CN105051850B - 色素增感太阳能电池元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够充分提高光电转换特性的色素增感太阳能电池元件。本发明的色素增感太阳能电池元件(100)具有至少一个色素增感太阳能电池(50),色素增感太阳能电池具备:第1电极(15)、与第1电极对置的第2电极(20)和设置在第1电极上的氧化物半导体层(13)。氧化物半导体层具有:设置在第1电极上的光吸收层(13a)和反射层(13b),所述反射层(13b)是与光吸收层的表面中与第1电极相反的一侧的第1面的一部分接触且配置于距离第1电极最远的位置的层。光吸收层的第1面具有与反射层接触的第2面,第1面的面积S1和第2面的面积S2满足下述式:0.7≤S2/S1<1,反射层配置于光吸收层的第1面的内侧。

Description

色素增感太阳能电池元件
技术领域
本发明涉及一种色素增感太阳能电池元件。
背景技术
作为光电转换元件,由于廉价且能够得到高的光电转换效率,所以色素增感太阳能电池元件受到关注,并对色素增感太阳能电池元件进行各种开发。
色素增感太阳能电池元件具备至少一个色素增感太阳能电池,色素增感太阳能电池通常具备工作电极和对电极。而且,工作电极具有透明基板、以及在其上形成的具有透明导电膜的导电性基板、设置在导电性基板上的氧化物半导体层。
对这种色素增感太阳能电池元件要求光电转换特性得到进一步改善,因此,例如着眼于色素增感太阳能电池的工作电极进行各种研究。
例如专利文献1中公开了一种光电极,其具备导电性基板和吸附有光增感色素的半导体层,半导体层具有设置在导电性基板上的近位层、和以覆盖近位层上的表面中与导电性基板相反的一侧的面和侧面的至少一部分的方式设置的远位层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4063802号公报(图1)
发明内容
但是,上述专利文献1中记载的具备光电极的色素增感太阳能电池模块在光电转换特性方面有改善的余地。
本发明鉴于上述情况而完成,其目的在于提供一种能够充分提高光电转换特性的色素增感太阳能电池元件。
本发明人为了解决上述课题,着眼于氧化物半导体层的构成反复进行深入研究。其结果,发现通过以下的发明能够解决上述课题。
即,本发明的色素增感太阳能电池元件,其具有至少一个色素增感太阳能电池,上述色素增感太阳能电池具备:第1电极、与上述第1电极对置的第2电极、设置在上述第1电极上的氧化物半导体层,上述氧化物半导体层具有设置在上述第1电极上的光吸收层和反射层,所述反射层是与上述光吸收层的表面中与上述第1电极相反的一侧的第1面的一部分接触且配置于距离上述第1电极最远的位置的层,上述光吸收层的上述第1面具有与上述反射层接触的第2面,上述第1面的面积S1和上述第2面的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1
上述反射层配置在上述光吸收层的上述第1面的内侧。
根据本发明的色素增感太阳能电池元件,氧化物半导体层具有光吸收层和与光吸收层的第1面的一部分接触的反射层,反射层配置在光吸收层的第1面的内侧。而且,第1面的面积S1与第2面的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1。
即,光吸收层的表面中与反射层接触的第2面的面积S2比光吸收层的第1面的面积S1小。即,容易成为漏电流的位点的反射层的在光吸收层的第1面所占的比例变小。因此,能够增加开路电压。另一方面,由于S2/S1为0.7以上,因此通过光吸收层入射的光能够充分反射,还能够提高光吸收层中的光吸收效率。这样,根据本发明,S2/S1通过满足上述式,能够增加开路电压,同时还能够提高光吸收效率。进而,反射层被配置于光吸收层的第1面的内侧,反射层不覆盖光吸收层的侧面。因此,电解质也能从光吸收层的侧面进入,所以电解质与光吸收层接触的面积增大,电解质中的氧化还原对到达光吸收层的距离缩短,内部电阻下降。由此,根据本发明的色素增感太阳能电池元件,能够充分提高光电转换特性。
上述色素增感太阳能电池元件中,上述第1面的面积S1和上述第2面的面积S2优选满足下述式:
0.8≤S2/S1≤0.95。
此时,能够进一步提高色素增感太阳能电池元件的光电转换特性。
上述色素增感太阳能电池元件中,上述第1面中不与上述反射层接触的非接触部优选不配置在上述第2面的内侧。
此时,与在第2面的内侧配置非接触部的情况相比,能够更充分地抑制产生电压不均。因此,光吸收效率在光吸收层内恒定,能够更充分地抑制漏电流。其结果,能够更充分地提高光电转换特性。
这里,上述第2面优选被上述非接触部包围。
此时,由于在第2面的整个周边上,电解质能够从非接触部渗透,所以在光吸收层中,电解质中的氧化还原对变得更容易渗透,能够更加减少内部电阻。
上述色素增感太阳能电池元件中,上述氧化物半导体层包含由锐钛矿结晶构成的锐钛矿结晶型氧化钛和由金红石结晶构成的金红石结晶型氧化钛,上述反射层含有上述金红石结晶型氧化钛,上述光吸收层含有上述锐钛矿结晶型氧化钛和上述金红石结晶型氧化钛,优选上述反射层中的上述金红石结晶型氧化钛的含有率大于上述光吸收层中的上述金红石结晶型氧化钛的含有率。
此时,例如太阳光通过第1电极入射到氧化物半导体层。而且,光透过氧化物半导体层的光吸收层后,入射到反射层。此时,金红石结晶型氧化钛具有比锐钛矿结晶型氧化钛高的折射率,与锐钛矿结晶型氧化钛相比,容易使光散射。而且,反射层中的金红石结晶型氧化钛的含有率大于光吸收层中的金红石结晶型氧化钛的含有率。即如果是反射层,能够含有比光吸收层多的容易使光散射的金红石结晶型氧化钛。因此,透过光吸收层而入射到反射层的光充分返回到光吸收层。其结果,氧化物半导体层中使光封闭的效果变得充分。另外,光增感色素与金红石结晶型氧化钛相比,更容易吸附于锐钛矿结晶型氧化钛。因此,光吸收层中,通过吸附于锐钛矿结晶型氧化钛的光增感色素,与反射层相比,能够充分吸收光。另外,由于光吸收层含有金红石结晶型氧化钛,因此与光吸收层不含有金红石结晶型氧化钛的情况相比,入射到光吸收层的光在光吸收层内能更充分地散射,由于在担载于锐钛矿结晶型氧化钛的光增感色素能够有效地吸收散射的光,因此光的吸收效率变得更高。由此,根据本发明的色素增感太阳能电池元件,能够更加提高光电转换特性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述光吸收层中的上述金红石结晶型氧化钛的含有率为3~15质量%。
此时,与光吸收层中的金红石结晶型氧化钛的含有率脱离上述范围的情况相比,光的吸收和光封闭能够平衡良好地进行,能够更加提高色素增感太阳能电池元件的光电转换特性。
应予说明,本发明中,“第1面”是指,无论与光吸收层的表面中第1电极相反的一侧的表面为平坦面,还是光吸收层的表面中与第1电极相反的一侧的表面的一部分相对于剩余部分隆起,其一部分与剩余部分之间存在阶梯差的面,可以说都是从第2电极侧除去反射层而能看到光吸收层的情况下的平面。
另外,在本发明的氧化物半导体层中,反射层以外的层可以说全部为光吸收层。
根据本发明,可提供一种能够充分提高光电转换特性的色素增感太阳能电池元件。
附图说明
图1是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第1实施方式的截面图。
图2是表示本发明的色素增感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的色素增感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是表示沿着图2的VI-VI线的截面图。
图7是表示形成有用于固定后板的连结部的工作电极的俯视图。
图8是表示图7的光吸收层的第1面和第2面的俯视图。
图9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10是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第2实施方式的一部分的俯视图。
图11是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第3实施方式的一部分的俯视图。
图12是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第4实施方式的一部分的俯视图。
图13是表示图8的光吸收层的第2面的第1变形例的俯视图。
图14是表示图8的光吸收层的第2面的第2变形例的俯视图。
图15是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第5实施方式的一部分的俯视图。
具体实施方式
以下,参照图1~图8对本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式的截面图,图2是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式的一部分的俯视图,图3是表示图1的色素增感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是表示沿着图2的VI-VI线的截面图,图7是表示形成有用于固定后板的连结部的工作电极的俯视图,图8是表示图7的光吸收层的第1面的俯视图。
如图1所示,作为色素增感太阳能电池元件的色素增感太阳能电池模块(以下,有时称为“DSC模块”)100具有:具有透明基板11的多个(图1中为4个)的色素增感太阳能电池(以下,有时称为“DSC”)50、以及在透明基板11的一面11a侧覆盖DSC50的方式设置的后板80。如图2所示,多个DSC50通过导电材料60P以串联的方式连接。以下,为了便于说明,有时将DSC模块100的4个DSC50称为DSC50A~50D。
如图1所示,多个DSC50分别具备:具有导电性基板15的工作电极10、与导电性基板15对置的对电极20、使导电性基板15和对电极20接合的环状的密封部30A。在由导电性基板15、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侧并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构成第2电极。
