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JP2004119305A - Photoelectric conversion element and photoelectric conversion element module using the same - Google Patents

Photoelectric conversion element and photoelectric conversion element module using the same Download PDF

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JP2004119305A
JP2004119305A JP2002284197A JP2002284197A JP2004119305A JP 2004119305 A JP2004119305 A JP 2004119305A JP 2002284197 A JP2002284197 A JP 2002284197A JP 2002284197 A JP2002284197 A JP 2002284197A JP 2004119305 A JP2004119305 A JP 2004119305A
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JP
Japan
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electrode
photoelectric conversion
conversion element
connection terminal
semiconductor layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002284197A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Taki
滝 哲也
Osamu Ishida
石田 修
Katsunori Kojima
児島 克典
Teruhisa Miyata
宮田 照久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Maxell Ltd filed Critical Hitachi Maxell Ltd
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  • Hybrid Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element for easily manufacturing a solar cell module and a solar cell array, and to provide a photoelectric conversion element module using the same. <P>SOLUTION: This photoelectric conversion element 1 is equipped with a first electrode 5 coated with a sensitizing-dye carrying semiconductor layer 7, a second electrode 15 standing opposite to the semiconductor layer 7 of the first electrode 5, and an electrolyte layer 13 disposed between the semiconductor layer 7 of the first electrode 5 and the second electrode 15. The first and second electrodes 5 and 15 are equipped with connection terminal parts 5a and 21a, respectively. The terminal parts 5a and 21a of the first and second electrodes 5 and 15, respectively, are disposed on a same plane. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色素増感太陽電池等に用いる光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
グレッツェルらが提唱した新しいタイプの色素増感太陽電池は、従来の色素増感太陽電池に比べ、飛躍的に高い変換効率(7%台)を示して注目を浴びた。色素増感太陽電池は、光を捕集した色素が生成する励起電子を半導体内に注入させることによって光電変換を実現している。したがって、光捕集力を高めるために増感色素を半導体に多量に担持させること、さらに増感色素からできるだけ早く半導体へ電子を注入させることが重要である。グレッツェル・セルとも言われるこの新しい色素増感太陽電池は、超微粒子の酸化チタンからなる多孔質膜に増感色素であるルテニウム錯体を担持させることで、この課題を解決している(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
【非特許文献1】
グレッツェル(Gratzel)、外1名、「ネイチャー(Nature)」、(英国)、1991年10月24日、第353巻、p.737−740
このグレッツェル・セルは、酸化チタンの超微粒子を分散したペーストを透明電極に塗布し、増感色素を担持させ、対電極との間に電解質を充填するだけで組み立てることができる。従来の太陽電池と比べ、簡便な装置で製造が可能であり、次世代太陽電池の一つとして注目されている。
【0004】
ところで、現状のグレッツェル・セルは、単体で1V以下の開放端電圧であり、実用的な電気機器をグレッツェル・セルで駆動させるには、複数のセルを直列接続して出力電圧を大きくすることが必須である。グレッツェル・セルを直列接続したモジュール構造は既にいくつか提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特表平11−514787号公報
【0006】
【特許文献2】
国際公開第96/29716号パンフレット
特許文献1には、1枚の基板上に直列接続したモジュールを構成する構造並びにその製造方法が提案されている。通常のグレッツェル・セルは光電極と対電極との間に電解質を挟んだサンドイッチ構造であり、2枚の基板を必要とする。これに対して、特許文献1に記載の構造であれば、基板を1枚にすることができ、軽量化や低コスト化などの利点がある。
【0007】
また、特許文献2には、サンドイッチ構造のセルで、隣接する2つの素子の光電極と対電極とを反転させながら直列接続する方法が提案されている。この構造では容易に直列接続できる利点がある。
【0008】
しかし、上記基板を1枚にする構造では、ドライプロセスで作製するシリコン系太陽電池には適したモジュール構造であるが、ウェットプロセスでグレッツェル・セルを作製する場合、隣接する素子を接続するための電極を塗布するのが非常に難しいといった問題がある。
【0009】
また、隣接する2つの素子の光電極と対電極とを反転させながら直列接続する方法では、光電極を受光面にした素子と対電極を受光面にした素子とを直列接続するので、モジュール全体の出力特性が光電変換効率の悪い対電極を受光面にした素子に制限されてしまう問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
グレッツェル・セルに限らず太陽電池は、実使用に際して複数の太陽電池を接続し面積を拡大させることで太陽電池モジュールとした上、この太陽電池モジュールを所要数接続して太陽電池アレイとなすことによって所望の出力を得ている。グレッツェル・セルは図5に示すように、その構成上、透明電極5と対電極15とが向かい合う構造になるため、透明電極5と対電極15のそれぞれに付随する外部への接続端子部5a、15aとがそれぞれ反対方向を向いた構造となる。そのため太陽電池モジュールや太陽電池アレイを構成する際、そのまま太陽電池を並べて接続するは困難である。例えば、図5の構造の太陽電池を並べて接続して直列モジュールを作製する場合、図6に示すように銀ペーストやはんだ付けなどの接続リード23を用いて接続を行う必要がある。このとき透明電極5と対電極15とが向かい合う構造であると、接続端子部5a、15aの一方向からの電気的接続作業が困難となる。更に、この接続部の剥離を抑制するための補強作業が容易にできず、モジュールとして必要な強度を確保することが難しい。
【0011】
本発明は、光電変換素子相互間の電気的接続が容易且つ確実に行える構造を提案し、容易に太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを作製することが可能な光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールを提供するものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電変換素子は、増感色素を担持した半導体層が被着された第1の電極と、前記第1の電極の半導体層と対峙する第2の電極と、前記第1の電極の半導体層と前記第2の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子であって、
