光電轉換元件組件的製作方法

2023-10-10 06:58:54

專利名稱：光電轉換元件組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及光電轉換元件組件。

背景技術：
色素增感型太陽能電池是由瑞士的格萊才爾開發的，由於其具有光電轉換效率 高、製造成本低的優點，所以作為新型太陽能電池受到世人關注。色素增感型太陽能電池的簡要結構為，具備在設有透明導電膜的透明基材上 設有擔載了光增感色素的多孔氧化物半導體層的工作電極，和與該工作電極相向設置的 對電極，並在這些工作電極和對電極之間填充了含氧化還原對的電解質，並用密封材料 進行了包圍。這種色素增感型太陽能電池，是由吸收了太陽光等入射光的光增感色素發生的 電子注入到氧化物半導體微粒中，在工作電極和對電極之間產生電動勢，從而發揮將光 能轉換為電力的光電轉換元件的功能。在下述專利文獻1中公開了設有多個這種色素增感型太陽能電池，並且各太陽 能電池彼此電連接的色素增感型太陽能電池組件。專利文獻1 日本特開2007-220606號公報在專利文獻1所記載的色素增感型太陽能電池組件中，各太陽能電池的工作電 極及對電極向被密封材料包圍的區域的外側延伸。而且，將各太陽能電池排列成平面 狀，使一個太陽能電池的工作電極的延伸部分的對電極側的表面與另一太陽能電池的對 電極的延伸部分的工作電極側的表面相對，從而將它們之間利用作為導電部件的導電性 粘接劑連接。如此，在專利文獻1所記載的色素增感型太陽能電池組件中，導電性粘接劑被 配置在工作電極和對電極之間且連接工作電極和對電極，所以一旦利用導電性粘接劑連 接一個太陽能電池的工作電極和另一太陽能電池的對電極，則連接的解除或再次連接將 變得困難。因此，存在色素增感型太陽能電池彼此的連接的變更或導電部件的變更這樣 的色素增感型太陽能電池組件的維護變得困難這樣的問題。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種易於維護的光電轉換元件組件。本發明的光電轉換元件組件，其特徵在於，具備具有彼此相向的第一電極和 第二電極的多個光電轉換元件，和將上述光電轉換元件之間進行電連接的導電部件，其 中，各個上述光電轉換元件以彼此從第一電極朝向上述第二電極的方向成為相同方向的 方式被配置成平面狀，上述導電部件，在至少一個光電轉換元件的上述第一電極的與上 述第二電極側相反側的表面與上述第一電極連接，同時在另外的至少一個光電轉換元件 的上述第二電極的上述第一電極側的表面中，在從與上述第二電極的表面垂直的方向看 第二電極時不與上述第一電極重合的位置與上述第二電極連接。
按照這種光電轉換元件組件，各個光電轉換元件以彼此從第一電極朝向第二電 極的方向成為相同方向的方式被配置成平面狀，所以各個光電轉換元件的第一電極的與 第二電極側相反側的表面及第二電極的第一電極側的表面朝向相同的方向。而且，導電 部件，與至少一個光電轉換元件的第一電極的與第二電極側相反側的表面連接，並且與 另外的至少一個光電轉換元件的第二電極的第一電極側的表面連接。因此，在變更導電 部件的連接時，能夠從相同的方向進行變更。此外，導電部件，在第二電極的第一電極 側中，在從與第二電極的表面垂直的方向看第二電極時不與第一電極重合的位置與第二 電極連接。因此，在變更導電部件的連接時，第一電極不會成為障礙，能夠易於進行作 業。由此，能夠容易地進行光電轉換元件之間的連接變更或導電部件的交換這樣的維 護。此外，在上述光電轉換元件組件中，優選為，上述導電部件將形成在上述第一 電極上的端子和形成在上述第二電極上的端子連接。通過這種結構，能夠在進行光電轉換元件之間的連接的變更或導電部件的交換 時，從第二電極上的端子取下導電部件，因此與在第二電極上直接連接導電部件的情況 相比，能夠抑制給第二電極帶來損傷。此外，在上述光電轉換元件組件中，上述導電部件可以由導電線構成。此外，在上述光電轉換元件組件中，上述導電部件可以由導電性粘接劑構成。此外，在上述光電轉換元件組件中，上述導電部件可以由高熔點焊錫構成。此外，在上述光電轉換元件組件中，優選為，在上述第一電極與上述導電部件 連接的上述光電轉換元件的上述第二電極的上述導電部件側的表面，被絕緣部件覆蓋。按照這種光電轉換元件組件，即使在導電部件和第一電極被連接的的光電轉換 元件的第二電極與導電部件之間侵入導電性的異物等，也能通過絕緣部件來防止第二電 極和導電部件之間的短路。因此，在導電部件和第一電極被連接的的光電轉換元件中， 防止了經由導電部件的第一電極和第二電極的短路，並且經由導電部件，能夠防止導電 部件和第一電極被連接的的光電轉換元件的第二電極和另一光電轉換元件的第二電極發 生短路。此外，在上述光電轉換元件組件中，優選為，光電轉換元件為，在上述第一電 極和上述第二電極之間，擔載了光增感色素的多孔氧化物半導體層和電解質被密封材料 密封的光電轉換元件，上述絕緣部件由上述密封材料的一部分構成。按照這種光電轉換元件組件，能夠以簡單的結構來防止光電轉換元件之間的短路。按照本發明，能夠提供易於維護的光電轉換元件組件。


圖1為表示本發明第一實施方式所涉及的光電轉換元件組件的截面圖。圖2為表示本發明第二實施方式所涉及的光電轉換元件組件的截面圖。圖3為表示本發明第三實施方式所涉及的光電轉換元件組件的截面圖。圖4為表示本發明第四實施方式所涉及的光電轉換元件組件的截面圖。圖5為表示圖1所示的光電轉換元件組件的變形例的截面圖。
