太陽電池モジュール及びその製造方法
【課題】内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュールは、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュールは、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池をはじめとする湿式太陽電池（以下、ＤＳＣ（Dye-Sensitized Solar Cell） と略記する。）のユニットセルを直列接続してなる太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳＣを大型化する方法としては、セル内に配線を施して内部抵抗を下げることで電流を得る方法と、基板内でセルを分割し、それぞれのセルを直列に接続することで高電圧低電流のモジュールとする方法がある。このうち、後者のように単一の基板内に直列ＤＳＣモジュールを形成する方法としては、電流の経路形状から名付けられたＺ型、Ｗ型と呼ばれるモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＺ型、Ｗ型と呼ばれるモジュールは、例えば、図５及び図６にそれぞれ示すように、何れも基材１０１と透明導電層１０２と半導体層１０３からなる三層構造の透明基板を光が入射する側の作用極（窓側電極）１０８とし、一方、透明導電層１０２を塗布した基材１０１を対極１０９として、この作用極１０８と対極１０９とで電解質層（電解液もしくは電解質ゲル）１０５を挟み込んだ構造をしている。
【０００４】
そして、Ｚ型のモジュールは図５に示すように、隔壁１０６で分割された各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…を、作用極１０８はいずれか一方側に、対極１０９は他方側となるようにそれぞれ分けて配置するとともに、隣接する各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…の作用極１０８と対極１０９とをセル間接続部材１０７を用いて繋ぎ合わせて電気接続した構造をしている。
【０００５】
一方、Ｗ型のモジュールは、図６に示すように、隔壁１０６で分割された各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…を隣接する作用極１０８と対極１０９とが交互になるように配置して裏面入射可能とするとともに、隣り合う一対のセル１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…の作用極１０８と対極１０９とを同一基材１０１上に設けて接続した構造をしている。
【０００６】
このうちＺ型のモジュールは、Ｗ型のモジュールのように光電変換効率の劣る裏面入射となるユニットセルが存在しないことから、Ｗ型モジュールに比べてモジュール単位での発電効率の向上が図れる。しかしながら、Ｚ型のモジュールは、作用極と対極とを接続する構成が複雑となることから、製造時の作業性が低く、また多くの製造工程も要するので、製造コストが嵩む等の問題がある。
【０００７】
Ｚ型のモジュールにおいて良好な特性を得る方法としては、例えば、作用極と対極との間に、オレフィン樹脂からなる絶縁性材料中に導電剤を含んだ導電性材料を設け、両極間を電気的に接続するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、Ｚ型のモジュールからさらに進んだ構造として、一つの基板上にユニットセルを並べて配し、隣接するユニットセル同士を電気的に接続してなるモノシリック型モジュールを実現しようとするアイデアも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
発電効率の面で有利なＺ型モジュールを作製する場合、基板上に多くのユニットセルを並べて配し、それぞれ隣接したセルの作用極と対極とを接続部材を用いて直列に接続しなければならないが、接続に用いる領域は非発電領域となるため、極力狭くする必要がある。また、電解液が隣接するユニットセル間を往来しないように、ユニットセル間の分離性に優れた構造の開発が期待されている。
【０００９】
そこで、いずれか一方の電極（対極または作用極）を設けた基材に、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を備えた構成を有するモジュールを考案し、本発明者らは先に出願をしている（特許文献４参照）。
【００１０】
図７に作用極に隔壁部を設けた例を示すように、このモジュールは、隣接するユニットセル１２０間を分離する隔壁部１２１を備えた透明部材からなる第一基材１２２と、第一電極として機能する導電層１２３と、導電層上に設けた多孔質酸化物半導体層１２４とからなる構造体を、光が入射する側の窓極（作用極）基板１２５とする。一方、第二基材１２６と第二電極として機能する導電層１２７と、電極部材１２８とからなる構造体を、対極基板１２９とする。そして、窓極基板１２５と対極基板１２９との間に電解質層１３０（電解液もしくは電解質ゲル）を設けてなる。また、窓極基板１２５の導電層１２３は一端が隔壁部１２１の頂面まで延び、この頂面において対極基板１２９との間に導電性接着部材１３１を設けることによって間接接続するように構成されたものである。
【００１１】
この構成によれば、従来に比べて隣接するユニットセル間の構成が簡単となり、ひいては組立の容易性を格段と向上させることが可能となる。しかも、上記隔壁部を利用して隣接するユニットセル同士を接続するものであるので、隔壁部の厚みを調整するだけで、ユニットセル同士の接続に用いられて非発電領域となる部分を極力狭めた構成とすることができる。
【００１２】
ところで、このようなモジュールに用いられている基材として、ＩＴＯを成膜したプラスチック基板が広く用いられている。プラスチック基板を用いた色素増感型太陽電池の窓側電極において、プラスチック基板上に低温成膜した非晶質〜微結晶のＩＴＯ透明導電膜と電解液との間では、逆電子移動が起きやすい［図７（ｂ）］。その結果、内部抵抗要素Ｒｓｈの低下による形状因子ＦＦ低下が原因となり発電効率が低下してしまう。
内部抵抗要素Ｒｓｈの向上策として、ＴｉＯ２ などからなる逆電子移動層を成膜することが報告されている［図７（ｃ）］が、この場合、セル間接続抵抗が高くなり、結果として、内部抵抗要素Ｒｓの増加による形状因子ＦＦの低下が原因となり、発電効率が低下してしまう。
【特許文献１】特開平８−３０６３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−９３２５２号公報
【特許文献３】特開２００４−３０３４６３号公報
【特許文献４】特願２００５−１９０２４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、低温成膜のプロセス条件においても、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを得ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の太陽電池モジュールは、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の太陽電池モジュールは、請求項１において、前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部の一方の側面とこれに連なる頂面の両方、もしくは前記隔壁部に対向する領域、を覆うように延設されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法は、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、前記第二導電層は２００℃以下で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、窓極として機能する第一電極において、隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配することで、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。これにより発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。
