(57)【要約】【課題】耐久性を確保し易く、セルの設置スペースも大きく確保し易い色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】光透過性を有する光極用導電層３の一側面に、受光に伴って電子を放出する色素が担持されたＮ型半導体からなる光極層４と、光極層４に対して間隔を隔てて対向する導電性を備えた対極層５と、光極層４と対極層５との間に封入された電解質層６とを積層してあるセル１の複数が、光極用導電層３の夫々を光透過性を有する共通の基板２の一側面に並設して、電気的に互いに並列に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する光極用導電層の一側面に、受光に伴って電子を放出する色素が担持されたＮ型半導体からなる光極層と、前記光極層に対して間隔を隔てて対向する導電性を備えた対極層と、前記光極層と前記対極層との間に封入された電解質層とを積層してあるセルの複数が、前記光極用導電層の夫々を光透過性を有する共通の基板の一側面に並設して、電気的に互いに並列に接続されている色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記光極用導電層が前記セルの一側縁側において前記光極層よりも長く前記セルの並設方向に延設され、
前記対極層の一側部に電気的に導通する対極用導電層が、前記セルの他側縁側に沿って設けられ、
前記光極用導電層の延設部分と前記対極用導電層との夫々に、これらの導電層に電気的に導通する集電部材が積層されている請求項１記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記延設部分に積層した光極用集電部材どうしが、前記基板の一側辺に沿って積層した光極用接続集電部材で櫛歯状に接続され、
前記対極用導電層に積層した対極用集電部材どうしが、前記基板の他側辺に沿って積層した対極用接続集電部材で櫛歯状に接続されている請求項２記載の色素増感型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性を有する光極用導電層の一側面に、受光に伴って電子を放出する色素が担持されたＮ型半導体からなる光極層と、前記光極層に対して間隔を隔てて対向する導電性を備えた対極層と、前記光極層と前記対極層との間に封入された電解質層とを積層してあるセルの複数が、電気的に互いに接続されている色素増感型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記色素増感型太陽電池は、従来、出力電圧を大きくするために複数のセルが電気的に互いに直列に接続され、液状の電解質（以下、電解液という）が光極層と対極層との間に封入されている（例えば、特許文献１参照。）。
セルどうしが直列に接続されているので、隣り合うセルの電解液どうしが短絡して電解質中に存在するレドックス対（主にヨウ素・トリヨウ素イオンが用いられる）が偏析してしまうと発電機能が低下し、そのまま使用し続けるとそのレドックス対が偏析した部分のセルが壊れ、ついには直列接続されているすべてのセルの発電機能が失われることになる。
このために、隣り合うセルの電解液どうしが短絡しないように、セルどうしの間にシール壁を接着して確実に隔離しておく必要がある。
しかしながら、電解液どうしを隔離するシール壁は発電機能には直接寄与しないので、セルの設置スペースをできるだけ大きく確保できるように、薄肉のシール壁を接着することが求められる。
したがって、直射日光に曝される使用環境下ではシール壁の接着性能が低下し易く、太陽電池の耐久性を確保し難い欠点がある。
さらに、直列接続されたセルの一部が長期使用により劣化したり、部分影になったりするなどにより発電能力が低下した場合には、そのセルの電位極性が逆転してしまう現象が生じることが明らかになっている。セルの電位極性が逆転した状態で長期使用するとセルが選択的に故障して電気が流れなくなり、太陽電池全体の機能が損なわれるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６０８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、耐久性を確保し易く、セルの設置スペースも大きく確保し易い色素増感型太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１特徴構成は、光透過性を有する光極用導電層の一側面に、受光に伴って電子を放出する色素が担持されたＮ型半導体からなる光極層と、前記光極層に対して間隔を隔てて対向する導電性を備えた対極層と、前記光極層と前記対極層との間に封入された電解質層とを積層してあるセルの複数が、前記光極用導電層の夫々を光透過性を有する共通の基板の一側面に並設して、電気的に互いに並列に接続されている点にある。
