JP2007328960A - 色素増感型太陽電池、色素増感型太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】撓ませても正極、負極間が短絡しないよう保持でき、かつ生産性が良く、かつ光電変換効率がよい色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【解決手段】平面状に形成された正極側基板2、正極21、電解液4、金属酸化物34、透明電極33、補助電極32、負極31、隔壁30、負極側基板3をこの順に層状に構成する。隔壁30は、正極側基板2と負極側基板3との間を所定間隔を隔てて接続し、前記電解液4を複数のセルに仕切る。隔壁30は、色素増感型太陽電池1の平面と平行な方向に複数本並べて配置され、前記隔壁は、その互いの間隔の幅が広い部分である幅広部35と、幅が狭い部分である幅狭部37とが交互に繰り返し形成されている。電解液4の注入は、色素増感型太陽電池1の端部の正極側基板2の端部に、隔壁30で形成される領域毎に開けた孔から行う。
【選択図】図1
【解決手段】平面状に形成された正極側基板2、正極21、電解液4、金属酸化物34、透明電極33、補助電極32、負極31、隔壁30、負極側基板3をこの順に層状に構成する。隔壁30は、正極側基板2と負極側基板3との間を所定間隔を隔てて接続し、前記電解液4を複数のセルに仕切る。隔壁30は、色素増感型太陽電池1の平面と平行な方向に複数本並べて配置され、前記隔壁は、その互いの間隔の幅が広い部分である幅広部35と、幅が狭い部分である幅狭部37とが交互に繰り返し形成されている。電解液4の注入は、色素増感型太陽電池1の端部の正極側基板2の端部に、隔壁30で形成される領域毎に開けた孔から行う。
【選択図】図1
Description
この発明は、色素増感型太陽電池の構造および製造方法に関する。
グレッツェルらによって発表された色素増感型太陽電池は、薄く、柔軟性があり、低コストで容易に製造できることから、従来のp−n型太陽電池に代わるものとして注目されている。この色素増感型太陽電池は、一般的に、2枚の透明板にそれぞれ設けられた透明電極の間に、酸化物のペーストの粒子膜の層と電解液の層が密閉されている。そして、色素増感型太陽電池は、色素の荷電子が太陽光等の光により励起され、金属酸化物半導体(一般的には二酸化チタン)を通じて透明電極に流れ、色素に残ったホールは、電解質溶液を酸化し、酸化された電解質溶液は、透明電極と負荷を介して、接続された対極から電子を受けて還元されることにより光電変換を行なう。
色素増感型太陽電池は、注入する電解液の取り扱いが難しいことや、この電解液の流動性によって、少しの外力が加えられると、この電解質をはさむ負極と正極が短絡しやすいことや、破損時に漏れ出すなど、実用化するには多くの問題があり、種々の提案がなされている(特許文献1〜4参照)。
特許文献1には、短冊状の色素増感型太陽電池が開示されている。また、これを並べて構成したものが開発されている(ペクセル・テクノロジーズ株式会社の試作品等)。特許文献2には、作用電極と、対極の間に入れる電解液を多孔性半導体膜で支持することにより、作用電極と対極との短絡を防ぐ構成が開示されている。特許文献3には、電解質溶液を擬固体化する構成が開示されている。特許文献4には、負極、正極間を隔離し、電解質を密閉するためのスペーサの構成が開示されている。
特開2006−49082号公報
特開2005−268107号公報
特開2006−32308号公報
特開2006−19072号公報
しかしながら、従来の構成では、光電変換効率、生産性を維持しつつ、可撓性を有する(撓ませることができる)色素増感型太陽電池を構成することが困難であった。
例えば、特許文献1等、短冊状に構成した色素増感型太陽電池では、短冊間の隙間により、短冊の短軸方向には撓ませることができるが、長軸方向に撓ませると、正極、負極が短絡する恐れがあった。
特許文献2の構成では、多孔質膜への電解液の浸透が十分でない場合には、光電変換効率が低下する恐れがあった。また、この構成では、十分に浸透させるためには時間がかかり、生産効率がよくない問題があった。
また、特許文献3の構成では、固体状態では、電解質の性質(電子移動度)および多孔性の金属酸化物半導体に対する浸透性の面で液体状態に劣り、結果として、光電変換効率が低下する問題があった。
特許文献4には、色素増感型太陽電池を撓ませた場合に、正極、負極間が短絡しないような構成については開示されていない。
特許文献2の構成では、多孔質膜への電解液の浸透が十分でない場合には、光電変換効率が低下する恐れがあった。また、この構成では、十分に浸透させるためには時間がかかり、生産効率がよくない問題があった。
また、特許文献3の構成では、固体状態では、電解質の性質(電子移動度)および多孔性の金属酸化物半導体に対する浸透性の面で液体状態に劣り、結果として、光電変換効率が低下する問題があった。
特許文献4には、色素増感型太陽電池を撓ませた場合に、正極、負極間が短絡しないような構成については開示されていない。
そこで、この発明は、撓ませても、正極、負極間が短絡しないよう保持でき、かつ生産性が良く、かつ光電変換効率がよい色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
(1)本発明は、
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
