(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023166208
(43)【公開日】2023-11-21
(54)【発明の名称】色素増感太陽電池
(51)【国際特許分類】
H01G 9/20 20060101AFI20231114BHJP
【ＦＩ】
H01G9/20 203B
H01G9/20 303A
H01G9/20 303B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022077106
(22)【出願日】2022-05-09
(71)【出願人】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】中村 やよい
(72)【発明者】
【氏名】加藤 諒祐
(72)【発明者】
【氏名】小林 君平
(57)【要約】
【課題】ユニット間の電極を導電性を持たせた封止材によって導電接続させつつ、製造の容易な色素増感太陽電池を提供すること。
【解決手段】色素増感太陽電池は、第１のユニットと第２のユニットを備える。第１のユニットは、第１の基板に形成された第１の電極と、第１の基板と対向して配置される第２の基板に形成された第１の対向電極と、第１の電極と第１の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第１の光吸収層と、第１の電解液と、第１の触媒層とを有する。第２のユニットは、第１の基板に形成された第２の電極と、第２の基板に形成された第２の対向電極と、第２の電極と第２の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第２の光吸収層と、第２の電解液と、第２の触媒層とを有する。第１の電極と第２の対向電極とは、紫外線硬化樹脂を含む封止材に形成された導通部によって導電接続されている。
【選択図】図２
【解決手段】色素増感太陽電池は、第１のユニットと第２のユニットを備える。第１のユニットは、第１の基板に形成された第１の電極と、第１の基板と対向して配置される第２の基板に形成された第１の対向電極と、第１の電極と第１の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第１の光吸収層と、第１の電解液と、第１の触媒層とを有する。第２のユニットは、第１の基板に形成された第２の電極と、第２の基板に形成された第２の対向電極と、第２の電極と第２の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第２の光吸収層と、第２の電解液と、第２の触媒層とを有する。第１の電極と第２の対向電極とは、紫外線硬化樹脂を含む封止材に形成された導通部によって導電接続されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の基板に形成された第１の電極と、前記第１の基板と対向して配置される第２の基板に形成された第１の対向電極と、前記第１の電極と前記第１の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第１の光吸収層と、第１の電解液と、第１の触媒層とを有する第１のユニットと、
前記第１の基板に形成された第２の電極と、前記第２の基板に形成された第２の対向電極と、前記第２の電極と前記第２の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第２の光吸収層と、第２の電解液と、第２の触媒層とを有する第２のユニットと、
を具備し、
前記第１の電極と前記第２の対向電極とは、紫外線硬化樹脂を含む封止材に形成された導通部によって導電接続されている、
色素増感太陽電池。
前記第１の基板に形成された第２の電極と、前記第２の基板に形成された第２の対向電極と、前記第２の電極と前記第２の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第２の光吸収層と、第２の電解液と、第２の触媒層とを有する第２のユニットと、
を具備し、
前記第１の電極と前記第２の対向電極とは、紫外線硬化樹脂を含む封止材に形成された導通部によって導電接続されている、
色素増感太陽電池。
【請求項2】
前記封止材は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記第１のユニットと前記第２のユニットを囲むように設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板とともに前記第１のユニット及び前記第２のユニットを封止しており、
前記導通部は、前記封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記導通部は、前記封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項3】
前記第１の電極及び前記第２の対向電極は、それぞれ、２つ以上の導通部によって導電接続されている、
請求項２に記載の色素増感太陽電池。
請求項２に記載の色素増感太陽電池。
【請求項4】
前記封止材は、
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記第１のユニットと前記第２のユニットの外周に形成された第１の封止材と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記第１のユニットと前記第２のユニットの境界位置に形成された第２の封止材と、
