色素増感型太陽電池モジュールおよびその製造法
【課題】各セルの受光面が同じ側にあり、隣接セル間で良好な通電機能と安定したスペーサー機能を発揮するシンプルな構造の色素増感型太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】各セル９は、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材１、触媒層２、電解質層３、半導体層４、金属部材５を有し、隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極２０を構成している透光性導電部材１の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極４０を構成している薄肉部５１と厚肉部５２を有する金属部材５の当該厚肉部５２表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材５の厚肉部５２をスペーサーとして対向電極２０と光電極４０の間隙が確保され、隣接するセルの対向電極２０同士および光電極４０同士はそれぞれ絶縁部材６Ａ、６Ｂにより絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュール。
【解決手段】各セル９は、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材１、触媒層２、電解質層３、半導体層４、金属部材５を有し、隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極２０を構成している透光性導電部材１の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極４０を構成している薄肉部５１と厚肉部５２を有する金属部材５の当該厚肉部５２表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材５の厚肉部５２をスペーサーとして対向電極２０と光電極４０の間隙が確保され、隣接するセルの対向電極２０同士および光電極４０同士はそれぞれ絶縁部材６Ａ、６Ｂにより絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する絶縁性板状体の間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、光電極に金属部材を使用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は従来、主としてシリコンを光電変換素子に用いたものが使われているが、より経済的な次世代太陽電池として「色素増感型太陽電池」がある。色素増感型太陽電池の開放電圧は１Ｖ以下であるため、単セルで一般の電子機器を動作させるには電圧不足となりやすい。このため、複数のセルを直列に接続した色素増感型太陽電池モジュールの実用化が研究されている。
【０００３】
特許文献１には、基板上に光電極および対向電極を交互に配列して直列構造を形成したタイプのモジュール（以下、「Ｗ型モジュール」という）が開示されている。しかし、Ｗ型モジュールの場合、対向電極側からの入射光を利用するセルが半数を占める。光が対向電極側から入射する場合、対向電極での反射や電解液での吸収によって半導体層に到達する光の強度が低下し、モジュール全体の光電変換効率の低下を招く要因となる。
【０００４】
特許文献２には、一対の基板間に光電極構成材料、電解質を含有する多孔性絶縁層、対向電極構成材料を積層したセルを構成し、対向電極を構成する導電部材がセル間絶縁層を乗り越えて隣のセルの光電極に接続された構造のモジュール（以下、「モノシリックモジュール」という）が開示されている。モノシリックモジュールの場合、一つの基板上に光電極から対向電極まで順に積層していくため連続的な製造に適している。しかし、対向電極部材が高さ数十μｍのセル間絶縁層を乗り越えるように連続した層を形成する必要があるため高度な積層技術が要求され、製造コストが増大する。
【０００５】
特許文献３〜６には、光電極と対向電極が各セルでそれぞれ同じ基板側にあるモジュールにおいて、隣接するセルの光電極と対向電極を導電部材の挿入によって直列に接続したタイプのモジュール（以下、「Ｚ型モジュール」という）が開示されている。Ｚ型モジュールは一方の基板側からの入射光を各セルで均等に利用できるためＷ型モジュールのような効率低下は生じない。しかし、電極間を繋ぐ導電部材の挿入が必要であり、光電極−導電部材−対向電極の通電経路において良好な導電性を実現することは必ずしも容易ではなく、十分に満足できる導電性を確保しつつ、製造コストの低減を図ったものは未だ出現していない。
【０００６】
また、電池の出力を増大させるためには１つのセルの面積を大きくすることが有利となるが、その場合、電極間の間隔を確保するためのスペーサーとして、変形しにくく強度を安定して負担できるものを適用することが望まれる。特にモジュール全体の面積が大きい場合、セル間の領域にもスペーサーの機能を有する高強度部材を設ける必要がある。ただし、セル間領域の割合が増えると有効な受光面積の割合が減少するので変換効率の低下を招く。このためセル間領域はできるだけ小面積とすることが望まれる。従来のＺ型モジュールにおけるセル間の構造では、少ない面積で安定して優れたスペーサー機能を果たすことが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８８０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３５１号公報
【特許文献３】特開２００１−３５７８９７号公報
【特許文献４】特表２００２−５３５８０８号公報
【特許文献５】特表２００２−５４０５５９号公報
【特許文献６】特開２００７−１８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、各セルの受光面が同じ側にあり、隣接セル間で良好な通電機能と安定したスペーサー機能を発揮するシンプルな構造の色素増感型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、
各セルは、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材、触媒層、電解質層、半導体層、金属部材を有し、その透光性導電部材と触媒層により対向電極が構成され、半導体層と金属部材により光電極が構成されており、
隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極を構成している透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極を構成している薄肉部と厚肉部を有する金属部材の当該厚肉部表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材の厚肉部をスペーサーとして光電極と対向電極の間隙が確保され、
隣接するセルの光電極同士および対向電極同士はそれぞれ絶縁部材により絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュールによって達成される。
【００１０】
前記金属部材は、前記板状体Ｂの表面上に支持された金属シートに対して、「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を適用することにより形成されたものを採用することができる。
前記金属部材の材料としては、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材に由来するものとすることができる。「シート材に由来する」とは、シート材を加工することによって得られたものを意味する。
【００１１】
特に、前記金属部材としてはステンレス鋼を採用することができる。「ステンレス鋼」とは、ＪＩＳ Ｇ０２０３：２００９の番号３８０１に示されているように、Ｃｒ含有量１０.５質量％以上、Ｃ含有量１.２質量％以下として耐食性を向上させた合金鋼である。具体的なステンレス鋼種としては、例えば規格鋼種であれば下記（Ａ）または（Ｂ）のものが挙げられる。各成分元素の含有量範囲を例示すると下記（Ｃ）または（Ｄ）が挙げられる。
（Ａ）ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６〜３２質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜３質量％の範囲にあるステンレス鋼。
（Ｂ）ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６〜３２質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜７質量％の範囲にあるステンレス鋼。
【００１２】
（Ｃ）質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０〜０.０４％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜３.０％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.２％、Ｎ：０〜０.０２５％以下、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼。
【００１３】
（Ｄ）質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０〜０.０４５％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１４】
上記（Ｃ）、（Ｄ）において含有量の下限が０％であるものは、当該元素が任意含有元素であることを意味する。
【００１５】
このようなモジュールの製造方法として、対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールを製造するに際し、
［１］対向電極側構造体作製工程；
透光性導電部材の膜を表面に有する板状体Ａを用意し、
セルのピッチに等しいピッチで前記透光性導電部材にその膜厚を貫通する溝を形成することにより溝を挟んで両側の透光性導電部材同士を離間させるステップ（図２（ｂ）参照）、
セル内部となる領域に位置する透光性導電部材の表面部分に触媒層を形成するステップ（図２（ｃ）参照）、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する透光性導電部材同士を絶縁するステップ（図２（ｄ）参照）、
を有する手順により対向電極側構造体を得る工程、
［２］光電極側構造体作製工程；
セルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さ以上の金属シートが板状体Ｂの表面に接合されたものを用意し、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、隣接するセルの間となる領域に位置する金属シートの表面部分を厚肉部として残し、セル内部となる領域に位置する金属シートの表面部分をエッチングして薄肉部とするステップ（図３（ｅ）（ｆ）参照）、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、セルのピッチに等しいピッチの溝を形成することにより金属シートを離間させ、個々の金属部材に区分するステップ（図３（ｇ）（ｈ）参照）、
前記薄肉部に半導体層を形成させるステップ（図３（ｉ）参照）、
前記半導体層に増感色素を担持させるステップ（図３（ｊ）参照）、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する金属部材同士を絶縁するステップ（図３（ｋ）参照）、
を有する手順により光電極側構造体を得る工程、
［３］合体工程；
前記の対向電極側構造体と光電極側構造体を、前者の離間された各透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部がそれぞれ接触して重なるように合体させて、半導体層と触媒層の間に電解質層が充填された状態で封止する工程、
を有する色素増感型太陽電池モジュールの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以下のようなメリットを有する。
（１）光電極を金属材料で構成しているので電池内部の導電性が向上し、光電変換効率の向上に有利となる。
（２）セル間の通電を担う導体と、光電極の集電部材とが１つの金属部材で構成されるのでモジュールの構造が簡素化され、コストメリットに優れる。
（３）前記の金属部材はモジュール基板（絶縁性の板状体）の上に配置した金属シートに対してフォトエッチングの手法を利用して直接形成させることが可能であるため、寸法精度に優れる。
（４）セル間では前記金属部材が一定の電極間隔を確保するためのスペーサーとして機能するので、他のスペーサー部材が不要となり、セル間領域の占める面積率を低減させることができる。これによりモジュールに入射する光を有効に利用でき、光電変換効率の向上に繋がる。
（５）前記金属部材からなるスペーサーは変形しにくく強度を安定して負担できるので、広い受光面積をもつ色素増感型太陽電池モジュールの構築に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面構造を模式的に例示した図。
【図２】対向電極側構造体作製工程における部材断面状態を模式的に例示した図。
【図３】光電極側構造体作製工程における部材断面状態を模式的に例示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、本発明の色素増感型太陽電池モジュール１０の断面構造を模式的に例示する。この図は厚さ方向を誇張して描いてあり、実際のモジュールの寸法形状をそのまま反映したものではない。絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂが一定距離で対向しており、その間に、透光性導電部材１、触媒層２、電解質層３、半導体層４および金属部材５によって構成される色素増感型太陽電池セル９が組み込まれている。厚さ方向に見てセルの存在する部分をセル領域１００、隣り合うセル同士の間の部分をセル間領域２００と呼ぶ。各セル９において、透光性導電部材１と触媒層２により対向電極２０が構成され、半導体層４と金属部材５により光電極４０が構成されている。セル間では、一方のセルの対向電極２０を構成する透光性導電部材１の一部表面と他方のセルの光電極４０を構成する金属部材５の一部表面が重なっている。これによりセル間の直列接続が実現される。セル間で直列接続を担う金属部材５は薄肉部５１と厚肉部５２を有している。
【００１９】
セル領域１００では金属部材５の薄肉部５１の表面に半導体層４が形成され、光電極４０が構成されている。
セル間領域２００では金属部材５の厚肉部５２の表面が透光性導電部材１の一部表面１１と積層して接触している。これにより隣接セル間の導通が確保されると共に、厚肉部５２が対向電極２０と光電極４０の間隔を保つためのスペーサーとして機能する。透光性導電部材１の表面には製造工程の途中で触媒物質の金属が付着することがある。この部分に触媒の機能は必要ないが、触媒物質の金属が付着していることに問題はない。すなわち、セル間領域２００において積層している透光性導電部材１と金属部材５の間には触媒物質の金属が介在していることがある（図１では当該金属が介在している場合を例示してある）。隣り合うセル９の対向電極２０同士および光電極４０同士はそれぞれ絶縁部材６Ａおよび６Ｂにより絶縁されている。
【００２０】
各セル９において、板状体Ａ側から入射した光が半導体層４に届くと、光電極４０と対向電極２０との間に起電力が生じ、電子は「半導体層４→金属部材５」の経路で移動してセル外へ出て行き、「透光性導電部材１→触媒層４→電解質層３」の経路で移動してセル内へ入ってくる。各セル９はセル間領域２００において直列に繋がっており、最も低電位側のセル９（図１では右端のセル）における金属部材５と、最も高電位側のセル９（図１では左端のセル）における透光性導電部材１との間に、当該色素増感型太陽電池モジュール１０によって発電される電圧が生じる。そして、導線８と負荷７によって回路を構成したとき、負荷７で電力が消費される。
図１は３セルを直列配置したモジュールの構造を例示したものであるが、実際には要求される起電力に応じて直列配置するセルの数が設定される。
【００２１】
〔金属部材〕
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、光電極４０を構成する金属部材５に特徴がある。最も低電位側のセルを除き、各セル９に使用される金属部材５は薄肉部５１と厚肉部５２を有している。これらの金属部材５は基本的に板状の部材であり、板面内に板厚の異なる部分があると捉えることができる。薄肉部５１と厚肉部５２の板厚差は例えば２０〜１００μｍ程度とすればよい。最も低電位側のセルにおける金属部材５はスペーサーとして利用する場合を除き厚肉部５２を有している必要はなく、セル領域２００において他のセルの薄肉部５１に相当する板厚を有している。本明細書では厚肉部５２を有していない金属部材５の、薄肉部５１に相当する板厚部分も便宜上薄肉部５１と呼ぶ。各セル９の光電極４０は、薄肉部５１の表面に半導体層４を形成したものである。セル間領域２００において、厚肉部５２がスペーサーとして機能する。厚肉部５２の表面は隣のセルから伸びている透光性導電部材１の一部表面１１（その表面に触媒層２の金属が付着している場合を含む）と積層して接触し、板状体ＡとＢの間を埋める。図１ではモジュールの厚さ方向の寸法を誇張して描いてあるが、厚肉部５２はモジュールの厚さ方向を板厚とする板状の金属体であるから、透光性導電部材１と積層することにより板状体Ａ、Ｂ間にかかる荷重を安定して負担することができる。すなわち、金属部材５の厚肉部５２は単純な構造で良好な導電性と高い強度を同時に担うものである。
【００２２】
金属部材５の金属としては、電解質層３に使用される電解液に対して耐食性を有する材料であれば種々の金属材料が適用できる。発明者らの検討によれば、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼を使用することができる。これらの金属材料を用いると、後述のように「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を利用して薄肉部５１、厚肉部５２の形成および隣り合うセルの金属部材５同士を離間する溝の形成を精度良く行うことが可能である。色素増感型太陽電池モジュールはパーソナルユースの比較的安価な機器への搭載も考えられ、機器の耐用期間を考慮して最適な耐食性レベルの金属材料を選択すればよい。上記において、チタンおよびチタン合金としては例えばＪＩＳ Ｈ４６０：２００７の表２に記載の組成を有するものが挙げられる。またアルミニウムおよびアルミニウム合金としては例えばＪＩＳ Ｈ４００：２００６の表２に記載の組成を有するものが挙げられる。
【００２３】
良好な耐食性を示し、かつ貴金属やチタン合金より安価な金属材料としてステンレス鋼がある。本発明に適用する金属部材５の材料としてステンレス鋼は好適な対象である。中でも、Ｃｒ含有量が１６.０質量％以上、かつＭｏ含有量が０.３質量％以上であるステンレス鋼はヨウ素を使用した色素増感型太陽電池の電解液に対して優れた耐食性を呈し、長期間にわたって初期の光電変換効率が高く維持されるので、耐久性の高い色素増感型太陽電池モジュールを構築するうえで有利である。具体的なステンレス鋼種としては前記（Ａ）〜（Ｄ）に示したものが挙げられる。特にＣｒ含有量は１７.０質量％以上とすることがより好ましく、Ｍｏ含有量は０.８質量％以上とすることがより好ましい。
【００２４】
金属部材５としてステンレス鋼を使用する場合、エッチングによって薄肉部５１の表面にエッジ状境界を持つピットを多数形成させることができる。このような粗面化表面は表面積が大きく、半導体層との密着性に優れるので、優れた光電変換効率を得るうえで有利となる。具体的な粗面化の手法は本出願人により特願２００９−１９１３４８に開示された。
【００２５】
〔モジュールの製造〕
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、例えば板状体Ａをベースとする「対向電極側構造体」と、板状体Ｂをベースとする「光電極側構造体」を別々に作製したのち、それら両部材を合体させる手法により効率的に製造することができる。以下、その製造方法について例示する。
【００２６】
［１］対向電極側構造体作製工程
図２に、対向電極側構造体を作製するための工程における部材断面状態を模式的に示す。図２中の手順（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。なお、この手順は例示であり必ずしもこれに限られるものではない。
【００２７】
（ａ）透光性導電部材１の膜を表面に有する板状体Ａを用意する。板状体Ａは透光性かつ絶縁性を有するものであり、ガラス板や透光性プラスチックシート（アクリルシートその他）が使用できる。透光性導電部材１としては、例えばＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、ＴＯ（酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の酸化物導電膜が使用できる。その膜厚は例えば０.１〜１.０μｍ程度とすればよい。透光性導電部材１と板状体Ａは容易に剥がれないように接合されていることが望ましい。
