CN105051851A - 色素增感太阳能电池元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种色素增感太阳能电池元件,其具有至少1个色素增感太阳能电池,色素增感太阳能电池具备:具有透明基板的第1基材、与第1基材相对的第2基材、使第1基材和第2基材接合的环状的密封部以及设置于第1基材与第2基材之间的氧化物半导体层,第2基材具有柔性且具有与密封部接合的环状的接合缘部和接合缘部的内侧的主体部,主体部的一部分是以朝着与第1基材为相反侧凸出的方式翘曲的凸状翘曲部。
Description
技术领域
本发明涉及色素增感太阳能电池元件。
背景技术
作为光电转换元件,由于廉价且可得到高的光电转换效率,色素增感太阳能电池元件受到注目,已对色素增感太阳能电池元件进行有各种开发。
色素增感太阳能电池元件至少具备1个色素增感太阳能电池,色素增感太阳能电池具备使导电性基板和与对电极等相对基板连结的环状的密封部。
作为这种色素增感太阳能电池元件,例如已知下述专利文献1中记载的电池元件。下述专利文献1中公开了具有由导电性基板构成的电极、与导电性基板相对的电极、设置于导电性基板上的氧化物半导体层、设置于两电极间的电解质以及在电解质的周围连结两电极的密封材料,并且,两电极互相平行的色素增感太阳能电池。
此外,作为如上述的色素增感太阳能电池元件,已知光电极与相对电极之间具有环状的密封部的燃料敏化电池(参照下述专利文献2)。这里,密封部与相对电极或光电极的界面是使4条直线状部分以成为环状的方式进行交叉而构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-59181号公报(图1)
专利文献2:日本特开2011-204680号公报
发明内容
然而,上述专利文献1和专利文献2中记载的色素增感太阳能电池在耐久性的方面均有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的是提供具有优异的耐久性的色素增感太阳能电池元件。
本发明的发明人等首先对上述专利文献1的色素增感太阳能电池中产生上述课题的原因进行了研究。就上述专利文献1的色素增感太阳能电池而言,若将该色素增感太阳能电池放置在温度变化大的环境下,则两电极间的空间发生膨胀或收缩。此时,若对两电极施加过大的应力,则这些电极立即成为紧张状态。在此本发明的发明人等认为其结果有可能对电极与密封材料之间的界面直接传递过大的应力。因此,本发明的发明人等反复进行了深入研究,其结果发现,提供以下发明能够解决上述课题。
即,本发明是一种色素增感太阳能电池元件,其具有至少1个色素增感太阳能电池,上述色素增感太阳能电池具备:具有透明基板的第1基材、与上述第1基材相对的第2基材、使上述第1基材和上述第2基材接合的环状的密封部、以及设置于上述第1基材与上述第2基材之间的氧化物半导体层,上述第2基材具有柔性,第2基材具有与上述密封部接合的环状的接合缘部和上述接合缘部的内侧的主体部,上述主体部的一部分是朝着与上述第1基材为相反侧以凸出的方式翘曲的凸状翘曲部。
该色素增感太阳能电池元件若放置在温度变化大的环境下,则第1基材与第2基材与密封部之间的空间发生膨胀或收缩。此时,即使对第2基材施加过大的应力而第2基材成为紧张状态,第2基材的主体部的一部分也会成为凸状翘曲部,因此该应力被凸状翘曲部吸收。因此,可以充分减少对第2基材的接合缘部与密封部之间的界面施加的应力。因此,即使将色素增感太阳能电池元件放置在温度变化大的环境下也能够具有优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,例如上述第1基材由第1电极构成,上述第2基材由第2电极构成。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述氧化物半导体层设置于上述第1电极上,上述主体部的其余部分具有以朝着上述氧化物半导体层侧凹下的方式翘曲的凹状翘曲部。
在这种情况下,通过主体部的其余部分具有凹状翘曲部,能够减小第1电极与第2电极的极间距离。因此,色素增感太阳能电池元件可具有优异的光电转换特性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述凸状翘曲部配置于与上述接合缘部邻接的位置。
接合缘部与密封部的界面容易受到应力。在此,若将凸状翘曲部配置于与接合缘部邻接的位置,则可以有效地抑制对接合缘部施加过大的应力。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面具有多条线状部以及在上述线状部彼此的交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
根据该色素增感太阳能电池元件,随着将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而第1基材和第2基材发生热膨胀时,在密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的接合面,相对于线状部彼此的交叉部朝着其外侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。因此,上述应力在外侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,且具有更优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有向上述交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在低温环境下而第1基材和第2基材发生收缩,与之相伴,在密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其内侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。因此,上述应力在内侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,具有更优异的耐久性。
此外,上述色素增感太阳能电池元件中,上述至少1个色素增感太阳能电池是多个色素增感太阳能电池,上述透明基板作为多个上述色素增感太阳能电池的共通的基板使用,多个上述色素增感太阳能电池中,邻接的2个上述色素增感太阳能电池的各个上述密封部彼此一体化而构成一体化密封部,上述一体化密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面具有多条线状部、以及在上述线状部彼此的交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
根据该色素增感太阳能电池元件,随着将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而第1基材和第2基材发生热膨胀时,在一体化密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其外侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。因此,上述应力在外侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,具有更优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述一体化密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有向上述交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在低温环境下而第1基材和第2基材发生收缩,与之相伴,在一体化密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其内侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。因此,上述应力在内侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,具有更优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,上述外侧鼓起部的缘部优选为圆弧状。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而对外侧鼓起部施加朝着外侧的应力,外侧鼓起部的缘部也成为圆弧状,因此可使该应力在缘部整体分散。
此外本发明的发明人等为了解决上述课题反复进行研究。首先,专利文献2中记载的染料敏化电池中,通常光电极或相对电极与密封部的线膨胀系数不同。因此,将染料敏化电池放置在高温环境下而光电极或相对电极发生热膨胀时,在该光电极或相对电极与密封部的界面,应力在构成密封部的2条直线状部分的交叉部分集中。因此,本发明的发明人等认为为了提高耐久性,可能需要使2条直线状部分的交叉部分设为可承受应力集中。因此,本发明的发明人等进一步反复深入研究,其结果发现,通过以下发明,能够解决上述课题。
即,本发明是一种色素增感太阳能电池元件,其具有色素增感太阳能电池,上述色素增感太阳能电池具备:具有透明基板的第1基材、与上述第1基材相对的第2基材、使上述第1基材和上述第2基材接合的环状的密封部,上述密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面具有多条线状部、以及在上述线状部彼此的交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
根据该色素增感太阳能电池元件,随着将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而第1基材和第2基材发生热膨胀时,在密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的接合面,相对于线状部彼此的交叉部,朝着其外侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。因此,上述应力在外侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,具有优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有向上述交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在低温环境下而第1基材和第2基材发生收缩,与之相伴,在密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其内侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。因此,上述应力在内侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,具有更优异的耐久性。