如图1和图2所示,工作电极10具有:导电性基板15、设置在导电性基板15上的至少一个氧化物半导体层13。导电性基板15具有:透明基板11、设置在透明基板11上的透明导电膜12、设置在透明基板11上的绝缘材料33、设置在透明导电膜12上的连接端子16。氧化物半导体层13配置于环状的密封部30A的内侧。另外,在氧化物半导体层13吸附光增感色素。
透明基板11作为DSC50A~50D的共用的透明基板使用。应予说明,在本实施方式中,由导电性基板15构成第1电极。
如图6和图7所示,氧化物半导体层13具有设置在导电性基板15上的光吸收层13a和反射层13b,所述反射层13b是与光吸收层13a的表面中与导电性基板15相反一侧的第1面91的一部分接触且配置在距离导电性基板15最远的位置的层。而且,如图8所示,光吸收层13a的第1面91具有与反射层13b接触的第2面92,第1面91的面积S1和第2面92的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1。
另外,反射层13b配置在光吸收层13a的第1面91的内侧。这里,第1面91的内侧是指第1面91的周边91a的内侧。
另外,如图8所示,光吸收层13a的第1面91中不与反射层13b接触的非接触部93配置在第2面92的外侧,而不配置在内侧。这里,第2面92的内侧是指,第2面92的周边92a的内侧。进而在光吸收层13a,第2面92的全体被非接触部93包围。换言之,在环状的非接触部93的内侧配置第2面92。
如图2和图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以沿着密封部30A弯折的方式配置。透明导电膜12F是用于固定后板80的周边部80a的环状的透明电极膜12,包围透明导电膜12A~12E(参照图1)。
如图3所示,透明导电膜12A~12D中任一个都具有:具有侧边缘部12b的四边形的主体部12a、从主体部12a的侧边缘部12b向侧方突出的突出部12c。
如图2所示,透明导电膜12A~12D中透明导电膜12C的突出部12c具有:相对于DSC50A~50D的排列方向X向侧方伸出的伸出部12d、从伸出部12d延伸并隔着槽90与邻近的DSC50D的主体部12a对置的对置部12e。
DSC50B中,透明导电膜12B的突出部12c具有伸出部12d和对置部12e。另外,DSC50A中,透明导电膜12A的突出部12c也具有伸出部12d和对置部12e。
应予说明,DSC50D已经与DSC50C连接,并且不存在其他应连接的DSC50。因此,DSC50D中,透明导电膜12D的突出部12c不具有对置部12e。即透明导电膜12D的突出部12c仅由伸出部12d构成。
但是,透明导电膜12D还具有:用于将DSC模块100所产生的电流向外部取出的第1电流获取部12f、将第1电流获取部12f与主体部12a连接并沿透明导电膜12A~12C的侧边缘部12b延伸的连接部12g。第1电流获取部12f在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与透明导电膜12B相反的一侧配置。
另一方面,透明导电膜12E也具有用于将DSC模块100所产生的电流向外部取出的第2电流获取部12h,第2电流获取部12h在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与透明导电膜12B相反的一侧配置。另外,第1电流获取部12f和第2电流获取部12h在DSC50A的周围以隔着槽90B(90)相邻的方式配置。这里,槽90由沿着透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A、和沿着透明导电膜12中除去主体部12a的部分的边缘部形成并且与后板80的周边部80a交叉的第2槽90B构成。
另外,在透明导电膜12A~12C的各突出部12c和透明导电膜12E上设置连接端子16。各连接端子16具有:与导电材料60P连接并且在密封部30A的外侧沿密封部30A延伸的导电材料连接部16A、和从导电材料连接部16A在密封部30A的外侧沿密封部30A延伸的导电材料非连接部16B。在本实施方式中,在透明导电膜12A~12C中,连接端子16中至少导电材料连接部16A设置于突起部12c的对置部12e上,并且与所连接的邻近的DSC50的主体部12a对置。透明导电膜12E中,连接端子16中的导电材料连接部16A与所连接的邻近的DSC50A的主体部12a对置。而且,导电材料非连接部16B的宽度比导电材料连接部16A的宽度窄。这里,导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B的宽度各自恒定。应予说明,导电材料连接部16A的宽度是指,与导电材料连接部16A的延伸方向正交的方向的长度且是导电材料连接部16A的宽度中最窄的宽度,导电材料非连接部16B的宽度是指,与导电材料非连接部16B的延伸方向正交的方向的长度且是导电材料非连接部16B的宽度中最窄的宽度。
而且,DSC50C的设置于透明导电膜12C的突出部12c上的连接端子16的导电材料连接部16A、与邻近的DSC50D的对电极20的金属基板21介由导电材料60P连接。导电材料60P以通过密封部30A之上的方式配置。同样地,DSC50B的连接端子16的导电材料连接部16A、与邻近的DSC50C的对电极20的金属基板21介由导电材料60P连接,DSC50A的连接端子16的导电材料连接部16A、与邻近的DSC50B的对电极20的金属基板21介由导电材料60P而连接,透明导电膜12E上的连接端子16的导电材料连接部16A、与邻近的DSC50A的对电极20的金属基板21介由导电材料60P而连接。
另外,分别在第1电流获取部12f、第2电流获取部12h上设置有外部连接端子18a、18b。
如图1所示,密封部30A具有:设置于导电性基板15与对电极20之间的环状的第1密封部31A、以与第1密封部31A重叠方式设置的与第1密封部31A一起夹持对电极20的边缘部20a的第2密封部32A。而且,如图4所示,相邻的第1密封部31A彼此一体化而构成第1一体化密封部31。换言之,第1一体化密封部31由未设置在相邻的2个对电极20之间的环状的部分(以下,称为“环状部”)31a、以及设置在相邻的2个对电极20之间且分隔环状的部分31a的内侧开口31c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之间一体化而构成第2一体化密封部32。第2一体化密封部32由未设置在相邻的2个的对电极20之间的环状的部分(以下,称为“环状部”)32a、以及设置在相邻的2个对电极20之间且分隔环状的部分32a的内侧开口32c的部分(以下,称为“分隔部”)32b构成。
另外,如图1所示,在第1密封部31A和槽90之间,以进入相邻的透明导电膜12A~12F彼此间的槽90且跨越相邻的透明导电膜12的方式设置由玻璃料构成的绝缘材料33。详述而言,绝缘材料33进入沿着槽90中透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A中,并且也覆盖形成有第1槽90A的主体部12a的边缘部。
如图6所示,对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘合部的宽度P比对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q窄。进而,第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R在第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2一体化密封部32具有:设置于对电极20中的与工作电极10相反的一侧的主体部32d、和设置在相邻的对电极20彼此之间的粘合部32e。第2一体化密封部32通过粘合部32e而粘合于第1一体化密封部31。
如图1所示,在导电性基板15上设置有后板80。后板80包括层叠体80A和粘合部80B,上述层叠体80A包括耐候性层和金属层,上述粘合部80B相对于层叠体80A设置于与金属层相反的一侧并介由连结部14与导电性基板15粘合。这里,粘合部80B用于使后板80与导电性基板15粘合,如图1所示,形成于层叠体80A的周边部即可。但是,粘合部80B也可以设置于层叠体80A中DSC50侧的面整体。后板80的周边部80a通过粘合部80B,介由连结部14与透明导电膜12中透明导电膜12D、12E、12F连接。这里,粘合部80B与DSC50的密封部30A分离。另外,连结部14也与密封部30A分离。应予说明,DSC模块100中,在比后板80更靠内侧且在密封部30A的外侧的空间未填充有电解质40。
另外,如图2所示,透明导电膜12D中,以通过主体部12a、连接部12g以及电流获取部12f的方式,具有比透明导电膜12D低的电阻的集电布线17延伸。该集电布线17以不与后板80和导电性基板15的连结部14交叉的方式配置。换言之,集电布线17配置于比连结部14更靠内侧的位置。
应予说明,如图2所示,各DSC50A~50D分别与旁路二极管70A~70D以并联的方式连接。具体而言,旁路二极管70A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固定导电材料60Q。另外,导电材料60P分别从旁路二极管70A、70B间,旁路二极管70B、70C间,以及旁路二极管70C、70D间的导电材料60Q分支,并分别与透明导电膜12A上的导电材料连接部16A、透明导电膜12B上的导电材料连接部16A、透明导电膜12C上的导电材料连接部16A连接。另外,在DSC50A的对电极20的金属基板21也固定有导电材料60P,该导电材料60P将旁路二极管70A与透明导电膜12E上的连接端子16的导电材料连接部16A连接。并且,旁路二极管70D介由导电材料60P与透明导电膜12D连接。
另外,如图1所示,在各DSC50的对电极20上设置干燥剂95。
