JP5217074B2 - 薄膜固体リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
本実施形態及び参考形態の太陽電池複合型二次電池Aは、色素増感太陽電池10(以下「太陽電池10」という)と薄膜固体リチウムイオン二次電池20(以下「二次電池20」という)とを主要構成要素としている。
光電変換効率を上げるため、導電膜17には、触媒作用があり、且つ、電解液層15の電解液に対する耐性に優れるPt、Pd、Au等を用いることが好ましい。導電膜17には、外部負荷または二次電池20に接続するための正極引出線31aが接続されている。
図2に示すように、本参考形態の太陽電池10では、基板2と基板1の間に、太陽電池セル10bが配設されている。
このように、第2参考形態では、第1参考形態と異なり、酸化チタン層13,色素14,電解液層15の積層順が逆に構成されている。
また、透明導電膜12,導電膜17には、それぞれ、正極引出線31a,負極引出線31bが接続されている。
図3に示すように、本参考形態の太陽電池10では、基板2と基板1の間に、太陽電池セル10cが配設されている。
図4に示すように、本参考形態の太陽電池10では、基板1の裏面に、太陽電池セル10dが配設されている。
また、第4参考形態の構成で、基板1に可撓性を有する材料からなる基板を用いることにより、太陽電池複合型二次電池Aを曲げることが可能となる。
上記第1参考形態〜第4参考形態では、二次電池20は、基板1上に、二次電池セル20a(正極側の集電体層21、正極活物質層22、固体電解質層23、負極活物質層24、負極側の集電体層25)、水分防止膜26を順に形成した構成であったが、これに限らず、さらに他の参考形態として、図5(A)に示すように、基板1に近い側から、二次電池セル20b、水分防止膜26をこの順に形成した構成としてもよい。二次電池セル20bは、負極側の集電体層25、負極活物質層24、固体電解質層23、正極活物質層22、正極側の集電体層21を、基板1側からこの順に積層したものである。
また、資源的に稀少ではあるが、より抵抗の低い酸化イリジウムや酸化ルテニウム等の導電性を持つ稀少金属の酸化物を用いても良い。
また、この範囲においてもより好ましくは、十分な充放電容量の確保、シート抵抗の低減、製造コスト・製造時間の低減を図ることができる0.5μm〜1μmの膜厚とするとよい。
図6(A)の参考例では、二次電池セル20aを連続して積層した場合に、負極側の集電体層25と正極側の集電体層21とが連続することになるので、一方のみを共通の集電体層21aとして形成している。
また、図6(A)では、最外層の二次電池セル20aの外側面が水分防止膜26で被覆されている。
図6(B)の例では、二次電池セル20a,20bを交互に積層した場合に、負極側の集電体層25又は正極側の集電体層21が連続することになるので、一方のみを共通の集電体層25a,21aとして形成している。
このように、二次電池セル20a,20bを積層することにより、省スペース化を図ることができると共に、図6(B)の二次電池20では、大きな電気容量を得ることができる。
図7に示す例は、太陽電池セル10aに、透明な基板2を介在させて、太陽電池セル10aaを積層した例である。
なお、図7では、太陽電池セルを2層に積層した例を示したが、3層〜4層程度までなら、各太陽電池セルで発電させることは可能である。
図9に示す太陽電池複合型二次電池Aを作製した参考例1について説明する。
まず、二次電池20を以下のようにして作製した。
太陽電池10の作製は以下のようにして行った。
成膜の際、Pt膜の場合と同様、同じマスクを使用して、6本の帯状のITO/ATO膜が互いに絶縁されるように形成した。
このようにして、作製した太陽電池複合型二次電池Aの二次電池特性、太陽電池特性をそれぞれ別個に評価した。
太陽電池10全体では、開放電圧3.8V、短絡電流7.5mA、光電変換効率約3.4%であった。
次に、図12に示す太陽電池複合型二次電池Aを作製した参考例2について説明する。
まず、基板1上に二次電池20を参考例1と同様に作製した。
その固体電解質層16を用いた太陽電池10の作製は以下のようにして行った。
次に、有機系の固体電解質(OMeTAD)を、6本の帯状の酸化チタン層13上に塗布し、乾燥させて固体電解質層16を形成後、スパッタリング装置に入れて、ITO膜(透明導電膜12)を成膜した。
ITO膜の成膜は、ITOの焼結ターゲットを用い、DCマグネトロンスッパタリング法で行った。
最後に、帯状に6個に分割された太陽電池セル10G〜10Lが直列接続をなすように、隣り合う太陽電池10の透明導電膜12と導電膜17とを配線31cによって連結した。配線31cには、銅の導電性テ−プを使用した。また、配線31cに接続されなかった導電膜17に負極引出線31bを接続し、配線31cに接続されなかった透明導電膜12に正極引出線31aを接続した。
このようにして、作製した太陽電池複合型二次電池Aの二次電池特性、太陽電池特性をそれぞれ別個に評価した。その結果、二次電池特性は、参考例1と同等の特性が得られた。
