色素増感型光電変換素子の製造方法および色素増感型光電変換素子
【課題】Ｃｕ導線をＴｉで被覆した線材を用いた布状電極において集電を行う色素増感型光電変換素子において、集電時の接触抵抗を低減する。
【解決手段】色素増感型光電変換素子の集電部３の製造する際、作用極５から延在する集電用配線４と複数の外周基材２０とが網目状に編まれてなる領域１９に対してＣｕ箔２１を重ね、さらに領域１９とＣｕ箔２１とを挟むように２つのＴｉ箔２２ａ、２２ｂを重ねた後、Ｔｉ箔２２ａ、２２ｂと垂直をなす方向より抵抗溶接法を用いて圧着し、Ｃｕ箔２１と線材８とからなる溶融部を形成する。
【解決手段】色素増感型光電変換素子の集電部３の製造する際、作用極５から延在する集電用配線４と複数の外周基材２０とが網目状に編まれてなる領域１９に対してＣｕ箔２１を重ね、さらに領域１９とＣｕ箔２１とを挟むように２つのＴｉ箔２２ａ、２２ｂを重ねた後、Ｔｉ箔２２ａ、２２ｂと垂直をなす方向より抵抗溶接法を用いて圧着し、Ｃｕ箔２１と線材８とからなる溶融部を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触抵抗が低減された集電部の色素増感型光電変換素子の製造方法、および集電部の接触抵抗が低減された色素増感型光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、非特許文献１を参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上にスズドープ酸化インジウムやフッ素ドープ酸化スズといった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。したがって、このような透明導電性基板を用いていない、全く新しい構造の色素増感型太陽電池が実現するならば、太陽電池の大幅な低価格化が可能であるとして研究開発が進められている。
【０００３】
これらの解決手段として、金属線を発電部の作用極に用いる新規な素子構造（特許文献１、２、３、４参照）が提案されている。しかし、これらの構造においては、作用極に金属線を採用したがゆえに、大面積の太陽電池モジュールの構成が困難となり、本来、色素増感型光電変換素子が有する、大面積化が容易であるという利点を損なう結果となった。そのため、上記の利点を損なうことのない素子構造の開発が必要とされている。
さらに、大面積素子を可能とする構造として、特許文献５、特許文献６に記載されたように、金属線をメッシュ状に編みこむ構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８１６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１６９１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１６３７０号公報
【特許文献５】特開２００１−２８３９４１号公報
【特許文献６】特開２００１−２８３９４４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような金属細線を用いた色素増感型太陽電池の場合、使用される金属細線には電解質に対する耐食性が必要とされるため、ＴｉやＷなどの限られた金属しか使用することができなかった。しかし、これらの線材は概して導電率が低く、また、線材の価格が高いといった問題があった。この問題に対しては、Ｃｕ線をＴｉで被覆した金属線（以下、Ｔｉ被覆Ｃｕ線）を作製することで、導電性に関する問題、および価格の問題は克服できる。しかし、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を使用する場合においては、Ｔｉは、はんだ付けが難しい材料である上、接触抵抗も高いため、集電が困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の金属線を網目状に編まれてなる布状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、確実な集電構造を提供し、ひいては光電変換効率が向上した色素増感型光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記領域から前記第１基材および／または前記第２基材が、その長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子の製造方法であって、前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材として、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものを用い、前記他の領域にＣｕ箔を重ね、さらに前記他の領域と前記Ｃｕ箔を挟むように２つのＴｉ箔を重ねた後、各々のＴｉ箔と垂直をなす方向より抵抗溶接用電極を当接させ、抵抗溶接法を用いて圧着し、前記集電部の内部に溶融部を形成することを特徴とする。
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、前記圧着がスポット状になされてもよい。
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、前記圧着がライン状になされてもよい。
【０００９】
本発明の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子であって、前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材は、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものであり、前記集電部は、前記他の領域とＣｕ箔とからなる溶融部が、Ｔｉ箔で挟まれた構造を有することを特徴とする。
本発明の色素増感型光電変換素子は、前記集電部に前記構造がスポット状に点在してもよい。
本発明の色素増感型光電変換素子は、前記集電部に前記構造がライン状に延在してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
色素増感型光電変換素子の製造方法において、集電部を、線状の基材が網目状に編まれてなる領域に対してＣｕ箔を重ね、さらに領域とＣｕ箔を挟むようにＴｉ箔を重ねた後、抵抗溶接法を用いて圧着し溶融部を形成する製造方法としたため、Ｃｕ箔より簡単に集電することができ、さらに接触抵抗が低減されるという効果が得られる。
また、抵抗溶接するにあたって、ライン溶接を行うことによって、溶融部の面積が広がり、より接触抵抗が低減される。
