染料敏化太阳能电池用电极及染料敏化太阳能电池的制作方法

专利名称：染料敏化太阳能电池用电极及染料敏化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池用电极及染料敏化太阳能电池，详细地说， 涉及适合用于染料敏化太阳能电池的工作电极和/或对电极的染料敏化太阳能电池用电 极以及使用了该染料敏化太阳能电池用电极的染料敏化太阳能电池。
背景技术：
近年来，基于批量生产和低成本化的观点，作为代替硅太阳能电池的新太阳能电 池而提出了使用了染料敏化半导体的染料敏化太阳能电池。染料敏化太阳能电池一般具备具有光敏化作用的工作电极(阳极)；隔着间隔与 工作电极相对配置的相对电极(对电极、阴极)；被配置于两个电极之间的密封构件；及被 上述密封构件所密封的电解液。在染料敏化太阳能电池中，根据太阳光的照射而产生于工 作电极的电子经由布线移动到对电极，并且在两个电极之间的电解液中交换电子。在这种染料敏化太阳能电池中，工作电极包括透明基板(阳极侧基板)、层叠在该 透明基板的表面上的透明导电层以及层叠在该透明导体层的表面上并保持染料的半导体 电极层，相对电极包括膜状外装材料(阴极侧电极)、层叠在该膜状外装材料的表面上的基 底层以及层叠在该基底层的表面上的催化剂层。另外，在该染料敏化太阳能电池中，以包围 半导体电极层的方式将密封构件设置为在俯视观察时呈框状，由此来密封电解液。另外，提出了如下方案在染料敏化太阳能电池中，在透明基板的表面上，将集电 用布线配置成一端与透明导电层相连接而另一端被设置成电的提取部分，在两端之间集电 用布线贯通地横穿密封层(例如，参照日本特开2007-280906号公报)。

发明内容
发明要解决的问题但是，在日本特开2007-280906号公报中记载的染料敏化太阳能电池中，集电用 布线贯通密封构件，因此密封构件中的贯通部分的密封性能降低。因此，存在如下问题电 解液容易地从贯通部分漏出，其结果，染料敏化太阳能电池的发电效率降低，并且，对染料 敏化太阳能电池周围造成污染。本发明的目的在于提供一种能够防止发电效率的降低并且防止对周围造成污染 的染料敏化太阳能电池用电极及染料敏化太阳能电池。用于解决问题的方案本发明的染料敏化太阳能电池用电极的特征在于，具备基板；导电层，其形成于 上述基板的表面，被用于密封电解质的密封层所包围；集电层，其形成于上述基板的背面； 以及导通部，其使上述导电层与上述集电层在上述基板的厚度方向上电导通。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选的是在上述基板的厚度方 向上投影时，上述集电层被配置成横穿上述密封层。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选的是在上述基板形成有贯通厚度方向的开口部，上述导通部被填充于上述开口部内。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选的是对于一个上述集电层， 设置有多个上述导电层。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选的是对于一个上述导电层， 设置有多个上述导通部。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选的是上述集电层具备集电 布线，其与上述导通部相连而形成；以及集电端子，其与上述集电布线相连而形成，其中，上 述集电端子被设置于上述基板的表面。另外，在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，优选上述集电层具备集电布 线，其与上述导通部相连而形成；以及集电端子，其与上述集电布线相连而形成，其中，上述 集电端子被设置于上述基板的背面。另外，本发明的染料敏化太阳能电池的特征在于，具备工作电极；对电极，其与 上述工作电极隔着间隔相对配置；密封层，其被配置于上述工作电极与上述对电极之间； 以及电解质，其被填充于上述工作电极与上述对电极之间，被上述密封层所密封，其中，上 述工作电极和/或上述对电极为上述染料敏化太阳能电池用电极。在本发明的染料敏化太阳能电池用电极中，通过导通部在基板的厚度方向上将导 电层与集电层进行电连接。因此，在将本发明的染料敏化太阳能电池用电极用作工作电极和/或对电极的本 发明的染料敏化太阳能电池中，不需要集电层贯通于密封层，能够确保密封层对于电解质 的良好的密封性能，并且能够从导电层经由导通部向集电层更有效地提取发电得到的电。发明的效果其结果，本发明的染料敏化太阳能电池能够防止发电效率的降低并且防止对周围 造成污染。


