JP2023521485A - 光起電力装置 - Google Patents

Abstract

【要約】本発明は、光吸収層（３）を備えた作用電極、多孔質導電層（６）を含む対向電極、および前記対向電極と前記作用電極との間で電荷を移動させるための導電媒体を含む太陽電池ユニット（２ａ）と、前記多孔質導電層（６）に電気的に接続された導電体（７）とを含む光起電力装置（１ａ）に関する。前記太陽電池ユニット（２ａ）は、前記導電体（７）と前記多孔質導電層（６）との間に配置されて前記導電体を前記多孔質導電層に取り付けるための少なくとも１つの接着層（８）を備える。前記接着層（８）が、接着剤と、前記接着剤中に導電ネットワークを形成するように分布した導電性粒子を含む。【選択図】図１

Description

技術分野
本発明は、光起電力装置に関する。より詳細には、本発明は、導電層および導電層に取り付けられた導電体を備えた光起電力装置に関する。

背景
光起電力装置は、光を電気に変換する機能を提供する。典型的な光起電力装置は、１つまたは複数の太陽電池を備える。太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するためのよく知られた装置である。太陽電池は、太陽放射を収集するために通常の動作中に太陽に面する前面と、前面とは反対側の背面とを有する。

ＥＰ２６２５７０３Ｂ１は、多孔質導電層を含む対向電極を備えた色素増感太陽電池を開示している。多孔質導電層は、対向電極から作用電極に電子を移動させるためのイオンを含む電解液と接触している。電解液は、多孔質導電層を通して浸透する。電解液は腐食性が強い。そのため、多孔質導電層の材料は耐腐食性がなければならない。多孔質導電層は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金、またはそれらの混合物から構成されるものであってもよい。

ＷＯ２０１９／２１９５３８は、太陽電池ユニットを備えた光起電力装置を開示しており、前記太陽電池は、前記太陽電池ユニットの上面に配置された多孔質光吸収層を備えた作用電極と、前記光吸収層から光生成電子を取り出すための多孔質上部導電層であって前記光吸収層が前記上部導電層の上部に配置された前記多孔質上部導電層と、絶縁材料からなる多孔質基板であって前記多孔質基板の一方の面に前記多孔質上部導電層が形成されている前記多孔質基板と、前記太陽電池ユニットの底面に配置された多孔質下部導電層を含む対向電極であって、前記多孔質下部導電層が前記多孔質基板の反対面に形成されている前記対向電極とを含む。前記光起電力装置は、前記対向電極と前記作用電極との間で電荷を移動させるための、液体電解質などの導電媒体を備える。前記多孔質導電層は、チタンまたはその合金で構成されていてもよい。

光起電力装置は、太陽電池から電解液が漏出しないように、太陽電池ユニットを封止する封止体を備える。この光起電力装置の問題は、腐食性の電解液とともに封止された、光起電力装置からの生成電力を、いかにして光起電力装置の外に導くかということである。この問題は、多孔質導電層にチタンやその合金などの、耐腐食性材料からなる導電体を適用することで解決される。導電体は、太陽電池ユニットと封止体との間に配置される。封止体には、光起電力装置で生成された電力にアクセスするための貫通部が設けられている。例えば、封止体の外からの配線が貫通部を通り、導電体に電気的に接続される。貫通部は、液体が貫通部を透過できるように、封止体を通る配線の周囲に密着している。

しかしながら、導電体と多孔質導電層との間に良好な電気的接触が得られるように、導電体を多孔質導電層にどのように取り付けるかが問題である。多孔質導電層と導電体との間の接触が悪いと、太陽電池ユニットの効率が低下する。高効率の太陽電池を得るためには、導電体と多孔質導電層との間の電気抵抗が低いことが重要である。チタンなどの耐腐食性材料は溶融温度が高いため、導電体と導電層との接合に溶接やハンダ付けを用いることができない。また、導電層が多孔質であり、空洞を有する粗い表面を有するため、導電体と多孔質導電層との良好な電気的および機械的接触を得ることがより困難であるという難点もある。さらに、導電層は多孔質であるため壊れやすく、機械的な力に対して傷つきやすい。また、太陽電池ユニットに封止される電解液の腐食性と化学反応性が高いことも難点である。電解液が周囲に漏出しないように、太陽電池ユニットを適切に密封することが重要である。

要約
本発明は、上記課題を少なくとも部分的に克服することを目的とする。
この目的は、請求項１で規定される光起電力装置によって実現される。
光起電力装置は、光吸収層を備えた作用電極と、多孔質導電層を含む対向電極と、前記対向電極と前記作用電極との間で電荷を移動させるための導電媒体と、前記多孔質導電層に電気的に接続された導電体とを含む太陽電池ユニットを備える。前記太陽電池ユニットは、前記導電体を前記多孔質導電層に取り付けるために前記導電体と前記多孔質導電層との間に配置された少なくとも１つの接着層を備え、前記接着層は、接着剤と、前記接着剤中に導電ネットワークが形成されるように前記接着剤中に分布した導電性粒子を含む。