此外,本发明是一种色素增感太阳能电池元件,其具有多个色素增感太阳能电池,上述色素增感太阳能电池具备:具有透明基板的第1基材、与上述第1基材相对的第2基材、以及使上述第1基材和上述第2基材接合的环状的密封部,上述透明基板作为多个上述色素增感太阳能电池的共通的基板使用,多个上述色素增感太阳能电池中邻接的2个上述色素增感太阳能电池的各个上述密封部彼此一体化而构成一体化密封部,上述一体化密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面具有多条线状部、以及在上述线状部彼此的交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
根据该色素增感太阳能电池元件,随着将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而第1基材和第2基材发生热膨胀时,在一体化密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其外侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的外侧鼓起的外侧鼓起部。因此,上述应力在外侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,且具有优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,优选上述一体化密封部中与上述第1基材和上述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有向上述交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在低温环境下而第1基材和第2基材发生收缩,与之相伴,在一体化密封部与第1基材和第2基材的接合面,相对于线状部分彼此的交叉部,朝着其内侧的应力集中。在此,本发明中,接合面具有向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部。因此,上述应力在内侧鼓起部也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部与第1基材和第2基材中的至少一者的粘接强度的下降,且具有更优异的耐久性。
上述色素增感太阳能电池元件中,上述外侧鼓起部的缘部优选为圆弧状。
在这种情况下,即使将色素增感太阳能电池元件放置在高温环境下而对外侧鼓起部施加朝着外侧的应力,外侧鼓起部的缘部也成为圆弧状,因此可使该应力在缘部整体分散。
应予说明,本发明中,第2基材“具有柔性”是指在20℃的环境下将50mm×200mm的片状的第2基材的长边侧的两缘部(分别为宽度5mm)以张力1N水平地固定,对第2基材的中央施加20g重的负荷时的第2基材的翘曲的最大变形率大于20%。这里,最大变形率是指基于下述式算出的值。
最大变形率(%)=100×(最大位移量/片状的第2基材的厚度)
因此,例如通过将厚度0.04mm的片状第2基材以上述方式施加负荷而翘曲,在最大变形量为0.01mm时,最大变形率为25%,则该片状第2基材具有柔性。
根据本发明,可提供具有优异的耐久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平面图。
图3是表示图1的第2基材的部分截面图。
图4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平面图。
图5是表示图1的第1一体化密封部的平面图。
图6是表示图1的第2一体化密封部的平面图。
图7是沿着图2的VII-VII线的截面图。
图8是图7的部分放大图。
图9是表示形成用于固定后板的连结部的工作电极的平面图。
图10是表示用于形成图5的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的平面图。
图11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平面图。
图12是表示图11的第1一体化密封部的平面图。
图13是表示图12的第1一体化密封部与导电性基板的接合面的图。
图14是表示用于形成图12的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的平面图。
图15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平面图。
图16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平面图。
图17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平面图。
图18是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第6实施方式的一部分的截面图。
图19是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第7实施方式的一部分的平面图。
图20是表示色素增感太阳能电池元件的第1参考方式的截面图。
图21是表示图19的一部分的平面图。
图22是沿着图21的XXII-XXII线的截面图。
图23是表示色素增感太阳能电池元件的第2参考方式的一部分的平面图。
图24是表示色素增感太阳能电池元件的第3参考方式的一部分的平面图。
图25是表示色素增感太阳能电池元件的第4参考方式的一部分的平面图。
图26是部分地表示图13的接合面的变形例的图。
图27是表示色素增感太阳能电池元件的第5参考方式的部分截面图。
图28是表示接合面的其它变形例的图。
图29是表示色素增感太阳能电池元件的第6参考方式的一部分的平面图。
具体实施方式
<第1实施方式>
以下,一边参照图1~图9一边对本发明的色素增感太阳能电池元件的第1实施方式详细地进行说明。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平面图,图3是表示图1的第2基材的部分截面图,图4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平面图,图5是表示图1的第1一体化密封部的平面图,图6是表示图1的第2一体化密封部的平面图,图7是沿着图2的VII-VII线的截面图,图8是图7的部分放大图,图9是表示形成用于固定后板的连结部的工作电极的平面图。
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)色素增感太阳能电池(以下有时称为“DSC”)50、以及将DSC50以在透明基板11的一面11a侧覆盖的方式设置的后板80。如图2所示,多个DSC50通过导电材料60P串联地连接。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的分别具备:具有导电性基板15的工作电极10、与导电性基板15相对的对电极20、以及使导电性基板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和环状的密封部30A形成的单元空间中填充有电解质40。
如图3所示,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侧而促进催化剂反应的催化剂层22。此外,邻接的2个DSC50中,对电极20彼此互相有间隔。此外,对电极20具有柔性。本实施方式中,由对电极20构成第2基材和第2电极。
如图1和图2所示,工作电极10具有:导电性基板15、以及设置于导电性基板15上的至少1个氧化物半导体层13。导电性基板15具有:透明基板11、设置于透明基板11上的透明导电膜12、设置于透明基板11上的绝缘材料33、以及设置于透明导电膜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。透明基板11作为DSC50A~50D的共通的透明基板使用。另外,本实施方式中,由导电性基板15构成第1基材和第1电极。
如图2和图4所示,透明导电膜12由在互相绝缘的状态下设置的透明导电膜12A~12F构成。即,透明导电膜12A~12F互相夹持槽90而配置。这里,透明导电膜12A~12D分别构成多个DSC50A~50D的透明导电膜12。此外,透明导电膜12E以沿着密封部30A弯曲的方式配置。透明导电膜12F是用于固定后板80的周缘部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4所示,透明导电膜12A~12D均具有:具有侧缘部12b的四边形的主体部12a、以及从主体部12a的侧缘部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在侧方延伸的延伸部12d、以及从延伸部12d延伸而与邻近的DSC50D的主体部12a介由槽90相对的相对部12e。
DSC50B中,透明导电膜12B的突出部12c也具有延伸部12d和相对部12e。此外,在DSC50A中,透明导电膜12A的突出部12c也具有延伸部12d和相对部12e。
另外,DSC50D已经与DSC50C连接,不存在其它应该连接的DSC50。因此,DSC50D中,透明导电膜12D的突出部12c不具有相对部12e。即,透明导电膜12D的突出部12c仅由延伸部12d构成。
但是,透明导电膜12D进一步具有用于将DSC模块100中产生的电流取出至外部的第1电流取出部12f、以及连接第1电流取出部12f和主体部12a连接且沿着透明导电膜12A~12C的侧缘部12b延伸的连接部12g。第1电流取出部12f在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A配置在与透明导电膜12B为相反侧。
另一方面,透明导电膜12E也具有用于将DSC模块100中产生的电流取出至外部的第2电流取出部12h,第2电流取出部12h在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A配置在与透明导电膜12B为相反侧。然后,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h在DSC50A的周围以介由槽90B(90)邻接的方式配置。这里,槽90是由第1槽90A和第2槽90B构成,上述第1槽90A沿着透明导电膜12的主体部12a的缘部而形成,上述第2槽90B沿着除去透明导电膜12中主体部12a的部分的缘部而形成,且与后板80的周缘部80a交叉。