图1表示本发明的染料敏化太阳能电池的一个实施方式的俯视图。图2表示图1的染料敏化太阳能电池沿II-II线的截面图。图3表示图1的染料敏化太阳能电池沿III-III线的截面图。图4表示作为本发明的染料敏化太阳能电池用电极的一个实施方式的对电极的 截面图。图5是用于说明图4示出的对电极的制造方法的制造工序图，(a)是表示准备两 层基材的工序，(b)是表示形成阴极侧开口部的工序，(c)是表示形成防蚀涂层的工序，(d) 是表示对导体箔进行蚀刻的工序，(e)是表示去除防蚀涂层的工序，(f)是表示形成抗镀层 的工序。图6是接着图5而用于说明图4示出的对电极的制造方法的制造工序图，(g)是 表示形成阴极侧导通部和阴极侧集电层的工序，(h)是表示去除抗镀层的工序，(i)是表示 形成催化剂层的工序，(j)是表示形成阴极侧覆盖层的工序，(k)是表示形成第一保护层的工序。图7表示本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(对于一个阴极侧集电层
4设置一个阴极侧导电层的方式)的俯视图。图8表示图7示出的染料敏化太阳能电池沿VIII-VIII线的截面图。图9表示本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(对于一个阴极侧导电层 设置多个阴极侧导通部的方式)的俯视图。图10表示图9示出的染料敏化太阳能电池沿X-X线的截面图。图11表示本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(阴极侧集电端子被设 置于阴极侧基板的表面上的方式)的俯视图。图12表示图11示出的染料敏化太阳能电池沿X II-X II线的截面图。图13表示本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(阴极侧导电层具备集 电部的方式)的截面图。图14表示图13的染料敏化太阳能电池(阳极侧导通部和阴极侧导通部分别被设 置于工作电极和对电极的方式)沿XIV-XIV线的截面图。图15表示图13的染料敏化太阳能电池(阳极侧导通部和阴极侧导通部分别被设 置于工作电极和对电极的方式)沿XV-XV线的截面图。
具体实施例方式图1是本发明的染料敏化太阳能电池的一个实施方式的俯视图，图2是图1的染 料敏化太阳能电池沿II-II线的截面图，图3是图1的染料敏化太阳能电池沿III-III线 的截面图，图4是作为本发明的染料敏化太阳能电池用电极的一个实施方式的对电极的截 面图，图5及图6是用于说明图4示出的对电极的制造方法的制造工序图。此外，在图1中，为了明确表示对电极3的阴极侧导电层9和阴极侧集电层14的相 对位置，省略了工作电极2。另外，在图1中，将纸面左侧设为“前侧”，将纸面右侧设为“后 侧”，将纸面上侧设为“左侧”，将纸面下侧设为“右侧”，图2以后的各附图的各方向沿用图1 的上述各方向。在图1至图3中，该染料敏化太阳能电池1具备工作电极2(阳极)；对电极(阴 极、相对电极)3，其与工作电极2隔着间隔相对配置在工作电极2的下方；密封层11，其被 配置于工作电极2与对电极3之间；以及电解质4，其被填充于工作电极2与对电极3之间。工作电极2具有光敏化作用，形成为大致平板形状。工作电极2具备阳极侧基板 5、层叠在该阳极侧基板5下方的阳极侧导电层6、以及层叠在该阳极侧导电层6下方的染料 敏化半导体层7。阳极侧基板5是透明的，形成为平板形状，例如由玻璃基板等刚性板或者塑料膜 等柔性膜等的绝缘板或者绝缘膜形成。作为形成塑料膜的塑料材料，可举出例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二 甲酸丁二醇酯、聚2，6_萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等聚酯类树脂(除了后述的液晶聚合物 以外)；例如热致液晶聚酯、热致液晶聚酯酰胺等液晶聚合物；例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙 烯酸酯等丙烯酸类树脂；例如聚乙烯、聚丙烯等烯烃类树脂；例如聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙 烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物等乙烯类树脂；例如聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等亚胺类树 脂；例如聚醚腈、聚醚砜等醚类树脂等。这些塑料材料能够单独使用或者两种以上并用。阳极侧基板5的厚度例如为5 500 μ m,优选为10 400 μ m。