導電体は、少なくとも１つの接着層中の導電性粒子のネットワークを介して導電層と電気的に接触している。接着剤により、多孔質導電層の表面に接着することが可能になる。さらに、接着剤を塗布することにより、多孔質導電層に機械的な力が加わることはなく、したがって、多孔質導電層の表面に損傷を与えることがなくなる。

接着剤を溶かすのに必要な温度は、溶接やはんだ付けに必要な温度と比較して低い。太陽電池ユニットの製造が容易になる。

好ましくは、多孔質導電層は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金のいずれか、またはそれらの混合物などの耐腐食性材料からなる。したがって、多孔質導電層は、電荷を移動させるための媒体としての電解質との接触に耐えることができる。

一実施形態によれば、光起電力装置は、太陽電池ユニットを取り囲む封止体を備え、封止体は、少なくとも一部の接着層を含む貫通孔が設けられ、導電体は、接着層に取り付けられて封止体の外に延びる。接着層は、貫通孔を密封し、導電媒体が貫通孔を通して太陽電池から漏出することを防止する。接着層中の導電性粒子のネットワークにより、導電体は、多孔質導電層との電気的接触を提供するために、貫通孔を通って入る必要がない。したがって、導電媒体の漏出の危険性がさらに低減される。また、導電体は、封止体の外に配置され、接着層を介して多孔質導電層と電気的に接触している。その結果、導電体は導電媒体と接触しないので、耐腐食性材料からなる必要がない。したがって、導電体は、銅や銀など、一般的に使用される導電材料からなり得る。

接着層は、導電体と多孔質導電層との電気的接続を与え、導電体を多孔質導電層に取り付け、貫通孔を密封して太陽電池の外への導電媒体の漏出を防止し、導電体と太陽電池ユニット内の導電媒体との接触を防止するという３つの機能を有している。

一実施形態によれば、封止体は、封止体を太陽電池ユニットに取り付けるための粘着層（gluing layer）を備え、粘着層は、接着層の接着剤と同じ材料からなる。これにより、封止体の粘着層と接着剤とは、電解液に耐える能力が同じように要求されるため、有利である。また、接着剤と封止体の粘着層とが同じ溶融温度であるため、光起電力装置の製造も容易になる。

一実施形態によれば、太陽電池ユニットは、導電体と多孔質導電層との間に配置された無孔質（non-porous）導電障壁を備え、少なくとも１つの接着層は、多孔質導電層と導電障壁との間に配置されて導電障壁を多孔質導電層に取り付けるための第１接着層と、導電障壁と導電体との間に配置されて導電体を導電障壁に取り付けるための第２接着層とを備えている。導電媒体がイオンを含む電解質である場合、イオンが接着層を通過してしまうことがある。これを防ぐために、第１接着層と第２接着層の間に導電障壁が配置されている。

一実施形態によれば、封止体は、第１接着層および第２接着層と導電障壁とを取り囲む。封止体により、電解液中のイオンが第２接着層に入り込み、それによって太陽電池ユニットの外に漏出することが防止される。

好ましくは、導電障壁は、太陽電池の導電媒体に耐えることができる導電材料からなる固体平板片である。

一実施形態によれば、導電障壁の厚さは、少なくとも１０ｎｍである。

一実施形態によれば、導電障壁は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金のいずれか、またはそれらの混合物を含む。

一実施形態によれば、導電障壁は、チタンまたはその合金からなる。これにより、チタンは電解液に耐えることができるため、導電障壁の腐食を防止することができる。

一実施形態によれば、接着層の厚さは、少なくとも３μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも１０μｍである。これにより、接着層と多孔質導電層との間の良好な機械的接触が確保される。

一実施形態によれば、接着層は、最大で４０ｖｏｌ‐％の導電性粒子を含み、ここでｖｏｌ‐％は接着層の総体積に対する割合である。つまり、接着層は、少なくとも６０ｖｏｌ％の接着剤を含む。したがって、接着層の十分な接着能力が得られる。

一実施形態によれば、接着層は、少なくとも２０ｖｏｌ‐％の導電性粒子を含む。これにより、接着層の良好な電気伝導性が確保される。

好ましくは、接着層は、２０～４０ｖｏｌ‐％の導電性粒子を含む。

一実施形態によれば、導電性粒子の少なくとも８０ｗｔ‐％は、５μｍ以下のサイズを有し、ここでｗｔ‐％は、導電性粒子の総重量に対する割合である。好ましくは、導電性粒子の少なくとも８０ｗｔ‐％は、３μｍ以下のサイズを有する。これにより、多孔質導電層との電気的接触が良好になる。導電性粒子が小さいため、多孔質導電層の表面の凹凸や空洞に収まることができ、導電性粒子と多孔質導電層との間の良好な電気的接触が得られるようになる。

一実施形態によれば、接着層は、２００ｎｍより小さいサイズを有する導電性粒子と、１μｍより大きいサイズを有する導電性粒子との混合物を含む。大きい粒子と小さい粒子との混合物は、小さい粒子が大きい粒子間の空間を埋め、大きい粒子を電気的に接続するので、接着剤中に形成される導電ネットワークを改善することができる。