また、本発明では、前記第二導電層として酸化スズ膜を２００℃以下の温度で形成することにより、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制できる被膜とすることができる。ゆえに、本発明は、低温成膜が求められるプラスチック基板などの上に、発電効率を高めた太陽電池モジュールを構築可能な製造方法をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す概略断面図であり、隔壁部を窓極基板側に配置した例である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１を備えた透明部材からなる第一基材２と、第一電極として機能する、透明導電膜からなる第一導電層３および酸化スズ膜からなる第二導電層４と、酸化スズ膜上に設けた多孔質酸化物半導体層５とからなる構造体を、光が入射する側の窓極（作用極）基板６とする。一方、第二基材７と第二電極として機能する第三導電層８と、電極部材９とからなる構造体を、対極基板１０とする。そして、窓極基板６と対極基板１０との間に電解質層１１（電解液もしくは電解質ゲル）を設けてなる。
【００１８】
また、本発明の太陽電池モジュール１においては、各ユニットセルごとに、窓極基板６の第一導電層３はその一端が隔壁部２１の頂面まで延び、この頂面において、隣接するユニットセルの対極基板１０を構成する第三導電層８（又は電極部材９）との間に設けられた導電性接着部材１３によって電気的にも機械的にも接合されるように構成されている。
【００１９】
そして、本発明の太陽電池モジュール１は、前記第一基材２は、前記隔壁部２１の間をなす領域すなわち凹部底面上に透明導電膜からなる第一導電層３を備え、さらに該第一導電層３上に酸化スズ膜からなる第二導電層４が重ねて配されていることを特徴とする。これにより内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。その結果、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。
【００２０】
第一導電層３をなすＩＴＯ導電層は従来から利用されてはいるが、低温で成膜したアモルファス〜微結晶のＩＴＯ導電層は、電解液に対して逆電子移動を起こしやすく、色素増感型太陽電池に用いると形状因子ＦＦが低下する傾向があった。色素増感型太陽電池において導電層に起因する形状因子ＦＦ低下を解決する手法には、導電層上に酸化チタンや酸化ニオブをコーティングする例が知られているが、いずれも高温で焼成するタイプの色素増感型太陽電池に対するもので、プラスチック基板を用いた場合は効果が再現できない。おそらく、コーティングした層がアモルファス状態になっていることが原因と思われる。本発明者らは、種々材料を検討した結果、コーティング層を低温で焼成する場合には特に酸化スズ（ＴＯ）コーティングが優れていることを初めて見いだした。これに基づき、本発明をを考案するに至った。
【００２１】
本発明に係る酸化スズ膜からなる第二導電層４は、スパッタ法など、２００℃以下の低温成膜が可能な方法で成膜されていることが好ましい。
上記の方法で成膜した酸化スズ膜は導電性が低いため、酸化チタン等からなる多孔質酸化物半導体層からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部２１のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部２１を避けてパターニングし、隔壁部２１の頂面では直接、第一導電層３が、対極基板１０を構成する第三導電層８（又は電極部材９）と触れる構造とする必要がある。
【００２２】
なお、本発明に係る［ＩＴＯ（アモルファス）／ＴＯ（アモルファス）］複合膜と良く似た構成である［ＩＴＯ（結晶）／ＦＴＯ（フッ素をドープしたＴＯ：結晶）］複合膜は特願２００３−００９７５８に、［ＩＴＯ（結晶）／ＴＯ（結晶）］複合膜は特開平０５−２９４６７３号公報に、それぞれ例示されてはいるが、いずれも耐熱性向上を目指したもので、色素増感型太陽電池に適用した際の形状因子向上効果は謳われていない。
【００２３】
第一基材２は、表面に導電材料からなる膜（層）を形成することにより電気を通す導電性を有し、光透過性の高い透明な部材であれば何でも良く、特に制限されない。この第一基材２としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチックを用いることができる。
【００２４】
隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１は、本実施形態の場合、第一基材２と一体化されており、例えば、第一基材２の表面に凹凸加工を施すことで形成することができる。この凹凸加工は、第一基材２としてガラス板を用いた場合、エッチング法等を用いることで行なうことができる。また、第一基材２がプラスチックである場合は、射出成形や切削法ダイスタンプ法等簡便な方法で凹凸加工を施すことができる。しかも、第一基材２にプラスチックを用いた場合、経済的に、軽量なモジュールを得ることができる。
このように、第一基材２に凹凸加工を施し、隔壁部２１を第一基材２と一体化して形成することで、両極基板を接着する導電性接着部材１２と電解質層１１との接触面積が低減し、セルの耐薬品性が向上するとともに、暗電流の問題が起こりにくいものとなる。
【００２５】
また、第一基材２は途中熱プレスの工程を経ることから、このときに用いるプラスチックは例えば、ポリカーボネートやポリアリレート等、耐熱温度が１３０℃以上を有するエンジニアリングプラスチックが望ましい。
【００２６】
第一導電層３は、第一基材２上に形成された導電材料からなる導電性の膜であり、例えば、スズ添加インジウム（ＩＴＯ）が好ましい。第一導電層３が第一基材２上に形成される場合、光透過率の高いものが好適である。
【００２７】
また、第一導電層３は、隔壁部２１の一方の側面とこれに連なる頂面のみを覆うように設けられ、隣接する位置にあるセル構造体を直列に繋ぎ合わせるセル間接続部材として作用する。したがって、本実施形態の場合、第一導電層３をそのまま利用して窓極と対極とを電気的に接続可能とする構成となっている。
そして、第一基材２上に光透過率の高い透明な第一導電層３を形成することにより、窓極（作用極）基板とする。
【００２８】
多孔質酸化物半導体層５は、酸化スズ膜からなる第二導電層４の上に設けられており、その表面には増感色素が担持されている。多孔質酸化物半導体層５を形成する半導体としては特に限定されず、通常、光電変換素子用の多孔質酸化物半導体を形成するのに用いられるものであれば、いかなるものでも用いることができる。このような半導体としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）、酸化スズ（ＳｎＯ２ ）、酸化タングステン（ＷＯ３ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）などを用いることができる。
【００２９】
多孔質酸化物半導体層５を形成する方法としては、例えば、市販の酸化物半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調製できるコロイド溶液を、必要に応じて所望の添加剤を添加した後、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレー塗布法など公知の塗布方法により塗布した後、この溶媒を加熱処理により除去して空隙を形成させ多孔質化する方法などを適用することができる。