此外,如图2所示,在透明导电膜12A~12C的各突出部12c和透明导电膜12E上设置有连接端子16。各连接端子16具有导电材料连接部16A,其与导电材料60P连接且在密封部30A的外侧沿着密封部30A延伸;以及导电材料非连接部16B,其从导电材料连接部16A开始在密封部30A的外侧沿着密封部30A延伸。本实施方式中,透明导电膜12A~12C中,在连接端子16中至少导电材料连接部16A设置于突起部12c的相对部12e上且与连接的邻近的DSC50的主体部12a相对。透明导电膜12E中,连接端子16中的导电材料连接部16A与连接的邻近的DSC50A的主体部12a相对。并且,导电材料非连接部16B的宽度与导电材料连接部16A的宽度相比变窄。这里,导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B的宽度分别为恒定。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的延伸方向垂直的方向的长度且在导电材料连接部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的延伸方向垂直的方向的长度且导电材料非连接部16B的宽度中最窄的宽度。
而且,在DSC50C中的透明导电膜12C的突出部12c上设置的连接端子16的导电材料连接部16A与邻近的DSC50D中的对电极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上的方式配置。同样地,DSC50B中的连接端子16的导电材料连接部16A与邻近的DSC50C中的对电极20的金属基板21介由导电材料60P连接,DSC50A中的连接端子16的导电材料连接部16A与邻近的DSC50B中的对电极20的金属基板21介由导电材料60P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中的对电极20的金属基板21介由导电材料60P连接。
此外,在第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别设置有外部连接端子18a、18b。
此外,对电极20具有与密封部30A接合的环状的接合缘部20a和接合缘部20a的内侧的主体部20b。这里,主体部20b的一部分成为以朝着与导电性基板15为相反侧凸出的方式翘曲的凸状翘曲部20c。本实施方式中,凸状翘曲部20c为环状。进而,凸状翘曲部20c配置于与接合缘部20a邻接的位置。此外,主体部20b的其余部分具有以朝着氧化物半导体层13侧凹下的方式翘曲的凹状翘曲部20d。具体而言,凹状翘曲部20d配置于环状的凸状翘曲部20c的内侧。这里,如图8所示,从透明基板11开始的凸状翘曲部20c的高度H1与从透明基板11开始的接合缘部20a的高度H2相比变大。此外,凹状翘曲部20d的高度H3与接合缘部20a的高度H2相比小。
如图1所示,密封部30A具有环状的第1密封部31A,其设置于导电性基板15与对电极20之间;以及第2密封部32A,其以与第1密封部31A重叠的方式设置且与第1密封部31A一起夹持对电极20的接合缘部20a。然后,如图5所示,邻接的第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由未设置于邻接的2个对电极20之间的环状的部分(以下称为“环状部”)31a、以及设置于邻接的2个对电极20之间且间隔环状的部分31a的内侧开口31c的部分(以下称为“间隔部”)31b构成。此外,如图6所示,第2密封部32A彼此在邻接的对电极20之间一体化,构成第2一体化密封部32。第2一体化密封部32由未设置于邻接的2个对电极20之间的环状的部分(以下称为“环状部”)32a、以及设置于邻接的2个对电极20之间且间隔环状的部分32a的内侧开口32c的部分(以下称为“间隔部”)32b构成。
此外,如图1所示,在第1密封部31A与槽90之间,以填入邻接的透明导电膜12A~12F彼此间的槽90且跨越邻接的透明导电膜12的方式设置有由玻璃粉构成的绝缘材料33。若详细叙述,则绝缘材料33填入沿着槽90中透明导电膜12的主体部12a的缘部而形成的第1槽90A,并且还覆盖形成有第1槽90A的主体部12a的缘部。
如图7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的间隔部31b的粘接部的宽度P,与对电极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的粘接部的宽度Q相比变窄。进而,第1一体化密封部31的间隔部31b的宽度R是第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%。
此外,第2一体化密封部32具有设置于对电极20中与工作电极10为相反侧的主体部32d、以及设置于邻接的对电极20彼此之间的粘接部32e。第2一体化密封部32通过粘接部32e与第1一体化密封部31粘接。
如图1所示,导电性基板15上设置有后板80。后板80包含层叠体80A和粘接部80B,上述层叠体80A包含耐候性层和金属层,上述粘接部80B设置于相对于层叠体80A为与金属层为相反侧且介由连结部14与导电性基板15粘接。这里,粘接部80B用于使后板80粘接于导电性基板15,如图1所示,可以在层叠体80A的周缘部形成。但是,粘接部80B也可以设置于层叠体80A中DSC50侧的面整体。后板80的周缘部80a通过粘接部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,粘接部80B与DSC50的密封部30A间隔。此外,连结部14也与密封部30A间隔。另外,DSC模块100中,与后板80相比为内侧且在密封部30A的外侧的空间未填充电解质40。
此外,如图2所示,透明导电膜12D中,以通过主体部12a、连接部12g和电流取出部12f的方式延伸有具有比透明导电膜12D低的电阻的集电配线17。该集电配线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,集电配线17配置在比连结部14还内侧。
另外,如图2所示,各DSC50A~50D分别与旁路二极管70A~70D并列地连接。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的间隔部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的间隔部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的间隔部32b上。旁路二极管70D固定于DSC50D的密封部30A上。然后,以通过旁路二极管70A~70D的方式将导电材料60Q固定于对电极20的金属基板21。此外,从旁路二极管70A、70B间,旁路二极管70B、70C间,旁路二极管70C、70D间的导电材料60Q分别将导电材料60P分支,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。此外,DSC50A的对电极20的金属基板21上也将导电材料60P固定,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。进而,旁路二极管70D介由导电材料60P与透明导电膜12D连接。
此外,在各DSC50的对电极20上设置有干燥剂(未图示)。
根据上述DSC模块100,若放置在温度变化大的环境下,则导电性基板15与对电极20与密封部30A之间的空间会膨胀或收缩。此时,即使向对电极20施加过大的应力而对电极20成为紧张状态,由于对电极20的主体部20b的一部分成为凸状翘曲部20c,因此该应力被凸状翘曲部20c吸收。因此,可以充分减少附加于对电极20的接合缘部20a与密封部30A之间的界面的应力。因此,即使将DSC模块100放置在温度变化大的环境下,也能够具有优异的耐久性。
此外,DSC模块100中,对电极20主体部20b的其余部分以朝着氧化物半导体层13侧凹下的方式具有翘曲的凹状翘曲部20d。因此,能够减小导电性基板15与对电极20的极间距离。因此,DSC模块100能够具有优异的光电转换特性。
进而,DSC模块100中,凸状翘曲部20c配置于与接合缘部20a邻接的位置。在接合缘部20a与密封部30A的界面容易施加应力。在此,若将凸状翘曲部20c配置于与接合缘部20a邻接的位置,则可以有效地抑制对接合缘部20a施加过大的应力。
进而,在DSC模块100中,沿着透明导电膜12的缘部形成有槽90,该槽90具有沿着配置于环状的密封部30A的内侧的透明导电膜12的主体部12a的缘部而形成的第1槽90A。然后,在该第1槽90A填入由玻璃粉构成的绝缘材料33,并且该绝缘材料33还覆盖形成有第1槽90A的主体部12a的缘部。因此,在透明基板11的内部且槽90的下方的位置沿着槽90形成裂缝,即使该裂缝被连接至主体部12a的缘部,利用绝缘材料33也可充分抑制经过该裂缝的密封部30A从外部浸入水分。尤其是DSC模块100中,覆盖形成第1槽90A的主体部12a的缘部,填入第1槽90A的绝缘材料33由玻璃粉构成。因此,DSC模块100与绝缘材料33为树脂的情况相比具有高的密封性能。因此,根据DSC模块100,可具有优异的耐久性。
此外,DSC模块100中,以将密封部30A和绝缘材料33重叠的方式配置。因此,与以绝缘材料33和密封部30A不重叠的方式配置的情况相比,可以进一步增加从DSC模块100的受光面侧观察的、有助于发电的部分的面积。因此,可以进一步提高开口率。
此外,DSC模块100中,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h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为相反侧,透明导电膜12A的第1电流取出部12f和透明导电膜12F的第2电流取出部12h以互相介由槽90邻接的方式配置。因此,DSC模块100中,能以将外部连接端子18a、18b分别与第1电流取出部12f和第2电流取出部12h邻接的方式配置。因此,可以将用于从外部连接端子18a、18b将电流取出至外部的连接器的数量设为1个。即,假设将第1电流取出部12f相对于透明导电膜12D配置于与透明导电膜12c为相反侧时,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h互相间隔很大地配置,因此外部连接端子18a、18b也间隔很大地配置。在这种情况下,对于从DSC模块100取出电流而言,需要与外部连接端子18a连接的连接器和与外部连接端子18b连接的连接器这2个连接器。然而,根据DSC模块100,能够将外部连接端子18a、18b以互相邻接的方式配置,因此连接器为1个即可。因此,根据DSC模块100,可以实现省空间化。此外,若将DSC模块100在低照度下使用,则DSC模块100中发电电流小。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中的一端侧的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电流取出部12h的邻近,介由槽90作为第1电流取出部12f配置,也可以充分抑制DSC模块100的光电转换性能的下降。