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標號說明1...透明導電體；2...透明基材；3...多孔氧化物半導體層；4...金屬板；5...電 解質；6...催化劑層；7...端子；8...端子；9...導電線；9a...導電性粘接劑；10...第一電 極；11...工作電極；12...對電極；14...密封材料；20...第二電極；35...集電配線；100、 110、120、130、140...光電轉換元件;200、210、220、230、240...光電轉換元件組件。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明所涉及的光電轉換元件組件的優選實施方式進行說明。(第一實施方式)圖1為表示本發明第一實施方式所涉及的光電轉換元件組件的簡要截面圖。如圖1所示那樣，光電轉換元件組件200具備一組光電轉換元件100、100和連 接光電轉換元件100、100的作為導電部件的導電線9。首先，對光電轉換元件100、100進行說明。其中，一組光電轉換元件100、100 為彼此相同的結構，所以只對一方的光電轉換元件100進行說明。光電轉換元件100作為主要結構要素具備工作電極11;與工作電極11相向配 置的對電極12;配置在工作電極11和對電極12之間的電解質5 ；以及包圍電解質5的密 封材料14。(工作電極)工作電極11具備第二電極20，由透明基材2及在透明基材2的一面設置的透 明導電體1構成；以及多孔氧化物半導體層3，設在透明導電體1上，並擔載有光增感色 素。透明基材2通過由光透射性材料構成的基板構成。作為這種材料，可以舉出 玻璃、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚碸(PES)、聚萘二甲酸乙二 醇酯(PEN)等，通常情況下，只要是作為光電轉換元件的透明基材使用的材料都可以使 用。透明基材2在考慮到對電解質的耐性等而從這些中適當選擇。此外，透明基材2盡 可能優選為光透射性優越的基材，更優選為光透射率在90%以上的基材。透明導電體1為透明導電膜，且為形成在透明基材2的一面的一部分或整個面上 的薄膜。為了設成不會顯著地損害工作電極11的透明性的構造，透明導電體1優選為 由導電性金屬氧化物構成的薄膜。作為這種導電性金屬氧化物，例如可舉出銦錫氧化物 (ITO) >摻氟氧化錫(FTO)、氧化錫(SnO2)等。此外，透明導電體1可以由單層構成，也 可以由以不同導電性金屬氧化物構成的多層的層疊體構成。透明導電體1以單層構成的 情況下，從便於成膜且製造成本便宜這樣的觀點考慮，透明導電體1優選為ITO、FTO, 此外，從具有高耐熱性及耐藥性的觀點考慮，更優選為由FTO構成。此外，當透明導電體1由以多層構成的層疊體構成時，優選為能夠反映各層的 特性。其中，優選為在由ITO構成的膜上層疊了由FTO構成的膜而成的層疊膜。此時， 能夠實現具有高導電性、耐熱性及耐藥性的透明導電體1，能夠構成可視域中光的吸收 量少且導電率高的透明導電性基板。此外，透明導電體1的厚度例如只要在0.01 μιη 2μιη的範圍即可。
作為形成多孔氧化物半導體層3的氧化物半導體，沒有特別的限定，通常情況 下，只要是用於形成光電轉換元件用的多孔氧化物半導體層的物質都可以使用。作為這 種氧化物半導體，例如，可以舉出氧化鈦(TiO2)、氧化錫(SnO2)、氧化鎢(WO3)、氧 化鋅(ZnO)、氧化鈮(Nb2O5)，鈦酸鍶(SrTiO3)、氧化銦(In3O3)、氧化鋯(ZrO2)、氧化 鉈(Ta2O5)、氧化鑭(La2O3)、氧化釔(Y2O3)、氧化鈥(Ho2O3)、氧化鉍(Bi2O3)、氧化鈰 (CeO2)、氧化鋁(Al2O3),還可以是由這些的兩種以上構成的氧化物半導體。這些氧化物半導體的粒子的平均粒徑為1 IOOOnm時，使得由色素覆蓋的氧化 物半導體的表面積增大，即進行光電轉換的地方變廣，能夠生成更多的電子，因此是優 選的。此外，多孔氧化物半導體層3優選為層疊粒度分布不同的氧化物半導體粒子而構 成的。此時，能夠在半導體層內反覆引起光的反射，減少向多孔氧化物半導體層3的外 部逃逸的入射光，而能夠高效地將光轉換為電子。多孔氧化物半導體層3的厚度例如只 要是0.5 50 μ m即可。另外，多孔氧化物半導體層3還可以由以不同的材料構成的多 個氧化物半導體的層疊體來構成。作為形成多孔氧化物半導體層3的方法，例如可以應用如下方法對將市售的 氧化物半導體粒子分散到所希望的分散介質中的分散液，或能通過溶膠凝膠法來調製的 膠體溶液，根據需要添加所希望的添加劑後，通過絲網印刷法、噴墨印刷法、輥塗法、 刮刀法、噴塗法等公知的塗布方法塗布後，用加熱處理等來形成空隙而進行多孔化的方法等。作為光增感色素，可舉出配體中含有聯吡啶結構、三聯吡啶結構等的釕配合 物，卟啉、酞菁等含金屬配合物，曙紅、羅丹明、部花青等有機色素等，在這些中可以 選擇適於用途、使用半導體的要求的物質而沒有特別限定。具體來講，可以使用N3、 N719、黑染料(Blackdye)等。