(57)【要約】【課題】両端に封止部を有する管状容器の内部に、光電極と、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、前記集電極および／または前記対向電極を、半径方向に弾性復元力を有する略円筒状として、前記管状容器の内面に弾性復元力により当接させる構造とした際、前記集電極および／または対向電極が、管状容器の管軸方向で移動することを防止して、対向電極と集電極との位置関係を一定に維持することにより、発電効率の低下を未然に防止することができる構造を提供するものである。【解決手段】前記管状容器の内面に、前記弾性復元力を有する電極の側方の位置に移動防止用突出部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設けられた集電極と、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、
前記集電極および／または前記対向電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有し、
前記管状容器の内面には、前記弾性復元力を有する電極の側方の位置に移動防止用突出部を設けた
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記移動防止用突出部は、前記管状容器の外方から内方に向かう凹部により形成した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】
前記移動防止用突出部は、前記弾性復元力を有する電極の両側方にあることを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項４】
前記光電極および前記集電極が、前記管状容器の内面に積層形成され、
前記対向電極が弾性復元力を有する板状金属体であって、該対向電極が絶縁体を介在して前記集電極あるいは前記光電極に当接されており、
前記移動防止用突出部が、前記対向電極の側方に位置している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項５】
前記集電極が弾性復元力を有する透液性の板状金属体であり、前記光電極が該集電極上に積層形成されてなり、
該光電極が前記集電極の弾性復元力により前記放電容器の内面に当接されており、
前記移動防止用突出部が、前記集電極の側方に位置している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項６】
前記対向電極が弾性復元力を有する板状金属体であって、該対向電極が絶縁体を介在して前記集電極に当接されており、
前記移動防止用突出部が、前記集電極および前記対向電極の側方に位置している
ことを特徴とする請求項５に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項７】
前記対向電極が管状容器に固定的に支持されていて、
前記移動防止用突出部が、前記集電極の側方に位置している
ことを特徴とする請求項５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があり、注目を集めている。
【０００４】
図１２にかかる太陽電池の概略構造が示されている。
図１２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】
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】
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、管状容器の内面に光電極を形成して、その内面に集電極を形成する構成とすることもできる。
【０００７】
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。
【０００８】
このような問題に対し、国際公開第２０１３／０３１０９８号公報（特許文献３）では、弾性復元力を有する対向電極が、絶縁体を介して光電極及び集電極を押圧することにより、短絡を防止しつつ、対向電極と光電極−集電極との位置関係が維持されるものが開示されている。
【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】
ところで、特許文献１に示すような構造においては、透明なガラスよりなる管状容器を用い、この管状容器の端部を構成するガラスを加熱・溶融して封止部を形成する構成を有しており、この封止部を加熱する際に、光電極も加熱されてしまうという可能性がある。
光電極には、色素などの有機物を有することから、加熱されるとこの色素が劣化してしまい、発電効率が低下するという問題がある。これを回避するために、光電極や、集電極、更には対向電極を封止部から管軸方向に一定程度離間して配置する構成とすることがあり、管状容器の内面には、電極が配置されない空間が形成される。
【００１１】
このように、電極が管状容器の端部にまで延在することなく、その端部には電極が存在しない領域が形成されてしまうという構造上の制約のもと、特許文献３に示すような、対向電極が絶縁体を介して集電極や光電極に弾性復元力により押圧する構造を採用する場合には、当該対向電極は弾性復元力による当接力のみであるので、特に、組立工程時や移送時などに、外力が働くと、対向電極が管状容器の管軸方向に沿って、軸方向に移動してしまうことがある。