此外,DSC模块100中,DSC50A~50D沿着X方向一列地排列,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电流取出部12f、以及连接主体部12a和第1电流取出部12f的连接部12g。因此,与将作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折回且将DSC50A和DSC50D以它们互相邻接的方式配置的情况相比,为了将邻接的2个DSC50彼此连接,可以进一步缩短沿着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,能够进一步实现省空间化。此外,根据DSC模块100,将该DSC模块100在低照度环境下使用时,通常,DSC模块100中发电电流小,因此即使DSC模块100进一步具有将主体部12a和第1电流取出部12f连接的第1连接部12g,也可以充分抑制光电转换特性的下降。
进而,DSC模块100中,集电配线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,可得到以下优点。即,首先集电配线17一般为多孔质,因此具有通气性,水蒸气等气体可透过。在这种情况下,若以不与后板80和导电性基板15的连结部14交叉的方式配置,则可以防止通过集电配线17在后板80与导电性基板15之间的空间从外部侵入水蒸气等。其结果,DSC模块100可以具有优异的耐久性。此外集电配线17具有比透明导电膜12D低的电阻,因此即使发电电流变大,也可以充分抑制光电转换特性的下降。
进而,将DSC模块100放置在温度变化大的环境下时,连接端子16的宽度越窄,连接端子16难以从透明导电膜12的突出部12c剥离。在此,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,即使假设导电材料连接部16A从透明导电膜12的突出部12c剥离,导电材料非连接部16B也能够不从透明导电膜12剥离而维持对透明导电膜12的连接。此外,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也能够正常地工作。因此,根据DSC模块100,能够提高连接可靠性。此外,与邻接的2个DSC50中一者的DSC50中的对电极20的金属基板21连接的导电材料60P与另一者的DSC50中的突出部12c上的导电材料连接部16A连接,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,邻接的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,能够提高开口率。
此外,DSC模块100中,DSC50A~50D中与邻近的DSC50连接的DSC50中,突出部12c具有:从主体部12a延伸至侧方的延伸部12d、以及从延伸部12d延伸且与邻近的DSC50的主体部12a相对的相对部12e,连接端子16中至少导电材料连接部16A设置于相对部12e上。
在这种情况下,连接端子16中至少导电材料连接部16A设置于与邻近的DSC50的主体部12a相对的相对部12e上,因此与连接端子16中至少导电材料连接部16A未设置在与邻近的DSC50的主体部12a相对的相对部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,能够充分防止邻接的DSC50彼此间的短路。
此外,DSC模块100中,导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B均沿着密封部30A配置。因此,与将导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B沿着离开密封部30A的方向进行配置的情况相比,可以节省连接端子16所需的空间。
进而,DSC模块100中,后板80的粘接部80B与DSC50的密封部30A有间隔。因此,粘接部80B通过在低温时收缩而拉伸密封部30A,充分抑制对密封部30A与导电性基板15或对电极20的界面施加过大的应力。此外,高温时,粘接部80B也通过膨胀而挤压密封部30A,充分抑制对密封部30A与导电性基板15或对电极20的界面施加过大的应力。即,在高温时或低温时均可充分抑制对密封部30A与导电性基板15或对电极20的界面施加过大的应力。因此,DSC模块100可具有优异的耐久性。
进而,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的间隔部31b的粘接部的宽度P与对电极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的粘接部的宽度Q相比变窄。因此,可以进一步提高DSC模块100中的开口率。此外,DSC模块100中,邻接的第1密封部31A彼此以及邻接的第2密封部32A彼此在邻接的对电极20之间一体化。这里,若邻接的第1密封部31A彼此没有一体化,则在邻接的DSC50之间,相对于大气露出的密封部为2处。与此相对,DSC模块100中,邻接的第1密封部31A彼此一体化,因此在邻接的DSC50之间,相对于大气露出的密封部为1处。即,第1一体化密封部31由环状部31a和间隔部31b构成,因此在邻接的DSC50之间,相对于大气露出的密封部仅为间隔部31b的1处。此外,通过第1密封部31A彼此一体化,从大气至电解质40为止的水分等的浸入距离变长。因此,可以充分减少邻接的DSC50之间从DSC50的外部侵入的水分、空气的量。即,可以充分提高DSC模块100的密封性能。此外,根据DSC模块100,即使邻接的第1密封部31A彼此一体化。因此,对电极20中导电性基板15侧的面和第1一体化密封部31的间隔部31b的粘接部的宽度P与对电极20中导电性基板15侧的面和第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q相比窄,在该间隔部31b也能够确保充分的密封宽度。即,根据DSC模块100,能够一边使开口率提高,一边充分增大第1密封部31A和导电性基板15的粘接强度以及第1密封部31A和对电极20的粘接强度。其结果,可以提高开口率,并且即使将DSC模块100在高温下使用时电解质40膨胀而从第1密封部31A的内侧向外侧施加过大的应力,也可以充分抑制来自导电性基板15和对电极20的第1密封部31A的剥离,且可具有优异的耐久性。
而且,DSC模块100中,对电极20与第1一体化密封部31的间隔部31b的宽度R是第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%。在这种情况下,第1一体化密封部31的间隔部31b中,间隔部31b的宽度为环状部31a的宽度T的100%以上,因此与第1一体化密封部31的间隔部31b中其间隔部31b的宽度R不足环状部31a的宽度T的100%的情况相比,从大气至电解质40为止的水分等的浸入距离变长。因此,可以进一步充分抑制通过位于邻接的DSC50间的间隔部31b从外部浸入水分。另一方面,与间隔部31b的宽度R大于环状部31a的宽度T的200%的情况相比,可以进一步提高开口率。
此外,DSC模块100中,第2密封部32A与第1密封部31A粘接,对电极20的接合缘部20a由第1密封部31A和第2密封部32A夹持。因此,即使向对电极20作用从工作电极10离开的方向的应力,也可通过第2密封部32A充分抑制其剥离。此外,第2一体化密封部32的间隔部32b通过邻接的对电极20彼此间的间隙S与第1密封部31A粘接,因此可靠地防止邻接的DSC50的对电极20彼此接触。
接着,对工作电极10、连结部14、光增感色素、对电极20、密封部30A、绝缘材料33、电解质40、导电材料60P、60Q、后板80和干燥剂详细地进行说明。
(工作电极)
构成透明基板11的材料只要是例如透明的材料即可,作为这种透明的材料,例如可举出硼硅酸玻璃、钠钙玻璃、白板玻璃、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)和聚醚砜(PES)等。透明基板11的厚度可根据DSC模块100的尺寸适当决定,没有特别限定,例如可以设为50~10000μm的范围。
作为透明导电膜12所含的材料,例如可举出添加锡氧化铟(ITO),氧化锡(SnO2)、添加氟氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。透明导电膜12可以由单层构成,也可以由含有不同的导电性金属氧化物的多个层的层叠体构成。透明导电膜12由单层构成时,透明导电膜12由于具有高的耐热性和耐药品性,优选含有FTO。透明导电膜12也可以进一步含有玻璃粉。透明导电膜12的厚度例如可设为0.01~2μm的范围。
此外,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,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)
在这种情况下,与连接部12g的电阻值大于由上述式(1)表示的电阻值的情况相比,可以充分抑制DSC模块100的性能下降。本实施方式中,DSC50的数量为4,因此由上述式(1)表示的电阻值为480Ω,因此连接部12g的电阻值优选为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、铜和铟等。它们可以单独使用或组合使用2种以上。
此外,连接端子16可以由与导电材料60P相同的材料构成,也可以由不同的材料构成,但优选由相同的材料构成。
在这种情况下,连接端子16和导电材料60P由相同的材料构成,因此可以进一步充分提高连接端子16与导电材料60P的密合性。因此,能够进一步提高DSC模块100中的连接可靠性。
若连接端子16中导电材料非连接部16B的宽度比导电材料连接部16A的宽度窄则没有特别限制,优选为导电材料连接部16A的宽度的1/2以下。
在这种情况下,与导电材料非连接部16B的宽度大于导电材料连接部16A的宽度的1/2的情况相比,能够进一步提高DSC模块100中的连接可靠性。
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。
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)或它们的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,也可以由吸收层和将透射吸收层的光反射而返回至吸收层的反射层构成。
氧化物半导体层13的厚度例如可设为0.5~50μm。
(连结部)
构成连结部14的材料只要可以使后板80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,例如可以使用与玻璃粉、密封部31A中使用的树脂材料同样的树脂材料等。其中,连结部14优选为玻璃粉。玻璃粉具有比树脂材料高的密封性能,因此可以有效地抑制从后板80的外侧浸入水分等。
(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、三联吡啶结构等的配体的钌络合物、卟啉,曙红,若丹明,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、以及设置于金属基板21中的工作电极10侧而促进对电极20的表面中的还原反应的导电性的催化剂层22。