阳极侧导电层6例如由透明导电薄膜构成，形成于阳极侧基板5的下表面(与电 解质4相对的相对面、表面)。更具体地说，阳极侧导电层6形成于阳极侧基板5下表面的 前后方向中央和左右方向中央，以使阳极侧基板5下表面的周端部露出。作为形成透明导电薄膜的导体材料，可举出例如金、银、铜、钼、镍、锡、铝或者它们 的合金(例如铜合金)等金属材料；例如锡掺杂氧化铟(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锌掺杂 氧化铟(IZO)等金属氧化物(复合氧化物)材料；例如碳等碳材料等。这些导电材料能够 单独使用或者两种以上并用。阳极侧导电层6的厚度例如为0. 01 100 μ m，优选为0. 1 10 μ m。染料敏化半导体层7形成于阳极侧导电层6的整个下表面(与电解质4相对的相 对面、表面)上。染料敏化半导体层7是由染料敏化半导体晶粒片状地层叠而形成的，这种染料敏 化半导体晶粒是例如在由金属氧化物构成的多孔质半导体晶粒上吸附染料而得到的。作为金属氧化物可举出例如氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化锆、氧化铪、氧 化锶、氧化铟、氧化钇、氧化镧、氧化钒、氧化铌、氧化钽、氧化铬、氧化钼、氧化铁、氧化镍、氧 化银等。优选举出氧化钛。作为染料可举出例如钌络合物、钴络合物等金属络合物、例如花青、部花青、酞菁、 香豆素、核黄素、氧杂蒽、三苯甲烷、偶氮、醌等有机类染料等。优选举出钌络合物、部花青。
染料敏化半导体晶粒的平均粒径为，一次粒径例如为5 200nm，优选8 lOOnm。染料敏化半导体层7的厚度例如为0. 4 100 μ m,优选为0. 5 50 μ m，更优选为 0. 5 15 μ m。如后面详细说明那样，对电极3形成为大致平板形状。密封层11在工作电极2与对电极3之间被配置在染料敏化太阳能电池1的周端 部(前后方向两端部和左右方向两端部)，在厚度方向上投影时，密封层11形成为大致矩形 框形状。更具体地说，密封层11由两个前后臂(前臂和后臂11A)和两个左右臂(左臂和 右臂)形成，该两个前后臂在左右方向上延伸而在前后方向上隔着间隔平行地形成，该两 个左右臂连结上述两个前后臂而在前后方向上平行地延伸。另外，密封层11与阳极侧导电层6、染料敏化半导体层7的左右方向两端部和前后 方向两端部相邻。作为形成密封层11的密封材料，可举出例如有机硅树脂、环氧树脂、聚异丁烯类 树脂、热熔树脂、玻璃料等。这些密封材料能够单独使用或者两种以上并用。另外，例如制备以包含上述密封材料为主要成分的树脂组合物来制作密封层11。密封层11的厚度(上下方向长度)例如为5 500 μ m，优选为5 100 μ m，更优 选为10 50μπι。另外，密封层11的宽度(前后臂的前后方向长度及左右臂的左右方向长度)例如 为0. 1 20mm，优选为1 5mm。在工作电极2与对电极3之间通过密封层11来密封电解质4。另外，例如将电解 质4制备成流体(流动)状、例如将电解质溶解到溶剂中而成的溶液(电解液)或者将该 溶液凝胶化得到的凝胶电解质等。电解质4的主要成分包含碘和/或碘与碘化合物的组合(氧化还原系)。
作为碘化合物可举出例如碘化锂(Li I)、碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)、碘化铯 (CsI)、碘化钙(CaI2)等金属碘化物；例如四烷基碘化铵、碘化咪唑鐺、吡啶鐺碘化物等有机 季铵盐碘化物等。另外，作为电解质4的副成分还可以包含例如溴等卤素(除了碘以外)、例如溴与 溴化合物的组合等卤素与卤素化合物的组合(除了碘与碘化合物的组合以外)。作为溶剂可举出碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯(ethylene carbonate)、碳酸异丙烯酯(propylene carbonate)等碳酸酯化合物；例如醋酸甲酯、丙酸 甲酯、Y-丁内酯等酯化合物；例如二乙醚、1，2_ 二甲氧基乙烷、1，3_ 二氧戊环、四氢呋喃、 2-甲基-四氢呋喃等醚化合物；例如3-甲基-2-恶唑烷酮、2-甲基吡咯烷酮等杂环化合物； 例如乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈等腈化合物；例如环丁砜、二甲亚砜、二甲基甲 酰胺等非质子性极性化合物等有机溶剂，或者水等水性溶剂。优选举出有机溶剂，更优选举 出腈化合物。相对于100重量份电解液，电解质的含有比例例如为0. 001 10重量份，优选 0. 01 1重量份。另外，电解质4中的电解质的浓度取决于电解质的分子量，但是能够将其 设定为规定浓度例如0. 001 10M，优选0. 01 1M。通过在电解液中按照适当的比例混合公知的凝胶化剂等来制备凝胶电解质。作为凝胶化剂可举出例如天然高级脂肪酸、氨基酸化合物等的多糖类等低分子凝 胶化剂、例如聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物等氟类高分子或者聚醋酸乙烯酯、聚 乙烯醇等乙烯类高分子等高分子凝胶化剂等。并且，如图4所示，在该染料敏化太阳能电池1中，使用作为本发明的染料敏化太 阳能电池用电极的一个实施方式的对电极3。该对电极3具备作为基板的阴极侧基板8 ；作为导电层的阴极侧导电层9，其形 成于阴极侧基板8的上表面(与电解质4相对的相对面、表面)；作为集电层的阴极侧集电 层14，其形成于阴极侧基板8的下表面(与电解质4相对的相对面的相反面、背面)；以及 作为导通部的阴极侧导通部(第一导通部)17。