一実施形態によれば、１μｍより大きい導電性粒子と２００ｎｍより小さい導電性粒子との質量比は、１．５と３との間である。質量比とは、接着層中の大きい粒子の質量を接着層中の小さい粒子の質量で割った値を意味する。これにより、接着剤中に形成される導電ネットワークをさらに改善することができる。

好ましくは、接着剤は、化学的に耐性のあるプラスチック材料からなる。導電媒体が電解質である場合、接着剤は電解質に耐えることができ、かつ、電解質中のイオンと反応しない材料からなるものでなければならない。既知のプラスチック材料のほとんどは、電解質との接触に耐えられない。また、エポキシなどの既知の接着性プラスチック材料は、すぐに電解液と反応してしまい、使用することができない。

一実施形態によれば、接着剤は、ポリエチレン、またはポリプロピレン、またはアイオノマー、またはそれらの混合物である。それらの材料は、太陽電池で使用される電解質に耐えることができる。

一実施形態によれば、接着剤はポリエチレンを含む。ポリエチレンは、チタンなどの非腐食性材料への接着能力が高く、Ｉ^－，Ｉ_３ ^－イオン対を含む電解質などの太陽電池に使用される電解質に耐えられることが試験で示されている。さらに、ポリエチレンは安価な材料である。

一実施形態によれば、粘着層は、ポリエチレン、またはポリプロピレン、またはアイオノマー、またはそれらの混合物を含む。

一実施形態によれば、接着剤と粘着層の溶融温度は実質的に等しいか、または接着剤の溶融温度は封止体の溶融温度より低い。これにより、封止体の積層中に接着剤が溶融するので、光起電力装置の製造が容易になる。したがって、光起電力装置の製造時に余分な加熱工程を必要としない。

一実施形態によれば、接着剤はポリエチレンを含み、封止体の粘着層はポリエチレンを含む。ポリエチレンは、電解液に耐えることができるため、適切な材料であることが試験により示されている。

一態様では、導電媒体は電解質である。一態様では、導電媒体は、イオン系電解質である。電解質は、液体電解質、ゲル、または固体であってもよい。

一態様では、電解質は、ヨウ化物／三ヨウ化物電解質、銅錯体系電解質、コバルト錯体系電解質のいずれか、またはそれらの組合せである。

一実施形態によれば、導電性粒子は、カーボンを含む。カーボンはチタンとの電気的接触が良好であるため、多孔質導電層がチタンからなる場合、導電性粒子中にカーボンを使用することが有利である。さらに、カーボンは安価な材料である。

一態様では、導電性粒子はバッテリーグレードカーボンからなる。通常のカーボンは、例えば鉄などの不純物を含んでおり、太陽電池の性能を損なう可能性がある。バッテリーグレードカーボンは、バッテリーや燃料電池のカーボン用に開発されたものであり、通常のカーボンよりも純度が高いため、太陽電池に使用するのに適している。

一実施形態によれば、導電性粒子は、バッテリーグレードグラファイトおよびバッテリーグレードカーボンブラックからなる。バッテリーグレードグラファイトは、より大きなカーボン粒子であり、バッテリーグレードカーボンブラックは、より小さなカーボン粒子である。バッテリーグレードグラファイトとバッテリーグレードカーボンブラックの混合物を使用すると、小さな粒子が大きな粒子間の空間を埋め、大きな粒子を電気的に接続するので、接着剤中に良好な導電ネットワークを得ることができる。

一実施形態によれば、導電性粒子は、結晶性グラファイト、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、およびグラフェンからなる群における１つまたは複数からなる。

一実施形態によれば、導電性粒子は、チタン、ニッケル、モリブデン、コバルト、およびニオブのうち１つ以上を含む金属または金属合金からなる。金属合金としては、水素化チタン、窒化ホウ素またはケイ化チタンなど、いずれの金属の窒化物、水素化物、ケイ化物、炭化物であってもよい。

一実施形態によれば、導電性粒子は、チタンまたはその合金からなる。
一実施形態によれば、多孔質導電層は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金のいずれか、またはそれらの混合物からなる。

一実施形態によれば、多孔質導電層は、チタンまたはその合金を含む。一態様では、多孔質導電層は、チタンまたはその合金から構成される。

一実施形態によれば、太陽電池ユニットは、絶縁材料からなる多孔質基板と、前記多孔質基板の一方の面に形成され、前記光吸収層から光生成電子を取り出すための上部導電層と、前記第２導電層と電気的に接触する第２導電体とを備え、前記多孔質基材の一部は、前記第２導電体と前記上部導電層との間に配置された導電材料を備え、前記光起電力装置は、前記第２導電体を前記多孔質基板に接着するため、前記第２導電体と前記多孔質基材の一部との間に配置された、前記導電性粒子を含む前記接着剤を含む、少なくとも１つの接着層を備える。

