JP2006190585A

JP2006190585A - 色素増感型太陽電池

Info

Publication number: JP2006190585A
Application number: JP2005002083A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yuasa; 雅也湯浅
Original assignee: Sekisui Jushi Corp
Current assignee: Sekisui Jushi Corp
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】発電効率を顕著に低下させることなく、電磁波の反射によって生じる悪影響を軽減することができる色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】透明基板１及び／又は裏面基板６に電磁波吸収層７が設けられることで別途電磁波吸収手段を設ける必要がなく、また電磁波到来側から電磁波吸収層７、誘電体からなるスペーサー及び電磁波反射層という高い効率で電磁波の吸収を行うことに繋がる積層構造を形成することで、簡便且つ効率よく電磁波による悪影響を軽減することができる。また透明導電性層２及び／又は導電性層５を電磁波反射体として用いることでその表面抵抗を低く保持したままとすることができ、発電効率の顕著な低下を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波による悪影響を受けやすい場所に好適に設置される色素増感型太陽電池に関するものである。

透明性の高い色素増感型太陽電池として、例えば２枚の透明導電性ガラス基板の間に透明半導体微粒子、色素、及び電解質を挟みこんだ色素増感型太陽電池において、２色以上の色素を１つの基板上に有させることで文字等を表現することができる色素増感型太陽電池が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２００１−１７６５６５号公報

しかしながら、特許文献１のような透明な色素増感型太陽電池を、例えばオフィスビルの窓などに用いて窓面の活用を行おうとすると、色素増感型太陽電池の透明導電性ガラス基板の導電性層が電磁波反射体となり、オフィスから窓面に向かって発せられた電磁波がオフィス内に反射され、該電磁波による人体や通信環境への悪影響が起こる恐れがあった。かかる反射を抑制するために、導電性層の表面抵抗値を上昇させると、導電性層による電力の取り出しが円滑に行われず発電効率の顕著な低下を招くこととなり、またオフィスビルであれば情報の漏洩に繋がる恐れもある。

本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、発電効率を顕著に低下させることなく、電磁波の反射によって生じる悪影響を軽減することができる色素増感型太陽電池を提供せんとするものである。

上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明に係わる色素増感型太陽電池は、太陽光到来側から順に透明基板、透明導電性層、色素が導入された酸化物半導体層、電解質層、導電性層及び裏面基板が積層されて形成され、前記透明基板の太陽光到来側及び／又は前記裏面基板の太陽光到来側と反対側に電磁波吸収層が設けられると共に、該電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び／又は裏面基板が電磁波を透過する材料からなることを特徴とするものである。

本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明基板及び／又は裏面基板に電磁波吸収層が設けられることで別途電磁波吸収手段を設ける必要がなく、また電磁波到来側から電磁波吸収層、誘電体からなるスペーサー及び電磁波反射層という高い効率で電磁波の吸収を行うことに繋がる積層構造を形成することで、簡便且つ効率よく電磁波による悪影響を軽減することができる。また透明導電性層及び／又は導電性層を電磁波反射体として用いることでその表面抵抗を低く保持したままとすることができ、発電効率の顕著な低下を防止することができる。

また請求項１に記載の色素増感型太陽電池において、前記電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び／又は裏面基板は、主として吸収の対象となる電磁波が、該透明基板及び／又は裏面基板を透過する際の波長の四分の一の厚みとなされていれば、電磁波吸収層の表面から電磁波進行方向を見込んだ入力インピーダンスを、自由空間の特性インピーダンスに合わせて更に効率よく電磁波を減衰させることができ好ましい。