を含み、
前記導通部は、前記第２の封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記第１のユニットと前記第２のユニットの外周に形成された第１の封止材と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記第１のユニットと前記第２のユニットの境界位置に形成された第２の封止材と、
を含み、
前記導通部は、前記第２の封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項5】
それぞれが前記第１のユニットと前記第２のユニットとを含み、前記第１のユニットと前記第２のユニットの配列方向と直交する方向に並べて配置された複数の色素増感太陽電池モジュールを具備し、
前記封止材は、
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記複数の色素増感太陽電池モジュールの外周に形成された第１の封止材と、
それぞれの色素増感太陽電池モジュールの境界位置に形成された第２の封止材と、
を含み、
前記導通部は、前記第２の封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記封止材は、
前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記複数の色素増感太陽電池モジュールの外周に形成された第１の封止材と、
それぞれの色素増感太陽電池モジュールの境界位置に形成された第２の封止材と、
を含み、
前記導通部は、前記第２の封止材の少なくとも一部に混入された導電粒子によって形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項6】
それぞれが前記第１のユニットと前記第２のユニットとを含み、前記第１のユニットと前記第２のユニットの配列方向と直交する方向に並べて配置された複数の色素増感太陽電池モジュールを具備し、
前記封止材は、前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記複数の色素増感太陽電池モジュールを囲むように形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
前記封止材は、前記第１の基板と前記第２の基板との間であって前記複数の色素増感太陽電池モジュールを囲むように形成されている、
請求項１に記載の色素増感太陽電池。
【請求項7】
それぞれの前記色素増感太陽電池モジュールについての前記導通部が前記第１のユニットと前記第２のユニットの配列方向と直交する方向に並べて前記封止材に形成されている、請求項６に記載の色素増感太陽電池。
【請求項8】
それぞれの前記色素増感太陽電池モジュールについての前記導通部が前記第１のユニットと前記第２のユニットの配列方向と平行な方向に並べて前記封止材に形成され、
前記第１の対向電極と前記第２の対向電極とは、層間絶縁膜を介して前記第２の基板に形成され、
前記第１の対向電極と前記第２の対向電極とは、前記第２の基板に形成された導電膜とコンタクトを介して接続され、
前記導電膜は、前記導通部に接続される、
請求項６に記載の色素増感太陽電池。
前記第１の対向電極と前記第２の対向電極とは、層間絶縁膜を介して前記第２の基板に形成され、
前記第１の対向電極と前記第２の対向電極とは、前記第２の基板に形成された導電膜とコンタクトを介して接続され、
前記導電膜は、前記導通部に接続される、
請求項６に記載の色素増感太陽電池。
【請求項9】
前記導通部は、前記封止材に導電粒子を混入することによって形成され、
前記導電粒子の粒径は、前記第１の基板と前記第２の基板の間隔に対して０μｍ以上、５μｍ以下の長さを有する、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
前記導電粒子の粒径は、前記第１の基板と前記第２の基板の間隔に対して０μｍ以上、５μｍ以下の長さを有する、
請求項１乃至８の何れか１項に記載の色素増感太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、色素増感太陽電池に関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、ＩｏＴ（Internet of Things)デバイス用の電源及びエナジーハーベスティング素子として期待されている。太陽電池は、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池に大別される。有機系太陽電池の中で、色素増感太陽電池（Dye sensitized Solar Cell: DSC）が知られている。色素増感太陽電池は、光を吸収するための色素と、電解液とを用いた酸化還元反応によって発電する。色素増感太陽電池に用いられる電解液には、固体型電解液と液体型電解液とがある。
【0003】