【００３０】
増感色素としては、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などを適用することができ、これらの中から、用途、使用半導体に適した挙動を示すものを特に限定なく選ぶことができる。
【００３１】
一方、第二基材７は、その内面に第二電極として機能する第三導電層８を設けることにより導電性を備え、光透過性の高い部材である必要はなく、特に制限されない。この第二基材７としては、ガラス板を使用するのが一般的であるが、ガラス板以外にも、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチック、酸化チタンやアルミナ等のセラミックスを用いることができる。中でも、第二基材７としては、熱膨張に起因した反りの発生を抑えるために、窓極を構成する第一基材２と同じ材料またはほぼ同じ熱膨張率の材料が好ましい。なお、第二基材７の内面に設けられる導電層としては、上述した導電層と同様の部材が用いられる。
【００３２】
また、電極部材９は、窓極との間で起電力を生じさせる電極であり、例えば、化学的に安定な白金やカーボンが好適に用いられる。電極部材９の形成方法に関しては、例えば、電極部材９が白金からなる場合、スパッタ法や蒸着法といった真空成膜法、基板表面に塩化白金酸溶液等の含白金溶液を塗布後に熱処理を加える湿式成膜法等を用いて行なうことができる。
【００３３】
また、電解質層１１をなす電解液は、電解質が液中で解離して陽イオンと陰イオンを生じ電導性を有する溶液をいう。この電解液としては、例えば、酸化還元対を含む有機溶媒や、イオン液体（室温溶融塩）等を用いることができる。
酸化還元対も特に限定されるものではないが、例えばヨウ素／ヨウ化物イオン、臭素／臭化物イオン等を選ぶことができ、前者であればヨウ化物塩（リチウム塩、四級化イミダゾリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩等を単独、あるいは複合して用いることができる）とヨウ素を単独、あるいは複合して添加することにより与えることができる
【００３４】
有機溶媒としては、アセトニトリルやメトキシアセトニトリル、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−ブチロラクトン等を用いた揮発性電解液が例示される。
また、イオン液体としては、例えば、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体といった四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとしたものがある。
【００３５】
また、このような電解液を適当なゲル化剤、充填剤を導入することにより流動性を抑えて擬似固体化したもの、いわゆるゲル電解質を電解質層１１として用いても構わない。
電解液には、更に必要に応じてリチウム塩やtert-ブチルピリジン等種々の添加物を加えても構わない。更に、このような電解液と同様に電荷輸送能力を有する高分子固体電解質等を電解質層１１として用いても構わない。
【００３６】
導電性接着部材１２は、加熱加圧することで接合する異方性導電接着剤が好適である。異方性導電接着剤は、接着・導電・絶縁という３つの機能を兼ね備えた接続材料であって、熱圧着することにより、その厚み方向には導通性、面方向には絶縁性という電気的異方性をもつ。この導電性接着部材１２としては、例えば、ペースト状のＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等が挙げられる。また、導電性を向上させるために、金属導線を異方性接着剤と組み合わせることも有効である。なお、金属導線と組み合わせて利用する場合は、異方性導電接着剤に代えて、絶縁性接着部材であるＮＣＰ（Non Conductive Paste）やＮＣＦ（Non Conductive Film） を用いてもよい。
【００３７】
そして、窓極基板６と対極基板１０とを、窓極基板６に設けた多孔質酸化物半導体層５と、対極基板１０に設けた電極部材９とが向かい合うように配置し、窓極基板６の隔壁部２１の頂面に設けられた第一導電層３と対極基板１０の第三導電層８（又は電極部材９）との間に導電性接着部材１２を配して間接接続して熱プレスにより貼り合せする。
その後、セル内に電解液を注入して封止することにより、図１に示すような、ユニットセル２０を直列接続してなる太陽電池モジュール１とする。
【００３８】
以下では、本発明に係る太陽電池モジュール１の製造方法の一例について説明する。
図２は、太陽電池モジュール１を構成する窓極（作用極）基板６を作製する工程を順に示す概略断面図であり、図３は、太陽電池モジュール１における対極基板１０を作製する工程を順に示す概略断面図である。そして、図４は、本発明に係る太陽電池モジュール１の製造例を示す概略断面図である。
【００３９】
まず、窓極（作用極）の作製方法について図２に基づき説明する。
図２（ａ）に示すように、凹凸加工を施すことが可能な第一基材２を準備する。第一基材２は、汎用のガラス板でも差し支えないが、凹凸加工が施しやすく、経済的で、軽量なモジュールを得ることができる樹脂板（プラスチック板）が好ましい。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、この第一基材２の一方の面に凹凸加工を施し、凹部２１と凸部（以下、隔壁部２１と呼ぶ）を形成する。これにより、この凸部は、第一基材２と一体化されたものとなり、隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１として機能する。凹凸加工の方法としては、例えば、射出成形や切削法、ダイスタンプ法等の簡便な方法が挙げられる。
【００４１】
そして、この凹部２１の深さ（すなわち、凸部の高さ）は、板間距離の関係から、１００μｍ以下、多孔質酸化物層の厚さ以上が好ましい。凹部２１の深さが１００μｍ以上であると、電解質層１１が厚すぎて内部抵抗が大きくなり好ましくなく、一方、多孔質酸化物層の厚さより凹部２１の深さが浅いと、対極とぶつかってしまい両極間に多孔質酸化物層が収納されないためである。
【００４２】
次いで、図２（ｃ）に示すように、凹凸加工が施された第一基材２の表面上に透明な導電膜からなる第一導電層３を設ける。第一導電層３の形成方法としては、第一導電層３を構成する材料に応じて公知の方法を用いて行なえばよく、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法（気相成長法）、ＳＰＤ法（スプレー熱分解堆積法）、蒸着法等により、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）等の酸化物半導体からなる薄膜を形成する。この第一導電層３は、厚すぎると光透過性が劣り、一方、薄すぎると導電性が損なわれるので、例えばＩＴＯ膜の場合、光透過性と導電性の両方を考慮して、０．０３０μｍ〜１μｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４３】
引き続き、図２（ｃ）に示すように、この成膜された第一導電層３の上に、レジスト（不図示）をスクリーン印刷法等により形成し、このレジストをマスクとして第一導電層３の一部を除去する。その後、レジストを除去することにより、凹凸加工が施された第一基材２の一面上に、その一端が隔壁部２１の一方の側面とこれに連なる頂面を覆うように第一導電層３を作製する。これにより、窓極用の導電性基板が得られる。
【００４４】