【００２８】
（ｂ）板状体Ａ上の透光性導電部材１に、セルのピッチに等しいピッチで、その膜厚を貫通する溝６１を形成する。この溝６１によって両側の透光性導電部材１同士の導通を断ち切ることが重要である。その方法として、例えばレーザートーチ６０を用いてレーザー光を照射する手法が挙げられる。
【００２９】
（ｃ）溝６１により区分された各透光性導電部材１の表面に触媒層２を形成させる。触媒物質としては白金、ニッケル、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン、カーボンなどが適用できる。白金、ニッケルなどの金属膜の場合は、例えばスパッタリング法により形成させることができる。発明者らの検討によれば、平均膜厚が約１ｎｍと極めて薄い白金膜を形成させた場合でも電池として機能することが確認された。触媒層２の平均膜厚は例えば１〜３００ｎｍ程度とすればよい。変換効率の安定性と経済性を両立させる上では、１０〜２００ｎｍ、あるいは２０〜１００ｎｍの範囲にコントロールすることより効果的である。触媒層２はセル内部となる領域（図１のセル領域１００）に存在すれば十分であり、セル間となる領域（図１のセル間領域２００）の一部表面１１には触媒層２は不要である。ただし、スパッタリング法を適用する際には、マスキングしない限り上記の一部表面１１の部分にも触媒物質の金属が付着する。この部分に金属が付着していても特に問題となることはない。
【００３０】
（ｄ）溝６１の部分に絶縁部材６Ａを挿入することにより、溝６１を挟んで隣り合う透光性導電部材１同士の導通を防止する。絶縁部材６Ｂの素材としては例えば熱硬化性樹脂が適用できる。その場合、後述の合体工程において熱硬化性樹脂を硬化させることができる。なお、上記（ｃ）において触媒層２の膜厚を薄く設定する場合には溝６１の部分に触媒の金属物質が付着しても両側の透光性導電部材１同士の導通を防止することは可能であるが、絶縁部材６Ａの挿入を触媒層２の形成より前の段階で済ませておくことによって透光性導電部材１同士の導通は完全に回避される。
【００３１】
上記の（ｂ）〜（ｄ）を行う手順は、（ｄ）が（ｂ）の後となる限り、順序は不同である。例えば、（ｂ）における溝の形成は（ｃ）における触媒層２の形成後に行っても構わない。また、前述のように（ｄ）の絶縁部材６Ｂの挿入を（ｃ）の触媒層２の形成より前に行っても構わない。
このようにして対向電極側構造体７０が作製される。
【００３２】
［２］光電極側構造体作製工程
図３に、光電極側構造体を作製するための工程における部材断面状態を模式的に示す。図３中の手順（ｅ）〜（ｋ）に基づいて説明する。なお、この手順は例示であり必ずしもこれに限られるものではない。
【００３３】
（ｅ）板状体Ｂの表面に金属シート５０が接合された板状部材を用意する。板状体Ｂは絶縁性を有している必要があるが、透光性は必要ないため、種々のガラスやプラスチックシートなどが使用できる。金属シート５０は前述のようにニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材などが適用対象となり、当該モジュールが搭載される機器の耐用期間などに応じて適切な耐食性を有する材料が選択される。金属シート５０の厚さはセルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さとすればよい。それ以上の厚さのものを用意して、後工程のエッチングにて厚さを調整することも可能である。前述のように透光性導電部材１のセル間となる領域（図１のセル間領域２００）の一部表面１１に触媒物質の金属が付着する場合には、前記の「相当する厚さ」は付着する触媒層の厚さを差し引いた厚さとなる。具体的には例えば４０〜５００μｍ程度の金属シート５０を使用することができる。金属シート５０と板状体Ｂは容易に剥がれないように接着剤などにより接合されていることが望ましい。薄肉部５１となる部分を除いてレジスト膜６３を塗布してマスキングする。
【００３４】
（ｆ）金属シート５０を板状体Ｂに接合されたままの状態でエッチング液６４に浸漬し、レジスト膜６３でマスキングされていない部分をエッチングし、所定の厚さの薄肉部５１を形成する。その薄肉部５１の厚さは例えば２０〜５０μｍである。金属シート５０がステンレス鋼である場合、エッチング液として塩化第二鉄を含む酸を使用すると、そのエッチングによって金属シート５０の表面がアンカー効果の高いピットに覆われた粗面化表面となり、光電変換効率の向上に有利となる。薄肉部５１が所定の厚さになったのちエッチング液６４から取り出し、レジスト膜６３を除去する。
【００３５】
（ｇ）薄肉部５１を形成した金属シート５０の表面に、セルのピッチで離間させるための溝となる部分を除き、再度レジスト膜６３を塗布する。
【００３６】
（ｈ）再びエッチング液６４に浸漬し、セルのピッチに等しいピッチの溝６５を形成して金属シート５０を個々の金属部材５に区分する。溝６５によって隣り合う金属部材５同士が離間され導通を有していないことが重要である。各金属部材５は薄肉部５１を有し、図１のセル間領域２００となる金属部材５の部分には厚肉部５２を有するものとなる。溝６５による離間が完了したのちエッチング液６４から取り出し、レジスト膜６３を除去する。
【００３７】
（ｉ）金属部材５の薄肉部５１の表面に半導体層４を形成させる。半導体層４は比表面積の大きいＴｉＯ2等の半導体粒子を用いた多孔質層であり、例えばＴｉＯ2粒子を含有するペーストを塗布し乾燥させる手法により半導体層４を形成させることができる。必要に応じて４００〜５００℃程度の温度に加熱して焼成する。ペーストの塗布をスクリーン印刷法によって行うと所定範囲に精度良く半導体層４を配置することができる。半導体層４の乾燥膜厚は例えば１０〜４０μｍ程度とすればよい。
【００３８】
（ｊ）半導体層４にルテニウム錯体等の増感色素を担持させる。その手法としては半導体層４を板状体Ｂに搭載された状態のまま増感色素が分散した溶液中に浸漬する手法が採用できる。半導体層４の細孔に増感色素が行き渡ったのち溶液中から引き上げ、乾燥させると、増感色素を担持した半導体層４が得られる。
【００３９】
（ｋ）溝６５の部分に絶縁部材６Ｂを挿入することにより、溝６５を挟んで隣り合う金属部材５同士の導通を防止する。絶縁部材６Ｂの素材としては例えば熱硬化性樹脂が適用できる。その場合、後述の合体工程において熱硬化性樹脂を硬化させることができる。
【００４０】
上記の（ｅ）〜（ｋ）を行う手順は、（ｆ）が（ｅ）の後となり、（ｈ）が（ｇ）の後となり、（ｉ）が（ｆ）（ｈ）のエッチング後となり、（ｊ）が（ｉ）の後となり、（ｋ）の絶縁部材の挿入が（ｈ）の溝も形成後となる限り、順序は不同である。例えば、（ｇ）および（ｈ）の溝の形成を（ｅ）および（ｆ）の薄肉部の形成より先に行っても構わないし、（ｋ）の絶縁部材の挿入を（ｉ）の半導体層形成の前に行っても構わない。
このようにして光電極側構造体８０が作製される。なお、上記［１］と［２］は順序不同である。
【００４１】
［３］合体工程
上述のようにして得られた対向電極側構造体７０と光電極側構造体８０を、前者の各透光性導電部材１の一部表面１１（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部５２がそれぞれ接触して重なるように合体させる。その際、触媒層２と半導体層４の間に電解質層３を充填した状態として、封止する。電解質層３は例えばヨウ素を含むような色素増感型太陽電池用の電解液そのもので構成するか、あるいはそのような電解液を含浸させてイオンが移動できる状態とした媒体で構成することができる。絶縁部材６Ａ、６Ｂとして熱硬化性樹脂を使用している場合は、封止の段階で加熱を行い、樹脂を硬化させるとよい。
このようにして図１に示したような断面構造の色素増感型太陽電池モジュール１０が構築される。
【実施例１】
【００４２】
光電極４０を構成する金属部材５として種々の金属材料を用い、図１に示した構造で５セルを直列配置した色素増感型太陽電池モジュールを作製して、各モジュールの開放電圧を評価した。
【００４３】
〔対向電極側構造体の作製〕
対向電極用の透光性基板として、ガラス基板上に厚さ約１μｍのＦＴＯ膜を形成した材料（旭硝子社製）を用意した（図２（ａ））。このガラス基板は板状体Ａに相当し、ＦＴＯ膜は透光性導電部材１に相当する。その透光性導電部材１にＹＡＧレーザーを照射することによりセルのピッチに等しいピッチで膜厚を貫通する溝６１を形成した（図２（ｂ））。溝６１により離間された各透光性導電部材１の表面に触媒物質の白金をスパッタコーティングして触媒層２を形成した（図２（ｃ））。図１のセル間領域２００となる一部表面１１にも触媒物質の白金が付着している。離間された透光性導電部材１同士の間には導通がないことを確認している。その後、溝６１の部分に熱硬化性樹脂からなる絶縁部材６Ａを注入した。このようにして対向電極側構造体７０を得た。
【００４４】
〔光電極側構造体の作製〕
金属部材５の素材として、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、モリブデンのシート材（以上、いずれもニラコ社製、純度；スリーナイン）、ＪＩＳ Ｇ３１４１に規定される冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ、およびＪＩＳ Ｇ４３０５に規定される冷間圧延ステンレス鋼板ＳＵＳ４４７Ｊ１（３０％Ｃｒ−２％Ｍｏフェライト系鋼）を用意した。クロムは板厚２.０ｍｍであり、その他はいずれも板厚０.１ｍｍの金属シートである。各金属シートの片面に、厚さ約０.１ｍｍのＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム（帝人デュポンフィルム社製；テオネックス）を、熱可塑性樹脂フィルム（三井デュポンケミカル社製；サーリン）を用いて融着させた。ＰＥＮフィルムおよび融着層が図１の板状体Ｂに相当する。
【００４５】
