CN104781895B - 染料敏化太阳能电池元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种染料敏化太阳能电池元件,具备至少一个染料敏化太阳能电池、以及与至少一个染料敏化太阳能电池对置的背板,至少一个染料敏化太阳能电池具有:导电性基板;集电体,设置在导电性基板上;对置基板,与导电性基板对置;发电层,设置在导电性基板或者对置基板;电解质,配置于导电性基板与对置基板之间;以及环状的密封部,与导电性基板以及对置基板一起包围发电层以及电解质且将导电性基板以及对置基板接合,还具备在包围至少一个染料敏化太阳能电池的环状区域中,使背板和导电性基板粘接的粘接部,集电体仅设置于密封部的外侧且粘接部的外周面的内侧。
Description
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池元件。
背景技术
作为光电转换元件,从廉价且可得到高的光电转换效率的观点出发,染料敏化太阳能电池元件备受关注,关于染料敏化太阳能电池元件,正在进行着各种开发。
作为这样的染料敏化太阳能电池元件,例如公知有一种下述专利文献1所记载的元件。下述专利文献1中公开了一种染料敏化太阳能电池,其具备:上部电极和下部电极;发电层,设置于上部电极;电解质,设置于上部电极与下部电极之间;以及密封部,设置于电解质的周围且将上部电极和下部电极连结,上部电极具有透明导电膜和在透明导电膜上形成的集电体,集电体被设置成从作为发电层的周围的密封部内向单元边界外延伸突出。
另外,作为染料敏化太阳能电池元件,例如还公知有下述专利文献2所记载的元件。下述专利文献2中公开了一种光电转换装置,其具有:染料敏化太阳能电池,具有一对电极、设置于上述一对电极之间的电解质层、以及在电解质层的周围将一对电极连结的密封件;以及背板,被设置为与一对电极中的一方电极密接并且与密封件粘接。这里,背板构成为利用由乙烯-乙烯醇共聚物树脂等热熔树脂构成的粘接层和由聚对苯二甲酸乙二酯构成的支承膜来夹持由铝构成的金属层。
专利文献1:日本特开2006-244954号公报
专利文献2:日本特开2006-100069号公报
上述专利文献1所记载的染料敏化太阳能电池为了高效地收集在发电层产生的电子而在作为发电层的周围的密封部内形成集电体。
但是,若在密封部内形成集电体,则耐久性可能降低,在耐久性这一点上存在改善的余地。另一方面,若为了使耐久性提高而简单地扩大密封部的宽度,则发电层的面积减少,导致转换效率减少。
另外,上述专利文献2所记载的光电转换装置在耐久性这一点上存在改善的余地。另外,在上述专利文献2所记载的光电转换装置中,背板构成为利用粘接层和由聚对苯二甲酸乙二酯构成的支承膜来夹持由铝构成的金属层,并与一对电极中的一方电极密接。因此,在专利文献2所记载的光电转换装置具备多个染料敏化太阳能电池的情况下会产生以下所示的课题。即,若果是通常情况,则即使背板与构成多个染料敏化太阳能电池的一对电极中的一方电极接触,由于在该电极与背板的金属层之间夹有粘接层,所以也不会在多个染料敏化太阳能电池间发生短路。但是,若例如光电转换装置被放置在高温环境下,则粘接层熔融而变薄。结果,可认为背板的金属层与多个染料敏化太阳能电池的整个电极接触而在多个染料敏化太阳能电池间发生短路。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,其第1课题在于,提供一种具有优良的耐久性以及转换效率的染料敏化太阳能电池元件。
另外,本发明的第2课题在于,提供一种具有优良的耐久性并且能够充分防止短路的发生的染料敏化太阳能电池元件。
本发明人们对于在上述专利文献1的光电转换装置中产生上述第1课题的原因进行了研究。结果明确了在上述专利文献1的染料敏化太阳能电池中,由于集电体为凸形状,所以密封部也沿着该凸形状形成,导致凸部周边处的密封性能可能降低。另外,明确了由于在密封部内有集电体,所以即使是例如密封部出现了轻微龟裂的情况那样的不对密封性能造成影响的较小缺陷,电解质和集电体也接触,导致集电体被腐蚀。另外,明确了在上述专利文献1的染料敏化太阳能电池的构造中,若想要在密封部内具有集电体的状态下使耐久性提高,则密封的宽度无论如何变宽,发电层的面积也会减少,结果,导致转换效率降低。鉴于此,本发明人们进行了大量的研究,结果发现在通常情况下,通过仅在密封部的外侧形成设置在发电层的附近的集电体能够解决上述第1课题。
即,本发明涉及一种染料敏化太阳能电池元件,具备至少一个染料敏化太阳能电池、以及与上述至少一个染料敏化太阳能电池对置的背板,上述至少一个染料敏化太阳能电池具有:导电性基板;集电体,其被设置在导电性基板上;对置基板,其与导电性基板对置;发电层,其被设置在导电性基板或者对置基板;电解质,其被配置于导电性基板与对置基板之间;以及环状的密封部,其与导电性基板以及对置基板一起包围发电层以及电解质,将导电性基板以及对置基板接合,该染料敏化太阳能电池元件的特征在于,还具备粘接部,该粘接部在包围上述至少一个染料敏化太阳能电池的环状区域中,使上述背板和上述导电性基板粘接,上述集电体仅设置在上述密封部的外侧且上述粘接部的外周面的内侧。
根据该染料敏化太阳能电池元件,集电极仅设置在密封部的外侧且使背板和导电性基板粘接的粘接部的外周面的内侧。即,由于在密封部内不具有集电体,所以能够防止密封部的密封性能降低。另外,由于在密封部内不具有集电体,所以也能防止由电解质造成的集电体的腐蚀。并且,根据染料敏化太阳能电池元件,能够通过背板充分抑制水分浸入密封部的外侧且粘接部的外周面的内侧。也能够充分防止集电体被外部空气的水分等腐蚀。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件具有优良的耐久性。并且,由于仅在密封部的外侧具有集电体,所以无需为了使耐久性提高而扩大密封部的宽度,结果,能够扩大发电层的面积,可使转换效率提高。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有优良的耐久性以及转换效率。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述粘接部与上述密封部分离。
该情况下,在粘接部与密封部之间设有空间,从背板的外侧侵入的水分保被持在该空间。即,水分立即侵入电解质中的情况被更充分抑制。因此,与粘接部和密封部不分离的情况相比,能够实现更优良的耐久性。
优选上述染料敏化太阳能电池元件仅在导电性基板上且粘接部的外侧还具备用于向外部取出电流的外部连接部。
该情况下,由于外部连接部仅设置于粘接部的外侧,所以能够防止水分等通过外部连接部的内部侵入到粘接部的内侧。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述导电性基板由具有绝缘性基板的第1电极构成,上述对置基板由第2电极构成,上述背板具有金属层,上述环状区域位于上述绝缘性基板的上述背板侧,上述粘接部将上述背板和上述环状区域粘接,上述第2电极被配置在上述第1电极与上述背板之间,上述第1电极与上述背板以及上述粘接部的界面之间的距离比上述第1电极与上述第2电极中的上述背板侧的面之间的距离大。
根据该染料敏化太阳能电池元件,粘接部与密封部分离。因此,能充分抑制因粘接部在低温时收缩而拉动密封部、对密封部与第1电极或者第2电极的界面施加过大的应力的情况。另外,即使在高温时,也能充分抑制因粘接部膨胀而按压密封部、对密封部与第1电极或者第2电极的界面施加过大的应力的情况。即,根据本发明的染料敏化太阳能电池元件,不论高温时还是低温时,均能充分抑制过大的应力施加于密封部与第1电极或者第2电极的界面的情况。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有优良的耐久性。另外,在本发明的染料敏化太阳能电池元件具有多个染料敏化太阳能电池元件的情况下,第1电极与背板以及粘接部的界面之间的距离比第1电极与第2电极中的背板侧的面之间的距离大。因此,与第1电极和背板以及粘接部的界面之间的距离为第1电极和第2电极中的背板侧的面之间的距离以下的情况相比,背板难以与第2电极接触。因此,即使染料敏化太阳能电池元件被放置在高温环境下,也能充分防止背板的金属层将多个染料敏化太阳能电池的第2电极彼此连接。以上,根据本发明的染料敏化太阳能电池元件,能够充分防止短路的发生。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述至少一个染料敏化太阳能电池中的上述第2电极和上述背板通过粘接件连接。
该情况下,由于第2电极和背板通过粘接件连接,所以背板接近第2电极的情况被粘接件充分抑制。因此,能够更充分防止短路的发生。另外,由于背板和第2电极通过粘接件连接,所以在背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间发生了热膨胀或者热收缩的情况下,施加于背板的应力不仅作用于背板与粘接部之间的界面,也作用于背板与粘接件的界面。即,能充分抑制应力集中于背板与粘接部之间的界面。结果,施加于背板与粘接部的界面的应力被充分降低,能充分抑制背板从粘接部剥离的情况。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述至少一个染料敏化太阳能电池还具有设置在上述第2电极与上述背板之间的干燥剂。
该情况下,由于侵入到背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间的水分被干燥剂吸收,所以能够充分降低通过密封部侵入到电解质的水分。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。另外,由于干燥剂被设置于第2电极与背板之间,所以也不会遮挡入射光。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述干燥剂和上述第2电极通过粘接件连接,上述干燥剂和上述背板通过粘接件连接。
该情况下,与干燥剂和第2电极通过粘接件连接、干燥剂和背板不通过粘接件连接的情况相比,能够更充分地抑制干燥剂相对于各染料敏化太阳能电池的位置偏移、干燥剂从各染料敏化太阳能电池的剥离。因此,对侵入到背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间的水分进行吸收的效果难以变动。结果,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够稳定地具有更优良的耐久性。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述第2电极被设置在上述第1电极与上述背板之间,上述干燥剂以与上述第2电极接触的方式被配置于上述第2电极与上述背板之间,在上述第2电极中的上述干燥剂和上述第2电极的界面的外侧区域与上述背板之间,以与上述外侧区域以及上述干燥剂接触的方式形成有第1空间。
根据该染料敏化太阳能电池元件,在第2电极中的干燥剂以及第2电极的界面的外侧区域与背板之间,以与外侧区域接触的方式形成了第1空间。因此,从背板的外侧通过背板侵入到染料敏化太阳能电池侧的水分容易集中在该第1空间。这里,由于第1的空间形成为与干燥剂接触,所以集中在第1空间的水分会被干燥剂吸收。结果,由于第1空间中的水分浓度总是变低,所以水分容易集中在第1空间。另外,第1空间形成为与第2电极的外侧区域接触,第2电极通常与密封部相比水分难以透过。因此,可充分抑制水分侵入到染料敏化太阳能电池的电解质。结果,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选在上述背板与上述密封部之间形成有第2空间,上述第2空间与上述第1空间连通。
该情况下,存在水分从背板的外侧通过背板侵入到第2空间的情况。由于第2空间形成于背板与密封部之间,所以若水分侵入到第2空间,则通常情况下容易通过密封部而侵入到电解质。对于该点,在本发明中,第2空间与第1空间连通。并且,由于在第1空间汇集的水分被干燥剂吸收,所以在第1空间中总是为水分浓度低的状态。因此,集中在第2空间的水分容易向第1空间扩散。从而,能更充分抑制集中在第2空间的水分通过密封部侵入到电解质中。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选在上述至少一个染料敏化太阳能电池中,上述干燥剂被固定于上述第2电极。
该情况下,由于干燥剂被固定于第2电极,所以干燥剂相对于第2电极的位置偏移难以发生。因此,能够稳定地具有优良的耐久性。
上述染料敏化太阳能电池元件具有多个上述染料敏化太阳能电池,相邻的2个染料敏化太阳能电池的上述第2电极彼此相互分离,以跨越相邻的2个染料敏化太阳能电池的上述第2电极的方式还设置有其它的干燥剂。
若相邻的2个染料敏化太阳能电池的第2电极彼此相互分离,则相邻的2个染料敏化太阳能电池的密封部容易暴露于水分中。对于该点,若在相邻的2个染料敏化太阳能电池的第2电极彼此相互分离的情况下,以跨越相邻的2个染料敏化太阳能电池的第2电极的方式还设置有其它的干燥剂,则由于水分被其它的干燥剂充分吸收,所以密封部难以暴露于水分中。结果,能充分抑制水分通过密封部侵入到电解质中。因此,该染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。
另外,优选上述染料敏化太阳能电池元件是在低照度环境下使用的低照度用染料敏化太阳能电池元件。在低照度环境下的情况下,由于产生电流小,所以即使仅在密封部的外侧有集电体,也能够充分防止电阻的增加,上述染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的转换效率。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述至少一个染料敏化太阳能电池由多个染料敏化太阳能电池构成,上述导电性基板具有在上述绝缘性基板上设置的导电膜,上述多个染料敏化太阳能电池的上述绝缘性基板成为上述多个染料敏化太阳能电池共用的绝缘性基板,多个染料敏化太阳能电池的导电膜被分别设置在共用的绝缘性基板上。
在该染料敏化太阳能电池元件中,由于集电体也仅设置于密封部的外侧,所以能够具有优良的耐久性以及转换效率。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述集电体仅设置于上述密封部的外侧且相邻的2个染料敏化太阳能电池之间以外。