色素増感太陽電池は、複数の色素増感太陽電池のユニットが直列接続されたモジュールとして用いられ得る。複数のユニットを直列接続するために、それぞれのユニットに設けられた電極が導電性を持たせた封止材を用いて導電接続されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００５－０９３２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、ユニット間の電極を導電性を持たせた封止材によって導電接続させつつ、製造の容易な色素増感太陽電池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】
【0006】
一態様の色素増感太陽電池は、第１のユニットと第２のユニットを備える。第１のユニットは、第１の基板に形成された第１の電極と、第１の基板と対向して配置される第２の基板に形成された第１の対向電極と、第１の電極と第１の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第１の光吸収層と、第１の電解液と、第１の触媒層とを有する。第２のユニットは、第１の基板に形成された第２の電極と、第２の基板に形成された第２の対向電極と、第２の電極と第２の対向電極との間に形成された、電子捕集剤と色素とを含む第２の光吸収層と、第２の電解液と、第２の触媒層とを有する。第１の電極と第２の対向電極とは、紫外線硬化樹脂を含む封止材に形成された導通部によって導電接続されている。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、ユニット間の電極を導電性を持たせた封止材によって導電接続させつつ、製造の容易な色素増感太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図１は、一実施形態に係る色素増感太陽電池の構成の一例を示す図である。実施形態に係る色素増感太陽電池１は、複数の色素増感太陽電池のユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４が直列接続されて構成される色素増感太陽電池モジュールである。図１では、ユニットの数は、４つである。ユニットの数は、４つに限定されるものではない。
【0010】
図１に示すように、色素増感太陽電池１のそれぞれのユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４は、第１の基板１１と第２の基板１２との間に１次元方向に並べて形成される。第１の基板１１は、ガラス基板等の透明基板である。第２の基板１２は、第１の基板１１と対向するように配置される。第２の基板１２は、第１の基板１１と同様に、ガラス基板等の透明基板である。
【0011】
第１の基板１１のそれぞれのユニットの位置には、電極１３が形成されている。電極１３の間隔は、例えば隣接する電極間でのリーク電流等の影響がない程度の間隔である。電極１３は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）といった透明導電酸化膜（ＴＣＯ）によって形成される。それぞれの電極１３は、対応するユニットのアノード電極として用いられる。また、色素増感太陽電池１における端のユニットであるユニットＵ１及びＵ４のうちの一方のユニット、図１ではユニットＵ１に形成される電極１３は、色素増感太陽電池１の外部に引き出されている。引き出された電極１３には、端子１３１が形成されている。端子１３１からは配線が引き出されている。この配線は、図示しない負荷の一端に接続される。
【0012】
第２の基板１２のそれぞれのユニットの位置には、対向電極１４が形成されている。対向電極１４の間隔は、例えば隣接する電極間でのリーク電流等の影響がない程度の間隔である。対向電極１４は、電極１３と同様、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）といった透明導電酸化膜（ＴＣＯ）によって形成される。それぞれの対向電極１４は、対応するユニットのカソード電極として用いられる。また、色素増感太陽電池１における端のユニットであるユニットＵ１及びＵ４のうちのもう一方のユニット、図１ではユニットＵ４に形成される対向電極１４は、色素増感太陽電池１の外部に引き出されている。引き出された対向電極１４には、端子１４１が形成されている。端子１４１からは配線が引き出されている。この配線は、図示しない負荷のもう一端に接続される。
【0013】
それぞれのユニットのアノード電極を構成する電極１３の上には電子輸送層１５が形成されている。電子輸送層１５は、酸化チタン（ＴｉＯｘ）の金属酸化膜で構成される。電子輸送層１５は、金属よりも高抵抗なＴＣＯで構成される電極１３による損失を抑制するために設けられ得る。また、電子輸送層１５が形成されることにより、電子輸送層１５の上にさらに形成される光吸収層１６の密着性が向上する。なお、電子輸送層１５は、電極１３よりも薄く形成されることが望ましく、例えば１０ｎｍ以下の薄い層であることが望ましい。
【0014】
それぞれの電子輸送層１５の上には、光吸収層１６が形成されている。光吸収層１６は、電子捕集剤に色素が吸着されて構成された層である。電子捕集剤は、例えば微小な酸化物半導体、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）の集積体である。色素は、例えばルテニウム（Ｒｕ）色素（ＲＵ）（Ｎ７１９色素等）等である。電子捕集剤は、酸化チタンに限らず、例えば酸化亜鉛、酸化錫、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化インジウム及びその複合体等であってもよい。また、色素は、Ｎ７１９色素に限らない。例えば、ルテニウム系色素として、Ｎ３色素、ＢｌａｃｋＤｙｅや、純粋有機色素として、Ｄ１４９、キサンテン、ＰＶＫ、メロシアニン、オキサジン等が用いられてもよい。