その板状体Ｂ上の金属シートの表面に、フォトレジスト装置を用いて、セル間領域２００となる幅２ｍｍの部分に等間隔でレジスト膜（東京応化工業社製；ＥＰＰＲ）６３を塗布してマスキングし、セル領域１００となる幅１０ｍｍの部分を露出させた（図３（ｅ））。これを各金属のエッチング液６４に浸漬させることにより前記露出部の金属を深さ５０μｍまで溶解させ、薄肉部５１を形成させた（図３（ｆ））。薄肉部５１の厚さは５０μｍとなる。エッチング液６４としては、ニッケルには硝酸、チタンには弗酸、クロムには塩化第二鉄・塩酸混合液、アルミニウムには水酸化ナトリウム水溶液、モリブデンには硝酸・硫酸混合液、冷延鋼板およびステンレス鋼板には塩化第二鉄・塩酸混合液を用いた。次に、そのレジスト膜６３を除去した後、厚肉部５２の一部に幅１ｍｍの部分を残し、その他の部分を再度レジスト膜でマスキングした（図３（ｇ））。これを再びエッチング液６４に浸漬させ、レジスト膜が塗布されていない部分の金属を完全に溶解させ、幅１ｍｍの溝６５を形成させた（図３（ｈ））。これにより金属シートはセルのピッチで離間され、隣同士で導通のない金属部材５に区分された。レジスト膜６３を除去した後、各金属部材５の薄肉部５１の表面にＴｉＯ2ペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製；Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＤＰ）をスクリーン印刷により塗布し、４５０℃で焼成することにより半導体層４を形成した（図３（ｉ））。半導体層４の平均乾燥膜厚は約１０μｍである。増感色素としてルテニウム錯体色素（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製；Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ）を使用し、これをアセトニトリルとｔｅｒｔ−ブタノールの混合溶媒に分散させて色素溶液６２を得た。半導体層４を板状体Ｂごと色素溶液６２に浸漬し、増感色素が担持された半導体層４を得た（図３（ｊ））。その後、溝６５の部分に熱硬化性樹脂からなる絶縁部材６Ｂを注入した。このようにして光電極側構造体８０を得た。
【００４６】
〔色素増感型太陽電池モジュールの作製（合体工程）〕
上記で得られた対向電極側構造体７０と光電極側構造体８０を、前者の各一部領域１１と後者の各厚肉部５２がそれぞれ接触して重なるように合体させた。その際、ホットプレス機により加熱して絶縁部材６Ａ、６Ｂの熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、予め対向電極側構造体７０に設けておいた電解液注入口からヨウ素を含む電解液３（ペクセルテクノロジーズ社製；ＰＥＣＥ−Ｋ０１）を注入し、半導体層４の多孔質中に液が含浸されるように対向電極２０と光電極４０の間に充填した。この状態で封止し、図１に示したタイプの５セルからなる色素増感型太陽電池モジュールを構築した。ここで、透光性導電部材１と金属部材５の肉厚部５２との間には触媒物質の金属（白金）が介在している。
【００４７】
〔開放電圧ＶOCの測定〕
作製した色素増感型太陽電池モジュールの板状体Ａ側の面から、ソーラーシミュレータ（山下電装社製；ＹＳＳ−１００）を用いてＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射しながら、ソースメータ（ＫＥＹＴＨＬＥＹ社製；２４００型）により当該モジュールの開放電圧ＶOC（Ｖ）を測定した。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
単セルの開放電圧は０.７４Ｖであるところ、５セルを直列接続した各モジュールの開放電圧は単セルの開放電圧の和となっており、単セルが良好に直列接続されていることが確認された。
【実施例２】
【００５０】
表２に示す各ステンレス鋼種からなる板厚０.１ｍｍの冷延焼鈍鋼板（２Ｄ仕上げ材）を一般的なステンレス鋼板製造工程により製造し、これを供試材とした。表２中、組織の欄は「α」がフェライト系、「γ」がオーステナイト系を意味する。表中におけるハイフン「−」は製鋼現場における通常の分析手法にて測定限界以下であることを意味する。
【００５１】
【表２】
【００５２】
これら各種ステンレス鋼板を光電極４０の金属部材５に用いて実施例１と同様に５セルからなる色素増感型太陽電池モジュールを作製した。各モジュールについて実施例１と同様の手法で疑似太陽光を照射しながら、前記ソースメータにより短絡電流ＪSC（ｍＡ／ｃｍ2）および開放電圧ＶOC（Ｖ）を測定した。その後、各モジュールを８５℃の恒温槽中に１００ｈ放置させた後、同様に短絡電流ＪSCおよび開放電圧ＶOCを測定した。結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３からわかるように、モジュール作製直後はいずれも高い短絡電流ＪSCおよび良好な開放電圧ＶOCを示した。８５℃×１００ｈ放置後には、Ｍｏ無添加またはＭｏ含有量が０.３質量％未満であるステンレス鋼種を金属部材５に用いたモジュール（Ｎｏ.１〜３、２１、２２）において短絡電流ＪSCおよび開放電圧ＶOCの低下が見られた。これは、ステンレス鋼の腐食が進行したことに起因する導電性の低下が主たる原因であると考えられる。ただし、比較的耐用期間の短い低廉な機器に搭載する用途であれば、このようなステンレス鋼種を用いた低コストのモジュールが有用となりうる。
【００５５】
一方、Ｃｒ：１６.０質量％以上、かつＭｏ：０.３０質量％以上を含有するステンレス鋼種を用いたモジュール（Ｎｏ.４〜９、２３）では、８５℃×１００ｈ放置後においても初期の性能が維持されており、高い信頼性を有することが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ 絶縁性かつ透光性の板状体
Ｂ 絶縁性の板状体
１ 透光性導電部材
２ 触媒層
３ 電解質層
４ 半導体層
５ 金属部材
６Ａ、６Ｂ 絶縁部材
７ 負荷
８ 導線
９ 色素増感型太陽電池セル
１０ 色素増感型太陽電池モジュール
１１ 透光性導電部材の一部表面
２０ 対向電極
４０ 光電極
５０ 金属シート
５１ 薄肉部
５２ 厚肉部
６０ レーザートーチ
６１、６５ 溝
６２ 色素溶液
６３ レジスト膜
６４ エッチング液
７０ 対向電極側構造体
８０ 光電極側構造体
１００ セル領域
２００ セル間領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する絶縁性板状体の間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、光電極に金属部材を使用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は従来、主としてシリコンを光電変換素子に用いたものが使われているが、より経済的な次世代太陽電池として「色素増感型太陽電池」がある。色素増感型太陽電池の開放電圧は１Ｖ以下であるため、単セルで一般の電子機器を動作させるには電圧不足となりやすい。このため、複数のセルを直列に接続した色素増感型太陽電池モジュールの実用化が研究されている。
【０００３】
特許文献１には、基板上に光電極および対向電極を交互に配列して直列構造を形成したタイプのモジュール（以下、「Ｗ型モジュール」という）が開示されている。しかし、Ｗ型モジュールの場合、対向電極側からの入射光を利用するセルが半数を占める。光が対向電極側から入射する場合、対向電極での反射や電解液での吸収によって半導体層に到達する光の強度が低下し、モジュール全体の光電変換効率の低下を招く要因となる。
【０００４】
特許文献２には、一対の基板間に光電極構成材料、電解質を含有する多孔性絶縁層、対向電極構成材料を積層したセルを構成し、対向電極を構成する導電部材がセル間絶縁層を乗り越えて隣のセルの光電極に接続された構造のモジュール（以下、「モノシリックモジュール」という）が開示されている。モノシリックモジュールの場合、一つの基板上に光電極から対向電極まで順に積層していくため連続的な製造に適している。しかし、対向電極部材が高さ数十μｍのセル間絶縁層を乗り越えるように連続した層を形成する必要があるため高度な積層技術が要求され、製造コストが増大する。
【０００５】
特許文献３〜６には、光電極と対向電極が各セルでそれぞれ同じ基板側にあるモジュールにおいて、隣接するセルの光電極と対向電極を導電部材の挿入によって直列に接続したタイプのモジュール（以下、「Ｚ型モジュール」という）が開示されている。Ｚ型モジュールは一方の基板側からの入射光を各セルで均等に利用できるためＷ型モジュールのような効率低下は生じない。しかし、電極間を繋ぐ導電部材の挿入が必要であり、光電極−導電部材−対向電極の通電経路において良好な導電性を実現することは必ずしも容易ではなく、十分に満足できる導電性を確保しつつ、製造コストの低減を図ったものは未だ出現していない。
【０００６】
また、電池の出力を増大させるためには１つのセルの面積を大きくすることが有利となるが、その場合、電極間の間隔を確保するためのスペーサーとして、変形しにくく強度を安定して負担できるものを適用することが望まれる。特にモジュール全体の面積が大きい場合、セル間の領域にもスペーサーの機能を有する高強度部材を設ける必要がある。ただし、セル間領域の割合が増えると有効な受光面積の割合が減少するので変換効率の低下を招く。このためセル間領域はできるだけ小面積とすることが望まれる。従来のＺ型モジュールにおけるセル間の構造では、少ない面積で安定して優れたスペーサー機能を果たすことが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８８０９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３５１号公報
【特許文献３】特開２００１−３５７８９７号公報
【特許文献４】特表２００２−５３５８０８号公報
【特許文献５】特表２００２−５４０５５９号公報
【特許文献６】特開２００７−１８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、各セルの受光面が同じ側にあり、隣接セル間で良好な通電機能と安定したスペーサー機能を発揮するシンプルな構造の色素増感型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、
各セルは、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材、触媒層、電解質層、半導体層、金属部材を有し、その透光性導電部材と触媒層により対向電極が構成され、半導体層と金属部材により光電極が構成されており、
隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極を構成している透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極を構成している薄肉部と厚肉部を有する金属部材の当該厚肉部表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材の厚肉部をスペーサーとして光電極と対向電極の間隙が確保され、
隣接するセルの光電極同士および対向電極同士はそれぞれ絶縁部材により絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュールによって達成される。
【００１０】
