휘발성 성분이 휘발되거나 하는 것을 막는 역할을 하고 있다.
이어서, 색소 증감형 태양 전지(100)의 제조 방법을 개략적으로 설명하기로 한다.
우선, 열가소성 수지로 이루어지는 봉지제(107)를 통해 창극(108)과 대전극(109)을 적층한 후, 창극(108) 및 대전극(109), 또는, 창극(108) 혹은 대전극(109) 중 어느 하나를 통하여 봉지제(107)를 가열하고 용융함으로써 창극(108)과 대전극(109)을 접착하여, 한 쌍의 전극(창극(108)과 대전극(109))으로 이루어지는 적층체를 조립한다.
이어서, 대전극(109)을 관통하도록 설치된 주입구(110)를 통하여 창극(108)과 대전극(109)의 사이에 요오드·요오드화물 이온 등의 산화·환원종을 포함하는 전해액을 충전한 후, 주입구(110)를 덮개(111)로 막고, 전하 이송용의 전해질층(106)을 형성하여 한 쌍의 전극(창극(108)과 대전극(109))과, 이들 사이에 개재된 전해질층(106)으로 이루어지는 색소 증감형 태양 전지(100)를 얻는다(예컨대, 일본국 특개 2002-184478호 공보, 및 N.Papageorgiouetal., J.Electrochem.Soc., 143(10), 3099, 1996 참조).
이 전해액의 주입으로는, 태양 전지의 셀을 만든 후, 배면 등에 설치한 주액구로부터 모세관 현상, 압력차 등을 이용하여 배치식으로 주입하고 있다.
반도체 전극을 러프니스 팩터>1000이라고 하는 큰 비표면적을 갖는 다공막 구조로 함으로써, 광흡수 효율을 높이고, 10% 이상의 광전 변환 효율도 보고되고 있다. 비용면에서도 현행 실리콘계 태양 전지의 1/2∼1/6 정도로 예상되고 있고, 반드시 복잡하고 대규모의 제조 설비를 필요로 하지는 않으며 또한 유해 물질도 포함하지 않기 때문에, 대량 보급에 대응할 수 있는 염가의 대량 생산형 태양 전지로서 높은 가능성을 갖는다고 할 수 있다.
그러나, 상기 색소 증감형 태양 전지에서는, 아세트니트릴 등과 같은 휘발성 용매를 전해액으로서 이용하고 이것을 셀에 봉입하고 있고, 이러한 시스템에서는 휘발에 의한 셀 특성의 저하가 발생하는 문제가 있었다. 따라서, 그 대책으로, 전해액으로서 이온성 액체를 이용하는 시도가 있다(예컨대, N.Papageorgiouetal., J.Electrochem.Soc., 143(10), 3099, 1996 참조). 이 이온성 액체는 상온 용융성 염이라고도 하며, 실온 부근을 포함하는 넓은 온도 범위에서 안정된 액체로서 존재하는 정과 부의 전하를 띤 이온으로만 이루어지는 염이다. 이 이온성 액체는 실질 적으로 증기압을 갖지 않아 일반적인 유기 용매와 같은 휘발, 인화 등의 걱정이 없으므로 휘발에 의한 셀 특성 저하의 해결 수단으로서 기대되고 있다.
또한 전해액을 이용한 경우, 제조시나 셀 파손시에 전해액이 누출될 염려가 있기 때문에, 이 누출의 대책으로 적당한 겔화제를 이용하여 전해액을 겔화(응고체화)하는 시도도 각 연구 기관에서 활발히 행해지고 있다(예컨대, 일본국 특개 2002-184478호 공보). 겔화하면 액체 상태의 경우 보다 휘발성을 억제할 수 있다는 보고도 있다. 이온성 액체에 대해서도 같은 시도가 이루어지고 있고, 겔화된 이온성 액체(이온 겔)은 안전성, 내구성에도 뛰어나다는 특징을 가진다.
그러나, 상술한 종래의 색소 증감형 태양 전지의 제조에서는 열가소성 수지를 사용하여 봉지함으로써 봉지제(107)를 형성하였다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 구체적으로는 열을 가하여 수지를 용융시켜 2장의 전극(창극(108), 대전극(109))을 접착하였다. 그 때, 열이 제1 기판(101)을 통하여 색소 증감 반도체 전극(103)까지 도달하기 때문에, 색소 증감 반도체 전극(103)에 흡착된 색소에 악영향을 줄 염려가 있었다.
또한 봉지제(107)는 수지로 형성되어 있으므로, 장기간 사용시에 내후성 면에서 문제가 있었다.
또한, 전해액을 주입할 때는, 우선 2장의 전극판을 융착하여 셀의 형태를 만든 후, 미리 개구해 둔 주입구(1l0)를 통하여 매우 좁은 공간을 획정하는 2장의 전극간에 주입하고, 마지막으로 주입구(110)에 덮개(111)를 해야 하는 등 제조 공정이 복잡하게 되는 문제가 있었다. 또한 전해액의 점도가 높으면 전해액을 주입하기 위해 많은 시간과 수고를 필요로 하므로 제조 비용의 증대를 초래하였다.
또한 봉지제(107)는 열가소성 수지로 이루어지므로, 내후성이 떨어져 장기간 사용시에는 적합하지 않은 문제가 있었다.
본 발명의 제1 태양은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 전극의 접착시에 가해지는 열이 색소 증감 반도체 전극에 흡착된 색소에 미치는 영향을 억제함과 동시에, 장기 사용시에 있어서의 내후성에 뛰어나고, 또한 액상 또는 겔상의 전해질의 충전을 용이하게 할 수 있는 광전 변환 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 태양은, 케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고, 상기 적층체는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과, 상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층측에 있어서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과, 상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고, 상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면과 직접적 또는 간접적으로 접해 있고, 상기 케이스 중 적어도 작용극과 접하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어지는 광전 변환 소자를 제공한다.
상기 광전 변환 소자에서는, 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체가, 그 상면 및 하면을 케이스의 내면에 직접적 또는 간접적으로 접하도록 수납되어 있다. 즉, 직접적이건 간접적이건, 케이스의 내면이 적층체의 상면 및 하면을 개재하도록 구성하여 케이스를 봉지함으로써 적층체로 이루어지는 셀 구성 부재도 포함하여 일괄적으로 봉지할 수 있게 되므로, 적층체에 열이 가해지는 영향을 현저하게 저감할 수 있다. 그러므로, 전극 접착시에 더해지는 열의 영향을 받아 색소가 소정의 기능이 저해된다고 하는 종래의 과제는 해소되고, 색소는 그 성능을 안정되게 발휘할 수 있으므로, 안정된 광전 변환 특성이 얻어진다. 또한 케이스 중 적어도 작용극과 접하는 부분이 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 구성되어 있다면, 태양광을 적층체로 이루어지는 셀 구성 부재 내로 받아들일 수 있다.
또한 이러한 구성의 광전 변환 소자로는, 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 이용할 수 있기 때문에, 예컨대 한편의 전극 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 적하, 도포, 또는 스프레이 후, 그 위에서 타측의 전극을 개재하여 압력을 가함으로써, 전극 중으로의 작용극을 구성하는 다공질 산화물 반도체층의 표면에 액상 또는 겔상의 전해질을 침투시켜 전해질층을 형성할 수 있고, 이에 따라 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 형성할 수 있다. 그 때, 전극간에 개재된 액상 또는 겔상의 전해질은, 모세관 현상에 의해 간극으로부터 넘치는 일은 없다. 따라서, 종래 다대한 시간을 요구한 전해액의 주입 공정을 생략할 수 있으므로, 광전 변환 소자의 제조에 필요한 코스트를 더 삭감할 수 있게 된다.
또한, 상기 구성에 의하면, 종래와 같이 수지로 이루어지는 봉지제를 사용할 필요가 없으므로, 장기 사용시에 있어서의 내후성이 개선되므로, 광전 변환 특성의 장기 안정성이 뛰어난 광전 변환 소자의 제공이 가능해진다.
또한 상기 광전 변환 소자로는, 적층체로 이루어지는 셀 구성 부재가 케이스 내에 설치되어 있고 외기와 닿지 않는 구성을 채용하고 있다. 즉, 밀폐된 공간 내에 셀 구성 부재가 넣어져 있으므로, 종래의 광전 변환 소자 보다 대 환경 특성이 뛰어난 광전 변환 소자가 얻어진다.
상기 광전 변환 소자로는, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 탄성 부재를 마련함으로써 탄성 부재의 반발력에 의해 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체는 케이스 내에서 상하 방향으로부터 강하게 가압된 상태에서 유지된다. 따라서 상하의 전극이 그 면내 방향으로 상대적인 위치 이탈을 일으키기 어려워지므로, 외력에 대한 높은 형상 안정을 구비함과 동시에, 내진성에도 우수한 광전 변환 소자의 제공이 가능해진다.
상기 광전 변환 소자에 있어서, 상기 케이스의 내부를 통과하여 상기 적층체의 측면에 접촉하지 않도록, 상기 대전극과 상기 작용극에 일단이 각각 접속되고, 상기 케이스의 외부로 타단이 각각 연장되는 도전체를 개별적으로 설치하여 이루어진 구성을 채용하면, 외부 회로와 접속하기 위해 사용되는 도전체의 타단을 케이스의 어디서라도 자유롭게 케이스의 외부로 도출할 수 있게 된다. 따라서, 케이스 내에 적층체로 이루어지는 셀 구성 부재가 내재되어 이루어진 본 발명의 제1 태양의 광전 변환 소자는 외부 회로계에 맞춘 다양한 설치 조건에 부응할 수 있다.
상기 도전체 타단의 바람직한 일예로는, 상기 케이스의 측면에서 케이스의 외부로 연장되는 구성을 들 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수개의 광전 변환 소자를 직렬로 접속시키는 경우, 케이스의 측부가 서로 접촉하도록 2차원적으로 케이스를 나란히 배치만 해도 되므로, 시공에 필요한 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다. 특히, 종래와 같은 광전 변환 소자들 서로 접속하기 위한 회로가 불필요하게 되므로 유니트를 저렴하게 제조할 수 있다.
또한 상기 도전체 타단의 바람직한 다른 일예로는, 상기 케이스 저부로부터 케이스의 외부로 연장되는 구성을 들 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수개의 광전 변환 소자를 직렬로 접속시키는 경우, 케이스 저부를 외부 회로와 접촉하도록, 2차원적으로 케이스를 나란히 배치만 해도 되므로, 시공에 필요한 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다. 특히, 광전 변환 소자를 서로 접속하기 위한 외부 회로가 케이스의 받침이 되어, 외부 회로는 광전 변환 소자를 내장하는 케이스로 보호된 상태가 되므로, 내 환경 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이 형태의 광전 변환 소자는, 예컨대, 지붕재나 벽재료의 일부 혹은 전부로서 이용할 수 있다.
본 발명의 제1 태양은, 내저면을 갖는 상자 및 덮개를 구비하는 케이스를 제공하는 공정과, 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극을 제공하는 공정과, 상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층을 형성하는 공정과, 상기 케이스의 상자의 상기 내저면에 상기 대전극을 배치하는 공정과, 상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 대전극에 상기 작용극을 중첩하여 적층체를 형성하는 공정과, 상기 작용극을 덮도록 상기 케이스의 상기 덮개를 배치하는 공정과, 상기 케이스의 외측에서 상기 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하여 케이스를 봉지하는 공정을 갖는 광전 변환 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법에 있어서는, 상기 작용극을 구성하는 다공질 산화물 반도체층 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층을 형성하는 공정에 의해, 다공질 산화물 반도체층의 표면 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 균일하게 퍼지게 할 수 있다.
여기서, 작용극을 구성하는 다공질 산화물 반도체층 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하는 것이란, 다공질 산화물 반도체층의 표면에 액상 또는 겔상의 전해질을 침투시키는 것을 포함하는 의미로 한다. 또한 액상의 전해질이란, 통상, 전해액이라고 불리는 것으로, 요소·요우화물 이온 등의 전해질 성분을 용매에 용해시킨 용액을 가리킨다.
예컨대, 작용극과 대전극 중 일방의 전극 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 적하, 도포, 또는 스프레이한 후, 그 위에서 타측의 전극을 개재하여 압력을 가함으로써, 전극 중 작용극을 구성하는 다공질 산화물 반도체층의 표면에 액상 또는 겔상의 전해질을 침투시켜 전해질층을 형성할 수 있고, 이에 따라 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 형성할 수 있다.
즉, 이 공정에 의하면, 종래와 같이 작용극과 대전극 사이의 좁은 공간에 주입구를 통하여 액상 또는 겔상의 전해질을 강제적으로 주입할 필요가 없기 때문에, 작용극과 대전극 사이에 액상 또는 겔상의 전해질이 미치지 않는 영역이 발생하거나, 혹은 액상 또는 겔상의 전해질이 부분적으로 존재하는 등의 문제점이 해소된다.
또한, 케이스를 구성하는 케이스 내저면에 상기 대전극을 설치하고, 상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 작용극을 중첩하여 적층체를 형성하고, 상기 작용극을 덮도록 상기 케이스를 구성하는 덮개를 배치한 후, 상기 케이스의 외측으로부터 상기 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하여 케이스를 봉지하는 공정에 의해, 케이스를 봉지함으로써 적층체로 이루어지는 셀 구성 부재도 포함시켜 일괄적으로 봉지할 수 있게 된다. 케이스를 봉지할 때, 케이스에 국소적으로 열을 가하더라도, 적층체에는 열이 거의 가해지지 않는다. 그러므로, 이 공정을 채용하면, 종래의 전극 접착시에 가해지는 열의 영향으로 색소의 소정의 기능이 저해되는 문제가 해소된다.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따른 제조 방법은, 상술한 특징을 구비하여 이루어진 광전 변환 소자, 즉, 전극의 접착시에 가해지는 열이 색소 증감 반도체 전극에 흡착된 색소에 미치는 영향을 억제함과 동시에, 장기 사용시에 있어서의 내후성이 뛰어나고, 또한, 액상 또는 겔상의 전해질의 충전을 용이하게 할 수 있는 광전 변환 소자의 안정된 제조에 기여한다.
본 발명의 제2 태양은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 색소 증감 반도체 전극에 전해액을 적하하여 주입할 수 있고, 또한, 우수한 발전 효율이 얻어지는 광전 변환 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제2 태양은, 내저면을 갖는 케이스 및 적층체를 구비하고, 상기 적층체는 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과, 상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과, 상기 작용극 및 상기 대전극 간의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고, 상기 적층체는 상기 대전극이 상기 상자의 내저면과 직접적 또는 간접적으로 접하도록 상기 상자 내에 수납되고, 상기 상자는 상기 작용극을 사용하여 봉지되어 있는 광전 변환 소자를 제공한다.
이러한 구성의 광전 변환 소자에서는, 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체가 대전극을 내저면과 직접적 또는 간접적으로 접하도록 상자 내에 수납되고, 상자는 작용극을 사용하여 봉지되어 있다. 즉, 작용극이 케이스를 구성하는 덮개를 겸하고 있다.
이 구성을 채용한 광전 변환 소자에서는, 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 이용할 수 있기 때문에, 예컨대 일방의 전극 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하고, 그 위에서 타방의 전극을 개재함으로써 적층체를 형성할 수 있다. 그 때, 전극간에 개재된 전해질이 모세관 현상에 의해 간극으로부터 흘러나오는 일은 없다. 따라서, 종래에 많은 시간을 요구한 전해액의 주입 공정을 생략할 수 있으므로, 광전 변환 소자의 제조에 요구되는 비용을 더욱 삭감할 수 있게 된다.
상술한 광전 변환 소자에 있어서, 상기 작용극을 구성하는 제1 기판에서는, 태양광을 투과하는 광학 특성과 내열성을 겸비한 재료가 바람직하다. 태양광을 투과하는 광학 특성을 가짐으로써 케이스 내에 수납되어 있는 적층체까지 태양광을 충분히 도달시킬 수 있다. 또한 내열성을 가짐으로써 봉지시의 열적 영향에 의해 휨 등의 발생이 억제되고, 전극간 거리가 유지되기 때문에 발전 특성의 장기 안정성이 확보된다.
본 발명의 제2 태양은, 내저면을 갖는 케이스를 구비하는 필몸을 제공하는 공정과, 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극을 제공하는 공정과, 상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층을 형성하는 공정과, 상기 대전극이 상기 상자의 상기 내저면에 직접적 또는 간접적으로 접하도록 상기 케이스의 상기 상자의 상기 내저면에 상기 대전극을 배치하는 공정과, 상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 대전극에 상기 작용극을 중첩하여 적층체를 형성하는 공정과, 상기 작용극을 상기 케이스를 덮도록 배치하는 공정 레이저법 또는 접착법에 의해 상기 작용극을 상기 상자에 봉지하여 상기 케이스를 제작하는 공정을 갖는 광전 변환 소자의 제조 방법을 제공한다.