根据上述DSC模块100,氧化物半导体层13具有:光吸收层13a、与光吸收层13a的第1面91的一部分接触的反射层13b,反射层13b配置在光吸收层13a的第1面91的内侧。而且,第1面91的面积S1和第2面的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1。
即,光反射层13a中与反射层13b接触的第2面92的面积S2比光吸收层13a的第1面91的面积S1小。即,容易成为漏电流的位点的反射层13b的第1面91所占的比例变小。因此,能够增加开路电压。另一方面,由于S2/S1为0.7以上,因此能够使从光吸收层13a入射的光充分反射,还能够提高光吸收层13a的光吸收效率。这样,根据DSC模块100,S2/S1通过满足上述式,使开路电压增加的同时还能够提高光吸收效率。此外,反射层13配置在光吸收层13a的第1面91的内侧且反射层13b不覆盖光吸收层13a的侧面。因此,电解质40从光吸收层13a的侧面也进入,所以电解质40与光吸收层13a接触的面积变大,并且电解质40中的氧化还原对到达光吸收层13a的距离缩短,内部电阻下降。由此,利用DSC模块100,能够充分提高光电转换特性。
另外,DSC模块100中,在氧化物半导体层13,光吸收层13a的第1面91具有不与反射层13b接触的非接触部93,非接触部93配置在第2面92的外侧,但不配置在内侧。因此,与在第2面92的内侧配置有非接触部93的情况相比,能够更充分抑制在第1面91中非接触部93以外的部分发生电压不均。另外,光吸收效率在光吸收层13a的内部变得恒定,能够抑制漏电流。其结果,能够更充分提高光电转换特性。这里,如图8所示,在氧化物半导体层13中,第2面92被非接触部93包围。因此,在第2面92的整周上,能够从第1面91渗透电解质40。因此,在光吸收层13a中,电解质40中的氧化还原对变得更容易渗透,能够进一步降低内部电阻。
进而,在DSC模块100中,沿透明导电膜12的边缘部形成槽90,该槽90具有沿着配置在环状的密封部30A的内侧的透明导电膜12的主体部12a的边缘部形成的第1槽90A。而且,由玻璃料构成的绝缘材料33进入该第1槽90A,并且,该绝缘材料33也覆盖形成第1槽90A的主体部12a的边缘部。因此,即使在透明基板11的内部且在槽90的下方的位置沿着槽90形成裂缝,并且该裂缝连接至主体部12a的边缘部,也能够利用绝缘材料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,覆盖形成第1槽90A的主体部12a的边缘部且进入第1槽90A的绝缘材料33由玻璃料构成。因此,DSC模块100具有与绝缘材料33为树脂的情况相比高的密封性能。因此,利用DSC模块100,能够具有优异的耐久性。
另外,DSC模块100中,密封部30A与绝缘材料33以重叠的方式配置。因此,与绝缘材料33不与密封部30A重叠而配置的情况相比,能够使从DSC模块100的受光面侧观察的有助于发电的部分的面积进一步增加。因此,能够进一步提高开口率。
另外,在DSC模块100中,第1电流获取部12f和第2电流获取部12h配置在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A配置于与透明导电膜12B相反的一侧,并且透明导电膜12A的第1电流获取部12f和透明导电膜12F的第2电流获取部12h以相互隔着槽90而相邻的方式配置。因此,在DSC模块100中,能够以相邻的方式分别在第1电流获取部12f和第2电流获取部12h配置外部连接端子18a、18b。因此,能够将用于从外部连接端子18a、18b中向外部取出电流的连接器的数量设为一个。即,假设在第1电流获取部12f相对于透明导电膜12D配置于与透明导电膜12C相反的一侧的情况下,由于第1电流获取部12f和第2电流获取部12h配置为相互分离较大,所以外部连接端子18a、18b也配置为分离较大。此时,为了从DSC模块100获取电流,而需要与外部连接端子18a连接的连接器、以及与外部连接端子18b连接的连接器这2个连接器。但是,根据DSC模块100,由于能够以互相相邻的方式配置外部连接端子18a、18b,因此连接器为一个即可。因此,利用DSC模块100,能够实现省空间化。另外,若在低照度下使用DSC模块100,则DSC模块100的发电电流小。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中一端侧的DSC50D的透明导电膜12D的一部分在与另一端侧的DSC50A的对电极20的金属基板21电连接的第2电流获取部12h的邻近位置隔着槽90而作为第1电流获取部12f配置,也能够充分抑制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,并且DSC50A~50D的两端的DSC50A、50D中一端侧的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电流获取部12f、连接主体部12a和第1电流获取部12f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,从而能够进一步实现省空间化。另外,根据DSC模块100,由于能够在低照度环境下使用该DSC模块100的情况下,通常,在DSC模块100中发电电流小,所以即使DSC模块100还具有将主体部12a与第1电流获取部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以不与后板80和导电性基板15的连结部14交叉的方式配置。因此,能够得到以下优点。即首先集电布线17一般为多孔质,因此具有通气性,能够使水蒸气等气体透过。在这种情况下,若集电布线17以不与后板80和导电性基板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而侵入后板80与导电性基板15之间的空间。其结果,DSC模块100能够具有优异的耐久性。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。
此外,在将DSC模块100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的突出部12c剥离。关于这一点,DSC模块100中,连接端子16中导电材料非连接部16B具有比与导电材料60P连接的导电材料连接部16A窄的宽度。因此,连接端子16中导电材料非连接部16B难以从透明导电膜12的突出部12c剥离。因此,假设导电材料连接部16A能够从透明导电膜12的突出部12c剥离,导电材料非连接部16B也不从透明导电膜12剥离而能够维持对透明导电膜12的连接。另外,即使导电材料连接部16A从透明导电膜12的突出部12c剥离,DSC模块100也能够正常执行动作。因此,利用DSC模块100,能够提高连接可靠性。另外,和相邻的2个DSC50中一方的DSC50的对电极20的金属基板21连接的导电材料60P,与另一方的DSC50的突出部12c上的导电材料连接部16A连接,并且导电材料连接部16A在突出部12c上设置于密封部30A的外侧。即,在密封部30A的外侧进行相邻的2个的DSC50彼此的连接。因此,利用DSC模块100,能够提高开口率。
另外,在DSC模块100中,在DSC50A~50D中的与邻近的DSC50连接的DSC50中,突出部12c具有从主体部12a向侧方伸出的伸出部12d、从伸出部12d延伸并与邻近的DSC50的主体部12a对置的对置部12e,连接端子16中的至少导电材料连接部16A设置在对置部12e上。
此时,由于连接端子16中的至少导电材料连接部16A设置在与邻近的DSC50的主体部12a对置的对置部12e上,所以与连接端子16中的至少导电材料连接部16A未设置在和邻近的DSC50的主体部12a对置的对置部12e上的情况不同,能够充分防止与导电材料连接部16A连接的导电材料60P横穿邻近的DSC50的对电极20的金属基板21。其结果,能够充分防止相邻的DSC50彼此间的短路。
另外,在DSC模块100中,导电材料连接部16A以及导电材料非连接部16B都沿着密封部30A配置。因此,与沿着远离密封部30A的方向配置导电材料连接部16A和导电材料非连接部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,后板80的粘合部80B与DSC50的密封部30A分离。因此,能够充分抑制粘合部80B在低温时收缩而拉动密封部30A由此对密封部30A与导电性基板15或者对电极20的界面施加过大的应力。另外,即使在高温时,也充分地抑制粘合部80B膨胀而按压密封部30A由此对密封部30A与导电性基板15或者对电极20的界面施加过大的应力。即,不论在高温时还是低温时,均能够充分抑制对密封部30A与导电性基板15或者对电极20的界面施加过大的应力。因此,DSC模块100能够具有优异的耐久性。
并且,在DSC模块100中,对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘合部的宽度P比对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q窄。因此,能够充分提高DSC模块100的开口率。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之间一体化。这里,若相邻的第1密封部31A彼此没有一体化,则在相邻的DSC50之间,对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彼此一体化,所以在相邻的DSC50之间,对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,对大气露出的密封部仅为分隔部31b这1处。另外,通过使第1密封部31A彼此一体化,从而水分等从大气到电解质40的侵入距离延长。因此,在相邻的DSC50之间,能够充分减少从DSC50的外部侵入的水分、空气的量。即,能够充分提高DSC模块100的密封性能。另外,根据DSC模块100,相邻的第1密封部31A彼此一体化。因此,即使对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘合部的宽度P比对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q窄,也能够在该分隔部31b确保充分的密封宽度。即,根据DSC模块100,能够提高开口率,并且还能够充分增大第1密封部31A与导电性基板15的粘合强度、以及第1密封部31A与对电极20的粘合强度。其结果,能够提高开口率,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,也能够充分抑制第1密封部31A从导电性基板15以及对电极20剥离,能够具有优异的耐久性。