さらに、本発明の集電構造を備えてなる色素増感型光電変換素子は、集電部における接触抵抗が低減されることにより、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る光電変換素子の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】光電変換素子の集電部の断面図であって（ａ）は抵抗溶接前、（ｂ）は抵抗溶接中、（ｃ）は抵抗溶接後の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る光電変換素子の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態の集電部を備えた光電変換素子を示す概略構成図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、光電変換素子の断面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、本実施形態の光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた集電部３とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する集電用配線４を介して集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の布状構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。布状構造の作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９と、該第１基材８と第２基材９の周囲に配され色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成されており、該多孔質酸化物半導体層１３は、増感色素とともに電解質１８をも含浸している。
第１基材８と第２基材９とはともに線状をなし、これら第１基材８と第２基材９とが網目状に編まれることで矩形の布状構造をなしている。
【００１４】
対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を介して作用極５と重ね合わされている。また対極６は、集電部３と対となる引出電極６ａを有しており、この引出電極６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、支持シート１５とともに収納袋１４内に収納されており、収納袋１４内は電解質１８で満たされている。
【００１５】
支持シート１５は、絶縁体からなるシートであり、前記収納袋１４と前記作用極５との間、及び／又は前記収納袋１４と前記対極６との間に挿入されていてもよい。該支持シート１５が挿入されていることにより、該収納袋１４を平面的な形状に支持することがより容易となり、該収納袋１４と該作用極５及び／又は該対極６とが機械的に擦れて該収納袋１４が傷つくことを低減できる。
前記支持シート１５としては、透光性を有し、電解質１８に対して化学的に安定な材料であれば特に制限されず、例えばＰＥＴ、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等が挙げられる。該支持シート１５の厚さは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下でよい。
【００１６】
作用極５を構成する複数の第１基材８の全ては、作用極５より延長されることで外方へ引き出され集電用配線４となり、外部において集電領域１９（他の領域）を有している。
集電領域１９は、集電用配線４を構成する第１基材８と、導電性を有する複数の外周基材２０とから構成されている。外周基材２０は線状をなしており、集電用配線４と網目状に編まれてなる部位を構成する。
【００１７】
集電領域１９にはＣｕ箔２１が重ねられ、さらに集電領域１９とＣｕ箔２１とは、２枚のＴｉ箔２２ａ、２２ｂにより挟み込まれている。集電領域１９とＣｕ箔２１とＴｉ箔２２ａ、２２ｂとは、抵抗溶接法により圧着され、複数のスポット溶接部２４において一体化されている。Ｃｕ箔２１は、その一部が外部へ引き出されており、この部分より集電が可能となっている。
【００１８】
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
第１基材８、第２基材９、および外周基材２０は直径０．０５ｍｍのＣｕ線をＴｉで被覆した金属線（以下、Ｔｉ被覆Ｃｕ線）である。以下、Ｔｉ被覆金属線としてＴｉ被覆Ｃｕ線の製造方法の一例を記す。
まず、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕを挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得る。
【００１９】
作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる構造を有している。第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが十分接触するように編まれ、矩形をなす布状構造を有している。
第１基材８、第２基材９、および外周基材２０はＴｉ被覆Ｃｕ線に限ることはなく、Ｗ被覆Ｃｕ線など、電解液に対し腐食性を有する線材も使用可能である。Ｔｉ被覆Ａｌ線など、導電率の高い線材も使用可能である。
このような基材の太さ（直径）は、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、基材の太さは細いほどよい。
【００２０】
発電部２において、複数の第２基材９は、図１における上下方向に延在しているとともに、図１における左右方向に所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、図１における上下方向に所定本数列設されているとともに、図１における左右方向に集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。
延長された第１基材８は、所定位置で外周基材２０と互いに交差するように網目状に編まれることで、布状構造を形成する。外周基材２０は、布状構造の形成が可能となるように、３本以上からなることが好ましい。
【００２１】
第１基材８および第２基材９のうち、作用極５の布状構造をなす部分には、その表面に多孔質酸化物半導体層１３が配されており、その表面には少なくとも一部に増感色素及び電解質１８が担持されている。第１基材８のうち、集電用配線部４には多孔質酸化物半導体層１３が配されることはない
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体は、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。この酸化チタンの膜厚は約５μｍとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、１μｍ〜５０μｍであってよい。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体としては酸化チタンに限ることはなく、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）など様々な半導体電極が制限なく使用可能である。
【００２２】