(電解質)電解質5可以使用在多孔氧化物半導體層3內含浸電解液而構成的電解質，或在 多孔氧化物半導體層3內含浸電解液後，對該電解液使用適當的凝膠化劑進行凝膠化(準 固化)，而與多孔氧化物半導體層3—體形成的電解質，或含離子性液體、氧化物半導體 粒子或導電性粒子的凝膠狀電解質。作為上述電解液，使用將碘、碘化物離子、叔丁基吡啶等電解質成分溶解到碳 酸乙烯酯或甲氧基乙腈等有機溶劑中的電解液。作為將該電解液凝膠化時使用的凝膠化 劑，可舉出聚偏氟乙烯、聚乙烯氧化物衍生物、胺基酸衍生物等。作為上述離子性液體，沒有特別的限定，可舉出在室溫下呈液體，且將具有 季銨化的氮原子的化合物作為陽離子或陰離子的常溫熔融性鹽。作為常溫熔融性鹽的 陽離子，可舉出季銨化咪唑錯衍生物、季銨化吡啶錯衍生物、季銨化銨衍生物等。作 為常溫熔融性鹽的陰離子，可舉出BF4_、PF6-, F(HF)n-,雙(三氟甲基磺醯)亞胺 [N(CF3SO2)2-],碘化物離子等。作為離子性液體的具體例，可以舉出季銨化咪唑錫系陽 離子和碘化物離子或雙(三氟甲基磺醯)亞胺離子等構成的鹽類。作為上述氧化物半導體粒子，物質的種類、粒子尺寸等沒有特別的限定，使用 與以離子性液體為主體的電解液的混合性優越並使該電解液凝膠化的粒子。此外，氧化 物半導體粒子必須要不使電解質的導電性下降，且對於包含在電解質中的其他共存成分
6的化學穩定性優越。尤其，優選為即使電解質包含碘/碘化物離子、溴/溴化物離子等 氧化還原對的情況下，氧化物半導體粒子也不會產生由氧化反應而引起的劣化的粒子。作為這種氧化物半導體粒子，優選為選自Ti02、SnO2> WO3> ZnO> Nb2O5， In2O3> ZrO2> Ta2O5> La203、SrTiO3> Y203、Ho2O3> Bi2O3> CeO2> Al2O3 中的一種或兩
種以上的混合物，特別優選為二氧化鈦微粒(納米粒子)。該二氧化鈦的平均粒徑優選為 2nm IOOOnm 左右。作為上述導電性粒子，使用導電體或半導體等具有導電性的粒子。該導電性粒 子的電阻率的範圍優選為1.0Χ10_2Ω · cm以下，更優選為1.0Χ10_3Ω · cm以下。此 外，導電性粒子的種類、粒子尺寸等沒有特別的限定，使用與以離子性液體為主體的電 解液的混合性優越並使該電解液凝膠化的粒子。對於這種導電性粒子，要求電解質中導 電性難以下降，且對於包含在電解質中的的其他共存成分的化學穩定性優越。尤其，優 選為即使電解質包含碘/碘化物離子、溴/溴化物離子等氧化還原對的情況下，也不會產 生由氧化反應等而引起的劣化的粒子。作為這種導電性粒子，可舉出以碳為主體的物質構成的粒子，作為具體例，可 以例示碳納米管、碳纖維、炭黑等粒子。這些物質的製造方法均已知，此外還可以使用 市售品。(對電極)對電極12由第一電極10構成。第一電極由金屬板4和催化劑層6構成，其中， 上述金屬板4由鈦或鈦合金構成。另外，促進還原反應的催化劑層6形成在金屬板4的 工作電極11側的表面。催化劑層6由鉬、碳等構成。(密封材料)密封材料14連結工作電極11和對電極12，工作電極11和對電極12之間的電解 質5被密封材料14包圍而被密封。作為構成密封材料14的材料，例如舉出離聚物、乙 烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、紫外線固化 樹脂以及乙烯醇聚合物。另外，密封材料14可以僅由樹脂構成，還可以由樹脂和無機填 料構成。(端子)在對電極12的與工作電極11側相反側的表面，形成有端子7。端子7由高熔點 焊錫、含銅及鎳中至少一方的金屬部件構成。作為高熔點焊錫，優選使用熔點在200°C以上(例如210°C以上)的焊錫。作為 這種高熔點焊錫，可以舉出Sn-Cu系、Sn-Ag系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Au系、Sn-Sb系、 Sn-Pb系(Pb含量例如超過85質量％)等，可以在它們中單獨使用一個，也可以並用兩 種以上。此外，作為構成金屬部件的材料，除銅、鎳單體之外，還可舉出在銅及鎳的至 少一方中含其他金屬材料的金屬材料等。另外，在本實施方式中，在端子7上，形成有用於連接導電線等和端子7的焊錫 13。作為焊錫13，沒有特別的限定，但是在端子7為高熔點焊錫的情況下，優選為熔點 低於高熔點焊錫的焊錫(以下，有時稱為低熔點焊錫)。作為低熔點焊錫，例如優選使 用熔點不足200°C的焊錫。作為這樣的焊錫，可舉出共晶類型(例如Sn-Pb等)、無鉛型(例如 Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Zn> Sn-Zn-B 等)等。通過使用低熔點焊錫，能夠抑制焊接導電線9等和端子7時多孔氧化物半導體層 3所擔載的光增感色素或電解質5成為高溫，從而能夠抑制光增感色素或電解質5劣化。此外，在工作電極11的第一電極側的被密封材料14的外周包圍的外側區域，在 透明導電體1上形成有端子8。此外，形成在一方的光電轉換元件100上的端子8，在另 一方的光電轉換元件100中，從與工作電極11的表面垂直的方向看工作電極11時形成於 不與對電極12重合的位置。作為構成端子8的材料，可舉出金、銀、銅、鉬、鋁等金 jM ο另外，在本實施方式中，在端子8上，形成有用於連接導電線等和端子8的焊錫 13。端子8上的焊錫13隻要使用與端子7上的焊錫13相同的即可。下面，對光電轉換元件100彼此的連接進行說明。