JP5700591B2 - 色素増感太陽電池素子 - Google Patents
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Description
透明基板11を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、および、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板11の厚さは、DSCモジュール100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜10000μmの範囲にすればよい。
抵抗値=直列接続されるDSC50の数×120Ω (1)
被覆層19は、光を透過させることが可能で且つ透明基板11よりも大きい屈折率を有する材料で構成されていればよく、特に制限されるものではない。このような材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの樹脂やガラスなどの光透過性材料の中から、透明基板11よりも高い屈折率を有するものを適宜選択すればよい。これらのうち、アクリル樹脂が、透明性が高いことから特に好ましい。ここで、被覆層19は、紫外線吸収剤をさらに含むことが好ましい。この場合、被覆層19中の紫外線吸収剤によって紫外線が吸収され、光増感色素の劣化をより十分に抑制することができ、DSCモジュール100の耐久性をより向上させることができる。このような紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール、ベンゾフェノンなどを用いることができる。光透過性材料中の紫外線吸収剤の含有率は、例えば1〜20質量%とすればよい。
連結部14を構成する材料は、バックシート80と透明導電膜12とを接着させることができるものであれば特に制限されず、連結部14を構成する材料としては、例えばガラスフリット、封止部31Aに用いられる樹脂材料と同様の樹脂材料などを用いることができる。中でも、連結部14は、ガラスフリットであることが好ましい。ガラスフリットは樹脂材料に比べて高い封止性能を有するため、バックシート80の外側からの水分等の侵入を効果的に抑制することができる。
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。
対極20は、上述したように、金属基板21と、金属基板21のうち作用極10側に設けられて対極20の表面における還元反応を促進する導電性の触媒層22とを備える。
封止部30Aは、第1封止部31Aと、第2封止部32Aとで構成される。
電解質40は、例えばI−/I3 −などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばI−/I3 −のほか、臭素/臭化物イオン、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。また電解質40は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムヨーダイド、ジメチルイミダゾリウムアイオダイド、エチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド、ブチルメチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
導電材60P,60Qとしては、例えば金属膜が用いられる。金属膜を構成する金属材料としては、例えば銀又は銅などを用いることができる。
バックシート80は、上述したように、耐候性層と、金属層とを含む積層体80Aと、積層体80AのDSC50側の面に設けられ、積層体80Aと連結部14とを接着する接着部80Bとを含む。
乾燥剤95は、シート状であっても、粒状であってもよい。乾燥剤95は、例えば水分を吸収するものであればよく、乾燥剤95としては、例えばシリカゲル、アルミナ、ゼオライトなどが挙げられる。
抵抗値=直列接続されるDSC50の数×120Ω (1)
まずガラスからなる1mm×5cm×10cmの平行平板(屈折率:1.51)を用意し、これを透明基板とした。そして、この透明基板の上に、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成してなる積層体を準備した。次に、図3に示すように、CO2レーザ(ユニバーサルシステム社製V−460)によって透明導電膜12に溝90を形成し、透明導電膜12A〜12Fを形成した。このとき、溝90の幅は1mmとした。また透明導電膜12A〜12Cはそれぞれ、4.6cm×2.0cmの四角形状の本体部と、本体部の片側側縁部から突出する突出部とを有するように形成した。また透明導電膜12Dは、4.6cm×2.1cmの四角形状の本体部と、本体部の片側側縁部から突出する突出部とを有するように形成した。また透明導電膜12A〜12Dのうち3つの透明導電膜12A〜12Cの突出部12cについては、本体部12aの片側縁部12bから張り出す張出し部12dと、張出し部12dから延びて、隣りの透明導電膜12の本体部12aに対向する対向部12eとで構成されるようにした。また透明導電膜12Dの突起部12cについては、本体部12aの片側縁部12bから張り出す張出し部12dのみで構成されるようにした。このとき、張出し部12dの張出し方向(図2のX方向に直交する方向)の長さは2.1mmとし、張出し部12dの幅は9.8mmとした。また対向部12eの幅は2.1mmとし、対向部12eの延び方向の長さは9.8mmとなるようにした。