本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。

図１は、本発明に係わる色素増感太陽電池の、第一の実施形態を示す断面図である。色素増感型太陽電池１０は、太陽光到来側αから順に、ポリカーボネート樹脂からなる透明基板１と、透明基板１にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が蒸着されることで形成された透明導電性層２と、透明導電性層２上に酸化チタンを用いて多孔質の薄膜を形成し、当該薄膜にルテニウム錯体である色素を導入した酸化物半導体層３と、メトキシプロピオニトリル溶媒中に金属ヨウ素を配合した電解質層４と、ポリカーボネート樹脂からなる透明な裏面基板６と、裏面基板６の太陽光到来側αに白金を蒸着させて形成した導電性層５が積層されている。透明基板１の太陽光到来側αには、更にＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が蒸着されてなり適当な面抵抗値を有する透明な電磁波吸収層７が形成されることで、太陽光到来側αから到来する電磁波が電磁波吸収体７により減衰され、更に透明基板１を形成するポリカーボネート樹脂は電磁波を透過する材料すなわち誘電体であるから、電磁波は透明基板１を透過して、電磁波反射体である透明導電性層２により反射され、再度電磁波吸収体７により減衰されることで電磁波は効率よく減衰される。更にまた、電磁波吸収層７の外面には、ポリカーボネート樹脂からなり電磁波吸収層７を水分等から保護する表面保護板８が設けられている。

ここで、吸収の対象となる電磁波としては、オフィスの無線ＬＡＮに多く使用される２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、ＡＨＳやＥＴＣ等において使用されているＤＳＲＣの一般的な周波数５．８ＧＨｚ帯、追突防止レーダに使用されるミリ波帯、例えば６０ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯の帯域の電磁波が挙げられるが、透明導電性層２の面抵抗値、透明基板１の材料定数（複素比誘電率）、表面保護板８の材料定数および厚みを見込んだ上で、かつ、透明基板１の厚み及び電磁波吸収層２の面抵抗値を適切に決定することで、電磁波をより効率よく減衰させることが可能となる。例えば、誘電体からなる透明基板１内での電磁波の波長がλｇである場合、透明基板１の厚みを約λｇ／４とし、また電磁波吸収層７の面抵抗値を各々の電磁波の波長に応じて設定することで、表面保護板８の電磁波到来側の表面から電磁波進行方向を見込んだ電磁波インピーダンスを、自由空間のインピーダンスに合わせることにより、電磁波は更に効率的に減衰される。すなわち、透明基板１の厚みは主として吸収の対象となる電磁波が透明基板１を透過する際の波長の四分の一の厚みとしておくことで電磁波は極めて効率よく減衰されてその悪影響を軽減することができる。また透明基板１を各種透明な合成樹脂、ガラス、空気等、用途に応じて用いることで、電磁波の吸収特性を設定することが可能である。

また透明誘電体層２は電磁波反射体として機能すべくその面抵抗値は低抵抗である必要がある。例えば透明誘電体層２による所望のシールド効果が２０ｄＢ以上の場合には、透明誘電体層２の面抵抗値を２０Ω□程度以下にする必要がある。その面抵抗値は透明誘電体層２による所望の遮蔽性能によって決定され得るが、一般に導電性の高い材料は低い面抵抗値となることから、透明導電性層２は高い導電性を有するものとして色素増感型太陽電池１０としての性能を損なうことが少なくできる。なお、前述の面抵抗値とは、透明誘電体層２及び電磁波吸収層７が空隙を有する場合であっても、一様な平面を有する薄膜であると仮定した場合の等価的な面抵抗値を意味している。

電磁波吸収層７は、金属、金属酸化物、金属窒化物ないしはこれらの混合物をイオンプレーティング、蒸着、スパッタリング、塗布等により作成し、また前記金属、金属酸化物、金属窒化物は、銀、ＩＴＯ（酸化インジウム／酸化錫）、酸化錫、酸化亜鉛、窒化チタン等からなる抵抗皮膜１２を含むものであれば特に限定されるものではないが、上述の如き合成樹脂等からなる板状体、又はフィルム等の誘電体である透明基板１若しくは表面保護板８に電磁波吸収層７を被着させて形成すればその形状を保持する上で好ましい。