増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等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励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
【００２３】
多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子及び導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
【００２４】
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
また、揮発性電解質溶液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。
【００２５】
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、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常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、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などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４−，ＰＦ６−，（ＨＦ）ｎ−、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
【００２６】
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する科学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２７】
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００２８】
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。
また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。
特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２９】
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。
【００３０】
対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となる厚み０．１ｍｍのＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。なお、集電のため、端部に引出電極６ａが設けられている。
作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなる、厚さ２０μｍのセパレータ１０が挿入されている。
【００３１】
さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、ＰＥＴ、またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる収納袋１４内に収納されている。該収納袋１４に用いられる材料としては、ＰＥＴ、ＰＥＮに限ることはなく、透光性を有し、電解液に耐えられる材料であれば、適宜変更可能である。
収納袋１４内には、電解質１８が封入されており、作用極５の集電用配線４および対極６の引出電極６ａを外部に出すようにして、接着剤で封止されている。接着剤の材料としては、電解質に耐え、収納袋１４およびＴｉと良好な接着力が得られるものが好ましい。
【００３２】
次に、本発明の光電変換素子の集電部３の構造および製造方法について説明する。図３は、集電部３の構造と製造方法を示す図である。
本発明の光電変換素子の集電部３は、発電部２と同様に布状電極を有している。集電を実施するために、Ｃｕ箔２１が用いられており、Ｃｕ箔２１と布状電極をなす集電領域１９重ね合わされた上で、抵抗溶接法を用いて一体化されている。
【００３３】
ただし、Ｃｕ箔２１と布状電極である集電領域１９との間で直接抵抗溶接法を用いて圧着を行うと、ＣｕはＴｉと比較して融点が低いため、抵抗溶接時にＴｉより先に溶融してしまう。この場合、溶融したＣｕが抵抗溶接法で使用される抵抗溶接用電極２５に溶着してしまうため、集電領域１９とＣｕとは接合しない。また、布状電極の集電領域１９と抵抗溶接用電極２５とを直接接触させて抵抗溶接を行うと、接触状態によって接合状態に差が生じるため、溶接が安定しない。
【００３４】
そこで、本発明においては、図３（ａ）に示すように、集電領域１９とＣｕ箔２１とを重ね合わせた上に、さらにこの集電領域１９とＣｕ箔２１とを一対のＴｉ箔２２ａ、２２ｂで挟み込んだ状態で抵抗溶接を行った。図２（ｂ）は、集電領域１９とＣｕ箔２１と一対のＴｉ箔２２ａ、２２ｂとを、一対の抵抗溶接用電極２５で加圧した上で電流を流し、抵抗溶接を実施している様子を示す図である。
その結果、図２（ｃ）に示すように、抵抗溶接時に、内側の集電部３とＣｕ箔２１が溶融することで溶融部２３を形成し、Ｃｕ箔２１と集電部３とが完全に接合した。その一方で、抵抗溶接用電極２５はＴｉ箔２２ａ、２２ｂのみと接触するので、抵抗溶接用電極２５にＣｕが溶着することはなかった。
溶接後は、接触抵抗の低いＣｕ箔２１の部分から集電するため、集電が容易となる。
【００３５】
上述したような構成の光電変換素子１は、集電部３を構成する布状の集電領域１９とＣｕ箔２１とが抵抗溶接法を用いて圧着され、集電領域１９とＣｕ箔２１とが溶融されることによって、集電領域１９とＣｕ箔２１の間の接触抵抗が大幅に低減され、光電変換効率が著しく向上する。
また、Ｃｕ箔２１に電気機器などを接続導体を介して接続した場合、太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が向上する。
また、発電部２は、布状構造の作用極５、薄板状の対極６、およびＰＥＴからなる収納袋１４の組合せであるため、フレキシブル性に優れた光電変換素子１の製造が可能となる。また、光電変換素子１の薄型化も可能となる。
また、第１基材８と第２基材９とからなる作用極５を互いに交差するように網目状に編む際、同時に集電部３を網目状に編むことによって、より短時間で作用極５と集電領域１９を形成することが可能となる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。図４は本発明の第２の実施形態の集電部を備えた光電変換素子を示す概略構成図である。
【００３７】
本実施形態は、溶接部がライン状であること以外は、第１の実施形態とほぼ同様である。すなわち、本実施形態の集電部３の製造の際は、第１１の実施形態と同様に抵抗溶接法を用いて圧着を行うが、第１の実施形態がスポット溶接を実施していたことに対して、ライン溶接を実施しており、その結果、溶接部は、図４の符合２４ａに示すように、ライン状をなしている。
