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TW201814930A - 色素增感型太陽電池模組 - Google Patents

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TW201814930A
TW201814930A TW106134262A TW106134262A TW201814930A TW 201814930 A TW201814930 A TW 201814930A TW 106134262 A TW106134262 A TW 106134262A TW 106134262 A TW106134262 A TW 106134262A TW 201814930 A TW201814930 A TW 201814930A
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Inventor
Teruki Takayasu
Original Assignee
Showa Co Ltd
Teruki Takayasu
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Abstract

本發明提供一種可發出高電力之色素增感型太陽電池模組。
其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組。

Description

色素增感型太陽電池模組
本發明係關於一種色素增感型太陽電池模組。
色素增感型太陽電池為製造方法簡便者。色素增感型太陽電池，能以低價格製造，可得到高的光電轉換效率，因而備受矚目。關於色素增感型太陽電池正在實施各式各樣的開發。
色素增感型太陽電池中，傳統的光電極，係藉由以下手段製作而成。
首先，於形成有ITO(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine Tin Oxide)等之透明導電膜的玻璃基板，亦即於透明導電性玻璃的表面，塗佈含有氧化鈦微粒子的糊膏劑。接著，將得到的塗佈物在400~500℃之溫度下進行熱處理，製作出具有多孔質狀之氧化鈦層之電極。接著，將所得之電極浸漬於含有釕系色素、吲哚啉系色素等色素增感劑之有機溶液中，從而使色素增感劑吸附於多孔質狀之氧化鈦層之表面，以製得光電極。
接著，對電極，藉由濺鍍等手段，於形成有透明導電膜之玻璃基板或薄膜上，形成可發揮電化學還原作用之鉑層而製得。
然而，習知的色素增感型太陽電池，構成光電極及對電極之透明導電膜，其電阻較大。因此，氧化鈦的塗佈面積(透明導電膜之面積) 越大，所得色素增感型太陽電池之光電轉換率則明顯降低。
此外，習知的色素增感型太陽電池，因製作多孔質狀之氧化鈦層(氧化鈦燒結體)時施予加熱處理，而使透明導電膜之電阻增大。因此，導致色素增感型太陽電池之光電轉換率降低。
其中，對於使用金屬鈦作為光電極之基板之技術正被研究探討。該技術與形成有習知透明導電膜之玻璃基板相比，有較低之電阻，與使用習知透明導電膜之色素增感型太陽電池相比，特別在氧化矽之塗佈面積較大時，可提高光電轉換率，且對於色素增感型太陽電池所使用電解液含有的碘等，具有耐腐蝕性。
在此，以複數之色素增感型太陽電池製作模組之情形，有使複數之色素增感型太陽電池絕緣的必要。接著，使複數之色素增感型太陽電池絕緣後，有電連接於光電極及對極所設置之導電膜的必要。
在該情況下，為了絕緣色素增感型太陽電池，蝕刻加工透明導電膜。其等透明導電膜，以絕緣材之玻璃或塑膠為基材。因此，於玻璃或塑膠等之透明基材之平面上，若電連接複數之色素增感型太陽電池，則每模組之單位面積之色素增感型太陽電池之數量或面積減少。其結果，模組之發電量減少。
專利文獻1，係個別的色素增感太陽電池，使用形成有以短冊形狀進行圖案化之透明導電膜之玻璃基板。該技術，使其等相鄰之個別的色素增感太陽電池不接觸，需要隔開一定的間隙而形成。該構造中，對發電無貢獻的間隙面積越大，則模組之電流量越低，發電量越低。
串聯連接此等的色素增感太陽電池所得的模組之發電量，係 依據構成模組之色素增感太陽電池之數量。其模組之每單位面積之色素增感太陽電池之數量減少，因此模組無法得到高的電壓值。
此等習知技術仍有改善之餘地。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】國際公開第WO97/16838號
於光電極使用鈦材料，於對電極使用透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，製作模組之情形，有絕緣化對電極的必要。該絕緣化，係藉由蝕刻加工透明導電膜而能輕易進行者。
然而，構成光電極之金屬鈦材料，由於整個材料為導體而難以絕緣化。例如，切斷構成光電極之金屬鈦材料後，需要使該金屬鈦材料之間不接觸的加工。
本發明之目的在於解決此等問題，提供一種可發出高電力之色素增感型太陽電池模組。
本發明者為解決習知技術之問題點而深入研究探討，發現具 備特定構造之色素增感型太陽電池可達成上述目的。
亦即，本發明為下述色素增感型太陽電池模組。
項1-1．
一種色素增感型太陽電池模組，其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組，其特徵係：(1)於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之氧化鈦層之光電極排列2個以上，(2)於前述光電極間配置絕緣材；(3)對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學觸媒層，(4)前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜而除去呈絕緣；(5)前述光電極與對電極為電連接；(6)前述光電極及對電極，設置用於將電送至外部之連接部。
項1-2．
一種色素增感型太陽電池模組，其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組，其特徵係：(1)於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層之光電極排列2個以上，前述光電極具備以下構造：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化； (2)於前述光電極間配置絕緣材；(3)對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學觸媒層，前述對電極，係將透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上塗佈電化學觸媒層者，以T字型設置於前述2個以上之光電極與絕緣材一體化者之前述切斷面之上部；(4)前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜而除去呈絕緣；(5)前述光電極與對電極為電連接；(6)前述光電極及對電極，設置用於將電送至外部之連接部。
項2．
如前述項1所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述排列2個以上之光電極與對電極之間，使用相同電解質層。
項3．
如前述項1或2所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極與對電極之電連接，係前述對電極介在電解質層以T字型對向配置之側以外的5面之中，由至少1面配線。
項4．
如前述項1~3中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，構成光電極之鈦材料，由厚度0.1mm~5mm之鈦材料切斷後，平滑化處理該切斷面。
項5．
如前述項1~4中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述鈦材料係選自金屬鈦、鈦合金、表面處理之金屬鈦及表面處理之鈦合金所成群中至少一種之材料。
項6．
如前述項5所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述表面處理之金屬鈦或表面處理之鈦合金，係對電極介在電解質層以T字型對向配置之側以外的5面之中，至少1面除去表面處理層，並由該面配線。
項7．
如前述項1~6中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極，於與鈦材料之對電極對向配置之側，設置阻擋層，進一步於該阻擋層上形成含有色素增感劑之多孔質氧化層；前述阻擋層係選自氧化鈦層、氧化鋁層、氧化矽層、氧化鋯層、鈦酸鍶層、氧化鎂層及氧化鈮層所成群中至少2層而構成，且必定包含氧化鋁層。
項8．
如前述項7所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述阻擋層係選自氧化鈦層、氧化鋁層及氧化鈮層所成群中至少2層而構成。
項9．
如前述項1~8中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述多孔質氧化鈦層之形狀為長方形。
項10．
如前述項1~9中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中， 前述電化學還原觸媒層為鉑觸媒層。
項11．
如前述項1~10中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，設置構成前述電解質層之電解液之注入孔。
項12．
如前述項11所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述電解液之注入孔，係設置於前述對電極。
如前述任一項之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極，設置構成前述電解質層之電解液之注入孔。
項13．
如前述項1所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，設置對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之外殼。
如前述任一項之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極與絕緣材一體化者之外圍，設置對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之外殼。
項14．
如前述項13所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之外殼材料係選自鈦、鈦合金、氟樹脂、及玻璃所成群中至少一種之材料。
項15．
如前述項13或14所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述外殼之至少對電極側之面，施予平滑化處理。
項16．
如前述項1~15中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，與前述對電極相反側之面，介在絕緣材，對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之底部作為外殼而設置。
項17．
如前述項1~16中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極之透明導電性玻璃或透明導電性薄膜，施予防反射膜加工。
項18．
