(57)【要約】【課題】フィルム基材を縦置きにして配置した場合でも、電解液の自重による落ち込みを抑制することで、太陽電池の性能を維持しつつ、電極の剥がれを防ぐことができる。【解決手段】第１基板を基台として透明導電膜及び半導体層をこの順で形成した半導体電極５と、第２基板を基台として透明導電膜を形成した対向電極６と、封止材又は局所加熱工程により半導体電極５及び対向電極６の間に封止された電解液８と、を備え、半導体電極５と対向電極６との間で電解液８が封止された内部空間Ｓ内には、弁体９が設けられている構成のフィルム基材型色素増感太陽電池を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板を基台として透明導電膜及び半導体層をこの順で形成した第１電極と、
第２基板を基台として透明導電膜を形成した第２電極と、
封止材又は局所加熱工程により前記第１電極及び前記第２電極の間に封止された電解液と、
を備え、
前記第１電極と前記第２電極との間で前記電解液が封止された内部空間内には、弁体が設けられていることを特徴とするフィルム基材型色素増感太陽電池。
【請求項２】
前記弁体は、前記基板の面方向のうち一方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィルム基材型色素増感太陽電池。
【請求項３】
前記弁体は、前記一方向に向かって左右互い違いに配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルム基材型色素増感太陽電池。
【請求項４】
前記弁体は、前記第１基板及び前記第２基板に直交する面に対して斜めに交差していることを特徴とする請求項１乃至３に記載のフィルム基材型色素増感太陽電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフィルム基材型色素増感太陽電池を用いて製造された太陽電池の設置構造であって、
前記第１基板及び前記第２基板が鉛直方向又は鉛直面に交差する傾斜方向に向けて配設されることを特徴とする太陽電池の設置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム基材型色素増感太陽電池及び太陽電池の設置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルム基材型色素増感太陽電池としては、従来、特許文献１および２に示されるような透明基板、透明導電膜および金属酸化物半導体層がこの順で積層されたものが知られている。
特許文献１のフィルム基材型色素増感太陽電池、および特許文献２のフィルム基材型色素増感太陽電池作製用キットでは、色素増感太陽電池に光が照射されると、半導体層に吸着された増感色素が光を吸収し、色素分子内の電子が励起され、その電子が半導体へ渡される。そして、光電極側で電子が発生し、この電子が電気回路を通じて、対向電極（対極）に移動し、対向電極に移動した電子は、電解質層を通じて光電極に戻る。このような過程が繰り返されることで、電気エネルギーが生じる構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５８５１４号公報
【特許文献２】特開２０１３−９７９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のフィルム基材型色素増感太陽電池（以下、単に湿式太陽電池という）では、以下のような問題があった。
すなわち、湿式太陽電池の基板として、樹脂フィルムが用いられる場合は、ガラスを基板とする場合に比べて軽量となる。そのため、例えばビル等の建物の外側に吊り下げて垂れ幕として利用することができる。その場合、吊り下げられた湿式太陽電池が風に煽られると、電極自体や封止材の強度不足により電極を構成する半導体電極と対向電極が剥がれて、めくれ上がるおそれがあり、その点で改善の余地があった。
【０００５】
また、湿式太陽電池を吊り下げる場合のようにフィルム基材を縦置きにして配置すると、電池の一つの単位を構成する各セルにおいて電解液が自重で落ち込み、各セルの下部でフィルム基材が外方に膨らむということが生じる。そうすると、セルの下部において電極間距離が広がり、電解液を介した電子の移動距離が大きくなり、その結果として電気抵抗が増加する。また、電極間に存在し電解液をセル内に封止している封止材から電極が剥がれ、電解液が漏洩して電池の機能そのものが失われるリスクも増加する。一方で、セルの上部では電解液の自重による落ち込みにより電解液と電極との接触面積が減少する。