【００３８】
上述したような構成の、第２の実施形態の光電変換素子１は、抵抗溶接するに当たってライン溶接を行うことによって、溶融部の面積が広がり、より接触抵抗が低減される。
【００３９】
（実施例）
図１に示す構造の光電変換素子を作製した。
まず、直径０．０５０ｍｍまで伸線したＴｉ被覆Ｃｕ線を、図１のように織機により密な平織り構造の布状電極に製織した。縦横のＴｉ被覆Ｃｕ線が織り重ねられる矩形部分（発電部）のサイズは１０ｃｍ×１０ｃｍとし、Ｔｉ被覆Ｃｕ線の本数は縦横それぞれ１５００〜２０００本とした。
集電部を構成するＴｉ被覆Ｃｕ線の本数は１５００〜２０００本とし、集電部の幅は１ｃｍとした。
【００４０】
この発電部をＴｉＯ２ペースト（触媒化成製、PST-21NR）中に浸漬した後に引き上げて仮乾燥（完全に乾燥させない状態）させた。その後、電気炉にて５００℃、１時間焼結して多孔質ＴｉＯ２膜付きＴｉ布状部を得た。ＴｉＯ２の膜厚はおよそ１５μｍであった。なお、作用極を構成する発電部（１０ｃｍ×１０ｃｍ）以外の部分は、ペーストへの浸漬の際には、テープなどによりマスキングを行うことによって、ＴｉＯ２が形成されるのは、発電部のみとなった。
【００４１】
次に、上記電極を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般には
Ｎ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置してＴｉＯ２表面に色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄し、これを作用極とした。
【００４２】
一方、三元ＲＦスパッタ装置を用いて１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形Ｔｉ板上にＰｔを蒸着させたものを対極とした。作用極と対極とは、厚さ２０μｍのポリオレフィン（旭化成ケミカルズ、ハイポア）からなるセパレータを介して重ね合わせた。
ＰＥＴからなる収納袋内に、作用極と対極を挿入し、接着剤で封止を行った。
【００４３】
集電部においては、集電領域に集電領域の長手方向の長さより所定寸法長く形成されたＣｕ箔を重ね合わせ、さらにこれらをＴｉ箔で挟んだ上で、所定のスポット溶接機を使用して抵抗溶接法を用いて圧着を行った。スポット溶接の間隔は、集電部３の長手方向に沿って約２ｍｍ間隔とした。
【００４４】
以上のようにして作製された光電変換素子の発電特性を測定したところ、変換効率は、３．２％（ＪＳＣ＝５．６ｍＡ／ｃｍ２、ＶＯＣ＝７３０ｍＶ、ｆｆ＝０．７１）であった。
【００４５】
（比較例）
集電領域とＡｕメッキしたＣｕ箔とをクリップで挟み込んで、Ｃｕ箔から集電を行う構造の光電変換素子を作製した。
この構造の光電変換素子においては、変換効率は、０．５％（ＪＳＣ＝１．５ｍＡ／ｃｍ２、ＶＯＣ＝６２０ｍＶ、ｆｆ＝０．５１）となり、実施例と比較して、大きく性能が低下した。
【００４６】
なお、集電部３は四角形状の発電部２の一辺より延出した基材の端部近傍に形成するとしたが、これに限ることはなく、例えば四角形状の発電部２の四辺より四方に延出した基材のそれぞれの端部近傍に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…光電変換素子、２…発電部、３…集電部、４…集電用配線、５…作用極、６…対極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…収納袋、１８…電解質、１９…集電領域、２０…外周基材、２１…Ｃｕ箔、２２…Ｔｉ箔、２３…溶融部、２４…スポット溶接部、２５…抵抗溶接用電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触抵抗が低減された集電部の色素増感型光電変換素子の製造方法、および集電部の接触抵抗が低減された色素増感型光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池は、スイスのグレッツェルらのグループなどから提案されたもので、高い変換効率を得られる光電変換素子として着目されている（例えば、非特許文献１を参照）。
色素増感型太陽電池は、シリコン系の従来型の太陽電池と比較して大幅な低価格化が可能とされているが、発電部に使用される導電性基板の価格が低価格化の障害となっている。従来構造の色素増感型太陽電池においては、特に光が入射する側の電極（窓電極）には、可視光の透過性と高い伝導性が要求されるため、ガラス基板やプラスチック基板上にスズドープ酸化インジウムやフッ素ドープ酸化スズといった透明導電性金属酸化物を塗布した基板が用いられてきた。したがって、このような透明導電性基板を用いていない、全く新しい構造の色素増感型太陽電池が実現するならば、太陽電池の大幅な低価格化が可能であるとして研究開発が進められている。
【０００３】
これらの解決手段として、金属線を発電部の作用極に用いる新規な素子構造（特許文献１、２、３、４参照）が提案されている。しかし、これらの構造においては、作用極に金属線を採用したがゆえに、大面積の太陽電池モジュールの構成が困難となり、本来、色素増感型光電変換素子が有する、大面積化が容易であるという利点を損なう結果となった。そのため、上記の利点を損なうことのない素子構造の開発が必要とされている。
さらに、大面積素子を可能とする構造として、特許文献５、特許文献６に記載されたように、金属線をメッシュ状に編みこむ構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８１６９０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１６９１号公報
【特許文献３】特開２００５−１９６９８２号公報
【特許文献４】特表２００５−５１６３７０号公報
【特許文献５】特開２００１−２８３９４１号公報
【特許文献６】特開２００１−２８３９４４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】O'Regan B., Graetzel M., Alow cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films, Nature, 1991年, 353号, 737-739ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような金属細線を用いた色素増感型太陽電池の場合、使用される金属細線には電解質に対する耐食性が必要とされるため、ＴｉやＷなどの限られた金属しか使用することができなかった。しかし、これらの線材は概して導電率が低く、また、線材の価格が高いといった問題があった。この問題に対しては、Ｃｕ線をＴｉで被覆した金属線（以下、Ｔｉ被覆Ｃｕ線）を作製することで、導電性に関する問題、および価格の問題は克服できる。