図２は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第二の実施形態を示す断面図である。色素増感型太陽電池１０は、太陽光到来側αより透明基板１から裏面基板６までは第二の実施形態と同様に積層されているが、電磁波吸収層７は裏面基板６の太陽光到来側と反対側βに設けられ、更に電磁波吸収層７の外面に表面保護板８が設けられている。かかる構成により、太陽光到来側と反対側βから到来する電磁波が減衰され、電磁波による悪影響の発生が防止される。ここで太陽光到来側と反対側βから到来する電磁波に対して、表面保護板８、電磁波吸収層７、裏面基板６及び導電性層５は、第一の実施形態における表面保護板８、電磁波吸収層７、透明基板１及び透明導電性層２と同様の構成となることから各々についての説明は省略する。

本実施形態において、色素増感型太陽電池１０の厚み方向の透光性が必要とされない場合には、第一の実施形態と異なり裏面基板６、導電性層５、電磁波吸収層７及び表面保護板８に透明な材料を用いる必要がなく、電磁波を吸収する機能を損なわない範囲で用いる材料の自由度を高めることができる。

また、透明基板１又は裏面基板６のいずれか一方のみに電磁波吸収層７を設けて一方から到来する電磁波を吸収するようにしてもよいが、透明基板１の太陽光到来側α及び裏面基板６の太陽光到来側と反対側βの双方に電磁波吸収層７を設けて、両面から到来する電磁波を吸収できるようにすることもできる。

本発明における色素増感型太陽電池１０において、電磁波吸収層７及び表面保護板８以外を形成する材料については特に限定されるものではなく一般的なものや公知のものを適宜用いることができる。例えば透明基板１及び裏面基板６については透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂や、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を好適に用いることができる。また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。更に裏面電極６については透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができる。

透明導電性層２については、上述のＩＴＯ（酸化インジウム／酸化錫）やＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）等、導電性層５については透明導電性層２との電位差を生じさせるために白金、カーボン、導電性ポリマーや、ＩＴＯ等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用い、これらを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により形成することで上述の導電性被膜が設けられる。

酸化物半導体層３については、例えばチタニア粉末等の酸化物半導体をポリエチレングリコール、アセチルアセトン等によりペースト状にして透明基板１に塗布し、透明基板１の材料がガラスであれば４００〜５００度、合成樹脂であれば１００〜１２０度で焼き付けを行った後、Ｃｉｓ−ｄｉｔｈｉｏｃｙａｎａｔｅ［Ｎ−ｂｉｓ（２，２‘−ｂｉｐｙｒｉｄｙｌ４，４’−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄ）］Ｒｕ［二価］等のルテニウム錯体、又はポリフィリン系、シアニン系等の色素、クチナシ色素、スイカズラ色素等のカロテノイド系の色素、クマリン３４３といった色素等の増感色素を担持させて形成できる。また電解質層３４は、電解質を含むものであれば特に限定されるものではないが液体又は擬液体状のものが好ましく、例えばアセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等を用いることができる。

図３は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の一例を示す説明図である。本図において、色素増感型太陽電池１０は上記第二の実施形態に示されるもので、厚み方向に高い透明性を有することでオフィスＦの窓として用いられているものであり、太陽光到来側αからは太陽Ｓからの太陽光Ｓ１が到来して電力が生起されると共に、太陽光到来側と反対側から到来するオフィスＦ内のパソコンＰから発せられる無線ＬＡＮに係わる電磁波Ｒが色素増感型太陽電池１０により減衰されて反射が抑制されるようになされているものである。窓以外に放射された電磁波Ｒは壁面Ｗにより外部への漏洩が防止されるが、窓の部分については色素増感型太陽電池１０により電磁波Ｒが吸収されて無線ＬＡＮオフィスＦ外への情報の漏洩が防止されると共に、オフィスＦ内への電磁波Ｒの反射による通信環境の悪化や人体への悪影響を軽減することができる。