如圖1所示那樣，光電轉換元件組件200在一組光電轉換元件100、100中，共 用透明基材2。因此，光電轉換元件100、100彼此從對電極12朝向工作電極11的方向 相同，配置成平面狀。在這種光電轉換元件組件200中的一方的光電轉換元件100的對電極12上的第 一端子7上，通過焊錫13連接有導電線9的一端。並且，在另一方的光電轉換元件100 的工作電極11中，形成於不與一方的光電轉換元件100的對電極12重合的位置上的端子 8，通過焊錫13連接有導電線9的另一端。由此，一組光電轉換元件100、100串聯連接。作為導電線9，可以使用由銅、焊錫等的金屬等導電性材料構成的線材，如導 線、焊錫帶狀電線等。按照本實施方式的光電轉換元件組件200，各個光電轉換元件100、100以彼此 從對電極12朝向工作電極11的方向成為相同方向的方式配置成平面狀。因此，各個光 電轉換元件100、100的對電極12的與工作電極11側相反側的表面及工作電極11的對電 極12側的表面朝向相同的方向。而且，導電線9的一端在被配置的光電轉換元件100、 100中，與形成在一方的光電轉換元件100的對電極12的與工作電極11相反側的第一端 子7連接。並且，導電線9的另一端與形成在另一方的光電轉換元件100的工作電極11 的對電極12側的端子8連接。由此光電轉換元件組件200將一方的光電轉換元件100和 另一方的光電轉換元件100從相同的方向經由導電線9進行連接。因此，光電轉換元件 組件200在變更導電線9的連接時能夠從相同的方向進行變更。此外，導電線9在工作 電極11的對電極12側，在形成在從與工作電極11的表面垂直的方向看工作電極11時不 與對電極12重合的位置上的端子上，與工作電極11連接。因此，即使在變更導電線9 的連接的情況下，對電極12也不會變成障礙，能夠容易進行作業。這樣，能夠容易進行 光電轉換元件100、100彼此的連接的變更或導電線9的交換這樣的維護。此外，光電轉換元件組件200在進行光電轉換元件100、100彼此的連接的變更 或導電部件的交換時，能夠從工作電極11的端子8取下導電線9，因此與在工作電極11 上直接連接導電線9的情況相比，能夠抑制給工作電極11的透明導電體1帶來損傷。下面，對圖1所示的光電轉換元件組件200的製造方法進行說明。首先，準備一組光電轉換元件100、100 (光電轉換元件準備工序)。
光電轉換元件組件200由於其一組光電轉換元件100、100共用透明基材2，所以 同時製造各個光電轉換元件100、100。以下，只對一方的光電轉換元件100的製造進行 說明。

首先，準備工作電極11和對電極12 (準備工序)。工作電極11能夠通過下面的工序得到。最初，在透明基材2的一面上形成透明 導電體1作為第二電極20。接著，在透明導電體1上形成多孔氧化物半導體層3。接 著，使多孔氧化物半導體層3擔載光增感色素。作為在透明基材2上形成透明導電體1的方法，例如舉出濺射法、CVD(化學氣 相成長)法、噴霧熱分解法(SPD法)、蒸鍍法等薄膜形成法。其中，優選為噴霧熱分解 法。通過將透明導電體1用噴霧熱分解法來形成，能夠容易控制霧度率。此外，噴霧熱 分解法由於不需要真空系統，能夠實現製造工序的簡化及低成本化，因此是優選的。作為在透明導電體1上形成多孔氧化物半導體層3的方法，主要由塗布工序和幹 燥、煅燒工序構成。作為塗布工序，例如舉出將TiO2粉末和表面活性劑及增粘劑按照規 定比例混合而成的TiO2膠體糊劑，塗布到已實現親水性的透明導電體1的表面。此時， 作為塗布法，可舉出使用加壓機構(例如，玻璃棒)將上述膠體按壓到透明導電體1上， 同時使塗布的膠體保持均勻的厚度的方式使加壓機構在透明導電體1上移動的方法。作 為乾燥、煅燒工序，例如舉出在大氣環境下在室溫中放置約30分鐘，使塗布的膠體乾燥 之後，使用電爐以450°C的溫度大致煅燒60分鐘的方法。作為在多孔氧化物半導體層3上擔載光增感色素的方法，首先預備色素擔載用 色素溶液，例如向乙腈和t-丁醇以容積比設為1 1而製成的溶劑添加極微量的N3色素 粉末而調製的溶液。接著，在裝入淺底盤狀容器內的光增感色素作為溶劑含有的溶液中，浸入用另 外的電爐以120 150°C左右進行加熱處理而形成多孔氧化物半導體層3的第二電極20， 以這種狀態在暗處浸漬一晝夜(大約20小時)。其後，從含有光增感色素的溶液中取出 形成有多孔氧化物半導體層3的第二電極20，使用由乙腈和t- 丁醇構成的混合溶液進行 清洗。從而得到具有由擔載了光增感色素的TiO2薄膜構成的多孔氧化物半導體層3的工 作電極11。另外，形成在工作電極11的第二電極20上的端子8，是例如將銀糊劑通過印刷 等來進行塗布並實施加熱、煅燒而形成的。該端子8的形成優選為在使多孔氧化物半導 體層3擔載光增感色素的工序之前進行。另一方面，對於對電極12的準備，首先準備由鈦或鈦合金構成的金屬板4。然 後，在準備的金屬板4的表面上形成由鉬等構成的催化劑層6。催化劑層6的形成，是通 過濺射法等來形成的。從而能夠得到具有金屬板4和催化劑層6的第一電極10，第一電 極10直接成為對電極12。接著，在工作電極11和對電極12之間通過密封材料14包圍電解質5進行密封 (密封工序)。密封時，首先，在工作電極11上，形成用於成為密封材料14的樹脂或其前體。 此時，樹脂或其前體是以包圍工作電極11的多孔氧化物半導體層3的方式形成。