しかし、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を使用する場合においては、Ｔｉは、はんだ付けが難しい材料である上、接触抵抗も高いため、集電が困難であるという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、複数の金属線を網目状に編まれてなる布状構造の作用極を有する色素増感型光電変換素子において、確実な集電構造を提供し、ひいては光電変換効率が向上した色素増感型光電変換素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記領域から前記第１基材および／または前記第２基材が、その長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子の製造方法であって、前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材として、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものを用い、前記他の領域にＣｕ箔を重ね、さらに前記他の領域と前記Ｃｕ箔を挟むように２つのＴｉ箔を重ねた後、各々のＴｉ箔と垂直をなす方向より抵抗溶接用電極を当接させ、抵抗溶接法を用いて圧着し、前記集電部の内部に溶融部を形成することを特徴とする。
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、前記圧着がスポット状になされてもよい。
本発明の色素増感型光電変換素子の製造方法は、前記圧着がライン状になされてもよい。
【０００９】
本発明の色素増感型光電変換素子は、導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子であって、前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材は、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものであり、前記集電部は、前記他の領域とＣｕ箔とからなる溶融部が、Ｔｉ箔で挟まれた構造を有することを特徴とする。
本発明の色素増感型光電変換素子は、前記集電部に前記構造がスポット状に点在してもよい。
本発明の色素増感型光電変換素子は、前記集電部に前記構造がライン状に延在してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
色素増感型光電変換素子の製造方法において、集電部を、線状の基材が網目状に編まれてなる領域に対してＣｕ箔を重ね、さらに領域とＣｕ箔を挟むようにＴｉ箔を重ねた後、抵抗溶接法を用いて圧着し溶融部を形成する製造方法としたため、Ｃｕ箔より簡単に集電することができ、さらに接触抵抗が低減されるという効果が得られる。
また、抵抗溶接するにあたって、ライン溶接を行うことによって、溶融部の面積が広がり、より接触抵抗が低減される。
さらに、本発明の集電構造を備えてなる色素増感型光電変換素子は、集電部における接触抵抗が低減されることにより、光電変換効率が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る光電変換素子の概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】光電変換素子の集電部の断面図であって（ａ）は抵抗溶接前、（ｂ）は抵抗溶接中、（ｃ）は抵抗溶接後の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る光電変換素子の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態の集電部を備えた光電変換素子を示す概略構成図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う、光電変換素子の断面図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、本実施形態の光電変換素子１は、平面視矩形の発電部２と該発電部２の外部に設けられた集電部３とから構成されており、発電部２において発生した電子が、発電部２の一辺より延在する集電用配線４を介して集電部３において集電される構成である。
発電部２は、平面視矩形の布状構造の作用極５と、平面視矩形の板状の対極６とがセパレータ１０を介して重ね合わされるように構成されている。布状構造の作用極５は、導電性を有する複数の第１基材８と複数の第２基材９と、該第１基材８と第２基材９の周囲に配され色素を担持した多孔質酸化物半導体層１３とから構成されており、該多孔質酸化物半導体層１３は、増感色素とともに電解質１８をも含浸している。
第１基材８と第２基材９とはともに線状をなし、これら第１基材８と第２基材９とが網目状に編まれることで矩形の布状構造をなしている。
【００１４】
対極６は、板状の導電性基材であり、セパレータ１０を介して作用極５と重ね合わされている。また対極６は、集電部３と対となる引出電極６ａを有しており、この引出電極６ａは、発電部２の外側に延出している。
作用極５と対極６、およびその間に挿入されているセパレータ１０は、支持シート１５とともに収納袋１４内に収納されており、収納袋１４内は電解質１８で満たされている。
【００１５】
支持シート１５は、絶縁体からなるシートであり、前記収納袋１４と前記作用極５との間、及び／又は前記収納袋１４と前記対極６との間に挿入されていてもよい。該支持シート１５が挿入されていることにより、該収納袋１４を平面的な形状に支持することがより容易となり、該収納袋１４と該作用極５及び／又は該対極６とが機械的に擦れて該収納袋１４が傷つくことを低減できる。
前記支持シート１５としては、透光性を有し、電解質１８に対して化学的に安定な材料であれば特に制限されず、例えばＰＥＴ、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等が挙げられる。該支持シート１５の厚さは、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下でよい。
【００１６】
作用極５を構成する複数の第１基材８の全ては、作用極５より延長されることで外方へ引き出され集電用配線４となり、外部において集電領域１９（他の領域）を有している。
集電領域１９は、集電用配線４を構成する第１基材８と、導電性を有する複数の外周基材２０とから構成されている。外周基材２０は線状をなしており、集電用配線４と網目状に編まれてなる部位を構成する。
【００１７】
集電領域１９にはＣｕ箔２１が重ねられ、さらに集電領域１９とＣｕ箔２１とは、２枚のＴｉ箔２２ａ、２２ｂにより挟み込まれている。集電領域１９とＣｕ箔２１とＴｉ箔２２ａ、２２ｂとは、抵抗溶接法により圧着され、複数のスポット溶接部２４において一体化されている。Ｃｕ箔２１は、その一部が外部へ引き出されており、この部分より集電が可能となっている。
【００１８】
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