该情况下,由于在相邻的2个染料敏化太阳能电池之间也不具有集电体,所以能够减少相邻的2个染料敏化太阳能电池之间的不利于发电的面积,能够相应地扩大发电层的面积。因此,能够使转换效率进一步提高。
另外,本发明人们对于在上述专利文献2的光电转换装置中产生上述第2课题的原因进行了研究。结果认为,在上述专利文献2的光电转换装置中,作为背板所包含的粘接层,使用了线膨胀系数较大的热熔树脂,因此,在低温时,热熔树脂收缩而拉动密封件,对密封件与电极的界面施加过大的应力。相反,认为在高温时热熔树脂膨胀而按压密封件,对密封件与电极的界面施加过大的应力。结果,本发明人们认为密封件与电极之间的粘接力弱,水分容易侵入而耐久性容易降低。另外,本发明人们认为在上述专利文献2的光电转换装置构成为具有至少一个染料敏化太阳能电池的情况下,背板与染料敏化太阳能电池所包含的一对电极中的一方电极接触会导致引起短路的发生。鉴于此,本发明人们经过反复研究发现,通过以下的发明可解决上述第2课题。
即,本发明涉及一种染料敏化太阳能电池元件,具有至少一个染料敏化太阳能电池、以及与上述至少一个染料敏化太阳能电池对置的背板,上述染料敏化太阳能电池具备:第1电极,其具有绝缘性基板;第2电极,其与上述第1电极对置;发电层,其在上述第1电极以及上述第2电极之间被设置在上述第1电极或者上述第2电极上;环状的密封部,其使上述第1电极以及上述第2电极接合;以及电解质,其被配置在由上述第1电极、上述第2电极以及上述密封部形成的空间内,上述绝缘性基板由上述至少一个染料敏化太阳能电池的绝缘性基板构成,上述背板具有金属层,设置有将上述背板和位于上述绝缘性基板的上述背板侧且包围上述至少一个染料敏化太阳能电池的环状区域粘接,并与上述密封部分离的粘接部,上述第2电极被配置在上述第1电极与上述背板之间,上述第1电极与上述背板以及上述粘接部的界面之间的距离比上述第1电极与上述第2电极中的上述背板侧的面之间的距离大。
根据该染料敏化太阳能电池元件,粘接部与密封部分离。因此,能充分抑制因粘接部在低温时收缩而拉动密封部,由此过大的应力施加于密封部与第1电极或者第2电极的界面的情况。另外,即使在高温时,也可充分抑制因粘接部膨胀而按压密封部,由此过大的应力施加于密封部与第1电极或者第2电极的界面的情况。即,根据本发明的染料敏化太阳能电池元件,不论是高温时还是低温时,均能充分抑制过大的应力施加于密封部与第1电极或者第2电极的界面的情况。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有优良的耐久性。另外,在本发明的染料敏化太阳能电池元件中,第1电极与背板以及粘接部的界面之间的距离比第1电极与第2电极中的背板侧的面之间的距离大。因此,与第1电极和背板以及粘接部的界面之间的距离为第1电极和第2电极中的背板侧的面之间的距离以下的情况相比,背板难以与第2电极接触。因此,即使染料敏化太阳能电池元件被放置在高温环境下,也能充分防止背板的金属层将多个染料敏化太阳能电池的第2电极彼此连接的情况。以上,根据本发明的染料敏化太阳能电池元件,能够充分防止短路的发生。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述多个染料敏化太阳能电池中的至少一个染料敏化太阳能电池的上述第2电极和上述背板通过粘接件连接。
该情况下,由于第2电极和背板通过粘接件连接,所以背板接近第2电极的情况被粘接件充分抑制。因此,能够更充分防止短路的发生。另外,由于背板和第2电极通过粘接件连接,所以在背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间发生了热膨胀或者热收缩的情况下,施加于背板的应力不仅施加于背板与粘接部之间的界面,也施加于背板与粘接件的界面。即,能充分抑制应力集中于背板与粘接部之间的界面的情况。结果,施加于背板与粘接部的界面的应力被充分降低,背板从粘接部剥离的情况被充分抑制。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述多个染料敏化太阳能电池中的至少一个染料敏化太阳能电池还具有设置在上述第2电极与上述背板之间的干燥剂。
该情况下,由于侵入到背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间的水分被干燥剂吸收,所以能够充分减少通过密封部而侵入到电解质的水分。因此,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够具有更优良的耐久性。另外,由于干燥剂设置在第2电极与背板之间,所以也不会遮挡入射光。
在上述染料敏化太阳能电池元件中,优选上述干燥剂和上述第2电极通过粘接件连接,上述干燥剂和上述背板通过粘接件连接。
该情况下,与干燥剂和第2电极通过粘接件连接、干燥剂和背板不通过粘接件连接的情况相比,能够更充分地抑制干燥剂相对于各染料敏化太阳能电池的位置偏移、干燥剂从各染料敏化太阳能电池的剥离。因此,对侵入到背板、染料敏化太阳能电池与粘接部之间的空间的水分进行吸收的效果难以变动。结果,本发明的染料敏化太阳能电池元件能够稳定地具有更优良的耐久性。
根据本发明,能够提供具有优良的耐久性以及转换效率的染料敏化太阳能电池元件。
另外,根据本发明,能够提供具有优良的耐久性并且能够充分防止短路发生的染料敏化太阳能电池元件。
附图说明
图1是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第1实施方式的剖视图。
图2是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第1实施方式的一部分的俯视图。
图3是表示图1的染料敏化太阳能电池元件中的透明导电膜的图案的俯视图。
图4是表示图1的第1一体化密封部的俯视图。
图5是表示图1的第2一体化密封部的俯视图。
图6是沿图2的VI-VI线的剖视图。
图7是表示密封部以及连结部被粘贴的工作电极的俯视图。
图8是表示用于形成图4的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的俯视图。
图9是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第2实施方式的剖视图。
图10是表示图9的染料敏化太阳能电池元件的一部分的俯视图。
图11是表示图9的第2一体化密封部的俯视图。
图12是沿图10的XII-XII线的剖视图。
图13是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第3实施方式的剖视图。
图14是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第4实施方式的剖视图。
图15是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第5实施方式的剖视图。
图16是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第6实施方式的剖视图。
图17是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第7实施方式的剖视图。
图18是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第8实施方式的一部分的俯视图。
图19是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第9实施方式的一部分的俯视图。
图20是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第10实施方式的一部分的俯视图。
图21是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第11实施方式的一部分的剖视图。
图22是表示图21的多孔无机部的部分放大图。
图23是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第12实施方式的一部分的俯视图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。
<第1实施方式>
首先,参照图1~图7来对本发明的染料敏化太阳能电池元件的第1实施方式进行详细的说明。图1是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第1实施方式的剖视图,图2是表示本发明的染料敏化太阳能电池元件的第1实施方式的一部分的俯视图,图3是表示图1的染料敏化太阳能电池模块中的透明导电膜的图案的俯视图,图4是表示图1的第1一体化密封部的俯视图,图5是表示图1的第2一体化密封部的俯视图,图6是沿图2的VI-VI线的剖视图,图7是表示密封部以及连结部被粘贴的工作电极的俯视图。
如图1所示,作为染料敏化太阳能电池元件的染料敏化太阳能电池模块(以下有时称为“DSC模块”)100具有:多个(在图1中为4个)染料敏化太阳能电池(以下称为“DSC”)50、和以与DSC50对置的方式配置的背板80。如图2所示,多个DSC50通过导电件60P而串联连接。以下,为了方便说明,有时将DSC模块100中的4个DSC50称为DSC50A~50D。
如图1所示,多个DSC50分别具备:工作电极10、与工作电极10对置的对电极20、以及使工作电极10与对电极20接合的环状的密封部30A。在由工作电极10、对电极20以及环状的密封部30A形成的单元空间中填充有电解质40。
对电极20具备:金属基板21、以及设置于金属基板21的工作电极10侧来促进催化剂反应的催化剂层22。另外,在相邻的2个DSC50中,对电极20彼此相互分离。在本实施方式中,由对电极20构成对置基板以及第2电极。
如图1以及图2所示,工作电极10具有:透明导电性基板15,其具有透明基板11以及设置在透明基板11上的透明导电膜12;多个氧化物半导体层13,设置在透明导电性基板15的透明导电膜12上;以及集电体19,其设置在透明导电膜12上。氧化物半导体层13被配置在环状的密封部30A的内侧。透明基板11作为DSC50A~50D共用的透明基板来使用。其中,在本实施方式中,由透明导电性基板15构成导电性基板以及第1电极,由氧化物半导体层13构成发电层,由透明基板11构成绝缘性基板,由透明导电膜12构成导电膜。
如图2以及图3所示,透明导电膜12由以相互绝缘的状态设置的透明导电膜12A~12F构成。即,透明导电膜12A~12F以相互夹着槽90的方式配置。这里,透明导电膜12A~12D分别构成多个DSC50A~50D的透明导电膜12。另外,透明导电膜12E以沿密封部30A弯折的方式配置。透明导电膜12F是用于将背板80的周缘部80a固定的环状的透明电极膜12(参照图1)。
如图3所示,透明导电膜12A~12D都具有:具有侧缘部12b的四边形状的主体部12a、以及从主体部12a的侧缘部12b向侧方延伸突出的延伸突出部12c。
如图2所示,透明导电膜12A~12D中的透明导电膜12C的延伸突出部12c具有:相对于DSC50A~50D的排列方向X向侧方伸出的伸出部12d、以及从伸出部12d延伸并隔着槽90与相邻的DSC50D的主体部12a对置的对置部12e。
在DSC50B中,透明导电膜12B的延伸突出部12c也具有伸出部12d和对置部12e。另外,在DSC50A中,透明导电膜12A的延伸突出部12c也具有伸出部12d和对置部12e。
其中,DSC50D已经与DSC50C连接,不存在其他应该连接的DSC50。因此,在DSC50D中,透明导电膜12D的延伸突出部12c不具有对置部12e。即,透明导电膜12D的延伸突出部12c仅由伸出部12d构成。
其中,透明导电膜12D还具有:用于将由DSC模块100产生的电流向外部取出的第1电流取出部12f、以及将第1电流取出部12f和主体部12a连接并沿透明导电膜12A~12C的侧缘部12b延伸的连接部12g。第1电流取出部12f被配置在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与透明导电膜12B相反一侧。
另一方面,透明导电膜12E也具有用于将由DSC模块100产生的电流向外部取出的第2电流取出部12h,第2电流取出部12h被配置在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与透明导电膜12B相反一侧。而且,第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h在DSC50A的周围以隔着槽90相邻的方式配置。这里,槽90由沿透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A、以及沿透明导电膜12中的除了主体部12a之外的部分的边缘部形成并与背板80的周缘部80a交叉的第2槽90B构成。
另外,在透明导电膜12上设置有集电体19。集电体19具有在透明导电膜12A~12C的各延伸突出部12c以及透明导电膜12E上设置的连接端子16、以及设置于透明导电膜12D的集电布线17。
在本实施方式中,在透明导电膜12A~12C中,连接端子16中的至少导电件连接部16A被设置在延伸突出部12c的对置部12e上,并与所连接的相邻的DSC50的主体部12a对置。在透明导电膜12E中,连接端子16中的导电件连接部16A与所连接的相邻的DSC50A的主体部12a对置。各连接端子16具有:与导电件60P连接并在密封部30A的外侧沿密封部30A延伸的导电件连接部16A、和从导电件连接部16A开始在密封部30A的外侧沿密封部30A延伸的导电件非连接部16B。而且,导电件非连接部16B的宽度比导电件连接部16A的宽度窄。这里,导电件连接部16A以及导电件非连接部16B的宽度分别为一定。其中,导电件连接部16A的宽度是指导电件连接部16A的与延伸方向正交的方向的长度且导电件连接部16A的宽度中最窄的宽度,导电件非连接部16B的宽度是指导电件非连接部16B的与延伸方向正交的方向的长度且导电件非连接部16B的宽度中最窄的宽度。