樹脂為 熱塑性樹脂的情況下，將溶化的樹脂塗布到工作電極11上後在室溫下自然冷卻，或使膜狀樹脂與工作電極11接觸，通過外部的熱源使樹脂被加熱而溶化後在室溫下自然冷卻， 由此能夠得到樹脂。作為熱塑性樹脂，例如使用離聚物或乙烯-甲基丙烯酸共聚物。 樹脂為紫外線固化樹脂的情況下，將樹脂的前體即紫外線固化性樹脂塗布到工作電極11 上。樹脂為水溶性樹脂的情況下，將含樹脂的水溶液塗布到工作電極11上。作為水溶 性樹脂，例如使用乙烯醇聚合物。接著，在對電極12上形成用於構成密封材料14的樹脂或其前體。對電極12上的樹脂或其前體在使工作電極11和對電極12相向時，形成於與工作電極11上的樹脂或 其前體重合的位置。此外，對電極12上的樹脂或其前體的形成，只要與形成在工作電極 11上的樹脂或其前體相同地進行即可。接著，在工作電極11上的用樹脂或其前體包圍的區域填充電解質。然後，使工作電極11和對電極12相向，使對電極12上的樹脂和工作電極11重 合。之後，在減壓環境下，樹脂為熱塑性樹脂的情況下，對樹脂加熱使其溶化，使工作 電極11和對電極12粘接。由此得到密封材料14。樹脂為紫外線固化樹脂的情況下，在 使對電極12上的樹脂的紫外線固化性樹脂與工作電極11重合後，通過紫外線使紫外線固 化性樹脂固化，而得到密封材料14。樹脂為水溶性樹脂的情況下，在形成層疊體後在室 溫下進行觸指乾燥，之後在低溼環境下乾燥，得到密封材料14。接著，在對電極12的與工作電極11側相反側的表面上，即第一電極10的與第 二電極20相反側的表面上形成端子7 (端子形成工序)。端子7由高熔點焊錫構成的情況下，對電極12的與工作電極11相反側的表面 上，以對電極12、高熔點焊錫與焊烙鐵的前端部接觸的方式配置。此時，焊烙鐵的前端部加熱到能熔化高熔點焊錫的同時發生超聲波。這樣， 高熔點焊錫被從焊烙鐵前端部傳送過來的熱熔化，由於來自焊烙鐵前端部的超聲波而振 動。因此，高熔點焊錫的與金屬板4的浸潤性提高，固定在金屬板4的表面上。由此， 端子7被形成在對電極12的表面上。另外，焊烙鐵前端部的溫度，只要能熔化高熔點焊錫即可，沒有特別的限制， 但是從充分熔化焊錫的觀點考慮，優選為例如200 450°C，從防止焊錫氧化及防止由光 增感色素的熱引起的劣化的觀點，更優選為250 350°C。此外，從焊烙鐵的前端部發生 的超聲波的振動頻率優選為10 200kHz，從防止給金屬板帶來損傷的觀點考慮，更優選 為 20 1 OOkHz。接著，從熔化了的高熔點焊錫移除焊烙鐵，使高熔點焊錫冷卻，從而形成端子 7。另一方面，端子7由含銅及鎳中的至少一方的金屬部件構成的情況下，首先在 對電極12的與工作電極11側相反側的表面上配置金屬部件，以金屬部件按壓對電極12 的方式進行加壓。該加壓，包括由於金屬部件的自重而在與對電極12之間產生壓力的情 況。然後，在金屬部件被加壓的狀態下，向金屬部件施加超聲波振動。這樣，在對電 極12和金屬部件之間，對電極12和金屬部件由於超聲波振動而相互摩擦接合，不需要的 氧化被膜的至少一部分被除去，從而由於加壓帶來的塑性變形而以固相狀態被接合。這 樣，端子7被形成在對電極12的表面上而形成。此時，對電極12和金屬部件之間的壓力，從使對電極12和金屬部件密合的觀點考慮，優選為大於ON/m2且在300N/m2以下，從防止對電極12的變形的觀點考慮，更優 選為1 IOON · m2。此外，施加到金屬部件的超聲波，優選為向與對電極12和金屬部件接合的面 平行的方向施加。並且，超聲波的振動頻率，從良好地接合對電極12和金屬部件的 觀點考慮，優選為IkHz 200kHz，從抑制給對電極12帶來傷痕的觀點考慮，更優選 為IOkHz 100kHz。此外，超聲波的振動振幅，從接合的觀點考慮，優選為0.01 50 μ m,從抑制給金屬部件及金屬板4帶來傷痕的觀點考慮，更為優選為0.1 10 μ m。另外，在接合金屬部件時，若對金屬部件加熱，則接合強度進一步提高，所以 是優選。此時的金屬部件的溫度，從使對電極12和金屬部件容易接合的觀點考慮， 優選為10 500°C，從將色素及電解液保持成良好的狀態的觀點考慮，更優選為20 200 "C。另外，端子7上及端子8上的焊錫13，是將焊錫熔化在端子7和8上後使其凝固 而形成的。從而，得到圖1所示的光電轉換元件100。接著，將一組光電轉換元件100、100通過導電線9進行連接(連接工序)。一 組光電轉換元件100、100的連接，是首先將在上述中得到的一方的光電轉換元件100的 對電極12上的端子7和導電線9的一端通過端子7上的焊錫13進行連接。然後，將另 一方的光電轉換元件100的工作電極11上的端子8和導電線9的另一端通過端子8上的 焊錫13進行連接。這樣，能夠得到光電轉換元件組件200。按照本實施方式的光電轉換元件組件200的製造方法，各個光電轉換元件100、 100以彼此從對電極12朝向工作電極11的方向成為相同方向的方式配置成平面狀。因 此，各個光電轉換元件100、100的對電極12的與工作電極11側相反側的表面及工作電 極11的對電極12側的表面朝向相同的方向。而且導電線9的一端，在被配置的光電轉 換元件100、100中，與形成在一方的光電轉換元件100的對電極12的與工作電極11側 相反側上的第一端子7連接。並且，導電線9的另一端，與形成在另一方的光電轉換元 件100的工作電極11的對電極12側上的端子8連接。