このことから、全体として太陽電池の機能が低下し、所望の発電効率が得られなくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、フィルム基材を縦置きにして配置した場合でも、電解液の自重による落ち込みを抑制することで、太陽電池の性能を維持しつつ、電極の剥がれを防ぐことができるフィルム基材型色素増感太陽電池及び太陽電池の設置構造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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るフィルム基材型色素増感太陽電池では、第１基板を基台として透明導電膜及び半導体層をこの順で形成した第１電極と、第２基板を基台として透明導電膜を形成した第２電極と、封止材又は局所加熱工程により前記第１電極及び前記第２電極の間に封止された電解液と、を備え、前記第１電極と前記第２電極との間で前記電解液が封止された内部空間には、弁体が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る太陽電池の設置構造では、上述したフィルム基材型色素増感太陽電池を用いて製造された太陽電池の設置構造であって、前記第１基板及び前記第２基板が鉛直方向又は鉛直面に交差する傾斜方向に向けて配設されることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、フィルム基材を上下方向に向けて配置する場合、すなわち本発明のフィルム基材型色素増感太陽電池を壁面などに沿って配設する場合において、内部空間の電解液は自重によって下方へ落ち込む作用が働くが、電解液の一部が第１電極と第２電極との間の内部空間に設けられている弁体によって堰き止められ、その電解液の自重の一部が弁体によって負担されるので、電解液の下方への落ち込みを抑制することができる。そのため、電池の一単位を構成するセルにおいて、内部空間の下方に電解液が落ち込むことによるセル下部の圧力の増加を抑え、そのセルの下部におけるフィルム基材（基板）の外方への膨出を防ぐことができる。つまり、上下方向の全体にわたって内部空間の電解液の充填状態の均一化を図ることができ、内部空間の上下方向の全範囲における電極間距離が変化するのを抑制することが可能となる。
【００１０】
これにより、第１電極及び第２電極が剥がれ易くなるのを防止することができる。したがって、セルの下部において電極間距離が広がって、電解液を介した電子の移動距離が大きくなり、その結果として電気抵抗が増加することを抑制することができるとともに、セルの上部において第１電極及び第２電極の間の電解液が少なくなることにより電解液と半導体層との接触面積が小さくなるのを抑制することができ、電極同士間の電荷の移動効率の低下を抑えることができる。
しかも、弁体は内部空間を仕切って電解液を分断するものではないので、電池性能を低下させることもない。
【００１１】
また、本発明に係るフィルム基材型色素増感太陽電池では、前記弁体は、前記基板の面方向のうち一方向に沿って複数設けられていることが好ましい。
【００１２】
この場合には、基板の面方向の一方向を上下方向に向けて配置することで、複数の弁体が上下方向に沿って配列される。つまり、各セルの内部空間で電解液の落ち込みを防止する弁体が複数設けられた構成となるので、電解液の落ち込みをさらに抑制することができ、上述したように電極間距離が変化するのを抑制することができ、電極同士間の電荷の移動効率の低下を抑えることができる。
【００１３】
また、本発明に係るフィルム基材型色素増感太陽電池では、前記弁体は、前記一方向に向かって左右互い違いに配置されていることがより好ましい。
【００１４】
この場合には、基板の面方向を上下方向に向けて配置する際に、内部空間の上下方向に沿って左右に互い違いにバランスよく弁体が配置されるので、電解液の均一化が図れ、電解液と第１電極及び第２電極との接触面積を上下方向で一定に保つことができる利点がある。ここで左右互い違いとは、弁体が左右１つずつ交互に配置されることのみならず、左右２つずつ、あるいはそれ以上の数ずつ左右交互に配置されていてもよい。あるいは、左右が等しい数ずつ配置されていなくてもよい。
【００１５】
また、本発明に係るフィルム基材型色素増感太陽電池では、前記弁体は、前記第１基板及び前記第２基板に直交する面に対して斜めに交差していることが好ましい。
【００１６】
この場合には、基板の面方向を上下方向に向けて配置する際に、傾斜する弁体の弁先端が上向きになるように配置することで、前記弁先端から内部空間の外側の領域に電解液の一部を受け持つ受け部を形成することができる。この受け部によって、電解液の自重の一部を受けもって確実に負担することができ、電解液の落ち込みをさらに抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のフィルム基材型色素増感太陽電池及び太陽電池の設置構造によれば、第１基板及び第２基板を縦置きにして配置した場合でも、電解液の自重による落ち込みを抑制することができ、封止のはがれを防止してフィルム基材型色素増感太陽電池の品質向上を図ることができるとともに、太陽電池の性能を維持しつつ、電極の剥がれを防ぐことができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態による湿式太陽電池の模式的な断面図である。