この場合、対向電極と光電極−集電極の位置関係が、管軸方向において変わってしまい、発電効率が低下してしまうという新たな問題が生じる。
【００１２】
ところで、電極を弾性復元力によって当接させる構造に関しては、前述の対向電極に限らず、光電極と集電極の構造にも採用することができる。つまり、弾性復元力を有する集電極の外面に光電極を形成し、これを、管状容器の内面に当接する構造である。
この構造を採用することで、管状容器の内面に光電極や集電極を直接形成するという面倒で煩雑な作業を伴うことなく、管状容器内面における光電極−集電極構造を容易に達成することができる。
また、このような光電極−集電極構造とした上で、更に対向電極側も、特許文献３に示すような弾性復元力を利用する構造とすることもできる。
【００１３】
このように、弾性復元力を有する光電極−集電極構造とした場合においても、前記した管軸方向での移動という問題は同様に発生する。
つまり、弾性復元力を有する構造を、光電極−集電極、あるいは、対向電極、そして、その両者に採用する場合、何れにおいても前記した管軸方向での移動という問題点は共通課題となっている。
【００１４】
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、前記集電極および／または前記対向電極を、半径方向に弾性復元力を有する略円筒状として、前記管状容器の内面に弾性復元力により当接させる構造とした際、前記集電極および／または対向電極が、管状容器の管軸方向で移動することを防止して、対向電極と集電極との位置関係を一定に維持することにより、発電効率の低下を未然に防止することができる構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る色素増感型太陽電池は、前記集電極および／または前記対向電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有し、前記管状容器の内面には、前記弾性復元力を有する電極の側方の位置に移動防止用突出部を設けたことを特徴とする。
また、前記移動防止用突出部は、前記管状容器の外方から内方に向かう凹部により形成したことを特徴とする。
また、前記移動防止用突出部は、前記弾性復元力を有する電極の両側方にあることを特徴とする。
【００１６】
また、前記光電極および前記集電極が、前記管状容器の内面に積層形成され、前記対向電極が弾性復元力を有する板状金属体であって、該対向電極が絶縁体を介在して前記集電極あるいは前記光電極に当接しており、前記移動防止用突出部が、前記対向電極の側方に位置していることを特徴とする。
また、前記集電極が弾性復元力を有する透液性の板状金属体であり、前記光電極が該集電極上に積層形成されてなり、該光電極が前記集電極の弾性復元力により前記放電容器の内面に当接されており、前記移動防止用突出部が、前記集電極の側方に位置していることを特徴とする。
【００１７】
また、前記集電極が弾性復元力を有する透液性の板状金属体であり、前記光電極が該集電極上に積層形成されてなり、該光電極が前記集電極の弾性復元力により前記放電容器の内面に当接されているとともに、前記対向電極が弾性復元力を有する板状金属体であって、該対向電極が絶縁体を介在して前記集電極に当接しており、前記移動防止用突出部が、前記集電極および前記対向電極の側方に位置していることを特徴とする。
また、前記対向電極が弾性復元力を有する板状金属体であって、該対向電極が絶縁体を介在して前記集電極に当接されており、前記移動防止用突出部が、前記集電極および前記対向電極の側方に位置していることを特徴とする。
また、前記対向電極が管状容器に固定的に支持されていて、前記移動防止用突出部が、前記集電極の側方に位置していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の色素増感型太陽電池によれば、略円筒状に形成されて弾性復元力を有する集電極および／または対向電極の側方に移動防止用突出部を形成したことにより、弾性復元力で放電容器に対して当接している電極に、側方への力が作用しても、この移動防止用突出部によって管軸方向への移動が防止できるので、集電極や光電極と、対向電極との相対位置関係が一定に維持されて、発電効率の低下が防止できるという効果を奏するものである。
これにより、弾性復元力を有する電極構造が現実的に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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（Ａ）および部分拡大断面図（Ｂ）。
【図３】図２の対向電極−絶縁体の斜視図。
【図４】対向電極−絶縁体の他の実施形態の斜視図。
【図５】集電極と光電極の他の実施形態の断面図。
【図６】移動防止用突出部の他の実施形態の断面図。
【図７】第２の実施例の横断面図（Ａ）および部分拡大断面図（Ｂ）。
【図８】図７の集電極−光電極と対向電極−絶縁体の斜視図。
【図９】第３の実施例の側断面図。
【図１０】図９の横断面図（Ａ）および部分拡大断面図（Ｂ）。
【図１１】第３の実施例における集電極−光電極の斜視図。
【図１２】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】
【００２０】
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１２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。