【０００６】
本構成の色素増感型太陽電池であれば、セルの複数が、光極用導電層の夫々を光透過性を有する共通の基板の一側面に並設して、電気的に互いに並列に接続されているので、隣り合うセルの電解液どうしの短絡を考慮する必要がなくなり、隣り合うセルの電解液どうしを隔離するシール壁が不要になる。
また、セルの一部が長期使用により劣化したり、部分影になったりするなどにより発電能力が低下した場合でも電気を流すことができるので、太陽電池全体の機能が損なわれるおそれが少ない。
よって、耐久性を確保し易く、セルの設置スペースも大きく確保し易い。
【０００７】
本発明の第２特徴構成は、前記光極用導電層が前記セルの一側縁側において前記光極層よりも長く前記セルの並設方向に延設され、前記対極層の一側部に電気的に導通する対極用導電層が、前記セルの他側縁側に沿って設けられ、前記光極用導電層の延設部分と前記対極用導電層との夫々に、これらの導電層に電気的に導通する集電部材が積層されている点にある。
【０００８】
本構成であれば、光極層が、セルの一側縁側において、光極用導電層の延設部分を介して集電部材に電気的に導通し、対極層が、セルの他側縁側において、対極用導電層を介して集電部材に電気的に導通する。
したがって、光極層と、その光極層に電気的に導通する集電部材との距離を短縮して、光極層と集電部材との間に介在する光極用導電層による電圧降下を抑制することができる。
また、対極層と、その対極層に電気的に導通する集電部材との距離を短縮して、対極層と集電部材との間に介在する対極用導電層による電圧降下を抑制することができる。よって、抵抗損失を軽減できる。
【０００９】
本発明の第３特徴構成は、前記延設部分に積層した光極用集電部材どうしが、前記基板の一側辺に沿って積層した光極用接続集電部材で櫛歯状に接続され、前記対極用導電層に積層した対極用集電部材どうしが、前記基板の他側辺に沿って積層した対極用接続集電部材で櫛歯状に接続されている点にある。
【００１０】
本構成であれば、多数の光極用集電部材と多数の対極用集電部材とを、隣り合う光極用集電部材の間に対極用集電部材を入り込ませてコンパクトに配置しながら、セルどうしを基板の側辺に沿ってコンパクトに接続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】色素増感型太陽電池の横断面図
【図２】色素増感型太陽電池の平面図
【図３】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図４】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図５】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図６】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図７】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図８】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【図９】色素増感型太陽電池の製造工程を示す平面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による色素増感型太陽電池の横断面図を示し、図２はその平面図を示す。
【００１３】
色素増感型太陽電池は、１０個の細長い矩形セル１を備えている。
１０個の矩形セル１は、長辺側どうしを互いに隣り合わせて、光透過性を有する共通の矩形ガラス基板２（厚さ１．１ｍｍ）の一側面に並設して、電気的に互いに並列に接続され、後述する光極用集電部材１２に接続した接続端子２１ａと、後述する対極用集電部材１３に接続した接続端子２１ｂとを設けてある。
【００１４】