이러한 제조 방법은, 특히, 케이스를 구성하는 상자 내저면과 직접적 또는 간접적으로 상기 대전극을 설치하고, 상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 작용극을 중첩하여 적층체를 형성하고, 상기 작용극이 상기 케이스의 덮개가 되도록 배치한 후, 레이저법 또는 접착법에 의해 상기 작용극을 상기 상자에 봉지하여 상기 케이스를 제작하는 공정을 구비하고 있으므로, 충전함으로써 전해질을 주입할 수 있다는 이점을 유지한 채, 종래와 같이 수지를 이용하지 않고, 봉지할 부분에 레이저 조사를 하거나(레이저법이라 함), 혹은 접착제를 마련(접착법이라 함) 하는 것 만으로 간편하게 봉지할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 태양에 따른 제조 방법에서는 덮개와 상자의 접속부만 레이저 조사 또는 접착하여 봉지하므로, 종래의 봉지법과 같이 셀 자체, 즉 적층체에 대하여 가열이나 가압 등의 부하를 가하지 않고, 케이스를 구성하는 상자 중에 셀을 형성하는 적층체를 수납하고, 그 위에 덮개를 설치하여 케이스를 일괄적으로 봉지할 수 있다. 또한 봉지용의 수지가 돌아들어가는 문제의 발생도 회피되기 때문에 바람직하다.
본 발명의 제3 태양은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 우수한 발전 효율이 얻어지고, 또한 발전 효율의 변동이 억제되며, 또한 광전 변환 소자의 수광면의 전면에 있어서 발전 효율의 분산이 거의 없는 광전 변환 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제3 태양은, 케이스와, 복수의 적층체를 구비하고, 상기 복수의 적층체는 상기 케이스 내에 배열하여 봉지되어 있고, 상기 적층체의 각각은 작용극과, 대전극과, 상기 작용극과 상기 대전극 사이에 개재된 전해질층을 구비하고, 상기 케이스는 배면판과, 상기 배면판의 외주부에 설치한 프레임를 구비하며, 상기 프레임은 측벽부와 창틀부를 가지고, 상기 창틀부는 상기 배면판에 대향 배치되어 상기 적층체를 상기 배면판 방향으로 압압하며, 상기 적층체는 집전 배선부를 가지고, 상기 창틀부는 상기 적층체의 상기 집전 배선부의 위치에 대응된 영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자를 제공한다.
본 발명의 제3 태양에 따른 발명은, 상기 측벽부가 상기 배면판에 대하여 착탈 가능하거나, 상기 창틀부가 상기 측벽부에 대하여 착탈 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 태양에 따른 발명은, 상기 적층체와 상기 배면판 사이에 탄성 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 태양은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 저렴하게 제조할 수 있고, 장기 신뢰성 및 발전 효율이 뛰어나고, 부적합 발생시에 수리나 교환이 용이한 광전 변환 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 발명 제4 태양은, 적층체와, 상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는 작용극과, 대전극과, 상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고, 상기 케이스는, 상기 적층체를 가리고 있는 프레임과, 상기 적층체를 상기 프레임에 고정하는 덮개를 구비하고, 상기 프레임은 상기 작용극에 있어서 상기 도전체가 형성되어 있는 위치에 대응된 영역을 덮고 있는 광전 변환 소자를 제공한다.
상기 광전 변환 소자에 있어서, 상기 도전체가 상기 작용극의 주연부에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 광전 변환 소자에 있어서, 상기 케이스가 상기 프레임에 착탈 가능하게 고정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 광전 변환 소자에 있어서, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 탄성 부재가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제5 태양은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 저렴하게 제조할 수 있고, 장기 신뢰성 및 발전 효율이 뛰어나고, 문제 발생시에 수리나 교환이 용이한 광전 변환 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제5 태양은, 적층체와, 상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는 작용극과, 대전극과, 상기 작용극 및 상기 대전극 사이에 형성된 전해질층을 구비하고, 상기 케이스는 상기 적층체를 덮는 본체와, 상기 적층체를 상기 본체에 고정하는 덮개를 구비하고, 상기 덮개는 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있는 광전 변환 소자를 제공한다.
본 발명의 제5 태양은, 작용극, 대전극 및 이들 사이에 형성된 전해질층으로 이루어지는 적층체와, 이들을 수용하는 케이스를 구비한 광전 변환 소자로서, 상기 케이스는 상기 적층체를 덮는 본체로 이루어지고, 상기 작용극이 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있는 광전 변환 소자를 제공한다.
상기 광전 변환 소자에 있어서, 상기 대전극과 상기 케이스 사이에 탄성 부재가 개재되어 있는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 기술에 의한 색소 증감형 태양 전지의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자 외의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 광전 변환 소자의 일예인 색소 증감형 태양 전지를 가리키는 평면도이다.
도 7은 도 6 중 A-A선에서의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태의 색소 증감형 태양 전지의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태의 색소 증감형 태양 전지의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제1예인 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 11은 도 10의 색소 증감형 태양 전지를 가리키는 개략 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제2예인 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제1예인 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제2예인 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 단, 본 발명은 이하의 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 이들 실시예의 구성 요소를 적당히 조합해도 된다.
(제1 실시 형태)
이하, 실시예에 따라 본 발명의 제l 실시 형태를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
이 색소 증감형 태양 전지(광전 변환 소자)(210)은, 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(산화물 전극이라고도 함)(213)을 갖는 작용극(창극이라고도 함)(218)과, 작용극(218)의 다공질 산화물 반도체층(213)측에서 이에 대향 배치되는 대전극(219) 및 이들 양극 사이의 적어도 일부에 전해질층(216)을 배치해도 된다. 작용극(218)은, 예컨대 제1 기판(211)과 그 위에 순서대로 배치되는 투명 도전막(212) 및 산화물 전극(213)으로 이루어진다. 일방의 대전극(219)은, 예컨대 제2 기판(215)과 그 위에 배치되는 도전막(214)으로 이루어진다.
전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극(219) 사이에 두고 형성되는 적층체(220)가 셀 구성 부재, 즉 광전 변환 소자로서 기능한다. 색소 증감형 태양 전지(210)에 있어서, 적층체(220)는 이것을 둘러싸는 케이스(221)의 내측에 수납되어 있고, 적층체(220)의 상면 및 하면은 케이스(221)의 내면과 접해 있다. 여기서, 케이스(221) 중 적어도 작용극(218)과 접하는 부분, 즉 도 2에 나타낸 덮개(225)는, 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 구성된다.
색소 증감형 태양 전지(210)에서는, 전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극 (219)을 개재하여 형성되는 적층체(220)가 그 상면 및 하면을 케이스(221)의 내면에 접하도록 수납되어 있고, 케이스(221)의 내면이 적층체(220)의 상면 및 하면을 개재하는 구성을 구비하고 있다. 따라서, 케이스(221)를 예컨대 덮개(225)와 상자(222)의 측부(224)가 접하는 부분에서 봉지하면, 적층체(220)로 이루어지는 셀 구성 부재도 포함시켜 일괄적으로 봉지할 수 있게 된다.
또한, 도 2에 있어서 적층체(220)에 향하는 화살표는 케이스(221)를 봉지하였을 때 적층체(220)에 가해지는 힘의 방향을 나타내고 있다. 적층체(220)에 대하여 이러한 방향으로 외력이 가해졌을 때 적층체(220)에 있어서 가로 이탈이 발생하는 것을 억제하거나, 혹은 적층체(220)가 상하 방향으로 유연성을 유지하면서 단단히 고정되도록 적층체(220)를 봉지할 목적으로, 대전극(219)과 케이스(221)를 구성하는 저부((223)) 사이에는 탄성 부재(226)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한 같은 이유로, 작용극(218)과 케이스를 구성하는 덮개(225)와의 사이에는 간극 충전재(227)가 삽입된다. 단, 간극 충전재(227)는 작용극(218) 상에 배치되는 것으로부터 명백한 바와 같이, 간극 충전재(227)로는 태양광의 투과 특성이 뛰어난 재료가 바람직하게 사용된다. 또한 간극 충전재(227)로서 실리콘 오일을 충전하면, 제1 기판(211)과 덮개(225) 사이에 존재하는 공기층을 제거할 수 있고, 투명도가 상승하므로 바람직하다.
탄성 부재(226)나 간극 충전재(227)의 설치는, 상하의 전극이 그 면내 방향으로 상대적인 위치 이탈을 억제함과 동시에, 외력에 대한 형상 안정성이 향상되고, 또한 내진성이 부여되므로 바람직하다.
또한, 색소 증감형 태양 전지(210)에서는, 케이스(221)의 내부를 통과하여 적층체(220)의 측면에 접촉하지 않도록, 대전극(219)과 작용극(218)에 일단이 각각 접속되고, 케이스(221)의 외부에 타단이 각각 연장되는 도전체(228, 229)를 개별로 만든 구성을 채용하고 있다.
이 구성에 의하면, 도시하지 않은 외부 회로와 접속하기 위해 사용되는 도전체(228, 229)의 타단을, 케이스(221)의 어떠한 곳으로부터도 자유롭게 케이스 밖으로 도출할 수 있으므로, 외부 회로계로 맞춘 다양한 설치 조건에 부응할 수 있다.
작용극(218)에 일단이 접속되고, 케이스(221)의 외부에 타단이 연장되는 도전체(228)에 있어서는, 케이스(221)의 내부를 통과하여 적층체(220)의 측면에 접촉하지 않도록 하기 위하여, 예컨대 도 2에 나타내는 바와 같이, 적층체(220)의 측면과 도전체(228)의 사이에 상술한 탄성 부재(226)를 개재하도록 설치해도 된다. 도 2에는, 도전체(228)가 탄성 부재(226)와 케이스(221)의 측부(224)에 개재되도록 배치된 예를 나타내었지만, 도전체(228)가 탄성 부재(226) 내를 관통하도록 마련해도 된다.
도 2에 나타낸 도전체(228, 229)는, 각각 타단이 케이스(221)의 측부(224)로부터 케이스(221)의 외부로 연장되도록 구성되어 있다. 이러한 구성을 채용한 경우는, 개개의 광전 변환 소자를 저장한 케이스의 측면을 서로 접촉하도록, 2차원적으로 나란히 배치하는 것 만으로, 복수개의 광전 변환 소자를 직렬로 접속할 수 있게 된다. 종래, 광전 변환 소자를 서로 접속할 때에 요구되었던 접속 부재나 접속 회로가 일절 불필요하고 접속은 단지 케이스를 나란히 배치만 하면 되므로, 본 발명 의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자는 시공에 필요한 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다(또한 광전 변환 소자간의 접속 부재나 접속 회로를 생략할 수 있기 때문에, 유니트를 저렴하게 제조할 수 있게 된다. 적층체를 개재하는 케이스를 모두 투명한 부재로 형성한 광전 변환 소자는 창 유리의 대용으로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 다른 일예를 나타내는 모식적인 단면도이다. 도 3에 나타내는 광전 변환 소자(210)는 도전체(228', 229')의 타단이 각각 케이스(221)의 저부(223)로부터 케이스(221)의 외부로 연장되도록 구성되어 있는 이외에는, 도 2에 나타낸 광전 변환 소자(210)과 같다. 이러한 구성을 채용한 경우, 케이스(221)의 저부(223)를 외부 회로와 접촉하도록 2차원적으로 케이스(221)를 나란히 배치하는 것 만으로, 복수개의 광전 변환 소자를 직렬로 접속할 수 있게 된다. 종래, 광전 변환 소자를 서로 접속할 때에 요구되었던 접속 부재나 접속 회로가 일절 불필요하고, 케이스를 재치하는 측에 도전체(228', 229')와의 접점을 배치하는 것 만으로 광전 변환 소자를 서로 접속할 수 있으므로, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자는 시공에 요구되는 시간을 대폭적으로 단축한다. 또한 광전 변환 소자간의 접속 부재나 접속 회로를 생략할 수 있기 때문에 유니트를 저렴하게 제조할 수 있다. 이러한 구성의 광전 변환 소자라면, 기와지붕이나 타일과 같이 취급할 수 있으므로, 예컨대, 지붕재나 벽재 등의 일부 혹은 전부로서 이용할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제l 기판(211)으로는, 광투과성의 재료로 이루어지는 판을 이용할 수 있고, 글래스, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰 등 통상 태양 전지의 투명 기판으로 사용되는 것이라면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 액상 또는 겔상의 전해질로의 내성 등을 고려하여 적당히 선택하면 되는데, 용도상 가능한 한 광투과성이 높은 기판이 바람직하다.
제1 기판(211)의 색소 증감 반도체 전극(2l3) 측의 면에는 금속, 탄소, 도전성 금속 산화물층 등으로 이루어지는 투명 도전막(212)을 형성하여 도전성을 부여하는 것이 바람직하다. 투명 도전막(212)으로서 금속층이나 탄소층을 형성하는 경우에는 투명성을 현저하게 손상하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하고, 도전성과 투명성을 손상하지 않는 박막을 형성할 수 있다는 관점에서 금속의 종류도 적당히 선택된다. 도전성 금속 산화물로는, 예컨대 ITO, SnO2, 불소 도핑된 SnO2 등을 사용할 수 있다.
제1 기판(211)에 재치된 투명 도전층(212) 상에는 반도체 다공질막에 증감 색소를 더 담지시켜 형성된 색소 증감 반도체 전극(213)이 마련된다. 제1 기판(211), 투명 도전층(212) 및 색소 증감 반도체 전극(213)에 의해 작용극(창극)(218)이 구성된다. 색소 증감 반도체 전극(213)의 반도체 다공질막을 형성하는 반도체로는 특히 한정되지 않고, 통상 태양 전지용의 다공질 반도체를 형성하는 데 사용되는 것이라면 어떠한 것도 사용할 수 있고, 예컨대, TiO2, SnO2, WO3, ZnO, Nb2O5 등을 사용할 수 있다. 다공질막을 형성하는 방법으로는, 예컨대 졸겔법으로부터의 막형성, 미립자의 영동 전착, 발포제에 의한 다공질화, 중합체 비즈 등과의 혼합물 도포 후의 잉여 성분의 제거 등의 방법을 예시할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
증감 색소로는, 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함하는 루테늄 착체, 포피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체를 시작으로 에오신, 로다민, 메로시아닌 등의 유기 색소 등도 사용할 수 있고, 용도, 사용 반도체에 적합한 여기 거동을 잡는 것을 특별히 한정 없이 선택할 수 있다.
제2 기판(215)으로는 특히 광투과성을 가질 필요는 없으므로 금속판을 사용할 수 있고, 제1 기판(211)과 같은 것을 사용해도 된다. 제2 기판(215) 상에는 도전막(214)을 설치한 전극이 대전극(219)으로서 사용된다. 도전막(214)으로는, 예컨대, 증착, 스퍼터, 염화 백금산 도포 후의 열처리에 의해 형성한 탄소나 백금 등의 층이 바람직하게 이용되는데, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상술한 작용극(218)과 대전극(219) 사이에는 전해질층(216)이 마련되고, 적층체(220)로 이루어지는 셀 구성 부재를 형성하고 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 적층체(220)는 작용극(218)을 구성하는 다공질 산화물 반도체층(213) 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 적하, 도포, 스프레이한 후, 대전극(219)에 액상 또는 겔상의 전해질이 접하도록 작용극(218)을 중첩하여 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하는 방법에 의해 형성된다.
그러므로, 본 발명의 제1 실시 형태의 전해질층(216)으로는, 종래에는 주입구로부터 좁은 전극 간극에 주입하기 어려운 고점성의 재료도 사용할 수 있으므로, 겔상의 전해질 등과 같이 적당한 겔화제를 사용하여 액상의 전해질을 겔화(응고체화)한 것이고, 또한 고점도인 것으로도 이용할 수 있는데, 종래로부터 이용되고 있는 어떠한 재료도 무방하다.
상기 전해질층(216)을 구성하는 재료로는, 예컨대, 전해질 성분으로서, 요오드·요오드화물 이온, 터셔리부틸피리딘 등이 에틸렌 카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기 용매에 용해되어 이루어지는 액상의 전해질(통상, 전해액이라고 불리는 것), 상기 액상의 전해질에 겔화제로서 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드유도체, 아미노산 유도체 등이 첨가되어 겔화한 겔상의 전해질 등을 들 수 있다.