集電配線17:厚さ4μm、幅200μm、図2のX方向に沿った長さ79mm、図2のX方向に直交する方向に沿った長さ21mm
外部接続用端子18a,18b:厚さ20μm、幅2mm、長さ7mm
連結部14:厚さ50μm、幅3mm
酸化物半導体層13:厚さ14μm、図2のX方向の長さ17mm、図2のX方向に直交する方向の長さ42.1mm
P=1.0mm
Q=2.0mm
R=2.6mm
T=2.2mm
実施例1と同様にしてDSC構造体を作製した。次に、DSC構造体の周囲に、四角筒状のステンレスからなる治具を固定した。このとき、治具としては、透明基板の側面と治具の内壁面との間に隙間が形成されないものを用いた。その後、治具の内側に、実施例1と同様の被覆層形成材料を流し込み、透明基板の受光面に塗布した。そして、塗布物の表面をバーコータで平坦になるようにならした。続いて、実施例1と同様にして、塗布物をエージングさせるとともに、塗布物から溶媒を除去した。こうして透明基板上にプレ被覆層を得た。次に、治具を取り外した。続いて、プレ被覆層の周縁部を研磨し、図14に示すように、周縁部の内側の中央部の平坦な表面に対して傾斜するようにした。こうして屈折率n2が1.54の被覆層を得た。この被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。こうしてDSCモジュールを作製した。
ガラスからなる1mm×5cm×10cmの平行平板(屈折率:1.51)を用意した。そして、実施例1と同様にして、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成し、続いて、透明導電膜12に溝90を形成し、透明導電膜12A〜12Fを形成した。こうして積層体を得た。
ガラスからなる1mm×5cm×10cmの平行平板(屈折率:1.51)を用意した。そして、実施例1と同様にして、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成し、続いて、透明導電膜12に溝90を形成し、透明導電膜12A〜12Fを形成した。こうして積層体を得た。
ガラスからなる1mm×5cm×10cmの平行平板(屈折率:1.51)を用意した。そして、実施例1と同様にして、厚さ1μmのFTOからなる透明導電膜を形成し、続いて、透明導電膜12に溝90を形成し、透明導電膜12A〜12Fを形成した。こうして積層体を得た。
被覆層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にしてDSCモジュールを作製した。被覆層の最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通り0mmであった。
DSC構造体の透明基板の受光面上に、以下のようにして被覆層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてDSCモジュールを作製した。
DSC構造体の透明基板の三辺をステンレスからなる治具で囲み、透明基板の受光面を水平面に対して0.05°傾斜させた後、実施例1と同様の被覆層形成材料を透明基板の受光面上に塗布したこと以外は実施例1と同様にしてDSCモジュールを作製した。得られたDSCモジュールにおいて、被覆層の屈折率n2は1.54であった。またこの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
実施例1と同様にしてDSC構造体を作製した。次に、DSC構造体の周囲に、四角筒状のステンレスからなる治具を固定した。このとき、治具としては、透明基板の側面と治具の内壁面との間に隙間が形成されないものを用いた。その後、治具の内側に、実施例1と同様の被覆層形成材料を流し込み、透明基板の受光面に塗布した。そして、塗布物の表面をバーコータで平坦になるようにならした。続いて、実施例1と同様にして、塗布物をエージングさせるとともに、塗布物から溶媒を除去した。こうして透明基板上に被覆層を得た。こうして屈折率n2が1.54の被覆層を得た。この被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。以上のようにしてDSCモジュールを作製した。
アクリル樹脂として、根上工業社製アートパール(商品名)を用いることにより、被覆層の屈折率n2を1.51としたこと以外は実施例1と同様にしてDSCモジュールを得た。なお、得られたDSCモジュールの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
アクリル樹脂として、根上工業社製アートパール(商品名)を用いることにより、被覆層の屈折率n2を1.51としたこと以外は実施例2と同様にしてDSCモジュールを得た。なお、得られたDSCモジュールの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