前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、
前記第1の電極の接続端子部と、前記第2の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されていることを特徴とする。
【0013】
また、本発明の光電変換素子モジュールは、前記光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、
前記光電変換素子の第1の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第2の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0015】
本発明の光電変換素子の一実施形態は、増感色素を担持した半導体層が被着された第1の電極と、前記第1の電極の半導体層と対峙する第2の電極と、前記第1の電極の半導体層と前記第2の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子である。また、前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、前記第1の電極の接続端子部と、前記第2の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されている。
【0016】
より具体的には、前記第1の電極及び前記第2の電極はそれぞれ基板上に形成され、前記第1の電極の接続端子部と、前記第2の電極の接続端子部とが、同一の前記基板の上に配置されている。
【0017】
第1の電極の接続端子部と、第2の電極の接続端子部とが同一平面上に存在することにより、光電変換素子相互間の電気的接続が同一方向から容易且つ確実に行える。
【0018】
また、本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態は、上記で説明した光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、前記光電変換素子の第1の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第2の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【0019】
第1の電極の接続端子部と、第2の電極の接続端子部とが同一平面上に配置されている光電変換素子を用いて電気的に接続することにより、光電変換素子モジュールを容易且つ確実に形成できる。
【0020】
また、前記第1の電極の接続端子部と前記第2の電極の接続端子部とは、金属導体を介して電気的に接続されていることが好ましい。接続強度を大きくできるからである。
【0021】
更に、前記金属導体は、導電性被膜で覆われていることが好ましい。光電変換素子相互間の電気的接続がより確実となるからである。この導電性被膜としては、導電性塗料の塗布、導電性物質の真空蒸着、はんだ付け等の方法で形成することができる。
【0022】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0023】
(実施形態1)
図1は、本発明の光電変換素子の一実施形態の概要断面図であり、透明基板3の上に正極、負極の接続端子部が配置されている場合である。図1において、光電変換素子1は、透明基板3の一方の表面に形成された透明電極5(第1の電極)を備えている。透明電極5の一方の表面には増感色素が担持された半導体層7が形成されており、透明電極5の外側の先端部には接続端子部5aが形成されている。
【0024】
また、この増感色素が担持された半導体層7に対峙して対電極15(第2の電極)が存在する。対電極15は基板17の一方の表面に形成されている。対電極15と透明基板3との間には接続部21が設けられ、接続部21の透明基板3側に設けられた接続端子部21aは透明基板3の上に配置されている。接続端子部21aと透明電極5とは、封止材11を介して電気的に絶縁されている。
【0025】
更に、半導体層7と対電極15との間には電解質層13が存在する。電解質層13は、封止材11により密閉して封止されている。なお、光電変換素子1は、透明基板3から入射光19を受ける。
【0026】
このように本実施形態では、透明電極5の接続端子部5aと、対電極15の接続端子部21aとが、同一透明基板3の上に存在している。
【0027】
(実施形態2)
図2は、本発明の光電変換素子の他の実施形態の概要断面図であり、基板17の上に正極、負極の接続端子部が配置されている場合である。対電極15の外側の先端部には接続端子部15aが形成されており、基板17と透明電極5との間には接続部21が設けられ、接続部21の基板17側に設けられた接続端子部21aは基板17の上に配置されている。これら以外は、前記実施形態1と同様の構造である。
【0028】
このように本実施形態では、対電極15の接続端子部15aと、透明電極5の接続端子部21aとが、同一基板17の上に存在している。
【0029】
(実施形態3)
図3は、本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態の概要断面図であり、前記実施形態1の光電変換素子を複数個電気的に接続したものである。
【0030】
図3において、各光電変換素子1は、透明電極5の接続端子部5aと、対電極15の接続端子部21aとが、接続リード23により電気的に接続されている。本実施形態では、透明電極5の接続端子部5aと、対電極15の接続端子部21aとが、透明基板3の上に全て存在しているため、光電変換素子1の一方向から接続リード23を取り付けることが可能となり、モジュール化の際の作業性に優れているとともに、接続強度も大きくできる。また、接続リード23を導電性被膜で覆うことも容易になり、電気的接続がより確実となる。
【0031】
なお、本実施形態では、各光電変換素子1の透明基板3として複数の別々の基板を用いたが、連続した同一基板上に各光電変換素子1を形成しても良い。
【0032】
(実施形態4)
図4は、本発明の光電変換素子モジュールの他の実施形態の概要断面図であり、前記実施形態2の光電変換素子を複数個電気的に接続したものである。
【0033】
図4において、各光電変換素子1は、対電極15の接続端子部15aと、透明電極5の接続端子部21aとが、接続リード23により電気的に接続されている。本実施形態では、対電極15の接続端子部15aと、透明電極5の接続端子部21aとが、基板17の上に全て存在しているため、光電変換素子1の一方向から接続リード23を取り付けることが可能となり、モジュール化の際の作業性に優れているとともに、接続強度も大きくできる。また、接続リード23を導電性被膜で覆うことも容易になり、電気的接続がより確実となる。
【0034】
なお、本実施形態では、各光電変換素子1の基板17として複数の別々の基板を用いたが、連続した同一基板に各光電変換素子1を形成しても良い。
【0035】
上記実施形態1〜4において、透明基板3は透光性を有する材料から形成され、通常、ガラスやフィルムが使用される。透明基板3の光透過率は高い程よい。好ましい光透過率としては50%以上であり、より好ましくは80%以上である。
【0036】
基板17は透明基板3と同じガラスや透明フィルムの他に、金属などを使用することができる。基板17は不透明でもよいが、透明であれば両側の基板から光を入射させることができるので好ましい。
【0037】
透明基板3の一方の面に形成される透明電極5の材料としては、透明電極として一般的に使用される金属酸化物であるインジウム−錫複合酸化物(ITO)やフッ素をドープした酸化錫等が挙げられる。
【0038】
透明電極5の表面抵抗は低い程よい。好ましい表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であり、より好ましくは30Ω/□以下である。下限値に特に制限はないが、通常0.1Ω/□以上である。
【0039】
透明電極5の光透過率は高い程よい。好ましい光透過率としては50%以上であり、より好ましくは80%以上である。透明電極5の膜厚は0.1〜10μmが好ましい。この範囲内であれば、均一な膜厚の電極膜を形成することが容易となり、また、光透過性が低下せず、十分な光が半導体層7に入射される。透明電極5を使用する場合、光は増感色素が担持された半導体層7が被着された透明電極5側から入射させることが好ましい。
【0040】
外部への正極、負極の接続端子部5a、21aを透明基板3の上に配置する場合(実施形態1、実施形態3の場合)、透明電極5は、対電極15と接続している接続端子部21aとの短絡を避けるため、接続端子部21aとは電気的に絶縁されていなければならない。そのため接続端子部21aと透明基板3とが接する部分の透明電極5は、エッチング等の手法により除去されているか、又は有機物などによる絶縁性コーティング等により絶縁されていなければならない。なお、前記エッチングには、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、電解エッチング、レーザーエッチング、フォトエッチング等がある。