矩形セル１の夫々は、図１に示すように、光透過性を有する光極用導電層３の一側面に、光極層４と、光極層４に対して間隔を隔てて対向する導電性を備えた多孔質の対極層５と、光極層４と対極層５との間に封入された電解質層６と、対極層５に電気的に導通する対極用導電層７と、矩形セル１を対極層５の側から密封被覆する被覆層８とを積層して構成してある。
【００１５】
矩形セル１は、隣り合う２個の組合せを一つのユニット９にして、ガラス基板２の一側面に並設してある。各ユニット９においては、２個の矩形セル１の対極用導電層７どうしを一連に設けてある。各ユニット９における２個の矩形セル１は、対極用導電層７を挟んで左右対称に配置してある。
【００１６】
隣り合うユニット９において、一方のユニット９における矩形セル１の光極用導電層３と、他方のユニット９における矩形セル１の光極用導電層３どうしを一連に設けてある。
【００１７】
光極用導電層３と対極用導電層７はガラス基板２の一側面に並設してある。これらの導電層３，７どうしは、ガラス基板２の一側面に積層したフッ素ドープ酸化スズの薄膜（厚さ０．５μｍ）を一連の絶縁溝１０で分離して互いに絶縁状態で設けてある。
【００１８】
図３に示すように、各光極用導電層３は、ガラス基板２のセル並設方向に沿う一側辺に沿って積層した光極用接続導電層３ａで互いに繋がる櫛歯状に配置されている。各対極用導電層７は、ガラス基板２のセル並設方向に沿う他側辺に沿って積層した対極用接続導電層７ａで互いに繋がる櫛歯状に配置されている。
【００１９】
光極用導電層３は、隣り合う矩形セル１どうしの間の一側縁側、および、セル並設方向の両端部に配置した矩形セル１の長手方向に沿う一側縁側において、光極層４よりも長く矩形セル１の並設方向に延設してあり、その延設部分１１の夫々に、光極用導電層３に電気的に導通する光極用集電部材１２を積層してある。
【００２０】
光極用集電部材１２どうしは、図４に示すように、光極用接続導電層３ａに積層した光極用接続集電部材１２ａで櫛歯状に互いに接続されている。
【００２１】
対極用導電層７は、矩形セル１の両側縁のうちの、光極用導電層３の延設部分１１が存在する一側縁側とは逆の他側縁側に沿って、隣り合う光極用導電層３の間に位置させて設けてある。この対極用導電層７は対極層５の一側部に電気的に導通している。
【００２２】
対極用導電層７の夫々に、対極用導電層７に電気的に導通する対極用集電部材１３を積層してある。対極用集電部材１３どうしは、図４に示すように、対極用接続導電層７ａに積層した対極用接続集電部材１３ａで櫛歯状に接続されている。
【００２３】
したがって、各矩形セル１の光極層４どうしが光極用集電部材１２と光極用接続集電部材１２ａとで電気的に互いに接続され、各矩形セル１の対極層５どうしが対極用集電部材１３と対極用接続集電部材１３ａとで電気的に互いに接続されているので、１０個の矩形セル１どうしは電気的に互いに並列に接続されている。
【００２４】
色素増感型太陽電池の製造方法を工程順に説明する。
ガラス基板２にフッ素ドープ酸化スズの薄膜を積層した後、その薄膜をＹＡＧレーザによるスクライビングで１μｍ幅でジグザグの線に沿って除去して一連の絶縁用の溝１０を形成し、図３に示すように、櫛歯状に接続された光極用導電層３と光極用接続導電層３ａ、及び、櫛歯状に接続された対極用導電層７と対極用接続導電層７ａとを、光極用導電層３と対極用導電層７とが交互に配置されるように設ける。
【００２５】
次に、図４に示すように、光極用集電部材１２と光極用接続集電部材１２ａ、及び、対極用集電部材１３と対極用接続集電部材１３ａを積層する。
光極用集電部材１２と光極用接続集電部材１２ａは、光極用導電層３と光極用接続導電層３ａとに亘って焼付け型の銀ペーストを櫛歯状のパターンでスクリーン印刷した後、５００℃にて焼成して設ける。
対極用集電部材１３と対極用接続集電部材１３ａは、対極用導電層７と対極用接続導電層７ａとに亘って焼付け型の銀ペーストを櫛歯状のパターンでスクリーン印刷した後、５００℃にて焼成して設ける。
【００２６】
この後、光極用集電部材１２と対極用集電部材１３の夫々が電解液との接触で腐蝕しないようように、図５に示すように、これらの集電部材１２，１３を防食用コーティング層１４で被覆する。
【００２７】
防食用コーティング材料としては、スクリーン印刷が可能な低融点ガラスペースト，エポキシ樹脂，ポリイソブチレン樹脂などの接着剤ペーストなどが使用できる。