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的尺寸适当决定,没有特别限定,例如可以设为0.005~0.1mm。
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,例如可举出含有离聚物、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、紫外线固化树脂和乙烯醇聚合物等树脂。
第1密封部31A的厚度通常为40~90μm,优选为60~80μm。
对电极20与间隔部31b的粘接部的宽度P优选为对电极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%。在这种情况下,与粘接部的宽度P小于粘接部的宽度Q的25%的情况相比,可具有更优异的耐久性。粘接部的宽度P更优选为粘接部的宽度Q的30%以上,进一步优选为40%以上。
DSC模块100中,第1一体化密封部31的间隔部31b的宽度R优选为第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%。
在这种情况下,可以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,例如可举出含有离聚物、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、紫外线固化树脂和乙烯醇聚合物等树脂。
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、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、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、苯基乙腈、丙烯腈、丁二腈、乙二腈、戊腈、己二腈等。作为氧化还原对,例如除I-/I3-以外,可举出溴/溴化物离子、锌络合物、铁络合物、钴络合物等氧化还原对。此外,电解质40可以使用离子液体代替有机溶剂。作为离子液体,例如可使用吡啶盐、咪唑盐、三唑盐等已知的碘盐、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,可很好地使用1-己基-3-甲基碘化咪唑1-乙基-3-丙基咪唑碘化鎓、二甲基咪唑鎓碘化物、乙基甲基咪唑碘化物、二甲基丙基咪唑鎓碘化物、丁基甲基咪唑碘化物或甲基丙基咪唑碘化物。
此外,电解质40也可以使用上述离子液体和上述有机溶剂的混合物代替上述有机溶剂。
此外,可以在电解质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。
进而,作为电解质40,可以使用在上述电解质中混炼SiO2、TiO2、碳纳米管等的纳米粒子而成为凝胶态的准固体电解质即纳米复合凝胶电解质,此外,也可以使用利用聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷衍生物、氨基酸衍生物等的有机系凝胶化剂凝胶化的电解质。
另外,电解质40含有由I-/I3-构成的氧化还原对,I3-的浓度优选为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。在这种情况下,携带电子的I3-的浓度低,因此可以进一步减少漏泄电流。因此,可以进一步增加开路电压,因此可以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:包含耐候性层和金属层的层叠体80A、以及设置于层叠体80A的DSC50侧的面且将层叠体80A和连结部14粘接的粘接部80B。
耐候性层例如可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯构成。
耐候性层的厚度只要是例如50~300μm即可。
金属层例如可以由含有铝的金属材料构成。金属材料通常由铝单体构成,但也可以是铝和其它金属的合金。作为其它金属,例如可举出铜、锰、锌、镁、铅和铋。具体而言,优选为在98%以上的纯铝中微量添加有其它金属的1000系铝。这是因为该1000系铝与其它铝合金相比,廉价且加工性优异。
金属层的厚度没有特别限制,例如可以是12~30μm。
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。它们可以单独使用或组合使用2种以上。树脂层可以形成于金属层中与耐候性层为相反侧的表面整体,也可以仅形成于周缘部。
作为构成粘接部80B的材料,例如可举出丁基橡胶、丁腈橡胶、热塑性树脂等。它们可以单独使用或组合使用2种以上。粘接部80B的厚度没有特别限制,例如可以是300~1000μm。
(干燥剂)
干燥剂可以是片状也可以是粒状。干燥剂例如只要可以吸收水分即可,作为干燥剂,例如可举出二氧化硅凝胶、氧化铝、沸石等。
接着,一边参照图4、图9和图10一边对DSC模块100的制造方法进行说明。图10是表示用于形成图5的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的平面图。
首先,准备在1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)或CVD法等。
接着,如图4所示,相对于透明导电膜形成槽90,使槽90互相夹持而在绝缘状态下形成配置的透明导电膜12A~12F。具体而言,对应于DSC50A~50D的4个透明导电膜12A~12D是以具有四边形的主体部12a和突出部12c的方式形成。此时,对于对应于DSC50A~50C的透明导电膜12A~12C,突出部12c是以不仅具有延伸部12d而且还具有从延伸部12d延伸而与邻近的DSC50的主体部12a相对的相对部12e的方式形成。此外,对于透明导电膜12D,是以不仅具有四边形的主体部12a和延伸部12d,而且具有第1电流取出部12f、连接第1电流取出部12f和主体部12a的连接部12g的方式形成。此时,第1电流取出部12f是以相对于透明导电膜12A配置于与透明导电膜12B为相反侧的方式形成。进而,透明导电膜12E是以形成第2电流取出部12h的方式形成。此时,第2电流取出部12h是以相对于透明导电膜12A配置于与透明导电膜12B为相反侧,且在第1电流取出部12f的邻近介由槽90而配置的方式形成。
槽90例如可以通过使用YAG激光器或CO2激光器等作为光源的激光划片法形成。
如此,在透明基板11的上形成透明导电膜12。
接着,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的前体是以将导电材料连接部16A设置于相对部12e上的方式形成。此外,透明导电膜12E上也形成连接端子16的前体。此外,导电材料非连接部16B的前体是以与导电材料连接部16A的宽度相比变窄的方式形成。连接端子16的前体例如可以通过涂布银糊料使其干燥而形成。
进而,在透明导电膜12D的连接部12g上形成集电配线17的前体。集电配线17的前体例如可以通过涂布银糊料使其干燥而形成。
此外,在透明导电膜12A的第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别形成用于将电流取出至外部的外部连接用端子18a、18b的前体。外部连接用端子的前体例如可以通过涂布银糊料使其干燥而形成。
进而,以填入沿着主体部12a的缘部而形成的第1槽90A且也覆盖主体部12a的缘部的方式形成由玻璃粉构成的绝缘材料33的前体。绝缘材料33例如可以通过涂布含有玻璃粉的糊料使其干燥而形成。
此外,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的方式形成环状的连结部14的前体。
进而,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的前体可以通过在印刷含有氧化物半导体粒子的氧化物半导体层形成用糊料后使其干燥而形成。
氧化物半导体层形成用糊料除含有氧化物半导体粒子以外,含有聚乙二醇等的树脂和松油醇等溶剂。
作为氧化物半导体层形成用糊料的印刷方法,例如可以使用丝网印刷法、刮刀法或棒涂法等。
最后,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的前体共同煅烧,形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14和氧化物半导体层13。
此时,煅烧温度根据氧化物半导体粒子、玻璃粉的种类而不同,通常为350~600℃,煅烧时间也根据氧化物半导体粒子、玻璃粉的种类而不同,通常为1~5小时。
如此,如图9所示,可得到形成有用于固定后板80的连结部14且具有导电性基板15的工作电极10。
接着,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,可以使工作电极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后,用上述溶液的溶剂成分清洗多余的光增感色素,使其干燥,从而使光增感色素吸附于氧化物半导体层13。但是,即使将含有光增感色素的溶液涂布于氧化物半导体层13后使其干燥,从而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。
接着,在氧化物半导体层13上配置电解质40。
接着,如图10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。第1一体化密封部形成体131可以通过准备由构成第1一体化密封部31的材料构成的1片密封用树脂膜,在该密封用树脂膜上形成DSC50的数量所对应的四边形的开口131a而得到。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粘接于导电性基板15上。此时,第1一体化密封部形成体131以与构成导电性基板15的绝缘材料33重叠的方式粘接。第1一体化密封部形成体131的导电性基板15上的粘接可以通过使第1一体化密封部形成体131进行加热熔融而进行。此外,第1一体化密封部形成体131是以透明导电膜12的主体部12a配置于第1一体化密封部形成体131的内侧的方式与导电性基板15粘接。
另一方面,准备与DSC50的数量相同数量的对电极20。
对电极20可以通过在金属基板21上形成促进对电极20表面上的还原反应的导电性的催化剂层22而得到。
接着,再准备一个上述第1一体化密封部形成体131。然后,将多个对电极20各自以堵塞第1一体化密封部形成体131的各开口131a的方式贴合。