由此，光電轉換元件組件200將一 方的光電轉換元件100和另一方的光電轉換元件100從相同的方向經由導電線9來連接。 因此，在光電轉換元件組件200的製造中，連接導電線9時能夠從相同的方向進行連接。 此外，導電線9在工作電極11的對電極12側，在形成在從與工作電極11的表面垂直的方 向看工作電極11時不與對電極12重合的位置上的端子上，與工作電極11連接。因此， 即使在連接導電線9的情況下，對電極12也不會變成障礙，能夠容易進行導電線9的連 接。這樣，光電轉換元件組件200能夠容易製造。(第二實施方式)下面，使用圖2對本發明的光電轉換裝置的第二實施方式進行說明。另外， 在圖2中，對於與第一實施方式相同或相等的結構要素，標上相同的標號，省略重複說 明。圖2為表示本實施方式的光電轉換裝置組件的簡要截面圖。
如圖2所示那樣，光電轉換元件組件210具備一組光電轉換元件110、110和作為導電部件的 導電性粘接劑9a。並且，光電轉換元件110、110共用一個透明基材2。此外，光電轉換元件110的對電極12具有從相對於對電極12的表面垂直的方向 看對電極12時沿比被密封材料14的外周包圍的區域18更外側延伸的延伸部18a。光電 轉換元件110與第一實施方式的光電轉換元件100的不同點在於，端子7形成在該延伸部 18a 上。此外，光電轉換元件組件210與第一實施方式的光電轉換元件組件200的不同點 在於，一方的光電轉換元件110的對電極12上的端子7和另一方的光電轉換元件110的 工作電極11上的端子8通過導電性粘接劑9a進行連接。作為導電性粘接劑9a，可以使用銀糊劑等各種金屬糊劑或碳糊劑等。按照本實施方式的光電轉換元件組件，對電極12和導電性粘接劑9a在延伸部 18a上連接，所以即使在施加熱來進行連接的情況下，熱也很難傳遞到被對電極14包圍 的區域的內側。因此，能夠防止由熱引起擔載在多孔氧化物半導體層3上的光增感色 素、電解質5的劣化。這種光電轉換元件組件210可如下製造。首先，製造一組光電轉換元件110、110。一組光電轉換元件110、110的製造，是在第一實施方式的準備工序中，準備具 有比預定被密封材料14的外周包圍的區域更外側的區域的對電極12。S卩，準備具有構成 延伸部18a的區域的對電極12。準備工序中的其他工序與第一實施方式相同。然後，在密封工序中，以確保延伸部18a的方式通過密封材料14進行密封。密 封方法只要與第一實施方式中的密封方法相同地進行即可。接著，在端子形成工序中，將端子7形成在延伸部18a上。端子的形成只要與 第一實施方式的端子形成工序相同地進行即可。接著，將一方的光電轉換元件110的對電極12上的端子7和另一方的光電轉換 元件110的工作電極11上的端子8通過導電性粘接劑9a進行連接(連接工序)。在將導 電性粘接劑9a與對電極12上的端子7、工作電極11上的端子8連接時，可以施加熱。由此，能過得到光電轉換元件組件210。(第三實施方式)接著，使用圖3，對本發明的光電裝換裝置的第三實施方式進行說明。另外，在 圖3中，對於與第一實施方式相同或相等的結構要素，標上相同的標號，省略重複的說 明。圖3為表示本實施方式的光電轉換裝置組件的簡要截面圖。如圖3所示那樣，光電轉換元件組件220具備一組光電轉換元件120、120和作 為導電部件的導電性粘接劑9a。並且，光電轉換元件120、120共用一個透明基材2。此外，光電轉換元件120在第一實施方式的光電轉換元件100的對電極12上沒 有形成端子7，而是導電性粘接劑9a和對電極12的與工作電極11側相反側的表面直接連 接。而且，導電性粘接劑9a連接對電極12和工作電極11上的端子8。因此，對電極12的金屬板4由與導電性粘接劑9a的粘接性良好的材料構成。例 如，作為金屬板4的材料，舉出鉬、鎳等。按照本實施方式的光電轉換元件組件220，由於沒有形成端子7，所以結構變得簡單，從而能夠廉價地構成光電轉換元件組件220。這種光電轉換元件組件220可如下製造。首先，準備一組光電轉換元件120、120 (光電轉換元件準備工序)。對於一組光電轉換元件120、120的製造，除在對電極12上不形成端子7之外， 與第一實施方式的一組光電轉換元件100、100的製造相同地進行即可。接著，將一方的光電轉換元件120的對電極12的與工作電極11側相反側的表 面和另一方的光電轉換元件120的工作電極11上的端子8通過導電性粘接劑9a進行連接 (連接工序)。由此，能夠得到光電轉換元件組件220。(第四實施方式)下面，使用圖4對本發明的光電轉換裝置的第四實施方式進行說明。另外，在 圖4中，對於與第一實施方式相同或相等的結構要素，標上相同的標號，省略重複的說 明。圖4為表示本實施方式的光電轉換裝置組件的簡要截面圖。如圖4所示那樣，光電轉換元件組件230具備一組光電轉換元件130、130和作 為導電部件的導電性粘接劑9a。本實施方式的光電轉換元件130與第三實施方式的不同 點在於，導電性粘接劑9a和對電極12被連接的光電轉換元件130的透明導電體1的導電 性粘接劑9a側的表面被由密封材料14的一部分構成的絕緣部件15覆蓋。具體來講，一 方的光電轉換元件130的透明導電體1的另一方的光電轉換元件130側的端部Ia被由密 封材料14的一部分構成的絕緣部件15覆蓋。