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在第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%。此时,由于在第1一体化密封部31的分隔部31b中,分隔部31b的宽度在环状部31a的宽度T的100%以上,因此与在第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,水分等从大气到电解质40的侵入距离进一步延长。因此,能够更充分抑制水分从外部通过位于相邻的DSC50之间的分隔部31b而侵入。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,能够进一步提高开口率。
另外,在DSC模块100中,第2密封部32A与第1密封部31A粘合,并且利用第1密封部31A和第2密封部32A夹持对电极20的边缘部20a。因此,即使对对电极20作用远离工作电极10的方向上的应力,也能够利用第2密封部32A充分抑制其剥离。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彼此间的缝隙S而与第1密封部31A粘合,所以能够可靠地防止相邻的DSC50的对电极20彼此接触。
接下来,对工作电极10、连结部14、光增感色素、对电极20、密封部30A、电解质40、导电材料60P、60Q、后板80以及干燥剂95进行详细说明。
(工作电极)
构成透明基板1的材料,例如为透明的材料即可,作为这种透明的材料,例如可举出硼硅酸玻璃、钠钙玻璃、白玻璃、石英玻璃等玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(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的厚度可根据DSC模块100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如在50~10000μm的范围即可。
作为透明导电膜12所含的材料,例如可举出掺锡氧化铟(ITO)、氧化锡(SnO2)、掺氟氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。透明导电膜12可以由单层构成,也可以由包含不同导电性金属氧化物的多层层叠体构成。透明导电膜12由单层构成时,从具有高的耐热性和耐化学腐蚀性的角度出发,优选透明导电膜12含有FTO。透明导电膜12还可以进一步含有玻璃料。透明导电膜12的厚度例如为0.01~2μm的范围即可。
另外,透明导电膜12中透明导电膜12D的连接部12g的电阻值没有特别限制,但优选为由下述式(1)表示的电阻值以下。
电阻值=串联连接的DSC50的数量×120Ω (1)
此时,与连接部12g的电阻值超过由上述式(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,DSC50的数量为4,从而由上述式(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。
绝缘材料33的厚度通常为10~30μm,优选为15~25μm。
连接端子16含有金属材料。作为金属材料,例如可举出银、铜以及铟等。它们可以单独使用或组合2种以上使用。
另外,连接端子16可以由与导电材料60P相同的材料构成,也可以由与导电材料60P不同的材料构成,但优选由相同的材料构成。
此时,由于连接端子16和导电材料60P由相同的材料构成,因此能够更充分地提高连接端子16与导电材料60P的密合性。因此,能够进一步提高DSC模块100的连接可靠性。
连接端子16中,导电材料非连接部16B的宽度只要比导电材料连接部16A的宽度窄,就没有特别限制,但优选为导电材料连接部16A的宽度的1/2以下。
此时,与导电材料非连接部16B的宽度超过导电材料连接部16A的宽度的1/2的情况相比,能够进一步提高DSC模块100的连接可靠性。
导电材料连接部16A的宽度没有特别限制,优选为0.5~5mm,更优选为0.8~2mm。
如上述所述,氧化物半导体层13具有设置在导电性基板15上的光吸收层13a、与光吸收层13a的第1面91的一部分接触的反射层13b。而且,光吸收层13a的第1面91具有与反射层13b接触的第2面92,第1面91的面积S1和第2面92的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1。
这里,第1面91的面积S1和第2面92的面积S2优选满足下述式:
0.8≤S2/S1≤0.95。
此时,DSC模块100的光电转换特性得到进一步提高。S2/S1的值更优选为0.85~0.95。
氧化物半导体层13通常含有氧化钛,氧化钛含有由锐钛矿型结晶构成的锐钛矿结晶型氧化钛、和由金红石型结晶构成的金红石结晶型氧化钛。氧化物半导体层13中,通常光吸收层13a含有锐钛矿结晶型氧化钛,反射层13b含有金红石结晶型氧化钛。
氧化物半导体层13中含有的氧化钛的形状没有特别限定,例如可举出球状和针状。
反射层13b中含有的金红石结晶型氧化钛优选为球状。这里,“球状”是指,用扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope:SEM)观察光吸收层13a或者反射层13b时,氧化钛的最大径与最小径的比为1~1.75的形状。
此时,与金红石结晶型氧化钛为球状以外的情况相比,使射入反射层13b的光散射的效果进一步增大,进一步提高DSC模块100的光电转换特性。
反射层13b中含有的金红石结晶型氧化钛为球状时,金红石结晶型氧化钛的平均粒径通常为40~700nm,优选为50~500nm。如果金红石结晶型氧化钛的平均粒径在50~500nm的范围内,则与脱离该范围的情况相比,反射层13b中的光封闭效果更充分,能够更充分提高DSC模块100的光电转换特性。反射层13b中含有的金红石结晶型氧化钛的平均粒径更优选为80~400nm,特别优选为100~300nm。这里,平均粒径是指,氧化钛的平均粒径为1~100nm时,利用X射线衍射装置(XRD,Rigaku公司制全自动水平型多功能X射线衍射装置SmartLab)测定的平均粒径,超过100nm时,是指利用扫描式电子显微镜(SEM)测定的平均粒径。这里,利用SEM测定的平均粒径是指对利用SEM观察的氧化钛,基于下述式算出的粒径的平均值。
粒径=(S/π)1/2
(上述式中,S表示氧化钛的面积)
反射层13b中的金红石结晶型氧化钛的含有率没有特别限定,但反射层13b含有金红石结晶型氧化钛、光吸收层13a含有锐钛矿结晶型氧化钛和金红石结晶型氧化钛时,优选比光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率更大。
此时,例如太阳光透过导电性基板15射入氧化物半导体层13。而且,光透过氧化物半导体层13的光吸收层13a后,能够射入反射层13b。此时,金红石结晶型氧化钛具有比锐钛矿结晶型氧化钛更高的折射率,与锐钛矿结晶型氧化钛相比更容易使光散射。而且,反射层13b中的金红石结晶型氧化钛的含有率比光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率大。即在反射层13b中,与光吸收层13a相比,大量含有使光容易散射的金红石结晶型氧化钛。因此,能够将透过光吸收层13a而射入反射层13b的光充分返回光吸收层13a中。其结果,在氧化物半导体层13中光封闭效果更充分。另外,与金红石结晶型氧化钛相比,光增感色素更容易吸附于锐钛矿结晶型氧化钛中。因此,与反射层13b相比,在光吸收层13a中通过吸附于锐钛矿结晶型氧化钛的光增感色素,能够更充分吸收光。另外,由于光吸收层13a含有金红石结晶型氧化钛,因此与光吸收层13a不含有金红石结晶型氧化钛的情况相比,射入光吸收层13a的光在光吸收层13a内能够充分散射,散射的光能够被担载于锐钛矿结晶型氧化钛的光增感色素有效吸收,因此,光的吸收效率变得更高。由此,利用DSC模块100,能够进一步提高光电转换特性。
反射层13b的厚度没有特别限定,例如设为1~10μm即可。
光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率优选为3~15质量%。
此时,与光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率脱离上述范围的情况相比,光的吸收和光的封闭能够平衡良好地进行,并能够进一步提高DSC模块100的光电转换特性。
光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率更优选为3~10质量%。
光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率与反射层13b中的金红石结晶型氧化钛的含有率的含有率差只要大于0质量%即可,但优选为70质量%以上且小于100质量%。此时,与上述含有率差脱离上述范围的情况相比,能够得到以下优点。即,由于光封闭效果进一步增大,因此能够提高光吸收效率。另外,光吸收层13a中的锐钛矿结晶型氧化钛的含有率比反射层13b中的锐钛矿结晶型氧化钛的含有率大。即能够进一步提高容易担载光增感色素的锐钛矿结晶型氧化钛的比表面积。因此,能够进一步提高DSC模块100的光电转换特性。
光吸收层13a中含有的锐钛矿结晶型氧化钛可以仅由用于使光增感色素吸收光的光吸收用锐钛矿结晶型氧化钛构成,也可以由光吸收用锐钛矿结晶型氧化钛和用于使光散射的光散射用锐钛矿结晶型氧化钛构成。其中,锐钛矿结晶型氧化钛优选仅由光吸收用锐钛矿结晶型氧化钛构成。此时,能够显著提高DSC模块100的光电转换特性。