而且,DSC50C中的设置在透明导电膜12C的延伸突出部12c上的连接端子16的导电件连接部16A、与相邻的DSC50D中的对电极20的金属基板21经由导电件60P连接。导电件60P被配置成在密封部30A之上通过。同样,DSC50B中的连接端子16的导电件连接部16A与相邻的DSC50C中的对电极20的金属基板21经由导电件60P连接,DSC50A中的连接端子16的导电件连接部16A与相邻的DSC50B中的对电极20的金属基板21经由导电件60P连接,透明导电膜12E上的连接端子16的导电件连接部16A与相邻的DSC50A中的对电极20的金属基板21经由导电件60P连接。
另外,在透明导电膜12D中,具有比透明导电膜12D低的电阻的集电布线17以通过主体部12a、连接部12g以及电流取出部12f的方式延伸。该集电布线17被配置成不与背板80和透明导电性基板15的连结部14交叉。
如图7所示,作为集电体19的连接端子16以及集电布线17不设置于密封部30A的内侧,而仅设置于密封部30A的外侧。另外,集电体19不设置于邻接的2个DSC50之间。另外,集电体19形成于由后述的粘接部91的外周面91a包围的粘接区域内。换言之,集电体19仅形成在比密封部30A靠外侧且比粘接部91的外周面91a靠内侧的位置。具体而言,集电体19仅形成于比密封部30A靠外侧且比粘接部91的内周面91b靠内侧的位置。
另外,在第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别设置有用于向外部取出电流的外部连接部18a、18b。如图1、图7所示,外部连接部18a、18b形成在比粘接部91靠外侧的位置。
如图1所示,密封部30A具有:环状的第1密封部31A,其被设置在透明导电性基板15与对电极20之间;以及第2密封部32A,其与第1密封部31A连结,并覆盖对电极20的侧面、以及对电极20的与电解质侧相反的表面即背板80侧的表面20b的一部分。第2密封部32A与第1密封部31A一起夹持对电极20的边缘部20a。而且,如图4所示,相邻的第1密封部31A彼此被一体化而构成第1一体化密封部31。换言之,第1一体化密封部31由未在相邻的2个对电极20之间设置的环状的部分(以下称为“环状部”)31a、以及在相邻的2个对电极20之间设置并将环状部31a的内侧开口31c分隔的部分(以下称为“分隔部”)31b构成。另外,如图5所示,第2密封部32A彼此在相邻的对电极20之间被一体化,构成第2一体化密封部32。第2一体化密封部32由未在相邻的2个对电极20之间设置的环状的部分(以下称为“环状部”)32a、在相邻的2个对电极20之间设置并将环状的部分32a的内侧开口32c分隔的部分(以下称为“分隔部”)32b、以及与环状的部分32a和分隔部32b的内侧开口32c侧连续设置的突出部32d构成。
另外,如图1所示,在第1密封部31A与透明导电性基板15的槽90之间,以进入相邻的透明导电膜12A~12F彼此间的槽90并且跨越相邻的透明导电膜12的方式设置有无机绝缘件33。若详细描述,则无机绝缘件33进入到槽90中的沿透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A,并且还覆盖形成了第1槽90A的主体部12a的边缘部。
如图6所示,对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘接部的宽度P比对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q窄。并且,第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R为第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%以上且小于200%。
另外,第2密封部32A具有:设置于对电极20中的与工作电极10相反侧的主体部32e、以及设置于比主体部32e靠内侧的位置并且比主体部32e向与电解质40相反侧突出的上述的突出部32d。另外,第2密封部32A彼此通过还具有设置在相邻的对电极20彼此之间的粘接部32f而形成第2一体化密封部32。第2一体化密封部32通过粘接部32f与第1一体化密封部31粘接。另外,第2密封部32A中的主体部32e被设置成超过第1密封部31A的上方的区域而延伸突出到电解质40的上方的区域,突出部32d被设置在电解质40的上方的区域。
如图1所示,在透明导电性基板15上设置有背板80。背板80包括:由包括耐候性层和金属层的层叠体构成的主体部、以及设于主体部中的共用的透明基板11侧并与透明导电性基板15粘接的粘接层。背板80与透明导电性基板15之间具有对电极20,以与对电极20分离的方式配置。另外,粘接层与主体部中的共用的透明基板11侧的面粘接,可以形成于主体部的周缘部,也可以设置于主体部中的DSC50侧的整个面。背板80的周缘部80a通过粘接部91经由连结部14与透明导电膜12中的透明导电膜12D、12E、12F连接。这里,粘接部91与DSC50的密封部30A分离。另外,连结部14也与密封部30A分离。其中,在比背板80靠内侧且密封部30A的外侧的空间、即由背板80、透明基板11、以及粘接部91形成的空间没有填充电解质40。
并且,在DSC模块100中,透明导电性基板15与粘接部91以及背板80的界面之间的距离(以下称为“第1距离”)H1比透明导电性基板15与对电极20中的背板80侧的面之间的距离(以下称为“第2距离”)H2大。
其中,如图2所示,在各DSC50A~50D上分别并联连接有旁路二极管70A~70D。具体而言,旁路二极管70A被固定在DSC50A与DSC50B之间的第2一体化密封部32的分隔部32b上,旁路二极管70B被固定在DSC50B与DSC50C之间的第2一体化密封部32的分隔部32b上,旁路二极管70C被固定在DSC50C与DSC50D之间的第2一体化密封部32的分隔部32b上。旁路二极管70D被固定在DSC50D的密封部30A上。而且,以通过旁路二极管70A~70D的方式在对电极20的金属基板21固定有导电件60Q。另外,从旁路二极管70A、70B间、旁路二极管70B、70C间、以及旁路二极管70C、70D间的导电件60Q分别分支出导电件60P,并与透明导电膜12A上的导电件连接部16A、透明导电膜12B上的导电件连接部16A、以及透明导电膜12C上的导电件连接部16A分别连接。另外,在DSC50A的对电极20的金属基板21也固定有导电件60P,该导电件60P将旁路二极管70A与透明导电膜12E上的连接端子16的导电件连接部16A连接。并且,旁路二极管70D经由导电件60P与透明导电膜12D连接。
根据上述DSC模块100,仅在密封部30A的外侧且使背板80和导电性基板15粘接的粘接部91的外周面91a的内侧设置有集电体19。即,由于在密封部30A内不具有集电体19,所以能够防止密封部30A的密封性能降低。另外,由于在密封部30A内不具有集电体19,所以也能够防止由于电解质40造成的集电体19的腐蚀。并且,根据DSC模块100,能够通过背板80充分抑制水分浸入到密封部30A的外侧且粘接部91的外周面91a的内侧。还能够充分防止集电体19被外部空气的水分等腐蚀。因此,DSC模块100具有优良的耐久性。并且,由于仅在密封部30A的外侧具有集电体19,所以无需为了使耐久性提高而扩大密封部30A的宽度,结果,能够扩大氧化物半导体层13的面积,可使转换效率提高。因此,DSC模块100能够具有优良的耐久性以及转换效率。
另外,在上述DSC模块100中,由于透明基板11为多个DSC50共用的透明基板11,透明导电膜12分别设置在共用的透明基板11上,集电体19仅设置在密封部30A的外侧,所以DSC模块100能够具有优良的耐久性以及转换效率。
并且,在上述DSC模块100中,由于集电体19仅设置于密封部30A的外侧且相邻的2个DSC50之间以外,在相邻的2个DSC50之间也不具有集电体19,所以能够减少相邻的2个DSC50之间的不利于发电的面积。结果,由于能够扩大氧化物半导体层13的面积,所以能够使转换效率进一步提高。
另外,在上述DSC模块100中,由于集电体19仅设置于密封部30A的外侧且粘接部91的内侧,所以能够防止由于电解质40造成的集电体19的腐蚀,并且还能够充分防止集电体19被外部空气的水分等腐蚀。
并且,在上述DSC模块100中,由于外部连接部18仅设置于粘接部91的外侧,所以能够防止水分等通过外部连接部18的内部而侵入到粘接部91的内侧。
另外,在DSC模块100中,第2密封部32A在覆盖对电极20的与电解质40侧相反的表面20b的部分的一部分具有向与电解质40相反侧突出的突出部32d。因此,能够通过突出部32d来抑制因内压的变化、外力而施加于密封部30A的应力。具体而言,因内压的变化、外力而产生的应力施加于将透明导电性基板15以及对电极20接合的部分即密封部30A。但是,由于第2密封部32A的覆盖对电极20的与电解质40侧相反的表面20b的部分具有突出部32d,突出部32d在密封部30A中成为特异点,所以能够利用突出部32d充分吸收施加于密封部30A的应力。结果,与使第2密封部32A的覆盖对电极20的与电解质40侧相反的表面20b的部分的厚度一定而扩大了面积的情况相比,能够抑制因应力破坏密封部30A、在第1密封部31A与对电极20之间产生剥离等的情况。因此,DSC模块100能够具有优良的耐久性。
并且,在DSC模块100中,由于突出部32d设置于电解质40的上方的区域,所以能够在将从密封部30A的内部方向朝向密封部30A产生的应力施加于对电极20与第1密封部31A的界面、第1密封部31A的电解质40侧的面之前,由突出部32d吸收该应力。由此,应力难以施加于第1密封部31A。因此,能够进一步抑制密封部30A的破坏、在第1密封部31A与对电极20之间产生剥离等的情况。因此,DSC模块100能够具有更优良的耐久性。
另外,在DSC模块100中,由于在第1密封部31A与透明导电性基板15之间设置有无机绝缘件33,无机绝缘件33与树脂相比,具有高的密封性能,所以与在第1密封部31A和透明导电性基板15之间不具有无机绝缘件33的情况相比,能够有效地抑制水分从密封部30A的外侧侵入、电解质40的泄漏。
并且,根据DSC模块100,粘接部91与DSC50的密封部30A分离。因此,能充分抑制因粘接部91在低温时收缩而拉动密封部30A,由此过大的应力施加于密封部30A与透明导电性基板15或者对电极20的界面的情况。另外,即使在高温时,也能充分抑制因粘接部91膨胀而按压密封部30A,由此过大的应力施加于密封部30A与透明导电性基板15或者对电极20的界面的情况。即,不论是高温时还是低温时,均能充分抑制过大的应力施加于密封部30A与透明导电性基板15或者对电极20的界面的情况。因此,DSC模块100能够具有优良的耐久性。
另外,在DSC模块100中,第1距离H1比第2距离H2大。因此,与第1距离H1为第2距离H2以下的情况相比,背板80难以与对电极20接触。因此,即使DSC模块100被放置在高温环境下,也能充分防止背板80的金属层将多个DSC50的对电极20彼此连接的情况。以上,根据DSC模块100,能够充分防止短路的发生。
并且,在DSC模块100中,沿透明导电膜12的边缘部形成槽90,该槽90具有沿在环状的密封部30A的内侧配置的透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A。而且,无机绝缘件33进入该第1槽90A,并且该无机绝缘件33也对形成第1槽90A的主体部12a的边缘部进行覆盖。因此,即使在透明基板11的内部且槽90的下方的位置沿槽90形成裂缝,且该裂缝连接到主体部12a的边缘部,也能够利用无机绝缘件33来充分抑制水分从密封部30A的外部经由该裂缝侵入。特别是在DSC模块100中,由于对形成第1槽90A的主体部12a的边缘部进行覆盖且进入第1槽90A的无机绝缘件33由无机物构成,所以与无机绝缘件33是树脂的情况相比,具有高的密封性能。因此,根据DSC模块100,能够具有优良的耐久性。
另外,在DSC模块100中,密封部30A与无机绝缘件33以重叠的方式配置。因此,与无机绝缘件33被配置成和密封部30A不重叠的情况相比,能够使从DSC模块100的受光面侧观察到的有利于发电的部分的面积进一步增加。因此,能够使开口率进一步提高。
另外,在DSC模块100中,第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h被配置在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与透明导电膜12B相反侧,透明导电膜12A的第1电流取出部12f以及透明导电膜12F的第2电流取出部12h以相互隔着槽90相邻的方式配置。因此,在DSC模块100中,能够以相邻的方式分别在第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h配置外部连接部18a、18b。因此,能够将用于从外部连接部18a、18b向外部取出电流的连接器的数量设为一个。即,假设在第1电流取出部12f相对于透明导电膜12D被配置在与透明导电膜12C相反侧的情况下,由于第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h被配置为相互大幅分离,所以外部连接部18a、18b也被配置为大幅分离。该情况下,为了从DSC模块100取出电流,需要与外部连接部18a连接的连接器、以及与外部连接部18b连接的连接器这2个连接器。但是,根据DSC模块100,由于能够以相邻的方式配置外部连接部18a、18b,所以连接器为一个即可。因此,根据DSC模块100,能够实现节省空间化。另外,若在低照度下使用DSC模块100,则发电电流较小。具体而言,发电电流为2mA以下。因此,即使将DSC50A~50D的两端的DSC50A、50D中的一端侧的DSC50D的透明导电膜12D的一部分作为第1电流取出部12f,隔着槽90配置于与另一端侧的DSC50A的对电极20的金属基板21电连接的第2电流取出部12h的相邻位置,也能充分抑制DSC模块100的光电转换性能的降低。
另外,在DSC模块100中,DSC50A~50D沿X方向排列成一列,DSC50A~50D的两端的DSC50A、50D中的一端侧的DSC50D的透明导电膜12D具有设置于密封部30A的内侧的主体部12a、第1电流取出部12f、以及将主体部12a与第1电流取出部12f连接的连接部12g。因此,与使作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折返,并以相互相邻的方式配置DSC50A和DSC50D的情况相比,能够进一步缩短为了将相邻的2个DSC50彼此连接而沿DSC50A~50D的排列方向(图2的X方向)设置的连接端子16的设置区域,可进一步实现节省空间化。另外,根据DSC模块100,由于在低照度环境下使用该DSC模块100的情况下,通常发电电流较小,所以即使DSC模块100还具有将主体部12a和第1电流取出部12f连接的第1连接部12g,也能够充分抑制光电转换特性的降低。