正極側基板と負極側基板の間の領域を仕切るよう、正極側基板と負極側基板との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池である。
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
正極側基板と負極側基板の間の領域を仕切るよう、正極側基板と負極側基板との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池である。
この発明では、可撓性を有する正極側基板、負極側基板を撓ませたとしても、正極側基板と負極側基板の間に設けた隔壁が正極側基板と負極側基板の間を保持するので、従来のようにセル単位で閉領域を構成してつなぎ合わせなくとも、負極、正極間の短絡を防止することができる。その結果、撓ませた状態で、光電変換効率が劣化するのを防ぐことができる。また、このように負極、正極間の短絡を防止することができるので、セル状のものを構成してつなぎ合わせるのではなく、大面積のものを一度に製造できるので生産性を向上させることができる。
また、この発明では、隔壁がない部分には、金属酸化物半導体を塗布することができるので、短冊状に色素増感型太陽電池を構成したものに比べて、同一モジュール面積内で発電しない部分の面積を減らすことができる。したがって、この短冊状のものに比べて、同一面積における起電力を向上させることができる。さらに、隔壁で隔てられた各領域は、擬似的な閉空間を形成するので色素増感型太陽電池の一部が破損した場合でも、他の領域については、電解液の漏洩を少なくすることができる。
(2)本発明は、
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
前記正極と金属酸化物半導体との間の領域を仕切るよう、前記正極と前記金属酸化物半導体との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池である。
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
前記正極と金属酸化物半導体との間の領域を仕切るよう、前記正極と前記金属酸化物半導体との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池である。
この発明でも(1)で説明した効果を奏する。また、この発明では、金属酸化物半導体上を覆うように網目のように構成されているので、色素増感型太陽電池に外力が加わった場合に、負極上に塗布されている金属酸化物半導体が剥がれることを防止できる。
(3)本発明は、
前記隔壁は、複数本並べて配置され、
前記隔壁は、その互いの間隔の幅が広い幅広部と、幅が狭い幅狭部とが交互に繰り返し形成されるよう設けたことを特徴とする。
前記隔壁は、複数本並べて配置され、
前記隔壁は、その互いの間隔の幅が広い幅広部と、幅が狭い幅狭部とが交互に繰り返し形成されるよう設けたことを特徴とする。
この発明では、隔壁は、その互いの間隔の幅が広い幅広部と、幅が狭い幅狭部とが交互に繰り返し形成されるよう設けたので、幅広部周囲に取り囲まれる局所的な領域では、正極側基板、負極側基板がいずれの方向に撓んだとしても、隔壁が正極、負極間を所定間隔に保持することができる。この幅広部、幅狭部は連続しているから、色素増感型太陽電池のいずれの位置でも正極、負極間を所定間隔に保持することができる。
また、このように構成して正極、負極を隔てているので、モジュール面積を大きくするためには基板面積を大きくすれば良く、従来のようにセル単位でマトリクス状(平面内の2方向)につなぎ合わせる必要がない。本発明では、隔壁で形成される領域毎に電解液を注入すれば、一度に電解液を注入できるので、容易に製造できる。
さらに、隔壁は、複数本並べて配置されているので、その隔壁で隔てられた各領域は、それぞれ擬似的な閉空間を形成するので、色素増感型太陽電池の一部が破損した場合でも、電解液の漏洩を少なくすることができる。
また、このように構成して正極、負極を隔てているので、モジュール面積を大きくするためには基板面積を大きくすれば良く、従来のようにセル単位でマトリクス状(平面内の2方向)につなぎ合わせる必要がない。本発明では、隔壁で形成される領域毎に電解液を注入すれば、一度に電解液を注入できるので、容易に製造できる。
さらに、隔壁は、複数本並べて配置されているので、その隔壁で隔てられた各領域は、それぞれ擬似的な閉空間を形成するので、色素増感型太陽電池の一部が破損した場合でも、電解液の漏洩を少なくすることができる。
(4)本発明は、
前記隔壁は、ウェーブ状の滑らかな曲線となるよう設けられていることを特徴とする。
前記隔壁は、ウェーブ状の滑らかな曲線となるよう設けられていることを特徴とする。
この発明では、前記隔壁は、ウェーブ状の滑らかな曲線で接続されているので、幅広部と幅狭部があっても、その幅広部と幅狭部との間の段差が少なく、電解液を注入するときに電解液を滞りなく均等に行き渡らせることができる。
(5)本発明は、
前記隔壁は、その断面が「V」の字状、または、その断面の両側が膨出した形状に形成されていることを特徴とする。
前記隔壁は、その断面が「V」の字状、または、その断面の両側が膨出した形状に形成されていることを特徴とする。
この発明では、その断面が「V」の字状、または、その断面の両側が膨出した形状に形成されているので、正極側基板、負極側基板の面に垂直な方向に圧縮する負荷に対する強度を向上させることができる。
