(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、管状容器の封止工程時に酸水素バーナーからの紫外線により、光電極の色素が酸化・還元して劣化することを防止して、発電効率の低下を未然に抑制した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、紫外線吸収膜を設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
2015018744.tif 000002
【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、
前記管状容器の内面に、紫外線吸収膜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】
前記集電極が透液性の金属板状体からなり、前記光電極が該集電極上に積層形成され、
前記光電極が、前記管状容器の内面の前記紫外線吸収膜に当接されている
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】
前記集電極が、前記管状容器の内面の前記紫外線吸収膜上に積層形成された透明導電膜からなり、
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】
前記光電極が、前記管状容器の内面の前記紫外線吸収膜上に積層形成されてなり、
前記集電極が、前記光電極上に形成されて、透液性である
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５】
前記紫外線吸収膜は、可視光透過性を有するセラミックス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６】
前記紫外線吸収膜は、酸化チタン又は酸化亜鉛の少なくともいずれかからな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。
【０００４】
図７にかかる太陽電池の概略構造が示されている。
図において、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】
ところで、このような構造の環状容器２０の両端部を封止する際には、その両端部はガラス材料を溶融する程の高温に加熱する必要があり、その加熱源として酸水素バーナーが利用されている。
このように、酸水素バーナーで封止部を形成した従来の色素増感型太陽電池では、発電効率が十分に高いものが得られていないという事実が判明した。
この発電効率が高く得られない理由について鋭意検討したところ、光電極の色素が紫外線によって劣化していることに起因しているということがわかった。
【０００６】
前述の封止部の高温での封止工程の際に使用される酸水素バーバーの発光スペクトルを調べたところ、図８に示すように、波長３００〜３３０ｎｍ域の紫外線が出射されていることが判明した。
管状容器の封止工程は、ガラス管内に、色素が吸着された半導体層を含む光電極を配置した状態で行われるので、その管状容器の両端を酸水素バーナーで加熱すると、そのバーナーからの前記した紫外線が光電極に照射され、その結果、色素が紫外線によって劣化してしまったものと推察される。
【０００７】
光電極の色素であるチタニアは波長３８０ｎｍ以下の光が当たることで、価電子帯の電子が励起され伝導体に移る。移った電子は表面に吸着された酸素を還元しオキサイドアニオンを生成する。
また、価電子帯の正孔は吸着水を酸化しヒドロキシラジカルを生成する。
これら生成物が反応中間体として作用し、チタニア表面に吸着した色素を酸化・還元してしまい、色素は次第に色あせていき、増感色素としてのチタニアの性能が低下するものである。その結果、発電効率が低下するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】
【０００９】
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、該集電極および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、管状容器の封止工程時に酸水素バーナーからの紫外線により、光電極の色素が酸化・還元して劣化することを防止して、発電効率の低下を未然に抑制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】
【００１０】
本発明に係る色素増感型太陽電池は、前記管状容器の内面に、紫外線吸収膜設けて、酸水素バーナーから発生する紫外線を該紫外線吸収膜によって吸収して、光電極に照射されないようにしたことを特徴とする。
また、前記紫外線吸収膜は、可視光透過性を有するセラミックス材料からなることを特徴とする。
また、前記紫外線吸収膜は、酸化チタン又は酸化亜鉛の少なくともいずれかからな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、管状容器の内面に紫外線吸収膜を設けたので、該管状容器の端部を封止する際に、酸水素バーナーから発生する紫外線がこの紫外線吸収膜に吸収されるので、該紫外線が光電極に照射されることがなく、その劣化が防止されて、発電効率の低下を未然に抑制することができるものである。