【図２】湿式太陽電池を示す一部破断した斜視図であって、弁体を備えた内部空間の状態を示す図である。
【図３】湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図であって、湿式太陽電池を上下方向に配置した状態を示す図である。
【図４】第１変形例による湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図である。
【図５】第２変形例による湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図である。
【図６】第３変形例による湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図である。
【図７】第４変形例による湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図である。
【図８】第５変形例による湿式太陽電池の弁体の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態によるフィルム基材型色素増感太陽電池及び太陽電池の設置構造について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１および図２における符号１は、本実施の形態によるフィルム基材型色素増感太陽電池（以下、単に「湿式太陽電池」という）であって、封止材７によって封止された一単位の電気素子（セル）を示している。図３は、例えばビル等の建物の壁面に沿って一方向を鉛直方向（上下方向）に向けて配置された壁掛け用広告１０（太陽電池の設置構造）を示しており、複数（本実施の形態では３つ）の湿式太陽電池１が備えられている。
【００２１】
図１に示すように、湿式太陽電池１は、一対の基板２、３（第１基板２、第２基板３）と、一方の第１基板２に設けられ透明導電膜５Ａ及び半導体層５Ｂを有して形成された半導体電極５（第１電極）と、半導体電極５に対向して配置され他方の第２基板３に設けられた対向電極６（第２電極）と、対向する半導体電極５及び対向電極６との間を封止する封止材７と、半導体電極５及び対向電極６同士の間に充填されている電解液８と、を備えている。
【００２２】
ここで、対向する第１基板２及び第２基板３が積層（対向）する方向を板厚方向Ｚという。そして、本実施の形態の湿式太陽電池１（壁掛け用広告１０）は、フィルム基材（第１基板２及び第２基板３）の面方向（第１基板２の製造時における搬送方向と平行する方向）を鉛直方向（以下、上下方向Ｙという）に向けて配置される。さらに、図３に示すように第１基板２及び第２基板３の面に沿う方向であって複数の湿式太陽電池１、１、…が配列される方向を幅方向Ｘという。なお、縦置きとは、鉛直方向に相当する上下方向Ｙのみならず、鉛直面に交差する傾斜方向も含む。
【００２３】
第１基板２は、半導体電極５の基台となる部材であり、ロール・ツー・ロール方式などでの太陽電池の連続生産に適用できる適度な柔軟性を有し、大面積フィルム状に形成することが可能な材質であればよい。このような材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等の透明の樹脂材料が挙げられる。
【００２４】
透明導電膜５Ａは、半導体電極５を構成するものであり、第１基板２の板面２ａに成膜されている。また、透明導電膜５Ａはスパッタリング法や印刷法により、板面方向に直交する方向にパターニングされている。透明導電膜５Ａには、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛等が用いられる。
【００２５】
半導体層５Ｂは、透明導電膜５Ａとともに半導体電極５を構成するものであり、透明導電膜５Ａの上に積層され、第１基板２の板面２ａに成膜されている。また、半導体層５Ｂは、例えば、増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有する金属酸化物からなる。このような金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、等が挙げられる。
【００２６】
半導体層５Ｂには、不図示の増感色素が担持されている。増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素として、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、等の各種有機色素を用いることができる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等、が好適に用いられる。
