JP4570867B2 - 光電変換素子 - Google Patents
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Description
また、Cu−In−Se系(CIS系とも呼ぶ)などの化合物系太陽電池が開発されており、極めて高い変換効率を示すなど優れた特徴を有しているが、コストや環境負荷などの問題があり、やはり大幅普及への障害となっている。
図3は、従来の色素増感型太陽電池の一例を示す模式的な断面図である。
この色素増感型太陽電池50は、増感色素を担持させた多孔質半導体電極(以下、色素増感半導体電極とも呼ぶ)53が一方の面に形成された第一基板51と、導電膜54が形成された第二基板55と、これらの間に封入された例えばゲル状電解質からなる電解質層56を主な構成要素としている。
一方、第二基板55としては、電解質層56と接する側の面には導電性を持たせるために例えば炭素や白金からなる導電層54が設けられ、第二基板55及び導電層54により対極59を構成している。
また、封止剤57は樹脂で形成されているので、長期使用した際に耐候性の点において問題があった。
さらには、電解液を注入する際には、まず、2枚の電極板を融着しセルの形を組んでから、予め開けておいた注入口50を通して、極めて狭い空間をなす2枚の電極間に注入し、最後に注入口50に蓋をしなければならず、製造工程が複雑になる問題があった。また、電解液の粘度が高いと、電解液を注入するために多大な時間と手間を要することから、製造コストの増大をまねいていた。
前記電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体は筐体内に収納され、前記積層体の上下面は前記筐体の内面と直接的または間接的に接しており、前記筐体のうち少なくとも作用極と接する部分は太陽光を透過する光学特性を備えた部材からなり、
前記筐体の内部を通過し前記積層体の側面に接触しないように、前記対極と前記作用極に一端がそれぞれ接続され、前記筐体の外に他端がそれぞれ延びる導電体を個別に設け、
前記作用極に一端が接続された導電体は、前記積層体の一側面と前記筐体との間に配された弾性部材と、前記筐体との接触面に沿って延びるように配置されていることを特徴としている。
さらにまた、上記光電変換素子では、積層体からなるセル構成部材が筐体内に設置されており外気と触れることがない構成を採用している。すなわち、密閉された空間内にセル構成部材が納められているので、従来より対環境特性に優れた光電変換素子が得られる。
筐体が積層体の全ての側面と接するように配置する形態が最も好ましいが、作用極に一端が接続された導電体を積層体の厚さ方向へ導く箇所のみ、筐体と積層体との間に弾性部材を配置する形態としても構わない。後者の形態を採用した場合でも、前者の形態と同じ作用がほぼ同様に得られる。
この色素増感型太陽電池(光電変換素子)10は、増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層(酸化物電極とも呼ぶ)13を有する作用極(窓極とも呼ぶ)18と、作用極18の多孔質酸化物半導体層13側においてこれに対向して配置される対極19と、及びこれら両極の間の少なくとも一部に電解質層16とを配してなる。作用極18は、例えば第一基板11とその上に順に配される透明導電膜12および酸化物電極13からなる。一方の対極19は、例えば第二基板15とその上に配される導電膜14からなる。
弾性部材26や隙間充填材27の設置は、上下の電極がその面内方向に相対的な位置ずれを抑制するとともに、外力に対する高い形状安定や耐震性をもたらすので望ましい。
この構成によれば、不図示の外部回路と接続するために用いられる導電体28、29の他端を、筐体21の如何なる箇所からでも自由に筐体外に導出させることが可能なので、外部回路系に合わせた多様な設置条件に応えることができる。
前記作用極を構成する多孔質酸化物半導体層に液状またはゲル状の電解質を充填して電解質層を形成する工程と、
筐体を構成する箱体の内底面に前記対極を設け、該対極に前記電解質層が接するように前記作用極を重ねて積層体を形成し、該作用極を覆うように前記筐体を構成する蓋体を配した後、前記筐体の外側から前記作用極を介して前記積層体の積層方向に荷重を加え、該荷重が前記作用極を構成する第一基板面に略均一に加わるようにして筐体を封止する工程と、
を少なくとも具備することを特徴としている。
本発明に係る第一基板11としては、光透過性の素材からなる板が用いられ、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホンなど、通常太陽電池の透明基板として用いられるものであればどのようなものも用いることができる。電解液への耐性などを考慮して適宜選択すればよいが、用途上、できるだけ光透過性の高い基板が好ましい。
ゆえに、本発明の電解質層16としては、従来は注入口から狭い電極間隙に注入することが困難であった粘性の高い材料でも使用できることから、適当なゲル化剤を用いて電解液をゲル化(擬固体化)したもので、かつ高粘度のものでも利用できるが、従来から用いられている如何なる材料であっても構わない。
Claims (3)
- 増感色素を表面に担持させた多孔質酸化物半導体層を有する作用極、該作用極の多孔質酸化物半導体層側においてこれに対向して配置される対極、及びこれら両極の間の少なくとも一部に電解質層を配した光電変換素子であって、
前記電解質層を作用極と対極で挟んでなる積層体は筐体内に収納され、前記積層体の上下面は前記筐体の内面と直接的または間接的に接しており、前記筐体のうち少なくとも作用極と接する部分は太陽光を透過する光学特性を備えた部材からなり、
前記筐体の内部を通過し前記積層体の側面に接触しないように、前記対極と前記作用極に一端がそれぞれ接続され、前記筐体の外に他端がそれぞれ延びる導電体を個別に設け、
前記作用極に一端が接続された導電体は、前記積層体の一側面と前記筐体との間に配された弾性部材と、前記筐体との接触面に沿って延びるように配置されていることを特徴とする光電変換素子。 - 前記筐体は、前記積層体の側面と接するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記作用極を構成する第一基板の厚さは、0.1mm以上0.5mm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。
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