さらに、図２（ｄ）に示すように、窓極用の導電性基板において、前記隔壁部２１をなす凹部底面上に形成された第一導電層３上に、酸化スズ膜からなる第二導電層４を重ねて形成する。この第二導電層４は、厚すぎると導電性が損なわれ、一方、薄すぎると逆電流防止の効果が十分に得られないので、例えばＳｎＯ２ 膜の場合、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４５】
ここで本発明では、前記第二導電層４を、スパッタ法など、２００℃以下での低温成膜が可能な方法で成膜することを特徴とする。これにより酸化スズ膜４を内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制できる被膜とすることができる。
２００℃以下の比較的低温で成膜された酸化スズ膜からなる第二導電層４は導電性が低いため、酸化チタン電極からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部２１のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部２１を避けてパターニングする必要がある。
【００４６】
さらに、図２（ｅ）に示すように、酸化スズ膜からなる第二導電層４上に、多孔質酸化物半導体層５を形成する。多孔質酸化物半導体層５の形成方法としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）の粉末を分散媒と混ぜてペーストを調製し、これをスクリーン印刷法やインクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法等により導電層上に塗布し、焼成する。そして、この多孔質酸化物半導体層５は、１μｍ〜２０μｍ程度に形成する。
【００４７】
そして、図２（ｅ）に示すように、多孔質酸化物半導体層５の粒子間に、増感色素を担持させることで、窓極基板６を構成する。増感色素の担持は、例えば、多孔質酸化物半導体層５が形成された導電性基板を色素液に浸漬することでなし得る。
【００４８】
次に、対極基板１０の作製方法について図３に基づき説明する。
図３（ａ）に示すように、プラスチックよりなる第二基材７を準備し、この第二基材７の一面に第三導電層８を設ける。第三導電層８の形成方法としては、第一基材２の場合と同様に、第三導電層８の材料に応じて公知の方法を用いて行なえばよく、例えば、スパッタ法や蒸着法等により、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）等の酸化物半導体からなる薄膜を形成する。この導電層８は、厚すぎると光透過性が劣り、一方、薄すぎると導電性が損なわれるので、例えばＩＴＯ膜の場合、光透過性と導電性の両方を考慮して、０．０３０μｍ〜２μｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４９】
引き続き、図３（ｂ）に示すように、この成膜された第三導電層８の上に、レジスト（不図示）をスクリーン印刷法等により形成し、このレジストをマスクとして第三導電層８の一部を除去する。その後、レジストを除去することにより、所望の形状をしたユニットセルパターンをなす第三導電層８を作製する。これにより、対極用の導電性基板が得られる。
【００５０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、対極用の導電性基板において、パターン化された第三導電層８の上に、予め剥離可能なレジストαをスクリーン印刷法等により形成した後、第三導電層８およびレジストを覆うように電極部材９を形成する。この電極部材９としては、例えば白金やカーボンを用いることができ、スパッタ法や蒸着法といった真空成膜法によって形成できるほか、基板表面に塩化白金溶液等の含白金溶液を塗布後に熱処理を加える湿式成膜法等によって形成してもよい。この電極部材９の厚さは、０．０１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。０．０１μｍより薄いと電極の実効面積が不足となり、５μｍを越えると成膜コストが過大となることから好ましくない。
【００５１】
その後、第二基材７から、レジストαと一緒に、その上に位置する電極部材９の一部を剥離することにより除去する。これにより、図３（ｄ）に示した構成の対極基板１０を得る。
【００５２】
そして図４（ａ）に示すように、図２（ｅ）に示した窓極基板６と図３（ｄ）に示した対極基板１０とを、窓極基板６に設けた多孔質酸化物半導体層５と対極基板１０に設けた電極部材９とが向かい合うように配置し、窓極基板６の隔壁部２１の頂面に設けられた第一導電層３と対極基板１０の第三導電層８（または電極部材９）との間、導電性接着部材１２を配して間接接続して熱プレスにより貼り合せする（図４（ｂ）参照）。
【００５３】
その後、セル内に電解液を注入して封止することにより、図１に示すような、ユニットセル２０を直列接続してなる太陽電池モジュール１とする。
このようにして得られた太陽電池モジュール１は、窓極基板において、隔壁部間をなす凹部底面上に形成された透明導電膜からなる第一導電層３に、酸化スズ膜からなる第二導電層４を重ねて配することで、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。その結果、発電効率が向上したものとなる。
【００５４】
以上、本発明の太陽電池モジュールについて説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
たとえば、図１には隔壁部を窓極基板側に配置した太陽電池モジュールの一実施形態を示したが、図示はしないが、隔壁部を対極基板側に配置してもよく、このような配置においても上述した本発明の作用・効果は得られる。ただし、隔壁部を対極基板側に配置する場合、前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部に対向する領域を覆うように延設される点が、図１の配置例とは異なる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、色素増感型太陽電池をはじめとする湿式太陽電池のユニットセルを直列接続してなる太陽電池モジュールおよびその製造方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図２】窓極（作用極）基板を作製する工程を示す概略断面図である。
【図３】対極基板を作製する工程を示す概略断面図である。
【図４】太陽電池モジュールの製造例を示す概略断面図である。
【図５】従来のＺ型太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【図６】従来のＷ型太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 太陽電池モジュール、２ 第一基材、３ 第一導電層（第一電極）、４ 第二導電層（酸化スズ膜）、５ 多孔質酸化物半導体層、６ 窓極（作用極）基板、７ 第二基材、８ 第三導電層（第二電極）、９ 電極部材、１０ 対極基板、１１ 電解質層、１２ 導電性接着部材、２０ ユニットセル、２１ 隔壁部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池をはじめとする湿式太陽電池（以下、ＤＳＣ（Dye-Sensitized Solar Cell） と略記する。）のユニットセルを直列接続してなる太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＳＣを大型化する方法としては、セル内に配線を施して内部抵抗を下げることで電流を得る方法と、基板内でセルを分割し、それぞれのセルを直列に接続することで高電圧低電流のモジュールとする方法がある。このうち、後者のように単一の基板内に直列ＤＳＣモジュールを形成する方法としては、電流の経路形状から名付けられたＺ型、Ｗ型と呼ばれるモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このＺ型、Ｗ型と呼ばれるモジュールは、例えば、図５及び図６にそれぞれ示すように、何れも基材１０１と透明導電層１０２と半導体層１０３からなる三層構造の透明基板を光が入射する側の作用極（窓側電極）１０８とし、一方、透明導電層１０２を塗布した基材１０１を対極１０９として、この作用極１０８と対極１０９とで電解質層（電解液もしくは電解質ゲル）１０５を挟み込んだ構造をしている。