如前述項1~16中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極，係於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜之光照射面，進一步設置防反射薄膜。
項19．
如前述項15所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述外殼與對電極之界面，以對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之材料密封。
項20．
如前述項19所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，密封前述外殼與對電極之界面之材料係選自丙烯酸系UV硬化樹脂、離聚物系樹脂薄膜、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、熱熔系樹脂、矽酮系彈性體及丁基橡膠系彈性體所成群中至少1種類之材料。
項21．
如前述項1~20中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極側，進一步配置集光裝置。
項22．
如前述項21所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，進一步配置冷卻裝置。
項23．
如前述項1~22中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極之鈦材料，係藉由以下之表面處理方法而製造者：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，及(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
一種色素增感型太陽電池模組之製造方法，其係如前述任一項之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其特徵係，色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，及(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
項24．
如前述項1~22中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極之鈦材料，係藉由以下之表面處理方法而製造者： (1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，在對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化之步驟，及(3)在步驟(2)得到、施予陽極氧化處理之金屬鈦材料或鈦合金材料，在氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
一種色素增感型太陽電池模組之製造方法，其係如前述任一項之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其特徵係，色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，在對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化之步驟，及(3)在步驟(2)得到、施予陽極氧化處理之金屬鈦材料或鈦合金材料，在氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
項25．
如前述項23或24所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述形成氮化鈦之步驟，係選自PVD處理、CVD處理、熔射處理、氨氣環境下之加熱處理，及氮氣環境下之加熱處理所成群中1種之處理方法進行。
如前述任一項所記載之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其中，前述形成氮化鈦之步驟，係選自PVD處理、CVD處理、熔射處理、氨氣環境下之加熱處理，及氮氣環境下之加熱處理所成群中1種之處理方法 進行。
項26．
如前述項25所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述氮氣環境下之加熱處理，係於氧氣捕集劑之存在下所實施者。
前述之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其中，前述氮氣環境下之加熱處理，係於氧氣捕集劑之存在下所實施者。
本發明之色素增感型太陽電池模組為可發出高電力者。
1‧‧‧表面處理之鈦材
2‧‧‧多孔質氧化鈦/色素增感劑
3‧‧‧絕緣材
4‧‧‧玻璃基板
5‧‧‧透明導電膜
6‧‧‧電化學還元触媒層
7‧‧‧電解質
8‧‧‧電解質注入孔
9‧‧‧密封劑
10‧‧‧連接配線
11‧‧‧外部連接配線
12‧‧‧外殼
13‧‧‧墊片
14‧‧‧防反射膜
【圖1】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組之一實施型態(串聯連接)之示意圖(斷面圖)。
【圖2】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組之一實施型態(串聯連接)之示意圖(斷面圖)。該色素增感型太陽電池模組，係對電極之透明導電性玻璃或透明導電性薄膜施予防反射膜加工(14)。
【圖3】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組之一實施型態(並聯連接)之示意圖(斷面圖)。
【圖4】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組之一實施型態(並聯連接)之示意圖(斷面圖)。該色素增感型太陽電池模組，係對電極之透明導電性玻璃或透明導電性薄膜施予防反射膜加工(14)。
【圖5】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組中，電解質之使用態樣之示意圖。
【圖6】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組中，電解質之使用態樣之示意圖。
【圖7】係表示本發明之色素增感型太陽電池模組中，電解質之使用態樣之示意圖。
以下詳細說明本發明。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係光電極以無光透過性之鈦材料所構成，故光照射由對電極實施。
進一步藉由於對電極與光源之間使用集光裝置，可發出高電力。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係由以下之部材所構成。
一種色素增感型太陽電池模組，其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組，其特徵係：(1)於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層之光電極排列2個以上，(2)於前述光電極間配置絕緣材；(3)對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學觸媒層， (4)前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜而除去呈絕緣；(5)前述光電極與對電極為電連接；(6)前述光電極及對電極，設置用於將電送至外部之連接部。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係前述(1)光電極具備以下構造者為佳：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係前述對電極(3)，係將透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上塗佈電化學觸媒層者，以T字型設置於前述2個以上之光電極與絕緣材一體化者之前述切斷面之上部者為佳。
(1)光電極
色素增感型太陽電池，係光電極及對電極介在電解質層而對向配置，且光電極係選自金屬鈦、鈦合金、表面處理之金屬鈦及表面處理之鈦合金所成群中之材料(以下亦記作「鈦材料」、光電極基板)上，形成含有色素增感劑之氧化鈦層者。
色素增感型太陽電池，於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之氧化鈦層之光電極排列2個以上。
光電極基板
光電極基板，亦可使用鈦材料本身。鈦材料作為基材。
金屬鈦材料，本身為鈦。使用鈦合金材料之情形，對於其種類並無特別限定。該鈦合金，可列舉Ti-6Al-4V、Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo、 Ti-0.5Pd等。
本發明之色素增感型太陽電池，由於光電極基板為鈦材料上形成含有色素增感劑之半導體層者，特別於氧化鈦塗佈面積大時，光電轉換效率高。
構成光電極之鈦材料，由厚度0.1mm~5mm之鈦材料切斷後，平滑化處理該切斷面者為佳。光電極基板之厚度通常為0.1mm~5mm，0.3mm~2mm之材料為更佳。
色素增感型太陽電池模組，由於光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，因此構成光電極之鈦材料之厚度為0.1mm~5mm時，氧化鈦層之最大寬度為其鈦材料之厚度(切斷面之厚度)。
平滑化處理之材料，使用切斷鈦材料之材料之斷面為佳。
在鈦材料之切斷面，為了形成含有色素增感劑之酸化鈦層，而使本鈦材料之切斷面平滑化為佳。若切斷鈦材料，則其斷面並非平滑化。該平滑化，係以研磨加工等實施，更佳為研磨加工處理後，實施拋光研磨者。
前述光電極具備以下構造者為佳：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化。
將鈦材料切斷之材料，較佳為將本切斷材料實施以下之表面處理，於表面形成銳鈦礦型氧化鈦層者。
表面處理方法A
光電極基板(光電極之鈦材料)，藉由以下之表面處理方法製造，由表 面具有銳鈦礦型氧化鈦之半導體層所構成之光電極基板為佳。
(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，及(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
表面處理方法B
光電極基板(光電極之鈦材料)，藉由以下之表面處理方法製造，由表面具有銳鈦礦型氧化鈦之半導體層所構成之光電極基板為佳。
(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，在對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化之步驟，及(3)在步驟(2)得到、施予陽極氧化處理之金屬鈦材料或鈦合金材料，在氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
表面處理方法A之步驟(1)及B之步驟(1)
於鈦材料(金屬鈦或鈦合金)之表面形成氮化鈦之步驟(步驟(1))，通常可於鈦材料之表面形成0.1μm~100μm左右的氮化鈦層。氮化鈦層，係較佳為0.5μm~50μm左右，更佳為1μm~10μm左右。
關於在鈦材料之表面形成氮化鈦之手段，並無特別限定。例如，可列舉於鈦材料之表面以物理或化學附著氮化鈦之方法，或在鈦材料之表面上使鈦與氮反應而形成氮化鈦之方法。
形成氮化物之步驟，選自PVD處理(物理氣相蒸鍍)、CVD處理(化學氣相蒸鍍)、熔射處理(噴塗成膜)、在氨氣環境下之加熱處理及在氮氣環境下之加熱處理所成群中之1種處理方法而進行者為佳。