図面の簡単な説明
次に、添付の図面を参照して、本発明のさまざまな実施形態の説明により、本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明による光起電力装置の第１実施例を示す。
図２は、導電体と多孔質導電層との間に配置された接着層の第１実施例を示す。
図３は、導電体と多孔質導電層との間に配置された接着層の第２実施例を示す。
図４は、本発明による光起電力装置の第２実施例を示す。
図５は、図４に示す光起電力装置の一部を拡大して示す。
図６は、図４における導電体と多孔質導電層との間に配置された接着層の第２実施例を示す。
図７は、本発明による光起電力装置の第３実施例を示す。
図８は、本発明による光起電力装置の第４実施例を示す。

詳細な説明
以下、本開示の態様を、添付図面を参照しながらより完全に説明する。しかしながら、光起電力装置は、多くのさまざまな形態で実現することができ、本明細書に記載された態様に限定されるものと解釈されるべきではない。図面中の同様の番号は、全体を通して同様の要素を指すものとする。

本明細書で使用される用語は、本開示の特定の態様を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明確に別のことを示さない限り、同様に複数形も含むことが意図される。

別段の規定がない限り、本明細書で使用されるすべての用語は、本開示が属する技術分野における通常の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。

図１は、本発明による光起電力装置１ａの第１実施例を示す。光起電力装置１ａは、光吸収層３を備えた作用電極と、多孔質導電層６を備えた対向電極と、前記対向電極と前記作用電極との間で電荷を移動させるための導電媒体（図示せず）とを含む太陽電池ユニット２ａを備える。太陽電池ユニット２ａは、導電体７と、導電体７と多孔質導電層６との間に配置された接着層８とを備える。接着層８は、前記多孔質導電層６と機械的および電気的に直接接触している。接着層８は、多孔質導電層６に接着している。導電体７は、接着層８によって、多孔質導電層６に取り付けられている。接着層８は、導電体７と多孔質導電層６との間の接着剤として機能する。

導電体７は、例えば、電線または導電棒である。光起電力装置１ａは、導電媒体を含む太陽電池ユニット２ａを封止する封止体９を備える。封止体９は、太陽電池ユニットから導電媒体が漏出することを防止する。導電体７は、接着層８に取り付けられて封止体９の外に延びる。

一態様において、光吸収層３は、多孔質であり、太陽電池ユニット２ａの上面に配置されている。光吸収層３は、太陽に面して受光する。太陽電池ユニット２ａは、光吸収層３から光生成電子を取り出すための上部多孔質導電層４をさらに備えている。この実施例では、光吸収層３は、上部導電層４の上部に配置されている。この実施例では、太陽電池ユニット２ａは、絶縁材料からなる多孔質基板５を備え、多孔質基板５の一方の面に上部導電層４が形成されている。導電層６（以下、下部導電層６と称する）は、太陽電池ユニットの底面に配置されている。この実施例では、下部導電層６は、多孔質基材５の反対面に形成されている。多孔質光吸収層３、上部および下部多孔質導電層、および多孔質基板５の孔内には、導電媒体、例えば電解質が浸透している。導電媒体は、下部導電層６と光吸収層３との間で電荷を移動させる。一態様において、導電媒体は、電解質である。導電媒体は、イオン系電解質であり得る。例えば、電解質は、ヨウ化物／三ヨウ化物電解質、銅錯体系電解質、またはコバルト錯体系電解質、またはそれらの組み合わせのいずれかである。このような電解質は、非常に腐食性が高い場合がある。

好ましくは、以下に限定されないが、上部および下部多孔質導電層は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金、またはそれらの混合物などの耐腐食性材料からなる。したがって、多孔質導電層は、電荷を移動させるための媒体としての電解質との接触に耐えることができる。好ましくは、上部および下部の多孔質導電層は、チタンまたはその合金を含む。

接着層８は、接着剤と、前記接着剤中に分散された導電性粒子とを含み、前記接着剤中に導電ネットワークを形成して導電体７と下部多孔質導電層６との間の電気的接触が得られる。図２および図３は、導電体７と下部多孔質導電層６との間に配置された接着層８ａおよび８ｂの２つの実施例を示している。接着層８は、接着層８ａおよび８ｂのいずれでもあり得る。接着層８ａおよび８ｂのそれぞれは、接着剤２０と、前記接着剤中に導電ネットワークが形成されるように接着剤２０中に分布した導電性粒子２２、２２ａ‐ｂを含む。つまり、導電性粒子は、接着剤を介した導電路を形成するように、互いに電気的に接触している。導電性粒子は、接着剤中に良好に分散していることが好ましい。

接着層８、８ａ‐ｂの厚さは、導電体７と下部多孔質導電層６との間の十分な機械的接触を得るために、少なくとも３μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも１０μｍである。好ましくは、導電性粒子２２、２２ａ、２２ｂの少なくとも８０ｗｔ‐％が５μｍ以下のサイズを有し、最も好ましくは、導電性粒子２２、２２ａ、２２ｂが３μｍ以下のサイズを有する。ｗｔ％は、接着層中の導電性粒子の総重量に対する割合である。これにより、多孔質導電層６との電気的接触が良好になる。また、導電性粒子は小さいため、多孔質導電層の表面の凹凸や空洞に収まることができ、導電性粒子と多孔質導電層６との間の良好な電気的接触が得られるようになる。