전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극(2l9)에 사이에 두고 형성되는 적층체(220)는 케이스(221) 내에 수납되어 있고, 적층체(220)의 상면 및 하면은 케이스(221)의 내면과 간접적으로 접해 있다. 케이스(221) 중 적어도 작용극(218)과 접하는 부분, 즉 덮개(225)는 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 구성되고, 예컨대 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리 염화 비닐, 소다 글래스 등 투명하고 강성이 있는 재질을 들 수 있다. 케이스(221) 다른 부분, 즉 저부(223)와 측부(224)로 구성되는 상자(222)는 2개의 전극으로부터 각각 케이스(221)의 외부 회로로 연장되는 도전체(228, 229)와의 절연성까지 확보되어 있다면, 특별히 그 재료는 한정되지 않는다.
케이스(221)를 구성하는 상자((222))의 내저면에 대전극(219)을 설치하고, 대전극(219)에 전해질층(216)이 접하도록 작용극(218)을 다시 적층체(220)를 형성하고, 이 작용극(218)을 덮도록 케이스(222)를 구성하는 덮개(225)를 배치한 후, 케이스(221)의 외측으로부터 적층체(220)의 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하여 케이스(221)를 봉지함으로써 색소 증감형 태양 전지(210)가 얻어진다.
케이스(221)의 봉지 방법은, 예컨대 케이스(221)의 측부(224)와 덮개(225)의 접촉부에 압력이나 열을 가함으로써 행해진다. 그러나, 적층체(220)는 케이스(221)내에는 수납되지만, 케이스(221)의 봉지 부분으로부터 떨어져 위치하도록 배치되어 있으므로, 이 봉지에 수반되는 열이 적층체(220)에 미칠 염려는 없다. 예컨대 레이저에 의해 봉지를 행하면 열가소성 수지를 사용하지 않는 구성으로 할 수 있게 된다.
또한 작용극(창극)(218) 상에 전해질층(216)을 형성하는 액상 또는 겔상의 전해질을 적하, 도포, 또는 스프레이한 후 그 위에서 대전극(219)을 중첩하여, 액상 또는 겔상의 전해질을 작용극(218)과 대전극(219) 사이에 개재하여 압력을 가함으로써, 작용극(218)을 구성하는 다공질 산화물 반도체층 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층(216)을 형성할 수 있고, 이에 따라 전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극(219) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(220)를 형성할 수 있다.
이 때문에, 종래와 같이 대전극(219)에 구멍을 뚫고, 전해액을 주입하여 구멍을 막는 복잡한 공정을 생략할 수 있으므로, 제조 공정을 간략히 할 수 있는 외에 노력의 삭감을 꾀할 수 있으므로, 저렴한 광전 변환 소자가 얻어진다. 또한, 작용극(창극)(218)과 대전극(219) 사이의 거리를 종래 보다 좁게 할 수 있으므로, 색소 증감형 태양 전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 작용극(창극)(218)을 구성하는 제1 기판(211)과 케이스(221)를 구성하는 덮개(225)와의 사이에, 간극 충전재(227)로서 실리콘 오일을 충전하면, 제1 기판(211)과 덮개(225) 사이에 존재하는 공기층을 제거할 수 있고, 투명도가 상승하므로 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태는, 케이스 내에 전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극(219) 사이에 개재하는 적층체(220)로 이루어지는 셀 구성 부재가 수납되어 있다. 이 때문에, 케이스를 봉지하면 적층체(220)로 이루어지는 셀 구성 부재도 포함하여 일괄적으로 봉지할 수 있게 되므로, 종래의 문제점이었던 전극의 접착시에 가해지는 열이 색소 증감 반도체 전극에 흡착된 색소에 미치는 영향을 피할 수 있는 광전 변환 소자가 얻어진다. 또한 적층체(220)로 이루어지는 셀 구성 부재가 케이스 내에 수납되어 있으므로, 장기 사용시에 내후성이 뛰어난 광전 변환 소자의 제공이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 제1 실시 형태는, 케이스 내에 수납하기 전에 전해질층(216)을 작용극(218)과 대전극(219) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(220)를 제작할 수 있으므로, 전극 사이로의 액상 또는 겔상의 전해질의 주입을 용이하게 할 수 있어 제조 비용의 대폭적인 절감에 공헌한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 색소 증감형 태양 전지(광전 변환 소자)(210)로서, 대전극(219)과 케이스(221) 저부(223) 사이에는 탄성 부재(226)가 마련되고, 또한 작용극(218)과 덮개(225) 사이에는 간극 충전재(227)가 삽입되며, 적층체(220)의 상면 및 하면이 케이스(221)의 내면과 간접적으로 접한 구성의 색소 증감형 태양 전지(광전 변환 소자)(210)를 예시하였지만, 탄성 부재(226)나 간극 충전 재(227)가 마련되어 있지 않아 적층체(220)의 상면 및 하면의 케이스(221)의 내면과 직접 접하도록 케이스(22l) 내에 적층체(220)가 수용된 색소 증감형 태양 전지(광전 변환 소자)여도 무방하다. 또한 적층체(220)를 복수개 늘어놓고, 케이스(221)내에 수용하는 구조여도 무방하다.
(제2 실시 형태)
상기에서 도 4에 도시한 바와 같은 본 발명의 제1 실시 형태의 광전 변환 소자(250)를 기재하였다. 이 광전 변환 소자(250)는 후술하는 바와 같은 주로 2개의 관점으로부터 개량되어 있다.
첫째는, 전극의 접착시에 가해지는 열이 색소 증감 반도체 전극에 흡착된 색소에 미치는 영향을 억제함과 동시에, 장기 사용시에 있어서의 내후성이 뛰어나고, 전해액의 주입을 용이하게 하는 것이 가능하다.
즉, 도 4의 구성에 의하면, 2장의 전극, 즉 작용극(258)과 대전극(259)에 열이 직접적으로 가해지지 않으므로, 상술한 색소에 대한 열의 영향을 피할 수 있다.또한 색소 증감 반도체 전극(253)에 전해액을 적하하여 개재함으로써 작용극(258)과 대전극(259) 사이에 개재하는 적층체(260)를 형성할 수 있으므로, 전해액의 주입 공정을 생략할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 작용극(258)과 대전극(259)은 케이스(251)의 내측에 수납되어 있으므로, 외부에서 직접적인 충격을 받지 않으므로, 외력에 대한 강도가 확보된다고 하는 장점도 구비하고 있다.
둘째는, 전극을 구성하는 기판에 왜곡이나 파손이 생기지 않고 봉지할 수 있고, 기판의 두께를 얇게 할 수 있으며, 또한, 전기적인 접속 안정성도 확보된다.
즉, 광전 변환 소자(250)에서는 케이스(261)의 내부를 통과하여 적층체(260)의 측면에 접촉하지 않도록, 대전극(259)과 작용극(258)에 일단이 각각 접속되고, 케이스(251)의 밖으로 타단이 각각 연장되는 도전체(268, 269)를 개별적으로 설치함으로써 광전 변환 소자(250)는 외부와의 전기적인 접속을 꾀할 수 있다. 특히, 작용극(258)에 일단이 접속된 도전체(268)는 적층체(260)의 1측면과 케이스(261) 사이에 배치된 탄성 부재(266a)와, 작용극(258)을 구성하는 투명 도전막(252)와의 접촉면을 따라 연장되도록 배치되어 있으므로, 도전체(268)가 적층체(260)의 측면과 접촉하여 단락되는 것을 방지함과 동시에, 봉지시에 탄성 부재(266a)가 변형되더라도 도전체(268)는 그 영향을 받지 않으므로, 도전체(268)의 일단과 작용극(258) 사이에 전기적 접속 안정성이 확보된다.
이와 같이 작용극(258)이 그 단부 근방에서 치우친 압력을 잘 받지 않는 형태로 함으로써 작용극(258)을 구성하는 제1 기판(251)으로서 두께가 예컨대 0.3mm라는 매우 얇은 글래스 기판의 채용이 가능해지므로, 광전 변환 소자(250)을 얇게 할 수 있다.
이하, 실시예에 따라 본 발명의 제2 실시 형태를 설명하겠지만, 본 발명의 제2 실시 형태는 상술한 작용과 효과를 충족시키는 구성이면 되고, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
이 색소 증감형 태양 전지(광전 변환 소자)(310)는 증감 색소를 표면에 담지 시킨 다공질 산화물 반도체층(산화물 전극이라고도 함)(313)을 갖는 작용극(창극이라고도 함)(318)과, 작용극(318)의 다공질 산화물 반도체층(313)측에 있어서 이에 대향하여 배치되는 대전극(319), 및 이들 양극 사이의 적어도 일부에 전해질층(316)을 배치하여 이루어진다. 작용극(318)은, 예컨대 제1 기판(311)과 그 위에 순서대로 배치되는 투명 도전막(312) 및 산화물 전극(313)으로 이루어진다. 일방의 대전극(319)은, 예컨대 제2 기판(315)과 그 위에 배치되는 도전막(314)으로 이루어진다.
전해질층(316)을 작용극(318)과 대전극(319) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(320)가 셀 구성 부재, 즉 광전 변환 소자로서 기능한다. 색소 증감형 태양 전지(310)에 있어서 작용극(318)의 일부인 제1 기판(311)은 셀을 형성하는 일방의 전극으로서 작용함과 동시에, 케이스를 구성하는 케이스로서의 역할도 완수한다. 즉, 적층체(320)는 이것을 둘러싸는 상자(322)와 덮개(작용극(318))로 이루어지는 케이스의 내측에 수납되어 있고, 적층체(320)의 하면은 상자(322)의 내저면과 접해 있다. 케이스의 케이스로서의 역할도 완수하는 작용극(318)을 구성하는 제1 기판(311)에는, 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료가 바람직하게 사용된다.
색소 증감형 태양 전지(310)에서는, 전해질층(316)을 작용극(318)과 대전극(319) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(320)가 그 하면을, 상자(322)의 내저면, 즉 저부(323)의 내면에 접하도록 수납되어 있고, 작용극(318)의 일부인 제1 기판(311)이 케이스로서 작용한다. 즉, 색소 증감형 태양 전지(310)에서의 적층체(320)는 케이스를 형성하는 상자(322)의 저부(323)와 덮개이기도 한 제1 기판(311)에 의 해 상면 및 하면을 개재하도록 구성되어 있다.
따라서, 케이스를 구성하는 상자(322)의 내저면 즉 저부(323)의 내면과 직접적 또는 간접적으로 접촉하도록 대전극(319)을 설치하고, 대전극(319)에 전해질층(316)이 접하도록 작용극(318)을 중첩하여 적층체(320)를 형성하고, 작용극(318)의 일부인 제1 기판(311)이 케이스의 덮개가 되도록 배합한 후, 레이저법에 의해 작용극(318)의 제1 기판(311)과 상자(322)의 측부(324)가 접하는 부분에서 봉지하면, 적층체(320)를 갖는 셀 구성 부재도 포함하여 일괄적으로 봉지할 수 있게 된다.
이 구성을 채용한 광전 변환 소자(310)에서는, 전해질층(316)을 작용극(318)과 대전극(319)에 사이에 개재하여 적층체(320)를 이용할 수 있으므로, 예컨대 일방의 전극 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하고, 그 위에서 타방의 전극을 개재함으로써 적층체를 형성할 수 있다. 그 때, 전극간에 개재된 전해액은 모세관 현상에 의해 간극으로부터 흘러나오지 않는다. 따라서, 본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 종래 많은 시간을 요구한 전해액의 주입 공정을 생략할 수 있으므로, 본 발명의 제2 실시 형태는 저렴한 광전 변환 소자의 제공에 기여한다.
또한, 상술한 광전 변환 소자(310)에 있어서, 상기 작용극을 구성하는 제1 기판으로는, 태양광을 투과하는 광학 특성과 레이저광을 수광 하였을 때 생기는 열에 견딜 수 있는 특성(내열성)을 겸비한 재료가 바람직하다. 태양광을 투과하는 광학 특성을 가짐으로써 케이스 내에 수납되어 있는 적층체까지 태양광을 충분히 도달시킬 수 있다. 또한 내열성을 가짐으로써 봉지시에 받는 열적 영향으로 휨 등의 발생이 억제되고, 전극간 거리가 유지되므로 발전 특성의 장기 안정성이 확보된다.
또한, 도 5에 있어서 적층체(320)에 향하는 화살표는, 케이스(321)를 봉지하였을 때 적층체(320)에 가해지는 힘의 방향을 나타내고 있다. 적층체(320)에 대하여 이러한 방향으로 외력이 가해졌을 때 적층체(320)에 있어서 가로 이탈이 발생하는 것을 억제하거나, 혹은 적층체(320)가 상하 방향으로 유연성을 유지하면서 단단히 고정되도록 적층체(320)를 봉지할 목적으로, 대전극(319)과 케이스(321)를 구성하는 저부(323)과의 사이에는 탄성 부재(326)를 설치하는 것이 바람직하다.
이 탄성 부재(326)의 설치는, 상하 전극의 그 면내 방향으로의 상대적인 위치 이탈을 억제함과 동시에, 외력에 대한 형상 안정성이 향상되고, 또한 내진성이 부여되기 때문에 바람직하다.
또한 색소 증감형 태양 전지(310)에서는, 제1 기판(311)을 갖는 케이스와 상자(322)로 구성되는 케이스의 내측을 통과하여 적층체(320)의 측면에 접촉하지 않도록, 대전극(319)과 작용극(318)에 일단이 각각 접속되고, 케이스(321)의 밖으로 타단이 각각 연장되는 도전체(328, 329)를 개별로 만들어진 구성을 채용하고 있다.
이 구성에 의하면, 도시하지 않은 외부 회로와 접속하기 위해 사용되는 도전체(328, 329)의 타단을, 케이스(321)의 어떠한 부분으로부터도 자유롭게 케이스 외부로 도출할 수 있으므로, 외부 회로계에 맞춘 다양한 설치 조건에 부응할 수 있다.
작용극(318)에 일단이 접속되고, 케이스의 외부로 타단이 연장되는 도전체(328)에 있어서는, 케이스(321)의 내부를 통과하여 적층체(320)의 측면에 접촉하지 않도록 하기 위하여, 예컨대 도 5에 도시한 바와 같이, 적층체(320)의 일부를 구성 하는 산화물 전극(313), 도전막(314) 및 제2 기판(315)의 각 측면과 도전체(328) 사이에 탄성 부재(326a)를 개재하도록 설치해도 된다. 이에 따라, 케이스의 덮개를 형성하는 작용극(318)의 제1 기판(311)의 내측을 통과하고, 적층체(320)의 일부를 구성하는 산화물 전극(313), 도전막(314) 및 제2 기판(315)의 각 측면에 접촉하지 않도록, 대전극(319)과 작용극(318)에 일단이 각각 접속되고, 케이스의 외부로 타단이 각각 연장되는 도전체(328, 329)를 개별적으로 설치할 수 있게 되어 광전 변환 소자(310)는 외부와의 전기적인 접속을 꾀할 수 있다.
특히, 광전 변환 소자(310)에서는, 작용극(318)에 일단이 접속된 도전체(328)는 적층체(320)의 일부를 구성하는 산화물 전극(313), 도전막(314) 및 제2 기판(315)의 각 측면과 도전체(328)의 사이에 마련된 탄성 부재(326a)와, 작용극(318)을 구성하는 투명 도전막(312)의 단부(312a)가 접촉하여 이루어진 면을 따라 연장되도록 배치되어 있다. 이 배치는, 도전체(328)가 적층체(320)의 일부를 구성하는 산화물 전극(313)이나 도전막(314)의 측면과 접촉하여 단락되는 것을 막는다. 또한 봉지하였을 때 탄성 부재(326a)가 줄어들어 그 형상이 변화된 경우에도, 도전체(328)는 탄성 부재(326a) 내를 통과하지 않고, 투명 도전막(312)의 단부(312a)와 탄성 부재(326a)와의 접촉면에 존재하므로, 그 영향을 크게 받는 경우는 거의 없다. 따라서 도전체(328)의 일단과 작용극(318)을 구성하는 투명 도전막(312)의 전기적 접속은 매우 안정되게 유지되므로, 이 전기적 접속의 개선은 광전 변환 소자의 출력 특성의 장기 안정성을 가져온다.
또한 광전 변환 소자(310)에서는, 케이스의 측부(324)를 적층체(320)의 측면 (320t)와 접하도록 배치하였다. 이와 같이 적층체(320)의 측방에 공극을 마련하지 않는 구성으로 함으로써 작용극(318)은 그 중앙부 뿐만 아니라 단부 근방에서도 반드시 대전극(319)과 접한 상태가 유지된다. 따라서, 봉지하였을 때 작용극(318)은 단부 근방에서 치우친 압력을 받지 않으므로, 작용극(318)을 구성하는 제1 기판(331) 등이 왜곡되거나 파손될 가능성을 낮게 억제할 수 있게 된다.