(6)本発明は、
前記隔壁は、接着性のある樹脂で構成されていることを特徴とする。
前記隔壁は、接着性のある樹脂で構成されていることを特徴とする。
この発明では、隔壁が接着性のある樹脂で構成されているので、正極側基板、負極側基板を隔壁で張り合わせたときに、密着性がよくなるから、対候性が向上する。
(7)本発明は、
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池の製造方法において、
前記正極側基板に前記正極を形成した第1の部品を製造する工程と、
前記負極側基板に前記負極を形成した第2の部品を製造する工程と、
前記第1の部品または第2の部品のいずれかに対し、前記正極と負極との間を接続して前記電解質を複数の長軸状の領域に仕切る絶縁体の隔壁を、複数本並べて形成する隔壁形成工程と、
前記第1の部品と前記第2の部品とを、前記隔壁形成工程後に接合する接合工程と、
前記接合工程で接合したものに対し、前記隔壁で形成される領域毎に電解液を注入する工程と、を行う色素増感型太陽電池の製造方法である。
平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池の製造方法において、
前記正極側基板に前記正極を形成した第1の部品を製造する工程と、
前記負極側基板に前記負極を形成した第2の部品を製造する工程と、
前記第1の部品または第2の部品のいずれかに対し、前記正極と負極との間を接続して前記電解質を複数の長軸状の領域に仕切る絶縁体の隔壁を、複数本並べて形成する隔壁形成工程と、
前記第1の部品と前記第2の部品とを、前記隔壁形成工程後に接合する接合工程と、
前記接合工程で接合したものに対し、前記隔壁で形成される領域毎に電解液を注入する工程と、を行う色素増感型太陽電池の製造方法である。
この発明では、隔壁形成工程で、隔壁を複数本並べて形成しているので、セル毎に閉空間を構成して結合する必要がない。また、本発明は、接合工程で接合した色素増感型太陽電池に対し、前記隔壁で形成される領域毎に電解液を注入する工程を行うので、従来のように、正極と負極との短絡させないために小さなセル単位でマトリクス状につなぎ合わせなくともよい。前記隔壁で形成される長軸状の領域毎に電解液を注入することにより、列毎に一度に電解液を注入できるので容易に大きな面積に電解液を注入でき、色素増感型太陽電池の製造を容易にすることができる。
この発明によれば、正極側基板、負極側基板を撓ませても、隔壁により正極、負極間が短絡することを防止できるので、光電変換効率が劣化することを防ぐことができる。また、セルをつなぐ必要がないから、容易に製造できる。さらに、隔壁以外の部分には、金属酸化物半導体を塗布できるから、正極、負極間の短絡を防止しながら、発電しない領域を最小限に抑えることができ、単位面積当たりの起電力を向上させることができる。
図1を用いて、第1の実施形態の色素増感型太陽電池の構成について説明する。図1(A)は、色素増感型太陽電池1(以下「電池1」と略す。)の平面図、図1(B)は、そのA−A断面図である。なお、図示の容易のため、図1(A)では、半透明の正極21を透かして示しており、図1(B)は、厚さ方向に拡大して示している。
図1(A)に示すように、電池1は、正極側基板2と、正極側基板2に形成された正極21と、正極側基板2と負極側基板3との間に形成された絶縁体の隔壁30(隔壁301、隔壁302)を備える。また、図1(B)に示す負極31(補助電極32(補助電極321、補助電極322)、透明電極33、金属酸化物34を有する。)、電解液4を備える。
正極側基板2は、可撓性を有する透明板で構成する。例えば、PET、PENなどのプラスティックフィルムで構成できる。
正極21は、正極側基板2にプラチナ(以下「pt」という。)を蒸着して形成する。
正極21は、正極側基板2にプラチナ(以下「pt」という。)を蒸着して形成する。
負極側基板3は、正極側基板2と同様の素材で構成する。ただし、電池1は、負極側に光を当てて発電するので、負極側基板3は透明である必要がある。基板2、3は、可撓性を有するので、この電池1は、取り付け面に合わせて撓ませることができる。
図1(B)に示すように、隔壁30は、正極21と負極との間の短絡を防止するものである。図1(A)に示すように、隔壁30は、ウェーブ状にうねらせた隔壁301、隔壁302を1つの単位としてx方向一列に複数並べられている。以下では、これら隔壁301、302等を総称して隔壁30という。
隔壁30は、正極21と負極31を絶縁するため、絶縁体とする。隔壁30の材質は、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合物、塩化ビニルアルコール系、ポリウレタンなどのホットメルト接着剤などを用いることができる。また、隔壁30(後述の実施形態の30A〜Fも同様)の材質としては、透明である方が光の透過性がよく、より好ましいが、図1(A)の平面図から見た隔壁30の幅が細ければ問題ない。
また、隔壁30は、前述の通りウェーブ状に滑らかな曲線で構成される隔壁301と隔壁302を1つの単位として連続している。これにより、隔壁301と隔壁302の幅が広い領域である幅広部35と幅が狭い領域である幅狭部37が交互に連続的に形成されている。また、隔壁302と、その隣の隔壁303との間には、幅広部35の隣に幅狭部38の領域が形成され、幅狭部37の隣に、幅広部39が形成されている。