前記金属部材は、前記板状体Ｂの表面上に支持された金属シートに対して、「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を適用することにより形成されたものを採用することができる。
前記金属部材の材料としては、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材に由来するものとすることができる。「シート材に由来する」とは、シート材を加工することによって得られたものを意味する。
【００１１】
特に、前記金属部材としてはステンレス鋼を採用することができる。「ステンレス鋼」とは、ＪＩＳ Ｇ０２０３：２００９の番号３８０１に示されているように、Ｃｒ含有量１０.５質量％以上、Ｃ含有量１.２質量％以下として耐食性を向上させた合金鋼である。具体的なステンレス鋼種としては、例えば規格鋼種であれば下記（Ａ）または（Ｂ）のものが挙げられる。各成分元素の含有量範囲を例示すると下記（Ｃ）または（Ｄ）が挙げられる。
（Ａ）ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６〜３２質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜３質量％の範囲にあるステンレス鋼。
（Ｂ）ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６〜３２質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜７質量％の範囲にあるステンレス鋼。
【００１２】
（Ｃ）質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０〜０.０４％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜３.０％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.２％、Ｎ：０〜０.０２５％以下、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼。
【００１３】
（Ｄ）質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０〜０.０４５％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼。
【００１４】
上記（Ｃ）、（Ｄ）において含有量の下限が０％であるものは、当該元素が任意含有元素であることを意味する。
【００１５】
このようなモジュールの製造方法として、対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールを製造するに際し、
［１］対向電極側構造体作製工程；
透光性導電部材の膜を表面に有する板状体Ａを用意し、
セルのピッチに等しいピッチで前記透光性導電部材にその膜厚を貫通する溝を形成することにより溝を挟んで両側の透光性導電部材同士を離間させるステップ（図２（ｂ）参照）、
セル内部となる領域に位置する透光性導電部材の表面部分に触媒層を形成するステップ（図２（ｃ）参照）、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する透光性導電部材同士を絶縁するステップ（図２（ｄ）参照）、
を有する手順により対向電極側構造体を得る工程、
［２］光電極側構造体作製工程；
セルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さ以上の金属シートが板状体Ｂの表面に接合されたものを用意し、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、隣接するセルの間となる領域に位置する金属シートの表面部分を厚肉部として残し、セル内部となる領域に位置する金属シートの表面部分をエッチングして薄肉部とするステップ（図３（ｅ）（ｆ）参照）、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、セルのピッチに等しいピッチの溝を形成することにより金属シートを離間させ、個々の金属部材に区分するステップ（図３（ｇ）（ｈ）参照）、
前記薄肉部に半導体層を形成させるステップ（図３（ｉ）参照）、
前記半導体層に増感色素を担持させるステップ（図３（ｊ）参照）、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する金属部材同士を絶縁するステップ（図３（ｋ）参照）、
を有する手順により光電極側構造体を得る工程、
［３］合体工程；
前記の対向電極側構造体と光電極側構造体を、前者の離間された各透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部がそれぞれ接触して重なるように合体させて、半導体層と触媒層の間に電解質層が充填された状態で封止する工程、
を有する色素増感型太陽電池モジュールの製造法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は以下のようなメリットを有する。
（１）光電極を金属材料で構成しているので電池内部の導電性が向上し、光電変換効率の向上に有利となる。
（２）セル間の通電を担う導体と、光電極の集電部材とが１つの金属部材で構成されるのでモジュールの構造が簡素化され、コストメリットに優れる。
（３）前記の金属部材はモジュール基板（絶縁性の板状体）の上に配置した金属シートに対してフォトエッチングの手法を利用して直接形成させることが可能であるため、寸法精度に優れる。
（４）セル間では前記金属部材が一定の電極間隔を確保するためのスペーサーとして機能するので、他のスペーサー部材が不要となり、セル間領域の占める面積率を低減させることができる。これによりモジュールに入射する光を有効に利用でき、光電変換効率の向上に繋がる。
（５）前記金属部材からなるスペーサーは変形しにくく強度を安定して負担できるので、広い受光面積をもつ色素増感型太陽電池モジュールの構築に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面構造を模式的に例示した図。
【図２】対向電極側構造体作製工程における部材断面状態を模式的に例示した図。
【図３】光電極側構造体作製工程における部材断面状態を模式的に例示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、本発明の色素増感型太陽電池モジュール１０の断面構造を模式的に例示する。この図は厚さ方向を誇張して描いてあり、実際のモジュールの寸法形状をそのまま反映したものではない。絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂが一定距離で対向しており、その間に、透光性導電部材１、触媒層２、電解質層３、半導体層４および金属部材５によって構成される色素増感型太陽電池セル９が組み込まれている。厚さ方向に見てセルの存在する部分をセル領域１００、隣り合うセル同士の間の部分をセル間領域２００と呼ぶ。各セル９において、透光性導電部材１と触媒層２により対向電極２０が構成され、半導体層４と金属部材５により光電極４０が構成されている。セル間では、一方のセルの対向電極２０を構成する透光性導電部材１の一部表面と他方のセルの光電極４０を構成する金属部材５の一部表面が重なっている。これによりセル間の直列接続が実現される。セル間で直列接続を担う金属部材５は薄肉部５１と厚肉部５２を有している。
【００１９】
セル領域１００では金属部材５の薄肉部５１の表面に半導体層４が形成され、光電極４０が構成されている。
セル間領域２００では金属部材５の厚肉部５２の表面が透光性導電部材１の一部表面１１と積層して接触している。これにより隣接セル間の導通が確保されると共に、厚肉部５２が対向電極２０と光電極４０の間隔を保つためのスペーサーとして機能する。透光性導電部材１の表面には製造工程の途中で触媒物質の金属が付着することがある。この部分に触媒の機能は必要ないが、触媒物質の金属が付着していることに問題はない。すなわち、セル間領域２００において積層している透光性導電部材１と金属部材５の間には触媒物質の金属が介在していることがある（図１では当該金属が介在している場合を例示してある）。隣り合うセル９の対向電極２０同士および光電極４０同士はそれぞれ絶縁部材６Ａおよび６Ｂにより絶縁されている。
【００２０】
各セル９において、板状体Ａ側から入射した光が半導体層４に届くと、光電極４０と対向電極２０との間に起電力が生じ、電子は「半導体層４→金属部材５」の経路で移動してセル外へ出て行き、「透光性導電部材１→触媒層４→電解質層３」の経路で移動してセル内へ入ってくる。各セル９はセル間領域２００において直列に繋がっており、最も低電位側のセル９（図１では右端のセル）における金属部材５と、最も高電位側のセル９（図１では左端のセル）における透光性導電部材１との間に、当該色素増感型太陽電池モジュール１０によって発電される電圧が生じる。そして、導線８と負荷７によって回路を構成したとき、負荷７で電力が消費される。
図１は３セルを直列配置したモジュールの構造を例示したものであるが、実際には要求される起電力に応じて直列配置するセルの数が設定される。
【００２１】
〔金属部材〕
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、光電極４０を構成する金属部材５に特徴がある。最も低電位側のセルを除き、各セル９に使用される金属部材５は薄肉部５１と厚肉部５２を有している。これらの金属部材５は基本的に板状の部材であり、板面内に板厚の異なる部分があると捉えることができる。薄肉部５１と厚肉部５２の板厚差は例えば２０〜１００μｍ程度とすればよい。最も低電位側のセルにおける金属部材５はスペーサーとして利用する場合を除き厚肉部５２を有している必要はなく、セル領域２００において他のセルの薄肉部５１に相当する板厚を有している。本明細書では厚肉部５２を有していない金属部材５の、薄肉部５１に相当する板厚部分も便宜上薄肉部５１と呼ぶ。各セル９の光電極４０は、薄肉部５１の表面に半導体層４を形成したものである。セル間領域２００において、厚肉部５２がスペーサーとして機能する。厚肉部５２の表面は隣のセルから伸びている透光性導電部材１の一部表面１１（その表面に触媒層２の金属が付着している場合を含む）と積層して接触し、板状体ＡとＢの間を埋める。図１ではモジュールの厚さ方向の寸法を誇張して描いてあるが、厚肉部５２はモジュールの厚さ方向を板厚とする板状の金属体であるから、透光性導電部材１と積層することにより板状体Ａ、Ｂ間にかかる荷重を安定して負担することができる。すなわち、金属部材５の厚肉部５２は単純な構造で良好な導電性と高い強度を同時に担うものである。