【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Ａ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ部の拡大断面図。
【図４】他の実施例の拡大断面図。
【図５】更に他の実施例の拡大側断面図。
【図６】本発明の色素増感型太陽電池の製造工程図。
【図７】従来の色素増感型太陽電池の側断面図。
【図８】酸水素バーナーの発光スペクトル。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３に、本発明の色素増感型太陽電池の全体構造が示されている。
色素増感型太陽電池において、透明なガラスよりなる管状容器１は、本体部２とその両端の封止部３、４とからなり、本体部２の内面には、紫外線吸収膜１８が形成されている。管状容器１内には、光電極５と集電極６が配置されていて、図２に示されるように、集電極６は、円周方向の一部にスリットを有する略円筒形状をなし、半径方向に弾性的に拡縮可能な透液性の金属板状体からなる。この集電極６を構成する金属板状体としては、ＳＵＳなどの多孔金属板や、金属網状体等が用いられ、後述する電解液が透過可能である。
この集電極６の外周には光電極５が積層形成されていて、図３に示すように、集電極６の半径方向への弾性復元力によって光電極５が前記紫外線吸収膜１８に当接されている。
【００１４】
この紫外線吸収膜１８としては、紫外線を吸収して、可視光を透過する材料を用いることが好適である。その材料としては、酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ２）のようなセラミックが好ましい。
その作成方法の一具体例を述べると、酸化亜鉛をｎ−ブタノールなどで分散させた液中に、結着剤としてポリシロキサンを混合する。この混合液を、メタノールやエタノールで粘度調整して塗布液とする。
内面コートするガラス管上にエジャクターを接続し、塗布液を吸い上げてガラス管内面に沿って流下させる。このとき、塗布液の流下スピードをコントロールすることによって、所定の膜厚が得られる。
塗布液が塗布されたガラス管を、電気炉中で２００℃以上の温度で加熱し、塗布液を焼成して、ガラス管内面に所定の膜厚の紫外線反射膜１８が形成される。
なお、図１に示す実施例においては、紫外線吸収膜１８は、管状容器１の本体部２の内面に形成したものを示したが、その軸方向の領域については、これに限られず、両端の封止部３、４を含めた全長に亘って設けるようにしてもよい。
【００１５】
そして、この管状容器１内には、対向電極７が前記集電極５に対向配置されていて、この対向電極７は、図２に示すように、また前記集電極６と同様に、スリットを有する略円筒形状をなし、半径方向に弾性的に拡縮可能な金属板状体からなる。
この対向電極７の周囲には、例えば、ガラス繊維や絶縁樹脂繊維などの繊維布からなる半径方向に拡縮可能な円筒状の絶縁体８が被せられている。図３でも明らかなように、半径方向への対向電極７の弾性復元力によって、この対向電極７は、絶縁体８を介在させて集電極６に当接している。
このような構造により、対向電極７と集電極５とは、絶縁体８の厚さに相当する所定の間隙をもって互いに絶縁状態で対向配置される。
なお、絶縁体８は円筒形状に限られず、シート状のものであってもよい。
【００１６】
また、前記管状容器１の一端の封止部３には、金属管１０が管状容器１の本体部２の内部から外部に突出するように封止されている。
そして、前記集電極５に電気的に接続された内部リード１１が、この金属管１０内に挿入され、これを貫通している。
前記金属管１０は、その突出端部において、前記内部リード１１ともにプレス成型により圧着されて圧着部１５が形成されている。この構造により、前記管状容器１内が密封封止されるとともに、金属管１０は、内部リード１１と電気的な接続がなされて外部リードとして機能する。
これにより、金属管（外部リード）１０−内部リード１１−集電極５という電気的接続が形成されている。
【００１７】
一方、他端の封止部４は、図７に示すものと従来例と同様なピンチシール構造によって封止されていて、対向電極７は内部リード１２によって封止部４内の金属箔１３及び外部リード１４に電気的に接続されている。
こうして内部が密閉された管状容器１内には、電解質物質を備えた電解液９が密封充填されている。
【００１８】
光電極５と集電極６の構造は図２、３のものに限られず、図４に示すように、管状容器１の内面の紫外線吸収膜１８上に、光電極５を積層形成し、その上に透液性の集電極６を形成するものであってもよく、その構造は、例えば、特開２０１２−２５６４５９号公報に開示されている。
更には、図５に示すように、紫外線吸収膜１８上に透明誘電体からなる集電極６を積層して焼成し、更にその上に光電極５を積層する構造であってもよく、その構造は、特許文献１に開示されている。
【００１９】
図１〜３に示す構造の色素増感型太陽電池の概略の製造方法を図６に基づいて説明する。