케이스가 적층체의 모든 측면과 접하도록 배치되는 형태가 가장 바람직하나, 이와 같이 작용극(318)에 일단이 접속된 도전체(328)를 적층체(320)의 두께 방향으로 이끄는 부분만, 케이스의 측부(324)와, 적층체(320)의 일부를 구성하는 산화물 전극(313), 도전막(314) 및 제2 기판(315)의 각 측면과의 사이에 탄성 부재(326a)를 배치하는 형태로 해도 무방하다. 탄성 부재(326a)로서 절연성을 갖는 부재를 사용함으로써 적층체(320)와 도전체(328)의 단락을 피할 수 있어 바람직하다. 도전체(328)가 존재하는 근방에만 탄성 부재(326a)를 설치하고, 케이스의 다른 측부(324)와 적층체(320) 사이는 접촉하도록 배치하면, 상술한 작용이 거의 동일하게 얻어진다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제조 방법은, 증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층(313)을 갖는 작용극(318), 이 작용극(318)의 다공질 산화물 반도체층(313)측에 있어서 이에 대향 배치되는 대전극(319), 및 이들 양극(318, 319) 사이의 적어도 일부에 전해질층(316)을 배치한 광전 변환 소자(310)의 제조 방법으로서, 다음 2개의 공정을 적어도 구비하고 있다.
제1의 공정에 있어서는, 작용극(318)을 구성하는 다공질 산화물 반도체층 (318)에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층(316)을 형성한다.
제2의 공정에 있어서는, 케이스를 구성하는 상자(322)의 내저면, 즉 저부(323)의 내면과 직접적 또는 간접적으로 접촉시켜 대전극(319)을 설치하고, 이 대전극(319)에 전해질층(316)이 접하도록 작용극(318)을 중첩하여 적층체(318)를 형성하고, 이 작용극(318)을 구성하는 제1 기판(31l)이 케이스의 덮개가 되도록 배치한 후, 작용극(318)을 형성하는 제1 기판(311)과 상자(322)의 측부(324)와의 접촉부를 레이저법 또는 접착법에 의해 봉지하여 케이스를 제작한다.
상기 제1의 공정에 의하면, 봉지 후가 아닌, 사전에 충전함으로써 액상 또는 겔상의 전해질을 주입할 수 있다. 즉, 종래의 제조 방법에서의 전해액 주입시의 문제, 먼저, 2장의 전극판을 융착하여 셀의 형태를 만든 후, 미리 뚫어놓은 주입구를 통하여 매우 좁은 공간을 구획하는 2장의 전극간에 주입하고, 마지막으로 주입구에 덮개를 하지 않으면 안되어 제조 공정이 복잡하게 되는 문제나, 전해액의 점도가 높으면, 전해액을 주입하기 위해 많은 시간과 수고를 요하는 문제, 이러한 이유로부터 제조 비용이 증대한다고 하는 문제를 모두 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제1의 공정으로 해소할 수 있다.
상기 제2의 공정에 의하면, 작용극(318)을 형성하는 제1 기판(311)과 상자(322)의 측부(324)와의 접촉부를 레이저법 또는 접착법에 의해 봉지하여 케이스를 제작하기 때문에, 이 봉지시에 가해지는 열이 전도되어 색소 증감 반도체 전극(313)에 흡착된 색소에 미치는 영향을 한층 억제할 수 있다.
이하에서는, 전술한 광전 변환 소자(310)를 예로서 바람직한 각 구성 부재를 설명하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제1 기판(311)으로는, 광투과성의 재료로 이루어지는 판자가 사용되고, 글래스, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰 등, 통상 태양 전지의 투명 기판으로서 사용되는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 전해액으로의 내성 등을 고려하여 적당히 선택하면 되는데 용도상, 가능한 한 광투과성이 높은 기판이 바람직하다.
제1 기판(311)의 색소 증감 반도체 전극(313) 측의 면에는 금속, 탄소, 도전성 금속 산화물층 등을 갖는 투명 도전막(312)을 형성하여 도전성을 부여해 두는 것이 바람직하다. 투명 도전막(312)으로서 금속층이나 탄소층을 형성하는 경우에는 투명성을 현저히 손상하지 않는 구조로 하는 것이 바람직하고, 도전성과 투명성을 손상하지 않는 박막을 형성할 수 있는 것이라는 관점에서 금속의 종류도 적당히 선택된다. 도전성 금속 산화물로는, 예컨대 ITO, SnO2, 불소 도핑된 SnO2 등을 사용할 수 있다.
제1 기판(311)에 재치된 투명 도전층(302) 상에는 반도체 다공질막에 증감 색소를 담지시켜 형성된 색소 증감 반도체 전극(3l3)이 마련된다. 제1 기판(311), 투명 도전층(302) 및 색소 증감반도체 전극(313)에 의해 작용극(창극)(318)이 구성된다. 색소 증감 반도체 전극(313)의 반도체 다공질막을 형성하는 반도체로는 특별히 한정되지 않고 통상, 태양 전지용의 다공질 반도체의 형성에 사용되는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있고, 예컨대, TiO2, SnO2, WO3, ZnO, Nb2O5등을 사용할 수 있다. 다공질막을 형성하는 방법으로는, 예컨대 졸겔법에 의한 막형성, 미립자의 영동 전착, 발포제에 의한 다공질화, 중합체 비즈 등과의 혼합물 도포 후의 잉여 성분의 제거 등의 방법을 예시할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
증감 색소로는, 비피리딘 구조, 다피리딘 구조 등을 배위자에 포함하는 루테늄 착체, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체을 시작으로 에오신, 로다민, 메로시아닌 등의 유기 색소 등도 사용할 수 있고, 용도, 사용 반도체에 적합한 여기 거동을 취하는 것을 특별한 한정 없이 선택할 수 있다.
제2 기판(315)으로는, 특히 광투과성을 가질 필요는 없으므로 금속판을 사용할 수 있고, 제1 기판(31l)과 같은 것을 사용해도 된다. 제2 기판(315) 상에는 도전막(314)을 설치한 전극이 대전극(319)으로서 사용된다. 도전막(314)으로는, 예컨대, 증착, 스퍼터, 염화 백금산 도포 후의 열처리에 의해 형성한 탄소나 백금 등의 층이 바람직하게 사용되는데, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
상술한 작용극(318)과 대전극(319) 사이에는 전해질층(316)이 마련되고, 적층체(320)을 갖는 셀 구성 부재를 형성하고 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 적층체(320)는 작용극(318)을 구성하는 다공질 산화물 반도체층(313)에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층(316)을 형성한 후, 대전극(319)에 전해질층(316)이 접하도록 작용극(318)을 중첩하여 적층체(320)를 형성한 후, 적층체(320)의 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하는 방법에 의해 형성된다.
그러므로, 본 발명의 제2 실시 형태의 전해질층(316)으로는, 종래에는 주입구로부터 좁은 전극 간격에 주입하기 어려운 고점성의 재료로도 사용할 수 있으므로, 적당한 겔화제를 사용하여 전해액을 겔화(응고체화)한 것이고, 또한 고점도인 것으로 이용할 수 있는데, 종래로부터 사용되고 있는 어떠한 재료라도 무방하다.
전해질층(316)을 작용극(318)과 대전극(319) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(320)는 상자(322)와 제1 기판(311)을 갖는 케이스로 구성되는 케이스 내에 수납 되어 있고, 적층체(320)의 하면은 케이스의 상자(22)를 구성하는 저부(323)의 내면과 직접적 또는 간접적으로 접해 있다. 케이스 중 적어도 케이스, 즉 작용극(318)을 구성하는 제1 기판(311)으로는, 상술한 바와 같이 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 구성되고, 예컨대 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리 염화 비닐, 소다 글래스 등 투명하고 강성이 있는 재질을 들 수 있다. 케이스 다른 부분, 즉 저부(323)과 측부(324)로 구성되는 상자(322)는 2개의 전극으로부터 각각 케이스의 외부 회로로 연장되는 도전체(328, 329)와의 절연성까지도 확보되어 있다면, 특별히 그 재료는 한정되지 않는다.
예컨대, 케이스를 구성하는 상자(322)의 내저면과 직접적으로 접하여 대전극(319)을 설치하고, 대전극(319)에 전해질층(316)이 접하도록 작용극(318)을 중첩하여 적층체(320)를 형성하고, 이 작용극(318)을 덮도록 케이스(322)를 구성하는 케이스 즉 제1 기판(311)을 배치한 후, 이 케이스와 케이스의 상자(322)의 접속부만 레이저 조사하여 봉지한다. 이에 따라, 종래의 봉지법과 같이 셀 자체 즉 적층체에 대하여 가열이나 가압 등의 부하를 걸지 않고, 케이스를 구성하는 상자 내에 셀을 형성하는 적층체를 수납함과 동시에, 케이스를 일괄적으로 봉지함으로써 색소 증감형 태양 전지(310)가 얻어진다. 상자(322)의 내저면과 대전극(319) 사이에 탄성 부재를 설치하고, 상자(322)의 내저면과 대전극(319)이 간접적으로 접하도록 배치해도 된다. 또한 레이저 조사 봉지 방법 대신에 접착제를 사용하여 봉지하여도 무방하다.
전해질층(316)을 형성하는 전해액은 작용극(창극)(318)에 적하한 후, 대전극(319)과 끼워맞춤으로써 충전 가능하므로, 종래와 같이 대전극(319)에 구멍을 뚫고 전해액을 주입한 후 구멍을 막는다고 하는 복잡한 공정을 생략할 수 있으므로, 제조 공정을 간략하게 할 수 있고 또한 노력의 삭감을 꾀할 수 있으므로, 저렴한 광전 변환 소자가 얻어진다.
(제3 실시 형태)
이하, 실시예에 따라 본 발명의 제3 실시 형태를 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 광전 변환 소자의 일예로서 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 평면도이고, 도 7은 도 6 중 A-A선의 단면도이다.
이 색소 증감형 태양 전지(401)는 복수의 적층체(402)가 케이스(403) 내의 일면에 배열한 상태로 봉지되어 형성되어 있다.
상기 적층체(402)는, 일측면에 다공질 산화물 반도체층(421a)이 설치된 작용극(421)과, 이 다공질 산화물 반도체층(421a)에 대향 배치된 대전극(422)이 이들 작용극(421)과 대전극(422) 사이에 전해질층(미도시)이 개재된 상태에서 중합된 것이다.
상기 작용극(421)은 글래스 기판, 투광성 플라스틱 필름 등의 투명 기판(421b)과, 이 투명 기판(421b) 상에 설치된 주석 도프 산화 인듐(ITO), 불소 도프산화 주석(FTO) 등의 투명 도전막(421c)과, 투명 도전막(421c) 상에 설치된 다공질 산화물 반도체층(421a)을 구비하고 있다.
상기 다공질 산화물 반도체층(421a)은 산화 타이탄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO2), 산화 Niob(Nb2O5) 등의 산화물 반도체 미립자의 표면에 비피리딘, 터피리딘 등의 배위자를 갖는 루테늄 착체 등의 증감 색소가 흡착된 것으로 이루어진다.
또한 대전극(422)은 도전성 기판이고, 글래스 기판 등의 기판(422a) 상에, 백금이나 카본 등의 금속 등으로 이루어지는 박막의 도전막(422b)이 형성된 것이다.
상기 작용극(421)과 대전극(422) 사이에 개재된 전해질층(미도시)은, 요오드·요오드화물 이온, 터셔리부틸피리딘 등의 전해질 성분이, 에틸렌 카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기 용매에 용해되어 있는 전해액이나, 상기 전해액에 겔화제로서, 폴리 불화 비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드 유도체, 아미노산 유도체 등이 첨가되어 겔화되어 있는 겔상의 전해질 등으로 구성되어 있다.
전해질층을 구성하는 전해액 또는 겔상의 전해질의 대부분은, 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체층의 공극부에 함침되어 있다. 이에 따라, 다공질 산화물 반도체층(421a)의 표면은 전해액 또는 겔상의 전해질에 의해 피복된 상태가 된다.
또한 전해질층을 구성하는 전해액 또는 겔상의 전해질은 다공질 산화물 반도체층(421a)을 구성하는 산화물 반도체 미립자의 입자간의 공간의 모세관 현상에 의해 적층체(402)의 외주부로부터 흘러나오는 일은 없다.
이 적층체(402)에 있어서는, 투명 기판(421b) 측에서 태양광 등의 광이 입사되면, 작용극(421)과 대전극(422) 사이에 기전력이 발생하게 되어 있다.
상기 작용극(421)의 외주부에는 집전 배선부(405)가 설치되어 있다. 이 집전 배선부(405)는 투명 기판(421b) 상에 도전성 분말을 함유하는 도전성 페이스트가 도포 건조되어 형성된 도전막, 백금이나 카본 등의 금속 등으로 이루어지는 박막, 납땜에 의해 형성된 배선 등으로 구성되고, 투명 도전막(421c)에 전기적으로 접속된 것이다.
이 집전 배선부(405)를 통해 적층체(402)와, 케이스(403)에 설치된 외부 접속용 단자(미도시)가 전기적으로 접속할 수 있게 되어 있다.
여기서, 인접하는 적층체(402)에 있어서, 인접하는 투명 도전막(421c)이나 집전 배선부(405) 사이에는 후술하는 탄성 부재(441)의 절연성 재료가 마련되고, 인접하는 적층체(402) 간에 이러한 투명 도전막(421c)끼리, 또는 집전배선부(405)끼리가 서로 전기적으로 접촉되지 않게 되어 있다.
상기 적층체(402)가 수용되어 있는 케이스(403)는 스테인레스 등의 금속판이나 플라스틱 등의 합성수지제의 평판 등으로 구성된 배면판(431)과, 이 배면판(431)의 외주부에 마련된 프레임(432)을 구비하고 있다.
프레임(432)은 배면판(431)의 외주부의 전역에 걸쳐 배면판(431)에 대하여 거의 수직으로 돌출된 측벽부(432a)와, 배면판(431)에 대향되도록 배치된 창틀부(432b)를 구비하고 있다. 상기 창틀부(432b)는 측벽부(432a)의 상단부로부터 적층체(402) 측을 향해 연장되어 측벽부(432a)와 일체로 형성되어 있고, 예컨대 스테인레스 등의 금속판을 절곡하여 성형한 것이나 플라스틱 등의 합성수지제인 것 등을 적용할 수 있다.
상기 프레임(432)을 구성하는 측벽부(432a)와, 배면판(431)의 외주부는, 에폭시계 접착제 등의 박리 가능한 접착제에 의해 착탈 가능하게 접착, 고정되어 있다. 예컨대, 배면판(431)과 측벽부(432a)의 접착 부분에 단단하고 예리한 선단부를 구비한 지그를 끼워 넣음으로써, 상기 접착제는 박리되고, 배면판(431)과 측벽부(432a)를 분리시킬 수 있다.
상기 배면판(431) 상에는, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 고무 스폰지 등으로 구성된 시트 모양의 탄성 부재(441)가 설치되어 있다. 이 탄성 부재(441) 상에는, 복수의 적층체(402)가 서로 접하도록 2차원적으로 나란히 배치되어 있다. 여기서, 도 6에서 2점 쇄선은 적층체(402) 사이의 경계선을 나타내고 있다.
이들 적층체(402)는, 그 작용극(421)이 상방을 향하도록 설치되어 있고, 창틀부(432b) 상방으로부터 입사된 태양광 등의 광을 다공질 산화물 반도체층(421a)이 흡수하여 기전력이 생기게 되어 있다.
이 적층체(402)의 작용극(421)의 투명 기판(421b)이 색소 증감형 태양 전지(401)의 수광면(411)이 된다.
또한, 측벽부(432a)와 적층체(402) 사이에는 간극이 불가능하도록 상기 탄성 부재(441)나, 실리콘 오일 등의 간극 충전재(442) 등을 마련해도 된다.
상기 프레임(432)을 구성하는 창틀부(432b)는 측벽부(432a)의 상단부로부터 적층체(402) 측을 향하여 연장된 광부(432c)와, 광부(432c)에 연접된 중잔부(432d)를 구비하고 있다. 광부(432c)는 측벽부(432a)에 접하는 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 설치되어 있다. 또한 중잔부(432d)는 인접하는 적층체(402)의 경계 근방의 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 설치되어 있다.
일예로서, 도 6, 도 7에 나타난 색소 증감형 태양 전지(401)에서는, 구형상의 적층체(402)가, 그 외주부에 집전 배선부(405)가 설치된 상태로 구형상의 배면판(431) 상에 간극없이 2차원적으로 배치되어 있다. 이 적층체(402)의 외주부에 마련된 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 중잔부(432d)가 매트릭스상으로 광부(432c)에 연장 설치되어 있다.
창틀부(432b)를 구성하는 광부(432c)와 중잔부(432d)에 의해 둘러싸인 영역은 개구부(432e)가 되고, 이 개구부(432e)는 적층체(402)의 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체층(421a)의 위치에 대응되는 영역에 설치되게 된다.