另外，对电极3具备催化剂层10、阴极侧覆 盖层20以及第一保护层13。阴极侧基板8形成为平板形状。更具体地说，在厚度方向上投影时，阴极侧基板8 形成为包含密封层11、后续说明的阴极侧导电层9以及阴极侧集电层14。另外，在厚度方向上投影时，阴极侧基板8被划分成密封区域30和提取区域31， 该密封区域30通过上述密封层11来密封电解质4，该提取区域31从后述的对电极3提取 H1^ ο如图1所示，在俯视观察时，密封区域30成为由密封层11包围的区域。在俯视观察时，提取区域31成为密封层11的外侧区域、主要是从密封层11的后 臂IlA起后侧的区域。另外，在阴极侧基板8上形成有作为贯通其厚度方向(上下方向)的开口部的阴 极侧开口部(第一开口部)18。阴极侧开口部18被设置在阴极侧基板8的密封区域30的后端部，与后述的阴极 侧导通部17对应地，在左右方向上隔着间隔形成多个(四个)阴极侧开口部18。在俯视观 察时，各阴极侧开口部18大致圆形状地形成开口。
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作为形成阴极侧基板8的材料，可举出与形成阳极侧基板5(参照图2及图3)的 材料相同的材料。基于使用性能的观点，优选塑料材料。阴极侧基板8的厚度例如为5 50 μ m，优选为12. 5 25 μ m。另夕卜，阴极侧开口 部18的最大长度(内径)例如为5 50 μ m，优选为12. 5 30 μ m。阴极侧导电层9被设置在阴极侧基板8的密封区域30的上表面。也就是说，阴极 侧导电层9在阴极侧基板8的上表面上被密封层11所包围。另外，阴极侧导电层9形成为 在前后方向上较长地延伸而在左右方向上隔着间隔形成多个(四个)的导电图案。另外， 在厚度方向上投影时，各阴极侧导电层9的后端部被配置成包含各阴极侧开口部18。作为形成阴极侧导电层9的导电材料可举出与上述阳极侧导电层6的导电材料相 同的导电材料。另夕卜，阴极侧导电层9的厚度例如为2 70 μ m，优选为5 35 μ m。如图1(虚线)及图4所示，阴极侧集电层14被设置成在阴极侧基板8中的密封 区域30和提取区域31这两者的下表面连续，在厚度方向上投影时，阴极侧集电层14形成 为向前方开口的大致梳形形状。另外，阴极侧集电层14形成为具备阴极侧集电布线15和 阴极侧集电端子16的集电图案。阴极侧集电布线15与各阴极侧导电层9对应地形成。更具体地说，在密封区域30 和提取区域31中在前后方向上延伸而在左右方向上隔着间隔形成多个(四个)阴极侧集 电布线15。详细地说，阴极侧集电布线15形成为前端部被配置于密封区域30中的阴极侧开 口部18的下侧而后端部被配置于提取区域31的下侧。此外，在厚度方向上投影时，阴极侧 集电布线15的前端部包含阴极侧开口部18。另外，在厚度方向上投影时，阴极侧集电布线15被配置成其前后方向两端之间与 密封层11的后臂IlA正交(交叉)而横穿后臂IlAo另一方面，在左右方向上投影时，阴极侧集电布线15被配置成在上下方向上与后 臂IlA隔着间隔。也就是说，形成为阴极侧集电布线15的前后方向两端之间在厚度方向上 与后臂IlA夹持阴极侧基板8。阴极侧集电端子16被设置于阴极侧基板8中的提取区域31的下表面。另外，阴极 侧集电端子16形成为在左右方向上延伸的直线状，形成为与阴极侧集电布线15相连。艮口， 在底视图中，阴极侧集电布线15的前端大致T字状地连接于阴极侧集电端子16的后端。作为形成阴极侧集电层14的导电材料可举出与上述阳极侧导电层6的导电材料 相同的导电材料。阴极侧集电层14的厚度例如为0. 1 100 μ m,优选为1 50 μ m。阴极侧导通部17被填充于阴极侧开口部18内。更具体地说，各阴极侧导通部17 形成为与各阴极侧导电层9和各阴极侧集电布线15连续。由此，阴极侧导通部17使阴极侧导电层9与阴极侧集电层14在阴极侧基板8的 厚度方向上电导通。作为形成阴极侧导通部17的导电材料可举出与上述阳极侧导电层6(参照图2) 的导电材料相同的导电材料。如图2至图4所示，催化剂层10形成于阴极侧导电层9的表面(与电解质4相对的相对面)。具体地说，催化剂层10形成为在阴极侧基板8上与阴极侧导电层9的前后两 个侧面、左右两个侧面及上表面连续。作为形成催化剂层10的催化剂材料可举出例如钼、钌、铑等贵金属材料；例如聚 二氧噻吩、聚吡咯等导电性有机材料、例如IT0、FT0、IZ0等金属氧化物材料；例如碳等碳材 料等。优选举出钼、碳。这些材料能够单独使用或者两种以上并用。催化剂层10的厚度例如为50nm 100 μ m,优选为IOOnm 50 μ m。阴极侧覆盖层20在阴极侧基板8下形成为覆盖阴极侧集电布线15的背面(与电 解质4相对的相对面的相反面)，使阴极侧集电端子16的背面(下表面和侧面)露出。更 具体地说，阴极侧覆盖层20形成为与阴极侧集电布线15的前侧面、左右两个侧面及下表面 连续。作为形成阴极侧覆盖层20的材料可举出例如上述酰亚胺类树脂、阻焊剂等绝缘 材料。阴极侧覆盖层20的厚度例如为0. 