第１基材８、第２基材９、および外周基材２０は直径０．０５ｍｍのＣｕ線をＴｉで被覆した金属線（以下、Ｔｉ被覆Ｃｕ線）である。以下、Ｔｉ被覆金属線としてＴｉ被覆Ｃｕ線の製造方法の一例を記す。
まず、Ｔｉを押出成型等によってパイプ状に形成すると共に、Ｃｕを押出成型等によって線状に形成し、これらＴｉパイプとＣｕ線を同時に走行させつつＴｉ製パイプの内部にＣｕを挿入し、これらを絞って、両者間を密着させて、Ｔｉ被覆Ｃｕ線を得る。
【００１９】
作用極５は、所定本数の第１基材８および第２基材９が互いに網目状に編まれてなる構造を有している。第１基材８と第２基材９とは、重複部において互いが十分接触するように編まれ、矩形をなす布状構造を有している。
第１基材８、第２基材９、および外周基材２０はＴｉ被覆Ｃｕ線に限ることはなく、Ｗ被覆Ｃｕ線など、電解液に対し腐食性を有する線材も使用可能である。Ｔｉ被覆Ａｌ線など、導電率の高い線材も使用可能である。
このような基材の太さ（直径）は、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍとするのが好ましい。ただし、柔軟性を十分に発揮させるためには、基材の太さは細いほどよい。
【００２０】
発電部２において、複数の第２基材９は、図１における上下方向に延在しているとともに、図１における左右方向に所定本数列設されている。
複数の第１基材８は、図１における上下方向に所定本数列設されているとともに、図１における左右方向に集電部３まで延在している。つまり、作用極５を構成する基材のうち第１基材８の全ては、矩形をなす発電部２の一辺より発電部２から延長されるように、外部に引き出されている。
延長された第１基材８は、所定位置で外周基材２０と互いに交差するように網目状に編まれることで、布状構造を形成する。外周基材２０は、布状構造の形成が可能となるように、３本以上からなることが好ましい。
【００２１】
第１基材８および第２基材９のうち、作用極５の布状構造をなす部分には、その表面に多孔質酸化物半導体層１３が配されており、その表面には少なくとも一部に増感色素及び電解質１８が担持されている。第１基材８のうち、集電用配線部４には多孔質酸化物半導体層１３が配されることはない
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体は、酸化チタン（ＴｉＯ２）である。この酸化チタンの膜厚は約５μｍとしたが、特に限定されるものではなく、例えば、１μｍ〜５０μｍであってよい。
多孔質酸化物半導体層１３を形成する半導体としては酸化チタンに限ることはなく、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タングステン（ＷＯ３）など様々な半導体電極が制限なく使用可能である。
【００２２】
増感色素としては、例えば、Ｎ７１９、Ｎ３、ブラックダイなどのルテニウム錯体、ポルフィリン、フタロシアニン等の含金属錯体をはじめ、エオシン、ローダミン、メロシアニン等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励起挙動をとるものを適宜選択すれば良い。
【００２３】
多孔質酸化物半導体層１３内には、電解液が含浸されており、この電解液も前記電解質１８の一部を構成している。この場合、多孔質酸化物半導体層１３内の電解質１８は、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させてなるものか、または、多孔質酸化物半導体層１３内に電解液を含浸させた後に、この電解液を適当なゲル化剤を用いてゲル化（擬固体化）して、多孔質酸化物半導体層１３と一体に形成されてなるもの、あるいは、イオン液体をベースとしたもの、さらには、酸化物半導体粒子及び導電性粒子を含むゲル状の電解質などが用いられる。
【００２４】
上記電解液としては、ヨウ素、ヨウ化物イオン、ターシャリーブチルピリジンなどの電解質成分が、エチレンカーボネートやメトキシアセトニトリルなどの有機溶媒やイオン液体に溶解されてなるものが用いられる。
この電解液をゲル化する際に用いられるゲル化剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などが挙げられる。
また、揮発性電解質溶液に代えて、一般に色素増感型太陽電池に用いられるものであれば、溶媒がイオン液体であるものやゲル化したものだけではなく、ｐ型無機半導体や有機ホール輸送層といった固体であっても制限なく使用可能である。
【００２５】
上記イオン液体としては、特に限定されるものではないが、室温で液体であり、例えば、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常温溶融塩が挙げられる。
常温溶融塩のカチオンとしては、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などが挙げられる。
常温溶融塩のアニオンとしては、ＢＦ４−，ＰＦ６−，（ＨＦ）ｎ−、ビストリフルオロメチルスルホニルイミド［Ｎ（ＣＦ３ＳＯ２）２−］、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。
イオン液体の具体例としては、四級化イミダゾリウム系カチオンとヨウ化物イオンまたはビストリフルオロメチルスルホニルイミドイオンなどからなる塩類を挙げることができる。
【００２６】
上記酸化物半導体粒子としては、物質の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化させるようなものが用いられる。また、酸化物半導体粒子は、電解質１８の半導電性を低下させることがなく、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する科学的安定性に優れることが必要である。特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化物半導体粒子は、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２７】
このような酸化物半導体粒子としては、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｅＯ２からなる群から選択される１種または２種以上の混合物が好ましく、その平均粒径は２ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。
【００２８】
上記導電性微粒子としては、導電体や半導体など、導電性を有する粒子が用いられる。
また、導電性粒子の種類や粒子サイズなどは特に限定されるものではないが、イオン液体を主体とする電解液との混和性に優れ、この電解液をゲル化するようなものが用いられる。さらに、電解質１８に含まれる他の共存成分に対する化学的安定性に優れることが必要である。
特に、電解質１８がヨウ素／ヨウ化物イオンや、臭素／臭化物イオンなどの酸化還元対を含む場合であっても、酸化反応による劣化を生じないものが好ましい。
【００２９】
