CN103730256A - 色素增感型太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
一种色素增感型太阳能电池，在两端具有封固部的透光性的管状容器中，具备光电极、集电极和对置电极，在上述集电极和上述对置电极上分别电连接着外部导体，在上述管状容器的内部填充有电解液，在该色素增感型太阳能电池中，提供一种在电解液填充后在将管状容器密封时，避免电解液蒸发而气泡残留、能得到良好的发电效率的构造。其特征在于，上述外部导体的至少一方由金属管构成，该金属管封固在上述封固部中，并且该金属管的突出端部被密封。
Description
技术领域
本发明涉及将光能变换为电能的色素增感型太阳能电池，特别涉及在透光性的管状容器内封入有电解液的色素增感型太阳能电池。
背景技术
以往以来，将光能变换为电能的太阳能电池作为对环境友好、清洁的能源而被推进了积极的研究开发。其中，色素增感型太阳能电池作为光电变换效率高、成本低的太阳能电池受到关注，有各种提案。
其一例是特许第4840540号公报（专利文献1），在该色素增感型太阳能电池中，在透光性的管状容器内封入电解液，在该容器内配设有由吸附了色素的多孔质半导体构成的光电极、和对置于它的对置电极，通过使太阳光入射到上述光电极中、将其激励而释放电子，作为电能被取出。
这种色素增感型太阳能电池在其制造中不需要真空的腔室等，设备方面的负担较少，有能够便宜地制造的优点，受到广泛关注。
在图5中表示这样的构造的太阳能电池的概略构造，图5（A）是电解液的封入工序图，图5（B）是封固完成图。
在图中，色素增感型太阳能电池构成为：在由透明的玻璃构成的管状容器1的主体部2的内面上，层叠形成有由透明导电膜构成的集电极3、以及由吸附了增感色素的半导体层构成的光电极4，在上述管状容器1内，与光电极4离开而配置线圈状的对置电极5，并且在上述管状容器1内密封具备电解质物质的电解液6。
上述管状容器1的主体部2的两端如灯技术中的挤压密封那样，通过将构成管状容器1的玻璃加热·熔融并将其压扁，形成扁平的封固部21、22而密封。并且，在该一端侧的封固部21内埋设金属箔31，将来自对置电极5的内部导体11、以及从封固部21向外方突出的外部导体13连接在该金属箔31上，带来导电状态。
此外，同样在另一端侧的封固部22内也埋设金属箔32，在该金属箔32上，连接着经由绝缘部件15连接在上述对置电极5上的内部导体12、以及从封固部22突出的外部导体14。并且，形成在上述管状容器1的主体部2的内面上的集电极3延伸到该封固部22内，将上述内部导体12、金属箔32及外部导体14覆盖而挤压密封，与它们电连接。
通过这样的结构，在一个封固部31中，以对置电极5－内部导体11－金属箔31－外部导体13形成电连接，在另一个封固部32中，以光电极4－集电极3－内部导体12－金属箔32－外部导体14形成电连接。
在上述结构中，管状容器1的主体部2的两端部的封固部21、22如上述那样是采用灯技术的挤压密封构造的，通过将主体部2的两端部加热熔融、将其压扁，做成在内部中埋设有金属箔31、32的扁平状的封固部21、22的结构。
说明向这样形成的管状容器1内封入电解液6的工序。
如图5（A）所示，在管状容器1的圆筒状主体部2中，在内面上没有形成集电极3及光电极4的端部区域上焊接注入管23，与管状容器1的内部连通。
从该注入管23向管状容器1内注入电解液6。在管状容器1内填充电解液6后，将该注入管23熔融并封管。通过该熔融封管，如图5（B）所示，在管状容器1的主体部2上形成封固片残留部23a。
可是，根据上述以往技术，在通过注入管23的加热熔融进行封固时，该注入管23的附近的电解液6被加热，通过该加热，电解液6蒸发，有在管状容器1内作为气泡残留的问题。
