(57)【要約】【課題】両端に封止部を有する透光性の管状容器の内部に、増感色素を担持する半導体層よりなる光電極と、該光電極に接触して形成される集電極と、該集電極に対向する対向電極とを備え、前記管状容器の内部には電解液が充填されてなる色素増感型太陽電池において、前記対向電極と前記集電極との間に所定の間隙を維持できて、かつ、これらが短絡することのなく、良好な発電効率が得られる構造を提供することである。【解決手段】前記対向電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有する金属板からなり、該対向電極は、その外周に絶縁体を介在させて前記集電極もしくは光電極に弾性的に当接されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に封止部を有する透光性の管状容器の内部に、増感色素を担持する半導体層よりなる光電極と、該光電極に接触して形成される集電極と、該集電極および前記光電極に対向する対向電極とを備え、
前記管状容器の内部には電解液が充填されてなる色素増感型太陽電池において、
前記集電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有する板状金属体からなり、
前記光電極が、前記集電極上に積層形成されていて該集電極の弾性復元力により前記管状容器の内面に当接されている
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記集電極を構成する板状金属体が金属多孔板であることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項３】
前記集電極を構成する板状金属体が網状体であることを特徴とする請求項１に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】
この発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感型太陽電池に関するものであり、特に、透光性の管状容器内に、集電極、光電極および対向電極が配設され、電解液が封入された色素増感型太陽電池に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境にやさしく、クリーンなエネルギー源として積極的な研究開発が進められている。中でも、光電変換効率が高く、低コストの太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されて、各種の提案がなされている。
【０００３】
その一例が特許第４８４０５４０号公報（特許文献１）であり、この色素増感型太陽電池では、透光性の管状容器内に電解液を封入し、該容器の内面に形成された集電極と、これに積層形成されて色素を吸着させた多孔質半導体からなる光電極と、これに対向する対向電極とを配設し、前記光電極に太陽光を入射させてこれを励起して電子を放出させることによって電気エネルギーとして取り出すものである。
この種の色素増感型太陽電池は、その製造のために高真空なチャンバーなどが不要であり、設備面での負担が少なく、安価に製造できるという利点あり、注目を集めている。
【０００４】
図８にかかる太陽電池の概略構造が示されている。
図８において、色素増感型太陽電池は、透明なガラスよりなる管状容器２０の本体部２１の内面に、透明導電膜からなる集電極２４と、増感色素が吸着された半導体層からなる光電極２５とが積層形成され、前記管状容器２０内に光電極２５と離間して所定の間隙を設けるようにコイル状の対向電極２６が配置されるとともに、前記管状容器２０内に電解質物質を備えた電解液２７が密封されて構成されている。
前記管状容器２０の本体部２１の両端は、ランプ技術におけるピンチシールのように、管状容器２０を構成するガラスを加熱・溶融してこれを圧潰することにより扁平な封止部２２、２３が形成されて密閉されている。そして、その一端側の封止部２２内には金属箔３３が埋設され、対向電極２６からの内部リード３１と、封止部２２から外方に突出する外部リード３５が該金属箔３３に接続されて導電状態がもたらされている。
また、同様に、他端側の封止部２３内にも金属箔３４が埋設されていて、該金属箔３４には、前記対向電極２６に絶縁部材１５を介して接続された内部リード３２と、封止部２３から突出する外部リード３６とが接続されている。そして、前記管状容器２０の本体部２１の内面に形成した集電極２４が、この封止部２３内にまで延在していて、前記内部リード３２、金属箔３４および外部リード３６を覆うようにピンチシールされ、これらと電気的に接続されている。
【０００５】
このような構成により、一方の封止部２２においては、対向電極２６−内部リード３１−金属箔３３−外部リード３５と電気的接続が形成され、他方の封止部２３においては、光電極２５−集電極２４−内部リード３２−金属箔３４−外部リード３６と電気的接続が形成されている。
【０００６】
かかる従来技術においては、コイル状の対向電極２６は、両端が管状容器２０の封止部２２、２３に保持されているだけなので、該対向電極２６と、光電極２５および集電極２４との間に所定の間隙を維持することが困難であり、また、この対向電極２６は変形しやすく、これが変形すると該対向電極２６と光電極２５―集電極２４との位置関係が変わり、前記所定間隙の維持ができずに、発電効率が低下してしまうという不具合がある。