隔壁30は、正極側基板2、負極側基板3間を保持しているので、電池1を撓ませたときに、正極21、負極31間が短絡するのを防ぎ、光電変換効率が劣化するのを防ぐことができる。また、隔壁30は、ウェーブ状に形成されているので、x方向(紙面の左右方向)に撓ませた場合には、隔壁30のうち、幅広部35と幅狭部37の境目付近の部分3011x、3012x、3021x、3022xが支持する。また、y方向(紙面の上下方向)に撓ませた場合には、幅広部35の隔壁30の部分301y、302yが支持する。したがって、x,yいずれの方向に撓ませても、正極21と負極31間を保持することができ、正極21、負極31間が短絡するのを防ぐことができる。
図1(B)に示すように、負極31は、補助電極32、透明電極33、金属酸化物34を有し、この順に負極側基板3に重ねて形成されている。
図1(A)に示すように、補助電極32は、補助電極321、補助電極322等、同様の形状の補助電極が並べて配置されている。以下では、これら補助電極321等を総称して補助電極32という。補助電極32は、例えばptを蒸着等した棒状の電極である。補助電極32は、負極の一部である透明電極33の電気抵抗を下げるために設けられており、これにより損失を減らすことができ、電解液4で発電した電力を補助電極32まで最大限導電させる。また、図1(A)のように、透明電極33を互いに分離しておく場合には、補助電極32は、分離された透明電極33の電子を集める働きを有する。
図1(A)に示すように、透明電極33は、幅広部35にそれぞれ設けられている。透明電極33は、電解液4に光を通すよう、透明の電導体で構成する。例えばITO膜で構成できる。透明電極33は、隔壁30の間隔が広い幅広部35に形成する。この実施形態では、透明電極33の透明電極33に送られた電子は、補助電極32を通って、運ばれる。
図1(B)に示すように、金属酸化物34は、透明電極33と同様に負極の一部であり、金属酸化物半導体(一般的には二酸化チタンで構成される。)を拡散したペーストを負極側基板3または透明電極33の上から塗布して形成する。金属酸化物34の厚さを20[μm]程度とすると、半透明になり、電解液4に光を通すことができる。また、金属酸化物34の上には、図示しない色素溶液を塗布して乾燥させ色素を担持させる。色素は、太陽光を効率よく吸収できるものであれば、特に限定されない。
電解液4は、この負極31の一部である金属酸化物34と正極21の間に注入されている。電解液4の材料としては、一般的にヨウ素溶液を使用することができる。また、電解液4の材料としては、酸化還元反応により電子伝達が可能な媒介物であれば、特に限定されない。また、必ずしも液体である必要はない。
以上の電池1の構成により、負極側基板3に太陽光等の光を当てると、透明の負極側基板3と透明電極33、半透明の金属酸化物34を介して、電解液4のヨウ素に光が当たる。電池1は、電解液4のヨウ素の荷電子がこの光により励起され、金属酸化物34を通じて流れることにより発電する。
図2を用いて、色素増感型太陽電池の構成について、さらに詳細に説明する。図2(A)は、正極21側の部品P1の平面図を表しており、図2(B)は、負極31側の部品P2の図を鳥瞰図で表している。電池1は、これら部品P1,P2を隔壁30の粘着力で張り合わせたものに電解液4を注入したものである。
図2(A)に示す正極側基板2には、蒸着、スパッタリング、CVD製法などにより、正極21を形成する。ウェーブ状に形成された部分22は、隔壁30に合わせて接合する部分である。部分22には、負極側基板3側から照射する光が隔壁30に遮られて透過しにくいから、発電効果が薄いのでコストダウンの観点から正極21を形成しない。その他の部分については、正極21を形成する。また、部品P1には、電解液4を注入するための孔231〜23Nと、注入時に排出される空気を吸い出すための孔241〜24Nが開いている(後述の図4に注入方法を記載している。)。なお、図1ではこれらの孔を省略している。
図2(B)に示すように、負極側基板3の上に、隔壁30、補助電極32が形成されており、隔壁30は、金属酸化物34より高い位置まで、負極側基板3から直立した壁が形成されている。透明電極33は、補助電極32に電気が導通するように幅広部35の位置に形成する。金属酸化物34は、負極側基板3、補助電極32、透明電極33の上から、隔壁30以外の部分に全面に塗布されている。
以上、図2(A)、(B)で示した部品P1、P2を、ウェーブ状に形成された正極21を形成しない部分22と、隔壁30の形状が合うように位置合わせして、加熱、加圧することで隔壁自体が接着剤となり正極側基板2、負極側基板3間がシールされる。
図3を用いて、図2(B)で示した負極31側の部品P2の製造方法について説明する。
<ST1:隔壁の形成>図3(A)で示すように、負極側基板3に隔壁30をディスペンス方式や印刷法により形成する。
<ST2:補助電極の形成>図3(B)に示すように、蒸着、スパッタリング、CVD製法などにより、負極側基板3に直線状の補助電極32(例えばプラチナ製とする)を隔壁30の間の位置に来るように一定間隔で形成する。
<ST3:透明電極の形成>図3(C)に示すように、ST2で形成したものの上から、透明電極33(例えば、ITO)を幅広部35に合わせて形成する。