이 때문에, 작용극(421)의 투명 기판(421b) 중에 다공질 산화물 반도체층(421a)의 위치에 대응되는 영역은 창틀부(432b)의 개구부(432e)를 통하여 외측에 노출된 상태가 된다.
또한 상기 창틀부(432b)는 배면판(431) 상에 배치된 복수의 적층체(402)와 접촉되어 있고, 이 창틀부(432b)에 의해 적층체(402)가 배면판(431)을 향해 압압되게 되어 있다.
또한, 창틀부(432b)와 적층체(402)의 작용극(421)과의 접촉면에는 O링 등의 실링재가 마련되어 있어도 된다. 실링재가 마련됨으로써 창틀부(432b)와 적층체(402)의 작용극(421)과의 밀봉성을 높일 수 있다.
복수의 적층체(402)를 케이스(403) 내에 봉지하여 색소 증감형 태양 전지(401)를 형성하는 방법에 대하여 이하로 예시하기로 한다.
다공질 산화물 반도체층(421a)이 마련된 작용극(421)과 대전극(422)을 준비한다. 이 작용극(421)은 주지의 방법에 의해 제조할 수 있고, 예컨대, 투명 기판(421b) 상에 투명 도전막(421c)를 스퍼터법 등에 의해 형성한 후, 산화물 반도체 미립자를 함유하는 페이스트를 투명 도전막(421c) 상에 도포하여 가열 처리함으로써 제조할 수 있다.
그리고, 작용극(421)의 외주부에 집전 배선부(405)를 형성한다.
상기 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체(421a)의 표면 또는 대전극(422)의 표면에 전해액 또는 겔상의 전해질을 적하, 도포함으로써 설치한다. 그리고, 작용극(421)과 대전극(422)을 그 사이에 전해액 또는 겔상의 전해질을 개재한 상태에서 중합하여 적층체(402)를 형성한다.
배면판(431) 상에 탄성 부재(441)를 설치하고, 이 탄성 부재(441) 상에 복수의 적층체(402)를 그 대전극(422)이 탄성 부재(441)를 향한 상태에서 배치한다. 도선(미도시) 등을 대전극(422)과 전기적으로 접속하고, 이 도선을 케이스(403)에 설치된 외부 접속용 단자(미도시)에 전기적으로 접속한다.
또한, 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 간극 충전재(442)를 설치 해 두어도 무방하다.
이어서, 집전 배선부(405)의 위치에 대응된 영역에 광부(432c)와 중잔부(432d)가 설치된 창틀부(432b)와 측벽부(432a)를 구비한 프레임(432)을 준비하고, 프레임(432)의 창틀부(432b)를 작용극(421)에 접촉시키고, 창틀부(432b)에 의해 적층체(402)를 배면판(431) 방향으로 압압한 상태로, 프레임(432)과 배면판(431)의 외주부를 박리 가능한 접착제에 의해 착탈 가능하게 접착, 고정한다.
이 창틀부(432b)에 의한 압압력에 의해 전해액 또는 겔상의 전해질은 작용극(421)과 대전극(422)의 표면 전면에 고르게 퍼지고, 또한 전해액 또는 겔상의 전해질이 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체층(421a)의 다공질의 내부의 산화물 반도체 표면까지 고르게 퍼진다.
적층체(402)를 케이스(403) 내에 간극없이 밀봉 봉지할 수 있도록, 사전에 프레임(432)의 크기가 조정되어 있고, 적층체(402)는 프레임(432)의 창틀부(432b)에 의해 배면판(431) 방향으로 압압된 상태에서 프레임(432)의 측벽부(432a)의 전체 둘레 걸쳐 간극없이 밀봉 봉지된다.
본 예에 의하면, 창틀부(432b)가 측벽부(432a)에 접하는 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 설치된 광부(432c)와, 인접하는 적층체(402)의 경계 근방의 집전 배선부(405)의 위치에 대응한 영역에 설치된 중잔부(432d)를 구비함으로써, 이 광부(432c)와 중잔부(432d)에 의해 둘러 싸인 개구부(432e)를 통하여 작용극(42l)의 다공질 산화물 반도체층(421a)이 외측에 노출된 채, 광부(432c)와 중잔부(432d)에 의해 각 적층체(402)를 배면판(431) 방향으로 압압할 수 있다.
창틀부(432b)는 각 적층체(402)의 외주부에 마련된 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 접촉하여 적층체(402)를 배면판(431) 방향으로 압압하기 때문에, 압압력은 각 적층체(402)의 외주부 근방을 중심으로 가해지게 된다.
이 때문에, 적층체(402)의 배치 위치가 배면판(431)의 외주부 근방인지 또는 배면판(431)의 중앙 근방인지에 관계없이 각 적층체(402)에 가해지는 압압력을 거의 일정하게 할 수 있다. 이에 따라 색소 증감형 태양 전지(401)의 수광면(411)의 전면에 걸쳐 작용극(421)과 대전극(422) 사이의 거리가 거의 일정하게 되고, 발전 효율의 분산을 억제할 수 있다.
또한 창틀부(432b)에는 광부(432c)에 중잔부(432d)가 연장 설치됨으로써, 창틀부(432b)는 뒤틀림 강도가 뛰어나고, 종래의 같은 중량의 평판상의 케이스에 비해 잘 휘지 않으며, 이 창틀부(432b)의 변형에 의한 압압력의 변동을 억제할 수 있고, 각 적층체(402)에 있어서 작용극(421)과 대전극(422) 사이의 거리의 변동이 억제되어 거의 일정한 발전 효율이 얻어진다.
본 발명의 제3 실시 형태에서는, 창틀부(432b)에 의해 적층체(402)가 배면판(431) 방향으로 압압되게 되어 있고, 작용극(421)과 대전극(422)을 그 사이에 전해액 또는 겔상의 전해질을 개재한 상태에서 중합하고, 창틀부(432b)에 의해 적층체(402)를 배면판(431) 방향으로 압압한 상태에서, 프레임(432)과 배면판(431)의 외주부를 고정함으로써, 적층체(402)를 케이스(403) 내에 일괄적으로 밀봉 봉지할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 창틀부(432b)는 발전에 기여하지 않는 집전 배선부 (405)의 위치에 대응되는 영역에 설치되고, 또한 창틀부(432b)의 개구부(432e)를 통하여 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체층(421a)이 외측에 노출됨으로써, 색소 증감형 태양 전지(401)의 수광면(411)에 대한 다공질 산화물 반도체층(도 7 중 사선 영역)(421a)의 면적비를 크게 취할 수 있고, 색소 증감형 태양 전지(401)의 수광면(411)을 더 유효하게 이용할 수 있다.
또한 창틀부(432b)의 개구부(432e)를 통하여 작용극(421)의 다공질 산화물 반도체층(421a)이 외측에 노출됨으로써, 태양광 등의 광을 직접 작용극(421)에 입사시켜 다공질 산화물 반도체층(421a)에 흡수시킬 수 있다.
이 때문에, 광이 케이스를 투과하여 작용극에 입사되는 구성과는 달리, 광이 작용극(421)에 입사되기 전에 광의 강도가 감소되지 않으므로 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 창틀부(432b)가 집전 배선부(405)의 위치에 대응되는 영역에 설치됨으로써, 태양광 등의 광이 집전 배선부(405)에 입사되지 않아 광의 조사에 의한 집전 배선부(405)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
통상, 집전 배선부(405)는 글래스 기판 등의 기판 상에 도전성 페이스트가 도포 건조되어 형성된 도전막, 백금이나 카본 등의 금속 등으로 이루어지는 박막, 납땜에 의해 형성된 배선 등이 형성된 것이다. 이러한 집전 배선부(405)는 온도가 상승하면 기판과의 열팽창 계수의 차에 의해 기판과의 계면 근방에 열응력이 생겨 기판으로부터 박리되는 경우가 있다.
이 때문에, 집전 배선부(405)의 온도 상승이 억제됨으로써, 온도 상승에 의 해 기판으로부터 집전 배선부(405)가 박리되는 것을 억제할 수 있고, 우수한 장기 안정성이 얻어진다.
또한 배면판(431)과 적층체(402)와의 사이에 탄성 부재(441)가 설치됨으로써 적층체(402)를 배면판(431) 방향으로 압압하는 압압력이 적층체(402)에 가해졌을 때, 적층체(402)가 가로 이탈되는 것을 억제할 수 있고, 또한 적층체(402)를 상하 방향으로 유연성을 유지하면서도 견고하게 고정한 상태에서 적층체(402)를 케이스(403) 내에 봉지할 수 있다.
또한, 탄성 부재(441)나 간극 충전재(442)가 설치됨으로써, 작용극(421)과 대전극(422)의 상대적인 위치 관계가 면내 방향으로 어긋나는 것을 억제할 수 있고 또한 외력에 대하여 우수한 형상 안정성이나 내진성이 얻어진다.
또한 프레임(432)을 구성하는 측벽부(432a)와, 배면판(431)의 외주부가, 박리 가능한 접착제에 의해 착탈 가능하게 접착, 고정됨으로써, 접착제를 벗겨 측벽부(432a)와 배면판(431)을 분리시킬 수 있다. 이를 위해, 측벽부(432a)와 배면판(431)을 분리한 후, 각 적층체(402)를 배면판(431) 상에서 떼낼 수 있고, 적층체(402)의 교환이나, 배면판(431)이나 프레임(432)의 재이용이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 제3 실시 형태의 기술 범위는, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 제3 실시 형태의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가할 수 있다.
예컨대, 측벽부(432a)와 배면판(431)은 나사 등에 의해 착탈 가능하게 고정되어 있어도 된다.
또한 측벽부(432a)와 창틀부(432b)가 일체로 형성되어 있지 않고 측벽부(432a)에 대하여 창틀부(432b)가 착탈 가능한 것이어도 무방하다. 이에 따라, 측벽부(432a)와 창틀부(432b)를 분리한 후, 본 실시 형태와 같이, 각 적층체(402)를 배면판(431) 상에서 떼낼 수 있고, 적층체(402)의 교환이나, 배면판(431)이나 프레임(432)의 재이용이 가능하다.
예컨대, 본 실시 형태와 같이, 박리 가능한 접착제나 나사 등을 사용함으로써 측벽부(432a)와 창틀부(432b)와는 착탈 가능하게 고정된다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이 탄성편(406) 등의 계지 수단이나, 도 9에 도시된 바와 같이 결합편 등의 결합 수단이 설치된 플랩(407) 등을 사용함으로써, 측벽부(432a)에 대하여 창틀부(432b)를 착탈 가능하게 고정시킬 수 있다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광전 변환 소자 외의 일예로서, 계지 수단으로서 복수의 탄성편(406)이 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)에 복수개 설치된 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
상기 복수개의 탄성편(406)은 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)에 돌출 되어 있고, 이들 복수개의 탄성편(406)에 의해 둘러싸인 내측의 공간(461)에 창틀부(432b)를 밀어 넣으면서 복수개의 탄성편(406)의 사이를 벌려 측벽부(432a) 내에 배치된 적층체(402)를 향해 창틀부(432b)를 삽입할 수 있게 되어 있다.
상기 탄성편(406)은 플라스틱 등의 합성수지제이고, 측벽부(432a)와 일체로 성형된 것으로, 측벽부(432a)로부터의 돌출 선단의 측면에 돌출되고, 창틀부(432b)의 광부(432c)에 결합되는 형상으로 되어 있다. 이 탄성편(406)의 측벽부에서의 돌 출 선단에 형성되어 있는 경사면(462)은 복수개의 탄성편(406)에 의해 둘러 싸이는 공간(461)으로의 창틀부(432b)의 압입이나, 이 압입에 의한 복수개의 탄성편(406)의 벌어짐을 원활하게 실현하는 것이고, 창틀부(432b)의 수용이 원활하게 이루어지도록 공간(461)을 테이퍼상으로 확장하는 형상으로 되어 있다.
창틀부(432b)를 공간(461)을 통하여, 적층체(402)를 향해 압입한 창틀부(432b)가 선단편(463)을 넘어 선단편(463) 보다 적층체(402) 측으로 더 이동하면, 탄성편(406)의 선단편(463)이 탄성편(406)의 탄성 복원력에 의해 창틀부(432b)의 광부(432c)의 표면에 결합한다.
이 때, 탄성편(406)은 창틀부(432b)를 적층체(402)를 향해 압압한 상태에서 창틀부(432b)를 착탈 가능하게 유지하는 기능을 한다.
도 9는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 또 다른 일예로서, 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)에 회동 가능하게 플랩(407)이 설치된 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 단면도이다.
상기 플랩(407)은 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)에 회동 가능하게 설치되어 있고, 이 플랩(407)에 설치된 결합편(471) 등의 결합 수단과, 창틀부(432b)의 광부(432c)에 설치된 단면 L자상의 피결합 수단(408)이 결합됨으로써, 창틀부(432b)를 적층체(402)를 향해 압압한 상태에서 창틀부(432b)를 착탈 가능하게 유지할 수 있다.
상기 플랩(407)은, 플라스틱제의 일체 성형품이고, 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)와 거의 같은 폭의 판체(472)와, 이 판체(472)의 선단에 판체(472)에 대 하여 수직으로 돌출된 결합편(471) 등의 결합 수단을 구비하고 있고, 그 단면 형상은 L자상이다.
상기 판체(472)는, 측벽부(432a)의 표면측의 단부(432f)를 따라 설치된 원주 모양의 축부에 의해 축지지되어 있고, 플랩(407)은 축부를 중심으로 회동 가능하게 되어 있다.
또한 창틀부(432b)의 광부(432c)에 돌출된 피결합 수단(408)은, 광부(432c)의 표면의 외주부로부터 돌출되는 연장부(481)와, 이 연장부(481)의 돌출 선단의 측면으로 돌출되고, 플랩(407)의 결합편(471)에 결합되는 단면 구형상의 선단편(482)을 가지는 형상으로 되어 있다. 이 피결합 수단(408)은 광부(432c)의 표면의 외주부 전역에 걸쳐 설치되어 있다.
적층체(402) 상에 설치된 창틀부(432b)를 향해 플랩(407)을 회동하면, 플랩(407)의 결합편(471)의 선단은 창틀부(432b)의 광부(432c)에 접촉하여 창틀부(432b)를 배면판(431) 방향으로 압압하면서 창틀부(432b)의 피결합 수단(408)을 향해 이동한다.
플랩(407)의 결합편(471)과 창틀부(432b)의 피결합 수단(408)이 결합하면, 플랩(407)의 결합편(471)에 의해 창틀부(432b)는 적층체(402)를 향해 압압된 상태로 착탈 가능하게 유지된다.
창틀부가 집전 배선부의 위치에 대응한 영역에 설치됨으로써, 개구부를 통하여 작용극의 다공질 산화물 반도체층이 외측에 노출된 채 창틀부에 의해 각 적층체를 배면판 방향으로 압압할 수 있다. 창틀부는 각 적층체의 외주부에 설치된 집전 배선부의 위치에 대응되는 영역에 접촉하여 적층체를 배면판 방향으로 압압하기 때문에 압압력은 각 적층체의 외주부 근방을 중심으로 가해지게 된다.
이 때문에, 각 적층체에 가해지는 압압력을 거의 일정하게 할 수 있고, 색소 증감형 태양 전지의 수광면의 전면에 걸쳐 작용극과 대전극간의 거리가 거의 일정하게 되고, 발전 효율의 분산을 억제할 수 있다.
또한 창틀부에는 추부에 중잔부가 연장됨으로써, 창틀부는 뒤틀림 강도가 뛰어나고, 종래의 같은 중량의 평판상의 덮개에 비해 잘 휘지 않으며, 이 창틀부의 변형에 의한 압압력의 변동을 억제할 수 있고, 각 적층체에 있어서 작용극과 대전극간의 거리의 변동이 억제되어 거의 일정한 발전 효율을 얻을 수 있다.
또한 창틀부에 의해 적층체가 배면판 방향으로 압압되게 되어 있고, 작용극과 대전극을 그 사이에 전해액 또는 겔상의 전해질을 개재한 상태에서 중합하고, 창틀부에 의해 적층체를 배면판 방향으로 압압한 상태에서 프레임과 배면판의 외주부를 고정함으로써, 적층체를 케이스 내에 일괄적으로 밀봉 봉지할 수 있다. 이에 따라, 종래와 같이 작용극과 대전극이 실링층에서 접착된 단셀을 이용할 필요가 없어 색소 증감형 태양 전지의 수광면을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 창틀부의 개구부를 통하여 작용극의 다공질 산화물 반도체층이 외측에 노출됨으로써, 색소 증감형 태양 전지의 수광면에 대한 다공질 산화물 반도체층의 면적비를 크게 취할 수 있고, 색소 증감형 태양 전지의 수광면을 더욱 유효하게 이용할 수 있다.