【００２７】
第２基板３は、対向電極６の基台となる部材であり、第１基板２と同様に透明の樹脂材料等から構成されている。
【００２８】
対向電極６は、第２基板３の板面３ａに成膜され、板厚方向Ｚにおいて間隙を隔てて半導体電極５と対向して配置されている。対向電極６には、例えば、ＩＴＯ、プラチナ、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、カーボン等が用いられる。
【００２９】
封止材７は、対向電極６とこれに対向する半導体電極５を囲繞して、半導体電極５と対向電極６と電解液８からなるセルを形成するために設けられている。即ち、封止材７は、半導体電極５と対向電極６との間に間隙を形成し、密閉された内部空間Ｓを形成している。
【００３０】
封止材７の材料には、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂を含んだ樹脂等、一時的に流動性を有し、適当な処理により固化される樹脂材料等が用いられる。
なお、本実施の形態では封止材７を用いて封止部位を形成しているが、これに制限されることはなく、超音波溶着による局所加熱により封止部位を形成しても良い。具体的には、第１基板２と第２基板３とを対向させて、半導体電極５と対向電極６とを貼り合せた状態で超音波振動により第１基板２と第２基板３とを絶縁するとともに溶着することにより封止部材を形成することができる。
【００３１】
電解液８は内部空間Ｓに充填されており、例えば、アセトニトリル、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムまたはヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解質とヨウ素とが混合された溶液（プロピオニトリル等の非水系溶剤）等の液体が挙げられる。また、電解液８は、逆電子移動反応を防止するｔ−ブチルピリジンを含むものであってもよい。
【００３２】
また、図２及び図３に示すように、半導体電極５と対向電極６との間で電解液８が封止された内部空間Ｓ内には、第１基板２及び第２基板３の面方向のうち一方向（上下方向Ｙ）に沿って複数の弁体９が設けられている。これら弁体９は、湿式太陽電池１を上下方向Ｙ    に向けて設置した状態で、内部空間Ｓの外側から内側に向かうに従って漸次上方に向けて例えば４５度の角度で傾斜するとともに、上下方向Ｙに沿って左右（幅方向Ｘ）に互い違いに配置されている。つまり、弁体９の弁先端９ａは、弁基端９ｂよりも上側に位置している。また、これら複数の弁体９は、上下方向Ｙに沿って等間隔で配置されている。
ここで、弁体９の製造手順としては、封止材等の材料を用いてセルの形成中であっても良いし、上述した封止部位と同様に超音波溶着の局所加熱を用いて組み立て後に形成することも可能である。
【００３３】
次に、上述した構成の湿式太陽電池１の作用について、図面に基づいて説明する。
本実施の形態の湿式太陽電池１では、図１に示すように、フィルム基材（第１基板２及び第２基板３）を縦方向（上下方向Ｙ）に向けて配置する場合、すなわち湿式太陽電池１を例えばビルの壁面に沿って配設する場合（図３参照）において、内部空間Ｓの電解液８は自重によって下方へ落ち込む作用が働くが、電解液８の一部が半導体電極５と対向電極６との間の内部空間Ｓに設けられている弁体９によって堰き止められ、その電解液８の自重の一部が弁体９によって負担されるので、電解液８の下方への落ち込みを抑制することができる。
【００３４】
そのため、内部空間Ｓ内の下方に電解液８が落ち込むことによるセルの下部の圧力の増加を抑え、そのセルの下部におけるフィルム基材（基板２、３）の外方への膨出を防ぐことができる。つまり、上下方向Ｙの全体にわたって内部空間Ｓの電解液８の充填状態の略均一化を図ることができ、内部空間Ｓの上下方向Ｙの全範囲における電極間距離が変化するのを抑制することができる。
【００３５】
このように本実施の形態では、内部空間Ｓ内の下方に電解液８が落ち込むことによる圧力の増加により、半導体電極５及び対向電極６が剥がれ易くなるのを防止することができる。
したがって、セルの下部においては、電極間距離が広がって、電解液８を介した電子の移動距離が大きくなり、その結果として電気抵抗が増加することを抑制することができる。また、セルの上部においては、半導体電極５及び対向電極６の間の電解液８が少なくなることにより、電解液８と半導体層との接触面積が小さくなるのを抑制することができ、電極５、６同士間の電荷の移動効率の低下を抑えることができる。
しかも、弁体９は内部空間Ｓを仕切って電解液８を分断するものではないので、電池性能を低下させることもない。
【００３６】