<ST4:金属酸化物の塗布>図3(D)に示すように、ST3で形成したものの上から、金属酸化物34(金属酸化物半導体を拡散したペースト)を塗布する。ただし、隔壁30の上には塗布しない。この塗布の方法として、印刷法、ドクターブレード法、スロットダイ法、スプレー法などが適用できる。ここで、金属酸化物半導体の粒子径は、10〜30[nm]とする。
<ST5:金属酸化物の乾燥>次に、塗布した金属酸化物34を乾燥炉などにより乾燥させる。乾燥の条件は、120〜180[℃]前後の温度で、約30[秒]〜30[分]とする。このように乾燥させたとき、乾燥後の金属酸化物34の膜厚は約10〜30[μm]とする。
<ST6:色素溶液の塗布・乾燥・担持>ST5で形成したものに色素溶液を塗布して、乾燥させ、色素を担持させる。乾燥条件はST5と同じである。
<ST3:透明電極の形成>図3(C)に示すように、ST2で形成したものの上から、透明電極33(例えば、ITO)を幅広部35に合わせて形成する。
<ST4:金属酸化物の塗布>図3(D)に示すように、ST3で形成したものの上から、金属酸化物34(金属酸化物半導体を拡散したペースト)を塗布する。ただし、隔壁30の上には塗布しない。この塗布の方法として、印刷法、ドクターブレード法、スロットダイ法、スプレー法などが適用できる。ここで、金属酸化物半導体の粒子径は、10〜30[nm]とする。
<ST5:金属酸化物の乾燥>次に、塗布した金属酸化物34を乾燥炉などにより乾燥させる。乾燥の条件は、120〜180[℃]前後の温度で、約30[秒]〜30[分]とする。このように乾燥させたとき、乾燥後の金属酸化物34の膜厚は約10〜30[μm]とする。
<ST6:色素溶液の塗布・乾燥・担持>ST5で形成したものに色素溶液を塗布して、乾燥させ、色素を担持させる。乾燥条件はST5と同じである。
図4を用いて、電解液4の注入方法について説明する。電池1は、図3で形成した部品P1と部品P2を張り合わせた電池10に、電解液4を注入して構成する。この電解液4の注入には、電解液注入器5と、注入した液体が漏れないよう押さえる押さえ板61、62を用いる。
電解液注入器5は、効率よく電解液4を注入できるよう、注入器50のみならず吸引器55を備える。注入器50は、内部が空洞で注入口52と管531〜53Nがつながっている容器51と、管状の注入口52と、部品Aの孔231〜23N(図2(A)参照)に合わせてそれぞれ容器51に注入した電解液4を通す管531〜53Nとを備える。吸引器55は、容器51と同様の容器56と、注入口52と同様の吸引口57と、部品Aの孔241〜24N(図2(A)参照)に合わせて、それぞれ容器56から空気を吸い出す管581〜58Nとを備える。
以上、図4で示した電解液注入器5により、電池10の両端のみの位置に設けた注入器50、吸引器55で、電池10内に電解液4を満たすことができ、従来のようにセル毎にマトリクス状に電解液4を注入する必要はない。例えば、容器51の長手方向に電池10を巻き取る構成により順次移動させながら、電解液注入器5を用いて注入することができる。このように電池1を製造すれば、セルをつなぐ必要がなく、連続的に継ぎ目なく色素増感型太陽電池1のロールを製造でき、コストダウンに寄与する。
なお、図2で示した透明電極33は、互いに分離して複数枚で構成しているが、隔壁30以外の部分の全体に塗布しても良い。一方、図2で示したように部分的にのみ透明電極33を塗布していても、負極31の一部である金属酸化物34は、負極側基板3の全面(ただし、隔壁30以外)に塗布しているので、金属酸化物34が電子を収集する役割を果たすから、電池1の光電変換効率には影響しない。
また、孔231〜23N、孔241〜24Nがある両端について隔壁を閉じて、隔壁で囲まれる領域をそれぞれ密封する構成も可能である。この場合には、押さえ板61、62がなくても良い場合がある。
また、孔231〜23N、孔241〜24Nがある両端について隔壁を閉じて、隔壁で囲まれる領域をそれぞれ密封する構成も可能である。この場合には、押さえ板61、62がなくても良い場合がある。
次に、図5を用いて、第1の実施形態の色素増感型太陽電池の応用に係る第2の実施形態の色素増感型太陽電池(1Aで図示、以下、「電池1A」という)について説明する。図5は第2の実施形態の電池1Aを図1のA−A断面図に相当する図で表している。この電池1Aは、その隔壁30Aの断面が第1の実施形態の隔壁30と異なっており、隔壁30Aは、正極21から金属酸化物34まで形成されており、この間を所定間隔に保持することができる。その他の点は、第1の実施形態の色素増感型太陽電池と同様であり、以上の説明を準用し、同じ符号を用いる。また、隔壁30Aは、第1実施形態の隔壁30と対応しており、材質も隔壁30と同様であり、隔壁30Aの平面配置も図1(A)と同様とすることができる。
この構成では、隔壁30Aが金属酸化物34の上を覆うようにメッシュ状に構成されているから、金属酸化物34に加わった外力によって基板から剥がれ落ちることを抑制することができる。
図6を用いて、第2の実施形態の色素増感型太陽電池の製造方法について説明する。この実施形態では、図2(A)で示した正極21と、その製造方法と図4で示した注入方法は同じであるが、部品P2の製造の順序が図3で示したものと異なる。第1の実施形態の電池1について、図3で示したST2〜ST6は、この実施形態の部品Yの製造方法のST11〜ST15に対応しており、ST1は、ST16に対応している。