【０００４】
そして、Ｚ型のモジュールは図５に示すように、隔壁１０６で分割された各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…を、作用極１０８はいずれか一方側に、対極１０９は他方側となるようにそれぞれ分けて配置するとともに、隣接する各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…の作用極１０８と対極１０９とをセル間接続部材１０７を用いて繋ぎ合わせて電気接続した構造をしている。
【０００５】
一方、Ｗ型のモジュールは、図６に示すように、隔壁１０６で分割された各セル１１０ａ，ｂ，ｃ…を隣接する作用極１０８と対極１０９とが交互になるように配置して裏面入射可能とするとともに、隣り合う一対のセル１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ…の作用極１０８と対極１０９とを同一基材１０１上に設けて接続した構造をしている。
【０００６】
このうちＺ型のモジュールは、Ｗ型のモジュールのように光電変換効率の劣る裏面入射となるユニットセルが存在しないことから、Ｗ型モジュールに比べてモジュール単位での発電効率の向上が図れる。しかしながら、Ｚ型のモジュールは、作用極と対極とを接続する構成が複雑となることから、製造時の作業性が低く、また多くの製造工程も要するので、製造コストが嵩む等の問題がある。
【０００７】
Ｚ型のモジュールにおいて良好な特性を得る方法としては、例えば、作用極と対極との間に、オレフィン樹脂からなる絶縁性材料中に導電剤を含んだ導電性材料を設け、両極間を電気的に接続するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、Ｚ型のモジュールからさらに進んだ構造として、一つの基板上にユニットセルを並べて配し、隣接するユニットセル同士を電気的に接続してなるモノシリック型モジュールを実現しようとするアイデアも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
発電効率の面で有利なＺ型モジュールを作製する場合、基板上に多くのユニットセルを並べて配し、それぞれ隣接したセルの作用極と対極とを接続部材を用いて直列に接続しなければならないが、接続に用いる領域は非発電領域となるため、極力狭くする必要がある。また、電解液が隣接するユニットセル間を往来しないように、ユニットセル間の分離性に優れた構造の開発が期待されている。
【０００９】
そこで、いずれか一方の電極（対極または作用極）を設けた基材に、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を備えた構成を有するモジュールを考案し、本発明者らは先に出願をしている（特許文献４参照）。
【００１０】
図７に作用極に隔壁部を設けた例を示すように、このモジュールは、隣接するユニットセル１２０間を分離する隔壁部１２１を備えた透明部材からなる第一基材１２２と、第一電極として機能する導電層１２３と、導電層上に設けた多孔質酸化物半導体層１２４とからなる構造体を、光が入射する側の窓極（作用極）基板１２５とする。一方、第二基材１２６と第二電極として機能する導電層１２７と、電極部材１２８とからなる構造体を、対極基板１２９とする。そして、窓極基板１２５と対極基板１２９との間に電解質層１３０（電解液もしくは電解質ゲル）を設けてなる。また、窓極基板１２５の導電層１２３は一端が隔壁部１２１の頂面まで延び、この頂面において対極基板１２９との間に導電性接着部材１３１を設けることによって間接接続するように構成されたものである。
【００１１】
この構成によれば、従来に比べて隣接するユニットセル間の構成が簡単となり、ひいては組立の容易性を格段と向上させることが可能となる。しかも、上記隔壁部を利用して隣接するユニットセル同士を接続するものであるので、隔壁部の厚みを調整するだけで、ユニットセル同士の接続に用いられて非発電領域となる部分を極力狭めた構成とすることができる。
【００１２】
ところで、このようなモジュールに用いられている基材として、ＩＴＯを成膜したプラスチック基板が広く用いられている。プラスチック基板を用いた色素増感型太陽電池の窓側電極において、プラスチック基板上に低温成膜した非晶質〜微結晶のＩＴＯ透明導電膜と電解液との間では、逆電子移動が起きやすい［図７（ｂ）］。その結果、内部抵抗要素Ｒｓｈの低下による形状因子ＦＦ低下が原因となり発電効率が低下してしまう。
内部抵抗要素Ｒｓｈの向上策として、ＴｉＯ２ などからなる逆電子移動層を成膜することが報告されている［図７（ｃ）］が、この場合、セル間接続抵抗が高くなり、結果として、内部抵抗要素Ｒｓの増加による形状因子ＦＦの低下が原因となり、発電効率が低下してしまう。
【特許文献１】特開平８−３０６３９９号公報
【特許文献２】特開２００５−９３２５２号公報
【特許文献３】特開２００４−３０３４６３号公報
【特許文献４】特願２００５−１９０２４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はこのような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、低温成膜のプロセス条件においても、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを得ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の請求項１に記載の太陽電池モジュールは、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の太陽電池モジュールは、請求項１において、前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部の一方の側面とこれに連なる頂面の両方、もしくは前記隔壁部に対向する領域、を覆うように延設されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法は、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、前記第二導電層は２００℃以下で形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、窓極として機能する第一電極において、隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配することで、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。これにより発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。
また、本発明では、前記第二導電層として酸化スズ膜を２００℃以下の温度で形成することにより、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制できる被膜とすることができる。ゆえに、本発明は、低温成膜が求められるプラスチック基板などの上に、発電効率を高めた太陽電池モジュールを構築可能な製造方法をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を示す概略断面図であり、隔壁部を窓極基板側に配置した例である。