図４は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の他の例を示す一部断面図である。本図は色素増感型太陽電池１０を用いて形成した透光性の防音パネルＴを示すもので、色素増感型太陽電池１０の周囲に枠体Ｔ１が枠組みされ且つ色素増感型太陽電池１０の周囲が枠体Ｔ１内に嵌入されることで形成されたものである。枠体Ｔ１はアルミニウム押出形材から形成されたもので、電磁波到来側の枠体Ｔ１外面には別途電磁波吸収体Ｂが取り付けられている。

図４に示した防音パネルＴは、例えば図５に示す如く用いられる。図５は、高架道路Ｋ上を走行する車両Ｃ１に対して、路側に設けられたアンテナＡから発せられる電磁波Ｒ１を車両Ｃ１に搭載された車載器Ｓ１が受信することで、車両Ｃ１の自動料金収受や走行支援等が行われるＤＳＲＣ（狭域通信）を備えた高架道路Ｋを示すものである。高架道路Ｋを含め、道路周辺に設置される防音壁は、大面積を有することで高効率の太陽光発電を行うのに適する条件を備えており色素増感型太陽電池１０の設置の利点は大きく得られるが、かかるＤＳＲＣを備えた道路においては、アンテナＡから発せられた電磁波Ｒ１が対象となる車両Ｃ１の車載器Ｓ１のみならず、高架道路Ｋ下を走行している等の対象外の車両Ｃ２の車載器Ｓ２により受信され、料金の誤収受やシステムの誤動作に繋がる恐れがある。高架道路Ｋの側縁に沿って防音パネルＴを用いた防音壁を設置しておくことで、防音パネルＴの色素増感太陽電池１０により不要な電磁波が抑制され、上述の誤収受や誤動作の発生の恐れを小さくすることができる。

図６は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、更に他の例を示す説明図である。本図は、複数のＥＴＣ（自動料金収受システム）レーンが並設された有料道路の料金所を示すもので、料金収受に係わる電磁波Ｒ２を放射するアンテナＡがレーンＬ毎に設けられ、電磁波Ｒ２が車両に反射して隣接するレーンＬに到来する恐れのあるレーンＬ間に色素増感型太陽電池１０を用いた仕切壁が立設されている。かかる仕切壁に本発明に係わる色素増感型太陽電池１０を用いることで、大面積による高効率の発電と共に、電磁波Ｒ２の反射による料金の誤収受等の悪影響を排除することができる。

更に料金所の屋根Ｙについても本発明に係わる色素増感型太陽電池１０を適用することができる。屋根Ｙ面に適用することで、発電効率が極めて高く得られると共に、下面で電磁波の吸収を行うようにしておくことで、料金所周辺の電磁波が屋根Ｙに反射して悪影響が発生するのを防止することができる。

本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第一の実施形態を示す断面図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第二の実施形態を示す断面図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の一例を示す説明図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の他の例を示す説明図である。図５に示した防音パネルの適用の一例を示す説明図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の更に他の例を示す説明図である。

符号の説明

１透明基板
２透明導電性層
３酸化物半導体層
４電解質層
５導電性層
６裏面基板
７電磁波吸収層
１０色素増感型太陽電池
Ｒ電磁波
Ｓ１太陽光
α 太陽光到来側
β 太陽光到来側と反対側

Claims

太陽光到来側から順に透明基板、透明導電性層、色素が導入された酸化物半導体層、電解質層、導電性層及び裏面基板が積層されて形成され、前記透明基板の太陽光到来側及び／又は前記裏面基板の太陽光到来側と反対側に電磁波吸収層が設けられると共に、該電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び／又は裏面基板が電磁波を透過する材料からなることを特徴とする色素増感型太陽電池。
前記電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び／又は裏面基板は、主として吸収の対象となる電磁波が、該透明基板及び／又は裏面基板を透過する際の波長の四分の一の厚みとなされていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。