【0015】
それぞれのユニットのカソード電極を構成する対向電極１４の上には触媒層１７が形成されている。触媒層１７は、例えば白金層である。なお、触媒層１７は、対向電極１４よりも薄く形成されることが望ましく、例えば１０ｎｍ以下の薄い層であることが望ましい。
【0016】
それぞれのユニットの光吸収層１６と触媒層１７との間には、電解液１８が充たされている。電解液１８の溶媒としては、例えばアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、炭酸エチレン等が用いられ得る。電解液１８の溶質としては、例えばヨウ素（Ｉ２）、１，２－ジメチル－３－ｎ－プロピルイミダゾリウムアイオダイド（ＤＭＰＩｍＩ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、４－ｔｅｒｔ－ブチルピリジン（ＴＢＰ）等が用いられ得る。
【0017】
また、ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４を囲むように色素増感太陽電池１の最外周には封止材１９が設けられている。さらに、封止材１９は、それぞれのユニットＵ１とユニットＵ２の間の境界位置、ユニットＵ２とユニットＵ３の間の境界位置、ユニットＵ３とユニットＵ４の間の境界位置にも設けられている。封止材１９は、アクリル樹脂等の紫外線硬化樹脂によって構成される。封止材１９は、第１の基板１１と第２の基板１２とを貼り合わせるとともに、電解液１８の外部への漏れ出しを防止する。つまり、電解液１８は、第１の基板１１と、第２の基板１２と、封止材１９とによって封止されている。
【0018】
図２は、実施形態における電極１３と対向電極１４との接続構造を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線で色素増感太陽電池１を切断して上から見た上面図である。図２に示すように、電極１３及び対向電極１４は、図１において見える色素増感太陽電池の向きを正面としたときに、正面から奥に向けて延びる長辺を有する略矩形の平板電極である。
【0019】
ここで、端子１３１と接続されていないユニットＵ４、Ｕ３、Ｕ２の電極１３の短辺の少なくとも一部は、それぞれのユニットの奥側に位置する封止材１９に形成される導通部１９ａの下端部まで引き出されている。例では、ユニットＵ４、Ｕ３、Ｕ２の電極１３の短辺の右端部分が、長辺と平行な方向である長手方向に引き出されていてそれぞれのユニットの奥側に位置する封止材１９に形成される導通部１９ａの下端部に当接している。
【0020】
また、端子１４１と接続されていないユニットＵ３、Ｕ２、Ｕ１の対向電極１４の短辺の少なくとも一部は、左隣のユニットの奥側に位置する封止材１９に形成される導通部１９ａの上端部まで引き出されている。例では、ユニットＵ３、Ｕ２、Ｕ１の対向電極１４の短辺の右端部分が長手方向に引き出されている。さらに、この右端部分は、封止材１９の位置において左方向に折り曲げられ、それぞれのユニットの左隣のユニットＵ４、Ｕ３、Ｕ２の奥側に位置する封止材１９に形成される導通部１９ａの上端部に当接している。
【0021】
実施形態において、導通部１９ａは、シールインクロス方式で封止材１９に形成されている。具体的には、導通部１９ａは、アクリル樹脂等の紫外線硬化樹脂によって構成される封止材１９における電極１３と対向電極１４との接続箇所に導電粒子を混入することによって形成される。導電粒子は、金属粒子であり得る。
【0022】
そして、ユニットＵ４から引き出された電極１３とユニットＵ３から引き出された対向電極１４とは、導通部１９ａを介して導電接続される。同様に、ユニットＵ３から引き出された電極１３とユニットＵ２から引き出された対向電極１４とは、封止材１９の導通部１９ａを介して導電接続される。また同様に、ユニットＵ２から引き出された電極１３とユニットＵ１から引き出された対向電極１４とは導通部を介して導電接続される。これにより、ユニットＵ４、ユニットＵ３、ユニットＵ２、ユニットＵ１は、直列接続され得る。
【0023】
ここで、図２では、ユニットＵ４、Ｕ３、Ｕ２の電極１３の奥側の短辺の一部がそれぞれのユニットの奥側の位置の封止材１９に形成される導通部１９ａの下端部まで引き出され、ユニットＵ３、Ｕ２、Ｕ１の対向電極１４の奥側の短辺の一部が奥側の位置の封止材１９に形成される導通部１９ａの上端部まで引き出されている。これに対し、ユニットＵ４、Ｕ３、Ｕ２の電極１３の正面側の短辺の一部がそれぞれのユニットの正面側の位置の封止材１９に形成される導通部１９ａの下端部まで引き出され、ユニットＵ３、Ｕ２、Ｕ１の対向電極１４の正面側の短辺の一部がそれぞれのユニットの正面側に位置する封止材１９に形成される導通部１９ａの上端部まで引き出されてもよい。
【0024】
また、導通部１９ａに混入される導電粒子は、第１の基板１１と第２の基板１２とのセルギャップを形成するための役割を有していてもよい。この場合、導電粒子の粒径は、例えば目的とするセルギャップの値の０μｍ～＋５μｍといった値を有していてよい。導電粒子の粒径がセルギャップの値以上であるのは、第１の基板１１と第２の基板１２との貼り合わせの際の押圧力が考慮されるためである。
【0025】