好ましくは、以下に限定されないが、導電性粒子２２、２２ａ‐ｂは、カーボンからなる。カーボンはチタンとの電気的接触が良好であるため、多孔質導電層６がチタンからなる場合、導電性粒子にカーボンを用いることが有利である。好ましくは、導電性粒子は、バッテリーグレードカーボンからなる。通常のカーボンは不純物を含む場合があり、太陽電池の性能を損なう可能性がある。バッテリーグレードカーボンは、バッテリーや燃料電池のカーボンとして開発されたものであり、通常のカーボンよりも純度が高いため、太陽電池に使用するのに適している。導電性粒子２２、２２ａ‐ｂは、例えば、結晶性グラファイト、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブ、またはグラフェンからなる。

導電媒体がイオン系の電解質である場合、接着剤２０は、電解質に耐えることができ、かつ、電解質中のイオンと反応しない材料からなるものでなければならない。適切には、接着剤２０は、化学的に耐性のあるプラスチック材料からなる。例えば、接着剤は、ポリエチレン、またはポリプロピレン、またはアイオノマーまたはそれらの混合物からなる。それらの材料は、太陽電池に一般的に使用される電解質に耐えることができるので、適している。例えば、接着剤２０は、ポリエチレンからなる。ポリエチレンは、チタンなどの非腐食性材料への接着能力が高く、ヨウ化物Ｉ^－および／または三ヨウ化物Ｉ_３ ^－イオンを含む電解質などの太陽電池に使用される電解質に耐えられることが試験で示されている。

封止体９は、太陽電池ユニット２ａの上面を覆う少なくとも一部が透明な上部シートと、太陽電池ユニットの底面を覆う下部シートとを備えてもよい。封止体９は、異なる機能を有する複数の層を含んでもよい。封止体９は、導電媒体が太陽電池から漏出することを防止する障壁層１０を備えてもよい。封止体９は、封止体９を太陽電池に取り付けるための粘着層１１をさらに備えてもよい。粘着層１１は、障壁層１０と太陽電池２ａとの間に配置されている。粘着層１１は、導電媒体が太陽電池から漏出することを防止する障壁としても機能する。導電媒体が腐食性の電解質である場合、封止体の粘着層１１は、電解質に耐えることができる材料からなる必要がある。封止体と接着剤とは、電解液に耐える能力が同じように要求されるため、接着剤２０と封止体９とが同じ材料からなると有利である。また、接着剤と封止体が同じ溶融温度であるため、光起電力装置の製造も容易になる。適切には、接着剤および封止体は、ポリエチレンからなる。例えば、粘着層１１は、ポリエチレン、またはポリプロピレン、またはアイオノマーまたはそれらの混合物からなる。例えば、封止体９は、ポリエチレンからなる。ポリエチレンは、電解液に耐えることができ、かつ、透明であるため、適切な材料である。

一態様において、封止体９は、光起電力装置１ａを外部装置に接続し、それによって光起電力装置によって生成された電力を利用できるように配置された貫通孔１２を含む。貫通孔１２は、封止体中の貫通孔である。貫通孔は、貫通孔１２が密封され、気体や液体が貫通孔を通過できないように、接着層８の少なくとも一部を含む。接着層８は、貫通孔１２を埋めることによって貫通孔を密封し、導電媒体が貫通孔を通して光起電力装置の外に漏出することを防止する。接着層８中の導電性粒子のネットワークにより、導電体７は貫通孔１２から入らなくても、下部多孔質導電層６と電気的に接触することが可能となる。したがって、導電媒体の漏出の危険性がさらに低減される。また、導電体７は、封止体の外に配置され、接着層８を介して多孔質導電層６と電気的に接触している。その結果、導電体７は、導電媒体と接触していないので、耐食性材料からなる必要がない。したがって、導電体７は、銅や銀など、一般的に使用される導電材料からなり得る。

図２は、接着剤２０と、接着剤中に分散された導電性粒子２２とを含む接着層８ａの一実施例を示す。接着層８ａは、導電体７と下部多孔質導電層６との間に配置されている。この実施例では、導電性粒子２２のサイズは、実質的に同じである。

図３は、導電体７と下部多孔質導電層６との間に配置された接着層８ｂの別の一実施例を示す。この実施例では、接着層８ｂは、接着剤２０中に分布した１μｍより大きいサイズを有する導電性粒子２２ａと２００ｎｍより小さいサイズを有する導電性粒子２２ｂとの混合物を含む。大きい粒子と小さい粒子との混合物は、小さい粒子が大きい粒子間の空間を埋め、大きい粒子を互いに電気的に接続するため、接着剤２０中に形成される導電ネットワークを改善することができる。好ましくは、１μｍより大きい導電性粒子２２ａと２００ｎｍより小さい導電性粒子２２ｂとの質量比は、１．５と３との間である。これにより、接着剤２０中に形成される導電ネットワークをさらに改善することができる。質量比とは、大きい粒子２２ａの総質量Ｍ_１を、接着層中の小さい粒子２２ｂの総質量Ｍ_２で割った値を意味する。