本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１を備えた透明部材からなる第一基材２と、第一電極として機能する、透明導電膜からなる第一導電層３および酸化スズ膜からなる第二導電層４と、酸化スズ膜上に設けた多孔質酸化物半導体層５とからなる構造体を、光が入射する側の窓極（作用極）基板６とする。一方、第二基材７と第二電極として機能する第三導電層８と、電極部材９とからなる構造体を、対極基板１０とする。そして、窓極基板６と対極基板１０との間に電解質層１１（電解液もしくは電解質ゲル）を設けてなる。
【００１８】
また、本発明の太陽電池モジュール１においては、各ユニットセルごとに、窓極基板６の第一導電層３はその一端が隔壁部２１の頂面まで延び、この頂面において、隣接するユニットセルの対極基板１０を構成する第三導電層８（又は電極部材９）との間に設けられた導電性接着部材１３によって電気的にも機械的にも接合されるように構成されている。
【００１９】
そして、本発明の太陽電池モジュール１は、前記第一基材２は、前記隔壁部２１の間をなす領域すなわち凹部底面上に透明導電膜からなる第一導電層３を備え、さらに該第一導電層３上に酸化スズ膜からなる第二導電層４が重ねて配されていることを特徴とする。これにより内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。その結果、発電効率を高めた太陽電池モジュールを提供することができる。
【００２０】
第一導電層３をなすＩＴＯ導電層は従来から利用されてはいるが、低温で成膜したアモルファス〜微結晶のＩＴＯ導電層は、電解液に対して逆電子移動を起こしやすく、色素増感型太陽電池に用いると形状因子ＦＦが低下する傾向があった。色素増感型太陽電池において導電層に起因する形状因子ＦＦ低下を解決する手法には、導電層上に酸化チタンや酸化ニオブをコーティングする例が知られているが、いずれも高温で焼成するタイプの色素増感型太陽電池に対するもので、プラスチック基板を用いた場合は効果が再現できない。おそらく、コーティングした層がアモルファス状態になっていることが原因と思われる。本発明者らは、種々材料を検討した結果、コーティング層を低温で焼成する場合には特に酸化スズ（ＴＯ）コーティングが優れていることを初めて見いだした。これに基づき、本発明をを考案するに至った。
【００２１】
本発明に係る酸化スズ膜からなる第二導電層４は、スパッタ法など、２００℃以下の低温成膜が可能な方法で成膜されていることが好ましい。
上記の方法で成膜した酸化スズ膜は導電性が低いため、酸化チタン等からなる多孔質酸化物半導体層からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部２１のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部２１を避けてパターニングし、隔壁部２１の頂面では直接、第一導電層３が、対極基板１０を構成する第三導電層８（又は電極部材９）と触れる構造とする必要がある。
【００２２】
なお、本発明に係る［ＩＴＯ（アモルファス）／ＴＯ（アモルファス）］複合膜と良く似た構成である［ＩＴＯ（結晶）／ＦＴＯ（フッ素をドープしたＴＯ：結晶）］複合膜は特願２００３−００９７５８に、［ＩＴＯ（結晶）／ＴＯ（結晶）］複合膜は特開平０５−２９４６７３号公報に、それぞれ例示されてはいるが、いずれも耐熱性向上を目指したもので、色素増感型太陽電池に適用した際の形状因子向上効果は謳われていない。
【００２３】
第一基材２は、表面に導電材料からなる膜（層）を形成することにより電気を通す導電性を有し、光透過性の高い透明な部材であれば何でも良く、特に制限されない。この第一基材２としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチックを用いることができる。
【００２４】
隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１は、本実施形態の場合、第一基材２と一体化されており、例えば、第一基材２の表面に凹凸加工を施すことで形成することができる。この凹凸加工は、第一基材２としてガラス板を用いた場合、エッチング法等を用いることで行なうことができる。また、第一基材２がプラスチックである場合は、射出成形や切削法ダイスタンプ法等簡便な方法で凹凸加工を施すことができる。しかも、第一基材２にプラスチックを用いた場合、経済的に、軽量なモジュールを得ることができる。
このように、第一基材２に凹凸加工を施し、隔壁部２１を第一基材２と一体化して形成することで、両極基板を接着する導電性接着部材１２と電解質層１１との接触面積が低減し、セルの耐薬品性が向上するとともに、暗電流の問題が起こりにくいものとなる。
【００２５】
また、第一基材２は途中熱プレスの工程を経ることから、このときに用いるプラスチックは例えば、ポリカーボネートやポリアリレート等、耐熱温度が１３０℃以上を有するエンジニアリングプラスチックが望ましい。
【００２６】
第一導電層３は、第一基材２上に形成された導電材料からなる導電性の膜であり、例えば、スズ添加インジウム（ＩＴＯ）が好ましい。第一導電層３が第一基材２上に形成される場合、光透過率の高いものが好適である。
【００２７】
また、第一導電層３は、隔壁部２１の一方の側面とこれに連なる頂面のみを覆うように設けられ、隣接する位置にあるセル構造体を直列に繋ぎ合わせるセル間接続部材として作用する。したがって、本実施形態の場合、第一導電層３をそのまま利用して窓極と対極とを電気的に接続可能とする構成となっている。
そして、第一基材２上に光透過率の高い透明な第一導電層３を形成することにより、窓極（作用極）基板とする。
【００２８】
多孔質酸化物半導体層５は、酸化スズ膜からなる第二導電層４の上に設けられており、その表面には増感色素が担持されている。多孔質酸化物半導体層５を形成する半導体としては特に限定されず、通常、光電変換素子用の多孔質酸化物半導体を形成するのに用いられるものであれば、いかなるものでも用いることができる。このような半導体としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２ ）、酸化スズ（ＳｎＯ２ ）、酸化タングステン（ＷＯ３ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）などを用いることができる。
【００２９】
多孔質酸化物半導体層５を形成する方法としては、例えば、市販の酸化物半導体微粒子を所望の分散媒に分散させた分散液、あるいは、ゾル−ゲル法により調製できるコロイド溶液を、必要に応じて所望の添加剤を添加した後、スクリーンプリント法、インクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スプレー塗布法など公知の塗布方法により塗布した後、この溶媒を加熱処理により除去して空隙を形成させ多孔質化する方法などを適用することができる。
【００３０】
増感色素としては、ビピリジン構造、ターピリジン構造などを配位子に含むルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニンなどの含金属錯体、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などを適用することができ、これらの中から、用途、使用半導体に適した挙動を示すものを特に限定なく選ぶことができる。
【００３１】
一方、第二基材７は、その内面に第二電極として機能する第三導電層８を設けることにより導電性を備え、光透過性の高い部材である必要はなく、特に制限されない。この第二基材７としては、ガラス板を使用するのが一般的であるが、ガラス板以外にも、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチック、酸化チタンやアルミナ等のセラミックスを用いることができる。中でも、第二基材７としては、熱膨張に起因した反りの発生を抑えるために、窓極を構成する第一基材２と同じ材料またはほぼ同じ熱膨張率の材料が好ましい。なお、第二基材７の内面に設けられる導電層としては、上述した導電層と同様の部材が用いられる。