管状容器1内部的电解液6是从对置电极5向光电极4交接电子的媒体，承担将光电极4中的增感色素还原的作用。但是，如果在管状容器1内部中残留气泡，则在光电极4与电解液6的界面中夹着残留气泡，光电极4与电解液6的接触变得不充分，担载在光电极4上的增感色素没有被充分还原，发生发电效率下降的不良状况。
专利文献1：特许第4840540号公报
发明内容
本发明要解决的课题是，鉴于上述以往技术的问题，在两端具有封固部的管状容器的内部中具备由担载增感色素的半导体层构成的光电极、接触在该光电极上而形成的集电极、以及对置于该集电极的对置电极、在上述集电极和上述对置电极上分别电连接着外部导体、在上述管状容器的内部中填充有电解液的色素增感型太阳能电池中，提供使得在将电解液封入到管状容器内后将电解液注入管密封时电解液不会蒸发、在填充到管状容器内后的电解液中不残留气泡的构造。
为了解决上述课题，在有关本发明的色素增感型太阳能电池中，其特征在于，与上述对置电极电连接的外部导体由金属管构成，该金属管封固在上述封固部中，并且该金属管的突出端部被密封。
此外，该色素增感型太阳能电池的特征在于，上述金属管的突出端部通过压接被密封。
此外，该色素增感型太阳能电池的特征在于，上述金属管与上述封固部熔接。
此外，该色素增感型太阳能电池的特征在于，与上述集电极电连接的外部导体由金属管构成，并且上述对置电极的一端经由绝缘部件连接在该金属管上，该绝缘部件被插入支承在上述金属管内。
此外，该色素增感型太阳能电池的特征在于，上述金属管与上述管状容器是线膨胀率α的差处于±5×10－7/℃的范围中的材料。
此外，该色素增感型太阳能电池的特征在于，上述电解液含有碘，上述金属管由钛材料、或表面被钛涂层的材料构成。
根据本发明的色素增感型太阳能电池，由于用金属管构成从管状容器的至少一个封固部突出的外部导体，所以该金属管起到对电极的导电功能，并且也作为电解液的注入管发挥功能，而且，由于该突出端部通过压接等密封，所以不会如以往技术那样发生由于热产生电解液的蒸发，在填充在管状容器内的电解液中不会存在气泡。因此，光电极与电解液的良好的接触状态被保持，能得到发电效率良好的色素增感型太阳能电池。
附图说明
图1（A）是本发明的色素增感型太阳能电池的侧剖视图。
图1（B）是本发明的色素增感型太阳能电池的A－A剖视图。
图2（A）是本发明的色素增感型太阳能电池的制造工序图。
图2（B）是本发明的色素增感型太阳能电池的制造工序图。
图2（C）是本发明的色素增感型太阳能电池的制造工序图。
图3（A）是本发明的色素增感型太阳能电池的电解液填充工序图。
图3（B）是本发明的色素增感型太阳能电池的电解液填充工序图。
图3（C）是本发明的色素增感型太阳能电池的电解液填充工序图。
图4是本发明的另一实施例。
图5（A）是有关以往技术的色素增感型太阳能电池的电解液的填充工序图。
图5（B）是有关以往技术的色素增感型太阳能电池的电解液的填充工序图。
附图符号的说明
1管状容器
2主体部
21、22封固部
31、32金属箔
3集电极
4光电极
5对置电极
6电解液
8、9金属制金属管（外部导体）
12内部导体
14外部导体
15绝缘部件
16玻璃料
M电极装配体
具体实施方式
图1（A）是表示本发明的色素增感型太阳能电池的整体的侧剖视图，图1（B）是其A－A剖视图。
在管状容器1的主体部2的内面上，设有由透明导电膜构成的集电极3、和层叠在其上的光电极4。该集电极3设置为，从主体部2延伸到一个封固部22，另一方面，上述光电极4仅存在于主体部2，不延伸到封固部22。
并且，在管状容器1的主体部2内，线圈状的对置电极5配设为不与光电极4抵接。