并且,在DSC模块100中,集电布线17以不与粘接部91和透明导电性基板15的连结部14交叉的方式配置。由于集电布线17一般为多孔质,所以具有通气性,能够使水蒸气等气体透过,若集电布线17以不与粘接部91和透明导电性基板15的连结部14交叉的方式配置,则能够防止水蒸气等从外部通过集电布线17侵入到由背板80、透明导电性基板15和粘接部91形成的空间。结果,DSC模块100能够具有优良的耐久性。另外,由于集电布线17具有比透明导电膜12D低的电阻,所以即使发电电流变大,也能够充分抑制光电转换特性的降低。
并且,在DSC模块100被放置于温度变化大的环境下的情况下,连接端子16的宽度越窄,则连接端子16越难从透明导电膜12的延伸突出部12c剥离。对于该点,在DSC模块100中,连接端子16中的导电件非连接部16B具有比与导电件60P连接的导电件连接部16A窄的宽度。因此,连接端子16中的导电件非连接部16B难以从透明导电膜12的延伸突出部12c剥离。从而,即使导电件连接部16A从透明导电膜12的延伸突出部12c剥离,导电件非连接部16B也能够不从透明导电膜12剥离地维持相对于透明导电膜12的连接。另外,即使导电件连接部16A从透明导电膜12的延伸突出部12c剥离,DSC模块100也能够正常地进行动作。因此,根据DSC模块100,能够使连接可靠性提高。另外,相邻的2个DSC50中的一方DSC50中的和对电极20的金属基板21连接的导电件60P与另一方DSC50中的延伸突出部12c上的导电件连接部16A连接,导电件连接部16A在延伸突出部12c上设置于密封部30A的外侧。即,相邻的2个DSC50彼此的连接在密封部30A的外侧进行。因此,根据DSC模块100,能够使开口率提高。
另外,在DSC模块100中,在DSC50A~50D中的与相邻的DSC50连接的DSC50中,延伸突出部12c具有从主体部12a向侧方伸出的伸出部12d、以及从伸出部12d延伸并与相邻的DSC50的主体部12a对置的对置部12e,连接端子16中的至少导电件连接部16A设置在对置部12e上。
该情况下,由于连接端子16中的至少导电件连接部16A被设置在相邻的DSC50的与主体部12a对置的对置部12e上,所以与连接端子16中的至少导电件连接部16A未设置在相邻的DSC50的与主体部12a对置的对置部12e上的情况不同,能够充分防止与导电件连接部16A连接的导电件60P横穿相邻的DSC50的对电极20的金属基板21。结果,能够充分防止相邻的DSC50彼此间的短路。
另外,在DSC模块100中,导电件连接部16A以及导电件非连接部16B均沿密封部30A配置。因此,与沿着远离密封部30A的方向配置导电件连接部16A以及导电件非连接部16B的情况相比,能够节省连接端子16所需的空间。
并且,在DSC模块100中,对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘接部的宽度P比对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q窄。因此,能够使DSC模块100中的开口率进一步充分地提高。另外,在DSC模块100中,相邻的第1密封部31A彼此、以及相邻的第2密封部32A彼此在相邻的对电极20之间被一体化。这里,若相邻的第1密封部31A彼此未被一体化,则在相邻的DSC50之间,相对于大气露出的密封部为2处。与此相对,在DSC模块100中,由于相邻的第1密封部31A彼此被一体化,所以在相邻的DSC50之间,相对于大气露出的密封部为1处。即,由于第1一体化密封部31由环状部31a、和分隔部31b构成,所以在相邻的DSC50之间,相对于大气露出的密封部仅为分隔部31b这1处。另外,通过第1密封部31A彼此被一体化,水分等从大气侵入到电解质40的距离延长。因此,在相邻的DSC50之间,能够充分降低从DSC50的外部侵入的水分、空气的量。即,能够使DSC模块100的密封性能充分提高。另外,根据DSC模块100,相邻的第1密封部31A彼此被一体化。因此,即使对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘接部的宽度P比对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q窄,也能够在该分隔部31b中确保足够的密封宽度。即,根据DSC模块100,既能够使开口率提高,又能够充分增大第1密封部31A与透明导电性基板15的粘接强度、以及第1密封部31A与对电极20的粘接强度。结果,能够使开口率提高,并且即使在高温下使用DSC模块100的情况下电解质40膨胀而施加从第1密封部31A的内侧朝向外侧的过大的应力,也可充分抑制第1密封部31A从透明导电性基板15以及对电极20剥离,能够具有优良的耐久性。
并且,在DSC模块100中,对电极20与第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R为第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%以上且小于200%。该情况下,由于在第1一体化密封部31的分隔部31b中,分隔部31b的宽度为环状部31a的宽度T的100%以上,所以与在第1一体化密封部31的分隔部31b中分隔部31b的宽度R小于环状部31a的宽度T的100%的情况相比,从大气到电解质40的水分等的侵入距离进一步延长。因此,能够更充分地抑制水分从外部通过位于相邻的DSC50之间的分隔部31b进行侵入。另一方面,与分隔部31b的宽度R超过环状部31a的宽度T的200%的情况相比,能够使开口率进一步提高。
另外,在DSC模块100中,第2密封部32A与第1密封部31A粘接,对电极20的边缘部20a被第1密封部31A和第2密封部32A夹持。因此,即使远离工作电极10的方向的应力作用于对电极20,也能通过第2密封部32A充分地抑制其剥离。另外,由于第2一体化密封部32的分隔部32b通过相邻的对电极20彼此间的间隙S与第1密封部31A粘接,所以能够可靠地防止相邻的DSC50的对电极20彼此接触。
并且,优选上述DSC模块100是在低照度环境下使用的低照度用染料敏化太阳能电池模块。在低照度环境下的情况下,由于产生电流少,所以即使仅在密封部30A的外侧有集电体,也能够充分防止电阻的增加,能够具有更优良的转换效率。
这里,低照度环境下是指照度为20000勒克司以下,更优选上述DSC模块100在10000勒克司以下的环境中使用。另外,低照度用染料敏化太阳能电池是指电解质40所含的氧化还原对的至少一方的浓度为0.006mol/升以下。
接下来,对工作电极10、集电体19、外部连接部18、连结部14、光敏化染料、对电极20、密封部30A、无机绝缘件33、电解质40、导电件60P、60Q以及背板80进行详细的说明。
(工作电极)
构成透明基板11的材料例如只要是透明的材料即可,作为这种透明的材料,例如可列举硼硅酸玻璃、钠钙玻璃、白玻璃、石英玻璃等玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、以及聚醚砜(PES)等。透明基板11的厚度根据DSC模块100的尺寸适当地决定,并没有特别限定,例如只要处于50~10000μm的范围即可。
作为透明导电膜12所含的材料,例如可列举掺锡氧化铟(Indium-Tin-Oxide:ITO)、氧化锡(SnO2)、掺氟氧化锡(Fluorine-doped-Tin-Oxide:FTO)等导电性金属氧化物。透明导电膜12可以由单层构成,也可以由包括不同的导电性金属氧化物的多个层的层叠体构成。在透明导电膜12由单层构成的情况下,从透明导电膜12具有高的耐热性以及耐药品性的角度出发,优选透明导电膜12包括FTO。透明导电膜12也可以还包括玻璃粉。透明导电膜12的厚度例如只要处于0.01~2μm的范围即可。
另外,透明导电膜12中的透明导电膜12D的连接部12g的电阻值没有特别限制,优选为由下述公式(1)表示的电阻值以下。
电阻值=串联连接的DSC50的数量×120Ω (1)
该情况下,与连接部12g的电阻值超过由上述公式(1)表示的电阻值的情况相比,能够充分抑制DSC模块100的性能降低。在本实施方式中,由于DSC50的数量为4,所以由上述公式(1)表示的电阻值为480Ω,因此优选连接部12g的电阻值为480Ω以下。
氧化物半导体层13由氧化物半导体粒子构成。氧化物半导体粒子例如由氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In3O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铊(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铝(Al2O3)构成或者由这些中的2种以上构成。
氧化物半导体层13通常由用于吸收光的吸收层构成,但也可以由吸收层和使透过了吸收层的光反射而返回到吸收层的反射层构成。
氧化物半导体层13的厚度例如只要为0.5~50μm即可。
(集电体)
作为集电体19的连接端子16以及集电布线17包括金属材料。作为金属材料,例如可列举银、铜以及铟等。可以单独使用上述材料或者将2种以上进行组合来使用。
另外,连接端子16既可以由与导电件60P相同的材料构成,也可以由不同的材料构成,优选由相同的材料构成。
该情况下,由于连接端子16以及导电件60P由相同的材料构成,所以能够使连接端子16与导电件60P的密接性更充分提高。因此,能够使DSC模块100中的连接可靠性进一步提高。
在连接端子16中,只要导电件非连接部16B的宽度比导电件连接部16A的宽度窄,则没有特别限制,但优选是导电件连接部16A的宽度的1/2以下。
该情况下,与导电件非连接部16B的宽度超过导电件连接部16A的宽度的1/2的情况相比,能够使DSC模块100中的连接可靠性进一步提高。
导电件连接部16A的宽度没有特别限制,但优选为0.5~5mm,更优选为0.8~2mm。
(外部连接部)
外部连接部18包括金属材料。作为金属材料,例如可列举银、铜以及铟等。可以单独使用上述金属材料或者将2种以上进行组合来使用。
(连结部)
构成连结部14的材料只要能够使粘接部91与透明导电膜12粘接,则没有特别限制,作为构成连结部14的材料,例如能够使用玻璃粉、与密封部31A所使用的树脂材料相同的树脂材料等。其中,优选连结部14为玻璃粉。由于玻璃粉与树脂材料相比具有高的密封能,所以能够有效地抑制水分等从背板80、粘接部91的外侧侵入。
(光敏化染料)
作为光敏化染料,例如可列举具有包括联吡啶构造、三联吡啶构造等在内的配体的钌配合物、或卟啉、曙红、罗丹明、部花青等有机染料。在屋内光等低照度环境下使用的情况下,由于屋内光等与太阳光不同,光的波长偏向短波长侧,所以优选使用具有包括能够高效吸收短波长的联吡啶构造的配体的钌配合物。
(对电极)
如上所述,对电极20具备:金属基板21、以及设于金属基板21中的工作电极10侧来促进对电极20的表面中的还原反应的导电性的催化剂层22。优选对电极20具有挠性。该情况下,即使产生从密封部30A内部朝向密封部30A生成的应力,对电极20由于具有挠性所以能够进行变形,由于对电极20能够吸收应力的一部分,所以也能够进一步抑制密封部30A的破坏、在第1密封部31A与对电极20之间产生剥离等情况。
金属基板21例如由钛、镍、铂、钼、钨、铝、不锈钢等耐腐蚀性的金属材料构成。金属基板21的厚度根据DSC模块100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如只要为0.005~0.1mm即可。
催化剂层22由铂、碳系材料或者导电性高分子等构成。这里,作为碳系材料,优选使用碳纳米管。
(密封部)
密封部30A由第1密封部31A、以及第2密封部32A构成。
作为构成第1密封部31A的材料,例如可列举包括离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯醇聚合物等树脂。第1密封部31A也可以含有玻璃、金属等无机材料。
第1密封部31A的厚度通常为40~90μm,优选为60~80μm。
优选对电极20与分隔部31b的粘接部的宽度P为对电极20与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q的25%以上且小于100%。该情况下,与粘接部的宽度P小于粘接部的宽度Q的25%的情况相比,能够具有更优良的耐久性。更优选粘接部的宽度P为粘接部的宽度Q的30%以上,进一步优选为40%以上。
在DSC模块100中,优选第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R为第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%以上且小于200%,更优选为120~180%。
该情况下,能够使大的开口率和优良的耐久性平衡。
作为构成第2密封部32A的材料,与第1密封部31A相同,例如可列举包括离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物,乙烯-乙烯酯共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯醇聚合物等的树脂。第2密封部32A也可以具有玻璃或者金属等无机材料。
优选第2密封部32A由与第1密封部31A相同的材料构成。该情况下,由于第1密封部31A和第2密封部32A稳固粘接,能够消除第1密封部31A与第2密封部32A的界面,所以能够防止电解质从界面泄漏、或者水分从外部侵入。
第2密封部32A中的主体部32e的厚度通常为20~40μm,优选为30~40μm。另一方面,突出部32d的厚度只要比主体部32e厚即可,通常为40~150μm,优选为50~120μm。另外,优选突出部32d的厚度与主体部32e的厚度之差为20~100μm。
(绝缘件)
作为构成无机绝缘件33的材料,可列举玻璃粉等。无机绝缘件33的厚度通常为10~100μm,优选为15~50μm。