【0041】
対電極15は光電変換素子1の正極として機能する。上記実施形態1〜4における光電変換素子1の対電極15は、光電変換素子1の正極として効率よく作用するために、電解質の還元体に電子を与える触媒作用を有する素材から形成するのが好ましい。このような素材としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、又はグラファイト、又はインジウム−錫複合酸化物、フッ素をドープした酸化錫等の導電性の金属酸化物などが挙げられる。これらのうち、白金やグラファイトなどが特に好ましい。対電極15が配設される側の基板17は、対電極15の被着面側に透明導電膜(図示せず。)を被着することもできる。この透明導電膜は、例えば前記の透明電極5と同じ材料から成膜することができる。この場合、対電極15も透明であることが好ましい。
【0042】
外部への正極、負極の接続端子部15a、21aを基板17の上に配置する場合(実施形態2、実施形態4の場合)、対電極15は、透明電極5と接続している接続端子部21aとの短絡を避けるため、接続端子部21aとは電気的に絶縁されていなければならない。そのため接続端子部21aと基板17とが接する部分の対電極15は、エッチング等の手法により除去されているか、又は有機物などによる絶縁性コーティング等により絶縁されていなければならない。なお、前記エッチングには、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング、電解エッチング、レーザーエッチング、フォトエッチング等がある。
【0043】
半導体層7は、半導体粒子からなるスラリー液を、例えば、ドクターブレードやバーコータなどを使う塗布方法、スプレー法、ディップコーティング法、スクリーン印刷法、スピンコート法などにより、透明基板3上の透明電極5の表面に塗布し、その後、400〜600℃の範囲内の温度で加熱処理して形成することができる。また、膜厚に関しては、前記塗布と加熱処理を繰り返すことで所望の膜厚とすることができる。
【0044】
半導体層7の膜厚は、0.1〜100μmの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、十分な光電変換効果が得られ、また可視光及び近赤外光に対する光透過性が著しく悪化するなどの不都合も生じない。半導体層7の膜厚の一層好ましい範囲は1〜50μmであり、特に好ましい範囲は5〜30μmであり、最も好ましい範囲は10〜20μmである。
【0045】
半導体層7を構成する半導体材料としては、Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、Crなどの酸化物、SrTiO、CaTiOのようなペロブスカイト、又はCdS、ZnS、In、PbS、MoS、WS、Sb、Bi、ZnCdS、CuSなどの硫化物、CdSe、InSe、WSe、HgS、PbSe、CdTeなどの金属カルコゲナイド、その他GaAs、Si、Se、Cd、Zn、InP、AgBr、PbI、HgI、BiIなどが好ましい。また、前記半導体材料から選ばれる少なくとも一種以上を含む複合体、例えば、CdS/TiO、CdS/AgI、AgS/AgI、CdS/ZnO、CdS/HgS、CdS/PbS、ZnO/ZnS、ZnO/ZnSe、CdS/HgS、CdS/CdSe1−x、CdS/Te1−x、CdSe/Te1−x、ZnS/CdSe、ZnSe/CdSe、CdS/ZnS、TiO/Cd、CdS/CdSeCdZn1−yS、CdS/HgS/CdSが好ましい。
【0046】
半導体粒子の粒径は一般的に、5〜1000nmの範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、半導体層7の空孔径が小さくなって電解質溶液中の酸化還元物質の移動が困難になることによる光電流の低下が発生することがなく、また、半導体層7の表面積を大きくできるため、充分な増感色素の担持量を得ることができ、その結果大きな光電流が得られる。半導体粒子の粒径の特に好ましい範囲は、10〜100nmである。
【0047】
半導体層7の膜厚又は半導体粒子の粒径を制御することにより、半導体層7のラフネスファクター(基板面積に対する半導体層内部の実面積の割合)を決定することができる。ラフネスファクターは20以上であることが好ましく、150以上であることが一層好ましい。この範囲内であれば、増感色素の担持量が十分となり、光電変換特性を向上できる。ラフネスファクターの上限値は一般的に、5000程度である。ラフネスファクターは半導体層7の膜厚を厚くすると大きくなって、半導体層7の表面積が広がり、増感色素の担持量の増加が期待できる。しかし、膜厚が厚くなりすぎると、半導体層7の光透過率及び抵抗損失の影響が現れ始める。
【0048】
また、半導体層7に界面活性剤やポリエチレングリコール、セルロース系材料などを添加し、半導体層7の加熱処理時にそれらを燃焼することで半導体層7を多孔質にしたり、半導体粒子の粒径を変更したりすることで膜のポロシティーを高くすれば、膜厚を厚くしなくてもラフネスファクターを大きくすることは可能である。しかし、ポロシティーが高すぎると、半導体粒子間の接触面積が減少して抵抗損失の影響を考慮しなくてはならなくなる。このようなことから、半導体層7のポロシティーは50%以上が好ましく、その上限値は一般的に約80%程度である。膜のポロシティーは液体窒素温度下で窒素ガス又はクリプトンガスの吸着−脱離等温曲線の測定結果から算出することができる。
【0049】
増感色素としては、従来の色素増感性光電変換素子で常用される色素であれば全て使用できる。このような色素は、例えば、RuL(HO)タイプのルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体又はルテニウム−トリス(RuL)、ルテニウム−ビス(RuL)、オスニウム−トリス(OsL)、オスニウム−ビス(OsL)タイプの遷移金属錯体、又は亜鉛−テトラ(4−カルボキシフェニル)ポルフィリン、鉄−ヘキサシアニド錯体、フタロシアニンなどが挙げられる。有機色素としては、9−フェニルキサンテン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素、トリフェニルメタン系色素、テトラフェニルメタン系色素、キノン系色素、アゾ系色素、インジゴ系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、キサンテン系色素などが挙げられる。この中でもルテニウム−ビス(RuL)誘導体は、可視光域で広い吸収スペクトルを有するため、特に好ましい。
【0050】
半導体層7へ増感色素を担持させる方法としては、例えば、増感色素を溶かした溶液中に、半導体層7を被着させた透明電極5を備えた透明基板3を浸漬させる方法が挙げられる。この溶液の溶媒としては、水、アルコール、トルエン、ジメチルホルムアミドなど増感色素を溶解可能なものであれば全て使用できる。また、浸漬方法として増感色素溶液に前記透明基板3を一定時間浸漬させている時に、加熱還流したり、超音波を印加することが有効である。半導体層7への色素担持後、担持せずに半導体層7に残ってしまった増感色素を取り除くために、アルコールで洗浄又は加熱還流するとよい。更に、増感色素が担持されてない半導体粒子表面を被覆するために、アルコール中にt−ブチルピリジンを溶かしておくことが好ましい。アルコール中にt−ブチルピリジンが存在すると、半導体粒子と電解質との界面では、増感色素及びt−ブチルピリジンによって半導体粒子表面と電解質とをセパレートすることができ、漏れ電流を抑制することが可能なため、光電変換素子の特性を著しく向上させることができる。
【0051】
半導体粒子への増感色素の担持量としては、10−8〜10−6mol/cmの範囲にあればよく、特に0.1×10−7〜9.0×10−7mol/cmが好ましい。この範囲内であれば、経済的且つ十分に光電変換効率向上の効果を得ることができる。
【0052】
上記実施形態1〜4の光電変換素子1における電解質層13で使用される電解質としては、酸化体と還元体からなる一対の酸化還元系構成物質が溶媒中に含まれていれば特にその種類は限定されないが、酸化体と還元体が同一電荷を持つ酸化還元系構成物質であることが好ましい。この明細書における酸化還元系構成物質とは、酸化還元反応において可逆的に酸化体及び還元体の形で存在する一対の物質を意味する。本実施形態で使用できる酸化還元系構成物質は、例えば、塩素化合物−塩素、ヨウ素化合物−ヨウ素、臭素化合物−臭素、タリウムイオン(III)−タリウムイオン(I)、水銀イオン(II)−水銀イオン(I)、ルテニウムイオン(III)−ルテニウムイオン(II)、銅イオン(II)−銅イオン(I)、鉄イオン(III)−鉄イオン(II)、バナジウムイオン(III)−バナジウムイオン(II)、マンガン酸イオン−過マンガン酸イオン、フェリシアン化物−フェロシアン化物、キノン−ヒドロキノン、フマル酸−コハク酸などが挙げられる。中でも、ヨウ素化合物−ヨウ素が好ましく、ヨウ素化合物としてはヨウ化リチウム、ヨウ化カリウム等の金属ヨウ化物、テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド等のヨウ化4級アンモニウム塩化合物、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム等のヨウ化イミダゾリウム化合物が特に好ましい。