接着,重叠与对电极20粘接的第1一体化密封部形成体131和与导电性基板15粘接的第1一体化密封部形成体131,一边将第1一体化密封部形成体131加压一边使其加热熔融。此时,若挤压对电极20的主体部20b中与接合部位20a邻接的环状部位的内侧部分,则在氧化物半导体层13与对电极20的主体部20b之间存在的电解质40在周围移动,由此在与对电极20的接合缘部20a邻接的位置形成有环状的凸状翘曲部20c。同时,在环状的凸状翘曲部20c的内侧形成有凹状翘曲部20d。如此在导电性基板15与对电极20之间形成有第1一体化密封部31。此时,以对电极20中导电性基板15侧的面和第1一体化密封部31的间隔部31b的粘接部的宽度P与对电极20中导电性基板15侧的面和第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q相比变窄的方式形成第1一体化密封部31。此外,第1一体化密封部31的间隔部31b的宽度R以成为第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,但优选在减压下进行。
接着,准备第2一体化密封部32(参照图6)。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。第2一体化密封部32可以通过准备1片密封用树脂膜,在该密封用树脂膜上形成DSC50的数量所对应的四边形的开口32c而得到。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的接合缘部20a的方式贴合于对电极20。第2一体化密封部32的对电极20上的粘接可以通过使第2一体化密封部32进行加热熔融而进行。
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-乙烯醇共聚物等的改性聚烯烃树脂、紫外线固化树脂和乙烯醇聚合物等树脂。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。在这种情况下,第2密封部32A与第1密封部31A相比变硬,由此可以有效地抑制邻接的DSC50的对电极20彼此的接触。此外,第1密封部31A与第2密封部32A相比变软,由此可以有效地缓和对密封部30A施加的应力。
接着,在第2密封部32的3个间隔部32b分别固定旁路二极管70A、70B、70C。此外,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的方式将导电材料60Q固定于DSC50B~50C的对电极20的金属基板21。进一步以分别连接旁路二极管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、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、以及透明导电膜12C上的导电材料连接部16A的方式形成导电材料60P。此外,以连接透明导电膜12E上的导电材料连接部16A与旁路二极管70A的方式将导电材料60P固定于DSC50A的对电极20的金属基板21。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,准备含有构成导电材料60P的金属材料的糊料,将该糊料从对电极20涂布至邻近的DSC50的连接端子16的导电材料连接部16A,使其固化。对于导电材料60Q,准备含有构成导电材料60Q的金属材料的糊料,在各对电极20上以连接邻接的旁路二极管的方式涂布该糊料,使其固化。此时,作为上述糊料,从避免对光增感色素的不良影响的观点出发,优选使用在90℃以下的温度下可固化的低温固化型的糊料。
最后,准备后板80,使该后板80的周缘部80a与连结部14粘接。此时,以后板80的粘接部80B与DSC50的密封部30A间隔的方式配置后板80。
以上述方式得到DSC模块100。
另外,上述说明中,为了形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14和氧化物半导体层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的前体一起煅烧的方法,也可以分别各自煅烧前体而形成连接端子16、绝缘材料33、连结部14和氧化物半导体层13。
<第2实施方式>
接着,一边参照图4和图11~图13一边对本发明的色素增感太阳能电池元件的第2实施方式详细地进行说明。图11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平面图,图12是表示图11的第1一体化密封部的平面图,图13是表示图12的第1一体化密封部与工作电极的接合面的图。
如图11所示,本实施方式的DSC模块200在第1密封部30A这点与第1实施方式的DSC模块100不同。
如图1所示,密封部30A具有环状的第1密封部31A,其设置于导电性基板15与对电极20之间;以及第2密封部32A,其以与第1密封部31A重叠的方式设置且与第1密封部31A一起夹持对电极20的接合缘部20a。然后,如图12所示,邻接的第1密封部31A彼此一体化而构成第1一体化密封部231。换言之,第1一体化密封部231由未设置于邻接的2个对电极20之间的环状的部分(以下称为“环状部”)31a、以及设置于邻接的2个对电极20之间且间隔环状的部分31a的内侧开口31c的部分(以下称为“间隔部”)31b构成。这里,如图13所示,第1一体化密封部231与构成导电性基板15的绝缘材料33、透明导电膜12和连接端子16的接合面38具有多条线状部34、以及向多条线状部34的交叉部35的外侧鼓起的外侧鼓起部36。此外,如图6所示,第2密封部32A彼此在邻接的对电极20之间一体化,构成第2一体化密封部32。第2一体化密封部32由未设置于邻接的2个对电极20之间的环状的部分(以下称为“环状部”)32a、以及设置于邻接的2个对电极20之间且间隔环状的部分32a的内侧开口32c的部分(以下称为“间隔部”)32b构成。
根据上述DSC模块200,随着将DSC模块200放置在高温环境下而导电性基板15发生热膨胀时,在一体化密封部31与构成导电性基板15的绝缘材料33、透明导电膜12和连接端子16的接合面38,相对于线状部分34彼此的交叉部35,朝着其外侧的应力集中。在此,DSC模块200中,接合面38具有向交叉部35的外侧鼓起的外侧鼓起部36。因此,上述应力在外侧鼓起部36也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部31与导电性基板15的粘接强度的下降,且具有优异的耐久性。
如上所述,一体化密封部31与导电性基板15的接合面38具有多条线状部34、以及向线状部34彼此的交叉部35的外侧鼓起的外侧鼓起部36。
这里,外侧鼓起部36的缘部36a的形状没有特别限定,例如可以是将直线状的部分串联地连结的形状,也可以是圆弧状,但优选为圆弧状。在这种情况下,即使将DSC模块100放置在高温环境下而对外侧鼓起部36施加朝着外侧的应力,由于外侧鼓起部36的缘部36a为圆弧状,也能够使该应力分散至缘部36a整体。
DSC模块200的制造方法除了以成为图14所示的形状的方式形成第1一体化密封部形成体以外,与DSC模块100同样地进行。图14是表示用于形成图12的第1一体化密封部的第1一体化密封部形成体的平面图。本发明不限定于上述实施方式。例如上述实施方式中,DSC50A~50D沿着图2的X方向一列地排列,但也可以如图15所示的DSC模块300那样,将作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折回,将DSC50A和DSC50D以它们互相邻接的方式配置。在这种情况下,透明导电膜12D与DSC模块100、200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。因此,也无需设置集电配线17。
此外,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未以由玻璃粉构成的绝缘材料33覆盖,但优选如图16所示的DSC模块400那样,第2槽90B以由玻璃粉构成的绝缘材料33覆盖。另外,在图16中,省略后板80。如图16所示,若第2槽90B与连结部14交叉,则有可能通过该第2槽90B而水分浸入至后板80与导电性基板15之间的空间。在这种情况下,通过在第2槽90B填入绝缘材料33,绝缘材料33也覆盖除去透明导电膜12中主体部12a的部分的缘部,从而可充分抑制水分从后板80的外侧浸入至内侧。因此,可充分抑制浸入至后板80与导电性基板15之间的空间的水分通过密封部30A填入密封部30A的内侧。因此,能够充分抑制DSC模块400的耐久性的下降。
进而,上述实施方式中,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h配置在DSC50A侧的周围,但如图17所示的DSC模块500所示,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h也可以配置在DSC50D侧的周围。在这种情况下,第1电流取出部12f以相对于透明导电膜12D的主体部12a在与DSC50C为相反侧突出至密封部30A的外侧的方式设置。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配置在与DSC50C为相反侧。此外,沿着透明导电膜12A~12D,作为第2连接部的连接部12i延伸,该连接部12i连接第2电流取出部12f和DSC50A的对电极20的金属基板21。具体而言,在连接部12i上,沿着连接部12i设置有集电配线417,将该集电配线417与从旁路二极管70A延伸的导电材料60P连接。该DSC模块500也可以一边具有优异的光电转换特性一边实现省空间化。应予说明,在这种情况下,连接部12i的电阻值与上述实施方式同样,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)
上述实施方式中,也可以不设置凹状翘曲部20d。即,从透明基板11的接合缘部20a的高度H2也可以与从透明基板11的凹状翘曲部20d的高度H3相等。
此外,上述实施方式中,凸状翘曲部20c未必必需设置在与接合缘部20a邻接的位置,也可以设置在远离接合缘部20a的位置。
进而,上述实施方式中,凸状翘曲部20c为环状,但凸状翘曲部20c未必必需为环状。例如也可以仅设置在与接合缘部20a邻接的环状部位的一部分。
进而,上述实施方式中使用了多个DSC50,但如图18所示的色素增感太阳能电池元件600那样,也可以仅使用1个DSC50。另外,图18所示的色素增感太阳能电池元件600省略了DSC50A~DSC50C,设置于第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60P电连接。此外,色素增感太阳能电池元件600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未配置在与DSC50D的透明导电膜12D中的主体部12a的侧缘部12b相对的位置。因此,第1实施方式的DSC模块100中可以扩大氧化物半导体层13至未配置有导电材料连接部16A的部分的空间。在这种情况下,可以有效利用浪费的空间,并且扩大发电面积。