【００２２】
金属部材５の金属としては、電解質層３に使用される電解液に対して耐食性を有する材料であれば種々の金属材料が適用できる。発明者らの検討によれば、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼を使用することができる。これらの金属材料を用いると、後述のように「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を利用して薄肉部５１、厚肉部５２の形成および隣り合うセルの金属部材５同士を離間する溝の形成を精度良く行うことが可能である。色素増感型太陽電池モジュールはパーソナルユースの比較的安価な機器への搭載も考えられ、機器の耐用期間を考慮して最適な耐食性レベルの金属材料を選択すればよい。上記において、チタンおよびチタン合金としては例えばＪＩＳ Ｈ４６０：２００７の表２に記載の組成を有するものが挙げられる。またアルミニウムおよびアルミニウム合金としては例えばＪＩＳ Ｈ４００：２００６の表２に記載の組成を有するものが挙げられる。
【００２３】
良好な耐食性を示し、かつ貴金属やチタン合金より安価な金属材料としてステンレス鋼がある。本発明に適用する金属部材５の材料としてステンレス鋼は好適な対象である。中でも、Ｃｒ含有量が１６.０質量％以上、かつＭｏ含有量が０.３質量％以上であるステンレス鋼はヨウ素を使用した色素増感型太陽電池の電解液に対して優れた耐食性を呈し、長期間にわたって初期の光電変換効率が高く維持されるので、耐久性の高い色素増感型太陽電池モジュールを構築するうえで有利である。具体的なステンレス鋼種としては前記（Ａ）〜（Ｄ）に示したものが挙げられる。特にＣｒ含有量は１７.０質量％以上とすることがより好ましく、Ｍｏ含有量は０.８質量％以上とすることがより好ましい。
【００２４】
金属部材５としてステンレス鋼を使用する場合、エッチングによって薄肉部５１の表面にエッジ状境界を持つピットを多数形成させることができる。このような粗面化表面は表面積が大きく、半導体層との密着性に優れるので、優れた光電変換効率を得るうえで有利となる。具体的な粗面化の手法は本出願人により特願２００９−１９１３４８に開示された。
【００２５】
〔モジュールの製造〕
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、例えば板状体Ａをベースとする「対向電極側構造体」と、板状体Ｂをベースとする「光電極側構造体」を別々に作製したのち、それら両部材を合体させる手法により効率的に製造することができる。以下、その製造方法について例示する。
【００２６】
［１］対向電極側構造体作製工程
図２に、対向電極側構造体を作製するための工程における部材断面状態を模式的に示す。図２中の手順（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。なお、この手順は例示であり必ずしもこれに限られるものではない。
【００２７】
（ａ）透光性導電部材１の膜を表面に有する板状体Ａを用意する。板状体Ａは透光性かつ絶縁性を有するものであり、ガラス板や透光性プラスチックシート（アクリルシートその他）が使用できる。透光性導電部材１としては、例えばＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、ＴＯ（酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の酸化物導電膜が使用できる。その膜厚は例えば０.１〜１.０μｍ程度とすればよい。透光性導電部材１と板状体Ａは容易に剥がれないように接合されていることが望ましい。
【００２８】
（ｂ）板状体Ａ上の透光性導電部材１に、セルのピッチに等しいピッチで、その膜厚を貫通する溝６１を形成する。この溝６１によって両側の透光性導電部材１同士の導通を断ち切ることが重要である。その方法として、例えばレーザートーチ６０を用いてレーザー光を照射する手法が挙げられる。
【００２９】
（ｃ）溝６１により区分された各透光性導電部材１の表面に触媒層２を形成させる。触媒物質としては白金、ニッケル、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン、カーボンなどが適用できる。白金、ニッケルなどの金属膜の場合は、例えばスパッタリング法により形成させることができる。発明者らの検討によれば、平均膜厚が約１ｎｍと極めて薄い白金膜を形成させた場合でも電池として機能することが確認された。触媒層２の平均膜厚は例えば１〜３００ｎｍ程度とすればよい。変換効率の安定性と経済性を両立させる上では、１０〜２００ｎｍ、あるいは２０〜１００ｎｍの範囲にコントロールすることより効果的である。触媒層２はセル内部となる領域（図１のセル領域１００）に存在すれば十分であり、セル間となる領域（図１のセル間領域２００）の一部表面１１には触媒層２は不要である。ただし、スパッタリング法を適用する際には、マスキングしない限り上記の一部表面１１の部分にも触媒物質の金属が付着する。この部分に金属が付着していても特に問題となることはない。
【００３０】
（ｄ）溝６１の部分に絶縁部材６Ａを挿入することにより、溝６１を挟んで隣り合う透光性導電部材１同士の導通を防止する。絶縁部材６Ｂの素材としては例えば熱硬化性樹脂が適用できる。その場合、後述の合体工程において熱硬化性樹脂を硬化させることができる。なお、上記（ｃ）において触媒層２の膜厚を薄く設定する場合には溝６１の部分に触媒の金属物質が付着しても両側の透光性導電部材１同士の導通を防止することは可能であるが、絶縁部材６Ａの挿入を触媒層２の形成より前の段階で済ませておくことによって透光性導電部材１同士の導通は完全に回避される。
【００３１】
上記の（ｂ）〜（ｄ）を行う手順は、（ｄ）が（ｂ）の後となる限り、順序は不同である。例えば、（ｂ）における溝の形成は（ｃ）における触媒層２の形成後に行っても構わない。また、前述のように（ｄ）の絶縁部材６Ｂの挿入を（ｃ）の触媒層２の形成より前に行っても構わない。
このようにして対向電極側構造体７０が作製される。
【００３２】
［２］光電極側構造体作製工程
図３に、光電極側構造体を作製するための工程における部材断面状態を模式的に示す。図３中の手順（ｅ）〜（ｋ）に基づいて説明する。なお、この手順は例示であり必ずしもこれに限られるものではない。
【００３３】
（ｅ）板状体Ｂの表面に金属シート５０が接合された板状部材を用意する。板状体Ｂは絶縁性を有している必要があるが、透光性は必要ないため、種々のガラスやプラスチックシートなどが使用できる。金属シート５０は前述のようにニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材などが適用対象となり、当該モジュールが搭載される機器の耐用期間などに応じて適切な耐食性を有する材料が選択される。金属シート５０の厚さはセルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さとすればよい。それ以上の厚さのものを用意して、後工程のエッチングにて厚さを調整することも可能である。前述のように透光性導電部材１のセル間となる領域（図１のセル間領域２００）の一部表面１１に触媒物質の金属が付着する場合には、前記の「相当する厚さ」は付着する触媒層の厚さを差し引いた厚さとなる。具体的には例えば４０〜５００μｍ程度の金属シート５０を使用することができる。金属シート５０と板状体Ｂは容易に剥がれないように接着剤などにより接合されていることが望ましい。薄肉部５１となる部分を除いてレジスト膜６３を塗布してマスキングする。
【００３４】
（ｆ）金属シート５０を板状体Ｂに接合されたままの状態でエッチング液６４に浸漬し、レジスト膜６３でマスキングされていない部分をエッチングし、所定の厚さの薄肉部５１を形成する。その薄肉部５１の厚さは例えば２０〜５０μｍである。金属シート５０がステンレス鋼である場合、エッチング液として塩化第二鉄を含む酸を使用すると、そのエッチングによって金属シート５０の表面がアンカー効果の高いピットに覆われた粗面化表面となり、光電変換効率の向上に有利となる。薄肉部５１が所定の厚さになったのちエッチング液６４から取り出し、レジスト膜６３を除去する。
【００３５】
（ｇ）薄肉部５１を形成した金属シート５０の表面に、セルのピッチで離間させるための溝となる部分を除き、再度レジスト膜６３を塗布する。
【００３６】
（ｈ）再びエッチング液６４に浸漬し、セルのピッチに等しいピッチの溝６５を形成して金属シート５０を個々の金属部材５に区分する。溝６５によって隣り合う金属部材５同士が離間され導通を有していないことが重要である。各金属部材５は薄肉部５１を有し、図１のセル間領域２００となる金属部材５の部分には厚肉部５２を有するものとなる。溝６５による離間が完了したのちエッチング液６４から取り出し、レジスト膜６３を除去する。
【００３７】
（ｉ）金属部材５の薄肉部５１の表面に半導体層４を形成させる。半導体層４は比表面積の大きいＴｉＯ2等の半導体粒子を用いた多孔質層であり、例えばＴｉＯ2粒子を含有するペーストを塗布し乾燥させる手法により半導体層４を形成させることができる。必要に応じて４００〜５００℃程度の温度に加熱して焼成する。ペーストの塗布をスクリーン印刷法によって行うと所定範囲に精度良く半導体層４を配置することができる。半導体層４の乾燥膜厚は例えば１０〜４０μｍ程度とすればよい。
【００３８】
（ｊ）半導体層４にルテニウム錯体等の増感色素を担持させる。その手法としては半導体層４を板状体Ｂに搭載された状態のまま増感色素が分散した溶液中に浸漬する手法が採用できる。半導体層４の細孔に増感色素が行き渡ったのち溶液中から引き上げ、乾燥させると、増感色素を担持した半導体層４が得られる。
【００３９】
（ｋ）溝６５の部分に絶縁部材６Ｂを挿入することにより、溝６５を挟んで隣り合う金属部材５同士の導通を防止する。絶縁部材６Ｂの素材としては例えば熱硬化性樹脂が適用できる。その場合、後述の合体工程において熱硬化性樹脂を硬化させることができる。
【００４０】
上記の（ｅ）〜（ｋ）を行う手順は、（ｆ）が（ｅ）の後となり、（ｈ）が（ｇ）の後となり、（ｉ）が（ｆ）（ｈ）のエッチング後となり、（ｊ）が（ｉ）の後となり、（ｋ）の絶縁部材の挿入が（ｈ）の溝も形成後となる限り、順序は不同である。例えば、（ｇ）および（ｈ）の溝の形成を（ｅ）および（ｆ）の薄肉部の形成より先に行っても構わないし、（ｋ）の絶縁部材の挿入を（ｉ）の半導体層形成の前に行っても構わない。
このようにして光電極側構造体８０が作製される。なお、上記［１］と［２］は順序不同である。
【００４１】
［３］合体工程