【0053】
電解質を溶解するために使用される溶媒は、酸化還元系構成物質を溶解してイオン伝導性に優れた化合物が好ましい。溶媒としては水性溶媒及び有機溶媒の何れも使用できるが、酸化還元系構成物質をより安定化するため、有機溶媒が好ましい。例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン等のエステル化合物、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソシラン、テトラヒドロフラン、2−メチル−テトラヒドラフラン等のエーテル化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物、スルフォラン、ジジメチルスルフォキシド、ジメチルフォルムアミド等の非プロトン性極性化合物などが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いることもできるし、また、2種類以上を混合して併用することもできる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネ−ト化合物、3−メチル−2−オキサゾジリノン、2−メチルピロリドン等の複素環化合物、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル化合物が特に好ましい。
【0054】
なお、図5に示した従来の光電変換素子と、図1、図2に示した上記本発明の実施形態1、2の光電変換素子とを電気的に接続することより太陽電池アレイとすることも可能である。
【0055】
【実施例】
次に、実施例に基づき本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0056】
(実施例1)
縦12mm、横12mmに切り出した旭硝子社製の導電性ガラス“F−SnO”(商品名、フッ素がドープされたSnOを表面にコーティングして導電性を付与した透明導電膜付きガラス基板、表面抵抗10Ω/□、厚さ1mm)の一片(縦12mm、横1.5mm)を除いてマスキングテープによりマスクした。その後、酸化亜鉛粉末と10質量%の塩酸水溶液とを作用させてマスクされていない透明導電膜をエッチング処理して除去した。
【0057】
次に、界面活性剤を含む水とアセチルアセトンの混合液(混合体積比=20/1)中に、日本エアロジル社製の酸化チタン粒子“P25”(商品名、平均粒径20nm)を濃度約38質量%となるよう分散させてスラリー液を調製した。次いで、このスラリー液を上記導電性ガラスの中央に塗布、乾燥後、得られた乾燥物を500℃、30分間空気中で加熱し、基板上に厚さ10μmの酸化チタン膜を形成した。得られた酸化チタン膜の大きさは縦8mm、横8mmであった。次に、この酸化チタン膜を備えた導電性ガラスをRu(4,4’−ジカルボキシル−2,2’−ビピリジン)(NCS)で表される増感色素溶液中に浸漬し、80℃で還流を行いながら色素担持処理を行い、半導体電極を得た。
【0058】
また、縦10mm、横10mmに切り出した前記導電性ガラス“F−SnO”に白金を厚さ20nmで蒸着し、中央部分に電解液の注入用の小孔を開け対電極を得た。
【0059】
このようにして得られた半導体電極と対電極とを中心を揃えて位置合わせし、その間にポリエチレン製スペーサーフィルム(厚さ40μm)を挟み、120℃で加熱圧着した後、その半導体電極と対電極との間に毛管現象を利用し電解質溶液を注入させることによって光電変換素子を構成した。電解質溶液としては、0.5mol/dmのテトラプロピルアンモニウムヨーダイドと0.04mol/dmのヨウ素を含むエチレンカーボネートとアセトニトリルとの混合液(混合体積比=80/20)を用いた。
【0060】
注入孔をポリエチレン製フィルムで封止し、半導体電極の前記エッチングにより導電膜が存在しない部分と対電極の間にNiフィルム(縦12mm、横1.5mm、厚さ35μm)を挟み、エポキシ系導電ペーストでカバーして接続部とし、前記実施形態1と同様の構造の光電変換素子とした。
【0061】
このようにして得られた光電変換素子にソーラーシミュレータで擬似太陽光(100mW/cm、AM1.5)を照射し、光電流−電圧特性を測定した。その結果、開放端電圧688mV、短絡電流密度7.88mA/cm、形状因子0.58の特性を得た。
【0062】
(実施例2)
導電性ガラスのエッチング処理は行わず、実施例1でエッチング処理を施した部分をエッチング処理の代わりポリイミドテープ(30μm)で絶縁コートした後、実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
【0063】
実施例1と同様に光電流−電圧特性を測定した結果、開放端電圧692mV、短絡電流密度7.25mA/cm、形状因子0.53であった。
【0064】
【発明の効果】
以上のように本発明は、外部への接続端子部を同一平面上に配置することにより、容易に太陽電池モジュール及び太陽電池アレイを作製することが可能な光電変換素子及びそれを用いた光電変換素子モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光電変換素子の一実施形態を示す概要断面図である。
【図2】本発明の光電変換素子の他の実施形態を示す概要断面図である。
【図3】本発明の光電変換素子モジュールの一実施形態を示す概要断面図である。
【図4】本発明の光電変換素子モジュールの他の実施形態を示す概要断面図である。
【図5】従来の光電変換素子の概要断面図である。
【図6】従来の光電変換素子モジュールの概要断面図である。
【符号の説明】
1 光電変換素子
3 透明基板
5 透明電極(第1の電極)
5a 接続端子部
7 半導体層
11 封止材
13 電解質層
15 対電極(第2の電極)
15a 接続端子部
17 基板
19 入射光
21 接続部
21a 接続端子部
23 接続リード
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion element used for a dye-sensitized solar cell or the like and a photoelectric conversion element module using the same.
[0002]
[Prior art]
A new type of dye-sensitized solar cell proposed by Gretzel et al. Has attracted attention because of its dramatically higher conversion efficiency (on the order of 7%) than conventional dye-sensitized solar cells. The dye-sensitized solar cell realizes photoelectric conversion by injecting excited electrons generated by a dye that captures light into a semiconductor. Therefore, it is important to carry a large amount of the sensitizing dye on the semiconductor in order to increase the light collecting power, and to inject electrons from the sensitizing dye into the semiconductor as soon as possible. This new dye-sensitized solar cell, also called a Gretzell cell, solves this problem by supporting a ruthenium complex as a sensitizing dye on a porous film made of ultrafine titanium oxide (for example, See Patent Document 1.).
[0003]
[Non-patent document 1]
Gratzel, 1 other, "Nature" (UK), October 24, 1991, Volume 353, p. 737-740
This Grettzel cell can be assembled simply by applying a paste in which ultrafine particles of titanium oxide are dispersed to a transparent electrode, carrying a sensitizing dye, and filling an electrolyte between the counter electrode and the transparent electrode. Compared to conventional solar cells, they can be manufactured with simpler devices, and are attracting attention as one of next-generation solar cells.