(电解质)
电解质40例如包括I-/I3 -等氧化还原对和有机溶剂。作为有机溶剂,能够使用乙腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、戊腈(valeronitrile)、三甲基乙腈、戊二腈、甲基丙烯腈、异丁腈、苯乙腈、丙烯腈、丁二腈、乙二腈、戊腈(pentane nitrile)、己二腈等。作为氧化还原对,除了I-/I3 -以外,例如还可列举溴/溴化物离子、锌配合物、铁配合物、钴配合物等氧化还原电对。另外,对于电解质40而言,也可以代替有机溶剂而使用离子液体。作为离子液体,例如可使用吡啶鎓盐、咪唑鎓盐、三唑鎓盐等已知的碘盐且在室温附近处于熔融状态的常温熔融盐。作为这种常温熔融盐,例如优选使用1-己基-3-甲基咪唑鎓碘化物、1-乙基-3-丙基咪唑碘化物、二甲基咪唑鎓碘化物、乙基甲基咪唑鎓碘化物、二甲基丙基咪唑鎓碘化物、丁基甲基咪唑鎓碘化物或者甲基丙基咪唑鎓碘化物。
另外,对于电解质40而言,也可以代替上述有机溶剂,而使用上述离子液体与上述有机溶剂的混合物。
另外,能够对电解质40添加添加剂。作为添加剂,可列举LiI、I2、4-t-叔丁基吡啶、硫氰酸胍、1-甲基苯并咪唑、1-丁基苯并咪唑等。
并且,作为电解质40,可以使用向上述电解质中混匀了SiO2、TiO2、碳纳米管等纳米粒子而变成凝胶样的作为准固态电解质的纳米复合凝胶电解质,另外,也可以使用聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯衍生物、氨基酸衍生物等有机系凝胶化剂凝胶化而成的电解质。
其中,电解质40包括由I-/I3 -构成的氧化还原对,优选I3 -的浓度是0.006mol/升以下,更优选为0~6×10-6mol/升,进一步优选为0~6×10-8mol/升。该情况下,由于运送电子的I3 -的浓度较低,所以能够进一步减少漏电流。特别是在低照度用染料敏化太阳能电池中,由于产生电流少,所以即使降低运送电子的I3 -的浓度,对电极20与电解质40之间以及电解质40与染料之间的内部电阻也不上升,通过降低I3 -的浓度,能够进一步减少泄漏电流。因此,由于能够进一步增加开路电压,所以能够使光电转换特性进一步提高。
(导电件)
作为导电件60P、60Q,例如可使用金属膜。作为构成金属膜的金属材料,例如能够使用银或者铜等。
(背板)
如上所述,背板80包括:含有耐候性层以及金属层的主体部、和设于主体部的DSC50侧的面并与透明导电性基板15粘接的粘接层。
耐候性层例如只要由聚对苯二甲酸乙二酯或者聚对苯二甲酸丁二醇酯构成即可。
耐候性层的厚度例如只要为50~300μm即可。
金属层例如只要由包括铝的金属材料构成即可。金属材料通常由铝单体构成,但也可以是铝和其他金属的合金。作为其他金属,例如可列举铜、锰、锌、镁、铅、以及铋。具体而言,优选为对98%以上的纯铝微量添加了其他金属而成的1000系铝。这是由于该1000系铝与其他铝合金相比,廉价且加工性优良。
金属层的厚度没有特别限制,例如只要为12~30μm即可。
主体部可以还包括树脂层。作为构成树脂层的材料,例如可列举丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性树脂等。能够单独使用上述材料或者将2种以上组合来使用。树脂层既可以形成于金属层中的与耐候性层相反侧的整个表面,也可以仅形成于周缘部。
作为构成粘接层的材料,例如可列举丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性树脂等。能够单独使用上述材料或者将2种以上进行组合来使用。
粘接层的厚度例如只要为300~1000μm即可。
粘接部91的厚度只要能够使第1距离H1比第2距离H2大即可,没有特别限制,例如为100~1000μm的范围。
优选第1距离H1相对于第2距离H2之比(H1/H2)为1.1~15。该情况下,与该比偏离上述范围的情况相比,由于DSC50难以从外部受到力,所以DSC50难以被破坏。
接下来,参照图3、图7以及图8来对DSC模块100的制造方法进行说明。图8是表示用于形成图4的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的俯视图。
首先,准备在一个透明基板11上形成透明导电膜而成的层叠体。
作为透明导电膜的形成方法,可使用溅射法、蒸镀法、喷雾热分解法(SPD:SprayPyrolysisDeposition)或者CVD法等。
接下来,如图3所示,针对透明导电膜形成槽90,并形成相互夹着槽90以绝缘状态配置的透明导电膜12A~12F。具体而言,与DSC50A~50D对应的4个透明导电膜12A~12D形成为具有四边形状的主体部12a以及延伸突出部12c。此时,与DSC50A~50C对应的透明导电膜12A~12C形成为延伸突出部12c不仅具有伸出部12d,还具有从伸出部12d延伸并与相邻的DSC50的主体部12a对置的对置部12e。另外,透明导电膜12D形成为不仅具有四边形状的主体部12a以及伸出部12d,还具有第1电流取出部12f、和将第1电流取出部12f与主体部12a连接的连接部12g。此时,第1电流取出部12f形成为相对于透明导电膜12A被配置在与透明导电膜12B相反侧。并且,透明导电膜12E形成为形成有第2电流取出部12h。此时,第2电流取出部12h形成为相对于透明导电膜12A被配置在与透明导电膜12B相反侧,并且,隔着槽90被配置在第1电流取出部12f的相邻位置。
槽90例如能够通过将YAG激光或者CO2激光等使用为光源的激光划线法而形成。
这样,可得到通过在透明基板11上形成透明导电膜12而成的透明导电性基板15。
接下来,在透明导电膜12A~12C中的延伸突出部12c上形成由导电件连接部16A和导电件非连接部16B构成的连接端子16的前体。具体而言,连接端子16的前体形成为导电件连接部16A设置在对置部12e上。另外,在透明导电膜12E也形成连接端子16的前体。另外,导电件非连接部16B的前体形成为比导电件连接部16A的宽度窄。连接端子16的前体例如能够通过涂覆银糊剂并使其干燥而形成。
并且,在透明导电膜12D的连接部12g上形成集电布线17的前体。集电布线17的前体能够通过例如涂覆银糊剂并使其干燥而形成。
另外,在透明导电膜12A的第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别形成用于向外部取出电流的外部连接部18a、18b的前体。外部连接端子的前体例如能够通过涂覆银糊剂并使其干燥来形成。
并且,在透明导电膜12A~12D各自的主体部12a上形成氧化物半导体层13的前体。氧化物半导体层13的前体通过在印刷包括氧化物半导体粒子的多孔质氧化物半导体层形成用糊剂之后使其干燥而形成。
氧化物半导体层形成用糊剂除了氧化物半导体粒子之外,还包括聚乙二醇等树脂以及松油醇等溶剂。
作为氧化物半导体层形成用糊剂的印刷方法,例如能够使用丝网印刷法、刮刀法、或者棒涂法等。
并且,在形成第1一体化密封部31的区域,以进入沿主体部12a的边缘部形成的第1槽90A并且还覆盖主体部12a的边缘部的方式,形成无机绝缘件33的前体。无机绝缘件33例如能够通过涂覆包括玻璃粉的糊剂并使其干燥而形成。
另外,为了固定背板80,与无机绝缘件33同样地在形成粘接部91的区域,以包围无机绝缘件33的方式并且以通过透明导电膜12D、透明导电膜12E、透明导电膜12F的方式,形成环状的连结部14的前体。
最后,统一对连接端子16的前体、集电布线17的前体、外部连接部18的前体、无机绝缘件33的前体、连结部14的前体、氧化物半导体层13的前体进行烧成,形成连接端子16、集电布线17、外部连接部18、无机绝缘件33、连结部14、以及氧化物半导体层13。
此时,烧成温度因氧化物半导体粒子、玻璃粉的种类而不同,通常为350~600℃,烧成时间也因氧化物半导体粒子、玻璃粉的种类而不同,通常为1~5小时。
这样,可得到形成了用于将无机绝缘件33和背板80固定的连结部14的工作电极10。
接下来,使光敏化染料担载于工作电极10的氧化物半导体层13。为此,只要将工作电极10浸泡于含有光敏化染料的溶液之中,在使该光敏化染料吸附于氧化物半导体层13之后利用上述溶液的溶剂成分洗掉多余的光敏化染料,并使其干燥,由此使光敏化染料吸附于氧化物半导体层13即可。不过,在将含有光敏化染料的溶液涂覆于氧化物半导体层13之后,通过使其干燥而使光敏化染料吸附于氧化物半导体层13,也能够使光敏化染料担载于氧化物半导体层13。
接下来,在氧化物半导体层13上配置电解质40。
接下来,如图8所示,准备用于形成第1一体化密封部31的第1一体化密封部形成体131。准备一张由构成第1一体化密封部31的材料形成的密封用树脂膜,通过在该密封用树脂膜形成与DSC50的数量对应的四边形状的开口131a,能够得到第1一体化密封部形成体131。第1一体化密封部形成体131具有使多个第1密封部形成体131A一体化而成的构造。
然后,使该第1一体化密封部形成体131粘接到工作电极10上。此时,第1一体化密封部形成体131以与无机绝缘件33重叠的方式粘接于工作电极10。第1一体化密封部形成体131向工作电极10的粘接可通过使第1一体化密封部形成体131加热熔融来进行。另外,第1一体化密封部形成体131以透明导电膜12的主体部12a被配置于第1一体化密封部形成体131的内侧的方式粘接于工作电极10。
另一方面,准备与DSC50的数量相同数量的对电极20。
通过在金属基板21上形成促进对电极20的表面中的还原反应的导电性的催化剂层22,能够得到对电极20。
接下来,准备另一个上述的第1一体化密封部形成体131。然后,以塞住第1一体化密封部形成体131的各开口131a的方式贴合多个对电极20的每一个。
接下来,使粘接于对电极20的第1一体化密封部形成体131与粘接于工作电极10的第1一体化密封部形成体131重合,一边对第1一体化密封部形成体131进行加压一边使其加热熔融。这样,在工作电极10与对电极20之间形成第1一体化密封部31。此时,以对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘接部的宽度P比对电极20中的透明导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q窄的方式,形成第1一体化密封部31。另外,以第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R为第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%以上且小于200%的方式,形成第1一体化密封部31。第1一体化密封部31的形成可以在大气压下进行,也可以在减压下进行,优选在减压下进行。
接下来,准备第2一体化密封部32(参照图5)。第2一体化密封部32具有使多个第2密封部32A一体化而成的构造。准备1张密封用树脂膜,通过在该密封用树脂膜形成与DSC50的数量对应的四边形状的内侧开口32c,可得到第2一体化密封部32。第2一体化密封部32以与第1一体化密封部31一起夹持对电极20的边缘部20a的方式贴合于对电极20。第2一体化密封部32向对电极20的粘接能够通过使第2一体化密封部32加热熔融来进行。
对突出部32d而言,在将第2一体化密封部32加热熔融时,为了传递热量而预先对与第2一体化密封部32抵靠的热夹具设置凹凸,在想要形成突出部32d的部分,能够通过抵靠凹部来形成突出部。
作为密封用树脂膜,例如可列举包括离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯醇聚合物等树脂。优选用于形成第2一体化密封部32的密封用树脂膜的构成材料是与用于形成第1一体化密封部31的密封用树脂膜的构成材料相同的材料。该情况下,由于第1密封部31A和第2密封部32A稳固粘接,能够消除第1密封部31A和第2密封部32A的界面,所以可防止电解质从界面泄漏或者水分从外部侵入。
接下来,在第2密封部32A的分隔部32b固定旁路二极管70A、70B、70C。另外,在DSC50D的密封部30A上也固定旁路二极管70D。
然后,以通过旁路二极管70A~70D的方式将导电件60Q固定于DSC50B~50C的对电极20的金属基板21。并且,以将旁路二极管70A、70B间、旁路二极管70B、70C间、旁路二极管70C、70D间的各导电件60Q、透明导电膜12A上的导电件连接部16A、透明导电膜12B上的导电件连接部16A、透明导电膜12C上的导电件连接部16A分别连接的方式形成导电件60P。另外,以将透明导电膜12E上的导电件连接部16A和旁路二极管70A连接的方式,在DSC50A的对电极20的金属基板21固定导电件60P。并且,利用导电件60P将透明导电膜12D和旁路二极管70A连接。
此时,对于导电件60P而言,准备包括构成导电件60P的金属材料的糊剂,在从对电极20到相邻的DSC50的连接端子16的导电件连接部16A的范围涂覆该糊剂,并使其固化。对于导电件60Q而言,准备包括构成导电件60Q的金属材料的糊剂,在各对电极20上以连结相邻的旁路二极管的方式涂覆该糊剂,并使其固化。此时,作为上述糊剂,从避免对光敏化染料的不良影响的观点出发,优选使用能够以90℃以下的温度使其固化的低温固化型的糊剂。
最后,准备背板80。然后,使该背板80的周缘部80a经由粘接部91与连结部14的环状区域14a粘接。此时,以粘接部91与DSC50的密封部30A分离的方式并且以背板80与对电极20分离的方式,使背板80的周缘部80a经由粘接部91与连结部14的环状区域14a粘接。另外,此时,粘接部91的厚度被调整为能够使第1距离H1比第2距离H2大。
通过以上的步骤,得到DSC模块100。
此外,在上述的说明中,为了形成连接端子16、集电布线17、外部连接部18、无机绝缘件33、连结部14、以及氧化物半导体层13,使用了统一对连接端子16的前体、集电布线17的前体、外部连接部18的前体、无机绝缘件33的前体、连结部14的前体、氧化物半导体层13的前体进行烧成的方法,但也可以通过分别独立地烧成前体来形成连接端子16、集电布线17、外部连接部18、无机绝缘件33、连结部14、以及氧化物半导体层13。
本发明并不限定于上述实施方式。例如在上述实施方式中,对于第1密封部31A而言,相邻的第1密封部31A彼此被一体化而构成了第1一体化密封部31,但相邻的第1密封部31A彼此也可以不一体化。同样,第2密封部32A彼此在相邻的对电极20之间一体化而构成了第2一体化密封部32,但第2密封部32A彼此也可以不一体化。