図３は、１つのユニットにおける発電原理を説明するための図である。ここで、図３は、例えばユニットＵ４を示している。しかしながら、ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３も同様の発電原理に従って発電する。また、以下の例では電子捕集剤は酸化チタン（ＴｉＯ２）であり、色素はルテニウム（Ｒｕ）色素であり、電解液１８はヨウ素（Ｉ）電解液であるとする。
【0026】
まず、色素増感太陽電池１に光が入射すると、その光は基板に形成された色素１６ａによって吸収される。色素１６ａは、光を吸収することによって励起する。反応式は、例えば以下の式（１）で示される。
Ｒｕ→Ｒｕ＋＋ｅ－ （１）
Ｒｕ→Ｒｕ＋＋ｅ－ （１）
【0027】
励起された色素１６ａから放出された電子（ｅ－）は、例えば多孔質の酸化チタン（ＴｉＯ２）で構成される電子捕集剤１６ｂに注入される。電子捕集剤１６ｂに注入された電子は、ユニットＵ４のアノード電極である電極１３に移動する。
【0028】
一方、電子（ｅ－）を失った色素１６ａは、電解液１８中の例えばヨウ化物イオン（Ｉ－）から、電子を供給される。電解液１８中のヨウ化物イオン（Ｉ－）は、電子（ｅ－）を色素１６ｂに供給すると三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）になる。反応式は、例えば以下の式（２）、式（３）で示される。
Ｒｕ＋ｅ－→Ｒｕ （２）
３Ｉ－→Ｉ３ －＋２ｅ－ （３）
Ｒｕ＋ｅ－→Ｒｕ （２）
３Ｉ－→Ｉ３ －＋２ｅ－ （３）
【0029】
このような酸化反応によって生じた三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）は、ユニットＵ４のカソード電極である対向電極１４から電子（ｅ－）を受け取ろうとする。このとき、対向電極１４と電極１３との間には、電位差が発生する。対向電極１４と電極１３との間に負荷が接続されていれば、電極１３まで移動した電子は、負荷を通って対向電極１４まで移動する。そして、対向電極１４に達した電子は、三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）によって吸収される。このような還元反応により、三ヨウ化物イオン（Ｉ３
－）はヨウ化物イオン（Ｉ－）に戻る。反応式は、例えば以下の式（４）で示される。
Ｉ３ －＋２ｅ－→３Ｉ－ （４）
以上の酸化還元反応が繰り返されることにより、色素増感太陽電池１のユニットは発電する。このような酸化還元反応が起きるためには、励起状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電子捕集剤１６ｂのエネルギー準位よりも高く、かつ、基底状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電解液１８のエネルギー準位より低いという関係を要する。
Ｉ３ －＋２ｅ－→３Ｉ－ （４）
以上の酸化還元反応が繰り返されることにより、色素増感太陽電池１のユニットは発電する。このような酸化還元反応が起きるためには、励起状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電子捕集剤１６ｂのエネルギー準位よりも高く、かつ、基底状態の色素１６ａのエネルギー準位は、電解液１８のエネルギー準位より低いという関係を要する。
【0030】
ここで、図１に示す色素増感太陽電池１では、複数のユニットが直列接続されている。この場合において、ユニットＵ４に光が入射した場合、図３を参照して説明した原理に従って色素から電子が放出される。色素から放出された電子は、電子捕集剤に受け渡され、その後にアノード電極に移動する。ここで、ユニットＵ４のアノード電極である電極１３は、導通部１９ａを介してユニットＵ３のカソード電極である対向電極１４と接続されている。したがって、ユニットＵ４のアノード電極に移動した電子は、ユニットＵ３のカソード電極に移動する。このユニットＵ３のカソード電極に移動した電子は、ユニットＵ３における還元反応に用いられる。
【0031】
同様に、ユニットＵ３における酸化反応に伴って色素から放出された電子は、ユニットＵ３のアノード電極からユニットＵ２のカソード電極に移動する。そして、ユニットＵ２のカソード電極に移動した電子は、ユニットＵ２における還元反応に用いられる。また、同様に、ユニットＵ２における酸化反応に伴って色素から放出された電子は、ユニットＵ２のアノード電極からユニットＵ１のカソード電極に移動する。そして、ユニットＵ１のカソード電極に移動した電子は、ユニットＵ１における還元反応に用いられる。
【0032】
さらに、ユニットＵ１における酸化反応に伴って色素から放出された電子は、ユニットＵ１のアノード電極に移動する。ユニットＵ１のアノード電極は、負荷に接続される。したがって、ユニットＵ１のアノード電極まで移動した電子は、負荷を介してユニットＵ４のカソード電極まで移動する。そして、ユニットＵ４のカソード電極に移動した電子は、ユニットＵ４における還元反応に用いられる。
【0033】
以上のようなそれぞれのユニットでの酸化還元反応が繰り返されることにより、色素増感太陽電池１は発電する。色素増感太陽電池１は、図３で示した単一のユニットよりも高い発電効率を有する。
【0034】