本実施形態では低融点ガラスペーストを使用して、光極用集電部材１２と対極用集電部材１３とを所定のパターンで覆うようにスクリーン印刷した後、５００℃で焼成して、防食用コーティング層１４を設ける。
【００２８】
次に、図６に示すように、光極用導電層３に光極層４を積層する。
この段階の光極層４は、多孔質のＮ型半導体（酸化チタン）である。
【００２９】
Ｎ型半導体（光極層）４は、平均粒子径が２５ｎｍ以下の酸化チタンを分散し、セルロース系バインダを混合した後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的に酸化チタン固形分濃度が１６ｗｔ％になるように調合したペーストを光極用導電層３にスクリーン印刷した後、乾燥し、４５０℃で焼成して形成する。
【００３０】
次に、電解質層６を設けるために、図７に示すように、光極層４に多孔質のセパレータ層（平均厚さ５μｍ）１５を積層する。
【００３１】
セパレータ層１５は、ルチル１００％の酸化チタン平均粒子径が２５０ｎｍより大きな粒子と平均粒子径２０ｎｍの酸化ジルコニウムを分散し、セルロース系バインダを混合した後、ブチルカルビトール等溶媒置換しながら混合し、最終的に酸化チタン、酸化ジルコニウム固形分濃度が１５ｗｔ％になるように調合したペーストを光極層４にスクリーン印刷した後、乾燥し、４５０℃で焼成して形成する。
【００３２】
セパレータ層１５は、光極層４と対極層５とが直接に接触することを避けるために、断面形状をＬ字状に形成し、その一端を絶縁溝１０に入り込ませてガラス基板２に接触させてある。
電解質層６は、後述するように、セパレータ層１５に電解液１６を含浸させて設ける。
【００３３】
次に、図８に示すように、セパレータ層１５に対極層（厚さ５０〜６０μｍ）５を積層する。対極層５は、断面形状をセパレータ層１５に沿ったＬ字状に形成して、その一側部を対極用導電層７に接触させて電気的に接続してある。
【００３４】
対極層５は、比表面積８００ｍ2／ｇ以上のカーボンブラック、平均粒子径５ μｍのグラファイト、平均１次粒子径６ｎｍの酸化チタンを１：５：１の比率とし、セルロース系バインダを混合した後、ブチルカルビトール等、溶媒置換しながら混合し、最終的に固形分濃度が３０ｗｔ％になるように調合したペーストをセパレータ層１５にスクリーン印刷した後、乾燥し、４５０℃で焼成して形成する。
【００３５】
次に、対極層５まで積層したガラス基板２をルテニウム錯体のエタノール溶液に所定時間（２４時間）浸漬することにより、Ｎ型半導体４にルテニウム錯体を吸着させる。
【００３６】
次に、図９に示すように、被覆層８を設ける。
被覆層８は、光極用接続導電層３ａ及び対極用導電層７におけるガラス基板２の外周部に沿った露出部にシール層１７を熱融着し、そのシール層１７に矩形コア１を覆う熱融着シート１８を熱融着して設けてある。
シール層１７や熱融着シート１８としては、アイオノマーのSurlyn（商標名：デュポン製）を使用する。
【００３７】
次に、熱融着シート１８に形成してある電解液注入口１９から電解液１６を注入して、電解液１６をセパレータ層１５に含浸させた電解質層６を設けた後、電解液注入口１９をガラス板２０で封止することにより、図１，図２に示した色素増感型太陽電池を完成させる。
【００３８】
電解液１６は、３-メトキシプロピオニトリルに、０．０５mol／Ｌのヨウ素と０．０５mol／Ｌのリチウムヨウ素と０．０５mol／Ｌの４-ｔ-ブチルピリジンを溶解したものである。
【００３９】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態の色素増感型太陽電池では、２個の矩形セルを対極用導電層を挟んで左右対称に配置して並設したものを示したが、隣り合う矩形セルを互いに同じ一定姿勢で並設してあってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  セル
２  基板
３  光極用導電層
４  光極層
５  対極層
６  電解質層
７  対極用導電層
１１  光極用導電層の延設部分
１２  集電部材（光極用集電部材）
１２ａ  光極用接続集電部材
１３  集電部材（対極用集電部材）
１３ａ  対極用接続集電部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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