また、本実施の形態の湿式太陽電池１では、湿式太陽電池１を縦置き（上下方向Ｙ）に配置することで、複数の弁体９が上下方向Ｙに沿って配列される。つまり、各セルの内部空間Ｓで電解液８の落ち込みを防止する弁体９が複数設けられた構成となるので、電解液８の落ち込みをさらに抑制することができ、上述したように電極間距離の変化を抑制し、且つ電極同士間の電荷の移動効率の低下を抑えるといった効果が得られることになる。
【００３７】
また、図２及び図３に示すように、弁体９が傾斜しているので、湿式太陽電池１を上下方向Ｙに向けて配置する際に、傾斜する弁体９の弁先端９ａが上方を向くように配置することで、弁先端９ａから内部空間Ｓの外側の領域で斜面と封止材７との間に電解液８の一部を受け持つ受け部９ｃが形成されることになる。この受け部９ｃによって、電解液８の自重の一部を受けもって確実に負担することができ、電解液８の落ち込みをさらに抑制することができる。
しかも、内部空間Ｓの上下方向Ｙに沿って左右に互い違いにバランスよく弁体９が配置されるので、電解液８の均一化が図れ、電解液８と半導体電極５及び対向電極６との接触面積を上下方向Ｙで略一定に保つことができる利点がある。
【００３８】
このように構成される湿式太陽電池１及び壁掛け用広告１０では、第１基板２及び第２基板３を縦置きにして配置した場合でも、電解液８の自重による落ち込みを抑制することができ、封止のはがれを防止して湿式太陽電池１の品質向上を図ることができるとともに、太陽電池の性能を維持しつつ、電極の剥がれを防ぐことができる効果を奏する。
【００３９】
以上、本発明によるフィルム基材型色素増感太陽電池及び太陽電池の設置構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４０】
例えば、上述の本実施の形態の弁体９の形状、配置、数量などの構成に限定されることはなく、他の形態とすることも可能である。
すなわち、図４に示す第１変形例による湿式太陽電池１Ａの弁体９Ａは、上記実施の形態のように上下方向Ｙの鉛直面に対して傾斜したものではなく、幅方向Ｘ（上下方向Ｙに直交する方向）に平行な水平方向に延びる形状となっている。そして、この場合も複数の弁体９Ａが上下方向Ｙに沿って左右（幅方向Ｘ）に互い違いに配置され、上下方向Ｙに沿って等間隔で設けられている。この場合、傾斜する弁体（上記実施の形態の弁体９）のように傾斜面と封止材７との間に受け部９ｃ（図３参照）が形成される場合と比較すると、電解液８が落ち込み易くなるものの、堰としての機能は十分に有することから、自重による落ち込みを抑える効果がある。
【００４１】
また、図５に示す第２変形例による湿式太陽電池１Ｂの弁体９Ｂは、図３に示す弁体９と同様に鉛直面に交差する傾斜方向に延在する弁体であって、内部空間Ｓ内において幅方向Ｘの一方側のみ（図５では左右方向の左側のみ）に配置され、且つ上下方向Ｙに沿って等間隔で配設されており、左右に互い違いに配置されていない形態となっている。
【００４２】
また、図６に示す第３変形例による湿式太陽電池１Ｃの弁体９Ｃは、図４に示す第１変形例の弁体９Ａと同形状で幅方向Ｘ（水平方向）に延びる弁体であって、内部空間Ｓ内において幅方向Ｘの一方側のみ（図６では左右方向の左側のみ）に配置され、且つ等間隔で配設されており、左右に互い違いに配置されていない形態となっている。
【００４３】
さらに、図７に示す第４変形例による湿式太陽電池１Ｄの傾斜した弁体９Ｄ、及び図８に示す第５変形例による湿式太陽電池１Ｅの水平に延びる弁体９Ｅは、それぞれ内部空間Ｓ内において幅方向Ｘの両側で且つ上下方向Ｙで同じ高さ位置、すなわち幅方向Ｘで対向する位置に配設されており、左右に互い違いに配置されていない形態となっている。
【００４４】
なお、本実施の形態では、太陽電池構造として壁掛け用広告１０を一例としているが、この他にカーテンやブラインド等に適用することができる。要は、第１基板２及び第２基板３が鉛直方向又は鉛直面に交差する傾斜方向に向けて配設される縦置きとなる構成であればよく、とくに制限されるものではない。
【００４５】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１Ａ〜１Ｅ  湿式太陽電池（フィルム基材型色素増感太陽電池）
２  第１基板
３  第２基板
５  半導体電極（第１電極）
６  対向電極（第２電極）
７  封止材
８  電解液
９、９Ａ〜９Ｅ  弁体
９ａ  弁先端
１０  壁掛け用広告（太陽電池の設置構造）
Ｓ  内部空間
Ｘ  幅方向
Ｙ  上下方向
Ｚ  板厚方向
【図１】
2015099687.tif 000003
【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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