此外,上述实施方式中,对电极20构成第2基材,但如图19所示的DSC700那样,也可以使用绝缘性基板701代替对电极20作为相对基板。在这种情况下,在绝缘性基板701与密封部31a与导电性基板15之间的空间配置有结构体702。结构体702在导电性基板15中设置于绝缘性基板701侧的面上。结构体702从导电性基板15侧依次由氧化物半导体层13、多孔质绝缘层703和对电极720构成。此外,上述空间配置有电解质40。电解质40含浸至氧化物半导体层13和多孔质绝缘层703的内部。这里,作为绝缘性基板701,例如可以使用玻璃基板或树脂膜等。此外,作为对电极720,可以使用与对电极20同样的对电极。或者,对电极720例如可以由含有碳等的多孔质的单一的层构成。多孔质绝缘层703主要用于防止氧化物半导体层13与对电极720的物理性接触,且使电解质40含浸于内部。作为这种多孔质绝缘层703,例如可以使用氧化物的煅烧体。另外,图19所示的DSC700中,在密封部31a与导电性基板15与绝缘性基板701之间的空间仅设置有1个结构体702,但也可以设置多个结构体702。此外,多孔质绝缘层703可设置在氧化物半导体层13与对电极720之间,但也可以以包围氧化物半导体层13的方式设置于导电性基板15与对电极720之间。该构成也可以防止氧化物半导体层13与对电极720的物理性接触。
另外,图19中,绝缘性基板701的主体部701b的一部分成为以朝着与导电性基板15为相反侧凸出的方式翘曲的凸状翘曲部701c。图19中,凸状翘曲部701c为环状。进而,凸状翘曲部701c配置于与接合缘部701a邻接的位置。此外,主体部701b的其余部分具有以朝着氧化物半导体层13侧凹下的方式翘曲的凹状翘曲部701d。具体而言,凹状翘曲部701d配置于环状的凸状翘曲部701c的内侧。这里,如图19所示,从透明基板11的凸状翘曲部701c的高度H1与从透明基板11的接合缘部701a的高度H2相比变大。此外,凹状翘曲部701d的高度H3与接合缘部701a的高度H2相比变小。另外,图19中,也可以不设置凹状翘曲部701d。即,从透明基板11的接合缘部701a的高度H2可以与离透明基板11的凹状翘曲部701d的高度H3相等。此外,图19中,凸状翘曲部701c未必必需设置在与接合缘部701a邻接的位置,也可以设置在远离接合缘部701a的位置。
此外,上述实施方式中,DSC模块200的对电极20具有凸状翘曲部20c,但如图20所示的DSC模块800那样,对电极20不具有凸状翘曲部20c也可以具有优异的耐久性(参照图21和图22)。
此外,图20所示的DSC模块800中,DSC50A~50D沿着图2的X方向一列地排列,但也可以如图23所示的DSC模块900那样,将作为DSC50A~50D的一部分的DSC50C、50D在中途折回,将DSC50A和DSC50D以它们互相邻接的方式配置。在这种情况下,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。因此,也无需设置集电配线17。
此外,图20所示的DSC模块800中,与后板80和导电性基板15的连结部14交叉的第2槽90B未以由玻璃粉构成的绝缘材料33覆盖,但优选如图24所示的DSC模块1000那样,第2槽90B以由玻璃粉构成的绝缘材料33覆盖。另外,图24中,省略后板80。如图24所示,若第2槽90B与连结部14交叉,则有可能通过该第2槽90B而水分浸入至后板80与导电性基板15之间的空间。在这种情况下,通过在第2槽90B填入绝缘材料33,绝缘材料33也覆盖除去透明导电膜12中主体部12a的部分的缘部,从而可充分抑制水分从后板80的外侧浸入至内侧。因此,可充分抑制浸入至后板80与导电性基板15之间的空间的水分通过密封部30A填入密封部30A的内侧。因此,能够充分抑制DSC模块1000的耐久性的下降。
进而,图20所示的DSC模块800中,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h配置在DSC50A侧的周围,但如图25所示的DSC模块1100所示,第1电流取出部12f和第2电流取出部12h也可以配置在DSC50D侧的周围。在这种情况下,第1电流取出部12f以相对于透明导电膜12D的主体部12a在与DSC50C为相反侧突出至密封部30A的外侧的方式设置。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配置在与DSC50C为相反侧。此外,沿着透明导电膜12A~12D,作为第2连接部的连接部12i延伸,该连接部12i连接第2电流取出部12f和DSC50A的对电极20的金属基板21。具体而言,连接部12i上沿着连接部12i设置有集电配线417,将该集电配线417和从旁路二极管70A延伸的导电材料60P连接。该DSC模块1000也可以一边具有优异的光电转换特性一边实现省空间化。应予说明,在这种情况下,连接部12i的电阻值与上述实施方式同样,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)
此外,图20所示的DSC模块800中,如图26所示,优选一体化密封部与导电性基板15的接合面138进一步具有向交叉部35的内侧鼓起的内侧鼓起部37。
在这种情况下,即使将DSC模块800放置在低温环境下而工作电极10发生收缩,与之相伴,在一体化密封部与工作电极10的接合面138,相对于线状部分34彼此的交叉部35,朝着其内侧应力集中。在此,DSC模块800中,接合面138具有向交叉部35的内侧鼓起的内侧鼓起部37。因此,上述应力在内侧鼓起部37也被分散。其结果,可充分抑制一体化密封部与工作电极10的粘接强度的下降,与接合面138不具有内侧鼓起部37的情况相比,可具有更优异的耐久性。
此外,图20所示的DSC模块800中,对电极20构成第2基材,但也可以如图27所示的DSC模块1200那样,使用绝缘性基板1201代替对电极20作为相对基板。在这种情况下,绝缘性基板1201与密封部31a与导电性基板15之间的空间配置有结构体1202。结构体1202在导电性基板15中设置于绝缘性基板1201侧的面上。结构体1202从导电性基板15侧依次由多孔质氧化物半导体层13、多孔质绝缘层1203和对电极1220构成。此外,上述空间配置有电解质。电解质含浸至多孔质氧化物半导体层13和多孔质绝缘层1203的内部。作为电解质,可以使用与电解质40同样的电解质。这里,作为绝缘性基板1201,例如可以使用玻璃基板或树脂膜等。此外,作为对电极1220,可以使用与对电极20同样的对电极。或者,对电极1220例如可以由含有碳等的多孔质的单一的层构成。多孔质绝缘层1203主要用于防止多孔质氧化物半导体层13与对电极1220的物理性接触,且使电解质40含浸于内部。作为这种多孔质绝缘层1203,例如可以使用氧化物的煅烧体。另外,图27所示的色素增感太阳能电池DSC1200中,在密封部31a与导电性基板15与绝缘性基板1201之间的空间仅设置有1个结构体1202,但也可以设置多个结构体1202。此外,多孔质绝缘层1203可设置在多孔质氧化物半导体层13与对电极1220之间,但也可以以包围多孔质氧化物半导体层13的方式设置于导电性基板15与对电极1220之间。该构成也可以防止多孔质氧化物半导体层13与对电极1220的物理性接触。
进而,图20所示的DSC模块800中,接合面38仅含有直线状的线状部34作为线状部,但如图28所示的接合面238那样,也可以不仅含有直线状的线状部34作为线状部,还含有圆弧状的线状部。
进而,图20所示的DSC模块800中,仅第1一体化密封部31A与导电性基板15的接合面38具有外侧鼓起部36,第1一体化密封部31A与对电极20的接合面不具有外侧鼓起部36,但也可以第1一体化密封部31A与导电性基板15的接合面38不具有外侧鼓起部36,而仅第1一体化密封部31A与对电极20的接合面具有外侧鼓起部36,也可以仅第1一体化密封部31A与导电性基板15的接合面38具有外侧鼓起部36且第1一体化密封部31A与对电极20的接合面也具有外侧鼓起部36。
进而,图20所示的DSC模块800中使用多个DSC50,但也可以如图29所示的DSC模块1300那样,仅使用1个DSC50。在这种情况下,密封部30A与导电性基板15的接合面具有外侧鼓起部36。此外,图29所示的DSC模块1300省略了DSC50A~DSC50C,设置于第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60P电连接。此外,DSC模块1300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未配置在与DSC50D的透明导电膜12D中的主体部12a的侧缘部12b相对的位置。因此,DSC模块1300中可以扩大氧化物半导体层13至未配置有导电材料连接部16A的部分的空间。在这种情况下,可以有效利用浪费的空间,并且扩大发电面积。
此外,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。
此外,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,但导电材料连接部16A和导电材料非连接部16B的宽度可以分别沿着连接端子16的延伸方向发生变化。例如,可以从导电材料非连接部16B中距离导电材料连接部16A最远的一侧的端部朝着最近的一侧的端部,宽度单调递增,从导电材料连接部16A中导电材料非连接部16B侧的端部朝着距离导电部材非连接部16B最远的一侧的端部,宽度单调递增。
此外,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,但它们也可以以向远离密封部30A的方向延伸的方式形成。但是,在这种情况下,优选将导电材料连接部16A配置在比导电材料非连接部16B接近密封部30A的位置。在这种情况下,可以进一步缩短导电材料60P。
或者,对于形成于透明导电膜12A~12C上的连接端子16,导电材料非连接部16B可以以其延伸方向与导电材料连接部16A的延伸方向垂直的方式配置。
此外,导电材料连接部16A的宽度也可以为导电材料非连接部16B的宽度以下。
此外,上述实施方式中,第2密封部32A与第1密封部31A粘接,但第2密封部32A也可以不与第1密封部31A粘接。
进而,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,但第2密封部32A也可以省略。
此外,上述实施方式中,对电极20和第1一体化密封部31的间隔部31b的粘接部的宽度P与对电极20和第1一体化密封部31的环状部31a的粘接部的宽度Q相比变窄,但粘接部的宽度P也可以是粘接部的宽度Q以上。
进而,上述实施方式中,第1一体化密封部31的间隔部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%,但间隔部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%,也可以为200%以上。
此外,上述实施方式中,后板80与透明导电膜12介由由玻璃粉构成的连结部14粘接,但后板80与透明导电膜12未必必需介由连结部14粘接。