１．５＜Ｍ_１／Ｍ_２＜３

図４は、太陽電池ユニット２ａを備えた本発明による光起電力装置１ｂの第２実施例を示す。図５は、光起電力装置１ｂの一部を拡大して示す。導電媒体がイオンを含む電解質である場合、導電性粒子が接着剤２０の密封性を低下させることがあるため、イオンが接着層を通して移動することがある。これを防止するために、第１および第２接着層１６，１７の間に導電性障壁１４が配置されている。太陽電池ユニット２ｂが太陽電池ユニット２ａと異なるのは、それが導電体７と下部多孔質導電層６との間に配置された無孔質導電障壁１４を備え、少なくとも１つの接着層が、下部多孔質導電層６と導電障壁１４との間に配置されて導電障壁１４を下部多孔質導電層６に取り付けるための第１接着層１６と、導電障壁１４と導電体７との間に配置されて導電体７を導電障壁１４に取り付けるための第２接着層１７とを備えるためである。このように、第１接着層１６は、下部多孔質導電層６と導電障壁１４との間の接着剤として機能し、第２接着層１７は、導電障壁１４と導電体７との間の接着剤として機能する。第１接着層１６は、下部多孔質導電層６と直接機械的および電気的に接触している。導電障壁１４は、障壁１４の相反する側に２つの面を有する。第１接着層１６は、導電障壁１４の一方の面とも直接機械的および電気的に接触しており、第２接着層１７は、導電障壁１４の他方の面と直接機械的および電気的に接触している。導電体７は、封止体９の外に配置されている。

第２接着層１７は、貫通孔１２が密封され、気体や液体が貫通孔を通過できないように、貫通孔１２中に配置されている。

第１および第２接着層１６，１７は、接着剤中に導電ネットワークが形成されるように接着剤中に分布した導電性粒子を含む。適切には、第１および第２接着層１６、１７は、接着層８と同じ種類の接着剤２０および導電性粒子２２、２２ａ‐ｂからなる。接着層１６，１７は、接着層８ａ，８ｂのいずれかと同じ種類のものであり得る。導電体７は、第１および第２接着層１６，１７と導電障壁１４とを介して、下層多孔質導電層６と電気的に接触している。

好ましくは、導電障壁１４は、太陽電池の導電媒体に耐えることができる導電材料からなる固体片である。例えば、導電障壁１４は、チタン、ニッケル、モリブデン、タングステン、コバルト、ニオブ、ジルコニウムおよびそれらの合金のいずれか、またはそれらの混合物を含む。好ましくは、導電障壁は、チタンまたはその合金からなる。これにより、チタンは電解液に耐えることができるので、導電障壁の腐食を防止することができる。例えば、導電障壁１４は、下部多孔質導電層６と同じ材料からなる。

さらに封止性を改善するために、導電障壁１４の幅を第２接着層１７の幅よりも広くし、第２接着層１７の周縁部を導電障壁１４の周縁部から距離を置いて配置する。これにより、図５に示すように、第１および第２接着層１６，１７の間でイオンが移動する経路が増加する。好ましくは、第２接着層１７の周縁部と導電障壁１４の周縁部との間の距離は、１ｍｍよりも長い。

適切には、導電障壁１４は、板状である。例えば、導電障壁１４は、コインの形状などの、円形の形状を有する。しかしながら、長方形などの、他の形状も可能である。導電障壁１４の厚さは、好ましくは少なくとも１０ｎｍである。

太陽電池の密封性をさらに改善するために、封止体９の粘着層１１は、第１および第２接着層１６，１７と導電障壁１４とを取り囲む。粘着層１１は、電解液中のイオンが第２接着層１７に入り込むことを防ぎ、それによって、イオンが太陽電池ユニットの外に漏出することを防止することができる。

図５は、図４に示す光起電力装置の一部を拡大して示す。この実施例では、第１および第２接着層１６，１７は、接着剤２０中に分布した導電性粒子２２を含む。この実施例では、導電性粒子２２のサイズは、実質的に同じである。

図６は、図４に示す第１および第２接着層１６，１７の別の一実施例を拡大して示す。この実施例では、接着層１６，１７は、接着剤２０中に分布した１μｍより大きいサイズを有する導電性粒子２２ａと２００ｎｍより小さいサイズを有する導電性粒子２２ｂとの混合物を含む。

図７は、本発明による光起電力装置１ｃの第３実施例を示す。太陽電池ユニット１ｃは、太陽電池ユニット１ｃが上部導電層４と電気的に接触する第２導電体７ｂを備え、多孔質基板５の導電部２３が導電材料２４を含む点が、光起電力装置１ａおよび１ｂと異なる。さらに、光起電力装置１ｃは、第２導電体７ｂと多孔質基板５の導電部２３との間に、第２導電体７ｂを多孔質基板５に取り付けて上部導電層４と第２導電体７ｂとの間の電気接触を提供するために配置された接着層２５を備える。導電部２３は、接着層２５と上部導電層４との間に配置されている。接着層２５は、導電部２３と機械的および電気的に接触している。