또한 창틀부의 개구부를 통하여 작용극의 다공질 산화물 반도체층이 외측에 노출됨으로써, 태양광 등의 광을 직접 작용극에 입사시켜 다공질 산화물 반도체층에 흡수시킬 수 있고, 광이 덮개를 투과하여 작용극에 입사되는 구성과는 달리, 광의 강도가 감소되지 않으므로 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
(제4 실시 형태)
이하, 본 발명의 제4 실시 형태를 실시한 광전 변환 소자에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예로서, 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다. 도 11은 도 10의 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 평면도이다.
도 10 및 도 11 중, 부호 510은 색소 증감형 태양 전지, 511은 제1 기판, 512는 투명 도전막, 513은 다공질 산화물 반도체층, 514는 작용극, 515는 전해질층, 516은 제2 기판, 517은 도전막, 518은 대전극, 519는 탄성 부재, 520은 도전체, 521은 간극 충전재, 525는 적층체, 530은 케이스, 531은 프레임, 532는 케이스, 533은 접착제층, 534는 접착제층을 각각 나타내고 있다.
이 색소 증감형 태양 전지(510)는, 증감 색소가 표면에 담지된 다공질 산화물 반도체층(513)이 일측면(514a)에 설치된 작용극(514)과, 일측면(514a)과 대향 배치된 대전극(518)과, 일측면(514a)과 대전극(518)에서의 일측면(514a)과 대향하는 면(518a)(이하, 「대전극(518)의 일측면(518a)」이라 함) 사이에 형성된 전해질 층(515)과, 일측면(514a)의 주연부에 설치된 도전체(520)와, 이들을 수용하는 케이스(530)로 개략적으로 구성되어 있다.
또한, 이 색소 증감형 태양 전지(510)에서는, 전해질층(515)을 형성하는 전해질의 대부분이 다공질 산화물 반도체층(5l3)의 공극 부분에 함침된 상태로 되어 있다.
작용극(514)은 제1 기판(511)과, 이 일측면(51la) 상에 순서대로 형성된 투명 도전막(512) 및 다공질 산화물 반도체층(513)을 구비하고 있다. 또한 작용극(514)의 일측면(514a)에서의 주연부에는 다공질 산화물 반도체층(513)의 측면(513a)를 감싸도록 도전체(520)가 설치되어 있다.
대전극(518)은, 제2 기판(516)과, 이 일측면(516a) 상에 형성된 도전막(517)을 구비하고 있다.
색소 증감형 태양 전지(510)에 있어서, 전해질층(515)을 작용극(514)과 대전극(518) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(525)가 광전 변환 소자로서 기능한다.
색소 증감형 태양 전지(510)에 있어서, 적층체(525)는, 적층체(525)의 측면(525a) 및 작용극(514)에서의 타측면(514b)의 일부를 덮고 있는 프레임(531)과, 대전극(518)의 타측면(518b)에 접하여 적층체(525)를 프레임(531)에 고정하는 덮개(532)를 갖는 케이스(530) 내에 수용되어 있다.
프레임(531)은, 적층체(525)의 측면(525a)의 전역을 외측으로부터 덮고 있는 프레임부(531A)와, 프레임부(531A)로부터, 그것과 수직하며 또한 내측(중심 방향)으로 돌출된 압압부(531B)를 구비하고 있다. 그리고, 프레임부(531A)의 내면(531a)에는 적층체(525)의 측면(525a)이 접촉하거나, 또는, 프레임부(531A)의 내면(531a) 근방에 적층체(525)의 측면(525a)이 배치되도록, 적층체(525)가 케이스(530) 내에 수용되어 있다. 또한 압압부(531B)의 내면(531b)에는, 접착제층(533)을 통하여 작용극(514)의 타측면(514b)이 접해 있다. 또한 압압부(531B)는, 작용극(514)의 타측면(514b)에 있어서, 일측면(514a)에 형성되어 있는 도전체(520)의 위치에 대응되는영역을 덮도록 설치되어 있고, 압압부(531B)의 단면(531c)과, 도전체(520)의 다공질 산화물 반도체층(513) 측의 측면(520a)이 거의 동일면 상에 존재한다.
또한 덮개(532)는, 탄성 부재(519)를 통하여 대전극(518)의 타측면(518b)에 접해 있다. 또한, 덮개(532)는, 접착제층(534)을 통하여 프레임(531)에 고정되어 있다.
또한, 압압부(531B)가 작용극(514)의 타측면(514b)에 있어서, 일측면(514a)에 형성되어 있는 도전체(520)의 위치에 대응되는 영역을 덮도록 설치되어 있는 구조는, 도 10에 도시한 바와 같이, 압압부(531B)의 단면(531c)과, 도전체(520)의 다공질 산화물 반도체층(513) 측의 측면(520a)이 거의 동일면 상에 존재하는 구조뿐만 아니라, 압압부(531B)의 단면(531c)이 다공질 산화물 반도체층(513)의 존재하는 영역에 존재하는 구조나, 압압부(531B)의 단면(531c)이 도전체(520)의 측면(520a)보다도 프레임부(531A)측의 영역에 존재하는 구조를 함축한다.
또한 덮개(532)와 도전체(520) 사이에는, 탄성 부재(519)를 통하여, 또한, 대전극(518)의 측면을 둘러싸도록 간극 충전재(521)가 배치되어 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서는, 간극 충전재는 설치되지 않아도 된다.
이와 같은 구성으로 함으로써 적층체(525)는, 그 상면 및 하면이 프레임 (531)의 압압부(531B)와 덮개(532) 사이에 개재되고, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 압압된 상태로 케이스(530) 내에 수용된다. 또한 이 상태로, 적층체(525)의 측면(525a)의 전역이 프레임부(531A)에 덮히고, 적층체(525)는 케이스(530)에 의해 일괄적으로 봉지되어 있다.
또한, 덮개(532)는 접착제층(534)을 통하여 프레임(531)에 고정되어 있는데,
프레임(531)과 덮개(532)와의 사이에 면도날 등의 얇고, 딱딱한 날을 삽입함으로써 덮개(532)는 프레임(531)으로부터 용이하게 떼낼 수 있는 것이 바람직하다. 또한 덮개(532)의 고정은 접착에 한정되지 않고, 나사 고정 등으로 해도 된다.
제1 기판(511)로는, 광투과성의 재료로 이루어지는 기판이 사용되고, 글래스, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리 카보네이트, 폴리에테를설폰 등, 통상적으로 태양 전지의 투명 기판으로서 사용되는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 제1 기판(511)은, 이들 중에서 전해액으로의 내성 등을 고려하여 적당히 선택되지만, 용도상, 가능한 한 광투과성이 뛰어난 기판이 바람직하다.
투명 도전막(512)은 제l 기판(511)에 도전성을 부여하기 위해, 일측면(51la)에 형성된 금속, 탄소, 도전성 금속 산화물 등으로 이루어지는 박막이다.
투명 도전막(512)로서 금속 박막이나 탄소 박막을 형성하는 경우, 제1 기판(511)의 투명성을 현저하게 손상하지 않는 구조로 한다. 투명 도전막(512)을 형성하는 도전성 금속 산화물로는, 예컨대, 인듐 주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO), 산화 주석(SnO2), 불소 도핑된 산화 주석 등이 사용된다.
다공질 산화물 반도체층(513)은, 투명 도전막(512) 상에 설치되어 있고, 그 표면에는 증감 색소가 담지되어 있다. 다공질 산화물 반도체층(513)을 형성하는 반도체로는 특별히 한정되지 않고, 통상 태양 전지용의 다공질 반도체를 형성하는데 사용되는 것이라면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 이러한 반도체로는, 예컨대, 산화티탄(TiO2), 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화니오븀(Nb2O5)를 사용할 수 있다.
다공질 산화물 반도체층(513)을 형성하는 방법으로는, 예컨대, 졸겔법으로부터의 막형성, 미립자의 영동 전착, 발포제에 의한 다공질화, 중합체 비즈 등과의 혼합물 도포 후에 있어서의 잉여 성분의 제거 등의 방법을 들 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
증감 색소로는, 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함하는 루테늄착체, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체, 에오신, 로다민, 메로시아닌 등의 유기 색소 등을 적용할 수 있고, 이들 중, 용도, 사용 반도체에 적합한 여기 거동을 나타내는 것을 특별히 제한 없이 선택할 수 있다.
전해질층(515)은 다공질 산화물 반도체층(513) 내에 전해액을 함침시켜 형성된 것이거나, 또는, 다공질 산화물 반도체층(513) 내에 전해액을 함침시킨 후, 이 전해액을 적당한 겔화제를 사용하여 겔화(응고체화)하고, 다공질 산화물 반도체층(513)과 일체로 형성된 것이 이용된다.
전해액으로는, 요오드, 요오드화물 이온, 터셔리 부틸 피리딘 등의 전해질 성분을 에틸렌 카보네이트나 메톡시 아세트 니트릴 등의 유기 용매에 용해시킨 것이 사용된다.
전해액을 겔화할 때에 사용되는 겔화제로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드 유도체, 아미노산 유도체 등을 들 수 있다.
제2 기판(516)으로는, 제1 기판(511)과 같은 것이나, 특히 광투과성을 가질 필요가 없으므로 금속판, 합성수지판 등이 사용된다.
도전막(517)은, 제2 기판(516)에 도전성을 부여하기 위해, 일측면(516a)에 형성된 백금 등의 금속, 탄소 등으로 이루어지는 박막이다. 도전막(517)으로는, 예컨대, 증착, 스퍼터, 염화 백금산 도포 후의 열처리에 의해 형성한 탄소나 백금 등의 층이 바람직하게 사용되지만, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
탄성 부재(519)로는, 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리우레탄, 고무 스폰지 등이 사용된다.
색소 증감형 태양 전지(510)에서는, 적층체(525)를 케이스(530)에 의해 봉지함으로써 적층체(525)에는 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 외력이 가해진다. 탄성 부재(519)를 대전극(518)과 덮개(532) 사이에 개재시킴으로써 이 외력에 의해 작용극(514)과 대전극(518) 간에 가로 이탈이 발생하는 것을 억제할 수 있다.또한 탄성 부재(519)에 의해 적층체(525)를 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 유연성을 유지하면서 견고하게 케이스(530)에 고정할 수 있다.
도전체(520)로는, 스크린 인쇄법에 의해, 은 등의 도전성 잉크에서 회로 형성한 것이나, 납땜을 하여 회로 형성한 것 등을 들 수 있다. 도전체(520)는 색소 증감형 태양 전지(510) 내에서 발생한 전자를 효율적으로 수집하기 위해, 작용극(514)의 주연부에(다공질 산화물 반도체층(5l3)의 측면을 감싸도록) 설치되어 있다.
또한 이 도전체(520)를 통하여 적층체(525)와 케이스(530)에 설치된 외부 접속용 단자(미도시)가 전기적으로 접속할 수 있게 되어 있다.
간극 충전재(521)로는, 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리우레탄, 고무 스폰지 등이 사용된다.
덮개(532)와 도전체(520)와의 사이에 간극 충전재(52l)를 개재시킴으로써 적층체(525)를 케이스(530)에 의해 봉지할 때 생기는 외력에 의해 작용극(514)과 대전극(518) 사이에 가로 이탈이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한 간극 충전재(521)에 의해 적층체(525)를, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 유연성을 유지하면서 견고하게 케이스(530)에 고정할 수 있다.
케이스(530)를 구성하는 프레임(531) 및 덮개(532)를 형성하는 재료로는 특별히 한정되지는 않지만, 각종 금속, 세라믹스, 각종 합성 수지 등이 사용된다.
접착제층(533)을 형성하는 접착제로는, 제1 기판(511)을 프레임(531)에 접착 가능한 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있는데, 특히, 소정의 외력을 가함으로써, 적층체(525)를 프레임(531)으로부터 용이하게 떼낼 수 있는 것이 바람직하다. 접착제층(533)을 형성하는 접착제로는, 예컨대 에폭시계 접착제 등이 사용된다.
접착제층(534)을 형성하는 접착제로는, 접착제층(533)을 형성하는 접착제와 같은 것을 사용하는 것도 가능하지만, 덮개(532)를 프레임(531)에 접착 가능한 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 특히, 접착제층(534)을 형성하는 접착제로는, 소정의 외력을 가함으로써, 덮개(532)를 프레임(531)으로부터 용이하게 떼낼 수 있는 것이 바람직하다. 접착제층(534)를 형성하는 접착제로는, 예컨대, 에폭시계 접착제 등이 사용된다.
이상 설명한 바와 같이, 색소 증감형 태양 전지(510)에서는, 적층체(520)를 조립한 후에 작용극(514)과 대전극(518) 사이에 전해액을 충전할 필요가 없기 때문에 공정을 간략화할 수 있다. 또한 색소 증감형 태양 전지(510)는 열가소성 수지 등으로 이루어지는 봉지재를 필요로 하지 않기 때문에, 내후성 즉 장기 신뢰성이 뛰어나다. 또한, 색소 증감형 태양 전지(510)는 작용극(514)과 대전극(518) 사이에 거리를 둘 필요가 없으므로 발전 효율이 뛰어나다.
또한 색소 증감형 태양 전지(510)는 케이스(530)를 구성하는 프레임(531)에 설치된 압압부(531B)가, 작용극(514)의 타측면(514b)에 있어서, 일측면(514a)에 형성되어 있는 도전체(520)가 존재하는 영역을 덮고 있고, 작용극(514)에서의 발전에 관여하는 부분이 덮개 등으로 덮히는 일 없이, 적층체(525)가 케이스(530)에 의해 봉지된다. 따라서, 작용극(514)에서의 발전에 관여하는 부분으로 입사되는 광량이 감소되지 않으므로, 색소 증감형 태양 전지(510)는 발전 효율이 더욱 뛰어난 것이 된다.
또한 색소 증감형 태양 전지(510)에서는, 도전체(520)이 작용극(514)에서의 일측면(514a)의 주연부에 형성되어 있어 작용극(514)에서의 발전에 관여하는 부분의 면적을 크게 할 수 있으므로, 색소 증감형 태양 전지(510)는 더욱 발전 효율이 뛰어난 것이 된다.
또한, 색소 증감형 태양 전지(510)에서는, 적층체(525)가 접착제층(533)을 통하여 프레임(531)에 착탈 가능하게 고정되고, 또한, 덮개(532)가 접착제층(534)을 통하여 프레임(531)에 착탈 가능하게 고정되기 때문에, 적층체(525)에 문제가 생긴 경우, 이것을 케이스(530)로부터 떼내어 수리하거나, 우량품으로 교환하거나 할 수 있다. 또한 케이스(530)를 반복 사용할 수 있으므로 제조 코스트를 절감할 수도 있다.
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제조 방법의 일예를 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
본 예에서는, 우선, 제1 기판(511)에서의 일측면(51la) 상에 투명 도전막(512) 및 다공질 산화물 반도체층(513)이 소정의 방법에 의해 순서대로 형성되어 이루어지는 작용극(514)을 준비한다.
이어서, 작용극(514)의 일측면(514a)에서의 주연부에 도전체(520)를 설치한다.
이어서, 다공질 산화물 반도체층(513)에 미리 겔화제가 첨가된 전해액을 적하하여 함침시킨 후, 이 전해액을 겔화시켜 다공질 산화물 반도체층(513)과 일체를 이루는 전해질층(515)을 형성한다.
이어서, 작용극(514)의 타측면(514b)이 접착제층(533)을 통하여 프레임(531) 의 압압부(531B)의 내면(531b)에 접하도록, 프레임(531) 내에 작용극(514)을 배치한다.
이어서, 도전막(517)이 전해질층(515)에 중첩되도록, 대전극(518)을 작용극(513)에 중첩하여 전해질층(515)을 작용극(514)과 대전극(5l8)에 사이에 개재하는 적층체(525)를 프레임(531) 내에 형성한다.
이어서, 대전극(518)의 측면을 둘러싸고, 도전체(520)에 접촉되도록 간극 충전재(521)를 배치한다.
이어서, 탄성 부재(519)를 통하여 대전극(518)을 덮도록 덮개(532)를 배치한다.
이어서, 덮개(532)의 외측으로부터 적층체(525)의 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하면서, 덮개(532)를 접착제층(534)을 통하여 프레임(531)에 고정시키고, 케이스(530)에 적층체(525)를 봉지함으로써 색소 증감형 태양 전지(510)를 얻는다.
도 12는, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제2예가 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
본 예에서는, 상기 제1예와는, 케이스(530)에 의해 적층체(525)를 봉지하는 구조가 다르다. 도 12에 있어서, 도 10에 나타낸 제1예의 구성 요소와 같은 구성 요소에는 동일 부호를 첨부하고 그 설명을 생략한다.