上述のようにして得られた対向電極側構造体７０と光電極側構造体８０を、前者の各透光性導電部材１の一部表面１１（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部５２がそれぞれ接触して重なるように合体させる。その際、触媒層２と半導体層４の間に電解質層３を充填した状態として、封止する。電解質層３は例えばヨウ素を含むような色素増感型太陽電池用の電解液そのもので構成するか、あるいはそのような電解液を含浸させてイオンが移動できる状態とした媒体で構成することができる。絶縁部材６Ａ、６Ｂとして熱硬化性樹脂を使用している場合は、封止の段階で加熱を行い、樹脂を硬化させるとよい。
このようにして図１に示したような断面構造の色素増感型太陽電池モジュール１０が構築される。
【実施例１】
【００４２】
光電極４０を構成する金属部材５として種々の金属材料を用い、図１に示した構造で５セルを直列配置した色素増感型太陽電池モジュールを作製して、各モジュールの開放電圧を評価した。
【００４３】
〔対向電極側構造体の作製〕
対向電極用の透光性基板として、ガラス基板上に厚さ約１μｍのＦＴＯ膜を形成した材料（旭硝子社製）を用意した（図２（ａ））。このガラス基板は板状体Ａに相当し、ＦＴＯ膜は透光性導電部材１に相当する。その透光性導電部材１にＹＡＧレーザーを照射することによりセルのピッチに等しいピッチで膜厚を貫通する溝６１を形成した（図２（ｂ））。溝６１により離間された各透光性導電部材１の表面に触媒物質の白金をスパッタコーティングして触媒層２を形成した（図２（ｃ））。図１のセル間領域２００となる一部表面１１にも触媒物質の白金が付着している。離間された透光性導電部材１同士の間には導通がないことを確認している。その後、溝６１の部分に熱硬化性樹脂からなる絶縁部材６Ａを注入した。このようにして対向電極側構造体７０を得た。
【００４４】
〔光電極側構造体の作製〕
金属部材５の素材として、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、モリブデンのシート材（以上、いずれもニラコ社製、純度；スリーナイン）、ＪＩＳ Ｇ３１４１に規定される冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ、およびＪＩＳ Ｇ４３０５に規定される冷間圧延ステンレス鋼板ＳＵＳ４４７Ｊ１（３０％Ｃｒ−２％Ｍｏフェライト系鋼）を用意した。クロムは板厚２.０ｍｍであり、その他はいずれも板厚０.１ｍｍの金属シートである。各金属シートの片面に、厚さ約０.１ｍｍのＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルム（帝人デュポンフィルム社製；テオネックス）を、熱可塑性樹脂フィルム（三井デュポンケミカル社製；サーリン）を用いて融着させた。ＰＥＮフィルムおよび融着層が図１の板状体Ｂに相当する。
【００４５】
その板状体Ｂ上の金属シートの表面に、フォトレジスト装置を用いて、セル間領域２００となる幅２ｍｍの部分に等間隔でレジスト膜（東京応化工業社製；ＥＰＰＲ）６３を塗布してマスキングし、セル領域１００となる幅１０ｍｍの部分を露出させた（図３（ｅ））。これを各金属のエッチング液６４に浸漬させることにより前記露出部の金属を深さ５０μｍまで溶解させ、薄肉部５１を形成させた（図３（ｆ））。薄肉部５１の厚さは５０μｍとなる。エッチング液６４としては、ニッケルには硝酸、チタンには弗酸、クロムには塩化第二鉄・塩酸混合液、アルミニウムには水酸化ナトリウム水溶液、モリブデンには硝酸・硫酸混合液、冷延鋼板およびステンレス鋼板には塩化第二鉄・塩酸混合液を用いた。次に、そのレジスト膜６３を除去した後、厚肉部５２の一部に幅１ｍｍの部分を残し、その他の部分を再度レジスト膜でマスキングした（図３（ｇ））。これを再びエッチング液６４に浸漬させ、レジスト膜が塗布されていない部分の金属を完全に溶解させ、幅１ｍｍの溝６５を形成させた（図３（ｈ））。これにより金属シートはセルのピッチで離間され、隣同士で導通のない金属部材５に区分された。レジスト膜６３を除去した後、各金属部材５の薄肉部５１の表面にＴｉＯ2ペースト（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製；Ｔｉ−Ｎａｎｏｘｉｄｅ Ｄ／ＤＰ）をスクリーン印刷により塗布し、４５０℃で焼成することにより半導体層４を形成した（図３（ｉ））。半導体層４の平均乾燥膜厚は約１０μｍである。増感色素としてルテニウム錯体色素（Ｓｏｌａｒｏｎｉｘ社製；Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ ５３５−ｂｉｓＴＢＡ）を使用し、これをアセトニトリルとｔｅｒｔ−ブタノールの混合溶媒に分散させて色素溶液６２を得た。半導体層４を板状体Ｂごと色素溶液６２に浸漬し、増感色素が担持された半導体層４を得た（図３（ｊ））。その後、溝６５の部分に熱硬化性樹脂からなる絶縁部材６Ｂを注入した。このようにして光電極側構造体８０を得た。
【００４６】
〔色素増感型太陽電池モジュールの作製（合体工程）〕
上記で得られた対向電極側構造体７０と光電極側構造体８０を、前者の各一部領域１１と後者の各厚肉部５２がそれぞれ接触して重なるように合体させた。その際、ホットプレス機により加熱して絶縁部材６Ａ、６Ｂの熱硬化性樹脂を硬化させた。その後、予め対向電極側構造体７０に設けておいた電解液注入口からヨウ素を含む電解液３（ペクセルテクノロジーズ社製；ＰＥＣＥ−Ｋ０１）を注入し、半導体層４の多孔質中に液が含浸されるように対向電極２０と光電極４０の間に充填した。この状態で封止し、図１に示したタイプの５セルからなる色素増感型太陽電池モジュールを構築した。ここで、透光性導電部材１と金属部材５の肉厚部５２との間には触媒物質の金属（白金）が介在している。
【００４７】
〔開放電圧ＶOCの測定〕
作製した色素増感型太陽電池モジュールの板状体Ａ側の面から、ソーラーシミュレータ（山下電装社製；ＹＳＳ−１００）を用いてＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射しながら、ソースメータ（ＫＥＹＴＨＬＥＹ社製；２４００型）により当該モジュールの開放電圧ＶOC（Ｖ）を測定した。結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
【００４９】
単セルの開放電圧は０.７４Ｖであるところ、５セルを直列接続した各モジュールの開放電圧は単セルの開放電圧の和となっており、単セルが良好に直列接続されていることが確認された。
【実施例２】
【００５０】
表２に示す各ステンレス鋼種からなる板厚０.１ｍｍの冷延焼鈍鋼板（２Ｄ仕上げ材）を一般的なステンレス鋼板製造工程により製造し、これを供試材とした。表２中、組織の欄は「α」がフェライト系、「γ」がオーステナイト系を意味する。表中におけるハイフン「−」は製鋼現場における通常の分析手法にて測定限界以下であることを意味する。
【００５１】
【表２】
【００５２】
これら各種ステンレス鋼板を光電極４０の金属部材５に用いて実施例１と同様に５セルからなる色素増感型太陽電池モジュールを作製した。各モジュールについて実施例１と同様の手法で疑似太陽光を照射しながら、前記ソースメータにより短絡電流ＪSC（ｍＡ／ｃｍ2）および開放電圧ＶOC（Ｖ）を測定した。その後、各モジュールを８５℃の恒温槽中に１００ｈ放置させた後、同様に短絡電流ＪSCおよび開放電圧ＶOCを測定した。結果を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３からわかるように、モジュール作製直後はいずれも高い短絡電流ＪSCおよび良好な開放電圧ＶOCを示した。８５℃×１００ｈ放置後には、Ｍｏ無添加またはＭｏ含有量が０.３質量％未満であるステンレス鋼種を金属部材５に用いたモジュール（Ｎｏ.１〜３、２１、２２）において短絡電流ＪSCおよび開放電圧ＶOCの低下が見られた。これは、ステンレス鋼の腐食が進行したことに起因する導電性の低下が主たる原因であると考えられる。ただし、比較的耐用期間の短い低廉な機器に搭載する用途であれば、このようなステンレス鋼種を用いた低コストのモジュールが有用となりうる。
【００５５】
一方、Ｃｒ：１６.０質量％以上、かつＭｏ：０.３０質量％以上を含有するステンレス鋼種を用いたモジュール（Ｎｏ.４〜９、２３）では、８５℃×１００ｈ放置後においても初期の性能が維持されており、高い信頼性を有することが確認された。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ 絶縁性かつ透光性の板状体
Ｂ 絶縁性の板状体
１ 透光性導電部材
２ 触媒層
３ 電解質層
４ 半導体層
５ 金属部材
６Ａ、６Ｂ 絶縁部材
７ 負荷
８ 導線
９ 色素増感型太陽電池セル
１０ 色素増感型太陽電池モジュール
１１ 透光性導電部材の一部表面
２０ 対向電極
４０ 光電極
５０ 金属シート
５１ 薄肉部
５２ 厚肉部
６０ レーザートーチ
６１、６５ 溝
６２ 色素溶液
６３ レジスト膜
６４ エッチング液
７０ 対向電極側構造体
８０ 光電極側構造体
１００ セル領域
２００ セル間領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、
各セルは、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材、触媒層、電解質層、半導体層、金属部材を有し、その透光性導電部材と触媒層により対向電極が構成され、半導体層と金属部材により光電極が構成されており、
隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極を構成している透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極を構成している薄肉部と厚肉部を有する金属部材の当該厚肉部表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材の厚肉部をスペーサーとして光電極と対向電極の間隙が確保され、