[0004]
By the way, the current Gretzell cell has an open-circuit voltage of 1 V or less on its own, and in order to drive a practical electric device with the Gretzell cell, it is necessary to increase the output voltage by connecting a plurality of cells in series. Required. Several module structures in which Gretzell cells are connected in series have already been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 11-514787
[Patent Document 2]
WO 96/29716 (Patent Document 1) proposes a structure constituting a module connected in series on one substrate and a method of manufacturing the same. A typical Grettzel cell has a sandwich structure in which an electrolyte is interposed between a photoelectrode and a counter electrode, and requires two substrates. On the other hand, the structure described in Patent Document 1 can reduce the number of substrates to one, and has advantages such as weight reduction and cost reduction.
[0007]
Further, Patent Document 2 proposes a method in which a photovoltaic electrode and a counter electrode of two adjacent elements are connected in series in a sandwich structure cell while inverting the photoelectrode and the counter electrode. This structure has an advantage that it can be easily connected in series.
[0008]
However, the above-mentioned structure using one substrate is a module structure suitable for a silicon-based solar cell manufactured by a dry process. However, when a Gretzell cell is manufactured by a wet process, it is necessary to connect adjacent elements. There is a problem that it is very difficult to apply electrodes.
[0009]
Also, in the method of serially connecting the photoelectrode and the counter electrode of two adjacent elements while inverting them, the element having the photoelectrode as the light receiving surface and the element having the counter electrode as the light receiving surface are connected in series. However, there is a problem that the output characteristic of the device is limited to an element having a light receiving surface with a counter electrode having poor photoelectric conversion efficiency.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In addition to Gretzell cells, solar cells can be made into solar cell modules by expanding the area by connecting multiple solar cells in actual use, and connecting the required number of solar cells to form a solar cell array. The desired output has been obtained. As shown in FIG. 5, the Gretzell cell has a structure in which the transparent electrode 5 and the counter electrode 15 face each other due to its configuration. Therefore, the external connection terminal portions 5a attached to the transparent electrode 5 and the counter electrode 15, respectively. 15a are directed in opposite directions. Therefore, when configuring a solar cell module or a solar cell array, it is difficult to connect and connect the solar cells as they are. For example, when a series module is manufactured by arranging and connecting solar cells having the structure of FIG. 5, it is necessary to make connection using connection leads 23 such as silver paste or soldering as shown in FIG. 6. At this time, if the transparent electrode 5 and the counter electrode 15 have a structure facing each other, it is difficult to perform an electrical connection operation from one direction of the connection terminal portions 5a and 15a. Further, the reinforcement work for suppressing the separation of the connection portion cannot be easily performed, and it is difficult to secure the necessary strength as a module.
[0011]
The present invention proposes a structure in which electrical connection between photoelectric conversion elements can be easily and reliably performed, and a photoelectric conversion element capable of easily manufacturing a solar cell module and a solar cell array, and a photoelectric conversion using the same. An element module is provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The photoelectric conversion element of the present invention includes a first electrode on which a semiconductor layer supporting a sensitizing dye is attached, a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode, A photoelectric conversion element including a semiconductor layer and an electrolyte layer disposed between the second electrode,
The first electrode and the second electrode each include a connection terminal portion,
The connection terminal portion of the first electrode and the connection terminal portion of the second electrode are arranged on the same plane.
[0013]
The photoelectric conversion element module of the present invention is a photoelectric conversion element module in which a plurality of the photoelectric conversion elements are electrically connected,
A connection terminal portion of a first electrode of the photoelectric conversion element is electrically connected to a connection terminal portion of a second electrode of another photoelectric conversion element adjacent thereto.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0015]
One embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention includes a first electrode on which a semiconductor layer carrying a sensitizing dye is attached, a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode, A photoelectric conversion element including a semiconductor layer of one electrode and an electrolyte layer disposed between the second electrode and the semiconductor layer. The first electrode and the second electrode each include a connection terminal, and the connection terminal of the first electrode and the connection terminal of the second electrode are on the same plane. Are located.
[0016]
More specifically, the first electrode and the second electrode are each formed on a substrate, and the connection terminal of the first electrode and the connection terminal of the second electrode are the same. It is arranged on the substrate.
[0017]
Since the connection terminal portion of the first electrode and the connection terminal portion of the second electrode are on the same plane, electrical connection between the photoelectric conversion elements can be easily and reliably performed from the same direction.
[0018]
One embodiment of the photoelectric conversion element module of the present invention is a photoelectric conversion element module in which a plurality of the above-described photoelectric conversion elements are electrically connected, and a connection terminal of a first electrode of the photoelectric conversion element. And a connection terminal portion of a second electrode of another photoelectric conversion element adjacent to the portion.
[0019]
By electrically connecting the connection terminal portion of the first electrode and the connection terminal portion of the second electrode using the photoelectric conversion element arranged on the same plane, the photoelectric conversion element module can be easily and reliably connected. Can be formed.
[0020]
Preferably, the connection terminal of the first electrode and the connection terminal of the second electrode are electrically connected via a metal conductor. This is because the connection strength can be increased.
[0021]
Further, it is preferable that the metal conductor is covered with a conductive film. This is because electrical connection between the photoelectric conversion elements becomes more reliable. The conductive film can be formed by applying a conductive paint, vacuum-depositing a conductive substance, soldering, or the like.
[0022]
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, in which connection terminals of a positive electrode and a negative electrode are arranged on a transparent substrate 3. In FIG. 1, the photoelectric conversion element 1 includes a transparent electrode 5 (first electrode) formed on one surface of a transparent substrate 3. A semiconductor layer 7 carrying a sensitizing dye is formed on one surface of the transparent electrode 5, and a connection terminal portion 5 a is formed at an outer end of the transparent electrode 5.
[0024]
Further, a counter electrode 15 (second electrode) is present opposite to the semiconductor layer 7 carrying the sensitizing dye. The counter electrode 15 is formed on one surface of the substrate 17. A connecting portion 21 is provided between the counter electrode 15 and the transparent substrate 3, and a connecting terminal portion 21 a provided on the transparent substrate 3 side of the connecting portion 21 is disposed on the transparent substrate 3. The connection terminal portion 21a and the transparent electrode 5 are electrically insulated via the sealing material 11.
[0025]
Further, an electrolyte layer 13 exists between the semiconductor layer 7 and the counter electrode 15. The electrolyte layer 13 is hermetically sealed by the sealing material 11. Note that the photoelectric conversion element 1 receives incident light 19 from the transparent substrate 3.
[0026]
As described above, in the present embodiment, the connection terminal portion 5a of the transparent electrode 5 and the connection terminal portion 21a of the counter electrode 15 exist on the same transparent substrate 3.
[0027]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, in which positive and negative connection terminal portions are arranged on a substrate 17. A connection terminal portion 15a is formed at an outer end of the counter electrode 15, a connection portion 21 is provided between the substrate 17 and the transparent electrode 5, and a connection portion provided on the substrate 17 side of the connection portion 21 is provided. The terminal portion 21a is arranged on the substrate 17. Other than these, the structure is the same as that of the first embodiment.