<ST11:補助電極の形成>図6(A)に示すように、蒸着、スパッタリング、CVD製法などにより、負極側基板3に直線状の補助電極32(例えばプラチナ製とする)を一定間隔で形成する。
<ST12:透明電極の形成>図6(B)に示すように、透明電極33(例えば、ITO)を補助電極32に合わせて形成する。
<ST13:金属酸化物の塗布>図6(C)に示すように、図6(B)で形成したものの上から、金属酸化物34(金属酸化物半導体を拡散したペースト)を塗布する。この塗布の方法として、印刷法、ドクターブレード法、スロットダイ法、スプレー法などが適用できる。ここで、金属酸化物半導体の粒子径は、10〜30[nm]とする。
<ST14:金属酸化物の乾燥>次に、塗布した金属酸化物34を乾燥炉などにより乾燥させる。乾燥の条件は、120〜180[℃]前後の温度で、約30[秒]〜30[分]とする。このように乾燥させたとき、乾燥後の金属酸化物34の膜厚は約10〜30[μm]とする。
<ST15:色素溶液の塗布・乾燥・担持>ST14で形成したものに色素溶液を塗布して、乾燥させ、色素を担持させる。乾燥条件はST14と同じである。
<ST12:透明電極の形成>図6(B)に示すように、透明電極33(例えば、ITO)を補助電極32に合わせて形成する。
<ST13:金属酸化物の塗布>図6(C)に示すように、図6(B)で形成したものの上から、金属酸化物34(金属酸化物半導体を拡散したペースト)を塗布する。この塗布の方法として、印刷法、ドクターブレード法、スロットダイ法、スプレー法などが適用できる。ここで、金属酸化物半導体の粒子径は、10〜30[nm]とする。
<ST14:金属酸化物の乾燥>次に、塗布した金属酸化物34を乾燥炉などにより乾燥させる。乾燥の条件は、120〜180[℃]前後の温度で、約30[秒]〜30[分]とする。このように乾燥させたとき、乾燥後の金属酸化物34の膜厚は約10〜30[μm]とする。
<ST15:色素溶液の塗布・乾燥・担持>ST14で形成したものに色素溶液を塗布して、乾燥させ、色素を担持させる。乾燥条件はST14と同じである。
<ST16:隔壁の形成>図6(D)で示すように、ST15で形成したものの上から隔壁30を透明電極33に合わせてディスペンス方式や印刷法により形成する。
なお、この第2の実施形態の電池1Aでは、図3(A)を用いて説明した<ST1:隔壁の形成>と異なり、ST16で形成すべき隔壁30Aの高さは、金属酸化物34と正極21の間の間隔に調整する必要がある。
また、この実施形態では、隔壁30Aを最後に形成するので、必ずしも補助電極32の間に隔壁30Aを入れる必要はなく、向きが異なっていても良い。例えば、補助電極32と隔壁30Aのなす角を90度とすることができる。さらに、この実施形態では、透明電極33を全面に塗布していても問題ない。この実施形態の色素増感型太陽電池は、後述する第3、第5の実施形態のものに応用できるが、以上の点については同様である。
次に、図7を用いて、第1、第2の実施形態の応用に係る第3の実施形態の色素増感型太陽電池(色素増感型太陽電池1Cで図示。以下「電池1C」という。)の構成について説明する。図7は、電池1Cの平面図であり、位置関係は、図1(A)に対応している。この実施形態は、以上で示した第1、第2の実施形態とは、隔壁30の配置と、透明電極33の平面形状のみが異なり、他の点については、以上の説明を準用する。図7に示すように、この実施形態の隔壁30Cは、隔壁301C、隔壁302Cを1つの単位として連続しており、第1の実施形態と同様、幅広部35Cと、幅狭部37Cが交互に連続している。また幅広部35Cの隣には、隔壁302Cに隣接する隔壁303Cとの間に幅狭部38Cが形成されている。そして、透明電極33Cは、この幅広部35Cに合わせて8角形に形成されている。このように構成しても、図4で示した電解液4の注入方法により、電解液4を注入して電池1Cを製造できる。また、この実施形態でも、図7で示した幅広部35Cの回りの点線部により、3011x、3012x、3021x、3022xと同様に、x,yいずれの方向に撓ませても、負極21、正極31間を所定間隔に保持することができ、負極21、正極31間の短絡を防止できる。
なお、この第3の実施形態でも、第1の実施形態と同様、透明電極33Cを互いに分離せず、隔壁30C以外の部分の全体に塗布しても良い。
なお、この第3の実施形態でも、第1の実施形態と同様、透明電極33Cを互いに分離せず、隔壁30C以外の部分の全体に塗布しても良い。
次に、図8を用いて、第1、第3の実施形態の色素増感型太陽電池の応用に係る第4の実施形態の装置について説明する。図8は、第4の実施形態の色素増感型太陽電池の断面図を示しており、図1(B)の断面図と位置関係が対応している。以上の第1、第3の実施形態と異なる点は、隔壁30の断面(A)と、この断面の形状の相違に伴って周囲の形状が異なる点のみであり、それ以外の説明は、同じ符号を用いて、以上の説明を準用する。
図8(A)の例では、隔壁30Dは、隔壁301D、隔壁302Dを1つの単位として並べられて構成されており、隔壁301D、隔壁302Dは、断面の中央部が正極側基板2、負極側基板3の位置に比べて膨出した形状となっている。図8(B)の例では、隔壁30Eは、隔壁301E、隔壁302Eを1つの単位として並べられて形成されており、隔壁301E、隔壁302Eは、断面の中央部が「V」の字に屈曲した形状をしている。
図8で示した隔壁30D、Eのいずれの実施例でも、基板に対して、上下方向からの力をそれ自体がひずみながら吸収するので、負荷荷重に対する強度を向上させることができる。
