(57)【要約】【課題】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、光電極のＲｕ色素のＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられることを抑制し、発電量の低下を抑制した色素増感型太陽電池を提供することである。【解決手段】前記管状容器の内部に、前記電解液よりも比重の小さい空間充填体を設けたことを特徴とする。【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、
前記管状容器の内部には、前記電解液よりも比重の小さい空間充填体を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記空間充填体は、空気が密封された樹脂材料からな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】
前記空間充填体は、不活性ガスが密封された樹脂材料からな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４】
前記空間充填体は、発泡シリコンゴム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。
【０００４】
図６にかかる太陽電池の概略構造が示されている。
図６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、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２８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】
なお、管状容器の内面に形成される集電極と光電極の関係はこれに限られず、例えば、特開２０１２−２５６４５９号公報（特許文献２）に記載されるように、管状容器の内表面に光電極を形成して、その内面上に集電極を形成する構成とすることもできる。
【０００６】
また、国際公開第２０１３／０３１０９８号公報（特許文献３）には、図７に示すように、前記対向電極の構造として、略円筒形状の対向電極２６を用いて、その弾性復元力によって、絶縁体３０を介して光電極２５及び集電極２４を押圧することにより、短絡を防止しつつ、対向電極２６と光電極２５−集電極２４との位置関係が維持されるものが開示されている。
【０００７】
ところで、増感色素を担持する光電極の分子構造は、図８に示すものであり、Ｒｕ色素はＮＣＳ配位子を持つことで光励起し、励起した電子が集電極に移動することにより、発電するものである。
【０００８】
このような分子構造を有する光電極を用いる色素増感型太陽電池においては、管状容器内に封入された電解液中にはヨウ素が含まれており、Ｒｕ色素のＮＣＳ配位子は、ヨウ素に置き換えられやすい性質をもつものである。
そして、Ｒｕ色素のＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられると光励起しなくなり、結果的に発電量が減少していくものである。
つまり、光電極のＲｕ色素の周りに、過剰なヨウ素が存在すると、ＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられ、結果的に発電量が減少するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４８４０５４０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５６４５９号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／０３１０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、光電極のＲｕ色素のＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられることを抑制し、発電量の低下を抑制した色素増感型太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る色素増感型太陽電池は、前記管状容器の内部に、前記電解液よりも比重の小さい空間充填体を設けたことを特徴とする。
また、前記空間充填体は、空気が密封された樹脂材料からなることを特徴とする。
また、前記空間充填体は、不活性ガスが密封された樹脂材料からなることを特徴とする。
また、前記空間充填体は、発泡シリコンゴムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の色素増感型太陽電池によれば、管状容器が水平状に配置されて用いられる際、その内部に封入された空間充填体は管状容器の上方に浮かぶ。管状容器内の上方に位置する光電極には、太陽光が照射されるので、この部分の光電極で、Ｒｕ色素のＮＣＳ配位子が効率よく光励起するものである。
そして、この上方位置には空間充填体が浮かんで存在するので、上方に位置する光電極の近傍では、余分な電解液を排除して電解液を少なくでき、光電極のＲｕ色素の周りに、過剰なヨウ素が存在を無くすことができるので、光電極のＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられることを抑制し、結果的に発電量の低下を抑制でき、効率よく発電することができるという効果を奏するものである。
加えて、管状容器に充填される電解液はかなり高額ということもあって、該管状容器内に空間充填体が封入されたことにより、充填される電解液量が少なくて済むという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の色素増感型太陽電池の第１実施例の側断面図。
【図２】図１の横断面図。
【図３】図１における空間充填体の側断面図。
【図４】他の実施例の断面図。
【図５】図５の集電極（光電極）と対向電極（絶縁体）のみの斜視図。