太陽電池10全体では、開放電圧3.6V、短絡電流4.4mA/cm2、光電変換効率約1.7%であった。
参考例3では、参考例2の太陽電池複合型二次電池Aにおいて、基板1にソーダライムガラスを用いる代わりに、約0.1mmのステンレススチール板を用いた太陽電池複合型二次電池Aを作製した。
10 色素増感太陽電池
10a〜10d,10aa,10A〜10L 色素増感太陽電池セル
12 透明導電膜
13 酸化チタン層
14 色素
15 電解液層
16 固体電解質層
17 導電膜
18 仕切部
20 薄膜固体リチウムイオン二次電池
20a〜20d 薄膜固体リチウムイオン二次電池セル
20 薄膜固体二次電池
21,21a,25,25a 集電体層
22 正極活物質層
23 固体電解質層
24 負極活物質層
26 水分防止膜
27 酸化物導電膜層
31a,32a 正極引出線
31b,32b 負極引出線
31c 配線
A 太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池
Claims (12)
- 色素増感太陽電池と、薄膜固体リチウムイオン二次電池と、を備え、
前記色素増感太陽電池および前記薄膜固体リチウムイオン二次電池が、同一基板上に形成され、
前記薄膜固体リチウムイオン二次電池は、前記基板側から集電体層、正極活物質層、固体電解質層、負極活物質層と集電体層として機能する酸化物導電膜層の順に積層されるか、又は、前記基板側から前記酸化物導電膜層、固体電解質層、正極活物質層、集電体層の順に積層されてなることを特徴とする色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。 - 前記色素増感太陽電池は、複数の色素増感太陽電池セルを有してなり、該複数の色素増感太陽電池セルは、直列接続されたことを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記色素増感太陽電池は、複数の色素増感太陽電池セルを有してなり、該複数の色素増感太陽電池セルは、前記基板の両面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記色素増感太陽電池は、色素増感太陽電池セルを複数積層してなることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記色素増感太陽電池セルは、固体電解質層、又は、電解質液層を含むことを特徴とする請求項2ないし4のいずれかに記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記色素増感太陽電池は、前記基板と、該基板に対向して配設され光を透過可能な基板との間に、色素増感太陽電池セルが配設されてなり、
前記色素増感太陽電池セルは、前記基板側から導電膜、電解質液層、光を吸収する色素を保持する酸化チタン層、透明導電膜の順に積層されるか、又は、前記基板側から導電膜、光を吸収する色素を保持する酸化チタン層、電解質液層、透明導電膜の順に積層され、
前記電解質液層は、仕切部によって、前記導電膜と前記酸化チタン層の間、又は、前記酸化チタン層と前記透明導電膜の間に封入された状態に保持されることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。 - 前記色素増感太陽電池は、前記基板側から導電膜、固体電解質層、光を吸収する色素を保持する酸化チタン層、透明導電膜の順に積層されるか、もしくは、前記基板側から導電膜、光を吸収する色素を保持する酸化チタン層、固体電解質層、透明導電膜の順に積層されてなることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記薄膜固体リチウムイオン二次電池は、薄膜固体リチウムイオン二次電池セルが複数積層されてなり、該複数の薄膜固体リチウムイオン二次電池セルは直列接続または並列接続されたことを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記酸化物導電膜層は、抵抗率が1×10−2Ω・cm以下の物質からなることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記酸化物導電膜層を形成する物質は、酸化インジウム,酸化亜鉛のいずれか、又はこれらのいずれかを主成分とするものであることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記薄膜固体リチウムイオン二次電池には、水分防止膜が表面に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
- 前記基板には、可撓性を有する材料が用いられ、
可撓性を有することを特徴とする請求項1に記載の色素増感太陽電池複合型薄膜固体リチウムイオン二次電池。
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