光吸收层13a可以由一个层构成,也可以由多个层的层叠体构成。
光吸收层13a的厚度没有特别限定,例如设为2~30μm即可。
应予说明,氧化物半导体层13可以由氧化钛以外的氧化物半导体粒子构成。作为这样的氧化物半导体粒子,例如可举出氧化硅(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)以及氧化铝(Al2O3)。
(连结部)
构成连结部14的材料只要能够使后板80与透明导电膜12粘合,就没有特别限制,作为构成连结部14的材料,例如可使用玻璃料、与用于密封部31A的树脂材料相同的树脂材料等。其中,优选连结部14为玻璃料。由于玻璃料具有比树脂材料高的密封性能,所以能够有效地抑制水分等从后板80的外侧的侵入。
(光增感色素)
作为光增感色素,例如可举出具有包含联吡啶结构、三吡啶结构等的配体的钌配合物、或卟啉、曙红、罗丹明、部花青等有机色素。
(对电极)
如上所述,对电极20具备:金属基板21和导电性的催化剂层22,所述催化剂层22设置于金属基板21中的工作电极10侧并促进对电极20的表面的还原反应。
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的厚度可根据DSC模块100的尺寸适当地决定,没有特别限定,但例如为0.005~0.1mm即可。
催化剂层22由铂、碳系材料或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和第2密封部32A构成。
作为构成第1密封部31A的材料,例如可举出包含离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯基醇聚合物等树脂。
第1密封部31A的厚度通常为40~90μm,优选为60~80μm。
对电极20与分隔部31b的粘合部的宽度P优选在对电极20与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q的25%以上且小于100%。此时,与粘合部的宽度P小于粘合部的宽度Q的25%的情况相比,能够具有更优异的耐久性。粘合部的宽度P更优选为粘合部的宽度Q的30%以上,进一步优选为40%以上。
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优选在第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%。
此时,能够使大的开口率与优异的耐久性平衡。
作为构成第2密封部32A的材料,与第1密封部31A同样,例如可举出包含离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯基醇聚合物等树脂。构成第2密封部32A的材料,优选与构成第1密封部31A的材料相同。此时,由于不存在第2密封部32A与第1密封部31A的界面,因此能够有效地抑制水分从外部侵入和电解质40的泄漏。
第2密封部32A的厚度通常为20~45μm,优选为30~40μm。
(电解质)
电解质40例如含有I-/I3 -等氧化还原对和有机溶剂。作为有机溶剂,可使用乙腈、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、特戊腈、戊二腈、甲基丙烯腈、异丁腈、苯乙腈、丙烯腈、丁二腈、氰、戊腈、己二腈等。作为氧化还原对,除了I-/I3 -以外,例如举出了溴/溴化物离子、锌配合物、铁配合物、钴配合物等氧化还原对。
另外,对于电解质40,可以代替有机溶剂而是用离子液体。作为离子液体,例如可使用是吡啶盐、咪唑盐、三唑盐等已知碘盐且在室温附近处于熔融状态的常温熔融盐。作为这样的常温熔融盐,例如,可优选使用1-己基-3-甲基咪唑碘化物、1-乙基-3-丙基咪唑碘化物、二甲基咪唑碘化物、乙基甲基咪唑碘化物、二甲基丙基咪唑碘化物、丁基甲基咪唑碘化物、或者甲基丙基咪唑碘化物。
另外,对于电解质40,可以代替上述有机溶剂而使用上述离子液体和上述有机溶剂的混合物。
另外,能够在电解质40中加入添加剂。作为添加剂,可举出LiI、I2、4-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,可以使用在上述电解质中混炼SiO2、TiO2、碳纳米管等纳米粒子而变成凝胶样的准固态电解质即纳米复合凝胶电解质,另外,也可以利用使用聚偏氟乙烯、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。
应予说明,电解质40含有由I-/I3 -构成的氧化还原对,且优选I3 -的浓度为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。此时,由于运送电子的I3 -的浓度低,因此能够进一步减少漏电流。因此,能够进一步增加开路电压,从而能够进一步提高光电转换特性。
(导电材料)
作为导电材料60P、60Q,例如可使用金属膜。作为构成金属膜的金属材料,例如可使用银或铜等。
(后板)
如上所述,后板80包括层叠体80A和粘合部80B,所述层叠体80A包括耐候性层、金属层,所述粘合部80B设置于层叠体80A的DSC50侧的面并将层叠体80A和连结部14粘合。
耐候性层例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯构成即可。
耐候性层的厚度例如为50~300μm即可。
金属层例如由含有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,例如可举出铜、锰、锌、镁、铅、以及铋。具体而言,优选在98%以上的纯铝中微量添加其他金属而成的1000系铝。其原因在于,该1000系铝与其他铝合金相比,廉价且加工性优异。
金属层的厚度没有特别限制,例如为12~30μm即可。
层叠体80A可以进一步含有树脂层。作为构成树脂层的材料,例如可举出丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性树脂等。这些可以单独使用或者组合2种以上使用。树脂层可以形成于金属层中与耐候性层相反的一侧的表面整体,也可以仅形成于周边部。
作为构成粘合部80B的材料,例如可举出丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性树脂等。这些可以单独使用或者组合2种以上使用。粘合部80B的厚度没有特别限制,例如为300~1000μm即可。
(干燥剂)
干燥剂95可以为片状,也可以为粒状。干燥剂95例如是吸收水分的物质即可,作为干燥剂95,例如可举出硅凝胶、氧化铝、沸石等。
接下来,参照图3、图7及图9对DSC模块100的制造方法进行说明。图9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,准备层叠体,所述层叠体是在一个透明基板11上形成透明导电膜而成的。
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)或者CVD法等。
接下来,如图3所示,相对于透明导电膜形成槽90,并形成以相互夹着槽90的方式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形成为具有四边形的主体部12a和突出部12c。此时,与DSC50A~50C对应的透明导电膜12A~12C形成为:突出部12c不仅具有伸出部12d,还具有从伸出部12d延伸并与邻近的DSC50的主体部12a对置的对置部12e。另外,透明导电膜12D形成为:不仅具有四边形的主体部12a和伸出部12d、还具有第1电流获取部12f、将第1电流获取部12f和主体部12a连接的连接部12g。此时,第1电流获取部12f形成为:相对于透明导电膜12A配置于与透明导电膜12B相反的一侧。进而,透明导电膜12E形成为:形成有第2电流获取部12h。此时,第2电流获取部12h形成为:相对于透明导电膜12A配置于与透明导电膜12B相反的一侧并且隔着槽90而配置于第1电流获取部12f的邻近位置。
槽90例如能够通过将YAG激光或者CO2激光等用作光源的激光划线法而形成。
这样,在透明基板11上形成透明导电膜12。
接下来,在透明导电膜12A~12C中的突出部12c上形成由导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B构成的连接端子16的前体。具体而言,连接端子16的前体形成为导电材料连接部16A设置在对置部12e上。另外,也在透明导电膜12E形成连接端子16的前体。并且,导电材料非连接部16B的前体形成为比导电材料连接部16A的宽度窄。连接端子16的前体例如能够涂布银糊并使其干燥而形成。
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的前体例如能够涂布银糊并使其干燥而形成。
另外,分别在透明导电膜12A的第1电流获取部12f、第2电流获取部12h上形成用于向外部获取电流的外部连接用端子18a、18b的前体。外部连接用端子的前体例如能够涂布银糊并使其干燥而形成。
并且,以进入沿着主体部12a的边缘部形成的第1槽90A中且覆盖主体部12a的边缘部的方式形成由玻璃料构成的绝缘材料33的前体。绝缘材料33例如能够通过涂布含有玻璃料的糊并使其干燥而形成。
另外,为了固定后板80,与绝缘材料33同样,以包围绝缘材料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的方式形成环状的连结部14的前体。
并且,在透明导电膜12A~12D的各自的主体部12a上,依次形成光吸收层13a的前体和反射层13b的前体,形成由光吸收层13a的前体和反射层13b的前体的层叠体构成的氧化物半导体层13的前体。
光吸收层13a的前体通过在印刷用于形成光吸收层13a的光吸收层用糊后进行干燥而得。光吸收层用糊除了氧化钛以外,还含有聚乙二醇、乙基纤维素等树脂以及松油醇等溶剂。氧化钛包含锐钛矿结晶型氧化钛。氧化钛可以根据需要含有金红石结晶型氧化钛。光吸收层用糊中含有的氧化钛全体中的金红石结晶型氧化钛的含有率与光吸收层13a中的金红石结晶型氧化钛的含有率相同。