PVD處理，可列舉離子鍍、濺射等。CVD處理，可列舉熱CVD處理、等離子CVD處理、激光雷射CVD處理等。熔射處理，可列舉火焰熔射、電弧熔射、等離子熔射、雷射熔射等。
氨氣或氮氣環境下之加熱處理之加熱溫度，約500℃以上為佳，約750~1050℃較佳，且更佳約為750℃~950℃。氮氣環境下通常係於約500℃以上(較佳約750℃以上)加熱鈦材料為佳。
氨氣或氮氣環境下之加熱處理，係在氧氣捕集劑之存在下進行為佳。
特別係，於氧氣捕集劑之存在下，進行氮氣環境下之加熱處理，係以形成氮化鈦為佳。
鈦材料之加熱處理所使用之氧氣捕集劑，可列舉為相較鈦材料對於氧之親和力為高之物質或氣體。例如，碳材料、金屬粉末、氫氣等為佳。此等之氧氣捕集劑，可單獨使用1種，亦可將2種以上組合使用。
碳材料，雖無特別限制，但可列舉例如：石墨系碳、無定形碳、具備此等之中間結晶構造之碳等。碳材料可為平板狀、箔狀、粉末狀等任何形狀。根據處理性能或防止其於鈦材料加熱處理中熱變形之理由，其係以使用平板狀之碳材料為佳。
金屬粉末，雖無特別限制，但可列舉例如：鈦、鈦合金、鉻、鉻合金、鉬、鉬合金、釩、釩合金、鉭、鉭合金、鋯、鋯合金、矽、矽合 金、鋁、鋁合金等之金屬粉末。
根據氧親和性高之理由，使用鈦、鈦合金、鉻、鉻合金、鋯、鋯合金、鋁、鋁合金等金屬粉末為佳。而最佳之金屬粉末係微粒狀之鈦、鈦合金之金屬粉末。前述金屬粉末可單獨使用1種，亦可將2種以上組合使用。
金屬粉末之平均粒徑，係以約0.1μm~1000μm為佳，約0.1μm~100μm較佳，約0.1μm~10μm為更佳。
氨氣或氮氣環境中使用氧氣捕集劑之條件，可因應氧氣捕集劑之種類或形狀而適時設定。例如，使用碳材料或金屬粉末作為氧氣捕集劑時，其方法可列舉為：將鈦材料與碳材料或金屬粉末接觸、以碳材料或金屬粉末覆蓋於鈦材料之表面、將鈦材料於氨氣或氮氣環境中加熱處理。
此外使用氫氣作為氧氣捕集劑時，其方法可列舉為：於氨氣或氮氣環境下導入氫氣之狀態下，將鈦材料進行加熱處理。
加熱處理可於氨氣、氮氣，或氨氣及氮氣之混合氣體環境下進行。而根據簡便性、經濟性、安全性之觀點，最佳係使用氮氣。
氨氣或氮氣環境下之加熱處理之反應氣壓，係約0.01~100MPa，較佳約0.1~10MPa，而約0.1~1MPa更佳。氮氣環境下進行加熱處理為佳。
氨氣或氮氣環境下之加熱處理之加熱時間，係約1分~12小時為佳，約10分~8小時較佳，更佳則約1小時~6小時。以此時間對鈦材料進行加熱處理為佳。
將鈦材料在氨氣或氮氣環境下進行加熱處理之方法，為使氮 化鈦能夠有效率地於鈦材料表面形成，其係以旋轉式真空泵或因應需求使用機械增壓泵、油擴散泵，將加熱處理之爐內減壓，減少殘留於加熱處理之爐內(氮化爐內)之氧濃度為佳。
加熱處理之爐內之真空度，係以約10Pa以下為佳，約1Pa以下較佳，更佳則係減壓至約0.1Pa以下，藉此可於鈦材料表面有效率地形成氮化鈦。
將氨氣、氮氣，或氨氣及氮氣之混合氣體供給於前述已減壓之爐內，使爐內復壓，對鈦材料進行加熱處理，從而使鈦材料表面有效率地形成氮化鈦。關於使用本爐進行加熱處理之加熱溫度、加熱時間等，可與前述條件相同。氣體組成根據簡便性、經濟性、安全性之觀點，最佳係使用氮氣。
此外，藉由交互重複(數回)進行：減少加熱處理之爐內所殘留氧濃度之減壓處理，及將氮氣等供給於爐內之復壓處理，可使鈦材料表面有效率地形成氮化鈦。進一步，藉由在氧氣補集劑之存在下進行減壓處理，及在氨氣、氮氣等氣體環境下進行加熱處理，可使鈦材料的表面有效率形成氮化鈦。
鈦材料之表面所形成氮化鈦之種類，並無特別限制。可列舉例如TiN、Ti2N、α-TiN0.3、η-Ti3N2-X、ζ-Ti4N3-X(但，X係表示0以上未達3之數值)、此等之混合物，及無定形氮化鈦等。此等之中可例示較佳為TiN、Ti2N及此等之混合物，更佳為TiN及TiN與Ti2N之混合物，特佳則為TiN。
關於本發明之上述形成氮化鈦之手段，可於上述方法中選擇單獨1種方法進行，亦可將2種以上方法任意組合後進行。上述形成氮化 鈦之方法中，根據簡便性、量產性或製造成本等觀點，較佳係在氮氣環境下對鈦材料進行加熱處理。
表面處理方法A之步驟(2)
表面處理方法A，係將表面形成有氮化鈦之鈦材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，並在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，而形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜(步驟(2))。可製造在表面上具有銳鈦礦型氧化鈦之半導體層之光電極基板。
藉由進行陽極氧化處理，銳鈦礦型氧化鈦皮膜可合適地形成。藉由形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜，可合適地發揮高光電轉換效率。
以施加發生火花放電電壓以上之電壓之方法，所進行之表面處理，係以對於鈦材料具有蝕刻作用之電解液為佳。電解液，係含有對於鈦材料具有蝕刻作用之無機酸及/或有機酸為佳。電解液，係進一步含有過氧化氫為佳。藉由施加發生放電電壓以上之電壓進行陽極氧化為佳。
電解液，係使用含有對於鈦材料具有蝕刻作用之無機酸及/或具有該作用有機酸之水溶液為佳。對於鈦材料具有蝕刻作用之無機酸，可列舉為硫酸、氫氟酸、鹽酸、硝酸、王水等。
此外，對於鈦具有蝕刻作用之有機酸，可列舉為草酸、甲酸、檸檬酸、三氯乙酸等。此等之酸，可單獨使用1種，亦可不論有機酸、無機酸而將此等之酸2種以上任意組合使用。
含有2種以上酸之電解液之較佳態樣之一例，可列舉為硫酸及視需要含有磷酸之水溶液。關於該電解液中上述酸之配合比率，依所使用之酸的種類、陽極氧化條件等而有所不同。
該電解液中上述酸之配合比率，通常，對於上述酸之總量，係以0.01M~10M為佳，較佳係0.1M~10M，更佳則係1M~10M。例如，電解液含有硫酸及磷酸時，可例示為含有硫酸1M~8M及磷酸0.1M~2M的比例之電解液。
該電解液，除了含有上述有機酸及/或無機酸外，係以另外含有過氧化氫為佳。藉由電解液中含有過氧化氫，可更有效率地調製銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。電解液中配合有過氧化氫時，其配合比率並無特別限制，但可例示為0.01M~5M，更佳為0.01M~2M。
進行陽極氧化所使用之電解液，其較佳態樣之一例，可列舉為含有硫酸1M~8M、磷酸0.01M~2M及過氧化氫0.1M~1M之比例之水溶液。
藉由將鈦材料浸漬於上述電解液中，並施加一定電流使發生火花放電電壓以上之電壓而進行陽極氧化，可得鈦礦型氧化鈦之皮膜。發生火花放電電壓以上之電壓，通常為100V以上，較佳可例示為150V以上。
陽極氧化，例如，由一定之比率將電壓上升至上述發生火花放電電壓，藉此以發生火花放電電壓以上之電壓，而施加一定時間定電壓。將電壓提升至發生火花放電電壓之上升速度，通常設定為0.01~1V/秒，較佳係0.05~0.5V/秒，更佳係0.1~0.5V/秒。
此外，施加發生火花放電電壓以上之電壓之時間，通常設定為1分以上，較佳係1~60分鐘，更佳係10~30分鐘。
火花放電之陽極氧化，亦可藉由控制電流代替控制電壓而進行。陽極氧化中，電流密度只要在0.1A/dm2以上即可，根據經濟性、簡便 性、性能面之觀點，其係以1A/dm2至10A/dm2為佳。
藉由上述方法，可得膜厚約1μm~100μm並含有銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
表面處理方法B之步驟(2)
表面處理方法B，係將於表面形成有氮化鈦之鈦材料，於對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化(步驟(2))，接著將施有陽極氧化處理之鈦材料，於氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜(步驟(3))。可製造出能合適發揮高光電轉換率之光電極基板，其在表面上具有銳鈦礦型氧化鈦之半導體層。
電解液，係以含有選自對於鈦不具有蝕刻作用之無機酸及有機酸所成群中至少1種酸或其等之鹽化合物為佳。藉由將表面形成有氮化鈦之鈦材料，於對於鈦不具有蝕刻性之電解液中，進行陽極氧化，可於鈦材料之表面形成非晶體(無定形)之鈦氧化皮膜。
對於鈦不具有蝕刻作用之電解液，係以含有選自無機酸、有機酸及此等之鹽所成群中至少1種化合物(以下表記為「無機酸等」)之電解液為佳。前述含有無機酸等之電解液，係以磷酸、磷酸鹽等稀釋水溶液為佳。
僅有表面處理方法B之進行陽極氧化之步驟(2)，而在不發生火花放電之條件下進行，通常，無法形成銳鈦礦型氧化鈦等之結晶性氧化鈦。而下一步驟之於氧化性環境下加熱處理，可使非晶體氧化鈦形成為銳鈦礦型氧化鈦。因此，根據有效地於鈦材料之表面形成非晶體鈦之氧化皮膜之理由，陽極氧化表面形成有氮化鈦之鈦材料為佳。
對於鈦不具有蝕刻作用之電解液，係含有選自無機酸(磷酸等)、有機酸及此等之鹽(磷酸鹽等)所成群中至少1種化合物(無機酸等)之電解液為佳。
對於鈦不具有蝕刻作用之無機酸，根據簡便性、經濟性、安全性等觀點考量，係磷酸、碳酸等為佳。對於鈦不具有蝕刻作用之有機酸，以乙酸、己二酸、乳酸等為佳。亦可使用此等酸之鹽，例如磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、碳酸氫鈉、乙酸鈉、己二酸鉀、乳酸鈉等。
其他，則以使用含有硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鎂、硝酸鈣等電解質之電解液為佳。
對於鈦不具有蝕刻作用之電解液，係含有選自無機酸(磷酸等)、有機酸及此等之鹽(磷酸鹽等)所成群中至少1種化合物(無機酸等)之電解液為佳。前述無機酸等，最佳係磷酸及磷酸鹽。
電解液，係無機酸等稀釋之水溶液為佳。電解液中無機酸等之濃度，根據經濟性等理由，範圍約1重量%為佳。例如，含有磷酸之電解液，濃度範圍以約0.01~10重量%之濃度範圍為佳，約0.1~10重量%之濃度範圍為較佳，約1~3重量%之濃度範圍為更佳。
此等之酸，可單獨使用1種，亦可不論有機酸、無機酸，將此等酸任意2種以上組合使用。含有2種以上之酸之電解液之較佳態樣之一例，可列舉為含有磷酸鹽及磷酸之水溶液。
該電解液中上述酸之配合比率，係依所使用之酸及酸之鹽的種類、陽極氧化條件等而有所不同，通常，可列舉上述酸之總量為0.01~10重量%，0.1~10重量%為佳，更佳為1~3重量%之比例。
將由前述形成氮化鈦之步驟所得表面形成有氮化鈦之鈦材料，浸漬於含有對於鈦不具有蝕刻作用之無機酸等之稀釋電解液中。接著，施加約10V~300V之電壓進行陽極氧化為佳。約50V~300V之電壓進行陽極氧化為較佳，約50V~200V之電壓進行陽極氧化為更佳。
陽極氧化之處理溫度，根據簡便性、經濟性、安全性等之理由，約0~80℃為佳。以約10~50℃之溫度進行陽極氧化較佳，以約20~30℃之溫度進行陽極氧化為更佳。
陽極氧化之處理時間，約1秒~1小時為佳。以約10秒~30分之時間進行陽極氧化為較佳，以約5分~20分之時間進行陽極氧化為更佳。
表面處理方法B之步驟(3)
接著，將表面形成有鈦之氧化皮膜之鈦材料，於氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜(步驟(3))。
單以金屬鈦材料等在氧化性環境中加熱處理，雖可形成金紅石型氧化鈦，但無法充分形成銳鈦礦型氧化鈦。
藉由將形成氧化鈦、形成鈦之氧化皮膜(非晶體氧化鈦膜)之鈦材料(陽極氧化處理後之鈦材料)，於氧化性環境中加熱處理(大氣氧化處理等)，可形成在結晶性之氧化鈦中具有優異光觸媒特性、光電轉換特性之銳鈦礦型氧化鈦皮膜。其結果，可使加熱處理後之鈦材料具有優異之光電轉換特性。