另外,在上述实施方式中,突出部32d被设于电解质40的上方的区域,但也可以设于第1密封部31A的上方的区域。该情况下,也能够利用突出部32d来抑制因内压的变化、外力而施加于密封部30A的应力。
另外,在上述实施方式中,如图5所示,突出部32d遍及环状部32a的整周设置,但也可以不遍及整周设置。该情况下,优选在DSC50如上述实施方式那样为长方形的情况下,突出部32d被设置在至少与长边对应的位置。在DSC50为长方形的情况下,由于与短边相比应力通过长边施加,所以通过设置在与长边对应的位置的第2密封部32A具有突出部32d,能够充分缓和应力。
并且,在上述实施方式中,DSC模块100的第2一体化密封部32具有突出部32d,但也可以如图9所示的DSC模块200那样,第2一体化密封部32不具有突出部32d。即,第2一体化密封部32也可以仅由主体部32e构成(参照图10~图12)。
另外,在DSC模块200中,对电极20和背板80未通过粘接件连接,但也可以如图13所示的DSC模块300那样,对电极20和背板80通过粘接件98连接。
根据DSC模块300,由于对电极20和背板80通过粘接件98连接,所以背板80接近对电极20的情况被粘接件98充分抑制。因此,能够更加充分地防止DSC50彼此间的短路的发生。另外,由于背板80和对电极20通过粘接件98连接,所以在由背板80、DSC50、以及粘接部91形成的空间发生了热膨胀或者热收缩的情况下,施加于背板80的应力不仅施加于背板80和粘接部91之间的界面,还施加于背板80和粘接件98的界面。即,应力集中于背板80和粘接部91之间的界面的情况被充分抑制。结果,施加于背板80与粘接部91的界面的应力被充分降低,背板80从粘接部91剥离的情况被充分抑制。因此,DSC模块300能够具有更优良的耐久性。
粘接件98只要能够使对电极20和背板80粘接即可,没有特别限制。作为这种粘接件98,例如可列举丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅树脂、丁腈橡胶、硝化纤维、苯酚树脂、天然橡胶、胶以及漆等。
另外,DSC模块200还不具有粘接于对电极20中的背板80侧的面20b的干燥剂,但也可以如图14所示的DSC模块400那样,在对电极20中的背板80侧的面20b设置有经由粘接件398粘接的干燥剂95。即,干燥剂95也可以设于对电极20与背板80之间。
根据DSC模块400,由于侵入到由背板80、DSC50以及粘接部91形成的空间的水分被干燥剂95吸收,所以能够充分降低通过密封部30A侵入到电解质40的水分。因此,DSC模块400能够具有更优良的耐久性。另外,由于干燥剂95设置于对电极20与背板80之间,所以也不会遮挡入射光。
干燥剂95可以是片状,也可以是粒状。干燥剂95例如只要是吸收水分的物质即可,作为干燥剂95,例如可列举硅胶、氧化铝、沸石等。
在干燥剂95是片状的情况下,干燥剂95的厚度没有特别限制,但优选为0.1~5mm。该情况下,与干燥剂95的厚度偏离上述范围的情况相比,能够更充分地吸收水分,即使在背板80沿各DSC50的背面形状粘贴的情况下,也能够更充分地抑制背板80破裂的情况。
粘接件398只要能够使对电极20和干燥剂95粘接即可,没有特别限制。作为这种粘接件398,例如可列举丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅树脂、丁腈橡胶、硝化纤维、苯酚树脂、天然橡胶、胶以及漆等。
另外,在DSC模块200中,干燥剂95和背板80未被连接,但也可以如图15所示的DSC模块500那样,干燥剂95和背板80通过粘接件399连接。
根据DSC模块500,与干燥剂95和对电极20通过粘接件398连接,并且干燥剂95和背板80未通过粘接件399连接的情况相比,能够更充分地抑制干燥剂95相对于各DSC50的位置偏移、干燥剂95从各DSC50的剥离。因此,对侵入到由背板80、DSC50、以及粘接部91形成的空间的水分进行吸收的效果难以变动。结果,DSC模块500能够稳定地具有更优良的耐久性。
粘接件399只要能够使干燥剂95和背板80粘接即可,没有特别限制。作为这种粘接件399,例如能够使用丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、硅树脂、丁腈橡胶、硝化纤维、苯酚树脂、天然橡胶、胶以及漆等。其中,在上述实施方式中,优选脱氧剂设置于背板80与透明导电性基板15之间。该情况下,氧被脱氧剂充分吸收。因此,暴露于粘接部91的氧的量被充分降低。结果,粘接部91的劣化被充分抑制,能够延长粘接部91的寿命。换言之,能够对于DSC模块300~500赋予更优良的耐久性。
脱氧剂只要配置于背板80与透明导电性基板15之间的任何位置即可,但优选设置在背板80内面上。另外,优选在使用脱氧剂的情况下,也使用干燥剂95。
上述脱氧剂只要是能够吸收氧的材料即可,没有特别限定。例如作为脱氧剂,例如可列举碳酸铁、氯化钠以及活性炭。能够分别单独使用上述的材料或者将2种以上进行组合来使用。
另外,在上述实施方式中,第2密封部32A被设置在第1密封部31A上,但只要与第1密封部31A粘接,则既可以覆盖第1密封部31A的侧面,与无机绝缘件33粘接,也可以还覆盖无机绝缘件33的侧面,与透明导电性基板15粘接。
另外,在上述实施方式中,第1距离H1比第2距离H2大。从解决上述第2课题的观点出发需要如此,但从解决上述第1课题这一观点出发,并不一定需要。即,第1距离H1也可以为第2距离H2以下。
另外,在DSC模块100中,在DSC50的对电极20与背板80之间未设置干燥剂95,但也可以如图16所示的DSC模块600那样,在DSC50的对电极20与背板80之间以与对电极20接触的方式设置干燥剂95。该情况下,干燥剂95只要设置在全部DSC50中的至少一个DSC50的对电极20与背板80之间即可,但优选在全部DSC50的对电极20与背板80之间设置干燥剂95。
具体而言,干燥剂95以向背板80侧突出的方式设置在对电极20中的与工作电极10相反侧的面上、即背板80侧的面上。另外,在对电极20中的干燥剂95与对电极20的界面20b的外侧区域20c和背板80之间,以与外侧区域20c以及干燥剂95接触的方式形成有第1空间96。这里,界面20b比对电极20中的背板80侧、即与透明导电性基板15相反侧的面的面积小。并且,在本实施方式中,第1空间96形成于干燥剂95与第2密封部32A之间。因此,从背板80的外侧通过背板80侵入到DSC50侧的水分容易集中在该第1空间96。这里,由于第1空间96形成为与干燥剂95接触,所以集中在第1空间96的水分被干燥剂95吸收。结果,由于第1空间96中的水分浓度总是变低,所以水分容易集中在第1空间96。另外,第1空间96形成为与对电极20的外侧区域20c接触,对电极20通常与密封部30A相比,难以透过水分。因此,能充分抑制水分侵入到DSC50的电解质40的情况。结果,DSC模块100能够具有优良的耐久性。
另外,在密封部30A与背板80之间形成有第2空间97,该第2空间97与第1空间96连通。该情况下,存在水分从背板80的外侧通过背板80侵入到第2空间97的情况。由于第2空间97形成于背板80与密封部30A之间,所以若水分侵入到第2空间97,则在通常的情况下,容易通过密封部30A而侵入到电解质40。对于该点,在DSC模块100中,第2空间97与第1空间96连通。并且,由于集中在第1空间96的水分被干燥剂95吸收,所以在第1空间96中水分浓度总是为低的状态。因此,集中在第2空间97的水分容易向第1空间96扩散。因此,能充分抑制集中在第2空间97的水分通过密封部30A侵入到电解质40中的情况。
并且,在各DSC50中,干燥剂95被固定于对电极20。该情况下,由于干燥剂95被固定于对电极20,所以干燥剂95相对于对电极20的位置偏移难以发生。因此,能够稳定地具有优良的耐久性。
另外,在DSC模块600中,仅在对电极20上设置有干燥剂95,但也可以如图17所示的DSC模块700那样,以跨越相邻的2个DSC50的对电极20的方式设置有其它的干燥剂701。
若相邻的2个DSC50的对电极20彼此相互分离,则相邻的2个DSC50的密封部30A容易暴露于水分中。对于该点,若在相邻的2个DSC50的对电极20彼此相互分离的情况下,以跨越相邻的2个DSC50的对电极20的方式还设置有其它的干燥剂701,则由于水分被其它的干燥剂701充分吸收,所以密封部30A难以暴露于水分中。结果,能充分抑制水分通过密封部30A而侵入到电解质40中的情况。因此,该DSC模块700能够具有优良的耐久性。
干燥剂701的材质以及厚度与干燥剂95相同。
并且,在DSC模块600、700中,在各DSC50中,干燥剂95被固定于对电极20,但干燥剂95只要配置于对电极20上即可,不一定必须固定。
此外,在DSC模块600中,各DSC50的干燥剂95相互分离地配置,但也可以使这些干燥剂95相互结合来作为一个干燥剂。
并且,在DSC模块600、700中,背板80与干燥剂95分离,但背板80也可以与干燥剂95以及干燥剂201接触。该情况下,由于干燥剂95也相对于对电极20被设置成向背板80侧突出,所以能够在对电极20的外侧区域20c与背板80之间形成第1空间96。
另外,在上述实施方式中,作为集电体19,设置有连接端子16以及集电布线17双方,但只要设置任意一方即可。另外,如果设置有其他构成集电体19的部件,则也可以不设置连接端子16以及集电布线17双方。例如,在如图18所示的DSC模块800那样,使作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折返,并以相互相邻的方式配置了DSC50A和DSC50D的情况下,透明导电膜12D与DSC模块100不同,无需在主体部12a与第1电流取出部12f之间设置连接部12g,也无需设置集电布线17。
另外,在上述实施方式中,集电体19未设置于相邻的2个DSC50之间,但也可以在相邻的2个DSC50之间设有集电体19。
另外,在上述实施方式中,集电体19被设于粘接部91的内周面91b的内侧,但也可以不设置于粘接部91的内周面91b的内侧。即,由于集电体19只要设置于粘接部91的外周面91a的内侧即可,所以集电体19也可以设置于粘接部91与透明导电膜12之间。
另外,在上述实施方式中,与粘接部91和透明导电性基板15的连结部14交叉的第2槽90B不被无机绝缘件33覆盖,但优选如图19所示的DSC模块900那样,第2槽90B被无机绝缘件33覆盖。其中,在图19中,省略了背板80。如图19所示,若第2槽90B与连结部14交叉,则水分能够通过该第2槽90B侵入到由背板80、DSC50以及粘接部91形成的空间。该情况下,通过无机绝缘件33进入第2槽90B,并且无机绝缘件33还覆盖透明导电膜12中的除了主体部12a之外的部分的边缘部,能够充分抑制水分从背板80、粘接部91的外侧朝向内侧侵入。因此,可充分抑制侵入至由背板80、DSC50以及粘接部91形成的空间的水分通过密封部30A进入到密封部30A的内侧。因此,能够充分抑制DSC模块900的耐久性降低。
并且,在上述实施方式中,第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h被配置于DSC50A侧的周围,但也可以如图20所示的DSC模块1000那样,第1电流取出部12f以及第2电流取出部12h被配置于DSC50D侧的周围。该情况下,第1电流取出部12f被设置成相对于透明导电膜12D的主体部12a在与DSC50C相反侧突出至密封部30A的外侧。另一方面,第2电流取出部12h相对于透明导电膜12D的主体部12a被设置在与DSC50C相反侧。另外,作为第2连接部的连接部12i沿着透明导电膜12A~12D延伸,该连接部12i将第2电流取出部12f和DSC50A的对电极20的金属基板21连接。具体而言,在连接部12i上沿着连接部12i设置有集电布线1017,该集电布线1017与从旁路二极管70A延伸的导电件60P连接。根据该DSC模块1000,也能够在具有优良的光电转换特性的同时实现节省空间化。其中,该情况下,与上述实施方式相同的点在于,优选连接部12i的电阻值为由下述公式(1)表示的电阻值以下。
电阻值=串联连接的DSC50的数量×120Ω (1)
另外,在上述实施方式中,设置有外部连接部18,但也可以不设置外部连接部18。
并且,在上述实施方式中,如图21所示,优选在第1密封部31A与无机绝缘件33之间的一部分、以及无机绝缘件33与透明导电性基板15之间的一部分设有多孔无机部34。这里,多孔无机部34具有:设置于第1密封部31A与无机绝缘件33之间的第1多孔无机部34A、和设置于无机绝缘件33与透明导电性基板15之间的一部分的第2多孔无机部34B。第1多孔无机部34A内包于第1密封部31A和无机绝缘件33。另一方面,第2多孔无机部34B内包于无机绝缘件33和透明导电性基板15。具体如图22所示,第1多孔无机部34A、以及第2多孔无机部34B分别具有多数的无机粒子34a,多数的无机粒子34a的粒子重叠而被三维层叠,通过在无机粒子34a的粒子间形成空隙而成为多孔质。无机粒子34a彼此可以相互连接也可以不连接。另外,周围的材料不进入到多孔无机部34的多孔质的内部。另外,在俯视DSC模块100的情况下,多孔无机部34呈点状存在,未如第1密封部31A、无机绝缘件33那样以包围氧化物半导体层13的整周的方式设置(未图示)。
该情况下,在DSC模块100中,在第1密封部30A与无机绝缘件33之间的一部分、以及无机绝缘件33与透明导电性基板15之间的一部分设置有多孔无机部34。因热膨胀率的不同,潜在会对第1密封部30A与无机绝缘件33之间、以及无机绝缘件33与透明导电性基板15之间施加内部应力,但通过设置多孔无机部34,使得多孔无机部34的周围的材料容易流动,能够缓和会潜在施加的内部应力。因此,DSC模块100能够具有更优良的耐久性。
作为构成多孔无机部34的无机粒子34a的材料,可列举氧化物半导体、玻璃粉、以及金属等。作为这样的氧化物半导体的粒子,例如优选使用氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In3O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铊(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铝(Al2O3)或者其中2种以上的氧化物。