反射层13b的前体通过印刷用于形成反射层13b的反射层用糊后,干燥而得。反射层用糊,除氧化钛以外,例如含有聚乙二醇、乙基纤维素等树脂以及松油醇等溶剂。氧化钛包含金红石结晶型氧化钛。氧化钛可以根据需要含有锐钛矿结晶型氧化钛。反射层用糊中含有的氧化钛全体中的锐钛矿结晶型氧化钛的含有率与反射层13b中的金红石结晶型氧化钛的含有率相同。
作为光吸收层用糊和反射层用糊的印刷方法,例如可使用丝网印刷法、刮刀法、或者棒涂法等。
最后,一并烧制连接端子16的前体、绝缘材料33的前体、连结部14的前体、氧化物半导体层13的前体,从而形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14、以及氧化物半导体层13。
此时,烧制温度因氧化物半导体粒子、玻璃料的种类而不同,但通常为350~600℃,烧制时间也因氧化物半导体粒子、玻璃料的种类而不同,通常为1~5小时。
这样,如图7所示,得到形成了用于固定后板80的连结部14且具有导电性基板15的工作电极10。
接下来,使光增感色素担载于工作电极10的氧化物半导体层13。因此,将工作电极10浸渍于含有光增感色素的溶液中,使该光增感色素吸附于氧化物半导体层13,之后用上述溶液的溶剂成分洗掉多余的光增感色素,使其干燥,由此使光增感色素吸附于氧化物半导体层13即可。但是,将含有光增感色素的溶液涂布于氧化物半导体层13之后,使其干燥,从而即使使光增感色素吸附于氧化物半导体层13,也能够使光增感色素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9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的材料构成的密封用树脂膜,并在该密封用树脂膜形成与DSC50数量对应的四边形的开口131a,从而能够得到第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一体化而成的结构。
然后,使该第1一体化密封部形成体131粘合在导电性基板15上。此时,第1一体化密封部形成体131以与绝缘材料33重叠的方式粘合。第1一体化密封部形成体131的向导电性基板15的粘合能够通过使第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以使透明导电膜12的主体部12a配置在第1一体化密封部形成体131的内侧的方式粘合于导电性基板15。
另一方面,准备与DSC50数量相同的数量的对电极20。
在金属基板21上形成促进对电极20的表面的还原反应的导电性的催化剂层22,从而能够得到对电极20。
接下来,准备另一个上述第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,使粘合于对电极20的第1一体化密封部形成体131与粘合于工作电极10的第1一体化密封部形成体131重叠,并边对第1一体化密封部形成体131进行加压边使其加热熔融。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,以使对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的分隔部31b的粘合部的宽度P比对电极20中导电性基板15侧的面与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q窄的方式形成第1一体化密封部31。另外,以使第1一体化密封部31的分隔部31b的宽度R在第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,但优选在减压下进行。
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一体化而成的结构。准备一张密封用树脂膜并在该密封用树脂膜形成与DSC50的数量对应的四边形的开口32c,从而能够得到第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的方式与对电极20贴合。第2一体化密封部32的向对电极20的粘合可通过使第2一体化密封部32加热熔融来进行。
作为密封用树脂膜,例如可举出包含离聚物、乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂、以及乙烯基醇聚合物等树脂。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优选具有比用于形成第1一体化密封部31的密封用树脂膜的构成材料高的熔点。此时,由于第2密封部32A比第1密封部31A硬,所以能够有效地防止相邻的DSC50的对电极20彼此的接触。另外,由于第1密封部31A比第2密封部32A软,所以能够有效地缓和施加于密封部30A的应力。
接下来,在第2密封部32的3个分隔部32b分别固定旁路二极管70A、70B、70C。另外,也在DSC50D的密封部30A上固定旁路二极管70D。
然后,以通过旁路二极管70A~70D的方式将导电材料60Q固定于DSC50B~50C的对电极20的金属基板21。并以分别将旁路二极管70A、70B间、旁路二极管70B、70C间、旁路二极管70C、70D间的各导电材料60Q与透明导电膜12A上的导电材料连接部16A、透明导电膜12B上的导电材料连接部16A、透明导电膜12C上的导电材料连接部16A连接的方式形成导电材料60P。另外,以将透明导电膜12E上的导电材料连接部16A与旁路二极管70A连接的方式在DSC50A的对电极20的金属基板21固定导电材料60P。进而,利用导电材料60P连接透明导电膜12D和旁路二极管70D。
此时,对于导电材料60P而言,准备含有构成导电材料60P的金属材料的糊,并从对电极20到邻近的DSC50的连接端子16的导电材料连接部16A的范围涂布该糊,并使其固化。对于导电材料60Q而言,准备含有构成导电材料60Q的金属材料的糊,并在各对电极20上以连结相邻的旁路二极管的方式涂布该糊并使其固化。此时,作为上述糊,从避免对光增感色素的不良影响的观点考虑,优选使用能够在90℃以下的温度下进行固化的低温固化型的糊。
最后,准备后板80,并使该后板80的周边部80a粘合于连结部14。此时,以使后板80的粘合部80B和DSC50的密封部30A分离的方式配置后板80。
如上可得到DSC模块100。
应予说明,在上述说明中,为了形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14、以及氧化物半导体层13,使用将连接端子16的前体、绝缘材料33的前体、连结部14的前体、氧化物半导体层13的前体一并烧制的方法,但也可以通过分别烧制前体而形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14、以及氧化物半导体层13。
本发明并不限于上述实施方式。例如在上述实施方式中,DSC50A~50D沿着图2的X方向排列成一列,但可以如图10所示的DSC模块200那样,使作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折返,并相互相邻的方式配置DSC50A和DSC50D。此时,透明导电膜12D与DSC模块100不同,无需在主体部12a和第1电流获取部12f之间设置连接部12g。因此,也无需设置集电布线17。
另外,在上述实施方式中,与后板80和导电性基板15的连结部14交叉的第2槽90B不被由玻璃料构成的绝缘材料33覆盖,但是优选如图11所示的DSC模块300那样,第2槽90B被由玻璃料构成的绝缘材料33覆盖。应予说明,图11中,省略后板80。如图11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而侵入后板80与导电性基板15之间的空间。此时,由于绝缘材料33进入第2槽90B,且绝缘材料33也覆盖透明导电膜12中除去主体部12a的部分的边缘部,从而能够充分抑制水分从后板80的外侧向内侧侵入。因此,能够充分抑制侵入后板80与导电性基板15之间的空间的水分通过密封部30A而进入密封部30A的内侧。因此,能够充分抑制DSC模块300的耐久性的降低。
并且,在上述实施方式中,第1电流获取部12f和第2电流获取部12h配置于DSC50A侧的周围,但也可以如图12所示的DSC模块400那样,第1电流获取部12f和第2电流获取部12h配置于DSC50D侧的周围。此时,第1电流获取部12f设置为,相对于透明导电膜12D的主体部12a在与DSC50C相反的一侧突出至密封部30A的外侧。另一方面,第2电流获取部12h相对于透明导电膜12D的主体部12a设置于与DSC50C相反的一侧。另外,沿着透明导电膜12A~12D而延伸有作为第2连接部的连接部12i,该连接部12i将第2电流获取部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417,该集电布线417与从旁路二极管70A延伸的导电材料60P连接。根据该DSC模块400,也能够具有优异的光电转换特性并且实现省空间化。应予说明,在这种情况下,与上述实施方式相同点在于,优选连接部12i的电阻值为由下述式(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,导电性基板15具有绝缘材料33,但也可以不具有绝缘材料33。该情况下,密封部30A和第1一体化密封部31A与透明基板11、透明导电膜12或者连接端子16接合。这里,导电性基板15可以不具有连接端子16。此时,密封部30A和第1一体化密封部31A与透明基板11或透明导电膜12接合。
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,连接端子16的导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B的宽度为恒定,但是导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B的宽度也可以分别沿连接端子16的延伸方向变化。例如,可以随着从导电材料非连接部16B中的距离导电材料连接部16A最远一侧的端部朝向最近一侧的端部而使宽度单调增加,随着导电材料连接部16A中导电材料非连接部16B侧的端部朝向距离导电部件非连接部16B最远一侧的端部使宽度单调增加。