[0028]
As described above, in the present embodiment, the connection terminal portion 15a of the counter electrode 15 and the connection terminal portion 21a of the transparent electrode 5 exist on the same substrate 17.
[0029]
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic sectional view of one embodiment of the photoelectric conversion element module of the present invention, in which a plurality of photoelectric conversion elements of Embodiment 1 are electrically connected.
[0030]
In FIG. 3, in each photoelectric conversion element 1, the connection terminal 5 a of the transparent electrode 5 and the connection terminal 21 a of the counter electrode 15 are electrically connected by connection leads 23. In the present embodiment, since the connection terminal portion 5a of the transparent electrode 5 and the connection terminal portion 21a of the counter electrode 15 are all present on the transparent substrate 3, the connection leads 23 from one direction of the photoelectric conversion element 1 are provided. Can be attached, the workability at the time of modularization is excellent, and the connection strength can be increased. In addition, it is easy to cover the connection lead 23 with a conductive film, and the electrical connection is further ensured.
[0031]
In this embodiment, a plurality of separate substrates are used as the transparent substrate 3 of each photoelectric conversion element 1, but each photoelectric conversion element 1 may be formed on the same continuous substrate.
[0032]
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a schematic sectional view of another embodiment of the photoelectric conversion element module of the present invention, in which a plurality of photoelectric conversion elements of Embodiment 2 are electrically connected.
[0033]
4, in each photoelectric conversion element 1, the connection terminal 15a of the counter electrode 15 and the connection terminal 21a of the transparent electrode 5 are electrically connected by connection leads 23. In the present embodiment, since the connection terminal portion 15a of the counter electrode 15 and the connection terminal portion 21a of the transparent electrode 5 are all present on the substrate 17, the connection lead 23 is connected from one direction of the photoelectric conversion element 1. The module can be attached, and the workability at the time of modularization is excellent, and the connection strength can be increased. In addition, it is easy to cover the connection lead 23 with a conductive film, and the electrical connection is further ensured.
[0034]
In this embodiment, a plurality of separate substrates are used as the substrate 17 of each photoelectric conversion element 1, but each photoelectric conversion element 1 may be formed on the same continuous substrate.
[0035]
In the first to fourth embodiments, the transparent substrate 3 is formed of a material having a light transmitting property, and usually, glass or a film is used. The higher the light transmittance of the transparent substrate 3, the better. The preferred light transmittance is 50% or more, more preferably 80% or more.
[0036]
The substrate 17 may be made of metal or the like in addition to the same glass or transparent film as the transparent substrate 3. The substrate 17 may be opaque, but is preferably transparent so that light can be incident from both substrates.
[0037]
Examples of the material of the transparent electrode 5 formed on one surface of the transparent substrate 3 include indium-tin composite oxide (ITO) which is a metal oxide generally used as a transparent electrode, tin oxide doped with fluorine, and the like. Is mentioned.
[0038]
The lower the surface resistance of the transparent electrode 5, the better. A preferred range of the surface resistance is 50 Ω / □ or less, more preferably 30 Ω / □ or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually 0.1 Ω / □ or more.
[0039]
The higher the light transmittance of the transparent electrode 5, the better. The preferred light transmittance is 50% or more, more preferably 80% or more. The thickness of the transparent electrode 5 is preferably 0.1 to 10 μm. Within this range, it is easy to form an electrode film having a uniform film thickness, and sufficient light is incident on the semiconductor layer 7 without a decrease in light transmittance. When the transparent electrode 5 is used, it is preferable that light be incident on the transparent electrode 5 side on which the semiconductor layer 7 supporting the sensitizing dye is adhered.
[0040]
When the positive and negative connection terminal portions 5 a and 21 a to the outside are arranged on the transparent substrate 3 (in the first and third embodiments), the transparent electrode 5 is connected to the counter electrode 15. In order to avoid a short circuit with the part 21a, it must be electrically insulated from the connection terminal part 21a. Therefore, the transparent electrode 5 at the portion where the connection terminal portion 21a and the transparent substrate 3 are in contact with each other must be removed by a technique such as etching or insulated by an insulating coating of an organic substance or the like. The etching includes, for example, wet etching, dry etching, electrolytic etching, laser etching, photo etching and the like.
[0041]
The counter electrode 15 functions as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1. The counter electrode 15 of the photoelectric conversion element 1 in each of Embodiments 1 to 4 is preferably formed from a material having a catalytic action of giving electrons to a reduced form of the electrolyte in order to efficiently act as a positive electrode of the photoelectric conversion element 1. . Examples of such a material include metals such as platinum, gold, silver, copper, aluminum, rhodium, and indium, or conductive metal oxides such as graphite, indium-tin composite oxide, and fluorine-doped tin oxide. Things. Of these, platinum and graphite are particularly preferred. On the substrate 17 on which the counter electrode 15 is provided, a transparent conductive film (not shown) can be applied on the surface on which the counter electrode 15 is to be applied. This transparent conductive film can be formed, for example, from the same material as the transparent electrode 5 described above. In this case, the counter electrode 15 is also preferably transparent.
[0042]
When the positive and negative connection terminal portions 15a and 21a to the outside are arranged on the substrate 17 (in the case of the second and fourth embodiments), the counter electrode 15 is connected to the transparent electrode 5. In order to avoid a short circuit with the connection terminal 21a, the connection terminal 21a must be electrically insulated. Therefore, the counter electrode 15 at the portion where the connection terminal portion 21a and the substrate 17 are in contact with each other must be removed by a technique such as etching or insulated by an insulating coating of an organic substance or the like. The etching includes, for example, wet etching, dry etching, electrolytic etching, laser etching, photo etching and the like.
[0043]
The semiconductor layer 7 is formed by applying a slurry liquid composed of semiconductor particles to the transparent electrode 5 on the transparent substrate 3 by a coating method using a doctor blade or a bar coater, a spray method, a dip coating method, a screen printing method, a spin coating method, or the like. And then heat-treated at a temperature in the range of 400 to 600 ° C. to form a film. Further, with respect to the film thickness, a desired film thickness can be obtained by repeating the coating and the heat treatment.
[0044]
The thickness of the semiconductor layer 7 is preferably in the range of 0.1 to 100 μm. Within this range, a sufficient photoelectric conversion effect can be obtained, and inconveniences such as remarkable deterioration of light transmittance for visible light and near-infrared light do not occur. The more preferable range of the thickness of the semiconductor layer 7 is 1 to 50 μm, the particularly preferable range is 5 to 30 μm, and the most preferable range is 10 to 20 μm.