そして、この対向電極２６の変形が大きいと、遂には対向電極２６と光電極２５―集電極２４とが接触してしまって短絡し、発電が得られないという問題が生じてくる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４８４０５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、透光性の管状容器の内部に、増感色素を担持する半導体層よりなる光電極と、該光電極に接触して形成される集電極と、該集電極に対向する対向電極とを備え、前記管状容器の内部に電解液が充填されてなる色素増感型太陽電池において、管状容器の内部において、対向電極と光電極もしくは集電極との間隙を一定に維持することができ、更には、対向電極の変形を抑制して、該対向電極と前記光電極もしくは集電極との短絡を防止した構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る色素増感型太陽電池は、前記対向電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有する金属板からなり、該対向電極は、その外周に絶縁体を介在させて前記集電極若しくは光電極に弾性的に当接されていることを特徴とする。
また、前記集電極が金属多孔板からなり、前記光電極が該集電極上に積層形成され、該光電極が前記管状容器の内面に当接されていて、前記対向電極は、前記絶縁体を介在させて前記集電極に当接されていることを特徴とする。
また、前記集電極が透明誘電体からなり、前記管状容器の内面に積層形成され、前記光電極が、前記集電極上に積層形成されていて、前記対向電極は、前記絶縁体を介在させて前記光電極に当接されていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記絶縁体が、樹脂材料又はガラス材料からなり、前記集電極と前記対向電極との間に電解液を流通させる流路が形成されていることを特徴とする。
また、前記絶縁体が、シート状体からなることを特徴とする。
また、前記絶縁体が、編成もしくは織成した繊維布からなる円筒状体であり、半径方向に収縮・拡大可能であることを特徴とする。
また、前記対向電極は、円周方向の一部においてスリットが形成されていることを特徴とする。
また、前記対向電極は、円周方向の一部において重ね合わされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の色素増感型太陽電池によれば、対向電極を、絶縁体を介在させて集電極もしくは光電極に弾性的に当接させることにより、対向電極と集電極もしくは光電極との間の間隙を容易に所定のものに維持することができるとともに、これら対向電極と集電極もしくは光電極との短絡を防止できるという効果を奏するものである。
また、弾性的当接により対向電極自体の変形も防止できて、前記所定間隙の維持がより確実なものとなり、発電効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の側断面図。
【図２】図１の横断面図（Ａ）および部分拡大断面図（Ｂ）。
【図３】図２の対向電極のみの斜視図。
【図４】他の実施例の横断面図。
【図５】図４の対向電極のみの斜視図。
【図６】更に他の実施例の横断面図。
【図７】更に他の実施例の横断面図（Ａ）および部分拡大断面図（Ｂ）。
【図８】従来の色素増感型太陽電池の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の色素増感型太陽電池の全体を示す側断面図である。
管状容器１の本体部２の内面には、集電極５の表面に積層形成された光電極６が当接されている。
図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、この集電極５は、多数の孔５ａが形成されたＳＵＳなどの金属多孔板や網状体などの板状金属体からなり、該集電極５上に増感色素が吸着された半導体層からなる光電極６が焼成されて積層形成されている。図２（Ａ）に示すように、集電極５は略円筒形に形成されていて、縮径された状態で管状容器１内に挿入され、この縮径拘束力が解除されたとき、その弾性復元力によって管状容器１の内面に当接する。これにより、光電極６が管状容器１の内面に当接するものである。
このような構成を採用することになり、管状容器の内面に集電極や光電極を焼成するという煩雑さが解消される。
【００１４】
図３にも示すように、この対向電極７は、ＳＵＳなどの金属板からなり、略円筒状に形成されていて、その周方向の一部にスリットＳが形成されるように湾曲され、半径方向に弾性復元力を有する。
そして、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、その表面にはシート状の絶縁体８が積層されている。
この絶縁体８は、対向電極７の弾性力によって管状容器１の内面側の集電極５に密着するような構造であれば良く、例えば、繊維状の樹脂材料やガラス材料を編成又は織成した繊維布を用いることができる。また、例えばポリテトラフルオロエチレンのような樹脂材料をシート状に形成したものを用いることもでき、その場合、シート体に多数の孔部を形成して用いる。