以上説明したように実施形態によれば、複数の色素増感太陽電池のユニットによって構成される色素増感太陽電池において、それぞれのユニットのアノード電極とカソード電極の短辺の一部が封止材まで引き出され、引き出されたアノード電極とカソード電極とがシールインクロス方式で封止材に形成される導通部を介して導電接続される。つまり、実施形態によれば、複数の太陽電池のユニットの導電接続のための導通部が封止材の外側に形成されない。したがって、小型な色素増感太陽電池が提供され得る。また、導通部の形成は、封止材の形成の際に導電粒子を混入させることによって実施される。したがって、封止材の形成のプロセスと同一のプロセス内で導通部が形成され得る。
【0035】
さらに、実施形態では、封止材の材料にアクリル樹脂等の紫外線硬化樹脂が用いられる。このため、色素増感太陽電池の製造に際して加熱が不要である。したがって、色素増感太陽電池の各要素の材料に熱に弱い材料が使用され得る。したがって、材料の選択の幅が広がる。これにより、製造の容易な色素増感太陽電池が提供される。
【0036】
［変形例］
以下、変形例を説明する。図２では、１つの電極１３及び１つの対向電極１４については、一方の短辺だけから電極の引き出しがされている。これに対し、図４に示すように、１つの電極１３及び１つの対向電極１４について、両方の短辺から電極の引き出しがされてもよい。１つの電極について２箇所を導通部１９ａに接続させることにより、直列抵抗の低下による発電効率向上の効果が期待される。また、導通部１９ａと接続される奥側と正面側の電極の一方が破断する等しても、もう一方が接続されていれば発電が行われ得る。このように、電極の両方の短辺から引き出しがされることにより、冗長設計効果も期待され得る。なお、電極からの引き出しの数は２つでなくてもよい。例えば、１つの電極について３箇所以上から電極の引き出しがされ、引き出された電極が封止材１９に形成された３箇所以上の導通部１９ａによって導電接続されてもよい。
以下、変形例を説明する。図２では、１つの電極１３及び１つの対向電極１４については、一方の短辺だけから電極の引き出しがされている。これに対し、図４に示すように、１つの電極１３及び１つの対向電極１４について、両方の短辺から電極の引き出しがされてもよい。１つの電極について２箇所を導通部１９ａに接続させることにより、直列抵抗の低下による発電効率向上の効果が期待される。また、導通部１９ａと接続される奥側と正面側の電極の一方が破断する等しても、もう一方が接続されていれば発電が行われ得る。このように、電極の両方の短辺から引き出しがされることにより、冗長設計効果も期待され得る。なお、電極からの引き出しの数は２つでなくてもよい。例えば、１つの電極について３箇所以上から電極の引き出しがされ、引き出された電極が封止材１９に形成された３箇所以上の導通部１９ａによって導電接続されてもよい。
【0037】
また、電極の引き出しは、必ずしも短辺から行われる必要はない。例えば、図５に示すように、隣接するユニットにおける右側のユニットの電極１３の右側の長辺が右方向に引き出されるとともに左側のユニットの対向電極１４の左側の長辺が左方向に引き出されて、これらの引き出された電極が隣接するユニットの境界位置に設けられた封止材１９に形成された導通部１９ａと接続される構造であってもよい。図５の構成の場合、図２の構成に比べて電極と導通部との接触面積が大きくなるので、直列抵抗の低下による発電効率向上の効果が期待される。
【0038】
また、図６は、４つのユニットＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４から構成される第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と、４つのユニットＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ２４から構成される第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２とがユニットの配列方向と直交する方向に並べて配置された多段構造の色素増感太陽電池における電極の引き出し例を示す図である。多段構造の色素増感太陽電池では、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２のそれぞれのユニットの境界位置にだけでなく、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界位置にも封止材１９が設けられ得る。この場合には、図６に示すように、電極１３及び対向電極１４のそれぞれの短辺からの電極の引き出しは、色素増感太陽電池の外周に位置する封止材１９に向けてではなく、内側に位置する封止材１９に向けて行われ得る。
【0039】
図６の第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１においては、ユニットＵ１４の電極１３の正面側の短辺が正面側に引き出されるとともに、ユニットＵ１３の対向電極１４の正面側の短辺が正面側に引き出され、これらの電極が第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界に位置する封止材１９に形成された導通部１９ａに当接している。同様に、ユニットＵ１３の電極１３の正面側の短辺が正面側に引き出されるとともに、ユニットＵ１２の対向電極１４の正面側の短辺が正面側に引き出されている。また、ユニットＵ１２の電極１３の正面側の短辺が正面側に引き出されるとともに、ユニットＵ１１の対向電極１４の正面側の短辺が正面側に引き出されている。そして、これらの電極が第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界に位置する封止材１９に形成された導通部１９ａに当接している。これにより、ユニットＵ１１－Ｕ１４は、直列接続されている。