색소 증감형 태양 전지(540)에 있어서, 프레임부(531A)의 내면(531a)에는 적층체(525)의 측면(525a)이 접해 있고, 또 압압부(531B)의 내면(531b)에는 봉지 부 재(541)를 통하여 작용극(514)의 타측면(514b)이 접해 있다.
또한 덮개(532)는 봉지 부재(542)를 통하여 프레임(531)에 접해 있다. 또한, 덮개(532)는 나사(543)에 의해 프레임(531)에 고정되어 있다.
또한, 케이스(530)에 의한 적층체(525)의 봉지를 충분한 것으로 하기 위해서는, 봉지 부재(541)를 끼우기 위한 홈 등을 갖는 끼움부(미도시)를, 프레임(531)의 압압부(531B)의 내면(531b) 및 작용극(514)의 일측면(514a)에 설치하는 것이 바람직하다. 또한 봉지 부재(542)를 끼우기 위한 홈 등을 갖는 끼움부(미도시)를 프레임(531)의 프레임부(531A)에서의 덮개(532)와 접촉하는 면 및 덮개(532)의 프레임부(531A)와 접촉하는 면에 설치하는 것이 바람직하다.
봉지 부재(541, 542)로는, 니트릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 불소 고무 등의 탄성 재료나, 폴리 4불화 에틸렌 등으로 이루어지는 O링, 가스켓 등이 사용된다.
나사(543)로는, 덮개(532)를 프레임(531)에 접합, 고정할 수 있는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다.
또한, 본 예에서는, 덮개(532)를 프레임(531)에 접합, 고정하는 수단으로서, 나사(543)을 예시하였지만, 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서는, 케이스를 프레임에 접합, 고정하는 수단으로서, 예컨대, 프레임에 설치된 피계지부에, 케이스에 회전 가능하게 설치된 플랩 모양의 계지부를 계지하는 수단이나, 프레임의 프레임부, 압압부 및 케이스의 표면에 접하도록 케이스의 외측에 장착되는 단면 "ㄷ" 자형 슬리브상의 스프링의 클램프력에 의해 개재하는 수단 등을 사용할 수도 있다. 또한 상기 피계지부에 계지부를 계지하는 수단은 피 끼움부에 끼움부를 끼우는 수단이어도 무방하다.
이러한 구성으로 함으로써 적층체(525)에 문제가 생긴 경우, 적층체(525)를 케이스(530)로부터 용이하게 떼내어 수리하거나, 양질품으로 교환하거나 할 수 있다.
본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자는, 적층체를 조립한 후에, 작용극과 대전극 사이에 전해액을 충전할 필요가 없으므로, 공정을 간략화할 수 있다.또한 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자는 열가소성 수지 등으로 이루어지는 봉지 재료를 필요로 하지 않기 때문에, 내후성 즉 장기 신뢰성이 뛰어나다. 또한, 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자는, 작용극과 대전극 사이에 거리를 둘 필요가 없으므로, 발전 효율이 뛰어나다. 또한 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자는, 케이스를 구성하는 프레임에 마련된 압압부가 작용극에서의 적어도 도전체가 형성되어 있는 영역을 덮고 있고, 작용극에서의 발전에 관여하는 부분이 덮개 등으로 덮히는 일 없이, 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체가 케이스에 의해 봉지되어 있으므로, 작용극에서의 발전에 관여하는 부분으로 입사되는 광량이 감소하는 일이 없으므로, 발전 효율이 더욱 뛰어난 것이 된다.
또한 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 도전체를 작용극의 주연부에 형성하면, 작용극에 있어서의 발전에 관여하는 부분의 면적을 크게 할 수 있고, 기판의 저항을 낮출 수 있기 때문에, 발전 효율이 더욱 뛰어난 광전 변환 소자를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 케이스를 구성하는 프레임과 케이스를 착탈 가능하게 고정하면, 적층체에 문제가 생긴 경우 이것을 케이스로부터 떼내어 수리하거나, 양질품으로 교환하거나 할 수 있다. 또한 케이스를 반복 사용할 수 있기 때문에 제조 코스트를 절감할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제4 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 대전극과 케이스 사이에 탄성 부재를 개재시키면 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 외력이 가해져도 작용극과 대전극 간에 가로 이탈이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한 탄성 부재에 의해 적층체를, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 유연성을 유지하면서 견고하게 케이스에 고정할 수 있다.
(제5 실시 형태)
이하, 본 발명의 제5 실시 형태를 실시한 광전 변환 소자에 대하여 도면을 참조하여 설명하기록 한다.
도 13은, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 일예인 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13 중, 부호 610은 색소 증감형 태양 전지, 611은 제1 기판, 612는 투명 도전막, 613은 다공질 산화물 반도체층, 614는 작용극, 615는 전해질층, 616은 제2 기판, 617은 도전막, 618은 대전극, 619는 탄성 부재, 620은 적층체, 630은 케이스, 631은 본체, 632는 덮개, 641은 봉지 부재, 642는 나사를 각각 나타내고 있다.
이 색소 증감형 태양 전지(610)는, 증감 색소가 표면에 담지된 다공질 산화물 반도체층(613)이 일측면(614a)에 설치된 작용극(614)과, 일측면(614a)과 대향 배치된 대전극(618)과, 일측면(614a)과 대전극(618)에서의 일측면(614a)과 대향하는 면(618a)(이하, 「대전극(618)의 일측면(618a)」이라 함)과의 사이에 형성된 전해질층(615)과, 이들을 수용하는 케이스(630)로 개략적으로 구성되어 있다.
또한, 이 색소 증감형 태양 전지(610)에서는, 전해질층(615)을 형성하는 전해질의 대부분이, 다공질 산화물 반도체층(613)의 공극 부분에 함침된 상태가 되어 있다.
작용극(614)은 제1 기판(611)과, 이 일측면(611a)상에 순서대로 형성된 투명 도전막(612) 및 다공질 산화물 반도체층(613)을 구비하고 있다.
대전극(618)은 제2 기판(616)과, 이 일측면(616a) 상에 형성된 도전막(617)을 구비하고 있다.
색소 증감형 태양 전지(610)에 있어서, 전해질층(615)을 작용극(614)과 대전극(618) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(620)가 광전 변환 소자로서 기능한다.
색소 증감형 태양 전지(610)에 있어서, 적층체(620)는 적층체(620)의 측면(620a) 및 대전극(618)에서의 타측면(618b)을 덮는 단면 오목상의 본체(631)와, 작용극(614)의 타측면(614b)에 접하여 적층체(620)를 본체(631)에 고정하는 덮개(632)를 갖는 케이스(630) 내에 수용되어 있다. 또한, 본체(631)는 탄성 부재(619)를 통하여 대전극(618)의 타측면(618b)에 접해 있다.
또한 덮개(632)는, 봉지 부재(641)를 통하여 본체(631)에 접해 있다. 또한, 덮개(632)는 나사(642)에 의해 본체(631)에 고정되어 있다.
또한, 케이스(630)에 의한 적층체(620)의 봉지를 충분한 것으로 하기 위해서는, 봉지 부재(641)을 끼우기 위한 홈 등을 갖는 끼움부(미도시)를 본체(631)의 덮개(632)와 접하는 면(631a) 및 덮개(632)의 일측면(632a)에 설치하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써 적층체(620)는 그 상면 및 하면이 본체(631)와 덮개(632) 사이에 개재되고, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 압압된 상태로 케이스(630) 내에 수용된다. 또한 이 상태로, 적층체(620)의 측면(620a)의 전역이 본체(631)에 덮히고, 적층체(620)는 케이스(630)에 의해 일괄적으로 봉지되어 있다.
제1 기판(611)으로는, 광투과성의 재료로 이루어지는 기판이 사용되고, 글래스, 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리 카보네이트, 폴리에테르설폰 등, 통상 태양 전지의 투명 기판으로서 사용되는 것이면 어떠한 것도 이용할 수 있다. 제1 기판(611)은, 이들 중 전해액으로의 내성 등을 고려하여 적당히 선택되지만, 용도상, 가능한 한 광투과성이 뛰어난 기판이 바람직하다.
투명 도전막(612)은 제1 기판(611)에 도전성을 부여하기 위해, 일측면(611a)에 형성된 금속, 탄소, 도전성 금속 산화물 등으로 이루어지는 박막이다. 투명 도전막(612)으로 금속 박막이나 탄소 박막을 형성하는 경우, 제1 기판(611)의 투명성을 현저하게 손상하지 않는 구조로 한다. 투명 도전막(612)을 형성하는 도전성 금속 산화물로는, 예컨대, 인듐 주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO), 산화 주석 (SnO2), 불소 도핑된 산화 주석 등이 사용된다.
다공질 산화물 반도체층(613)은, 투명 도전막(612) 상에 설치되어 있고, 그 표면에는 증감 색소가 담지되어 있다. 다공질 산화물 반도체층(613)을 형성하는 반도체로는 특별히 한정되지 않고, 통상 태양 전지용의 다공질 반도체의 형성에 이용되는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다. 이러한 반도체로는, 예컨대, 산화 티탄(TiO2), 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 니오븀(Nb2O5)을 사용할 수 있다.
다공질 산화물 반도체층(613)을 형성하는 방법으로는, 예컨대, 졸겔법으로부터의 막형성, 미립자의 영동 전착, 발포제에 의한 다공질화, 폴리머비즈 등과의 혼합물 도포 후에 있어서의 잉여 성분의 제거 등의 방법을 들 수 있는데, 이들에 한정되는 것은 아니다.
증감 색소로는, 비피리딘 구조, 터피리딘 구조 등을 배위자에 포함하는 루테늄 착체, 포르피린, 프탈로시아닌 등의 함금속 착체, 에오신, 로다민, 메로시아닌 등의 유기 색소 등을 적용할 수 있고, 이들 중, 용도, 사용 반도체에 적합한 여기 거동을 나타내는 것을 특별한 한정없이 선택할 수 있다.
전해질층(615)은 다공질 산화물 반도체층(613) 내에 전해액을 함침시켜 형성된 것이나, 또는, 다공질 산화물 반도체층(613) 내에 전해액을 함침시킨 후, 이 전해액을 적당한 겔화제를 사용하여 겔화(응고체화)하여, 다공질 산화물 반도체층(613)과 일체로 형성된 것이 사용된다.
전해액으로는, 요오드, 요오드화물 이온, 터셔리 부틸 피리딘 등의 전해질 성분이 에틸렌 카보네이트나 메톡시아세트니트릴 등의 유기 용매에 용해된 것이 사용된다.
전해액을 겔화할 때에 사용되는 겔화제로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드 유도체, 아미노산 유도체 등을 들 수 있다.
제2 기판(616)으로서는, 제1 기판(611)과 같은 것이나, 특히 광투과성을 가질 필요가 없으므로 금속판, 합성수지판 등이 사용된다.
도전막(617)은 제2 기판(616)에 도전성을 부여하기 위해, 일측면(616a)에 형성된 백금 등의 금속, 탄소 등으로 이루어지는 박막이다. 도전막(617)으로는, 예컨대, 증착, 스퍼터, 염화 백금산 도포 후의 열처리에 의해 형성한 탄소나 백금 등의 층이 바람직하게 사용되지만, 전극으로서 기능하는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
탄성 부재(619)로는 발포 폴리에틸렌, 발포 폴리우레탄, 고무 스폰지 등이 사용된다.
색소 증감형 태양 전지(610)에서는 적층체(620)를 케이스(630)에 의해 봉지함으로써, 적층체(620)에는 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 외력이 가해진다. 탄성 부재(619)를 대전극(618)과 본체(631) 사이에 개재시킴으로써 이 외력에 의해 작용극(614)과 대전극(618) 사이에 가로 이탈이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한 탄성 부재(619)에 의해 적층체(620)를 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 유연성을 유지하면서 견고하게 케이스(630)에 고정할 수 있다.
본체(631)를 형성하는 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 각종 금속, 세라믹스, 각종 합성 수지 등이 사용된다.
덮개(632)로는, 태양광을 투과하는 광학 특성을 갖는 부재가 사용된다. 태양광을 투과하는 광학 특성을 갖는 부재로는 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 아크릴, 폴리 카보네이트, 폴리 염화 비닐, 소다 글래스 등 투명하고 강성이 있는 재질로 이루어지는 부재를 들 수 있다.
봉지 부재(641)로는, 니트릴 고무, 실리콘 고무, 우레탄 고무, 불소 고무 등의 탄성 재료나, 폴리 4불화 에틸렌 등으로 이루어지는 O링, 가스켓 등이 사용된다.
나사(642)로는, 덮개(632)를 본체(631)에 접합, 고정할 수 있는 것이면 어떠한 것도 사용할 수 있다.
또한, 본 예에서는, 덮개(632)를 본체(631)에 접합, 고정하는 수단으로서, 나사(642)를 예시하였지만, 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 케이스를 프레임에 접합, 고정하는 수단으로는, 예컨대 프레임에 설치된 피계지부에 케이스에 회전 가능하게 설치된 플랩 모양의 계지부를 계지하는 수단이나, 프레임의 프레임부, 압압부 및 케이스의 표면에 접하도록 케이스의 외측에 장착된다, 단면 "ㄷ"자형 슬리브상의 스프링의 클램프력에 의해 개재하는 수단 등을 사용할 수도 있다.또한 상기 피계지부에 계지부를 계지하는 수단은, 피 끼움부에 끼움부를 끼우는 수단이어도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 색소 증감형 태양 전지(610)에서는, 적층체(620)를 조립한 후, 작용극(614)과 대전극(618) 사이에 전해액을 충전할 필요가 없으므로 공정을 간략화할 수 있다. 또한 색소 증감형 태양 전지(610)는 열가소성 수지 등으로 이루어지는 봉지재를 필요로 하지 않으므로, 내후성 즉 장기 신뢰성이 뛰어나다. 또한, 색소 증감형 태양 전지(610)는 작용극(614)과 대전극(618) 사이에 거리를 둘 필요가 없으므로 발전 효율이 뛰어나다.
또한 색소 증감형 태양 전지(610)에서는, 덮개(632)가 봉지 부재(641)을 통하여 본체(631)에 착탈 가능하게 고정되고, 적층체(620)가 케이스(630)에 의해 봉지되어 있기 때문에, 적층체(620)에 문제가 생긴 경우, 이를 케이스(630)로부터 떼내어 수리하거나, 양질품으로 교환할 수 있다. 또한 케이스(630)를 반복 사용할 수 있으므로, 제조 코스트를 절감할 수도 있다.
이어서, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제조 방법의 일예를 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.
본 예에서는, 우선, 제1 기판(611)에서의 일측면(611a) 상에 투명 도전막(612) 및 다공질 산화물 반도체층(613)이 소정의 방법에 의해 순서대로 형성되어 이루어진 작용극(614)을 준비한다.
이어서, 다공질 산화물 반도체층(613)에 미리 겔화제가 첨가된 전해액을 적하하여 함침시킨 후, 이 전해액을 겔화시켜 다공질 산화물 반도체층(613)과 일체를 갖는 전해질층(615)을 형성한다.
이어서, 대전극(618)의 타측면(618b)이 탄성 부재(619)를 통하여 본체(631) 의 내측의 저면(631a)에 접하도록 본체(631) 내에 작용극(614)을 배치한다.
이어서, 도전막(617)이 전해질층(615)에 중첩되도록 대전극(618)을 작용극(613)에 중첩하고, 전해질층(615)을 작용극(614)과 대전극(618) 사이에 개재하는 적층체(620)를 본체(631) 내에 형성한다.
이어서, 작용극(6l4)의 타측면(614b)를 덮도록 덮개(632)를 배치한다. 이어서, 덮개(632)의 외측에서 적층체(620)의 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 가하면서, 덮개(632)를 봉지 부재(641)를 통하여 본체(631)로 나사(642)에 고정하고, 케이스(630)에 적층체(620)을 봉지함으로써 색소 증감형 태양 전지(610)를 얻는다.
도 14는, 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 광전 변환 소자의 제2예로서, 색소 증감형 태양 전지를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14 중, 부호 650은 색소 증감형 태양 전지, 651은 제1 기판, 652는 투명 도전막, 653은 다공질 산화물 반도체층, 654는 작용극, 655는 전해질층, 656은 제2 기판, 657은 도전막, 658은 대전극, 659는 탄성 부재, 660은 적층체, 670은 케이스(「본체」라고도 함), 681은 봉지 부재, 682는 나사를 각각 나타내고 있다.
이 색소 증감형 태양 전지(650)는, 증감 색소가 표면에 담지된 다공질 산화물 반도체층(653)이 일측면(654a)에 설치된 작용극(654)과, 일측면(654a)과 대향 배치된 대전극(658)과, 일측면(654a)과 대전극(658)에서의 이 면과 대향하는 면(이하, 「일측면」이라 함)(658a)과의 사이에 형성된 전해질층(655)과, 이들을 수용하는 케이스(670)로 개략적으로 구성되어 있다.