隣接するセルの光電極同士および対向電極同士はそれぞれ絶縁部材により絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記金属部材は、前記板状体Ｂの表面上に支持された金属シートに対して、「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を適用することにより形成されたものである請求項１に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記金属部材は、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材に由来するものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記金属部材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６.０〜３２.０質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜３.０質量％の範囲にあるステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記金属部材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６.０〜３２.０質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜７.０質量％の範囲にあるステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記金属部材は、質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０〜０.０４％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜３.０％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.２％、Ｎ：０〜０.０２５％以下、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記金属部材は、質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０〜０.０４５％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項８】
対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールを製造するに際し、
［１］対向電極側構造体作製工程；
透光性導電部材の膜を表面に有する板状体Ａを用意し、
セルのピッチに等しいピッチで前記透光性導電部材にその膜厚を貫通する溝を形成することにより溝を挟んで両側の透光性導電部材同士を離間させるステップ、
セル内部となる領域に位置する透光性導電部材の表面部分に触媒層を形成するステップ、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する透光性導電部材同士を絶縁するステップ、
を有する手順により対向電極側構造体を得る工程、
［２］光電極側構造体作製工程；
セルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さ以上の金属シートが板状体Ｂの表面に接合されたものを用意し、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、隣接するセルの間となる領域に位置する金属シートの表面部分を厚肉部として残し、セル内部となる領域に位置する金属シートの表面部分をエッチングして薄肉部とするステップ、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、セルのピッチに等しいピッチの溝を形成することにより金属シートを離間させ、個々の金属部材に区分するステップ、
前記薄肉部に半導体層を形成させるステップ、
前記半導体層に増感色素を担持させるステップ、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する金属部材同士を絶縁するステップ、
を有する手順により光電極側構造体を得る工程、
［３］合体工程；
前記の対向電極側構造体と光電極側構造体を、前者の離間された各透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部がそれぞれ接触して重なるように合体させて、半導体層と触媒層の間に電解質層が充填された状態で封止する工程、
を有する請求項１〜７のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュールの製造法。
【請求項１】
対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールであって、
各セルは、板状体Ａ側から板状体Ｂ側に向かって、透光性導電部材、触媒層、電解質層、半導体層、金属部材を有し、その透光性導電部材と触媒層により対向電極が構成され、半導体層と金属部材により光電極が構成されており、
隣接するセルの間では、一方のセルの対向電極を構成している透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と、他方のセルの光電極を構成している薄肉部と厚肉部を有する金属部材の当該厚肉部表面とが積層して接触することによりセル間の直列の導通が確保されると共に、当該金属部材の厚肉部をスペーサーとして光電極と対向電極の間隙が確保され、
隣接するセルの光電極同士および対向電極同士はそれぞれ絶縁部材により絶縁されている、色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記金属部材は、前記板状体Ｂの表面上に支持された金属シートに対して、「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜の除去」の手法を適用することにより形成されたものである請求項１に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記金属部材は、ニッケル、チタン、チタン合金、クロム、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン、または鋼のシート材に由来するものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記金属部材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるフェライト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６.０〜３２.０質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜３.０質量％の範囲にあるステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記金属部材は、ＪＩＳ Ｇ４３０５：２００５に規定されるオーステナイト系鋼種に属し、且つＣｒ含有量が１６.０〜３２.０質量％、Ｍｏ含有量が０.３〜７.０質量％の範囲にあるステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記金属部材は、質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜１.２％、Ｍｎ：０.００１〜１.２％、Ｐ：０〜０.０４％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：０〜０.６％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜３.０％、Ｃｕ：０〜１.０％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.２％、Ｎ：０〜０.０２５％以下、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記金属部材は、質量％でＣ：０.０００１〜０.１５％、Ｓｉ：０.００１〜４.０％、Ｍｎ：０.００１〜２.５％、Ｐ：０〜０.０４５％、Ｓ：０〜０.０３％、Ｎｉ：６.０〜２８.０％、Ｃｒ：１６.０〜３５.０％、Ｍｏ：０.３〜７.０％、Ｃｕ：０〜３.５％、Ｎｂ：０〜１.０％、Ｔｉ：０〜１.０％、Ａｌ：０〜０.１％、Ｎ：０〜０.３％、Ｂ：０〜０.０１％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるオーステナイト系ステンレス鋼からなるものである請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
【請求項８】
対向する絶縁性かつ透光性の板状体Ａと絶縁性の板状体Ｂとの間に、直列に接続された複数の色素増感型太陽電池セルが組み込まれているモジュールを製造するに際し、
［１］対向電極側構造体作製工程；
透光性導電部材の膜を表面に有する板状体Ａを用意し、
セルのピッチに等しいピッチで前記透光性導電部材にその膜厚を貫通する溝を形成することにより溝を挟んで両側の透光性導電部材同士を離間させるステップ、
セル内部となる領域に位置する透光性導電部材の表面部分に触媒層を形成するステップ、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する透光性導電部材同士を絶縁するステップ、
を有する手順により対向電極側構造体を得る工程、
［２］光電極側構造体作製工程；
セルを構築したときの［板状体Ａと板状体Ｂの間隔］−［前記透光性導電部材の厚さ］に相当する厚さ以上の金属シートが板状体Ｂの表面に接合されたものを用意し、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、隣接するセルの間となる領域に位置する金属シートの表面部分を厚肉部として残し、セル内部となる領域に位置する金属シートの表面部分をエッチングして薄肉部とするステップ、
「レジスト膜によるマスキング→エッチング→レジスト膜除去」の手法により、セルのピッチに等しいピッチの溝を形成することにより金属シートを離間させ、個々の金属部材に区分するステップ、
前記薄肉部に半導体層を形成させるステップ、
前記半導体層に増感色素を担持させるステップ、
前記溝の部分に絶縁部材を挿入して隣接する金属部材同士を絶縁するステップ、
を有する手順により光電極側構造体を得る工程、
［３］合体工程；
前記の対向電極側構造体と光電極側構造体を、前者の離間された各透光性導電部材の一部表面（触媒物質の金属が付着している場合を含む）と後者の各厚肉部がそれぞれ接触して重なるように合体させて、半導体層と触媒層の間に電解質層が充填された状態で封止する工程、
を有する請求項１〜７のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュールの製造法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７５９４０（Ｐ２０１１−１７５９４０Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４０８８２（Ｐ２０１０−４０８８２）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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