多孔无机部34的厚度通常为0.5~20μm,优选为2~10μm。多孔无机部34的宽度通常为1~50μm。另外,作为构成多孔无机部34的粒子的粒子径,通常为10~600nm,优选为20~400nm。该情况下,与小于10nm的情况相比,能够充分缓和内部应力。另一方面,与比600nm大的情况相比,能够充分抑制通过粒子的间隙发生电解质40的泄漏、水分的侵入的情况。
这里,第2多孔无机部34B能够如以下那样形成。即,能够通过在透明导电性基板15上并且在主体部12a的边缘部以点状形成第2多孔无机部34B的前体,并对该前体进行烧成而形成。通过在印刷了例如包括无机粒子的多孔无机部层形成用糊剂之后使其干燥,能够形成第2多孔无机部34B的前体。
多孔无机部形成用糊剂除了无机粒子以外,还包括聚乙烯乙二醇等树脂、以及松油醇等溶剂。
作为多孔无机部形成用糊剂的印刷方法,例如能够使用丝网印刷法、刮刀法、或者棒涂法等。
并且,以覆盖第2多孔无机部34B的前体并进入沿主体部12a的边缘部形成的第1槽90A且还覆盖主体部12a的边缘部的方式,形成无机绝缘件33的前体。能够通过涂覆例如包括玻璃粉的糊剂并使其干燥来形成无机绝缘件33。
第1多孔无机部34A也能够与第2多孔无机部34B同样地形成。
此外,多孔无机部34也可以仅由第1多孔无机部34A和第2多孔无机部34B中的任意一方构成。
另外,在上述实施方式中,对电极20具有金属基板21,但也可以代替金属基板21而使用绝缘性基板和设置于该绝缘性基板的电解质侧的导电层。作为绝缘性基板的材料,能够使用与透明基板11相同的材料。另外,作为导电层的材料,能够使用与透明导电膜12相同的材料。该情况下,通过使对电极20延伸突出到连接端子16的上部,使对电极20的导电层和连接端子16经由导电件60P连接,能够将多个DSC50串联连接。
另外,在上述实施方式中,槽90具有第2槽90B,但也可以不必形成第2槽90B。
另外,在上述实施方式中,氧化物半导体层13形成在透明导电性基板15上,但也可以形成在金属基板21上。该情况下,金属基板21不具有催化剂层22,只要在透明导电性基板15上形成催化剂层22即可。
另外,在上述实施方式中,连接端子16的导电件连接部16A以及导电件非连接部16B的宽度被设为一定,但导电件连接部16A以及导电件非连接部16B的宽度也可以分别沿连接端子16的延伸方向发生变化。例如也可以使宽度从导电件非连接部16B中的距离导电件连接部16A最远一侧的端部朝向最近一侧的端部单调增加,使宽度从导电件连接部16A中的导电件非连接部16B侧的端部朝向距离导电件非连接部16B最远一侧的端部单调增加。
另外,在上述实施方式中,导电件连接部16A以及导电件非连接部16B分别沿密封部30A设置,但这些连接部也可以形成为沿远离密封部30A的方向延伸。其中,该情况下,优选导电件连接部16A被配置在比导电件非连接部16B靠近密封部30A的位置。该情况下,能够将导电件60P进一步缩短。
或者,在形成于透明导电膜12A~12C上的连接端子16中,导电件非连接部16B也可以以与导电件连接部16A正交的方式配置。
另外,导电件连接部16A的宽度也可以为导电件非连接部16B的宽度以下。
另外,在上述实施方式中,第2密封部32A粘接于第1密封部31A,但第2密封部32A也可以不与第1密封部31A粘接。
并且,在上述实施方式中,密封部30A由第1密封部31A和第2密封部32A构成,但也可以省略第2密封部32A。
另外,在上述实施方式中,对电极20与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘接部的宽度P比对电极20与第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q窄,但粘接部的宽度P也可以为粘接部的宽度Q以上。
并且,在上述实施方式中,第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R为第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%以上并且小于200%,但分隔部31b的宽度R也可以小于第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%,还可以是200%以上。
另外,在上述实施方式中,粘接部91和透明导电膜12经由由玻璃粉构成的连结部14而粘接,但粘接部91和透明导电膜12也不必经由连结部14而粘接。
并且,在上述实施方式中,连结部14与无机绝缘件33分离,但优选它们均由玻璃粉构成并被一体化。该情况下,即使水分侵入到由背板80、DSC50以及粘接部91形成的空间中,也不存在连结部14与透明导电性基板15之间的界面、密封部30A与透明导电性基板15之间的界面。另外,无机绝缘件33、连结部14均由无机物构成,与树脂相比具有高的密封能。因此,能够充分抑制水分通过了连结部14与透明导电性基板15之间的界面、无机绝缘件33与透明导电性基板15之间的界面的侵入。
另外,在上述实施方式中,无机绝缘件33由无机物构成,但构成无机绝缘件33的材料只要具有比构成第1密封部30A的材料高的熔点即可。因此,作为这种材料,可列举玻璃粉。另外,也能够代替无机绝缘件33而使用有机绝缘件。作为这种有机绝缘件,例如可列举聚酰亚胺树脂等热固化性树脂以及热塑性树脂。其中,优选使用热固化性树脂。该情况下,即使密封部30A在高温时具有流动性,有机绝缘件与无机绝缘件同样,和由热塑性树脂构成的情况相比,在高温时也难以流动化。因此,能充分抑制透明导电性基板15与对电极20的接触,可充分抑制透明导电性基板15与对电极20之间的短路。
并且,在上述实施方式中,多个DSC50串联连接,但也可以并联连接。
另外,在上述实施方式中,DSC模块100具有多个DSC50,但也可以如图23所示的染料敏化太阳能电池元件1100那样,DSC50为一个。该情况下,背板80只要被设置为包围一个DSC50即可,该情况下,也优选集电体19被设置在密封部30A的外侧并且粘接部91的外周面91a的内侧的位置。
其中,图23所示的染料敏化太阳能电池元件1100省略了DSC50A~DSC50C,并且设在第2电流取出部12h上的连接端子16与DSC50D的对电极20的金属基板21经由导电件60P而电连接。另外,在染料敏化太阳能电池元件1100中,连接端子16仅由导电件连接部16A构成,该导电件连接部16A被配置于密封部30A与连结部14之间。即,导电件连接部16A不配置于DSC50D的透明导电膜12D中的与主体部12a的侧缘部12b对置的位置。因此,能够将氧化物半导体层13扩大至在第1实施方式的DSC模块100中配置有导电件连接部16A的部分的空间。该情况下,能够有效利用被浪费的空间,并且扩大发电面积。
另外,在上述实施方式中,DSC50的数量是4个,但在多个的情况下,并不局限于4个。在这样具有多个DSC50的情况下,与如图18所示,使DSC50A~50D的一部分在中途折返的情况相比,优选如图2所示,将DSC50沿一定方向排列。在这样将DSC50沿一定方向排列的情况下,作为DSC50的数量,能够选择偶数、奇数中的任一个,可自由决定DSC50的数量,能够提高设计的自由度。
另外,在上述实施方式中,对电极20构成了对置基板,但作为对置基板,也可以代替对电极20而使用绝缘性基板。该情况下,在绝缘性基板、密封部30A以及透明导电性基板15之间的空间中配置由氧化物半导体层、多孔质绝缘层以及对电极构成的构造体。构造体能够设置在透明导电性基板15中的对置基板侧的面上。构造体从透明导电性基板15侧开始依次由氧化物半导体层、多孔质绝缘层以及对电极构成。另外,在上述空间配置有电解质。电解质被浸渍到氧化物半导体层以及多孔质绝缘层的内部。这里,作为绝缘性基板,例如能够使用玻璃基板或者树脂膜等。另外,作为对电极,能够使用与上述实施方式的对电极20相同的材料。或者,对电极例如也可以由包括碳等的多孔质的单一层构成。多孔质绝缘层主要用于防止多孔质氧化物半导体层与对电极的物理接触,使电解质浸渍于内部。作为这种多孔质绝缘层,例如能够使用氧化物的烧成体。
实施例
以下,列举实施例来对本发明的内容进行更具体的说明,但本发明并不局限于下述的实施例。
(实施例1)
首先,准备层叠体,该层叠体通过在由玻璃构成的厚度为1mm的透明基板上形成厚度为1μm的由FTO构成的透明导电膜而成。接下来,如图3所示,利用CO2激光(Universalsystem公司制造的V-460)在透明导电膜12形成槽90,形成了透明导电膜12A~12F。此时,槽90的宽度为1mm。另外,透明导电膜12A~12C分别形成为具有4.6cm×2.0cm的四边形状的主体部、以及从主体部的单侧侧缘部突出的延伸突出部。另外,透明导电膜12D形成为具有4.6cm×2.1cm的四边形状的主体部、以及从主体部的单侧侧缘部突出的延伸突出部。另外,透明导电膜12A~12D中的3个透明导电膜12A~12C的延伸突出部12c由从主体部12a的单侧缘部12b伸出的伸出部12d、以及从伸出部12d延伸并与相邻的透明导电膜12的主体部12a对置的对置部12e构成。另外,透明导电膜12D的延伸突出部12c仅由从主体部12a的单侧缘部12b伸出的伸出部12d构成。此时,伸出部12d的伸出方向(与图2的X方向正交的方向)的长度为2.1mm,伸出部12d的宽度为9.8mm。另外,对置部12e的宽度为2.1mm,对置部12e的延伸方向的长度为9.8mm。
另外,透明导电膜12D形成为不仅具有主体部12a以及延伸突出部12c,还具有第1电流取出部12f、以及将第1电流取出部12f和主体部12a连接的连接部12g。透明导电膜12E形成为具有第2电流取出部12h。此时,连接部12g的宽度为1.3mm,长度为59mm。另外,在利用四端子法测定连接部12g的电阻值时,电阻值为100Ω。
接下来,在透明导电膜12A~12C中的延伸突出部12c上,形成了由导电件连接部16A和导电件非连接部16B构成的连接端子16的前体。具体而言,连接端子16的前体以导电件连接部16A的前体设置在对置部12e上并且导电件非连接部16B的前体设置在伸出部12d上的方式形成。此时,导电件非连接部16B的前体形成得比导电件连接部16A的宽度窄。通过丝网印刷涂覆银糊剂(福田金属箔粉工业公司制造的“GL-6000X16”)并使其干燥,由此形成了连接端子16的前体。
并且,在透明导电膜12D的连接部12g上形成了集电布线17的前体。通过丝网印刷涂覆银糊剂并使其干燥,由此形成了集电布线17的前体。
另外,在透明导电膜12A的第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别形成了用于向外部取出电流的外部连接部18a、18b的前体。通过丝网印刷涂覆银糊剂并使其干燥,由此形成了外部连接端子的前体。
并且,在透明导电膜12A~12D各自的主体部12a上形成了氧化物半导体层13的前体。通过丝网印刷涂覆3次包括二氧化钛的多孔质氧化物半导体层形成用糊剂(日挥触媒化成公司制造的“PST-21NR”)并使其干燥,然后进一步通过丝网印刷涂覆包括二氧化钛的多孔质氧化物半导体层形成用糊剂(日挥触媒化成公司制造的“PST-400C”),然后进行干燥,从而形成了氧化物半导体层13的前体。
另外,以进入第1槽90A并且覆盖形成第1槽90A的主体部12a的边缘部的方式形成了无机绝缘件33的前体。通过丝网印刷涂覆包括玻璃粉的糊剂并使其干燥,从而形成了无机绝缘件33。此时,被无机绝缘件33覆盖的透明导电膜的边缘部成为与槽90相距0.2mm的部分。
并且,为了固定背板80,与无机绝缘件33同样地以包围无机绝缘件33的方式且以通过透明导电膜12D、透明导电膜12E、透明导电膜12F的方式形成了由玻璃粉构成的环状的连结部14的前体。另外,此时连结部14的前体形成为在其内侧配置有集电布线17的前体。另外,连结部14形成为在其外侧配置第1电流取出部以及第2电流取出部。通过丝网印刷涂覆包括玻璃粉的糊剂并使其干燥,从而形成了连结部14。
接下来,将连接端子16的前体、集电布线17的前体、外部连接部18a、18b的前体、无机绝缘件33的前体、连结部14的前体、无机绝缘件33的前体、氧化物半导体层13的前体以500℃烧成15分钟,从而形成了连接端子16、集电布线17、外部连接部18a、18b、连结部14、无机绝缘件33以及氧化物半导体层13。此时,连接端子16中的导电件连接部的宽度为1.0mm,导电件非连接部的宽度为0.3mm。另外,导电件连接部的沿着延伸方向的长度为7.0mm,导电件非连接部的沿着延伸方向的长度为7.0mm。另外,集电布线17、外部连接部18a、18b、连结部14、以及氧化物半导体层13的尺寸分别如以下所述。
集电布线17:厚度4μm、宽度200μm、沿着图2的X方向的长度为79mm、沿着图2的与X方向正交的方向的长度为21mm
外部连接部18a、18b:厚度20μm、宽度2mm、长度7mm
连结部14:厚度(H1):50μm、宽度3mm
氧化物半导体层13:厚度13μm、图2的X方向的长度为17mm、图2的与X方向正交的方向的长度为42.1mm
接下来,使工作电极在包括0.2mM的由N719构成的光敏化染料且将乙腈与叔丁醇以1:1的体积比混合而成的混合溶剂为溶剂的染料溶液中浸泡一昼夜,然后取出并进行干燥,从而使光敏化染料担载于氧化物半导体层。
接下来,在氧化物半导体层上涂覆在由3-甲氧基丙腈构成的溶剂中由2M的己基甲基咪唑碘化物、0.3M的n-甲基苯并咪唑、以及0.1M的硫氰酸胍构成的电解质,并使其干燥,从而配置了电解质。
接下来,准备用于形成第1密封部的第1一体化密封部形成体。准备一张由8.0cm×4.6cm×50μm的马来酸酐改性聚乙烯(商品名:Bynel,DuPont公司制)构成的密封用树脂膜,在该密封用树脂膜形成4个四边形状的开口,从而得到第1一体化密封部形成体。此时,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式且以环状部的宽度为2mm、将环状部的内侧开口分隔的分隔部的宽度为2.6mm的方式,制造第1一体化密封部形成体。
然后,在使该第1一体化密封部形成体与工作电极上的无机绝缘件33重叠之后,通过使第1一体化密封部形成体加热熔融而将其粘接于工作电极上的无机绝缘件33。