アクリル樹脂として、根上工業社製アートパール(商品名)を用いることにより、被覆層の屈折率n2を1.51としたこと以外は実施例3と同様にしてDSCモジュールを得た。なお、得られたDSCモジュールの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
アクリル樹脂として、根上工業社製アートパール(商品名)を用いることにより、被覆層の屈折率n2を1.51としたこと以外は実施例4と同様にしてDSCモジュールを得た。なお、得られたDSCモジュールの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
アクリル樹脂として、根上工業社製アートパール(商品名)を用いることにより、被覆層の屈折率n2を1.51としたこと以外は実施例5と同様にしてDSCモジュールを得た。なお、得られたDSCモジュールの被覆層において、最大厚さt1及び周縁部の平均厚さt2はそれぞれ表1に示す通りであった。
(光電変換特性の光入射角依存性の評価)
実施例1〜5および比較例1〜9で得られたDSCモジュールを、平坦面上に配置し、そのDSCモジュール全体に対して光源から200ルクスの照度の白色光を均一に照射し、そのときの光電変換効率を測定した。このとき、光源としては、白色LED(製品名:LEL−SL5N−F、東芝ライテック社製)を用いた。照度は、照度計(AS ONE LM−331、アズワン株式会社製)を用いて測定した。また光の入射角を0°、60°、80°としたときのそれぞれについて、初期光電変換効率η0(%)、η60(%)、η80(%)を測定し、これらの値に基づいて、η60/η0、η80/η0、及び、(η80−η60)/η0を算出した。結果を表1に示す。ここで、光の入射角は、DSCモジュールを平坦面上に配置し、白色光をDSCモジュールに照射したときにその平坦面に入射される光の入射角度を言う。なお、光入射角依存性の合格基準は以下の通りとした。
(合格基準)
η60/η0及びη80/η0がそれぞれ0.980以上で且つ(η80−η60)/η0が0.001以下
実施例1〜5および比較例1〜9で得られたDSCモジュールについて、連続光照射試験機(製品名:光照射環境試験装置、岩崎電気社製)を用いて約10万ルクスの擬似太陽光(AM1.5G)を連続して500時間照射し、その後、光電変換効率η500を測定した。そして、光入射角を0°としたときの初期光電変換効率η0に対するη500の比率(η500/η0)を算出した。結果を表1に示す。なお、η0は、初期光電変換効率η0(%)と同一の値である。
11a…受光面
13…酸化物半導体層
15…導電性基板(第1基材、第1電極)
19、519,619,719,819…被覆層
19a,519a,619a,719a,819a…周縁部
19b,519b,619b,719b,819b…中央部
20,920…対極(第2基材、第2電極)
30A…封止部
50,50A〜50D…色素増感太陽電池
100〜900…色素増感太陽電池モジュール(色素増感太陽電池素子)
901…絶縁性基板(第2基材)
Claims (1)
- 少なくとも1つの色素増感太陽電池を有し、
前記色素増感太陽電池は、
透明基板を有する第1基材と、
前記第1基材に対向する第2基材と、
前記第1基材と前記第2基材との間に設けられる酸化物半導体層と、
前記第1基材及び前記第2基材を連結する環状の封止部とを有し、
前記透明基板は、前記少なくとも1つの色素増感太陽電池に対して1つ設けられ、
前記第1基材には、前記透明基板のうち前記第2基材と反対側の受光面を被覆し且つ光を透過させることが可能な被覆層が設けられ、
前記被覆層は、
環状の周縁部と、
前記周縁部の内側に設けられる中央部とを有し、
前記周縁部の平均厚さが前記中央部の最大厚さより小さく、
前記被覆層は、前記透明基板より大きい屈折率を有する、色素増感太陽電池素子であって、
前記被覆層の前記周縁部は、
前記色素増感太陽電池素子が前記色素増感太陽電池を1つ有する場合には、環状の前記封止部の内周面を、前記封止部の厚さ方向に沿って前記被覆層を横切るように延長させたと仮定した場合に、その延長された前記封止部の内周面より外側の部分であり、
前記色素増感太陽電池素子が前記色素増感太陽電池を複数有する場合で且つ隣り合う前記色素増感太陽電池の前記封止部同士が一体化している場合には、その一体化封止部のうち外側の環状部の内周面を、前記封止部の厚さ方向に沿って前記被覆層を横切るように延長させたと仮定した場合に、その延長された環状部の内周面より外側の部分であり、
前記色素増感太陽電池素子が前記色素増感太陽電池を複数有する場合で且つ隣り合う前記色素増感太陽電池の前記封止部同士が互いに離間している場合には、前記色素増感太陽電池の各々の前記封止部のうち外側に面する部分を互いに結合させて形成される環状部を想定し、その環状部の内周面を、前記封止部の厚さ方向に沿って前記被覆層を横切るように延長させたと仮定した場合に、その延長された環状部の内周面より外側の部分であり、
前記透明基板の前記受光面が、前記被覆層と反対側に向かって凸となっており、
前記透明基板全体が前記被覆層と反対側に向かって凸となるように湾曲している、色素増感太陽電池素子。
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