【図６】従来例の側断面図。
【図７】他の従来例の横断面図。
【図８】光電極の分子構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１、図２は、本発明の色素増感型太陽電池を示す断面図である。
図６に示す従来例と同様に、ガラスからなる管状容器１の本体部２の内面には、透明導電膜からなる集電極５と、増感色素が吸着された半導体層からなる光電極６とが積層形成されている。
そして、図２に示すように、対向電極７は、ＳＵＳ製などの金属多孔板や金属網状体などの、透液性の板状金属体からなり、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、この対向電極７の外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の弾性復元力によって管状容器１の内面側の光電極６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透液性として用いる。
また更には、前記絶縁体８は、円筒状であってもよく、その場合、該円筒状の絶縁体８は、半径方向に収縮・拡大可能とされており、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。
こうすることで、対向電極７を、絶縁体８を介して集電極５−光電極６に対して対向配置できる。これにより、対向電極７と集電極４との間に絶縁を保ちつつ、その間に一定の間隙を容易に維持できる構造となる。
【００１５】
前記対向電極７および前記集電極５には、それぞれ、内部リード１１、１２が接続され、放電容器１の封止部３、４内に埋設された金属箔１３、１４を介して外部リード１５、１６に接続されている。
こうして、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。
【００１６】
そして、図１に示すように、放電容器１内には、空間充填体１８が封入されている。この空間充填体１８は、電解液１０よりも比重が小さく、具体的には、ポリエチレンなどの樹脂製の膜からなり、両端部が熱溶着などの手段で封止されていて、内部には空気や、窒素、アルゴン、キセノン等の不活性ガスが封入されている。
空間充填体１８に充填するガスとしては、空気よりも不活性ガスを充填した方がより高い浮力が得られて好適である。
ポリエチレンの樹脂に窒素を封入した場合は、比重は０．００１であり、キセノンを封入した場合は、比重は０．００６である。
【００１７】
空間充填体１８としては上記のポリエチレン製の中空体からなるもののほかに、発泡シリコンゴムを使用することもできる。発泡シリコンゴムは、ヨウ素を含む電解液１０中に浸漬しても、性質が変化せず安定しており、しかも、上記のようなポリエチレンの樹脂製の中空構造より、単に、単体の発泡シリコンゴムからなるので、構造が極めて簡単であり、その取り扱いも簡便である。この発泡シリコンゴムの比重は、０．４である。
【００１８】
そして、管状容器１が水平状態に設置されたとき、図１、２に示すように、空間充填体１８は管状容器１内の電解液１０中で上方側に浮かび、その一部が対向電極７に当接するようになる。
このように、空間充填体１８が、電解液１０の中で効果的に浮き上がるためには、該空間充填体１８の比重が０．００１〜０．７の範囲が好適である。
【００１９】
こうすることで、上方に位置して太陽光を受ける側の光電極６の近傍では、空間充填体１８によって余分な電解液１０が排除されており、光電極６のＲｕ色素の周りに、過剰なヨウ素が存在することがなく、ＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられることを抑制でき、結果的に発電量の低下が抑制されて効率よく発電することができることになる。
なお、太陽電池を回転させるようなことがあっても、空間充填体１８は常に、太陽光を受ける上方側に位置するので、光電極６におけるＮＣＳ配位子のヨウ素への置き換えを安定的に抑制できる。
【００２０】
なお、集電極５と光電極６の配置関係は、図１、２のものに限られず、図７の従来例で示したような、その位置関係が逆のもの、即ち、放電容器１の内表面に光電極６が積層され、その内面上に集電極６が積層されたものであってもよい。
また更に、図４の断面図および図５の模式斜視図に示すように、集電極５も、対向電極７と同様に、金属板状体からなり、略円筒形状とされて、その弾性復元力により光電極６を管状容器１内面に当接する形状であってもよい。このとき、対向電極７は、絶縁体８を介して、その弾性復元力によって集電極５に当接するものである。
【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、管状容器の内部に、光電極と、この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た色素増感型太陽電池において、前記管状容器の内部に電解液よりも比重の小さな空間充填体を封入したことにより、太陽光を受けて反応する光電極の近傍では、この空間充填体によって余剰な電解液が排除され、光電極のＲｕ色素の周りに、過剰なヨウ素が存在することがなく、ＮＣＳ配位子がヨウ素に置き換えられることを抑制できるものである。これにより、結果的に発電量の低下が抑制されて効率よく発電することができることになる。
また、管状容器内に充填する電解液の量を少なくすることができて経済的であるという利点もある。
【符号の説明】
【００２２】
１        管状容器
２        本体部
３、４    封止部
５        集電極
６        光電極
７        対向電極
８        絶縁体
１０      電解液
１８      空間充填体
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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