또한, 이 색소 증감형 태양 전지(650)에서는, 전해질층(655)은 다공질 산화물 반도체층(653)과 일체로 형성되어 있다.
작용극(654)은 제1 기판(651)과, 이 일측면(651a) 상에 순서대로 형성된 투명 도전막(652) 및 다공질 산화물 반도체층(653)을 구비하고 있다. 또한 작용극(654)의 주연부(654c)에는, 다공질 산화물 반도체층(653)이 설치되어 있지 않고, 제1 기판(651)과 투명 도전막(652)으로 구성되어 있다.
대전극(658)은, 제2 기판(656)과, 이 일측면(656a) 상에 형성된 도전막(657)을 구비하고 있다.
색소 증감형 태양 전지(650)에 있어서, 전해질층(655)을 작용극(654)과 대전극(658) 사이에 개재하여 형성되는 적층체(660)가 광전 변환 소자로서 기능한다.
색소 증감형 태양 전지(650)에 있어서, 적층체(660)는, 적층체(660)의 측면(660a) 및 대전극(658)에서의 타측면(658b)을 덮는 단면 오목상의 본체(670) 내에 수용되어 있다. 또한, 본체(670)는 탄성 부재(659)를 통하여 대전극(658)의 타측면(658b)에 접해 있다.
또한 작용극(654)의 주연부(654c)는, 봉지 부재(681)를 통하여 본체(670)에 직접 접해 있다. 또한, 작용극(654)의 주연부(654c)는 나사(682)에 의해 본체(670)에 고정되어 있다.
또한, 본체(670)에 의한 적층체(660)의 봉지를 충분한 것으로 하기 위해서는, 봉지 부재(681)를 끼우기 위한 홈 등을 갖는 끼움부(미도시)를 본체(670)의 주연부(654c)와 접하는 면(670a) 및 주연부(654c)의 본체(670)와 접하는 면(654d)에 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로 함으로써 적층체(660)의 측면(660a)의 전역이 케이스(670)에 덮히고, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 압압된 상태로 적층체(660)는 광체(670)에 의해 일괄적으로 봉지된다.
제1 기판(651)으로는, 상기 제1 기판(61l)과 같은 것이 사용된다.
투명 도전막(652)으로는, 상기 투명 도전막(612)과 같은 것이 설치된다. 다공질 산화물 반도체층(653)을 형성하는 반도체로는, 상기 다공질 산화물 반도체층(613)을 형성하는 반도체와 같은 것이 사용된다.
증감 색소로는, 상술한 제1예와 같은 것이 사용된다.
전해질층(655)으로는 상기 전해질층(615)과 같은 것이 설치된다. 전해액으로는 상술한 제1예와 같은 것이 사용된다.
겔화제로는, 상술한 제1예와 같은 것이 사용된다.
제2 기판(656)으로는, 상기 제2 기판(616)과 같은 것이 사용된다. 도전막(657)으로는 상기 도전막(617)과 같은 것이 설치된다.
탄성 부재(659)로는 상기 탄성 부재(619)와 같은 것이 사용된다.
케이스(670)를 형성하는 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 상기 본체(631)를 형성하는 재료와 같은 것이 사용된다.
봉지 부재(681)로는 상기 봉지 부재(641)와 같은 것이 사용된다. 나사(682)로는 상기 나사(642)와 같은 것이 사용된다.
또한, 본 예에서는, 작용극(654)을 케이스(670)에 접합, 고정하는 수단으로 서 나사(682)를 예시하였지만, 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 케이스를 프레임에 접합, 고정하는 수단으로는, 예컨대 케이스에 설치된 피 계지부에, 작용극에 회전 가능하게 설치된 플랩 모양의 계지부를 계지하는 수단이나, 작용극 및 케이스의 표면에 접하도록 이들 외측에 장착된다, 단면 "ㄷ"자형 슬리브상의 스프링의 클램프력에 의해 개재되는 수단 등을 사용할 수도 있다. 또한 상기 피 계지부에 계지부를 계지하는 수단은 피 끼움부에 끼움부를 끼우는 수단이어도 무방하다.
이상 설명한 바와 같이, 색소 증감형 태양 전지(650)에서는, 적층체(660)를 조립한 후에, 작용극(654)과 대전극(658) 사이에 전해액을 충전할 필요가 없으므로 공정을 간략화할 수 있다. 또한 색소 증감형 태양 전지(650)는 열가소성 수지 등으로 이루어지는 봉지재를 필요로 하지 않으므로, 내후성 즉 장기 신뢰성이 뛰어나다. 또한, 색소 증감형 태양 전지(650)는 작용극(654)과 대전극(658) 사이에 거리를 둘 필요가 없으므로 발전 효율이 뛰어나다.
또한 작용극(654)이 케이스(670)의 덮개를 겸하고 있고, 작용극(654)에서의 발전에 관여하는 부분이 덮개로 덮혀 있지 않으므로, 작용극(654)에서의 발전에 관여하는 부분으로 입사되는 광량이 감소하는 것을 억제할 수 있으므로, 색소 증감형 태양 전지(650)는 발전 효율이 더욱 뛰어난 것이 된다.
또한 색소 증감형 태양 전지(650)에서는, 작용극(654)이 봉지 부재(681)를 통하여 케이스(670)에 착탈 가능하게 고정되고, 작용극(654)이 케이스(670)에 직접 접하며, 적층체(660)가 케이스(670)에 의해 봉지되어 있으므로, 적층체(660)에 문 제가 생긴 경우, 이것을 케이스(670)로부터 떼내어 수리하거나, 양질품으로 교체할 수 있다. 또한 케이스(670)를 반복 사용할 수 있기 때문에, 제조 코스트를 삭감할 수도 있다.
본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 적층체를 조립한 후에, 작용극과 대전극 사이에 전해액을 충전할 필요가 없으므로, 공정을 간략화할 수 있다. 또한 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 열가소성 수지 등으로 이루어지는 봉지재를 필요로 하지 않으므로, 내후성 즉 장기 신뢰성이 뛰어나다. 또한, 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 작용극과 대전극의 사이에 거리를 둘 필요가 없으므로 발전 효율이 뛰어나다.
또한 본 발명의 제5 실시 형태의 광전 변환 소자는 작용극이 본체의 덮개를 겸하고 있고, 작용극에서의 발전에 관여하는 부분이 뚜껑에 덮혀 있지 않으므로, 작용극에서의 발전에 관여하는 부분으로 입사되는 광량이 감소하는 것을 억제할 수 있으므로, 색소 증감형 태양 전지는 더욱 발전 효율이 뛰어난 것이 된다. 또한, 작용극이 케이스의 본체에 착탈 가능하게 고정되고, 작용극이 본체에 직접 접하여 적층체가 본체에 의해 봉지되어 있으므로, 적층체에 문제가 생긴 경우, 이것을 본체로부터 떼내어 수리하거나, 우량품으로 교환하거나 할 수 있다. 또한 본체를 반복 사용할 수 있으므로 제조 코스트를 절감할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제5실시 형태의 광전 변환 소자에 있어서, 대전극과 케이스와의 사이에 탄성 부재를 개재시키면, 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 외력이 가해져도 작용극과 대전극 사이에 가로 이탈이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또 한 탄성 부재에 의해 적층체를, 그 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 유연성을 유지하면서 견고하게 케이스에 고정할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 우수한 장기 안정성을 가짐과 동시에, 저렴하게 제공할 수 있는 광전 변환 소자를 제공할 수 있다. 케이스 내에 전해질층을 작용극과 대전극 사이에 개재하여 형성되는 적층체를 갖는 셀 구성 부재를 수납한 구성을 채용함으로써, 외부 회로와의 접속을 간편하게 꾀할 수 있으므로, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광전 변환 소자는 시공에 필요한 시간을 대폭적으로 단축한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 색소 증감 반도체 전극에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 주입함에 따른 메리트를 유지하면서, 우수한 발전 효율을 가진 광전 변환 소자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 제2실시 형태는, 작용극과 케이스를 공용함으로써 입사 광량을 증대시켜 높은 출력 특성을 실현하고, 또한 출력 특성의 장기 안정성도 함께 구비한 광전 변환 소자의 제조에 공헌한다.
본 발명의 제3 실시 형태에 의하면, 색소 증감형 태양 전지 등과 같이, 전해액 또는 겔상의 전해질을 개재한 상태에서 작용극과 대전극이 중합된 적층체가 케이스 내에 밀봉 봉지된 구성의 광전 변환 소자에 적용할 수 있다.
본 발명의 제4, 5 실시 형태에 의하면, 고점도 또는 겔상의 전해질을 용이하게 충전할 수 있는 이점을 유지하면서, 발생한 전자를 효율적으로 수집할 수 있는 색소 증감형 태양 전지를 실현할 수 있다. 또한 셀로 입사되는 광량의 감소 없이, 케이스와의 분리성도 높으므로, 보수성이나 리사이클성도 높고, 환경 부하가 낮은 태양 전지를 실현할 수 있다.

Claims (25)

  1. 광전 변환 소자로서,
    케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고,
    상기 적층체는,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과,
    상기 작용극의 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고,
    상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면에 의해 지지되어 있고, 상기 케이스 중 적어도 상기 작용극과 대향하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어지며, 상기 케이스에 의해 밀폐공간이 형성되며,
    상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 설치된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광전 변환 소자로서,
    케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고,
    상기 적층체는,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과,
    상기 작용극의 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고,
    상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면에 의해 지지되어 있고, 상기 케이스 중 적어도 상기 작용극과 대향하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어지며, 상기 케이스에 의해 밀폐공간이 형성되며,
    일단과 타단을 갖는 제1 및 제2의 도전체를 더 가지며,
    상기 제1의 도전체가 상기 케이스의 내부를 통과하고, 또한 상기 적층체의 측면에 접촉하지 않도록, 상기 대전극에 상기 제1의 도전체의 상기 일단이 접속되어 상기 제1의 도전체의 상기 타단이 상기 케이스의 외부로 연장되고,
    상기 제2의 도전체가 상기 케이스의 내부를 통과하고, 또한 상기 적층체의 측면에 접촉하지 않도록, 상기 작용극에 상기 제2의 도전체의 상기 일단이 접속되어 상기 제2의 도전체의 상기 타단이 상기 케이스의 외부로 연장되며,
    상기 제1 및 제2의 도전체의 상기 타단은 상기 케이스 저부로부터 케이스의 외부로 연장되는 광전 변환 소자.
  6. 광전 변환 소자의 제조 방법으로서,
    내저면을 갖는 상자 및 덮개를 구비하는 케이스를 제공하는 공정과,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극을 제공하는 공정과,
    상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층 상에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층을 형성하는 공정과,
    상기 케이스의 상자의 상기 내저면에 상기 대전극을 배치하는 공정과,
    상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 대전극에 상기 작용극을 중첩 하여 적층체를 형성하는 공정과,
    상기 작용극을 덮도록 상기 케이스의 상기 덮개를 배치하는 공정과,
    상기 케이스의 외측으로부터 상기 적층체의 표면과 직교하는 방향으로 하중을 부가하여 케이스를 봉지하는 공정을 갖는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 광전 변환 소자의 제조 방법으로서,
    내저면을 갖는 상자를 구비하는 케이스를 제공하는 공정과,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극을 제공하는 공정과,
    상기 작용극의 상기 다공질 산화물 반도체층에 액상 또는 겔상의 전해질을 충전하여 전해질층을 형성하는 공정과,
    대전극이 상기 상자의 상기 내저면에 의해 지지되도록 상기 케이스의 상기 상자의 상기 내저면에 상기 대전극을 배치하는 공정과,
    상기 대전극에 상기 전해질층이 접하도록 상기 대전극에 상기 작용극을 중첩하여 적층체를 형성하는 공정과,
    상기 작용극을 상기 케이스를 덮도록 배치하는 공정과,
    레이저법 또는 접착법에 의해 상기 작용극을 상기 상자에 봉지하여 상기 케이스를 제작하는 공정을 갖는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  10. 광전 변환 소자로서,
    케이스와,
    복수의 적층체를 구비하고, 상기 복수의 적층체는 상기 케이스 내에 배열하여 봉지되어 있고, 상기 적층체의 각각은,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극과 상기 대전극과의 사이에 개재된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는, 배면판과, 그 배면판의 외주부에 설치한 프레임을 구비하고,
    상기 프레임은 측벽부와 창틀부를 가지고, 상기 창틀부는 상기 배면판에 대향 배치되어 상기 적층체를 상기 배면판 방향으로 압압하고,
    상기 적층체는 집전 배선부를 가지며, 상기 창틀부는 상기 적층체의 상기 집전 배선부의 위치에 대응된 영역에 설치되어 있는 광전 변환 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 측벽부가 상기 배면판에 대하여 착탈 가능한 광전 변환 소자.
  12. 제10항에 있어서, 상기 창틀부가 상기 측벽부에 대하여 착탈 가능한 광전 변환 소자.
  13. 제10항에 있어서, 상기 적층체와 상기 배면판과의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비한 광전 변환 소자.
  14. 광전 변환 소자로서,
    적층체와,
    상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는 상기 적층체를 덮는 프레임과, 상기 적층체를 상기 프레임에 고정하는 덮개를 구비하고, 상기 프레임은 상기 작용극에 있어서 도전체가 형성되어 있는 위치에 대응된 영역을 덮고 있는 광전 변환 소자.
  15. 제14항에 있어서, 상기 도전체가 상기 작용극의 주연부에 설치되어 있는 광전 변환 소자.
  16. 제14항에 있어서, 상기 케이스가 상기 프레임에 착탈 가능하게 고정되어 있는 광전 변환 소자.
  17. 제14항에 있어서, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  18. 광전 변환 소자로서,
    적층체와,
    상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는, 상기 적층체를 덮는 본체와, 상기 적층체를 상기 본체에 고정하는 덮개를 구비하고, 상기 덮개는 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 상기 케이스에 의해 밀폐공간이 형성되며,
    상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  19. 삭제
  20. 광전 변환 소자로서,
    적층체와,
    상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는, 상기 적층체를 덮는 본체로 이루어지고, 상기 작용극이 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 상기 케이스에 의해 밀폐공간이 형성되며,
    상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  21. 삭제
  22. 광전 변환 소자로서,
    케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고,
    상기 적층체는,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과,
    상기 작용극의 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고,
    상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면에 의해 지지되어 있고, 상기 케이스 중 적어도 상기 작용극과 대향하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어지며, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 설치된 탄성부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  23. 광전 변환 소자로서,
    케이스와, 상기 케이스 내에 수납된 적층체를 구비하고,
    상기 적층체는,
    증감 색소를 표면에 담지시킨 다공질 산화물 반도체층을 갖는 작용극과,
    상기 작용극의 다공질 산화물 반도체층측에서 상기 작용극에 대향 배치되는 대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극의 사이의 적어도 일부에 배치된 전해질층을 구비하고,
    상기 적층체의 상면 및 하면은 상기 케이스의 내면에 의해 지지되어 있고, 상기 케이스 중 적어도 상기 작용극과 대향하는 부분은 태양광을 투과하는 광학 특성을 구비한 재료로 이루어지며,
    일단과 타단을 갖는 제1 및 제2의 도전체를 더 가지며,
    상기 제1의 도전체가 상기 케이스의 내부를 통과하고, 또한 상기 적층체의 측면에 접촉하지 않도록, 상기 대전극에 상기 제1의 도전체의 상기 일단이 접속되어 상기 제1의 도전체의 상기 타단이 상기 케이스의 외부로 연장되고,
    상기 제2의 도전체가 상기 케이스의 내부를 통과하고, 또한 상기 적층체의 측면에 접촉하지 않도록, 상기 작용극에 상기 제2의 도전체의 상기 일단이 접속되어 상기 제2의 도전체의 상기 타단이 상기 케이스의 외부로 연장되고,
    상기 제1 및 제2의 도전체의 상기 타단은 상기 케이스의 저부로부터 케이스의 외부로 연장되는 광전 변환 소자.
  24. 광전 변환 소자로서,
    적층체와,
    상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는, 상기 적층체를 덮는 본체와, 상기 적층체를 상기 본체에 고정하는 덮개를 구비하고, 상기 덮개는 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
  25. 광전 변환 소자로서,
    적층체와,
    상기 적층체를 수용하는 케이스를 구비하고, 상기 적층체는,
    작용극과,
    대전극과,
    상기 작용극 및 상기 대전극과의 사이에 형성된 전해질층을 구비하고,
    상기 케이스는, 상기 적층체를 덮는 본체로 이루어지고, 상기 작용극이 상기 본체에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 상기 대전극과 상기 케이스와의 사이에 마련된 탄성 부재를 더 구비하는 광전 변환 소자.
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