按照本實施方式的光電轉換元件組件230，即使在導電性粘接劑9a和對電極12 被連接的光電轉換元件130的工作電極11和導電性粘接劑9a之間侵入導電性異物或水分 等，也能通過絕緣部件15來防止工作電極11和導電性粘接劑9a之間的短路。因此，在 導電性粘接劑9a和對電極12被連接的光電轉換元件130中，防止了經由導電性粘接劑9a 的對電極12和工作電極11的短路。並且，通過導電性粘接劑9a，能夠防止導電性粘接 劑9a和對電極12被連接的光電轉換元件130的工作電極11與另一光電轉換元件130的 工作電極11的短路。這種光電轉換元件組件230可如下製造。首先，準備一組光電轉換元件130、130 (光電轉換元件準備工序)。對於一組光電轉換元件130、130的製造，只要用與第三實施方式的準備工序相 同的方法準備工作電極11和對電極12即可。接著，在密封工序，以覆蓋預定連接對電極12與導電性粘接劑9a的一方的光電 轉換元件130的透明導電體1的另一方的光電轉換元件130側的表面的方式形成密封材 料。其他密封工序只要與第一實施方式的密封工序相同地進行即可。接著，將一方的光電轉換元件130的對電極12的與工作電極11側相反側的表 面與另一方的光電轉換元件130的工作電極11上的端子8通過導電性粘接劑9a進行連接 (連接工序)。由此，能夠得到光電轉換元件組件230。
以上，對本發明，以第一至第四實施方式為例子進行了說明，但是本發明不限於這些。例如，在第一、第二實施方式中，端子形成工序在密封工序之後進行，但本發 明不限於此。例如，可以在密封工序之前進行端子形成工序。此時，在進行密封之前的對電極12的一方的表面上形成端子7。端子的形成只 要與第一實施方式的端子形成工序相同地進行即可。接著，由於端子7沒有被密封材料密封，所以以使對電極12的沒有形成端子7 的一側的表面朝向工作電極11的方式，使工作電極11和對電極12相對進行密封即可。 密封方法只要與第一實施方式的密封工序相同地進行即可。這樣，通過在密封工序之前進行端子形成工序，即使在端子形成工序施加熱的 情況下，也由於是多孔氧化物半導體層3和電解質5進行密封之前，所以能夠防止端子形 成工序中的熱傳遞到光增感色素、電解質5而使光增感色素、電解質5劣化。此外，在第三實施方式中，對電極12的金屬板4由鉬、鎳等構成，並且導電部 件由導電性粘接劑9a構成，但是本發明不限於此。例如，對電極12的金屬板4可以由 與第一實施方式相同的鈦或鈦合金構成，並且導電部件可以由高熔點焊錫構成。通過這種結構，也能夠沒有形成端子7這種程度地簡化結構，廉價地構成光電 轉換元件組件。這種光電轉換元件組件可如下製造。首先，準備一組光電轉換元件(光電轉換元件準備工序)。對於一組光電轉換元件的製造，除在對電極12上不形成端子7之外，只要與第 一實施方式的一組光電轉換元件100、100的製造相同地進行即可。接著，將一方的光電轉換元件的對電極的與工作電極側相反側的表面與另一方 的光電轉換元件的工作電極上的端子通過高熔點焊錫進行連接(連接工序)。作為連接高熔點焊錫的方法，首先以使高熔點焊錫與一方的光電轉換元件的對 電極的金屬板及另一方的光電轉換元件的工作電極上的端子接觸並且使高熔點焊錫與焊 烙鐵的前端部接觸的方式配置。然後，用與將第一實施方式的高熔點焊錫連接到對電極 12上的方法相同的方法，對高熔點焊錫加熱使其溶化同時施加超聲波而進行連接即可。由此，得到對電極的金屬板由鈦或鈦合金構成且導電部件由高熔點焊錫構成的 光電轉換元件組件。此外，例如在第一至第四實施方式中，多孔氧化物半導體層3形成在第二電極 的透明導電體1上。而且，工作電極11由第二電極和擔載了光增感色素的多孔氧化物半 導體層3構成，並且對電極12由第一電極構成。但是，本發明不限於此。圖5為表示 圖1所示的光電轉換元件組件200的變形例的截面圖。如圖5所示的光電轉換元件組件 240的光電轉換元件140那樣，第一電極10可以由金屬板4構成，並且在第一電極10上 可以形成多孔氧化物半導體層3。此時，在透明導電體1上形成催化劑層6，第二電極20 由透明基材2、透明導電體1和催化劑層6構成。而且，工作電極11由第一電極10和擔 載了光增感色素的多孔氧化物半導體層3構成，並且對電極12由第二電極構成。另外， 催化劑層6例如由以光透過的程度薄薄地製成的鉬膜等構成。光電轉換元件組 件240可以通過如下過程得到準備一組光電轉換元件140、 140，將導電線9的一端與設在一方的光電轉換元件140的工作電極11上的第一電極10上的端子7連接，並將導電線9的另一端與設在另一方的光電轉換元件140的對電極12 (第 二電極20)上的端子8連接。 光電轉換元件140的製造如下進行。首先，準備由金屬板4構成的第一電極10。 接著，在第一電極10的催化劑層6上形成多孔氧化物半導體層3。對於在第一電極10上 形成多孔氧化物半導體層3的方法，只要與第一實施方式中的形成多孔氧化物半導體層3 的工序相同地進行即可。接著，使多孔氧化物半導體層3擔載光增感色素。對於光增感 色素的擔載，只要與第一實施方式中的使多孔氧化物半導體層3擔載光增感色素的工序 相同地進行即可。由此，能夠得到在第一電極10上形成多孔氧化物半導體層3的工作電 極11。接著，準備對電極12。對電極12的準備，是在透明基材2上形成透明導電體1 後，在透明導電體1上形成催化劑層6，以此作為第二電極。