在上述管状容器1的一个封固部21中封固有金属管8。该封固采用灯制造技术中的收缩密封技术，金属管8通过构成封固部21的玻璃的熔接而被封固，该金属管8构成外部导体。
并且，上述对置电极5的一端部5a连接在该金属管8上，取得电导通。
上述金属管8贯通上述封固部21而突出到外部，在该突出端部8a通过压接等而密封。
另一方面，在另一个封固部22中，是与图5（A）、图5（B）的以往例同样的构造，经由绝缘部件15与对置电极5的另一端部5b连接的内部导体12在封固部22内连接在金属箔32上，与集电极3一起被封固。此外，在上述金属箔32上连接着外部导体14，该外部导体14突出到封固部22的外方。
通过上述结构，在一个封固部21侧，形成对置电极5－金属管（外部导体）8的电连接，在另一个封固部22侧，形成光电极4－集电极3－内部导体12－金属箔32－外部导体14的电连接。另外，该另一个封固部22的与集电极3的电连接只要最低限度与内部导体12取得连接就可以，但如图1（A）所示，通过使集电极3延伸到封固部22内的后方侧的位置，使内部导体12、金属箔32、外部导体14同时导通，能够进行更稳定的电连接。
基于图2（A）、图2（B）、图2（C）说明这样的构造的色素增感型太阳能电池的概略的制造方法。
如图2（A）所示，在构成管状容器1的玻璃管20之中，插入由金属管8－对置电极5－绝缘部件15－内部导体12－金属箔32－外部导体14而构成的电极装配体M，上述管状容器在内面上形成有集电极3和光电极4。
并且，在玻璃管20的一个端部上，应用作为灯封固技术的收缩密封技术而形成封固部21。
即，一边使氩等的惰性气体从玻璃管20的金属箔32侧的另一个开口端20b流入，一边将玻璃管20的金属管8侧的端部20a通过氢氧燃烧器等加热熔融，与该金属管8的外面熔接而形成封固部21。
接着，在另一个端部上，同样应用作为灯封固技术的收缩密封技术形成封固部22。
即，如图2（B）所示，一边使惰性气体从金属管8向玻璃管20内流动，一边将玻璃管20的另一端部20b加热熔融，将其压扁，埋设金属箔32而形成封固部22。
这样，如图2（C）所示，形成下述形状的构造体：在管状容器1的内部内置电极装配体M，在其一端侧的封固部21中金属管8以封固的状态突出到封固部外方，在另一个封固部22中将金属箔32以埋设的状态封固。
接着，基于图3（A）、图3（B）、图3（C）说明电解液的注入工序和封固工序。
如图3（A）所示，将管状容器1以金属管8朝向上方的方式立设。并且，从上述金属管8向管状容器1内注入电解液6。
如图3（B）所示，如果在管状容器1内填充了电解液6，则将金属管8的上端通过压力机构30压接而密封。此时，由于该金属管8不被加热而密封，所以电解液6不会蒸发，在管状容器1内不会残留气泡。
由此，如图3（C）所示，完成在管状容器1的内部填充有电解液6的色素增感型太阳能电池。
另外，金属管8的端部的密封并不限定于压接，也可以是将金属管8平坦地压扁到规定程度、然后通过脉冲激光进行焊接。在此情况下，没有将玻璃制的电解液注入管热熔接而密封的以往例那样的热影响，电解液不会蒸发。
在上述实施例中，表示了通过熔接金属管8被封固在玻璃制的管状容器1中的结构，在此情况下，优选的是管状容器1和金属管8为线膨胀率接近的材料的组合。这是因为，如果是线膨胀率有较大的差异的材料，则在热熔接时有时会给管状容器1的封固部21带来裂纹而损伤。
为此，优选的是线膨胀率α的差包含在±5×10－7/℃的范围中的组合。
如果列举该具体的材料的组合的例子，则是以下这样的。
（例1）
管状容器：铝硅酸盐玻璃（线膨胀率α=51×10－7/℃）
金属管：钼管（线膨胀率α=55×10－7/℃）
（例2）
管状容器：科瓦鉄镍钴合金玻璃（线膨胀率α=55×10－7/℃）