そして、このように集電極５、光電極６、対向電極７が配設された管状容器１内には電解液１０が封入されている。
【００１５】
しかして、色素増感型太陽電池は、太陽光を受けると、光電極６の半導体層に吸着された色素が励起されて電子を発生され、この電子が色素から半導体に受け渡される。電子を失った色素は、電解液１０のイオンから電子を受け取り、この電子を渡した電解質分子は、対向電極７から電子を受け取る。こうして、外部リード１５、１６間に起電力が発生する。
このため、光電極６と対向電極７との間には、電解液１０が流通する流路が存在することが好ましく、集電極５には金属多孔板が用いられて、その孔５ａが電解液流路となり、また、絶縁体８においては、繊維布の場合はその網目が電解液流路となり、シート状樹脂材料の場合は、多数形成された孔部が電解液流路として機能するものである。
【００１６】
また、絶縁体８は、集電極５―光電極６と対向電極７との短絡を防止するために、図１に示すように、管状容器１の長手方向において、集電極５―光電極６や、対向電極７よりも長いものであることが好ましい。また、図２（Ａ）に示すように、管状容器１の円周方向において、集電極５―光電極６や、対向電極７よりも長いものであることが好ましい。
【００１７】
対向電極７は図３のようにスリットＳを形成した態様に限られず、図４および図５に示すように、円周方向の一部において重なるように略円筒状に湾曲されていてもよい。
図４に示したものは、対向電極７のみならず、絶縁体８、集電極５および光電極６の全てが重なるように形成されたものであるが、必ずしも全てが重なるものである必要はない。
【００１８】
図６に絶縁体の異なる実施例が示されていて、上記実施例における絶縁体８がシート状であるのに対して、円筒状である点で相違する。
この円筒状絶縁体８は、半径方向に収縮・拡大可能であって、具体的には、樹脂繊維やガラス繊維を編成や織成した繊維布からなる。対向電極７および絶縁体８を管状容器１内に配置する際には、まず、対向電極７を縮径した状態で円筒状絶縁体８内に挿入し、これらを管状容器１内に挿入した後に、対向電極７の縮径拘束力を開放して、拡径する。円筒状絶縁体８は半径方向に収縮・拡大可能であるので、対向電極７と共に半径方向に拡大して、管状容器１内の集電極５に当接するものである。
勿論、この実施例においても、集電極５、光電極６および対向電極７が、図４、５のように、円周方向の一部において重なり合う形態であってもよい。
【００１９】
図７には集電極および光電極の異なる実施例が示されていて、この例では、図８に示すものと同様に、図７（Ａ）に示すように、集電極５が管状容器１の内面に形成され、その内面に光電極６が積層形成されている。
即ち、前記集電極５が、例えばＩＴＯ膜などの透明導電膜からなり、管状容器１の内面に焼成形成され、その上に光電極６が積層して焼成形成されているものである。
そして、図７（Ｂ）にも示すように、この場合、対向電極７は、絶縁体８を介在させて光電極６に当接することになる。
また、図７（Ａ）に示した実施例においては、対向電極７の構造が図２で説明したものと同様に、スリットを有する略円筒形状のものが示されている。
この場合にも、対向電極７の構造は、図４、５に示すように、円周方向の一部で重なり合うようにすることもできる。
【００２０】
なお、本出願における図面においては、理解を助けるために光電極、集電極、対向電極、絶縁体等に関しては、特にその厚さは実際の寸法より誇張されて記載されている。
それらの一数値例および一材料例を挙げると以下のようである。
管状容器：外径１０ｍｍ×内径８ｍｍ（×肉厚１ｍｍ）  ソーダ石灰ガラス
集電極  ：厚さ３０μｍｍ、４００メッシュのステンレス網
光電極  ：膜厚４０μｍのチタニア粒子焼結体
絶縁体  ：厚さ４０μｍのＰＴＦＥ製シート（メンブレンフィルター）
対向電極：厚さ２０μｍのチタンシート（表面白金コート）
【００２１】
以上説明したように、本発明に係る色素増感型太陽電池は、管状容器内に配置される対向電極を、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有する金属板から構成し、その外周に絶縁体を介在させて、管状容器内面に設けられた集電極もしくは光電極に弾性的に当接させることにより、集電極および光電極とは、絶縁体の厚さに依存する所定の間隙を容易に維持することができて発電効率が向上するとともに、これらとの絶縁が保たれるので、短絡による発電機能の喪失という不具合を起こすこともない。
【符号の説明】
【００２２】
１          管状容器
２          本体部
３、４      封止部
５          集電極
５ａ        孔
６          光電極
７          対向電極
８          絶縁体
１０        電解液
１１、１２  内部リード
１３、１４  金属箔
１５、１６  外部リード
Ｓ          スリット
【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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