進行加熱處理之氧化性環境，選自大氣氧化環境、氧氣及氮氣混合之任意氧氣濃度之環境、氧氣環境等即可，根據簡便性、經濟性、 安全性等理由，於大氣氧化環境中加熱處理為佳。
氧化性環境中之加熱處理之溫度，根據由非晶體氧化鈦變化為銳鈦礦型氧化鈦之效率上的理由，約300℃以上較佳。氧化性環境中之加熱處理之溫度，根據防止從銳鈦礦型氧化鈦相變為金紅石型氧化鈦之理由，約800℃以下較佳。原因為與銳鈦礦型氧化鈦相比，金紅石型氧化鈦之光電轉換特性不佳。氧化性環境中之加熱處理之溫度，約300~800℃為較佳，約300~700℃更佳，特佳則約400~700℃。
進行加熱處理之反應氣壓約為0.01~10MPa，較佳係約0.01~5MPa，更佳則約0.1~1MPa。
進行加熱處理之加熱時間，約1分~12小時為佳，約10分~8小時較佳，更佳則約1小時~6小時。
結晶性之氧化鈦皮膜，係銳鈦礦型之氧化鈦皮膜為佳。銳鈦礦型氧化鈦與使用金紅石型氧化鈦作為色素增感型太陽電池之光電極相比，開放電壓值較高，因此光電轉換特性亦較高。藉由本發明之陽極氧化後之加熱處理，可形成較多之光電轉換特性高之銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
藉由加熱處理，可調製出光電轉換元件用材料，其可於鈦材料之表面形成多量之高活性之銳鈦礦型氧化鈦。亦可用於達成高轉換效率之光電轉換元件用材料。
藉由上述之方法，可得到含有膜厚約1~100μm之銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
於鈦材料之表面形成氮化鈦，當氮化鈦形成後且於氧化性環境中加熱處理前，藉由於磷酸等之對於鈦不具有蝕刻性之稀釋酸性水溶 液、磷酸等之鹽之水溶液等之電解液中組合入進行陽極氧化之步驟，可製造良好之光電轉換元件用材料。
鈦材料，由於可在此等材料表面形成銳鈦礦型氧化鈦(皮膜)，因此可作為次世代太陽電池之注目焦點，即色素增感型太陽電池之光電極基板等之光電轉換元件用材料被使用。
阻擋層
光電極，在與鈦材料之對電極對向配置之側，設置阻擋層，且進一步於該阻擋層上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層者為佳。
光電極基板以鈦材料形成，且進一步設置阻擋層，可實現顯著的高轉換效率之色素增感型太陽電池。
阻擋層，係在光電極及光電極基板界面，可防止往電解液層之電子之漏出，並防止電子與色素增感劑之再結合。
由色素發生之激發電子，通過吸附色素之多孔質氧化鈦層，移動至光電極基板之過程中，藉由阻擋層，而氧化狀態之色素不進行再結合，或從連接電解液之光電極基板之表面至電解液側不發生逆電子移動。
其結果，由於具有阻擋層，從而在電流值之上升或電阻值下降使發電量增加。作為阻擋層，以n型半導體為佳。
阻擋層，係選自氧化鈦、氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、鈦酸鍶、氧化鎂及氧化鈮所成群中至少1種類之材料之層為佳。藉由選擇此等材料中之至少一種材料，並於光電極基板上緻密的塗佈，可防止色素增感太陽電池之逆電子移動，達到轉換效率之顯著提升。
阻擋層，係以塗佈將氧化鈦、氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、鈦 酸鍶、氧化鎂、氧化鈮等，形成於光電極基板上。
塗佈方法，可將含有作為阻擋層前驅體之鈦化合物(四氯化鈦等)、鋁化合物(氯化鋁等)、矽化合物、鋯化合物、鈦酸鍶化合物、鎂化合物、鈮化合物(氯化鈮等)等之液體，以旋轉塗佈法、浸漬法、刮刀法、網版印刷法、噴霧法等之方法塗佈於光電極基板上。接著，進行熱處理(約450℃之燒成等)為佳。
阻擋層，係以鈦化合物、鋁化合物、矽化合物、鋯化合物、鈦酸鍶化合物、鎂化合物、鈮化合物等之材料，藉由濺射、離子鍍法、真空蒸鍍、電子束蒸鍍等之PVD處理或CVD處理等而形成。藉此，可容易地在作為光電極基板之鈦材料上形成緻密的阻擋層。
阻擋層，較佳係由選自氧化鈦之層、氧化鋁之層、氧化矽之層、氧化鋯之層、鈦酸鍶之層、氧化鎂之層及氧化鈮之層所成群中至少2種之層所構成(2層構造或3層構造)。
阻擋層，更佳係由選自氧化鈦之層、氧化鋁之層及氧化鈮之層所成群中至少2種之層所構成(2層構造或3層構造)。
阻擋層之膜厚，可藉由物質之種類或塗佈手段而變化。阻擋層之較佳膜厚，係約0.1nm~10μm為佳，約1nm~1μm為更佳。
2層構造之阻擋層，係於下層(鈦材料側)形成氧化鋁之層，於上層(電解質層或多孔質氧化鈦側)形成氧化鈦之層為佳。
2層構造之阻擋層，係於下層(鈦材料側)形成氧化鈮之層，於上層(電解質層或多孔質氧化鈦側)形成氧化鈦之層為佳。
3層構造之阻擋層，係於下層(鈦材料側)形成氧化鋁之層， 於中間層形成氧化鈮之層，於上層(電解質層或多孔質氧化鈦側)形成氧化鈦之層為佳。
前述阻擋層，係由選自氧化鈦之層、氧化鋁之層、氧化矽之層、氧化鋯之層、鈦酸鍶之層、氧化鎂之層及氧化鈮之層所成群中至少2種之層所構成，且必定包含氧化鋁層者為佳。
阻擋層，係由選自氧化鈦之層、氧化鋁之層及氧化鈮之層所成群中至少2種之層所構成者為佳。
氧化鈦層(多孔質氧化鈦層)
光電極，係由鈦材料(選自金屬鈦、鈦合金、表面處理之金屬鈦及表面處理之鈦合金所成群之材料)上含有色素增感劑之氧化鈦層(半導體層)所形成者。
氧化鈦層，例如塗佈含有氧化鈦等微粒子之黏貼劑後，可藉由在氧化性環境下進行加熱處理之步驟而形成。其氧化鈦層，例如由燒結體所形成，而形成多孔質氧化鈦。
本發明之色素增感型太陽電池模組，由多孔質氧化鈦層所構成者為佳。
亦可藉由前述表面處理方法A及B所調製之銳鈦礦型氧化鈦之皮膜形成半導體層。進一步，可於塗佈含有氧化鈦等微粒子之黏貼劑後，藉由在氧化性環境下進行加熱處理之步驟，形成氧化鈦層。
氧化鈦微粒子之平均粒徑，約0.1~3000nm為佳，約1~1000nm為較佳，約10~500nm為更佳。此外，氧化鈦微粒子粉末，不須僅使用1種，可藉由將粒徑小者與大者混合，使氧化鈦層中可散射光而提高色素增感型太陽電池之光電轉換效率。
黏貼劑，例如，可由將氧化鈦微粒子於溶劑中分散調製而成。溶劑係以聚乙二醇為佳。黏貼劑中氧化鈦微粒子之含有量並無特別限制，僅需進行適宜調節使其可合適地形成燒結體即可。
將黏貼劑塗佈於前述鈦材料上之方法，並無特別限制，可列舉例如網版印刷、噴墨、輥塗、刮刀法、噴塗法等。
塗佈黏貼劑後之塗膜厚度，並無特別限制，僅需進行適宜設定使形成目的厚度之氧化鈦燒結體即可。
由該燒結體形成多孔質氧化鈦層。
於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之氧化鈦層之光電極排列2個以上。
光電極基板係以鈦材料所形成。氧化鈦層(多孔質氧化鈦層)，係將該鈦材料塗佈於切斷處理之斷面，故呈細長形狀。藉由使氧化鈦層為非正方形而係長方形，伴隨色素增感劑之光激發之電子將不會消失於氧化鈦層，從而可提高發電量、尤其是電流值。
本發明之色素增感型太陽電池模組中，前述多孔質氧化鈦層之形狀，係以長方形為佳。
此外，氧化鈦層之寬度，係越窄，則伴隨色素增感劑之光激發之電子將不會消失於氧化鈦層，從而可提高發電量、尤其是電流值。
氧化鈦層之寬度，為了使色素增感太陽電池模組之有效面積為最大，與鈦材料之厚度相同者為佳。
為了縮小氧化鈦層之寬度，並使色素增感太陽電池模組之有效面積最大化，鈦材料之厚度越薄越佳。鈦材料之厚度，係以約0.01mm~ 5mm為佳，約0.3mm~2mm為更佳。
色素增感型太陽電池模組，由於光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，因此構成光電極之鈦材料之厚度為0.1mm~5mm時，氧化鈦層之最大寬度為其鈦材料之厚度(切斷面之厚度)。
本發明之色素增感太陽電池模組，係使用將鈦材料切斷者，故板厚越薄，則構成色素增感太陽電池模組之光電極基板之數量越多。
前述光電極較佳係具備以下構造：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化。
實施串聯連接之情形，與光電極基板之數量成比例，電壓值增加，發電量顯著上升。
此外，並聯連接之情形，與光電極基板之數量成比例，電流值增加，發電量增加。
光電極基板，係在表面處理金屬鈦材料、鈦合金材料時，作為氧化鈦層，得到前述氧化鈦燒結體與前述氧化鈦膜之積層體。
熱處理之溫度，約100℃~600℃為佳，約400℃~500℃較佳。特別地，以約400~500℃之溫度進行熱處理，可使各個氧化鈦微粒子更加合適地燒結。熱處理之時間，因應熱處理溫度等適當設定即可。前述熱處理，在氧化性環境中(例如空氣中等存在氧之環境中)進行。
絕緣材
色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，且於前述光電極間配置絕緣材。
或構成光電極基板之鈦材料間接觸，則無法構成模組，因此使鈦材料間不接觸而在鈦材料間夾入絕緣材。
絕緣材，必須為對構成電解質層之電解液之成分具有耐久性之原料。作為絕緣材，使用玻璃材料、氟樹脂、氟樹脂之薄膜等為佳。
氟樹脂，較佳係使用聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)。PTFE，係四氟乙烯之聚合物，其僅由氟原子及碳原子所構成之氟樹脂(氟化碳樹脂)。商品而言，可使用鐵氟龍(登錄商標)(Teflon)(杜邦公司之商品名)。
構成該絕緣材及光電極基板之鈦材料，係使其接著且絕緣材與光電極基板一體化者為佳。
前述光電極較佳係具備以下構造：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化。
接著光電極基板之手段，以對電解液之溶劑具有耐久性之環氧接著劑、丙烯酸接著劑、矽酮系接著劑、熱熔系接著劑等至少1種以上之接著劑，進行接著為佳。
此外，使用以金屬離子使乙烯-甲基丙烯酸共聚合物之分子間交聯之離聚物樹脂之片材為佳。材質為對電解液之電解質有耐久性之材料之熱融系接著劑故為最佳。商品而言，可使用himilan(三井杜邦化學股份公司製)。
此外，隨著絕緣材之厚度變薄，構成本發明之色素增感太陽電池模組之每單位面積之光電極基板之張數可增多，使其串聯連接之情 形，電壓值提升且發電量增加。而並聯連接之情形，電流值提升且發電量增加。
外殼
色素增感型太陽電池模組，係設置由對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之外殼為佳。
為了支撐光電極及絕緣材，防止電解液之洩漏，實施光電極與絕緣材一體化者及對電極之密封，需要於光電極與絕緣材一體化者之外周設置外殼。
本發明之色素增感型太陽電池模組，於前述光電極與絕緣材一體化者之外周，設置由對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之外殼為佳。
該外殼，必須使用對電解液成分具有耐久性之材料。構成該外殼之材料，較佳為鈦、鈦合金、氟樹脂(PTFE等)、玻璃，將該外殼接著於光電極與絕緣材一體化者之外周。
本接著之手段，以選自對電解液之成分有耐久性之環氧系接著劑、丙烯酸接著劑、矽酮系接著劑、熱熔系接著劑等所成群中至少1種以上之接著劑，進行接著為佳。特別以使用氟樹脂(PTFE等)之片材為佳。
離聚物樹脂(三井杜邦化學股份公司製之himilan等)，對電解液有耐久性，並作為熱熔系接著劑。因此，該外殼與光電極與絕緣材一體化者，係最合適的材料。
色素增感型太陽電池模組，外殼之至少對電極側之面，進行平滑化處理為佳。
此外，外殼，為了提升兩者之密著性，於光電極與絕緣材一體化者及對電極之密封時之接著面(接合面)，而進行平滑化處理為佳。該平滑化，雖以銑床加工、研磨等為佳，但最後進行拋光研磨更佳。
色素增感型太陽電池模組，與前述對電極相反側之面，介在絕緣材，作為外殼設置由對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之底部為佳。藉由介在絕緣材，可使光電極之鈦材料與底部之材料絕緣。