このような導電性微粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられ、具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンファイバ、カーボンブラックなどの粒子を例示できる。これらの物質の製造方法はいずれも公知であり、また、市販品を用いることもできる。
【００３０】
対極６は、導電性を有する板状をなし、その表面が不導態となる厚み０．１ｍｍのＴｉ板から構成される。また、対極６は、表面にＰｔからなる触媒膜（不図示）を有している。なお、集電のため、端部に引出電極６ａが設けられている。
作用極５と対極６との間には、作用極５と対極６との短絡を防止するために、非導電性の材料からなる、厚さ２０μｍのセパレータ１０が挿入されている。
【００３１】
さらに作用極５、対極６、およびセパレータ１０は、ＰＥＴ、またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）からなる収納袋１４内に収納されている。該収納袋１４に用いられる材料としては、ＰＥＴ、ＰＥＮに限ることはなく、透光性を有し、電解液に耐えられる材料であれば、適宜変更可能である。
収納袋１４内には、電解質１８が封入されており、作用極５の集電用配線４および対極６の引出電極６ａを外部に出すようにして、接着剤で封止されている。接着剤の材料としては、電解質に耐え、収納袋１４およびＴｉと良好な接着力が得られるものが好ましい。
【００３２】
次に、本発明の光電変換素子の集電部３の構造および製造方法について説明する。図３は、集電部３の構造と製造方法を示す図である。
本発明の光電変換素子の集電部３は、発電部２と同様に布状電極を有している。集電を実施するために、Ｃｕ箔２１が用いられており、Ｃｕ箔２１と布状電極をなす集電領域１９重ね合わされた上で、抵抗溶接法を用いて一体化されている。
【００３３】
ただし、Ｃｕ箔２１と布状電極である集電領域１９との間で直接抵抗溶接法を用いて圧着を行うと、ＣｕはＴｉと比較して融点が低いため、抵抗溶接時にＴｉより先に溶融してしまう。この場合、溶融したＣｕが抵抗溶接法で使用される抵抗溶接用電極２５に溶着してしまうため、集電領域１９とＣｕとは接合しない。また、布状電極の集電領域１９と抵抗溶接用電極２５とを直接接触させて抵抗溶接を行うと、接触状態によって接合状態に差が生じるため、溶接が安定しない。
【００３４】
そこで、本発明においては、図３（ａ）に示すように、集電領域１９とＣｕ箔２１とを重ね合わせた上に、さらにこの集電領域１９とＣｕ箔２１とを一対のＴｉ箔２２ａ、２２ｂで挟み込んだ状態で抵抗溶接を行った。図２（ｂ）は、集電領域１９とＣｕ箔２１と一対のＴｉ箔２２ａ、２２ｂとを、一対の抵抗溶接用電極２５で加圧した上で電流を流し、抵抗溶接を実施している様子を示す図である。
その結果、図２（ｃ）に示すように、抵抗溶接時に、内側の集電部３とＣｕ箔２１が溶融することで溶融部２３を形成し、Ｃｕ箔２１と集電部３とが完全に接合した。その一方で、抵抗溶接用電極２５はＴｉ箔２２ａ、２２ｂのみと接触するので、抵抗溶接用電極２５にＣｕが溶着することはなかった。
溶接後は、接触抵抗の低いＣｕ箔２１の部分から集電するため、集電が容易となる。
【００３５】
上述したような構成の光電変換素子１は、集電部３を構成する布状の集電領域１９とＣｕ箔２１とが抵抗溶接法を用いて圧着され、集電領域１９とＣｕ箔２１とが溶融されることによって、集電領域１９とＣｕ箔２１の間の接触抵抗が大幅に低減され、光電変換効率が著しく向上する。
また、Ｃｕ箔２１に電気機器などを接続導体を介して接続した場合、太陽光などの光線を入射させると、発電部２において発生した電子のうち、第１基材８に発生した電子の全てを取り出すことが可能となるため、光電変換効率が向上する。
また、発電部２は、布状構造の作用極５、薄板状の対極６、およびＰＥＴからなる収納袋１４の組合せであるため、フレキシブル性に優れた光電変換素子１の製造が可能となる。また、光電変換素子１の薄型化も可能となる。
また、第１基材８と第２基材９とからなる作用極５を互いに交差するように網目状に編む際、同時に集電部３を網目状に編むことによって、より短時間で作用極５と集電領域１９を形成することが可能となる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。図４は本発明の第２の実施形態の集電部を備えた光電変換素子を示す概略構成図である。
【００３７】
本実施形態は、溶接部がライン状であること以外は、第１の実施形態とほぼ同様である。すなわち、本実施形態の集電部３の製造の際は、第１１の実施形態と同様に抵抗溶接法を用いて圧着を行うが、第１の実施形態がスポット溶接を実施していたことに対して、ライン溶接を実施しており、その結果、溶接部は、図４の符合２４ａに示すように、ライン状をなしている。
【００３８】
上述したような構成の、第２の実施形態の光電変換素子１は、抵抗溶接するに当たってライン溶接を行うことによって、溶融部の面積が広がり、より接触抵抗が低減される。
【００３９】
（実施例）
図１に示す構造の光電変換素子を作製した。
まず、直径０．０５０ｍｍまで伸線したＴｉ被覆Ｃｕ線を、図１のように織機により密な平織り構造の布状電極に製織した。縦横のＴｉ被覆Ｃｕ線が織り重ねられる矩形部分（発電部）のサイズは１０ｃｍ×１０ｃｍとし、Ｔｉ被覆Ｃｕ線の本数は縦横それぞれ１５００〜２０００本とした。
集電部を構成するＴｉ被覆Ｃｕ線の本数は１５００〜２０００本とし、集電部の幅は１ｃｍとした。
【００４０】
この発電部をＴｉＯ２ペースト（触媒化成製、PST-21NR）中に浸漬した後に引き上げて仮乾燥（完全に乾燥させない状態）させた。その後、電気炉にて５００℃、１時間焼結して多孔質ＴｉＯ２膜付きＴｉ布状部を得た。ＴｉＯ２の膜厚はおよそ１５μｍであった。なお、作用極を構成する発電部（１０ｃｍ×１０ｃｍ）以外の部分は、ペーストへの浸漬の際には、テープなどによりマスキングを行うことによって、ＴｉＯ２が形成されるのは、発電部のみとなった。
【００４１】
次に、上記電極を、ルテニウム色素（Solaronix社製、RutheAlum535-bisTBA、一般には
Ｎ７１９と呼ばれる）の０．３ｍＭ、アセトニトリル／tert-ブタノール＝１：１溶液に浸漬し、室温で２４時間放置してＴｉＯ２表面に色素を担持した。色素溶液から引き上げた後、上記混合溶媒で洗浄し、これを作用極とした。
【００４２】
一方、三元ＲＦスパッタ装置を用いて１０ｃｍ×１０ｃｍの矩形Ｔｉ板上にＰｔを蒸着させたものを対極とした。作用極と対極とは、厚さ２０μｍのポリオレフィン（旭化成ケミカルズ、ハイポア）からなるセパレータを介して重ね合わせた。
ＰＥＴからなる収納袋内に、作用極と対極を挿入し、接着剤で封止を行った。
【００４３】
集電部においては、集電領域に集電領域の長手方向の長さより所定寸法長く形成されたＣｕ箔を重ね合わせ、さらにこれらをＴｉ箔で挟んだ上で、所定のスポット溶接機を使用して抵抗溶接法を用いて圧着を行った。スポット溶接の間隔は、集電部３の長手方向に沿って約２ｍｍ間隔とした。
【００４４】