金属管：科瓦鉄镍钴合金管（线膨胀率α=50×10－7/℃）
（例3）
管状容器：钠钙玻璃（线膨胀率α=90×10－7/℃）
金属管：钛管（线膨胀率α=88×10－7/℃）
另外，金属管适合的是对于电解液的耐腐蚀性较高的材料。例如，在电解液中含有与金属的反应性较高的碘的情况下，优选的是在金属管中使用钛部件或将表面用钛镀层的部件。
即，就上述例子而言，例1和例2的金属管优选的是被钛涂层。例如，优选的是准备钼管，对其表面通过溅镀法以几十nm左右的膜厚进行钛镀层。
在上述实施例中，将连接在对置电极5上的外部导体做成金属管8，但也可以将与集电极3连接的相反侧的外部导体做成金属管，还可以如图4所示那样将两者的外部导体都做成金属管。
在图4所示的例子中，在一个封固部21中设置与对置电极5的一端部5a电连接的金属管8，并且在其相反侧的封固部22中也设有与集电极3电连接的金属管9。
并且，在该例中，表示了在对置电极5的另一端部5b上设置绝缘部件15、该绝缘部件15插入支承在上述金属管9内的例子。
如果采用该结构，则线圈状对置电极5的管状容器1内的设置位置变得牢固，与光电极4的相对位置变得可靠。
另外，在上述的任一个实施例中，都表示了金属管8、9直接连接在对置电极5的端部上，但也可以是将内部导体连接在对置电极5上、将该内部导体连接在金属管8、9上的结构。
此外，对置电极5并不限于线圈形状，可以采用棒状体、筒状体、网状圆筒体等各种形态。
如以上说明，根据有关本发明的色素增感型太阳能电池，在两端具有封固部的透光性的管状容器中，具备光电极、集电极和对置电极，在上述集电极和上述对置电极上分别电连接着外部导体，在上述管状容器的内部填充有电解液，在该色素增感型太阳能电池中，上述外部导体的至少一方由金属管构成，该金属管封固在上述封固部中，并且该金属管的突出端部被密封，通过做成这样的结构，上述金属管具有向电极的导电功能，并且还作为电解液的供给路径发挥功能，构造简略化，而且在利用该金属管将电解液注入填充到管状容器中之后将该金属管的突出端部密封，从而能够避免电解液的加热蒸发，在管状容器内的电解液中不会存在气泡，不再有阻碍光电极与电解液的接触的原因，能得到良好的发电效率。
Claims (6)
1.一种色素增感型太阳能电池，
该色素增感型太阳能电池具备两端具有封固部的透光性的管状容器；以及该色素增感型太阳能电池在该管状容器的内部具备由担载增感色素的半导体层所构成的光电极、接触在该光电极上而形成的集电极、和对置于该集电极的对置电极；
在上述集电极和上述对置电极上分别电连接着外部导体，该外部导体分别从上述封固部突出到外部；
在上述管状容器的内部填充有电解液；
该色素增感型太阳能电池的特征在于，
上述外部导体的至少一方由金属管构成，该金属管封固在上述封固部中，并且该金属管的突出端部被密封。
2.如权利要求1所述的色素增感型太阳能电池，其特征在于，
上述金属管的突出端部通过压接而被密封。
3.如权利要求1或2所述的色素增感型太阳能电池，其特征在于，
上述金属管熔接在上述封固部上。
4.如权利要求1或2所述的色素增感型太阳能电池，其特征在于，
电连接在上述集电极上的外部导体由金属管构成，并且上述对置电极的一端经由绝缘部件连接在该金属管上，该绝缘部件被插入支承在上述金属管内。
5.如权利要求1或2所述的色素增感型太阳能电池，其特征在于，
上述金属管与上述管状容器是线膨胀率α的差处于±5×10－7/℃的范围中的材料。
6.如权利要求1或2所述的色素增感型太阳能电池，其特征在于，
上述电解液含有碘；
上述金属管由钛部件、或表面被钛涂敷的材料构成。
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