接下来,准备了4个对电极。在4.6cm×1.9cm×40μm的钛箔上通过溅射法形成厚度为5nm的由铂构成的催化剂层,从而准备了4个对电极中的2个对电极。在4.6cm×2.0cm×40μm的钛箔上通过溅射法形成厚度为5nm的由铂构成的催化剂层,从而准备了4个对电极中的剩余2个对电极。另外,准备另一个上述第1一体化密封部形成体,并使该第1一体化密封部形成体与上述同样地粘接于对电极中的与工作电极对置的面。
然后,使粘接于工作电极的第1一体化密封部形成体、与粘接于对电极的第1一体化密封部形成体对置,并将第1一体化密封部形成体彼此重叠。然后,在该状态下,一边对第1一体化密封部形成体进行加压一边使第1一体化密封部形成体加热熔融。这样,在工作电极与对电极之间形成了第1密封部。此时,第1一体化密封部的分隔部与对电极中的透明导电性基板侧的面的粘接部的宽度P、第1一体化密封部中的环状部与对电极中的透明导电性基板侧的面的粘接部的宽度Q、第1一体化密封部的分隔部的宽度R、以及环状部的宽度T以及透明导电性基板15与对电极20的表面20b之间的距离H2分别如下所述。
P=1.0mm
Q=2.0mm
R=2.6mm
T=2.2mm
H2=0.08mm
接下来,准备第2一体化密封部。准备一张由8.0cm×4.6cm×50μm的马来酸酐改性聚乙烯(商品名:Bynel,DuPont社制)构成的密封用树脂膜,并在该密封用树脂膜形成4个四边形状的开口,从而得到第2一体化密封部。此时,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小并且环状部的宽度为2mm,分隔环状部的内侧开口的分隔部的宽度为2.6mm,与环状部以及分隔部的内侧开口侧连续设置的突出部的宽度为0.3mm的方式制造了第2一体化密封部。第2一体化密封部以与第1一体化密封部一起夹持对电极的边缘部的方式贴合于对电极。此时,对与第2一体化密封部相同形状的由黄铜制的框状部件构成的热夹具进行加热,并按压于第2一体化密封部,使第1一体化密封部以及第2一体化密封部加热熔融,由此将其贴合于对电极以及第1一体化密封部。
接下来,在各对电极的金属基板上,利用由双面胶带构成的粘接件粘贴干燥剂片材。干燥剂片材的尺寸为厚度1mm×纵3cm×横1cm,作为干燥剂片材,使用Zeoshito(商品名,品川化成社制)。此时,干燥剂以与第2一体化密封部分离的方式配置。
接下来,如图2所示,以从旁路二极管的两端的端子连接至对电极20的金属基板21的方式涂覆低温固化型的银糊剂(藤仓化成社制,DOTITE D500),由此在第2一体化密封部的3个分隔部分别固定了旁路二极管70A~70C。另外,以从二极管的两端的端子中的一方端子连接至对电极的方式涂覆上述低温固化型的银糊剂,由此在4个DSC50A~50D中的DSC50D的第2一体化密封部的环状部上固定了旁路二极管70D。这样,相对于4个旁路二极管70A~70D,以将相邻的2个旁路二极管彼此连结的方式形成了导电件60Q。此时,在30℃下使上述低温固化型的银糊剂固化12小时,由此形成了导电件60Q。作为旁路二极管,使用了ROHM公司制造的RB751V-40。
另外,以将旁路二极管间的各导电件60Q和3个透明导电膜12A~12C上的导电件连接部分别连接的方式涂覆低温固化型的银糊剂(藤仓化成公司制,DOTITE D-500)并使其固化,从而形成了导电件60P。并且,以旁路二极管70A与透明导电膜12E上的导电件连接部接触的方式涂覆上述低温固化型的银糊剂并使其固化,从而形成了导电件60P。此时,在30℃下使上述低温固化型的银糊剂固化12小时,从而形成了导电件60P。
接下来,在200℃下对丁基橡胶(Aica Kogyo社制“Aica Melt”)进行加热,并且利用分送器(dispenser)涂覆到连结部14,从而形成了粘接部的前体。另一方面,准备了使聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂膜(厚度50μm)、铝箔(厚度25μm)、以及由Bynel(商品名,DuPont社制)构成的膜(厚度50μm)按该顺序层叠而成的层叠体。然后,使该层叠体的周缘部重叠在粘接部91的前体上,并加压10秒钟。这样,使背板80的周缘部80a经由厚度0.2mm的粘接部91与连结部14粘接。即,将由粘接部80B和层叠体80A构成的背板80固定于连结部14。此时,在对电极中的干燥剂和对电极的界面的外侧区域与背板之间以与外侧区域以及干燥剂接触的方式形成了第1空间。另外,通过在密封部与背板80之间形成第2空间,并且背板80和DSC50不接触,使得第1空间和第2空间连通。通过以上步骤得到了DSC模块。在该DSC模块中,透明导电性基板15与粘接部91以及背板80的界面之间的距离(第1距离)H1为0.25mm。另外,在所得到的DSC模块中,连接端子16以及集电布线17被设置于密封部30A的外侧且粘接部91的外周面的内侧的位置。
(实施例2)
以与环状部以及分隔部的内侧开口侧连续设置的突出部的宽度为0mm的方式制造了第2一体化密封部,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例3)
在使背板80的周缘部与连结部14粘接之前,在干燥剂片材上粘贴双面胶带,使背板80的周缘部经由粘接部91与连结部14粘接,之后将背板80向对电极侧按压,由此干燥剂片材和背板通过双面胶带连接,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例4)
在使背板80的周缘部经由粘接部91与连结部14粘接之前,不将干燥剂片材粘贴于对电极,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例5)
在使背板80的周缘部经由粘接部91与连结部14粘接之前,不将干燥剂片材粘贴于对电极,取而代之,使厚度50μm的由丙烯酸树脂构成的粘接件粘接,并使背板80的周缘部经由粘接部91与连结部14粘接,之后将背板80向对电极侧按压,从而对电极和背板通过粘接件连接,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例6)
通过连结部14以及粘接部80B与密封部密接,从而在背板与密封部之间不形成有第2空间,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例7)
通过以与第2一体化密封部接触的方式设置背板,来使第1空间和第2空间不连通,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(实施例8)
在第2一体化密封部上,以跨越相邻的2个DSC的对电极的方式还贴合了片状的干燥剂,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
其中,片状的干燥剂的尺寸为厚度1mm×纵3cm×横1cm,作为片状的干燥剂,使用Zeoshito(商品名,品川化成社制)。
(实施例9)
在形成氧化物半导体层13的前体的同时,将与多孔质氧化物半导体层形成用糊剂相同的材料在透明导电性基板15上通过丝网印刷涂覆到主体部12a的缘部的一部分,形成第2多孔无机部34B的前体,之后,在500℃下将氧化物半导体层13的前体等烧成15分钟,此时,也同时烧成第2多孔无机部34B的前体,形成了第2多孔无机部34B,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。
(比较例1)
在各个DSC50的第1密封部与无机绝缘件之间,以宽度200μm形成了从与排列方向X正交的方向的密封部的端延长到端、并且与密封部的外侧的连接端子16或者集电布线17连接的集电体,除此以外,与实施例1同样地制造了DSC模块。对于各个DSC50分别设置1根集电布线。
(比较例2)
使包括集电布线的密封部的宽度为2倍,并相应地减少作为发电层的氧化物半导体层的面积,除此以外,与比较例1同样地制作了DSC模块。
(特性评价)
(耐久性以及初始光电转换效率)
对于实施例1~9以及比较例1~2所得到的DSC模块,在200勒克司的照度下测定了刚刚制作之后的初始光电转换效率。另外,对于DSC模块,测定了在85℃的高温环境下放置时的光电转换效率相对于初始光电转换效率降低到10%的时间。具体而言,每250小时取出模块来测定光电转换效率。将结果表示于表1。在表1中,初始光电转换效率表示将比较例1的初始光电转换效率设为100时的实施例1~9以及比较例1~2的初始光电转换效率。
[表1]
(耐久性以及短路产生)
另外,对于通过实施例2~5得到的DSC模块,测定了光电转换效率(η0)。接着,对于通过实施例2~5得到的DSC模块,也测定了进行以JIS C 8938为基准的热循环试验后的光电转换效率(η)。而且,根据下述公式:光电转换效率的保持率(%)=η/η0×100,计算出光电转换效率的保持率(光电转换保持率)。将结果表示于表1。另外,在热循环试验后,对于通过实施例2~5得到的DSC模块,通过将万能表对准背板和对电极,测定它们之间的电阻值来调查短路的发生的有无。这里,如果电阻值小于1MΩ,则判断为有短路,如果电阻值是1MΩ以上,则判断为无短路。将结果表示于表2。
[表2]
根据表1所示的结果可知,实施例1~9的DSC模块展现高的耐久性以及初始光电转换效率。另一方面,可知比较例1的DSC模块虽然初期光电转换效率高,但耐久性不充分,比较例2的DSC模块虽然耐久性充分,但初始光电转换效率低。
综上所述,根据本发明的DSC模块,确认了具有优良的耐久性以及转换效率。
其中,根据表2所示的结果可知,实施例2~5的DSC模块展现高的光电转换保持率。另外,通过表2所示的结果可知,在实施例2~5的DSC模块中,不发生短路。
符号说明
11...透明基板(绝缘性基板);12...透明导电膜(导电膜);13...氧化物半导体层(发电层);14...连结部;14a...环状区域;15...透明导电性基板(导电性基板、第1电极);16...连接端子;17...集电布线;18...外部连接部;19...集电体;20...对电极(对置基板、第2电极);20b...对电极和干燥剂的界面;20c...界面的外侧区域;30A...密封部;31...第1一体化密封部(第1密封部);31A...第1密封部;31a、32a...环状部;31b、32b...分隔部;32...第2一体化密封部(第2密封部);32A、32B...第2密封部;32d...突出部;33...无机绝缘件;40...电解质;50、50A~50D...染料敏化太阳能电池;80...背板;91...粘接部;91a...外周面;95、701...干燥剂;96...第1空间;97...第2空间;98、398、399...粘接件;100~1000...染料敏化太阳能电池模块(染料敏化太阳能电池元件);1100...染料敏化太阳能电池元件;H1...透明导电性基板与粘接部以及背板的界面之间的距离;H2...透明导电性基板与对电极中的背板侧的面之间的距离。
Claims (10)
1.一种染料敏化太阳能电池元件,具备至少一个染料敏化太阳能电池、以及与所述至少一个染料敏化太阳能电池对置的背板,
所述至少一个染料敏化太阳能电池具有:
导电性基板;
集电体,其设置在所述导电性基板上;
对置基板,其与所述导电性基板对置;
发电层,其设置于所述导电性基板或者所述对置基板;
电解质,其被配置在所述导电性基板与所述对置基板之间;以及
环状的密封部,其与所述导电性基板以及所述对置基板一起包围所述发电层以及所述电解质,将所述导电性基板以及所述对置基板接合,该染料敏化太阳能电池元件的特征在于,
还具备在包围所述至少一个染料敏化太阳能电池的环状区域中,使所述背板和所述导电性基板粘接的粘接部,
所述集电体仅设置在所述密封部的外侧且至少所述粘接部与透明导电膜之间,
所述透明导电膜是用于将所述背板的周缘部固定的透明导电膜。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述粘接部与所述密封部分离。
3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
仅在所述导电性基板上且所述粘接部的外侧还具备用于向外部取出电流的外部连接部。
4.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述导电性基板由具有绝缘性基板的第1电极构成,
所述对置基板由第2电极构成,
所述背板具有金属层,
所述环状区域位于所述绝缘性基板的所述背板侧,
所述粘接部将所述背板和所述环状区域粘接,
所述第2电极被配置在所述第1电极与所述背板之间,
所述第1电极与所述背板以及所述粘接部的界面之间的距离比所述第1电极与所述第2电极中的所述背板侧的面之间的距离大。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述至少一个染料敏化太阳能电池中的所述第2电极和所述背板通过粘接件连接。
6.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述至少一个染料敏化太阳能电池还具有设置在所述第2电极与所述背板之间的干燥剂。
7.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述干燥剂和所述第2电极通过粘接件连接,
所述干燥剂和所述背板通过粘接件连接。
8.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述第2电极设置在所述第1电极与所述背板之间,
所述干燥剂以与所述第2电极相接的方式被配置在所述第2电极与所述背板之间,
在所述第2电极中的所述干燥剂和所述第2电极的界面的外侧区域与所述背板之间以与所述外侧区域以及所述干燥剂接触的方式形成有第1空间。
9.根据权利要求4~8中任一项所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述至少一个染料敏化太阳能电池由多个染料敏化太阳能电池构成,
所述导电性基板具有设置在所述绝缘性基板上的导电膜,
所述多个染料敏化太阳能电池的所述绝缘性基板成为所述多个染料敏化太阳能电池的共用的绝缘性基板,
所述多个染料敏化太阳能电池的所述导电膜分别被设置在所述共用的绝缘性基板上。
10.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池元件,其特征在于,
所述集电体仅设置在所述密封部的外侧且相邻的2个染料敏化太阳能电池之间以外。
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