2 50 μ m，优选为5 30 μ m。如图2及图4所示，第一保护层13在阴极侧基板8下覆盖阴极侧集电端子16的 表面(与电解质4相对的相对面的相反面)。更具体地说，第一保护层13形成为与阴极侧 集电端子16的后侧面、左右两个侧面及下表面连续。作为形成第一保护层13的材料可举出例如镍、金、铬及它们的合金等耐腐蚀性材 料；例如唑类化合物、苯并咪唑化合物等水溶性焊剂材料(熔剂)等。这些材料能够单独使 用或者并用。第一保护层13的厚度例如为0.01 ΙΟμ ，优选为0.05 5μπι。并且，在制造该染料敏化太阳能电池1时，首先分别准备(或者制作)工作电极2、 对电极3、密封层11及电解质4。通过向下方依次层叠阳极侧基板5、阳极侧导电层6及染料敏化半导体层7来制作 工作电极2。例如以上述树脂组合物来制作密封层11。以上述电解液或者凝胶状电解质来制备电解质4。按照图5及图6示出的如下方法来制作对电极3。S卩，如图5的(a)所示，首先准备两层基材19，该两层基材19具有阴极侧基板8和 层叠在该阴极侧基板8上的导体箔(第一导体箔)32。在两层基材19中，导体箔32形成于阴极侧基板8的整个上表面。接着，如图5的(b)所示，在阴极侧基板8上形成阴极侧开口部18。例如通过蚀刻、穿孔加工等公知的方法来形成阴极侧开口部18。由此，在两层基材19中形成阴极侧基板8，该阴极侧基板8中形成有阴极侧开口部 18。接着，如图5的(c)所示，在导体箔32上表面形成防蚀涂层22。在导体箔32整个上表面层叠干膜抗蚀剂(未图示)之后，通过曝光和显影，以与 上述阴极侧导体层9相同图案来形成防蚀涂层22。接着，如图5的(d)所示，例如使用三氯化铁水溶液等蚀刻液来对从防蚀涂层22 露出的导体箔32进行化学蚀刻。
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之后，如图5的(e)所示，通过蚀刻或者剥离等来去除防蚀涂层22。由此，按照上述导电图案来形成阴极侧导电层9(减去法)。接着，虽未图示，但在阴极侧基板8下表面(包含阴极侧开口部18的内周面以及 从阴极侧开口部18露出的阴极侧导电层9下表面)形成导体薄膜(种膜)。导体薄膜例如 由铜、镍、铬等导体材料形成，例如通过溅射法来形成。接着，如图5的(f)所示，在未图示的导体薄膜的下表面，按照与阴极侧集电层14 的集电图案相反的图案来形成抗镀层23。在阴极侧基板8的整个下表面层叠干膜抗蚀剂之 后，通过曝光和显影，以上述图案来形成抗镀层23。接着，如图6的(g)所示，例如通过电解镀处理、无电解镀处理等镀处理，在从抗镀 层23露出的导体薄膜(未图示)下表面同时形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14。之后，如图6的(h)所示，去除抗镀层23和层叠有该抗镀层23的部分的导体薄膜 (未图示)。由此，按照上述图案来同时形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14(添加法 (additive method))。接着，如图6的⑴所示，形成催化剂层10，使其覆盖阴极侧导电层9。例如通过印刷法、喷涂法及物理蒸镀法等，将催化剂层10形成为上述图案。在印刷法中，例如按照上述图案在阴极侧导电层9的表面丝网印刷包含上述催化 剂材料的微粒的糊剂。在喷涂法中，例如首先制备利用公知的分散介质来使上述催化剂材料的微粒分散 而得到的分散液。另外，利用按照规定图案形成开口的掩模来覆盖阴极侧基板8上表面。之 后，从阴极侧基板8和掩模的上方喷射(喷涂)制备好的分散液。之后，去除掩模并使分散 介质蒸发。物理蒸镀法优选使用溅射法。具体地说，利用按照规定图案形成开口的掩模来覆 盖阴极侧基板8上表面之后，例如将催化剂材料作为靶材从上方进行溅射，之后去除掩模。在由贵金属材料形成催化剂层10的情况下，优选使用物理蒸镀法(例如真空蒸 镀、溅射等)，在由碳材料形成催化剂层10的情况下，使用印刷法或者喷涂法。接着，如图6的(j)所示，以覆盖阴极侧集电布线15的图案来形成阴极侧覆盖层 20。在形成阴极侧覆盖层20时，例如将感光性绝缘材料和阻焊剂的清漆涂覆到包含 阴极侧集电层14的阴极侧基板8整个下表面，使之干燥之后，隔着光掩模来进行曝光、显影 之后，根据需要使之固化。之后，如图6的(k)所示，以覆盖阴极侧集电端子16的图案来形成第一保护层13。例如通过利用上述耐腐蚀性材料进行溅射或者镀处理、或者通过向水溶液浸渍上 述水溶性焊剂材料来形成第一保护层13。由此，制作对电极3。接着，隔着间隔而相对配置工作电极2和对电极3，使染料敏化半导体层7与催化 剂层10相互对置。与此同时，通过将树脂组合物配置到工作电极2和对电极3之间，来设 置密封层11。然后，通过将电解质4填充到密封区域30，在工作电极2与对电极3之间通 过密封层11来密封电解质4。