另外,在上述实施方式中,导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B分别沿着密封部30A设置,但上述连接部也可以沿远离密封部30A的方向延伸的方式形成。其中,在该情况下,优选导电材料连接部16A配置于比导电材料非连接部16B更靠近密封部30A的位置。此时,能够进一步缩短导电材料60P。
或者,在形成于透明导电膜12A~12C上的连接端子16中,导电材料非连接部16B也可以以其延伸方向与导电材料连接部16A的延伸方向正交的方式配置。
另外,导电材料连接部16A的宽度可以为导电材料非连接部16B的宽度以下。
另外,在上述实施方式中,第2密封部32A粘合于第1密封部31A,但第2密封部32A可以不与第1密封部31A粘合。
另外,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的粘合部的宽度P比对电极20与第1一体化密封部31的环状部31a的粘合部的宽度Q窄,但粘合部的宽度P也可以在粘合部的宽度Q以上。
进而,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在第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%,但分隔部31b的宽度R可以小于第1一体化密封部31的环状部31a的宽度T的100%,也可以在200%以上。
另外,在上述实施方式中,后板80与透明导电膜12介由由玻璃料构成的连结部14而粘合,但后板80与透明导电膜12不必介由连结部14而粘合。
并且,在上述实施方式中,连结部14与绝缘材料33分离,但优选它们都由玻璃料构成而一体化。此时,即使水分侵入后板80与导电性基板15之间的空间,也不存在连结部14与导电性基板15之间的界面、密封部30A与导电性基板15之间的界面。另外,绝缘材料33和连结部14也都由玻璃料构成,与树脂相比具有高的密封性能。因此,能够充分抑制水分通过连结部14与导电性基板15间的界面或绝缘材料33与导电性基板15间的界面而侵入。
另外,在上述实施方式中,绝缘材料33由玻璃料构成,但构成绝缘材料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,作为这样的材料,除玻璃料以外,例如可举出聚酰亚胺树脂等热固性树脂以及热塑性树脂。其中,优选使用热固性树脂。此时,即使密封部30A在高温时具有流动性,绝缘材料33与由玻璃料构成的情况相同,与由热塑性树脂构成的情况相比,即使在高温时也难以流动化。因此,能够充分抑制导电性基板15与对电极20的接触,并能够充分抑制导电性基板15与对电极20之间的短路。
此外,在上述实施方式中,多个DSC50串联连接,但也可以并联连接。
此外,在上述实施方式中,可使用多个DSC50,但如图12所示的色素增感太阳能电池元件500那样,也可以仅使用一个DSC50。应予说明,图15所示的色素增感太阳能电池元件500省略DSC50A~DSC50C,并且设置在第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介由导电材料60而电连接。另外,在色素增感太阳能电池元件500中,连接端子16仅由导电材料连接部16A构成,该导电材料连接部16A配置于密封部30A与连结部14之间。即,导电材料连接部16A不配置于DSC50D的透明导电膜12D中的与主体部12a的侧边缘部12b对置的位置。因此,能够将氧化物半导体层13扩大至第1实施方式的DSC模块100中配置有导电材料连接部16A的部分的空间。此时,能够有效利用无用的空间,并扩大发电面积。
另外,在上述实施方式中,DSC50的数量为4个,但只要是一个以上即可,并不限定于4个。具有多个这样DSC50时,如图10所示,与DSC50A~50D的一部分在中途折返的情况相比,如图2所示,优选DSC50在一定方向排列。这样,DSC50在一定方向排列时,作为DSC50的数量,偶数、奇数均可以选择,能够自由决定DSC50的数量,并能够提高设计的自由度。
另外,在上述实施方式中,如图8所示,光吸收层13a的第1面91具有不与反射层13b接触的非接触部93,非接触部93不配置于第2面92的内侧,并且,第2面92被非接触部93包围,但如图13所示,第2面92可以不被非接触部93包围。应予说明,在图13中,第2面92配置于第1面91的内侧。即,第2面92配置于第1面91的周边91a的内侧。另外,如图14所示,可以在第2面92的外侧和内侧分别配置非接触部93。换言之,非接触部93可以分别配置于第2面92的外圆周边92a的外侧和内侧。
实施例
以下,通过例举实施例更具体说明本发明的内容,但本发明并不限定于下述实施例。
(实施例1)
首先,准备层叠体,所述层叠体是通过在由玻璃构成的厚度1mm的透明基板上形成厚度1μm的由FTO构成的透明导电膜而成的。接下来,如图3所示,利用CO2激光(Universalsystem公司制V-460)在透明导电膜12形成槽90,并形成透明导电膜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的四边形的主体部和从主体部的单侧侧边缘部突出的突出部。另外,透明导电膜12D形成为具有4.6cm×2.1cm的四边形的主体部和从主体部的单侧侧边缘部突出的突出部。另外,透明导电膜12A~12D中的3个的透明导电膜12A~12C的突出部12c由从主体部12a的单侧边缘部12b伸出的伸出部12d和从伸出部12d延伸并与邻近的透明导电膜12的主体部12a对置的对置部12e构成。另外,透明导电膜12D的突起部12c仅由从主体部12a的单侧边缘部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以及突出部12c、还具有第1电流获取部12f、将第1电流获取部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电流获取部12h。此时,连接部12g的宽度为1.3mm,长度为59mm。另外,利用四端子法测定连接部12g的电阻值,结果为100Ω。
接下来,在透明导电膜12A~12C中的突出部12c上形成了由导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B构成的连接端子16的前体。具体而言,连接端子16的前体以使导电材料连接部16A的前体设置在对置部12e上并使导电材料非连接部16B的前体设置在伸出部12d上而形成。此时,导电材料非连接部16B的前体形成为比导电材料连接部16A的宽度窄。通过丝网印刷而涂布银糊(福田金属箔粉工业公司制“GL-6000X16”)并干燥而形成连接端子16的前体。
进而,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的前体通过丝网印刷而涂布银糊并使其干燥而形成。
另外,分别在透明导电膜12A的第1电流获取部12f、第2电流获取部12h上形成用于向外部获取电流的外部连接用端子18a、18b的前体。外部连接用端子的前体通过丝网印刷涂布银糊并使其干燥而形成。
进而,以进入第1槽90A且覆盖形成第1槽90的主体部12a的边缘部的方式形成由玻璃料构成的绝缘材料33的前体。通过丝网印刷涂布含有玻璃料的糊并使其干燥而形成绝缘材料33。此时,以绝缘材料33覆盖的透明导电膜的边缘部是与槽90相距0.2mm的部分。
另外,为了固定后板80,与绝缘材料33同样地,以包围绝缘材料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的方式形成由玻璃料构成的环状的连结部14的前体。并且此时,连结部14的前体形成为在其内侧配置集电布线17的前体。另外,连结部14形成为在其外侧配置第1电流获取部和第2电流获取部。通过丝网印刷涂布含有玻璃料的糊并使其干燥而形成连结部14。
并且,在透明导电膜12A~12D的各自的主体部12a上形成氧化物半导体层13的前体。氧化物半导体层13的前体通过依次形成光吸收层的前体和反射层的前体而得。此时,通过丝网印刷将含有锐钛矿结晶型氧化钛(日挥触媒化成公司制21NR)的光吸收层形成用氧化钛纳米粒子糊涂布成正方形,在150℃干燥10分钟,从而得到光吸收层的前体。
另外,在光吸收层的前体的表面中与透明导电膜12A~12D相反的一侧的表面上,通过丝网印刷将含有锐钛矿结晶型氧化钛(日挥触媒化成公司制PST-400C)的反射层形成用氧化钛纳米粒子糊涂布成正方形,在150℃干燥10小时,从而得到反射层的前体。此时,反射层形成用氧化钛纳米粒子糊涂布在光吸收层的前体的表面中与透明导电膜12A~12D相反的一侧的表面的中央,在其周围不涂布。
接下来,在500℃下将连接端子16的前体、集电布线17的前体、外部连接用端子18a、18b的前体、绝缘材料33的前体、连结部14的前体、绝缘材料33的前体、氧化物半导体层13的前体烧制15分钟,从而形成连接端子16、集电布线17、外部连接用端子18a、18b、连结部14、绝缘材料33以及氧化物半导体层13。由此,形成了连结部14,从而得到具有导电性基板15的工作电极10。此时,连接端子16中导电材料连接部的宽度为1.0mm,导电材料非连接部的宽度为0.3mm。另外,沿导电材料连接部的沿延伸方向的长度为7.0mm,沿导电材料非连接部的沿延伸方向的长度为7.0mm。另外,集电布线17、外部连接用端子18a、18b、连结部14、以及氧化物半导体层13的尺寸分别如下所述。
集电布线17:厚度4μm、宽度200μm、沿着图2的X方向的长度79mm、沿着与图2的X方向正交的方向的长度21mm
外部连接用端子18a、18b:厚度20μm、宽度2mm、长度7mm
连结部14:厚度50μm、宽度3mm
氧化物半导体层13:厚度14μm、图2的X方向的长度17mm、与图2的X方向正交的方向的长度42.1mm