為了防止從光電極與絕緣材一體化者之底面洩漏電解液，於光電極與絕緣材一體化者之底面設置對電解液成分有耐久性之材料為佳。
底部(構成底面之材料)，係對電解液成分有耐久性之鈦、鈦合金、氟樹脂(PTFE等)、玻璃之群中至少1種類之材料為佳。
該底部之材料之厚度，以1mm~5mm為佳。
為了使該材料與光電極與絕緣材一體化，使用選自對電解液成分有耐久性之環氧系接著劑、丙烯酸系接著劑、矽酮系接著劑、熱熔系接著劑所成群中至少1種類以上之材料為佳。
模組底部，為了防止光電極間電連接，於模組底部設置絕緣層為佳。為了設置該絕緣層，以選自環氧系接著劑、丙烯酸系接著劑、矽酮系接著劑、熱熔系接著劑所成群中至少1種類進行塗佈為佳。
色素增感劑
光電極，係由鈦材料上含有色素增感劑之氧化鈦層所形成者。
前述手段以形成氧化鈦層(半導體層)之光電極與絕緣材接著而一體化者，將其浸漬於含有色素增感劑之溶液中可使色素增感劑吸附 於氧化鈦層。
色素增感劑，只要為可吸收近紅外光區、可見光區域之光的色素即可，並無特別限制。色素增感劑中，較佳係紅色色素(N719)、黑色色素(N749)等之釕金屬錯合物；銅酞菁等非釕之金屬錯合物；伊紅、羅丹明、份菁、吲哚啉等有機錯合物。
此等之色素增感劑，單獨使用1種或將2種以上組合使用皆可。色素增感劑中，係以釕錯合物為佳，且更佳係使用將紅色色素(N719)與可吸收近紅外線區光之黑色色素(N749)混合者。
使色素增感劑吸附於氧化鈦層之手段，即為將氧化鈦層等之半導體層，浸漬於含有色素增感劑之溶液中之方法。可將色素增感劑附著(化學吸附、物理吸附或堆積等)於半導體層。
色素增感劑之附著量，僅需於不阻害本發明效果之範圍內，對應半導體層之面積等進行適宜設定即可。
(2)對電極
色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，且對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學觸媒層，而前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，係於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜除去，從而絕緣。
作為色素增感型太陽電池模組之對電極，係於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上，將塗佈電化學(還元)觸媒層者，以T字型設置於光電極與絕緣材一體化者之上部。
色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極介在電解質層以T字型對 向配置，其「T字形」，係於平面上形成T字型形狀之光電極，及對應該光電極於平面狀形成T字型形狀之對電極，介在電解質層，不包含以平行對向配置之構成。
亦即，色素增感型太陽電池模組之對電極，係將於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上塗佈電化學觸媒層者，以T字型設置於前述2個以上之光電極與絕緣材一體化者之前述切斷面之上部為佳。
此時，根據於對電極對向配置之光電極與絕緣材一體化者之圖案，藉由將對電極之透明導電膜，實施蝕刻等，於絕緣材之玻璃或塑膠薄膜上，將絕緣層圖案化處理。
圖案化處理，係於光電極對向之部分黏貼膠帶(聚醯亞胺膠帶等)，塗擦整齊並遮蔽。接著，為了進行蝕刻，藉由於非遮蔽面之透明導電膜(FTO膜等)及電化學觸媒層(鉑膜等)上設置鋅粉末，並滴下鹽酸，而進行絕緣處理之圖案化處理為佳。
圖案化處理，係藉由於基材上塗佈感光性之抗蝕劑使其感光，形成曝光部及未曝光部，由可實施微細圖案之光刻法而進行圖案處理等。
色素增感太陽電池之對電極，係將作為透明導電膜之ITO(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine Tin Oxide)等塗佈於透明玻璃或透明塑膠材料之PET(polyethylene terephthalate)或PEN(polyethylene naphthalate)等所成者。使用於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜之電解質側之表面上，藉由電子束蒸鍍或濺鍍等之PVD處理塗佈電化學(還元)觸媒層者。
電化學(還元)觸媒層，可使用鉑觸媒層、碳層、聚(3,4- 乙烯二氧噻吩)(PEDOT)層、金層、銀層、銅層、鋁層、銠層、銦層等。電化學還元觸媒層，因氫過電壓低而容易注入電子於失去電解層中之電子之電解質等理由，以鉑觸媒層為佳。
本發明，由於作為光電極為無光透過性之鈦材料所構成，故光照射手段由對電極實施。對電極上之鉑塗佈膜厚越薄，則光透過性越高，故塗佈為數nm以下者為佳。
若塗佈模厚越薄，則越難注入電子於失去電解液中之電子之電解質，導致得到的色素增感太陽電池之光電轉換效率降低，故鉑層之厚度，更佳為約0.5nm~1nm。
色素增感型太陽電池模組中，對電極之透明導電性玻璃或透明導電性薄膜為加工防反射者為佳。對電極，係於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜之光照射面，進一步設置防反射薄膜為佳(圖2及4)。
此外，為了提高進入色素增感太陽電池之光量，藉由使用在對電極之透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜之光照射面，將MgF2或SiO2等以真空蒸鍍或濺射等之乾燥處理或旋轉塗覆或浸塗法等手段使其形成防反射膜者，或於光照射面貼合防反射膜，從而得到之色素增感太陽電池之電流值提升，且發電量增加。
(3)電解質層
色素增感型太陽電池模組中，2個以上排列之光電極及對電極之間，使用相同電解質層為佳。
本發明之色素增感型太陽電池模組之電解液層，係藉由與所有的光電轉換元件共通，從而不須每個色素增感型太陽電池分界。其結果， 可容易密封，且可得到根據光電轉換元件之連結數之電流值、電壓值。
電解質層，只要可被光激發，將電子注入半導體層後由色素增感劑供給電子，亦即是可將色素增感劑還原之層者即可。電解質層，進一步，只要可將由對電極之鉑催化劑層之電子向失去電子之電解質供給之層即可。
液體狀之電解質層，係可列舉為含有氧化還原物質之非水系電解液等。氧化還原物質係碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化鈣等碘鹽與碘之組合、溴化鋰、溴化鈉、溴化鉀、溴化鈣等之溴鹽與溴之組合為佳。分別單獨使用1種或併用2種類以上皆可。此外亦可添加DMPII(1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide)、TBP(tert-丁基吡啶)等。
溶劑，可列舉為乙腈、3-甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等。此等之溶劑，可單獨使用1種或將2種組合使用。本發明之色素增感型太陽電池，因其係經由集光裝置、對電極材料、電解液層，對於吸附於光電極上氧化鈦層之色素進行光照射，使色素激發，因此電解液層之光透過性需要較高。
電解質層之厚度，亦即光電極與對電極之距離，係以25~100μm為佳，而更佳為25~50μm。
隔板(墊片)及密封材
色素增感型太陽電池模組中，設置有防止光電極與對電極接觸之隔板(墊片)為佳。
光電極與對電極間設置之隔板(墊片)之厚度，係由電解液層之厚度所決定。電解液層之厚度越薄，本發明之色素增感型太陽電池， 其經由集光裝置、對電極材料、電解液層使吸附於光電極上氧化鈦之色素越容易受光照射，使色素光激發，因此電解液層之光透過性需要較高，電解液層之厚度越薄越佳，但隔板(墊片)過薄，會發生光電極與對電極接觸。
因此隔板(墊片)係25~100μm為佳，且更佳係25~50μm。隔板，可使用電池領域中一般常用的習知隔板。隔板，可使用離聚物系樹脂薄膜、聚醯亞胺系樹脂薄膜、丙烯酸系UV硬化樹脂、玻璃材、矽烷變性聚合物、聚醯亞胺系膠帶等。
隔板之面積並無特別限定，僅需進行適宜設定使其對應目的之太陽電池之規模即可。
外殼與對電極之界面，以對構成電解質層之電解液成分有耐久性之材料密封為佳。
密封材，可使用丙烯酸系UV硬化樹脂、離聚物系樹脂薄膜、環氧系樹脂、聚酯系樹脂、丙烯酸系樹脂、熱熔系樹脂、聚矽酮系彈性體、丁基橡膠系彈性體、玻璃材等。丙烯酸系UV硬化樹脂可使用ThreeBond製TB3017B、TB3035B。其可使光電極及對電極之兩極間密封。
外殼之至少對電極側之面(界面)，進行平滑化處理為佳。
密封光電極與絕緣材一體化者及對電極之手段，係藉由將前述密封材，塗佈或設置於外殼材，其外殼材係設置於對電極及對向之光電極與絕緣材一體化者之外周，並設置對電極材後，使密封材硬化而主密封。
本發明之色素增感型太陽電池模組之電解液層，係藉由與所有的光電轉換元件共通，從而不須每個色素增感型太陽電池分界。其結果， 可容易密封，且可得到根據光電轉換元件之連結數之電流值、電壓值。
接著從電解液注入孔注入電解液，並以密封材塞住電解液注入孔，使其硬化而進行端部密封。
本發明之色素增感型太陽電池模組，於前述對電極，設置構成前述電解質層之電解液之注入孔為佳。
電解液之注入利用毛細管現象之手段來進行為佳。具體而言，電解液於裝滿的容器內浸漬模組，藉由吸氣壓力回到大氣而注入。此外，使用分配器直接注入亦可。
(4)集光裝置
本發明之色素增感型太陽電池中，集光裝置係配置於對電極側。
光照射手段，係通過將集光裝置配置於對電極側而成。色素增感型太陽電池，其光電極係由無光透過性之鈦材料所構成，因此光照射手段係從對電極實施。藉由將集光裝置設置於對電極與光源之間，可對被浪費使用之光進行集光，產生相當於高光電轉換率之高電力。
使用習知的色素增感太陽電池所使用之ITO(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine Tin Oxide)等之透明導電膜，其片材電阻較高，即使以集光裝置將光收束，若係面積特別大之色素增感太陽電池，光電轉換率仍無法提高。
本發明之光電極所使用之金屬鈦、鈦合金或經表面處理之金屬鈦、鈦合金材料，與ITO、FTO等透明導電膜比較，其具有片材電阻相當低等優點。因此，本發明之色素增感太陽電池即使係大面積之色素增感太陽電池，使用集光裝置進行光收束，亦可得到相當所得色素增感型太陽電 池之光電轉換率之電力。
集光裝置，雖無特別限制，但使用玻璃或PMMA(Polymethyl methacrylate)、PET(Polyethylene terephthalate)、PEN(Polyethylene naphthalate)等之透明合成樹脂製線性菲涅爾透鏡等之集光透鏡為佳。
色素增感太陽電池所使用之色素增感劑等之有機物成分，有可能因包含太陽光之波長較短之紫外線而劣化。因此使用玻璃或PMMA、PET、PEN等之透明合成樹脂之線性菲涅爾透鏡等作為集光裝置，可防止包含太陽光之波長較短之紫外線進入色素增感型太陽電池。
從而可防止色素增感太陽電池所使用之色素等有機物成分劣化，可提高色素增感太陽電池之耐久性。
此外，使用集光裝置收束光時，發生之色素增感型太陽電池本身將積蓄熱，而有損及色素增感型太陽電池之耐久性之疑慮，因此設置冷卻裝置為佳。
冷卻裝置，雖無特別限制，為了遮斷集光裝置與對電極之間太陽光之熱能，可係設置近紅外線遮斷濾光片者，或者，在光電極所使用之金屬鈦、鈦合金或金屬鈦、鈦合金進行水冷、空冷之裝置、銅板等熱傳導率高之材料等為佳。
藉由附設此等之冷卻裝置，可防止集光裝置收束光時之發熱。欲更加提升冷卻效率，可於本發明之色素增感太陽電池之光電極面上積層2種類以上之熱傳導性佳之材料(鋁、銅板等)。
(5)色素增感型太陽電池模組之製造方法
本發明之色素增感型太陽電池模組，光電極及對電極之間介在墊片以T 字形對向配置，並將電解質層封入光電極及對電極間。