[0045]
Examples of the semiconductor material constituting the semiconductor layer 7 include Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi, Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Zr, Sr, Ga, and Si. , Oxides such as Cr, perovskites such as SrTiO 3 and CaTiO 3 , or CdS, ZnS, In 2 S 3 , PbS, Mo 2 S, WS 2 , Sb 2 S 3 , Bi 2 S 3 , ZnCdS 2 , Cu sulfides such as 2 S, CdSe, in 2 Se 3, WSe 2, HgS, PbSe, metal chalcogenides such as CdTe, other GaAs, Si, Se, Cd 2 P 3, Zn 2 P 3, InP, AgBr, PbI 2 , HgI 2 , BiI 3 and the like. Further, a composite containing at least one selected from the above-mentioned semiconductor materials, for example, CdS / TiO 2 , CdS / AgI, Ag 2 S / AgI, CdS / ZnO, CdS / HgS, CdS / PbS, ZnO / ZnS, ZnO / ZnSe, CdS / HgS, CdS x / CdSe 1-x, CdS x / Te 1-x, CdSe x / Te 1-x, ZnS / CdSe, ZnSe / CdSe, CdS / ZnS, TiO 2 / Cd 3 P 2 , CdS / CdSeCd y Zn 1- y S, is CdS / HgS / CdS preferred.
[0046]
Generally, the particle size of the semiconductor particles is preferably in the range of 5 to 1000 nm. Within this range, the pore diameter of the semiconductor layer 7 becomes small, so that the reduction of the photocurrent due to the difficulty in moving the oxidation-reduction substance in the electrolyte solution does not occur. Can be increased, so that a sufficient amount of sensitizing dye can be obtained, and as a result, a large photocurrent can be obtained. A particularly preferred range of the particle size of the semiconductor particles is 10 to 100 nm.
[0047]
By controlling the thickness of the semiconductor layer 7 or the particle size of the semiconductor particles, the roughness factor (the ratio of the actual area inside the semiconductor layer to the substrate area) of the semiconductor layer 7 can be determined. The roughness factor is preferably 20 or more, and more preferably 150 or more. Within this range, the amount of the sensitizing dye carried is sufficient, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. The upper limit of the roughness factor is generally about 5000. The roughness factor increases as the thickness of the semiconductor layer 7 increases, the surface area of the semiconductor layer 7 increases, and an increase in the carrying amount of the sensitizing dye can be expected. However, when the film thickness is too large, the effects of the light transmittance and the resistance loss of the semiconductor layer 7 begin to appear.
[0048]
Further, a surfactant, polyethylene glycol, a cellulosic material, or the like is added to the semiconductor layer 7 and burned during the heat treatment of the semiconductor layer 7 to make the semiconductor layer 7 porous or change the particle size of the semiconductor particles. By increasing the porosity of the film, the roughness factor can be increased without increasing the film thickness. However, if the porosity is too high, the contact area between the semiconductor particles decreases, and the effect of resistance loss must be considered. For this reason, the porosity of the semiconductor layer 7 is preferably 50% or more, and the upper limit is generally about 80%. The porosity of the film can be calculated from the measurement result of the adsorption-desorption isotherm of nitrogen gas or krypton gas at the temperature of liquid nitrogen.
[0049]
As the sensitizing dye, any dye commonly used in conventional dye-sensitized photoelectric conversion elements can be used. Such dyes, for example, RuL 2 (H 2 O) 2 type ruthenium - cis - diaqua - bipyridyl complexes or ruthenium - tris (RuL 3), ruthenium - bis (RuL 2), osmium - tris (OsL 3) , osmium - bis (OsL 2) type transition metal complexes, or zinc - tetra (4-carboxyphenyl) porphyrin, iron - Hekisashianido complex, phthalocyanine, and the like. As organic dyes, 9-phenylxanthene dyes, coumarin dyes, acridine dyes, triphenylmethane dyes, tetraphenylmethane dyes, quinone dyes, azo dyes, indigo dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes Dyes, xanthene-based dyes, and the like. Among them, a ruthenium-bis (RuL 2 ) derivative is particularly preferable because it has a broad absorption spectrum in a visible light region.
[0050]
As a method of supporting the sensitizing dye on the semiconductor layer 7, for example, a method of immersing the transparent substrate 3 provided with the transparent electrode 5 with the semiconductor layer 7 applied thereon in a solution in which the sensitizing dye is dissolved can be mentioned. . As a solvent for this solution, any solvent can be used as long as it can dissolve the sensitizing dye, such as water, alcohol, toluene and dimethylformamide. In addition, it is effective to heat and reflux or apply ultrasonic waves when the transparent substrate 3 is immersed in the sensitizing dye solution for a certain period of time as an immersion method. After the dye is supported on the semiconductor layer 7, the sensitizing dye remaining on the semiconductor layer 7 without being supported may be washed with alcohol or heated under reflux. Further, in order to coat the surface of the semiconductor particles on which the sensitizing dye is not supported, it is preferable that t-butylpyridine is dissolved in alcohol. When t-butylpyridine is present in the alcohol, at the interface between the semiconductor particles and the electrolyte, the surface of the semiconductor particles and the electrolyte can be separated by the sensitizing dye and t-butylpyridine, thereby suppressing leakage current. Therefore, the characteristics of the photoelectric conversion element can be significantly improved.
[0051]
The amount of the sensitizing dye carried on the semiconductor particles may be in the range of 10 −8 to 10 −6 mol / cm 2 , and particularly 0.1 × 10 −7 to 9.0 × 10 −7 mol / cm 2. 2 is preferred. Within this range, the effect of economically and sufficiently improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0052]
As the electrolyte used in the electrolyte layer 13 in the photoelectric conversion elements 1 of Embodiments 1 to 4, as long as a pair of oxidation-reduction-based constituent substances composed of an oxidant and a reductant is contained in a solvent, the type thereof is particularly preferable. Although not limited, it is preferable that the oxidized form and the reduced form are oxidation-reduction constituent materials having the same charge. The term “redox-based constituent substance” in this specification means a pair of substances that are reversibly present in the form of an oxidized form and a reduced form in an oxidation-reduction reaction. Examples of the oxidation-reduction-based constituent materials that can be used in the present embodiment include chlorine compound-chlorine, iodine compound-iodine, bromine compound-bromine, thallium ion (III) -thallium ion (I), mercury ion (II) -mercury ion (I), ruthenium ion (III) -ruthenium ion (II), copper ion (II) -copper ion (I), iron ion (III) -iron ion (II), vanadium ion (III) -vanadium ion (II) ), Manganate ion-permanganate ion, ferricyanide-ferrocyanide, quinone-hydroquinone, fumaric acid-succinic acid, and the like. Among them, an iodine compound-iodine is preferable, and examples of the iodine compound include metal iodides such as lithium iodide and potassium iodide, quaternary ammonium salt compounds such as tetraalkylammonium iodide and pyridinium iodide, and dimethylpropylimidazo iodide. Particularly preferred are imidazolium iodide compounds such as lithium.