【0040】
また、図６の第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２においては、ユニットＵ２４の対向電極１４の奥側の短辺が奥側に引き出されるとともに、ユニットＵ２３の電極１３の奥側の短辺が奥側に引き出され、これらの電極が第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界に位置する封止材１９に形成された導通部１９ａに当接している。同様に、ユニットＵ２３の対向電極１４の奥側の短辺が奥側に引き出されるとともに、ユニットＵ２２の電極１３の奥側の短辺が奥側に引き出されている。また、ユニットＵ２２の対向電極１４の奥側の短辺が奥側に引き出されるとともに、ユニットＵ２１の電極１３の奥側の短辺が奥側に引き出されている。そして、これらの電極が第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界に位置する封止材１９に形成された導通部１９ａに当接している。これにより、ユニットＵ２１－Ｕ２４は、直列接続されている。
【0041】
さらに、ユニットＵ１１の電極１３の正面側の短辺が正面側に引き出されるとともに、ユニットＵ２１の対向電極１４の奥側の短辺が奥側に引き出されている。そして、これらの電極が第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との境界に位置する封止材１９に形成された導通部１９ａに当接している。これにより、ユニットＵ１１とユニットＵ２１は、直列接続されている。すなわち、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１のそれぞれのユニットと第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２のそれぞれのユニットとは直列接続される。
【0042】
図６では、色素増感太陽電池モジュールの外側でなく、内側に導通部１９ａが形成されることにより、小型な色素増感太陽電池が提供され得る。ここで、図６では、色素増感太陽電池は、４つのユニットＵ１１、Ｕ１２、Ｕ１３、Ｕ１４から構成される第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１と、４つのユニットＵ２１、Ｕ２２、Ｕ２３、Ｕ２４から構成される第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２との２段構造を有している。しかしながら、色素増感太陽電池モジュールを構成するユニットの数は４つに限定されるものではないし、色素増感太陽電池モジュールの数も２つに限定されるものではない。
【0043】
また、前述した例では、ユニットの境界に封止材１９が設けられている。これに対し、図７、図８、図９に示すように、ユニットの境界に封止材１９が設けられていなくてもよい。図７は、図２と対応する構成である。また、図８は、図５と対応する構成である。また、図９は、図６と対応する構成である。図７、図８、図９の構成の場合、電界液１８は、すべてのユニットで共通化される。ただし、ユニットの境界に封止材１９が設けられていないため、図８の構成及び図９の構成については、ユニット間の電極の接続部分にだけ導通部１９ａとしての封止材が設けられる。この導通部１９ａとしての封止材は、色素増感太陽電池１の外周に形成される封止材１９と同一のプロセスで形成され得る。このように、図７、図８、図９の構成であっても、図２、図５、図６と同様の効果が得られる。
【0044】
また、図６では、多段構造を有する色素増感太陽電池モジュールにおけるユニット間の導通のための電極の引き出しは、必ずしも色素増感太陽電池モジュールの境界位置に設けられた封止材１９に向けて行われる必要はない。例えば、図１０に示すように、多段構造を有する色素増感太陽電池モジュールにおけるユニット間の導通のための電極の引き出しは、色素増感太陽電池の外周に設けられた封止材１９に向けて行われてもよい。図１０では、４つの色素増感太陽電池モジュールＭ１－Ｍ４によって構成される４段構造の色素増感太陽電池が示されている。
【0045】
図１０では、４つの色素増感太陽電池モジュールを囲むように形成される封止材１９の奥側の辺に導通部１９ａ及び１９ｂが形成されている。導通部１９ａと導通部１９ｂとは長手方向に並べて形成される。そして、最も奥側に配置された第１の増感太陽電池モジュールの電極１３と対向電極１４とは、最も奥側の位置に形成される導通部１９ａに接続されている。また、次に奥側の位置に第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２の電極１３と対向電極１４とは、次に奥側の位置に形成される導通部１９ｂに接続されている。
【0046】