前述光電極之鈦材料之製作，可採用上述表面處理方法。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造為佳，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法為佳：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，及(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
本發明之色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造為佳，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法為佳：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，在對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化之步驟，及(3)在步驟(2)得到、施予陽極氧化處理之金屬鈦材料或鈦合金材料，在氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
前述形成氮化鈦之步驟，係選自PVD處理、CVD處理、熔射處理、氨氣環境下之加熱處理，及氮氣環境下之加熱處理所成群中1種之處理方法進行者為佳。
前述氮氣環境下之加熱處理，係於氧氣捕集劑之存在下所實施者為佳。
密封光電極與絕緣材一體化者及對電極之手段，係藉由將前 述密封材，塗佈或設置於外殼材，其外殼材係設置於對電極及對向之光電極與絕緣材一體化者之外周，並設置對電極材後，使密封材硬化而主密封。
電解質層之封入方法並無限定。例如，可列舉於對電極設置注入孔，從該注入孔注入構成電解質層之材料之方法。該注入孔，於前述材料注入完成後，藉由所規定的部材或樹脂塞住即可(端部密封)。
此外，前述材料注入時，前述電解質層為凝膠(果凍狀、半固體狀)之情形，藉由加熱液化即可。
此外，前述電解質層為固體狀之情形，例如，使用可溶解固體電解質之溶劑，調製溶解固體電解質之液體並注入於注入孔後，除去溶劑即可。
此外，藉由交互電連接個別的光電極及其對向配置之對電極，可製作本發明之色素增感太陽電池。
色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，且前述光電極及對電極為電連接。
電連接，可為圖-1及圖-2所示之串聯連接，或圖3及圖-4所示之並聯連接，或其兩者。
前述光電極與對電極之電連接，係前述對電極介在電解質層以T字型對向配置之側以外的5面之中，由至少1面配線為佳。因此由光電極之對電極介在電解質層以T字型對向配置之側無法電接續。而且，因為構成光電極之鈦材料具有導電性。
色素增感型太陽電池模組中，使用表面處理之金屬鈦或表面處理之鈦合金之情形，對電極介在電解質層以T字型對向配置之側以外的5 面之中，在至少1面除去表面處理層，從該面配線為佳。由於母材(例如基材)為鈦材料，藉由除去表面處理層，於母材可形成電的接合面。
用於電連接之材料，使用選自鈦、銅、銀、鋁、鉑、鎢等之線或箔所成群中至少1種之材料為佳。
串聯連接之情形，電連接與光電極鄰近之對電極。
並聯連接之情形，連接鄰近之光電極，或對電極。
光電極及對電極之連接線之接著，係具有導電性者為佳。具體而言，以焊接或金屬膏之接著為佳。光電極，由於為鈦材料，於電連接使用鈦線或鈦箔時，亦可實施熔接。此外，前述接著後，以丙烯酸系UV硬化樹脂等鞏固地固定為更佳。
色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置，且前述光電極及對電極，如串聯連接之圖-1及圖-2、並聯連接之圖3及圖-4所示，設置用於取出電力至外部之連接部。
【實施例】
以下，列舉實施例說明本發明，但本發明並非限定為此些實施例。
實施例1
(1)經陽極氧化處理後之鈦材料之製作
金屬鈦板(鈦材料、光電極基板)，使用三氯乙烯進行脫脂處理後，使用氮化爐(NVF-600-PC、中日本爐工業製)，於脫脂處理後之金屬鈦板之表面形成氮化物。
首先，藉由設置於氮化爐內之平板狀碳材包夾金屬鈦板。接著，為了除去氧氣而將氮化爐進行減壓處理至1Pa以下後，將99.99%以上之高純度之氮氣導入氮化爐，使其復壓至0.1MPa(大氣壓)。接著，用2小時使氮化爐升溫至950℃。接著，於此950℃之氮化爐中進行1小時加熱處理，於金屬鈦板之表面形成氮化物。
表面形成有氮化鈦之金屬鈦板，使用1.5M硫酸、0.05M磷酸、0.3M過氧化氫、電流密度4A/dm2實施30分鐘之陽極氧化處理。形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
(2)光電極之製作
將上述表面處理後之9mm×50mm、11mm×50mm、13mm×50mm、16mm×50mm之金屬鈦板作為光電極使用，製作色素增感型太陽電池。將上述表面處理後之金屬鈦板以溶劑之乙醇洗淨、乾燥後，於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，將其紫外線照射30分，接著進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5分)。
之後，於150mM之氯化鋁AlCl3(和光純藥工業製)水溶液在室溫浸漬2分鐘，乾燥後在450℃、15分鐘燒成之步驟重複2次。接著，120mM之四氯化鈦TiCl4(和光純藥工業製)水溶液在70℃浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃、15分鐘燒成之步驟重複2次，於鈦材料上形成下層氧化鋁、上層氧化鈦之阻擋層。
經過本處理後之上述表面處理材，將氧化鈦材料(PST-18NR、日揮觸媒化成製)塗佈面積分別為0.4cm2(1mm×40mm)、0.8cm2(2mm×40mm)、1.6cm2(4mm×40mm)、3.2cm2(8mm×40mm)，以 刮刀法塗佈，並在450℃燒成15分，將此形成為膜厚15μm進行5次塗佈(半導體層)後，在450℃燒成1小時。進一步於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，將其紫外線照射30分，接著進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5分)。
接著，以0.45mM釕系色素N719(Solaronix製、色素增感劑)及0.15mM釕系色素N749(Solaronix製、色素增感劑)於含有叔丁醇(t-BuOH)(和光純藥製工業(株)製)及乙腈(CH3CN)(和光純藥製工業(株)製)之混合溶液稀釋，調製色素溶液。其中，混合液係以t-BuOH：CH3CN=1：1之比例混合。將燒製後之金屬鈦板，於40℃下浸漬於本色素溶液中14小時，從而得到光電極材料。
於表面處理之金屬鈦使用精密磨床(sunhayato、AC-D12)進行研磨處理而設置集電部。
(3)對電極板之製作
對電極，將FTO(Fluorine Tin Oxide)蒸鍍玻璃板(旭硝子製)以溶劑丙酮、乙醇洗淨、乾燥後，以電子束蒸鍍將鉑蒸鍍1nm。
末端部位，以特殊焊錫CERASOLZA # 186(黒田科技製)塗佈。
(4)色素增感型太陽電池之製作
將0.01M I2(碘)、0.02M LiI(碘化鋰)、0.72M DMPII(1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide)、1.0M TBP(叔丁基吡啶)於乙腈中(和光純藥製工業(株)製)溶解，調製電解液。將調製出之電解液，注入光電極與對電極之間隙中(電解質層)。
接著，使用丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)，密封兩極間，使用輸送式UV照射裝置(USHIO電機製、VB-15201BY-A)以積分強度40kJ/m2使密封劑硬化，製作色素增感型太陽電池。
(5)評估結果
對於改變氧化鈦材料之塗佈面積(單電池之尺寸)之色素增感太陽電池，將進行光電轉換效率之評價結果表示於表-1。
如表-1所示，得知色素增感太陽電池之單電池寬度越窄則轉換效率越高。
實施例2
(1)經陽極氧化處理後之鈦材料之製作
金屬鈦板(鈦材料、光電極基板)，使用三氯乙烯進行脫脂處理後，使用氮化爐(NVF-600-PC、中日本爐工業製)，於脫脂處理後之金屬鈦板之表 面形成氮化鈦。
首先，藉由設置於氮化爐內之平板狀碳材包夾金屬鈦板。接著，為除去氧氣而將氮化爐進行減壓處理至1Pa以下後，將99.99%以上之高純度之氮氣導入氮化爐，使其復壓至0.1MPa(大氣壓)。接著，用2小時使氮化爐升溫至950℃。接著，於此950℃之氮化爐中進行1小時加熱處理，於金屬鈦板之表面形成氮化鈦。
表面形成有氮化鈦之金屬鈦板，使用1.5M硫酸(和光純藥製工業(株)製)、0.05M磷酸(和光純藥製工業(株)製)、0.3M過氧化氫(和光純藥製工業(株)製)、電流密度4A/dm2實施30分之陽極氧化處理。形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
進一步，為了除去陽極氧化皮膜中所含有之低級氧化鈦，使用0.3M氟化氫銨(和光純藥製工業(株)製)及過氧化氫(和光純藥製工業(株)製)之水溶液0.1A/dm2實施15分鐘陽極氧化處理。
(2)光電極之製作
將上述表面處理9mm×50mm之金屬鈦板作為光電極使用，製作色素增感型太陽電池。首先，將上述表面處理之金屬鈦板以溶劑之乙醇洗淨、並乾燥。接著，於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，實施紫外線照射30分鐘，進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5min)。
之後，在室溫以150mM之氯化鋁AlCl3(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬2分鐘，乾燥後在450℃燒成15分之步驟重複2次。接著，在70℃以10mM之氯化鈮NbCl5(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘， 乾燥後，在450℃燒成15分重複2次後，在70℃以120mM之四氯化鈦TiCl4(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃燒成15分之步驟重複2次，從而於鈦材料上形成：下層氧化鋁、中間層氯化鈮、上層氧化鈦之阻擋層。
經過本處理後之上述表面處理材，將氧化鈦材料(PST-18NR、日揮觸媒化成製)塗佈面積分別為0.12cm2(0.3mm×40mm)、0.20cm2(0.5mm×40mm)、0.4cm2(1mm×40mm)，以刮刀法塗佈，並在450℃燒成15分，將此形成為膜厚15μm進行5次塗佈(半導體層)後，在450℃燒成1小時。進一步於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，將其紫外線照射30分，接著進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5分)。
接著，以0.45mM釕系色素N719(Solaronix製、色素增感劑)及0.15mM釕系色素N749(Solaronix製、色素增感劑)於含有叔丁醇(t-BuOH)(和光純藥製工業(株)製)及乙腈(CH3CN)(和光純藥製工業(株)製)之混合溶液稀釋，調製色素溶液。混合液係以t-BuOH：CH3CN=1：1之比例混合。將燒製後之金屬鈦板，於40℃下浸漬於本色素溶液中14小時，從而得到光電極材料。