第２導電体７ｂは、封止体９の外に配置され、多孔質基板５中の接着層２５および導電材料２４を介して、上部の多孔質導電層４と電気的に接触している。その結果、導電体７ｂは、導電媒体と接触していないので、耐食性材料からなる必要がない。第２導電体７ｂは、銅や銀など、一般的に使用される導電材料からなり得る。第２導電体７ｂは、例えば、電線または導電棒である。

接着層２５は、多孔質基板５中の第２導電体７ｂと導電材２４との電気的接触を得るために接着剤２０中に導電ネットワークが形成されるように接着剤２０中に分布した導電性粒子２２を含む。したがって、第２導電体７ｂと上部の多孔質導電層４との電気的接触が得られる。適切には、接着層２５は、接着層８と同じ種類の接着剤２０と同じ種類の導電性粒子２２とからなる。封止体９は、第１導電体７を下部多孔質導電層６に接続するための第１貫通孔１２ａと、第２導電体７ｂを上部多孔質導電層４に接続するための第２貫通孔１２ｂとを備える。

この実施例では、下部多孔質導電層６は、接着層２５から離れた位置で終わっているので、接着層２５と下部多孔質導電層６との間に絶縁ギャップ２７が形成され、接着層２５と下部導電層６とが互いに電気的に絶縁されるようにすることができる。

図８は、本発明による光起電力装置１ｄの第４実施例を示す。太陽電池ユニット１ｄは、図４に示すのと同様に、太陽電池ユニット１ｄが第１導電体７と下部多孔質導電層６との間に配置された無孔質導電障壁１４を備える点が、光起電力装置１ｃと異なる。太陽電池ユニット１ｄは、下部多孔質導電層６と導電障壁１４との間に配置されて導電障壁１４を下部多孔質導電層６に取り付けるための第１接着層１６と、導電障壁１４と第１導電体７ａとの間に配置されて第１導電体７ａを導電障壁１４に取り付けるための第２接着層１７とを備える。

太陽電池ユニット１ｄは、第２導電体７ｂと多孔質基板５との間に配置された第２無孔質導電障壁１４ｂと、多孔質基板５の導電部２３と第２導電障壁１４ｂとの間に配置されて導電障壁１４ｂを多孔質基板５に取り付けるための第３接着層２６と、第２導電障壁１４ｂと第２導電体７ｂとの間に配置されて第２導電体７ｂを導電障壁１４ｂに取り付けるための第４接着層２８とをさらに備えている。第１および第２導電障壁１４、１４ｂは、ともに導電媒体中のイオンの障壁として機能し、イオンが貫通孔１２ａ‐ｂを介して光起電力装置の外に浸透するのを防止する。好ましくは、導電障壁１４および１４ｂは、同じ材料からなる。導電障壁１４および１４ｂは、導電媒体と接触するため、好ましくは、耐腐食性材料、例えば、チタンからなる必要がある。

第３および第４接着層２６，２８は、接着剤中に導電ネットワークを形成して多孔質基板５中の第２導電体７ｂと導電材料２４との電気的接触を得るために、接着剤２０中に分布した導電性粒子を含む。適切には、接着層２６，２８は、接着層１６，１７と同じ種類の接着剤２０および同じ種類の導電性粒子２２からなる。接着層２６，２８は、図２‐３を参照して先に説明した接着層８ａ‐ｂの種類のいずれでもあり得る。

接着層２８は、貫通孔１２ｂ中に配置されているため、貫通孔１２ｂが密封され、気体や液体が貫通孔を通過できない。例えば、導電障壁１４，１４ｂは、円形の形状を有する。しかしながら、矩形など、他の形状も可能である。

本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲に記載された範囲内で変形、修正されてもよい。例えば、接着層１６、１７、２５、２６、および２８のそれぞれは、図２‐３を参照して説明した種類のいずれでもあり得る。
参照番号

１ａ‐ｄ：光起電力装置
２ａ，２ｂ：太陽電池ユニット
３：光吸収層
４：上部多孔質導電層
５：多孔質基板
６：下部多孔質導電層
７：導電体
７ｂ：第２導電体
８，８ａ‐ｂ：接着層
９：封止体
１０：封止体の障壁層
１１：封止体の粘着層
１２，１２ａ‐ｂ：貫通孔
１４，１４ａ‐ｂ：無孔質導電障壁
１６：第１接着層
１７：第２接着層
２０：接着剤
２２，２２ａ，２２ｂ：導電性粒子
２３：多孔質基板の導電部
２４：導電材料
２５：接着層
２６：第３接着層
２７：絶縁ギャップ
２８：第４接着層

Claims (15)