同様に、図１０では、４つの色素増感太陽電池モジュールを囲むように形成される封止材１９の正面側の辺に導通部１９ｃ及び１９ｄが形成されている。導通部１９ａ及び１９ｂと同様に、導通部１９ｃと導通部１９ｄも長手方向に並べて形成される。そして、最も正面側に配置された第４の増感太陽電池モジュールの電極１３と対向電極１４とは、最も正面側の位置に形成される導通部１９ｃに接続されている。また、次に正面側の位置に配置された第３の色素増感太陽電池モジュールＭ３の電極１３と対向電極１４とは、次に正面側の位置に形成される導通部１９ｄに接続されている。
【0047】
図１０の構造であっても導通部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、封止材１９と同一のプロセスで形成され得る。ここで、色素増感太陽電池モジュールの数は４つに限定されるものではない。また、図１０の例では、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１のそれぞれのユニットと第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２のそれぞれのユニットとを奥側の導通部１９ａ、１９ｂによって導通させ、第３の色素増感太陽電池モジュールＭ３のそれぞれのユニットと第４の色素増感太陽電池モジュールＭ４のそれぞれのユニットとを正面側の導通部１９ｃ、１９ｄによって導通させている。これに対し、導通部は、封止材における１つの辺にまとめて形成されてもよい。
【0048】
また、図１０では、導通部１９ａ及び１９ｂ並びに導通部１９ｃ及び１９ｄは、長手方向に並べて形成されている。これに対し、図１１Ａに示すように、導通部１９ａ及び１９ｂ並びに導通部１９ｃ及び１９ｄは、短手方向に並べて形成されてもよい。この場合、導通部まで引き出される異なる色素増感太陽電池モジュールの電極同士が接触しないように迂回させる必要がある。図１１Ｂは、図１１Ａの領域Ａの構造を示す断面図である。また、図１１Ｃは、図１１Ａの領域Ｂの構造を示す断面図である。
【0049】
図１１Ａの例では、対向電極１４は、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように第２の基板１２には形成されておらず、第２の基板１２に形成された層間絶縁膜１４ａの上に形成されている。そして、第２の基板１２には、導電膜１４ｂが形成されている。導電膜１４ｂは、例えばモリブデン（ＭＯ）系金属膜、クロム（Ｃｒ）系金属膜といった金属膜であり得る。
【0050】
図１１Ｂに示すように、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１のユニットＵ１４の対向電極１４は、コンタクト１４ｃを介して導電膜１４ｂに接続されている。導電膜１４ｂの少なくとも一部は、封止材１９の奥側の辺まで引き出され、封止材１９の奥側に形成される導通部１９ｂに当接している。また、第１の色素増感太陽電池モジュールＭ１のユニットＵ１３の電極１３の少なくとも一部は、封止材１９の奥側の辺まで引き出され、封止材１９の奥側に形成される導通部１９ｂに当接している。これにより、ユニットＵ１４とユニットＵ１３とが導電接続される。
【0051】
また、図１１Ｃに示すように、第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２のユニットＵ２４の対向電極１４の一部１４ｄは、封止材１９の奥側の辺まで引き出され、封止材１９の奥側に形成される導通部１９ａに当接している。また、第２の色素増感太陽電池モジュールＭ２のユニットＵ２３の電極１３の少なくとも一部１３ａは、封止材１９の奥側の辺まで引き出され、封止材１９の奥側に形成される導通部１９ａに当接している。つまり、ユニットＵ２４及びユニットＵ２３は、ユニットＵ１４及びユニットＵ１３と異なる層で導通部１９ａに当接する。したがって、異なるモジュール間での電極の接触が起こらずにそれぞれのユニットの導電接続が実現される。
【0052】
【0053】
また、以上説明した実施形態及びその変形例では、アノード基板とカソード基板に１つずつ端子が形成されている。これに対し、端子は、アノード基板とカソード基板の一方にまとめて形成されてもよい。例えば、図１２Ａで示すように、カソード基板における両端の対向電極１４が引き出され、それぞれの対向電極１４に端子１４１が形成されてもよい。この場合に、端子１４１が形成される対向電極１４と電極１３との導通には、例えば色素増感太陽電池１の最外周に形成された封止材１９が用いられてよい。前述したように、封止材１９にアクリル樹脂等の紫外線硬化樹脂に導電粒子が混入されることによって、封止材１９は、端子１４１のための対向電極１４と電極１３との導通部として機能し得る。同様に、例えば、図１２Ｂで示すように、アノード基板における両端の電極１３が引き出され、それぞれの電極１３に端子１３１が形成されてもよい。この場合も、端子１３１が形成される電極１３と対向電極１４との導通には、例えば色素増感太陽電池１の最外周に形成された封止材１９が用いられてよい。
【0054】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【0055】
１ 色素増感太陽電池、１１ 第１の基板、１２ 第２の基板、１３ 電極、１４ 対向電極、１５ 電子輸送層、１６ 光吸収層、１６ａ 色素、１６ｂ 電子捕集剤、１７ 触媒層、１８ 電解液、１９ 封止材、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 導通部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