於表面處理之金屬鈦使用精密磨床(sunhayato、AC-D12)進行研磨處理而設置集電部。
(3)對電極板之製作
對電極，將FTO(Fluorine Tin Oxide)蒸鍍玻璃板(旭硝子製)以溶劑丙酮、乙醇洗淨、乾燥後，防反射塗佈(大正光學製)後以電子束蒸鍍將 鉑蒸鍍1nm。
末端部位，以特殊焊錫CERASOLZA # 186(黒田科技製)塗佈。
(4)色素增感型太陽電池之製作
將0.01M I2(碘)、0.02M LiI(碘化鋰)、0.72M DMPII(1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide)、1.0M TBP(叔丁基吡啶)於乙腈中(和光純藥製工業(株)製)溶解，調製電解液。將調製出之電解液，注入光電極與對電極之間隙中(電解質層)。
接著，使用丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)，密封兩極間，使用輸送式UV照射裝置(USHIO電機製、VB-15201BY-A)以積分強度40kJ/m2使密封劑硬化，製作色素增感型太陽電池。
(5)評價結果
對於改變氧化鈦材料之塗佈面積(單電池之尺寸)之色素增感太陽電池，將進行光電轉換效率之評價結果表示於表-2。
如表-2所示，得知色素增感太陽電池之單電池寬度越窄則轉換效率越高。
【表2】
實施例3
(1)陽極氧化處理之鈦材料之製作
金屬鈦板(鈦材料、光電極基板)，使用三氯乙烯進行脫脂處理後，使用氮化爐(NVF-600-PC、中日本爐工業製)，於脫脂處理後之金屬鈦板之表面形成氮化鈦。
首先，藉由設置於氮化爐內之平板狀碳材包夾金屬鈦板。接著，為除去氧氣而將氮化爐進行減壓處理至1Pa以下後，將99.99%以上之高純度之氮氣導入氮化爐，使其復壓至0.1MPa(大氣壓)。接著，用2小時使氮化爐升溫至950℃。接著，於此950℃之氮化爐中進行1小時加熱處理，於金屬鈦板之表面形成氮化鈦。
表面形成有氮化鈦之金屬鈦板，使用1.5M硫酸(和光純藥製工業(株)製)、0.05M磷酸(和光純藥製工業(株)製)、0.3M過氧化氫(和光純藥製工業(株)製)、電流密度4A/dm2實施30分之陽極氧化處理。形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
進一步，為了除去陽極氧化皮膜中所含有之低級氧化鈦，使 用0.3M氟化氫銨(和光純藥製工業(株)製)及過氧化氫(和光純藥製工業(株)製)之水溶液0.1A/dm2實施15分鐘陽極氧化處理。
(2)光電極之製作
將上述表面處理9mm×50mm之金屬鈦板作為光電極使用，製作色素增感型太陽電池。首先，將上述表面處理之金屬鈦板以溶劑之乙醇洗淨、並乾燥。接著，於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，實施紫外線照射30分鐘，進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5min)。
之後，在室溫以150mM之氯化鋁AlCl3(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬2分鐘，乾燥後在450℃燒成15分之步驟重複2次。接著，在70℃以10mM之氯化鈮NbCl5(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃燒成15分重複2次後，在70℃以120mM之四氯化鈦TiCl4(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃燒成15分之步驟重複2次，從而於鈦材料上形成：下層氧化鋁、中間層氯化鈮、上層氧化鈦之阻擋層。
經過本處理後之上述表面處理材，將氧化鈦材料(PST-18NR、日揮觸媒化成製)塗佈面積為0.20cm2(0.5mm×40mm)，以刮刀法塗佈，並在450℃燒成15分，將此形成為膜厚15μm進行5次塗佈(半導體層)後，在450℃燒成1小時。進一步於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，將其紫外線照射30分，接著進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5分)。
接著，以0.45mM釕系色素N719(Solaronix製、色素增感劑) 及0.15mM釕系色素N749(Solaronix製、色素增感劑)於含有叔丁醇(t-BuOH)(和光純藥製工業(株)製)及乙腈(CH3CN)(和光純藥製工業(株)製)之混合溶液稀釋，調製色素溶液。混合液係以t-BuOH：CH3CN=1：1之比例混合。將燒製後之金屬鈦板，於40℃下浸漬於本色素溶液中14小時，從而得到光電極材料。
準備2個得到的光電極材料，使光電極間不接觸，如圖5及圖6所示使用himilan(三井杜邦化學股份公司製)，由基板之背面相黏在一起。
圖5，係表示準備2個得到的光電極材料，使光電極間不接觸，使用樹脂，由基板之背面相黏者。
於表面處理之金屬鈦使用精密磨床(sunhayato、AC-D12)進行研磨處理而設置集電部。
(3)對電極板之製作
對電極，將FTO(Fluorine Tin Oxide)蒸鍍玻璃板(旭硝子製)以溶劑丙酮、乙醇洗淨、乾燥後，防反射塗佈(大正光學製)後以電子束蒸鍍將鉑蒸鍍1nm。
將上述對電極板切斷成20mmx50mm，以鋅粉末(和光純藥製工業製)及鹽酸(和光純藥製工業製)剝離FTO膜及鉑，並絕緣處理。末端部位，以特殊焊錫CERASOLZA # 186(黒田科技製)塗佈。
(4)色素增感型太陽電池模組之製作
於光電極之中央附近，塗佈丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)並設置對電極板，使用輸送式UV照射裝置(USHIO電機製、VB-15201BY-A)以積分強度40kJ/m2使密封劑硬化，使單電池間 電解液不相連而分割。
此外，亦製作不進行該處理之單電池，進行比較試驗。
本發明之色素增感型太陽電池模組之一態樣，其中，於光電極之中央附近，塗佈密封材並設置對電極板，使該密封劑硬化，使單電池間電解液不相連而分割，形成可各個單電池分別調製電解液之實施態樣。
本發明之色素增感型太陽電池模組之一態樣，其中，不進行該處理之單電池，單電池不分割，可不以各個單電池調製電解液之實施態樣。此為本發明之色素增感型太陽電池模組之一態樣，2個以上排列之光電極及對電極之間，使用相同電解質層之態樣。
將0.006M I2(碘)、0.02M LiI(碘化鋰)、0.72M DMPII、1.0M TBP(叔丁基吡啶)於乙腈中(和光純藥製工業(株)製)溶解，調製電解液。將調製出之電解液，注入光電極與對電極之間隙中(電解質層)。
接著，使用丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)，密封兩極間，使用輸送式UV照射裝置以積分強度40kJ/m2使密封劑硬化，之後，將各單電池以銅線串聯連接，製作色素增感型太陽電池之簡易模組。
(5)評價結果
對於色素增感太陽電池模組之各單電池有無分割，進行光電轉換效率之比較之結果表示於表-3。
如表-3所示，無關有無分割單電池，兩者之轉換效率皆相同，因此得知製作模組時不需對各個單電池調製電解液。
本發明之一態樣，不考慮單電池之分割或製作模組時對各個單電池調 製電解液。本發明，製作模組時，(甲)可分割單電池，對各個單電池調製電解液，(乙)亦可不分割單電池，不對各個單電池調製電解液。
實施例4
(1)陽極氧化處理之鈦材料之製作
於金屬鈦板(鈦材料、光電極基板)側面，藉由銑床之加工實施平滑化處理，使用三氯乙烯進行脫脂處理後，使用氮化爐(NVF-600-PC、中日本爐工業製)，於脫脂處理後之金屬鈦板之表面形成氮化鈦。
首先，藉由設置於氮化爐內之平板狀碳材包夾金屬鈦板。接著，為除去氧氣而將氮化爐進行減壓處理至1Pa以下後，將99.99%以上之高純度之氮氣導入氮化爐，使其復壓至0.1MPa(大氣壓)。接著，用2小時使氮化爐升溫至950℃。接著，於此950℃之氮化爐中進行1小時加熱處理，於金屬鈦板之表面形成氮化鈦。
表面形成有氮化鈦之金屬鈦板，使用1.5M硫酸(和光純藥製工業(株)製)、0.05M磷酸(和光純藥製工業(株)製)、0.3M過氧化氫(和光純藥製工業(株)製)、電流密度4A/dm2實施30分之陽極氧化處理。形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜。
(2)光電極之製作
將上述表面處理25mm×50mm×2mm之金屬鈦板作為光電極使用，製作色素增感型太陽電池。首先，將上述表面處理之金屬鈦板以溶劑之乙醇洗淨、並乾燥。接著，於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，實施紫外線照射30分鐘，進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5min)。
然後，在室溫以150mM之氯化鋁AlCl3(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬2分鐘，乾燥後在450℃燒成15分之步驟重複2次。接著，在70℃以10mM之氯化鈮NbCl5(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃燒成15分重複2次後，在70℃以120mM之四氯化鈦TiCl4(和光純藥製工業(株)製)水溶液浸漬30分鐘，乾燥後，在450℃燒成15分之步驟重複2次，從而於鈦材料上形成：下層氧化鋁、中間層氯化鈮、上層氧化鈦之阻擋層。
經過本處理後之上述表面處理材，於銑床加工(平滑化處理)之面(寬2mm×長50mm)，將氧化鈦材料(PST-18NR、日揮觸媒化成製)塗佈面積為0.8cm2(2mm×40mm)，以刮刀法塗佈，並在450℃燒成15分，將此形成為膜厚15μm進行5次塗佈(半導體層)後，在450℃燒成1小時。進一步於UV臭氧淨化器UV253S(Filgen,Inc.製)內實施氧氣流(0.05MPa,5分)後，將其紫外線照射30分，接著進一步實施氮氣流(0.2MPa,7.5分)。
接著，交互配置得到的光電極，及絕緣材之載玻片，於兩端以鈦材包夾並將每種材料以himilan(三井杜邦化學股份公司製)熱壓接。此時，光電極之使用數為2枚。
得到的光電極，以0.45mM釕系色素N719(Solaronix製、色素增感劑)及0.15mM釕系色素N749(Solaronix製、色素增感劑)於含有叔丁醇(t-BuOH)(和光純藥製工業(株)製)及乙腈(CH3CN)(和光純藥製工業(株)製)之混合溶液稀釋，調製色素溶液。混合液係以t-BuOH：CH3CN=1：1之比例混合。
將燒製後之金屬鈦板，於40℃下浸漬於本色素溶液中14小時，從而得到光電極材料。
(3)對電極板之製作
對電極，將FTO(Fluorine Tin Oxide)蒸鍍玻璃板(旭硝子製)以溶劑丙酮、乙醇洗淨、乾燥後，防反射塗佈(大正光學製)後以電子束蒸鍍將鉑蒸鍍1nm。
將上述對電極板切斷成20mm x 50mm，於光電極對向之部分黏貼聚醯亞胺膠帶，塗擦整齊並遮蔽後，以鋅粉末(和光純藥製工業製)及鹽酸(和光純藥製工業製)剝離非遮蔽面之FTO膜及鉑，而進行絕緣處理。
接著，使用精密磨床(sunhayato、AC-D12)於玻璃板開洞，設置電解液注入孔。末端部位，以特殊焊錫CERASOLZA # 186(黒田科技製)塗佈。
(4)色素增感型太陽電池模組之製作
於模組外框之鈦部分，塗佈丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)並設置對電極板，使用輸送式UV照射裝置(USHIO電機製、VB-15201BY-A)以積分強度40kJ/m2使密封劑硬化，接著光電極及對電極。