図9を用いて、第3の実施形態の色素増感型太陽電池の応用に係る第5の実施形態の装置について説明する。この実施形態の電池1Fの隔壁30Fは、透明電極33Fの周囲に301F〜304Fを1つの単位として並べて構成され、図7で示した301C〜302Cの隔壁の一部が分断された形状となっている。このように構成すると、この単位の大きさ、材料を同一として比較した場合、図7で示した第3実施形態の電池1Cに対して、正極21、金属酸化物34との間を支持する力が弱まるが、図9の実施形態では、隔壁30が並んでいるx方向にも、電解液4が流れるから、図4のように多数の管531〜53Nを設ける必要がない。
なお、第3、第5の実施形態の他にも、幅広部35、幅狭部37が形成されるような隔壁30の配置方法は可能である。例えば、8角形に限らず、曲線、円弧、多角形で幅広部35、幅狭部37を構成できる。ただし、図4で示した電解液4の注入方法により、電解液4を注入する観点からは、幅広部35、幅狭部37の間の段差が少なく、滑らかに接続されている方が電解液4を行き渡らせ、電解液4を電池1の内部全体で均質化させる上で望ましい。
また、幅広部35、35Cと幅狭部37、37Cが形成されるよう隔壁30Cをうねらせているのは、いろいろな方向に撓ませても、正極21と負極31の間を保持し短絡を防ぐためであるから、この特性を満たすことができれば、隔壁30Cのように隔壁が一筆書きで連続している必要は必ずしもなく、図9の例のように、一部が分断されていても良い。ただし、図4で示した電解液4の注入、および空気の吸引の効率を考えると、流路がある方が望ましい。
さらに、第1実施形態の図1(A)の例や、図7の例で、幅広部35、35Cを局所的な領域(隔壁30で仕切られた領域の一部)であるセルとすれば、幅狭部37、37C、37Fは、セルとセルをつなぐ通路とみることもできる。図1(A)の例や、図7、図9の例のように、隔壁で囲まれたセルの一部が開いて隣接する部分で、電解液4が移動可能に互いにつながっているので、隣のセルにも電解液4を行き渡らせることができる。従来のようにセルそれぞれの表面に孔を開けて電解液4を注入したり、セルをつなぎ合わせる必要がない。したがって、図4の方法により色素増感型太陽電池を製造でき、生産性向上に寄与する。また、このそれぞれのセルでは、隔壁で囲まれており、いろいろな方向の撓みに対しても、正極と負極(第1実施形態の21、31に相当する)の間の短絡を防止することができる。なお、いろいろな方向の撓みに対して、正極と負極(第1実施形態の21、31に相当する)の間の短絡を防止するための強度を有するためには、それぞれのセルを取り囲む隔壁の長さの合計よりも通路の合計幅の方が狭いことが望ましい。
以上の実施形態では、隔壁30(30A〜Fを含む。以下同じ。)を粘着性の樹脂としたが、必ずしも粘着性の樹脂でなくとも、この隔壁30の両面を接着できる他の構成があればよい。ただし、隔壁30をこのような粘着性の樹脂とすると、部品P1、P2の張り合わせ時に、基板の耐熱温度未満の150[℃]程度に加熱することにより密着性がよくなり、対候性を向上できるので、隔壁30をこの粘着性の樹脂とするのが望ましい。
また、電解液4は、必ずしも液体でなくとも良く、固体であっても良い。ただし、一般には電解液4が液体である方が、電子移動度がよく、発電効率がよいとされている。また、以上の実施形態の色素増感型太陽電池では、電解液4が液体であっても正極と負極を、外力がかかった場合でも、一定の間隔に保持できる。
また、次の発明も考えられる。
また、次の発明も考えられる。
(A)前記正極と負極の間の領域は、前記隔壁により仕切られて、周囲が凸多角形または円形の領域のセルが連続して形成されており、前記セルの一部は、他のセルと電解質が移動可能に前記隔壁が開いている請求項1、2のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
このように、セルの周囲が凸で形成されているので、いずれの方向の撓みに対しても正極と負極の間を支持し、正極側と負極側の短絡を防止することができる。他のセルと電解質が移動可能に隔壁が開いているから、セルを複数製造してマトリクス状に張り合わせる必要がなく、各セルに電解質を注入しなくとも、他のセルに電解質を行き渡らせることができる。したがって、撓ませても負極、正極間が短絡しないよう保持でき、かつ生産性が良い色素増感型太陽電池を構成できる。
1−色素増感型太陽電池、 2−正極側基板
21−正極、 211−正極、 212−正極、 22−部分
孔−231〜23N、 孔−241〜24N
3−負極側基板、 30−隔壁、 301−隔壁、 302−隔壁、 303−隔壁
31−負極、 32−補助電極、 321−補助電極、 322−補助電極
33−透明電極、 331−ITO膜、 332−ITO膜、 34−金属酸化物
35−幅広部、 37−幅狭部、 38−幅狭部、 4−電解液、 5−電解液注入器
50−注入器、 51−容器、 52−注入口、 531〜53N−管、
55−吸引器、 56−容器、 57−吸引口、 581〜58N−管
61−押さえ板、 62−押さえ板
21−正極、 211−正極、 212−正極、 22−部分
孔−231〜23N、 孔−241〜24N
3−負極側基板、 30−隔壁、 301−隔壁、 302−隔壁、 303−隔壁
31−負極、 32−補助電極、 321−補助電極、 322−補助電極