[0053]
The solvent used for dissolving the electrolyte is preferably a compound that dissolves the oxidation-reduction constituent material and has excellent ion conductivity. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used, but an organic solvent is preferable in order to further stabilize the oxidation-reduction-type constituent material. For example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, ethylene carbonate, carbonate compounds such as propylene carbonate, methyl acetate, methyl propionate, ester compounds such as γ-butyrolactone, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,3 -Dioxosilane, tetrahydrofuran, ether compounds such as 2-methyl-tetrahydrafuran, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodirinone and 2-methylpyrrolidone, nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile and propionitrile, sulfolane, Aprotic polar compounds such as didimethylsulfoxide and dimethylformamide; Each of these can be used alone, or two or more of them can be used in combination. Among them, carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazodilinone and 2-methylpyrrolidone, and nitrile compounds such as acetonitrile, methoxyacetonitrile and propionitrile are particularly preferable.
[0054]
Note that a solar cell array is formed by electrically connecting the conventional photoelectric conversion element shown in FIG. 5 and the photoelectric conversion elements of the first and second embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 and 2. Is also possible.
[0055]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[0056]
(Example 1)
Asahi Glass conductive glass “F-SnO 2 ” (trade name, glass substrate with a transparent conductive film coated with fluorine-doped SnO 2 on the surface to give conductivity, cut into 12 mm in length and 12 mm in width, Except for one piece (length 12 mm, width 1.5 mm) having a surface resistance of 10 Ω / □ and a thickness of 1 mm, masking was performed with a masking tape. Thereafter, the unmasked transparent conductive film was removed by etching with a zinc oxide powder and a 10% by mass aqueous hydrochloric acid solution.
[0057]
Next, in a mixed solution of water and acetylacetone containing a surfactant (mixing volume ratio = 20/1), titanium oxide particles “P25” (trade name, average particle diameter: 20 nm) manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. are concentrated at a concentration of about 38. A slurry liquid was prepared by dispersing so as to be a mass%. Next, this slurry liquid was applied to the center of the above-mentioned conductive glass and dried, and the obtained dried product was heated in air at 500 ° C. for 30 minutes to form a 10 μm-thick titanium oxide film on the substrate. The size of the obtained titanium oxide film was 8 mm in length and 8 mm in width. Next, the conductive glass provided with the titanium oxide film is immersed in a sensitizing dye solution represented by Ru (4,4′-dicarboxyl-2,2′-bipyridine) 2 (NCS) 2 , Dye-carrying treatment was carried out while refluxing at ℃ to obtain a semiconductor electrode.
[0058]
The vertical 10 mm, platinum was deposited to a thickness of 20nm on the conductive glass "F-SnO 2" cut out laterally 10 mm, to obtain a opened counterelectrode small hole for injection of the central portion electrolyte.
[0059]
The semiconductor electrode and the counter electrode thus obtained are aligned with their centers aligned, a polyethylene spacer film (40 μm thick) is sandwiched between them, and they are heated and pressed at 120 ° C., and then the semiconductor electrode and the counter electrode are placed. The photoelectric conversion element was formed by injecting an electrolyte solution by utilizing the capillary phenomenon between them. As the electrolyte solution, a mixed solution of ethylene carbonate containing 0.5 mol / dm 3 of tetrapropylammonium iodide, 0.04 mol / dm 3 of iodine and acetonitrile (mixing volume ratio = 80/20) was used.
[0060]
The injection hole is sealed with a polyethylene film, and a Ni film (length 12 mm, width 1.5 mm, thickness 35 μm) is interposed between the counter electrode and the portion where the conductive film does not exist due to the etching of the semiconductor electrode. The connection portion was covered with the paste to obtain a photoelectric conversion element having the same structure as that of the first embodiment.
[0061]
The thus obtained photoelectric conversion element was irradiated with pseudo sunlight (100 mW / cm 2 , AM1.5) by a solar simulator, and the photocurrent-voltage characteristics were measured. As a result, characteristics of an open-end voltage of 688 mV, a short-circuit current density of 7.88 mA / cm 2 , and a shape factor of 0.58 were obtained.
[0062]
(Example 2)
The conductive glass was not subjected to the etching treatment, and the portion subjected to the etching treatment in Example 1 was insulated and coated with a polyimide tape (30 μm) instead of the etching treatment, and then a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1.
[0063]
The photocurrent-voltage characteristics were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the open-circuit voltage was 692 mV, the short-circuit current density was 7.25 mA / cm 2 , and the shape factor was 0.53.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a photoelectric conversion element capable of easily manufacturing a solar cell module and a solar cell array by arranging connection terminals to the outside on the same plane, and a photoelectric conversion using the same. An element module can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing one embodiment of a photoelectric conversion element module of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the photoelectric conversion element module of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a conventional photoelectric conversion element.
FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional photoelectric conversion element module.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 photoelectric conversion element 3 transparent substrate 5 transparent electrode (first electrode)
5a connection terminal portion 7 semiconductor layer 11 sealing material 13 electrolyte layer 15 counter electrode (second electrode)
15a connection terminal 17 substrate 19 incident light 21 connection 21a connection terminal 23 connection lead

Claims (5)

増感色素を担持した半導体層が被着された第1の電極と、前記第1の電極の半導体層と対峙する第2の電極と、前記第1の電極の半導体層と前記第2の電極との間に配置された電解質層とを備えた光電変換素子であって、
前記第1の電極と前記第2の電極とは、それぞれ接続端子部を備え、
前記第1の電極の接続端子部と、前記第2の電極の接続端子部とが、同一平面上に配置されていることを特徴とする光電変換素子。
A first electrode having a semiconductor layer carrying a sensitizing dye thereon, a second electrode facing the semiconductor layer of the first electrode, a semiconductor layer of the first electrode, and the second electrode; And an electrolyte layer disposed between the photoelectric conversion element and
The first electrode and the second electrode each include a connection terminal portion,
The connection terminal portion of the first electrode and the connection terminal portion of the second electrode are arranged on the same plane.
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ基板上に形成されている請求項1に記載の光電変換素子。The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are formed on a substrate, respectively. 請求項1又は請求項2に記載の光電変換素子を複数個電気的に接続した光電変換素子モジュールであって、
前記光電変換素子の第1の電極の接続端子部と、それと隣接する他の光電変換素子の第2の電極の接続端子部とが電気的に接続されていることを特徴とする光電変換素子モジュール。
A photoelectric conversion element module in which a plurality of photoelectric conversion elements according to claim 1 or 2 are electrically connected,
A photoelectric conversion element module, wherein a connection terminal of a first electrode of the photoelectric conversion element and a connection terminal of a second electrode of another photoelectric conversion element adjacent thereto are electrically connected to each other. .
前記第1の電極の接続端子部と前記第2の電極の接続端子部とが、金属導体を介して電気的に接続されている請求項3に記載の光電変換素子モジュール。The photoelectric conversion element module according to claim 3, wherein the connection terminal portion of the first electrode and the connection terminal portion of the second electrode are electrically connected via a metal conductor. 前記金属導体が、導電性被膜で覆われている請求項4に記載の光電変換素子モジュール。The photoelectric conversion element module according to claim 4, wherein the metal conductor is covered with a conductive film.
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