將0.006M I2(碘)、0.02M LiI(碘化鋰)、0.72M DMPII、 1.0M TBP於乙腈中(和光純藥製工業(株)製)溶解，調製電解液。將調製出之電解液，從電解液注入孔注入單電池內(電解質層)。
接著，使用丙烯酸系UV硬化樹脂TB3035B(ThreeBond製、密封材)塞住電解液注入孔，於其上接著蓋玻璃並密封。
然後，將各單電池以銅線串聯連接，製作2串聯之色素增感型太陽電池模組。
(5)評價結果
得到之2串聯色素增感型太陽電池模組之光電轉換效率進行比較之結果表示於表-4。
本發明之一態樣，其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組，其特徵係：(1)於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層之光電極排列2個以上，前述光電極具備以下構造：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化；(2)於前述光電極間配置絕緣材；(3)對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學 觸媒層，前述對電極，係將透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上塗佈電化學觸媒層者，以T字型設置於前述2個以上之光電極與絕緣材一體化者之前述切斷面之上部；(4)前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜而除去呈絕緣；(5)前述光電極與對電極為電連接；(6)前述光電極及對電極，設置用於將電送至外部之連接部。
此外，本發明之一態樣，其特徵係前述排列2個以上之光電極與對電極之間，使用相同電解質層之色素增感型太陽電池模組。
本發明之色素增感型太陽電池模組，包含不考慮單電池之分割或製作模組時對各個單電池調製電解液之發明。本發明，製作模組時，(甲)可分割單電池，對各個單電池調製電解液，(乙)亦可不分割單電池，不對各個單電池調製電解液。
本發明之色素增感型太陽電池模組，於光電極之中央附近，塗佈密封材並設置對電極板，接著硬化該密封劑，使單電池間電解液不相連而分割，則成為前者(甲)可分割單電池，對各個單電池調製電解液之實施態樣。
本發明之色素增感型太陽電池模組，不進行該處理之單電池，成為(乙)亦可不分割單電池，不對各個單電池調製電解液之實施態樣，在2個以上排列之光電極及對電極之間，使用相同電解質層之實施態樣。
上述實施例3，係包含於本發明，於光電極之間僅配置接著材之構成。對於本發明之色素增感太陽電池模組之各單電池有無分割，進行光電轉換效率之比較之結果，得知無關有無分割單電池，兩者之轉換效率皆相同。
上述實施例4，係包含於本發明，於光電極之間配置絕緣材並以接著材熱壓接之構成。
關於圖6，在圖7進一步詳細說明。
7A為後者(乙)之可不分割單電池，不對各個單電池調製電解液之實施態樣。7A為本發明之色素增感型太陽電池模組之一態樣，係表示在2個以上排列之光電極及對電極之間，使用相同電解質層之實施態樣。
7B為於光電極之中央附近，塗佈密封材並設置對電極板，接著硬化該密封劑，使單電池間電解液不相連而分割。其為本發明之色素增感型太陽電池模組之一態樣，表示前者(甲)之可分割單電池，對各個單電池調製電解液之實施態樣。
7C為表示其等色素增感型太陽電池模組之背面(圖5)。

Claims (25)

  1. 一種色素增感型太陽電池模組，其係光電極及對電極介在電解質層以T字型對向配置之色素增感型太陽電池模組，其特徵係：(1)於鈦材料之斷面上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層之光電極排列2個以上，前述光電極具備以下構造：(i)由厚度0.1~5mm之鈦材料基板切斷之厚度0.1~5mm之鈦材料基板所形成之光電極基板之切斷面上，以細長形狀形成多孔質氧化鈦層，且(ii)鈦材料基板與絕緣材一體化；(2)於前述光電極間配置絕緣材；(3)對電極，係於透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜上，塗佈電化學觸媒層，前述對電極，係將透明導電性玻璃或透明導電性薄膜上塗佈電化學觸媒層者，以T字型設置於前述2個以上之光電極與絕緣材一體化者之前述切斷面之上部；(4)前述透明導電膜玻璃或透明導電膜薄膜，於前述絕緣材對向之面，藉由連同電化學觸媒層蝕刻該透明導電膜而除去呈絕緣；(5)前述光電極與對電極為電連接；(6)前述光電極及對電極，設置用於將電送至外部之連接部。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述排列2個以上之光電極與對電極之間，使用相同電解質層。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極與對電極之電連接，係前述對電極介在電解質層以T字型對 向配置之側以外的5面之中，由至少1面配線。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，構成光電極之鈦材料，由厚度0.1mm~5mm之鈦材料切斷後，平滑化處理該切斷面。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述鈦材料係選自金屬鈦、鈦合金、表面處理之金屬鈦及表面處理之鈦合金所成群中至少一種之材料。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述表面處理之金屬鈦或表面處理之鈦合金，係對電極介在電解質層以T字型對向配置之側以外的5面之中，至少1面除去表面處理層，並由該面配線。
  7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極，於與鈦材料之對電極對向配置之側，設置阻擋層，進一步於該阻擋層上形成含有色素增感劑之多孔質氧化鈦層；前述阻擋層係選自氧化鈦層、氧化鋁層、氧化矽層、氧化鋯層、鈦酸鍶層、氧化鎂層及氧化鈮層所成群中至少2層而構成，且必定包含氧化鋁層。
  8. 如申請專利範圍第7項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述阻擋層係選自氧化鈦層、氧化鋁層及氧化鈮層所成群中至少2層而構成。
  9. 如申請專利範圍第1~8項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述多孔質氧化鈦層之形狀為長方形。
  10. 如申請專利範圍第1~9項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模 組，其中，前述電化學還原觸媒層為鉑觸媒層。
  11. 如申請專利範圍第1~10項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極，設置構成前述電解質層之電解液之注入孔。
  12. 如申請專利範圍第1~11項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述光電極與絕緣材一體化者之外圍，設置對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之外殼。
  13. 如申請專利範圍第12項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之外殼材料係選自鈦、鈦合金、氟樹脂、及玻璃所成群中至少一種之材料。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述外殼之至少對電極側之面，施予平滑化處理。
  15. 如申請專利範圍第1~14項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，與前述對電極相反側之面，介在絕緣材，對構成前述電解質層之電解液之成分有耐久性之材料所構成之底部作為外殼而設置。
  16. 如申請專利範圍第1~15項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極之透明導電性玻璃或透明導電性薄膜，施予防反射膜加工。
  17. 如申請專利範圍第1~15項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極，係於透明導電性玻璃或透明導電性薄膜之光照射面，進一步設置防反射薄膜。
  18. 如申請專利範圍第14項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述外殼與對電極之界面，以對構成電解質層之電解液之成分有耐久性之 材料密封。
  19. 如申請專利範圍第18項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，密封前述外殼與對電極之界面之材料係選自丙烯酸系UV硬化樹脂、離聚物系樹脂薄膜、環氧樹脂、丙烯酸系樹脂、熱熔系樹脂、矽酮系彈性體及丁基橡膠系彈性體所成群中至少1種類之材料。
  20. 如申請專利範圍第1~19項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，前述對電極側，進一步配置集光裝置。
  21. 如申請專利範圍第20項所記載之色素增感型太陽電池模組，其中，進一步配置冷卻裝置。
  22. 一種色素增感型太陽電池模組之製造方法，其係如申請專利範圍第1~21項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其特徵係，色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，及(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，使用對於鈦具有蝕刻作用之電解液，在發生火花放電電壓以上進行陽極氧化，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
  23. 一種色素增感型太陽電池模組之製造方法，其係如申請專利範圍第1~21項中任一項所記載之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其特徵係， 色素增感型太陽電池模組，係光電極及對電極之間介在墊片，以T字型對向配置，於光電極及對電極之間封入電解質層而製造，前述光電極之鈦材料，係以下之表面處理方法：(1)於金屬鈦材料或鈦合金材料之表面形成氮化鈦之步驟，(2)在步驟(1)得到、表面形成氮化鈦之金屬鈦材料或鈦合金材料，在對於鈦不具有蝕刻作用之電解液中，進行陽極氧化之步驟，及(3)在步驟(2)得到、施予陽極氧化處理之金屬鈦材料或鈦合金材料，在氧化性環境中進行加熱處理，形成銳鈦礦型氧化鈦之皮膜之步驟。
  24. 如申請專利範圍第22或23項所記載之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其中，前述形成氮化鈦之步驟，係選自PVD處理、CVD處理、熔射處理、氨氣環境下之加熱處理，及氮氣環境下之加熱處理所成群中1種之處理方法進行。
  25. 如申請專利範圍第24項所記載之色素增感型太陽電池模組之製造方法，其中，前述氮氣環境下之加熱處理，係於氧氣捕集劑之存在下所實施者。
TW106134262A 2016-10-07 2017-10-03 色素增感型太陽電池模組 TW201814930A (zh)

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