1. 光吸収層（３）を備えた作用電極、
   多孔質導電層（６）を含む対向電極、および
   前記対向電極と前記作用電極との間で電荷を移動させるための導電媒体
   ‐を含む太陽電池ユニット（２ａ；２ｂ）と、
   ‐前記多孔質導電層（６）に電気的に接続された導電体（７）とを備え、
   前記太陽電池ユニット（２ａ，２ｂ）は、前記導電体（７）と前記多孔質導電層（６）との間に配置され、前記導電体（７）を前記多孔質導電層に取り付けるための少なくとも１つの接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）を備え、前記接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）が、接着剤（２０）と、前記接着剤中に導電ネットワークを形成するように前記接着層中に分布した導電性粒子（２２；２２ａ‐ｂ）を含むことを特徴とする光起電力装置（１ａ‐ｄ）。
2. 前記光起電力装置（１ａ‐ｂ）は、前記太陽電池ユニット（２ａ；２ｂ）を取り囲む封止体（９）を備え、前記封止体は、前記接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）の少なくとも一部を含む貫通孔（１２）が設けられ、前記導電体（７）は前記接着層に接着されて前記封止体の外に延びる、請求項１に記載の光起電力装置。
3. 前記封止体（９）は、前記封止体を前記太陽電池ユニット（２ａ；２ｂ）に取り付けるための粘着層（１１）を備え、前記粘着層（１１）は、前記接着剤（２０）と同じ材料からなる、請求項２に記載の光起電力装置。
4. 前記太陽電池ユニット（２ａ、２ｂ）が、前記導電体（７）と前記多孔質導電層（６）との間に配置された無孔質導電障壁（１４）を備え、少なくとも１つの接着層は、前記多孔質導電層（６）と前記導電障壁（１４）との間に配置されて前記導電障壁（１４）を前記多孔質導電層（６）に取り付けるための第１接着層（１６）と、前記導電障壁（１４）と前記導電体（７）との間に配置されて前記導電体を前記導電障壁（１４）に取り付けるための第２接着層（１７）とを備える、請求項１～３のいずれか１つに記載の光起電力装置。
5. 前記光起電力装置（１ａ‐ｂ）は、前記太陽電池ユニット（２ａ；２ｂ）を取り囲む封止体（９）を備え、前記封止体（９）は、前記第１および第２接着層（１６，１７）および前記導電障壁（１４）を取り囲む、請求項４に記載の光起電力装置。
6. 前記導電障壁（１４）は、チタンまたはその合金を含む、請求項４または５に記載の光起電力装置。
7. 前記接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）の厚さは、少なくとも３μｍ、好ましくは少なくとも５μｍ、最も好ましくは少なくとも１０μｍである、請求項１～６のいずれか１つに記載の光起電力装置。
8. 前記接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）は、前記導電性粒子（２２；２２ａ‐ｂ）を２０～４０ｖｏｌ％含む、請求項１～７のいずれか１つに記載の光起電力装置。
9. 前記導電性粒子（２２；２２ａ‐ｂ）の少なくとも８０ｗｔ‐％が５μｍ以下のサイズを有し、好ましくは前記導電性粒子の少なくとも８０ｗｔ‐％が３μｍ以下のサイズを有する、請求項１～８のいずれか１つに記載の光起電力装置。
10. 前記接着層（８；８ｂ；８ａ；１６，１７）は、２００ｎｍより小さいサイズを有する導電性粒子（２２ａ）と１μｍより大きいサイズを有する導電性粒子（２２ｂ）との混合物を含む、請求項１～９のいずれか１つに記載の光起電力装置。
11. 前記接着剤（２０）は、ポリエチレン、またはポリプロピレン、またはアイオノマー、またはそれらの混合物である、請求項１～１０のいずれか１つに記載の光起電力装置。
12. 前記接着剤（２０）および前記粘着層（１１）は、ポリエチレンを含む、請求項３に記載の光起電力装置。
13. 前記導電性粒子（２２；２２ａ‐ｂ）は、カーボンを含む、請求項１～１２のいずれか１つに記載の光起電力装置。
14. 前記導電性粒子（２２；２２ａ‐ｂ）は、チタンまたはその合金を含む、請求項１～１３のいずれか１つに記載の光起電力装置。
15. 前記太陽電池ユニット（１ａ；１ｂ）は、
    ‐絶縁材料からなる多孔質基板（５）、
    ‐前記多孔質基板（５）の一方の面に形成され、前記光吸収層（３）から光生成電子を取り出すための上部導電層（４）、および
    ‐前記上部導電層（４）と電気的に接触する第２導電体（７ｂ）を備え、前記多孔質基板（５）の導電部（２３）は導電材料（２４）を含み、前記光起電力装置は、前記導電性粒子（２２；２２ａ，２２ｂ）を含む前記接着剤（２）を含み、前記第２導電体（７ｂ）と前記多孔質基板の前記導電部（２３）との間に配置されて前記第２導電体（７ｂ）を前記多孔質基板（５）に取り付けるための少なくとも１つの接着層（２５；２６，２８）を備える、請求項１～１４のいずれか１つに記載の光起電力装置。

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