図６に示されるように、管状容器１の内面に設けられた紫外線吸収膜１８に、集電極６上に形成された光電極５が当接され、更に、この集電極６に対して絶縁体８が被嵌された対向電極７が当接配置されている。
そして、管状容器１の一端側の開放端には、管状容器１の内部から外部に突出するように金属管１０を配置して、集電極６に接続された内部リード１１がこの金属管１０内に挿入されて、外部にまで貫通している。
一方、対向電極７は内部リード１２、金属箔１３および外部リード１４が接続されている。
この状態で、管状容器１の他端封止部側（金属箔１３側）の開放端からアルゴン等の不活性ガスを流しつつ、管状容器１の金属管１０側の端部を酸水素バーナーにより加熱溶融して、該金属管１０の外面と溶着させて封止部３を形成する。
【００２０】
次いで、他方の端部においては、ピンチール技術により封止部４が形成される。
つまり、図６に示されるように、金属管１０から管状容器１内に不活性ガスを流しつつ、管状容器１の他端部を酸水素バーナーにより加熱溶融して、これを圧潰して金属箔１３を埋設するように封止部４を形成する。
こうして、管状容器１の内部に電極構造体が内蔵され、その一端側の封止部３においては、金属管１０が放電容器１の外方に突出した状態で封止され、他方の封止部４では金属箔１３が埋設された状態で封止された形状の構造体ができる。
次いで、かかる構造体の管状容器１内に電解液を注入・充填し、電解液充填後に、金属管１０の一端１５を、内部リード１１を介在させた状態で圧着し密封して圧着部１５を形成する。
こうして、管状容器１の内部に電解液９が充填された色素増感型太陽電池が完成する。
【００２１】
上記の管状容器１の封止部３、４の封止工程時に、該封止部を酸水素バーナーによって加熱するが、このときに酸水素バーナーから出射される紫外線は、管状容器１内面の紫外線吸収膜１８によって吸収されて、光電極５にまで至ることがなく、その劣化が防止される。
【００２２】
ところで、上記実施例においては、金属管１０は、ガラス製の管状容器１に熱溶着により封止されるものであり、この場合、管状容器１と金属管１０とは線膨張率の近い材料の組み合わせが好ましい。線膨張率に大きな相違がある材料であると、熱溶着時に管状容器１の封止部３にクラックが入り損傷することがあるからである。
また、金属管１０は、電解液９に対する耐腐食性の高い材料が適している。例えば、電解液９に金属との反応性が高いヨウ素が含まれている場合、金属管１０にはチタン部材又は表面をチタンでコーティングした部材を用いることが好ましい。
【００２３】
なお、管状容器１の両端封止部３、４の構造をそれぞれ異なる形態のものを説明したが、両端封止部とも同様な構造とすることもでき、図７に示すものと同様に、両端ともに、図１の左端側に示すような、金属箔１３を用いた箔シール構造としてもよいし、また、両端ともに、図１の右端側に示すような、金属管１０を用いたシール構造としてもよい。
【００２４】
また、上記実施例においては、対向電極７上に絶縁体８を被せてこれを集電極６もしくは光電極５に当接する構造として説明したが、対向電極７と、集電極６もしくは光電極５との間に適切な所定の絶縁間隙を形成することができる場合には、必ずしもこのような構造とする必要もない。
ただ、上述した構造とすることで、対向電極７と、集電極６もしくは光電極５との間に所定の絶縁間隙を容易に且つ確実に形成・維持することができるものである。
【００２５】
また、対向電極７についても、上記各実施例の構造に限られるわけではなく、図７に示した従来例のような、コイル形状とすることもでき、この場合も、そのコイル形状対向電極の外周には絶縁体を設けて、対向電極７と、集電極５若しくは光電極との間に所定の間隙を形成して絶縁状態を維持し、両者が接触することによる短絡を防止することが好ましい。
【００２６】
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、管状容器の内面に紫外線吸収膜を形成し、その内部に光電極および集電極、そして対向電極を配置したので、管状容器の両端の封止部を封止する際に、酸水素バーナーからの紫外線をこの紫外線吸収膜によって吸収し、光電極に照射されることがなく、該光電極の紫外線による劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１          管状容器
２          本体部
３、４      封止部
５          光電極
６          集電極
７          対向電極
８          絶縁体
９          電解液
１０        金属管
１１、１２  内部リード
１３        金属箔
１４        外部リード
１５        圧着部
１８        紫外線吸収膜
【図１】
2015018744.tif 000003
【図２】
2015018744.tif 000004
【図３】
2015018744.tif 000005
【図４】
2015018744.tif 000006
【図５】
2015018744.tif 000007
【図６】
2015018744.tif 000008
【図７】
2015018744.tif 000009
【図８】
2015018744.tif 000010