【００３２】
また、電極部材９は、窓極との間で起電力を生じさせる電極であり、例えば、化学的に安定な白金やカーボンが好適に用いられる。電極部材９の形成方法に関しては、例えば、電極部材９が白金からなる場合、スパッタ法や蒸着法といった真空成膜法、基板表面に塩化白金酸溶液等の含白金溶液を塗布後に熱処理を加える湿式成膜法等を用いて行なうことができる。
【００３３】
また、電解質層１１をなす電解液は、電解質が液中で解離して陽イオンと陰イオンを生じ電導性を有する溶液をいう。この電解液としては、例えば、酸化還元対を含む有機溶媒や、イオン液体（室温溶融塩）等を用いることができる。
酸化還元対も特に限定されるものではないが、例えばヨウ素／ヨウ化物イオン、臭素／臭化物イオン等を選ぶことができ、前者であればヨウ化物塩（リチウム塩、四級化イミダゾリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩等を単独、あるいは複合して用いることができる）とヨウ素を単独、あるいは複合して添加することにより与えることができる
【００３４】
有機溶媒としては、アセトニトリルやメトキシアセトニトリル、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−ブチロラクトン等を用いた揮発性電解液が例示される。
また、イオン液体としては、例えば、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体といった四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとしたものがある。
【００３５】
また、このような電解液を適当なゲル化剤、充填剤を導入することにより流動性を抑えて擬似固体化したもの、いわゆるゲル電解質を電解質層１１として用いても構わない。
電解液には、更に必要に応じてリチウム塩やtert-ブチルピリジン等種々の添加物を加えても構わない。更に、このような電解液と同様に電荷輸送能力を有する高分子固体電解質等を電解質層１１として用いても構わない。
【００３６】
導電性接着部材１２は、加熱加圧することで接合する異方性導電接着剤が好適である。異方性導電接着剤は、接着・導電・絶縁という３つの機能を兼ね備えた接続材料であって、熱圧着することにより、その厚み方向には導通性、面方向には絶縁性という電気的異方性をもつ。この導電性接着部材１２としては、例えば、ペースト状のＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等が挙げられる。また、導電性を向上させるために、金属導線を異方性接着剤と組み合わせることも有効である。なお、金属導線と組み合わせて利用する場合は、異方性導電接着剤に代えて、絶縁性接着部材であるＮＣＰ（Non Conductive Paste）やＮＣＦ（Non Conductive Film） を用いてもよい。
【００３７】
そして、窓極基板６と対極基板１０とを、窓極基板６に設けた多孔質酸化物半導体層５と、対極基板１０に設けた電極部材９とが向かい合うように配置し、窓極基板６の隔壁部２１の頂面に設けられた第一導電層３と対極基板１０の第三導電層８（又は電極部材９）との間に導電性接着部材１２を配して間接接続して熱プレスにより貼り合せする。
その後、セル内に電解液を注入して封止することにより、図１に示すような、ユニットセル２０を直列接続してなる太陽電池モジュール１とする。
【００３８】
以下では、本発明に係る太陽電池モジュール１の製造方法の一例について説明する。
図２は、太陽電池モジュール１を構成する窓極（作用極）基板６を作製する工程を順に示す概略断面図であり、図３は、太陽電池モジュール１における対極基板１０を作製する工程を順に示す概略断面図である。そして、図４は、本発明に係る太陽電池モジュール１の製造例を示す概略断面図である。
【００３９】
まず、窓極（作用極）の作製方法について図２に基づき説明する。
図２（ａ）に示すように、凹凸加工を施すことが可能な第一基材２を準備する。第一基材２は、汎用のガラス板でも差し支えないが、凹凸加工が施しやすく、経済的で、軽量なモジュールを得ることができる樹脂板（プラスチック板）が好ましい。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、この第一基材２の一方の面に凹凸加工を施し、凹部２１と凸部（以下、隔壁部２１と呼ぶ）を形成する。これにより、この凸部は、第一基材２と一体化されたものとなり、隣接するユニットセル２０間を分離する隔壁部２１として機能する。凹凸加工の方法としては、例えば、射出成形や切削法、ダイスタンプ法等の簡便な方法が挙げられる。
【００４１】
そして、この凹部２１の深さ（すなわち、凸部の高さ）は、板間距離の関係から、１００μｍ以下、多孔質酸化物層の厚さ以上が好ましい。凹部２１の深さが１００μｍ以上であると、電解質層１１が厚すぎて内部抵抗が大きくなり好ましくなく、一方、多孔質酸化物層の厚さより凹部２１の深さが浅いと、対極とぶつかってしまい両極間に多孔質酸化物層が収納されないためである。
【００４２】
次いで、図２（ｃ）に示すように、凹凸加工が施された第一基材２の表面上に透明な導電膜からなる第一導電層３を設ける。第一導電層３の形成方法としては、第一導電層３を構成する材料に応じて公知の方法を用いて行なえばよく、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法（気相成長法）、ＳＰＤ法（スプレー熱分解堆積法）、蒸着法等により、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）等の酸化物半導体からなる薄膜を形成する。この第一導電層３は、厚すぎると光透過性が劣り、一方、薄すぎると導電性が損なわれるので、例えばＩＴＯ膜の場合、光透過性と導電性の両方を考慮して、０．０３０μｍ〜１μｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４３】
引き続き、図２（ｃ）に示すように、この成膜された第一導電層３の上に、レジスト（不図示）をスクリーン印刷法等により形成し、このレジストをマスクとして第一導電層３の一部を除去する。その後、レジストを除去することにより、凹凸加工が施された第一基材２の一面上に、その一端が隔壁部２１の一方の側面とこれに連なる頂面を覆うように第一導電層３を作製する。これにより、窓極用の導電性基板が得られる。
【００４４】
さらに、図２（ｄ）に示すように、窓極用の導電性基板において、前記隔壁部２１をなす凹部底面上に形成された第一導電層３上に、酸化スズ膜からなる第二導電層４を重ねて形成する。この第二導電層４は、厚すぎると導電性が損なわれ、一方、薄すぎると逆電流防止の効果が十分に得られないので、例えばＳｎＯ２ 膜の場合、５ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４５】
ここで本発明では、前記第二導電層４を、スパッタ法など、２００℃以下での低温成膜が可能な方法で成膜することを特徴とする。これにより酸化スズ膜４を内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制できる被膜とすることができる。
２００℃以下の比較的低温で成膜された酸化スズ膜からなる第二導電層４は導電性が低いため、酸化チタン電極からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部２１のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部２１を避けてパターニングする必要がある。
【００４６】