由此，能够制造染料敏化太阳能电池1。并且，在这样得到的染料敏化太阳能电池1的对电极3中，在阴极侧基板8的厚度 方向上经由阴极侧导通部17，阴极侧导电层9与阴极侧集电层14进行电连接。因此，在使用该对电极3的染料敏化太阳能电池1中，不需要阴极侧导电层9贯通 于密封层11、尤其不需要贯通于后臂11A，从而能够确保密封层11对电解质4的良好的密 封性能。同时，还能够从阴极侧导电层9经由阴极侧导通部17和阴极侧集电布线15而从 阴极侧集电端子16高效率地提取发电得到的电。其结果，该染料敏化太阳能电池1能够防止发电效率的降低并且防止对周围造成 污染。此外，在上述说明中，通过减去法来形成阴极侧导电层9，但是例如也能够通过添 加法等公知的图案形成法来形成阴极侧导电层9。在添加法中，虽未图示，但是首先准备阴极侧基板8，接着通过溅射法在阴极侧基 板8的整个上表面形成导体薄膜。之后，按照与上述阴极侧导电层9的导电图案相反的图 案，利用干膜抗蚀剂形成抗镀层，接着通过镀处理来形成阴极侧导电层9。之后，去除抗镀层 及层叠有该抗镀层的部分的导体薄膜。另外，在上述说明中，同时形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14，虽未图示，但 是例如还能够依次形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14。S卩，代替图5的(a)的两层基材19而准备三层基材，该三层基材具备两层基材19 和层叠在该两层基材19的阴极侧基板8下的第二导体箔。接着，形成图5的(b)的阴极侧开口部18，并且在第二导体箔中的与阴极侧开口部 18对应的部分形成导体开口部。接着，遵照图5的(c)至图5的(e)的减去法来形成阴极侧导电层9。接着，代替图5的(f)至图6的(h)的添加法，例如通过印刷法或者镀处理等将阴 极侧导通部17来填充到阴极侧开口部18，并且通过与上述相同的方法将导体材料填充到 导体开口部。接着，通过减去法来形成阴极侧导电层9。优选的是同时形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14。由此，一同形成阴极侧导 通部17和阴极侧集电层14，因此能够更可靠地连接阴极侧导通部17和阴极侧集电层14， 从而能够更进一步防止发电效率的降低。另外，阴极侧导通部17与阴极侧集电层14之间的密合性提高，因此更进一步防止 从阴极侧导通部17与阴极侧集电层14之间的边界漏出电解质4，能够更进一步防止染料敏 化太阳能电池1对周围造成污染。并且，同时形成阴极侧导通部17和阴极侧集电层14，因此能够简化制造工序，能 够更进一步实现批量生产和低成本。图7是本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(对于一个阴极侧集电 层设置一个阴极侧导电层的方式)的俯视图，图8是图7示出的染料敏化太阳能电池沿 VIII-VIII线的截面图，图9是本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(对于一个阴 极侧导电层设置多个阴极侧导通部的方式)的俯视图，图10是图9示出的染料敏化太阳能 电池沿X-X线的截面图，图11是本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式(阴极侧集 电端子被设置于阴极侧基板的表面上的方式)的俯视图，图12是图11示出的染料敏化太阳能电池沿X H-X II线的截面图，图13是本发明的染料敏化太阳能电池的其它实施方式 (阴极侧导电层具备集电部的方式)的截面图，图14是图13的染料敏化太阳能电池(阳 极侧导通部和阴极侧导通部分别被设置于工作电极和对电极的方式)沿XIV-XIV线的截面 图，图15是图13的染料敏化太阳能电池(阳极侧导通部和阴极侧导通部分别被设置于工 作电极和对电极的方式)沿XV-XV线的截面图。此外，在图13中，为了明确表示对电极3的阴极侧导电层9和阴极侧集电层14的 相对位置，省略了工作电极2。在上述说明中，对于一个阴极侧集电层14设置多个(四个)阴极侧导电层9，但 是，如图7及图8所示，例如对于一个阴极侧集电层14还能够设置一个阴极侧导电层9。在图7及图8中，在俯视观察时，阴极侧导电层9形成为一片大致矩形平板形状， 被配置于密封区域30的前后方向中央和左右方向中央。在阴极侧基板8中的与阴极侧导电层9的后端部的左侧部对应的位置形成有一个 阴极侧开口部18。与阴极侧开口部18对应地形成一个阴极侧导通部17。如图7所示，对于一个阴极侧集电层14设置一个阴极侧导电层9，由此能够简单地 构成阴极侧导电层9，与图1的阴极侧导电层9相比，能够以较大面积形成阴极侧导电层9， 能够提取大容量的电。另一方面，如图1所示，对于一个阴极侧集电层14设置多个阴极侧导电层9，由此 与图7的阴极侧导电层9相比，能够确保较多的集电位置，能够实现高效率的集电。此外，在图1中，对于一个阴极侧集电层14设置四个阴极侧导电层9，但是只要其 数量为多个则不特别进行限定，例如能够设置两个或者三个、例如五个以上、优选一百个以上。