對於形成透明導電體1的方 法，只要與第一實施方式中的在透明基材2上形成透明導電體1的方法相同地進行即可。 對於在透明導電體1上形成催化劑層，只要與第一實施方式中的在金屬板4上形成催化劑 層的方法相同地進行即可。如此得到的第二電極為對電極12。接著，在工作電極11和對電極12之間，將多孔氧化物半導體層3和電解質5用 密封材料14來密封。對於密封方法，只要與第一實施方式的密封工序相同地進行即可。 接著，形成端子7。對於端子7的形成，只要與第一實施方式的端子形成工序相同地進行 即可。此外，其他工序與第一實施方式相同。由此，得到光電轉換元件140。此外，在光電轉換元件140的製造中，上述中端子7是在密封工序之後形成的， 但是端子7的形成可以在密封工序之前進行。這樣，端子形成工序中的熱不會傳遞到電 解質5，能夠防止端子形成工序中由熱引起的電解質5的劣化。並且，在光電轉換元件140的製造中，端子7的形成可以在使多孔氧化物半導體 層3擔載光增感色素之前進行。這樣，端子形成工序中的熱不會傳遞到光增感色素，能 夠防止端子形成工序中由熱引起的光增感色素的劣化。此外，例如在第一至第四實施方式中，光電轉換元件組件具備一組光電轉換元 件，但是本發明的光電轉換元件組件可以具備三個以上的光電轉換元件。在具有三個以 上的光電轉換元件的光電轉換元件組件中，只要將導電部件與至少一個的光電轉換元件 的第一電極的與第二電極側相反側和另外的至少一個的光電轉換元件的第二電極的第一 電極側連接即可。對於導電部件與第一電極及第二電極的連接，只要與第一實施方式或 第二實施方式相同地進行即可。此外，第二電極20為共用透明基材2的結構，但是也可以是第二電極彼此分 離。此時，雖然由透明基材2及設在透明基材2上的透明導電體1構成，但是也可以由 作為透明導電體的導電性玻璃構成。此外，在第五實施方式中，絕緣部件15為由密封材料14的一部分構成的絕緣材 料，但是絕緣部件15可以由與密封材料14不同的部件構成。此外，在第一至第四實施方式中，導線部件與第二電極的連接是經由端子8來 連接，但是第二端子8不是必備的，導電部件和透明導電體1也可以直接連接。按照這 種光電轉換元件組件，能夠不形成端子8這種程度地簡化結構，能夠廉價地構成光電轉換元件組件。此外， 第一至第四實施方式中，替代金屬板4和催化劑層6可以使用鉬板。此 時，無需形成催化劑層6。產業上的可利用性按照本發明，能夠提供易於維護的光電轉換元件組件。
權利要求
1.一種光電轉換元件組件，其特徵在於，具備具有彼此相向的第一電極和第二電 極的多個光電轉換元件，和將所述光電轉換元件之間進行電連接的導電部件，其中，各個所述光電轉換元件以彼此從所述第一電極朝向所述第二電極的方向成為相同方 向的方式被配置成平面狀，所述導電部件，在至少一個光電轉換元件的所述第一電極的與所述第二電極側相反 側的表面與所述第一電極連接，同時在另外的至少一個光電轉換元件的所述第二電極的 所述第一電極側的表面中，在從與所述第二電極的表面垂直的方向看第二電極時不與所 述第一電極重合的位置與所述第二電極連接。
2.如權利要求1所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，所述導電部件將形成在所述 第一電極上的端子和形成在所述第二電極上的端子連接。
3.如權利要求1或2所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，所述導電部件由導電線 構成。
4.如權利要求1或2所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，所述導電部件由導電性 粘接劑構成。
5.如權利要求1或2所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，所述導電部件由高熔點 焊錫構成。
6.如權利要求1 5中任一項所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，在所述第一 電極中與所述導電部件連接的所述光電轉換元件的所述第二電極的所述導電部件側的表 面，被絕緣部件覆蓋。
7.如權利要求6所述的光電轉換元件組件，其特徵在於，光電轉換元件為，在所述第 一電極和所述第二電極之間，擔載了光增感色素的多孔氧化物半導體層和電解質被密封 材料密封的光電轉換元件，所述絕緣部件由所述密封材料的一部分構成。
全文摘要
本發明提供光電轉換元件組件，其結構為具備具有彼此相向的第一電極和第二電極的多個光電轉換元件，和將所述光電轉換元件之間進行電連接的導電部件，各個所述光電轉換元件以彼此從第一電極朝向所述第二電極的方向成為相同方向的方式被配置成平面狀，所述導電部件，在至少一個光電轉換元件的所述第一電極的與所述第二電極側相反側的表面與所述第一電極連接，同時在另外的至少一個光電轉換元件的所述第二電極的所述第一電極側的表面中，在從與所述第二電極的表面垂直的方向看第二電極時不與所述第一電極重合的位置與所述第二電極連接，該組件能夠易於維護。
文檔編號H01M2/30GK102017280SQ20098011484
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月27日 優先權日2008年4月28日
發明者臼井弘紀 申請人:株式會社藤倉