さらに、図２（ｅ）に示すように、酸化スズ膜からなる第二導電層４上に、多孔質酸化物半導体層５を形成する。多孔質酸化物半導体層５の形成方法としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）の粉末を分散媒と混ぜてペーストを調製し、これをスクリーン印刷法やインクジェットプリント法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法等により導電層上に塗布し、焼成する。そして、この多孔質酸化物半導体層５は、１μｍ〜２０μｍ程度に形成する。
【００４７】
そして、図２（ｅ）に示すように、多孔質酸化物半導体層５の粒子間に、増感色素を担持させることで、窓極基板６を構成する。増感色素の担持は、例えば、多孔質酸化物半導体層５が形成された導電性基板を色素液に浸漬することでなし得る。
【００４８】
次に、対極基板１０の作製方法について図３に基づき説明する。
図３（ａ）に示すように、プラスチックよりなる第二基材７を準備し、この第二基材７の一面に第三導電層８を設ける。第三導電層８の形成方法としては、第一基材２の場合と同様に、第三導電層８の材料に応じて公知の方法を用いて行なえばよく、例えば、スパッタ法や蒸着法等により、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）等の酸化物半導体からなる薄膜を形成する。この導電層８は、厚すぎると光透過性が劣り、一方、薄すぎると導電性が損なわれるので、例えばＩＴＯ膜の場合、光透過性と導電性の両方を考慮して、０．０３０μｍ〜２μｍ程度の膜厚にするとよい。
【００４９】
引き続き、図３（ｂ）に示すように、この成膜された第三導電層８の上に、レジスト（不図示）をスクリーン印刷法等により形成し、このレジストをマスクとして第三導電層８の一部を除去する。その後、レジストを除去することにより、所望の形状をしたユニットセルパターンをなす第三導電層８を作製する。これにより、対極用の導電性基板が得られる。
【００５０】
次いで、図３（ｃ）に示すように、対極用の導電性基板において、パターン化された第三導電層８の上に、予め剥離可能なレジストαをスクリーン印刷法等により形成した後、第三導電層８およびレジストを覆うように電極部材９を形成する。この電極部材９としては、例えば白金やカーボンを用いることができ、スパッタ法や蒸着法といった真空成膜法によって形成できるほか、基板表面に塩化白金溶液等の含白金溶液を塗布後に熱処理を加える湿式成膜法等によって形成してもよい。この電極部材９の厚さは、０．０１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。０．０１μｍより薄いと電極の実効面積が不足となり、５μｍを越えると成膜コストが過大となることから好ましくない。
【００５１】
その後、第二基材７から、レジストαと一緒に、その上に位置する電極部材９の一部を剥離することにより除去する。これにより、図３（ｄ）に示した構成の対極基板１０を得る。
【００５２】
そして図４（ａ）に示すように、図２（ｅ）に示した窓極基板６と図３（ｄ）に示した対極基板１０とを、窓極基板６に設けた多孔質酸化物半導体層５と対極基板１０に設けた電極部材９とが向かい合うように配置し、窓極基板６の隔壁部２１の頂面に設けられた第一導電層３と対極基板１０の第三導電層８（または電極部材９）との間、導電性接着部材１２を配して間接接続して熱プレスにより貼り合せする（図４（ｂ）参照）。
【００５３】
その後、セル内に電解液を注入して封止することにより、図１に示すような、ユニットセル２０を直列接続してなる太陽電池モジュール１とする。
このようにして得られた太陽電池モジュール１は、窓極基板において、隔壁部間をなす凹部底面上に形成された透明導電膜からなる第一導電層３に、酸化スズ膜からなる第二導電層４を重ねて配することで、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。その結果、発電効率が向上したものとなる。
【００５４】
以上、本発明の太陽電池モジュールについて説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
たとえば、図１には隔壁部を窓極基板側に配置した太陽電池モジュールの一実施形態を示したが、図示はしないが、隔壁部を対極基板側に配置してもよく、このような配置においても上述した本発明の作用・効果は得られる。ただし、隔壁部を対極基板側に配置する場合、前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部に対向する領域を覆うように延設される点が、図１の配置例とは異なる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、色素増感型太陽電池をはじめとする湿式太陽電池のユニットセルを直列接続してなる太陽電池モジュールおよびその製造方法に広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図２】窓極（作用極）基板を作製する工程を示す概略断面図である。
【図３】対極基板を作製する工程を示す概略断面図である。
【図４】太陽電池モジュールの製造例を示す概略断面図である。
【図５】従来のＺ型太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【図６】従来のＷ型太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの構造例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 太陽電池モジュール、２ 第一基材、３ 第一導電層（第一電極）、４ 第二導電層（酸化スズ膜）、５ 多孔質酸化物半導体層、６ 窓極（作用極）基板、７ 第二基材、８ 第三導電層（第二電極）、９ 電極部材、１０ 対極基板、１１ 電解質層、１２ 導電性接着部材、２０ ユニットセル、２１ 隔壁部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部の一方の側面とこれに連なる頂面の両方、もしくは前記隔壁部に対向する領域、を覆うように延設されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第二導電層は２００℃以下で形成されることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１】
増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部の一方の側面とこれに連なる頂面の両方、もしくは前記隔壁部に対向する領域、を覆うように延設されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第二導電層は２００℃以下で形成されることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−６５９９９（Ｐ２００８−６５９９９Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３９４９８（Ｐ２００６−２３９４９８）
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「太陽光発電技術研究開発革新的次世代太陽光発電システム技術研究開発 大面積・集積型色素増感太陽電池の研究開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「太陽光発電技術研究開発革新的次世代太陽光発電システム技術研究開発 大面積・集積型色素増感太陽電池の研究開発」委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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