另外，在上述说明中，对于一个阴极侧导电层9设置一个阴极侧导通部17，但是， 如图9及图10所示，例如对于一个阴极侧导电层9还能够设置多个(五个)阴极侧导通部 17。在图9及图10中，在前后方向上相互隔着间隔配置有与一个阴极侧导电层9对应 的多个阴极侧导通部17。另外，在阴极侧基板8中，在各阴极侧导电层9下形成有与阴极侧导通部17对应 的多个阴极侧开口部18。如图9及图10所示，对于各(一个)阴极侧导电层9设置多个阴极侧导通部17， 由此与图1的阴极侧导通部17相比，能够沿前后方向均勻地集电。因此，能够实现高效率 的集电。另外，在上述说明中，将阴极侧集电端子16设置于阴极侧基板8下表面，但是，如 图11及图12所示，例如还能够将阴极侧集电端子16设置于阴极侧基板8上表面。在图11及图12中，阴极侧集电端子16被设置在阴极侧基板8上表面(与电解质 4相对的相对面、表面)中的提取区域31。另外，在阴极侧基板8中，在提取区域31，在与各阴极侧集电布线15的后端部对应 的位置处形成有贯通厚度方向的第二开口部33。第二开口部33形成为在俯视观察时大致呈圆形状的开口，在宽度方向上隔着间
12隔形成多个(四个)第二开口部33，在各第二开口部33中填充有第二导通部34。第二导通部34使阴极侧集电端子16与阴极侧集电布线15的后端部在厚度方向 上电导通。作为形成第二导通部34的材料可举出与上述阴极侧导通部(第一导通部)17 相同的导电材料。关于图11及图12的对电极3的制造，除了以下方面以外，与上述同样地制造与 阴极侧开口部(第一开口部)18同时形成第二开口部33，与阴极侧导通部(第一导通部)17 同时形成第二导通部34，与阴极侧导电层9同时形成阴极侧集电端子16。如图11及图12所示，通过将阴极侧集电端子16设置于阴极侧基板8上表面，能 够通过阴极侧基板8来保护来自外部、更具体地说是来自阴极侧基板8的下方的接触。因 此，能够确保良好的连接可靠性。另一方面，如图2及图4所示，通过将阴极侧集电端子16设置于阴极侧基板8下 表面，能够将电容易地提取到外部、更具体地说是提取到阴极侧基板8的下方。因此，能够 确保良好的使用性能。另外，在上述图2及图4示出的对电极3中，将阴极侧集电端子16设置于阴极侧 基板8下表面中的提取区域31，但是，虽未图示，例如还能够设置于密封区域30。通过将阴极侧集电端子16设置于密封区域30，能够不需要在阴极侧基板8中划分 提取区域31。因此，能够使阴极侧基板8小型化，能够使对电极3小型化。或者，不需要提 取区域31，与此相应地能够以较大面积确保密封区域30，因此能够以较大面积确保阴极侧 集电层14和催化剂层10，从而能够提高发电效率。另外，在上述说明中，利用催化剂层10来覆盖阴极侧导电层9的整个表面，但是， 如图13至图15所示，例如还能够利用催化剂层10来覆盖阴极侧导电层9表面的一部分而 使其余的部分露出来设为集电部36。在图13至图15的对电极3中，俯视观察时，各阴极侧导电层9形成为向后侧开口 的大致U字形状，更具体地说，阴极侧导电层9具备连续的导电部35和集电部36、及连结部 37，该导电部35和集电部36在前后方向上延伸而左右方向上相互隔着间隔配置，该连结部 37连结导电部35和集电部36的前端部。导电部35被配置在各阴极侧导电层9中的左侧，其表面被催化剂层10所覆盖。在右侧与导电部35隔着间隔配置集电部36。集电部36的后端部与阴极侧导通部 17连续。集电部36和连结部37的表面从催化剂层10露出，另一方面，在它们的表面上形 成第二保护层21。作为形成第二保护层21的材料，可举出与形成上述第一保护层13的材料相同的 材料。另外，第二保护层21的厚度与第一保护层13的厚度相同。关于图14及图15示出的对电极3的制造，除了与第一保护层13同时形成第二保 护层21以外，与上述同样地制造。并且，在该对电极3中，能够经由连结部37、集电部36及阴极侧导通部17从阴极 侧集电层14高效率地提取在导电部35中产生的电。另外，在上述说明中，将导通部仅设置于对电极3，将该对电极3作为本发明的染 料敏化太阳能电池用电极的一例而进行例示，但是，例如能够将导通部仅设置于工作电极2，将该工作电极2作为本发明的染料敏化太阳能电池用电极的一例而进行例示，并且，如 图14及图15所示，还能够将导通部设置于工作电极2和对电极3这两者，将工作电极2和 对电极3这两者作为本发明的染料敏化太阳能电池用电极的一例而进行例示。在图14及图15中，工作电极2具备作为基板的阳极侧基板5 ；形成于阳极侧基 板5下表面(与电解质4相对的相对面、表面)的作为导电层的阳极侧导电层6;形成于阳 极侧基板5上表面(与电解质相对的相对面的相反面、背面)的作为集电层的阳极侧集电 层M ；以及作为导通部的阳极侧导通部27。另外，工作电极2具备染料敏化半导体层7、阳 极侧覆盖层四、第三保护层38及第四保护层39。工作电极2的阳极侧基板5、阳极侧导电层6、阳极侧集电层24、阳极侧导通部27、 染料敏化半导体层7、阳极侧覆盖层四、第三保护层38及第四保护层39相对于对电极3的 上述阴极侧基板8、阴极侧导电层9、阴极侧集电层14、阴极侧导通部17、催化剂层10、阴极 侧覆盖层20、第一保护层13及第二保护层21，在以电解质4为中心的厚度方向上呈大致对 称的形状分别形成。