另外,氧化物半导体层13由光吸收层和反射层构成,所述反射层与光吸收层表面中与透明导电膜12A~12D相反的一侧的表面即第1面的一部分接触。这里,光吸收层的厚度为10μm,第1面的面积S1为716mm2。另外,反射层的厚度为4μm,光吸收层的第1面中与反射层接触的第2面的面积S2为687mm2。因此,S2/S1的值如表1所示,为0.96。此时,利用三维测量机(Smart Scope)分别测定形成的正方形的光吸收层的第1面以及正方形的第2面的一边的长度,根据其测定值计算S1和S2。由此得到工作电极。
接下来,使如上述那样得到的工作电极在含有0.2mM的由N719构成的光增感色素且以将乙腈与叔丁醇按1:1的体积比混合而成的混合溶剂为溶剂的色素溶液中浸渍一昼夜,之后取出并进行干燥,从而使光增感色素担载于氧化物半导体层。
接下来,在氧化物半导体层上,通过丝网印刷法涂布在二甲基丙基咪唑碘化物以及3-甲氧基丙腈的混合物中加入I2、甲基苯并咪唑、丁基苯并咪唑、硫氰酸胍以及叔丁基吡啶而得的电解质并使其干燥,从而配置电解质。
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,并在该密封用树脂膜形成4个四边形的开口,从而得到第1一体化密封部形成体。此时,以使各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式且以使环状部的宽度为2mm、分隔环状部的内侧开口的分隔部的宽度为2.6mm的方式制造第1一体化密封部形成体。
然后,使该第1一体化密封部形成体与工作电极上的绝缘材料33重叠,之后使第1一体化密封部形成体加热熔融,从而将其粘合于工作电极上的绝缘材料33。
接下来,准备4个对电极。在4.6cm×1.9cm×40μm的钛箔上通过溅射法形成厚度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而形成厚度5nm的由铂构成的催化剂层,从而准备了4个对电极中剩余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合于对电极中与工作电极对置的面。
而且,使粘合于工作电极的第1一体化密封部形成体与粘合于对电极的第1一体化密封部形成体对置,而使第1一体化密封部形成体彼此重叠。然后,在该状态下,边对第1一体化密封部形成体加压边使第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导电性基板侧的面的粘合部的宽度P、第1一体化密封部中的环状部与对电极中导电性基板侧的面的粘合部的宽度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分别如下所述。
P=1.0mm
Q=2.0mm
R=2.6mm
T=2.2mm
接下来,准备了第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公司制)构成的密封用树脂膜,并在该密封用树脂膜形成4个四边形的开口,从而得到第2一体化密封部。此时,以使各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小且使环状部的宽度为2mm、分隔环状部的内侧开口的分隔部的宽度为2.6mm的方式制成第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,边将第2一体化密封部按压于对电极边使第1一体化密封部和第2一体化密封部加热熔融,从而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用双面胶带贴上干燥剂片。干燥剂片的尺寸为厚度1mm×纵3cm×横1cm,作为干燥剂片,使用Zeoshito(商品名,品川化成公司制)。
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的方式涂布低温固化型的银糊(藤仓化成公司制,DOTITE D500),从而分别在第2一体化密封部的3个分隔部固定旁路二极管70A~70C。另外,以从二极管的两端的端子中一方的端子连接对电极的方式涂布上述低温固化型的银糊,从而在4个DSC50A~50D中DSC50D的第2一体化密封部的环状部上固定旁路二极管70D。由此,以相对于4个旁路二极管70A~70D连结相邻的2个的旁路二极管彼此的方式形成导电材料60Q。此时,在30℃下使上述低温固化型的银糊固化12小时,从而形成导电材料60Q。作为旁路二极管,使用ROHM公司制RB751V-40。
另外,以分别将旁路二极管间的各导电材料60Q与3个透明导电膜12A~12C上的导电材料连接部连接的方式涂布低温固化型的银糊(藤仓化成公司制,DOTITE D-500),并使其固化,从而形成导电材料60P。并且,以使旁路二极管70A与透明导电膜12E上的导电材料连接部连接的方式涂布上述低温固化型的银糊并使其固化,从而形成了导电材料60P。此时,在30℃下使上述低温固化型的银糊固化12小时,从而形成导电材料60P。
接下来,边在200℃对丁基橡胶(Aika Kogyo公司制“AikaMelt”)进行加热边用分送器在连结部14上进行涂布,从而形成粘合部的前体。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)、由Bynel(商品名,DuPont公司制)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80A的周边部重叠在粘合部80B的前体上,加压10秒。这样,在连结部14得到由粘合部80B和层叠体80A构成的后板80。如上得到DSC模块。
(实施例2~5)
将S2/S1的值设为表1所示的值,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
(比较例1~10)
将S2/S1的值设为表2~3所示的值,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。应予说明,在表2中,S2/S1为1以上,但这是反射层不仅覆盖光吸收层的第1面,还覆盖光反射层的侧圆周面的意思。
[特性评价]
对如上述那样得到的实施例1~5及比较例1~10的DSC模块评价光电转换特性。
(光电转换特性)
对如上述那样得到的实施例1~5以及比较例1~10的DSC模块测定光电转换效率η(%)。而且,以比较例5为基准,基于下述式计算光电转换效率η的增大率(η增大率)。将结果示于表1~3。
η增大率(%)=100×(实施例或比较例的光电转换效率-比较例5的光电转换效率)/比较例5的光电转换效率
此时,光电转换效率的测定使用Xe灯太阳模拟器(山下电装公司制YSS-150)和IV测试仪(英光精机公司制MP-160)来进行。
[表1]
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
S2/S1 0.96 0.92 0.85 0.78 0.70
η增大率(%) 2.14 2.77 2.77 1.39 1.39
[表2]
比较例1 比较例2 比较例3 比较例4 比较例5
S2/S1 1.44 1.34 1.17 1.08 1.00
η增大率(%) -19.02 -17.38 -10.58 -6.55 0
[表3]
比较例6 比较例7 比较例8 比较例9 比较例10
S2/S1 0.58 0.52 0.36 0.25 0.00
η增大率(%) -1.39 -3.40 -5.29 -18.77 -26.20
如表1中示出的那样,实施例1~5的DSC模块与比较例5的DSC模块相比,可明确光电转换效率增大1%以上。另外,如表2和3中示出的那样,比较例1~4以及比较例6~10的DSC模块与比较例5的DSC模块相比,可明确光电转换效率减少1%以上。
根据以上结果,可确认根据本发明的色素增感太阳能电池元件,能够充分提高光电转换特性。
符号说明
11…透明基板
12…透明导电膜
13…氧化物半导体层
13a…光吸收层
13b…反射层
15…导电性基板(第1电极)
16…连接端子(第1电极)
20…对电极(第2电极)
30A…密封部
33…绝缘材料(第1电极)
40…电解质
50、50A~50D…色素增感太阳能电池
91…第1面
92…第2面
93…非接触部
100、200、300、400…色素增感太阳能电池模块(色素增感太阳能电池元件)

Claims (4)

1.一种色素增感太阳能电池元件,其具有至少一个色素增感太阳能电池,
所述色素增感太阳能电池具备第1电极、第2电极和氧化物半导体层,
所述第2电极与所述第1电极对置,
所述氧化物半导体层设置在所述第1电极上,
所述氧化物半导体层具有光吸收层和反射层,
所述光吸收层设置在所述第1电极上,
所述反射层是与所述光吸收层的表面中与所述第1电极相反的一侧的第1面的一部分接触且配置于距离所述第1电极最远的位置的层,
所述光吸收层的所述第1面具有与所述反射层接触的第2面,
所述第1面的面积S1和所述第2面的面积S2满足下述式:
0.7≤S2/S1<1,
所述反射层配置在所述光吸收层的所述第1面的内侧,
所述第1面的不与所述反射层接触的非接触部不配置在所述第2面的内侧,
所述第2面被所述非接触部包围。
2.根据权利要求1所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述第1面的面积S1和所述第2面的面积S2满足下述式:
0.8≤S2/S1≤0.95。
3.根据权利要求1或2所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述氧化物半导体层含有由锐钛矿结晶构成的锐钛矿结晶型氧化钛、和由金红石结晶构成的金红石结晶型氧化钛,
所述反射层含有所述金红石结晶型氧化钛,
所述光吸收层含有所述锐钛矿结晶型氧化钛和所述金红石结晶型氧化钛,
所述反射层中的所述金红石结晶型氧化钛的含有率大于所述光吸收层中的所述金红石结晶型氧化钛的含有率。
4.根据权利要求3所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述光吸收层中的所述金红石结晶型氧化钛的含有率为3~15质量%。
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