以上のようにして作製された光電変換素子の発電特性を測定したところ、変換効率は、３．２％（ＪＳＣ＝５．６ｍＡ／ｃｍ２、ＶＯＣ＝７３０ｍＶ、ｆｆ＝０．７１）であった。
【００４５】
（比較例）
集電領域とＡｕメッキしたＣｕ箔とをクリップで挟み込んで、Ｃｕ箔から集電を行う構造の光電変換素子を作製した。
この構造の光電変換素子においては、変換効率は、０．５％（ＪＳＣ＝１．５ｍＡ／ｃｍ２、ＶＯＣ＝６２０ｍＶ、ｆｆ＝０．５１）となり、実施例と比較して、大きく性能が低下した。
【００４６】
なお、集電部３は四角形状の発電部２の一辺より延出した基材の端部近傍に形成するとしたが、これに限ることはなく、例えば四角形状の発電部２の四辺より四方に延出した基材のそれぞれの端部近傍に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、金属線を電極に用いた光電変換素子に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…光電変換素子、２…発電部、３…集電部、４…集電用配線、５…作用極、６…対極、８…第１基材、９…第２基材、１０…セパレータ、１３…多孔質酸化物半導体層、１４…収納袋、１８…電解質、１９…集電領域、２０…外周基材、２１…Ｃｕ箔、２２…Ｔｉ箔、２３…溶融部、２４…スポット溶接部、２５…抵抗溶接用電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記領域から前記第１基材および／または前記第２基材が、その長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、
導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子の製造方法であって、
前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材として、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものを用い、
前記他の領域にＣｕ箔を重ね、さらに前記他の領域と前記Ｃｕ箔を挟むように２つのＴｉ箔を重ねた後、各々のＴｉ箔と垂直をなす方向より抵抗溶接用電極を当接させ、抵抗溶接法を用いて圧着し、前記集電部の内部に溶融部を形成することを特徴とする色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記圧着は、スポット状になされることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記圧着は、ライン状になされることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、
導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子であって、
前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材は、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものであり、
前記集電部は、前記他の領域とＣｕ箔とからなる溶融部が、Ｔｉ箔で挟まれた構造を有することを特徴とする色素増感型光電変換素子。
【請求項５】
前記集電部には、前記構造がスポット状に点在していることを特徴とする請求項４に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項６】
前記集電部には、前記構造がライン状に延在していることを特徴とする請求項４に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項１】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記領域から前記第１基材および／または前記第２基材が、その長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、
導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子の製造方法であって、
前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材として、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものを用い、
前記他の領域にＣｕ箔を重ね、さらに前記他の領域と前記Ｃｕ箔を挟むように２つのＴｉ箔を重ねた後、各々のＴｉ箔と垂直をなす方向より抵抗溶接用電極を当接させ、抵抗溶接法を用いて圧着し、前記集電部の内部に溶融部を形成することを特徴とする色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記圧着は、スポット状になされることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記圧着は、ライン状になされることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
導電性を有するとともに線状をなす複数の第１基材および第２基材が網目状に編まれてなる領域からなる作用極と、
前記第１基材または前記第２基材の一方の一端側が、前記領域からその長手方向に延在された部位から構成される集電用配線と、
該集電用配線の端部近傍をまとめて電気的に接続する集電部とを有し、
導電性を有するとともに線状をなす複数の外周基材と前記集電用配線とが網目状に編まれてなる他の領域を有する色素増感型光電変換素子であって、
前記第１基材、前記第２基材、および前記外周基材は、Ｃｕ導線をＴｉで被覆したものであり、
前記集電部は、前記他の領域とＣｕ箔とからなる溶融部が、Ｔｉ箔で挟まれた構造を有することを特徴とする色素増感型光電変換素子。
【請求項５】
前記集電部には、前記構造がスポット状に点在していることを特徴とする請求項４に記載の色素増感型光電変換素子。
【請求項６】
前記集電部には、前記構造がライン状に延在していることを特徴とする請求項４に記載の色素増感型光電変換素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６０６６４（Ｐ２０１１−６０６６４Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１０８１１（Ｐ２００９−２１０８１１）
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【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２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１１日（２００９．９．１１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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