一方、図２、図３に示すように、対向電極７は、ＳＵＳなど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。
【００２１】
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。
【００２２】
そして、図１に示すように、放電容器１における、対向電極７の側方の位置には、移動防止用突出部１８が形成されている。この移動防止用突出部１８は、管状容器１を部分的に加熱溶融し、溶融部を外方から内方に向かって押圧して凹部を形成することにより構成することができる。
それ以外の移動防止用突出部１８の製造方法としては、例えば、管状容器１の内面に無機接着剤を塗布するなどして形成することもできる。
また、図１においては、対向電極７の両側方の位置に移動防止用突出部１８を形成したものを示したが、どちらか一方の位置のみに形成するものであってもよい。
また、対向電極７の構造は、スリットＳを有するものを示したが、図４に模式的に示されるように、円周上の一部が互いに重なり合うようにすることもできる。
【００２３】
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。
本発明では、管状容器１の長手方向において、径方向に弾性復元力を有する対向電極７が移動防止用突出部１８により管軸方向への移動を防止されることから、対向電極７と集電極５−光電極６との位置関係が変わることを抑制でき、発電効率が低下することを抑制できる。
【００２４】
上記の実施形態においては、放電容器１の内面には、集電極５が形成され、その表面（内面）に光電極６が積層形成されるものを示したが、これに限られず、図５に示すように、管状容器１の内面に光電極６を形成し、その内表面に集電極５を形成するものであってもよい。この構造は、引用文献２に開示されている。
この構造の場合、対向電極７は、その弾性復元力により絶縁体８を介して集電極５に当接されている。
【００２５】
また、前記移動防止用突出部１８は、図１に示すように、管状容器１の円周上で局所的に１個所若しくは数箇所設けたものであってもよいし、図６に示すように、円周方向に連続した溝形状凹部によって形成するものであってもよい。
【００２６】
図７、図８に他の実施例が示されている。この実施例では、対向電極７だけでなく、集電極５も、弾性復元力を有する円筒形状とされている。
即ち、管状容器１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７（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金属網状体などの透液性を有する板状金属体からなり、該集電極５上に光電極６が焼成されて積層形成されている。図７（Ａ）、図８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より、図１で示された構造における管状容器の内面に集電極や光電極を直接焼成するという煩雑な作業が解消されるという利点がある。
そして、図７、８に示すように、この集電極５には、同様に弾性復元力を有する対向電極７が絶縁体８を介して当接されている。
そして、この場合、移動防止用突出部１８は、集電極５および対向電極８の側方に位置して形成されていて、この両者の管軸方向への移動を防止する。
【００２７】
更に、図９〜１１に他の実施例が示されている。この実施例では、集電極５−光電極６が弾性復元力によって管状容器１の内面に当接し、対向電極７の方は、管状容器１に対して固定的に支持されている。
即ち、集電極５−光電極６は、図７、８の実施例と同様な構造をしていて、図１０、１１に示すように、弾性復元力を有するように略円筒状に形成されていて、集電極５の上面に積層された光電極６を、弾性復元力により管状容器１の内面に当接している。一方、対向電極７は、図１２に示す従来例と同様に、管状容器１の封止部３、４によって固定的に支持されているものである。
なお、対向電極７は、集電極５に接続された内部リード１２および外部リード１６とは絶縁部材１７によって電気的に絶縁されている。
この実施例の場合には、移動防止用突出部１８は、集電極５の側方に位置して設けられている。
【００２８】
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、集電極および／または対向電極が、略円筒状に形成されて、半径方向に弾性復元力を有し、管状容器の内面には、前記弾性復元力を有する電極の側方の位置に移動防止用突出部を設けたことにより、弾性復元力で放電容器に対して当接している電極に、側方への力が作用しても、この移動防止用突出部によって管軸方向への移動が防止できるので、集電極や光電極と、対向電極との相対位置関係が一定に維持されて、発電効率の低下が防止できるという効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００２９】
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
１８        移動防止用突出部
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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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