S卩，阳极侧基板5被划分为密封区域30和提取区域31。另外，在阳极侧基板5上 形成阳极侧开口部观，该阳极侧开口部观作为填充阳极侧导通部27的开口部。阳极侧导电层6具备导电部35 (图15)、集电部36及连结部37 (图14及图15中 未图示)，导电部35、集电部36及连结部37相对于阴极侧导电层9的导电部35、集电部36 及连结部37，在以电解质4为中心的厚度方向上呈大致对称的形状分别形成。另外，阳极侧集电层M具备阳极侧集电布线25及阳极侧集电端子沈，阳极侧集电 布线25及阳极侧集电端子沈相对于阴极侧集电层14的阴极侧集电布线15及阴极侧集电 端子16，在以电解质4为中心的厚度方向上呈大致对称的形状分别形成。另外，阳极侧覆盖层四覆盖阳极侧集电布线25的表面。第三保护层38覆盖阳极侧集电端子沈的表面。第四保护层39覆盖阳极侧导电层6的集电部36的背面。在该工作电极2中，在阳极侧基板5的厚度方向上经由阳极侧导通部27，阳极侧导 电层6与阳极侧集电层M进行电连接。因此，在使用该工作电极2的染料敏化太阳能电池1中，不需要阳极侧导电层6贯 通于密封层11，尤其不需要贯通于后臂11A，从而能够确保密封层11对电解质4的良好的 密封性能。同时，还能够经由阳极侧导通部27和阳极侧集电布线25从阳极侧集电端子沈 高效率地提取发电得到的电。其结果，在该染料敏化太阳能电池1中，能够防止发电效率的降低并且防止对周 围造成污染。而且，在图14及图15的染料敏化太阳能电池1中，在对电极3和工作电极2这两 者上分别设置有上述阴极侧导通部17及阳极侧导通部27，因此能够更进一步防止发电效 率的降低以及对周围造成污染。此外，作为本发明的例示性的实施方式而提供了上述说明，但是这些仅是例示，不 应该限定地进行解释。本领域技术人员可知的本发明的变形例也被包含在本发明的保护范 围内。
权利要求
1.一种染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于，具备 基板；导电层，其形成于上述基板的表面，被用于密封电解质的密封层所包围； 集电层，其形成于上述基板的背面；以及导通部，其使上述导电层与上述集电层在上述基板的厚度方向上电导通。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 在上述基板的厚度方向上投影时，上述集电层被配置成横穿上述密封层。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 在上述基板上形成有贯通厚度方向的开口部，上述导通部被填充于上述开口部内。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 对于一个上述集电层，设置有多个上述导电层。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 对于一个上述导电层，设置有多个上述导通部。
6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 上述集电层具备集电布线，其与上述导通部相连而形成；以及 集电端子，其与上述集电布线相连而形成， 其中，上述集电端子被设置于上述基板的表面。
7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池用电极，其特征在于， 上述集电层具备集电布线，其与上述导通部相连而形成；以及 集电端子，其与上述集电布线相连而形成， 其中，上述集电端子被设置于上述基板的背面。
8.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，具备 工作电极；对电极，其与上述工作电极隔开间隔而相对配置； 密封层，其被配置于上述工作电极与上述对电极之间；以及 电解质，其被填充于上述工作电极与上述对电极之间，并被上述密封层所密封， 其中，上述工作电极和/或上述对电极为染料敏化太阳能电池用电极，上述染料敏化 太阳能电池用电极具备 基板；导电层，其形成于上述基板的表面，被用于密封电解质的密封层所包围； 集电层，其形成于上述基板的背面；以及导通部，其使上述导电层与上述集电层在上述基板的厚度方向上电导通。
全文摘要
本发明提供一种染料敏化太阳能电池用电极及染料敏化太阳能电池，染料敏化太阳能电池用电极具备基板；导电层，其形成于基板的表面，被用于密封电解质的密封层所包围；集电层，其形成于基板的背面；以及导通部，其使导电层与集电层在基板的厚度方向上电导通。
文档编号H01G9/20GK102064023SQ20101054642
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者井上真一, 椎原来充惠, 花园博行 申请人:日东电工株式会社