33−透明電極、 331−ITO膜、 332−ITO膜、 34−金属酸化物
35−幅広部、 37−幅狭部、 38−幅狭部、 4−電解液、 5−電解液注入器
50−注入器、 51−容器、 52−注入口、 531〜53N−管、
55−吸引器、 56−容器、 57−吸引口、 581〜58N−管
61−押さえ板、 62−押さえ板
Claims (7)
- 平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
正極側基板と負極側基板の間の領域を仕切るよう、正極側基板と負極側基板との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池において、
前記正極と金属酸化物半導体との間の領域を仕切るよう、前記正極と前記金属酸化物半導体との間に絶縁体の隔壁を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 前記隔壁は、複数本並べて配置され、
前記隔壁は、その互いの間隔の幅が広い幅広部と、幅が狭い幅狭部とが交互に繰り返し形成されるよう設けた請求項1〜2のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。 - 前記隔壁は、ウェーブ状の滑らかな曲線となるよう設けられている請求項3に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記隔壁は、その断面が「V」の字状、または、その断面の両側が膨出した形状に形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
- 前記隔壁は、接着性のある樹脂で構成されている請求項1〜5のいずれかに記載の色素増感型太陽電池。
- 平面状に形成された可撓性を有する正極側基板、正極、電解質、金属酸化物半導体を含む負極、可撓性を有する負極側基板がこの順に層状に構成された色素増感型太陽電池の製造方法において、
前記正極側基板に前記正極を形成した第1の部品を製造する工程と、
前記負極側基板に前記負極を形成した第2の部品を製造する工程と、
前記第1の部品または第2の部品のいずれかに対し、前記正極と負極との間を接続して前記電解質を複数の長軸状の領域に仕切る絶縁体の隔壁を、複数本並べて形成する隔壁形成工程と、
前記第1の部品と前記第2の部品とを、前記隔壁形成工程後に接合する接合工程と、
前記接合工程で接合したものに対し、前記隔壁で形成される領域毎に電解液を注入する工程と、を行う色素増感型太陽電池の製造方法。
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JP2009218394A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Seiko Epson Corp | 太陽電池とその製造方法 |
WO2012137948A1 (ja) * | 2011-04-07 | 2012-10-11 | 大日本印刷株式会社 | 有機系太陽電池素子モジュールの製造方法 |
US8669468B2 (en) | 2010-01-19 | 2014-03-11 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Photoelectric conversion module |
JP2014067650A (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-17 | Hitachi Zosen Corp | 色素増感太陽電池の製造方法 |
-
2006
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009218394A (ja) * | 2008-03-11 | 2009-09-24 | Seiko Epson Corp | 太陽電池とその製造方法 |
US8669468B2 (en) | 2010-01-19 | 2014-03-11 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Photoelectric conversion module |
WO2012137948A1 (ja) * | 2011-04-07 | 2012-10-11 | 大日本印刷株式会社 | 有機系太陽電池素子モジュールの製造方法 |
JP2012221702A (ja) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 有機系太陽電池素子モジュールの製造方法 |
US8809103B2 (en) | 2011-04-07 | 2014-08-19 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Method for manufacturing organic solar cell module |
JP2014067650A (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-17 | Hitachi Zosen Corp | 色素増感太陽電池の製造方法 |
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