此外,上述实施方式中,连结部14与绝缘材料33间隔,但优选它们均由玻璃粉构成且一体化。在这种情况下,即使在后板80与导电性基板15之间的空间浸入水分,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。此外,绝缘材料33、连结部14均由玻璃粉构成,具有比树脂高的密封性能。因此,可以充分抑制通过连结部14与导电性基板15之间的界面、绝缘材料33与导电性基板15之间的界面的水分的浸入。
此外,上述实施方式中,绝缘材料33由玻璃粉构成,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,作为这种材料,除玻璃粉以外,例如可举出聚酰亚胺树脂等热固性树脂和热塑性树脂。其中,优选使用热固性树脂。在这种情况下,即使密封部30A在高温时具有流动性,绝缘材料33也与由玻璃粉构成的情况同样,与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,可充分抑制导电性基板15与对电极20的接触且抑制导电性基板15与对电极20之间的短路。
此外,上述实施方式中,导电性基板15具有绝缘材料33,但导电性基板15也可以不具有绝缘材料33。在这种情况下,密封部30A和第1一体化密封部31A与透明基板11和透明导电膜12接合。
此外,上述实施方式中,导电性基板15具有连接端子16,但也可以不具有连接端子16。
进而,上述实施方式中,多个DSC50被串联连接,但也可以并列连接。
此外,上述实施方式中,DSC50的数量是4个,但1个以上即可,不限定于4个。如此具有多个DSC50时,如图15和图23所示,与将DSC50A~50D的一部分在中途折回的情况相比,如图11和图16所示,优选将DSC50在一定方向排列。如此使DSC50在一定方向排列时,作为DSC50的数量,偶数、奇数均可以选择,可以自由地决定DSC50的数量,可以提高设计的自由度。
实施例
以下,举出实施例更具体地说明本发明的内容,本发明不限定于下述实施例。
(实施例1)
首先,准备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层叠体。接着,如图4所示,利用CO2激光器(UniversalSystem公司制V-460)在透明导电膜12上形成槽90,形成透明导电膜12A~12F。此时,槽90的宽度设为1mm。此外,透明导电膜12A~12C分别以具有4.6cm×2.0cm的四边形的主体部、以及从主体部的片侧侧缘部突出的突出部的方式形成。此外,透明导电膜12D是以具有4.6cm×2.1cm的四边形的主体部、以及从主体部的片侧侧缘部突出的突出部的方式形成。此外,对于透明导电膜12A~12D中3个透明导电膜12A~12C的突出部12c,由从主体部12a的片侧缘部12b延伸的延伸部12d、以及从延伸部12d延伸而与邻近的透明导电膜12的主体部12a相对的相对部12e构成。此外,对于透明导电膜12D的突起部12c,仅由从主体部12a的片侧缘部12b延伸的延伸部12d的构成。此时,延伸部12d的延伸方向(与图2的X方向垂直的方向)的长度设为2.1mm,延伸部12d的宽度设为9.8mm。此外,相对部12e的宽度设为2.1mm,相对部12e的延伸方向的长度设为9.8mm。
此外,对于透明导电膜12D,以不仅具有主体部12a和突出部12c,而且还具有第1电流取出部12f、以及连接第1电流取出部12f和主体部12a的连接部12g的方式形成。对于透明导电膜12E,以具有第2电流取出部12h的方式形成。此时,连接部12g的宽度设为1.3mm,长度设为59mm。此外,以四端子法测定连接部12g的电阻值,其结果为100Ω。
接着,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的前体是以将导电材料连接部16A的前体设置在相对部12e上的方式、将导电材料非连接部16B的前体设置在延伸部12d上的方式形成。此时,导电材料非连接部16B的前体以与导电材料连接部16A的宽度相比变窄的方式形成。连接端子16的前体通过利用丝网印刷涂布银糊料(福田金属箔粉工业公司制“GL-6000X16”)使其干燥而形成。
进而,在透明导电膜12D的连接部12g上形成集电配线17的前体。集电配线17的前体通过利用丝网印刷涂布银糊料使其干燥而形成。
此外,在透明导电膜12A的第1电流取出部12f、第2电流取出部12h上分别形成用于将电流取出至外部的外部连接用端子18a、18b的前体。外部连接用端子的前体通过利用丝网印刷涂布银糊料使其干燥而形成。
进而,将由玻璃粉构成的绝缘材料33的前体以填入第1槽90A且覆盖形成有第1槽90A的主体部12a的缘部的方式形成。绝缘材料33通过利用丝网印刷涂布含有玻璃粉的糊料使其干燥而形成。此时,以绝缘材料33覆盖的透明导电膜的缘部设为从槽90起0.2mm的部分。
此外,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的方式形成由玻璃粉构成的环状的连结部14的前体。此时,连结部14的前体以在其内侧配置集电配线17的前体的方式形成。此外,连结部14以在其外侧配置第1电流取出部和第2电流取出部的方式形成。连结部14通过利用丝网印刷涂布含有玻璃粉的糊料使其干燥而形成。
进而,在透明导电膜12A~12D的各々的主体部12a上形成氧化物半导体层13的前体。氧化物半导体层13的前体通过以下方式形成:利用丝网印刷将含有二氧化钛的多孔质氧化物半导体层形成用糊料(日挥催化剂化成社制“PST-21NR”)涂布3次,使其干燥后,进一步利用丝网印刷涂布含有二氧化钛的多孔质氧化物半导体层形成用糊料(日挥催化剂化成公司制“PST-400C”)后,使其干燥。
接着,将连接端子16的前体、集电配线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的前体在500℃煅烧15分钟,形成连接端子16、集电配线17、外部连接用端子18a、18b、连结部14、绝缘材料33和氧化物半导体层13。如此得到形成有连结部14且具有导电性基板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。此外,沿着导电材料连接部的延伸方向的长度为7.0mm,沿着导电材料非连接部的延伸方向的长度为7.0mm。此外集电配线17、外部连接用端子18a、18b、连结部14和氧化物半导体层13的尺寸分别如下。
集电配线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方向垂直的方向的长度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方向垂直的方向的长度42.1mm
接着,在含有0.2mM的由N719构成的光增感色素且将溶剂制成以1:1的体积比混合乙腈和叔丁醇而成的混合溶剂的色素溶液中使工作电极浸渍一昼夜后,取出而使其干燥,使光增感色素担载于氧化物半导体层。
接着,在氧化物半导体层上,涂布在由3-甲氧基丙腈构成的溶剂中由己基甲基碘化咪唑2M、正甲基苯并咪唑0.3M、硫氰酸胍0.1M构成的电解质使其干燥而配置电解质。此时,涂布的电解质的量设为每个DSC31μL。
接着,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1片密封用树脂膜,在该密封用树脂膜上形成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,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式,且环状部的宽度为2mm、间隔环状部的内侧开口的间隔部的宽度为2.6mm的方式制作第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构成导电性基板15的绝缘材料33重叠后,使第1一体化密封部形成体进行加热熔融,从而使其与绝缘材料33粘接。
接着,准备4片对电极。4片对电极中的2片对电极通过在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而准备。4片对电极中剩余的2片对电极通过在4.6cm×2.0cm×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而准备。此外,准备另一个上述第1一体化密封部形成体,在与对电极中工作电极相对的面上,与上述同样地粘接该第1一体化密封部形成体。
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相对,使第1一体化密封部形成体彼此重叠。然后,一边在该状态下对第1一体化密封部形成体加压一边使其加热熔融。此时,一边挤压对电极的主体部中与接合缘部邻接的环状部位的内侧一边进行加热熔融。由此,在与对电极的接合缘部邻接的位置形成环状的凸状翘曲部的同时在环状的翘曲部的内侧形成凹状翘曲部。如此在工作电极与对电极之间形成第1密封部。此时,第1一体化密封部的间隔部和对电极中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和对电极中导电性基板侧的面的粘接部的宽度Q、第1一体化密封部的间隔部的宽度R和环状部的宽度T分别如下。
P=1.0mm
Q=2.0mm
R=2.6mm
T=2.2mm
接着,准备第2一体化密封部形成体。准备由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1片密封用树脂膜,在该密封用树脂膜上形成4个四边形的开口,从而得到第2一体化密封部形成体。此时,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式,且环状部的宽度为2mm、间隔环状部的内侧开口的间隔部的宽度为2.6mm的方式制作第2一体化密封部形成体。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缘部的方式与对电极贴合。此时,一边将第2一体化密封部挤压于对电极一边加热熔融第1一体化密封部和第2一体化密封部,从而贴合于对电极和第1一体化密封部。
接着,将干燥剂片材用双面胶带粘附于各对电极的金属基板上。干燥剂片材的尺寸为厚度1mm×纵3cm×横1cm,使用Zeosheet(商品名,品川化成公司制)作为干燥剂片材。
接着,如图2所示,在第2一体化密封部的3个间隔部分别将旁路二极管70A~70C通过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料(藤仓化成公司制,DOTITED500)而固定。此外,在4个DSC50A~50D中DSC50D的第2一体化密封部的环状部上将旁路二极管70D通过以从二极管的两端的端子中一者的端子连接至对电极的方式涂布上述低温固化型的银糊料而固定。如此,相对于4个旁路二极管70A~70D,以将邻接的2个旁路二极管彼此连接的方式形成导电材料60Q。此时,导电材料60Q通过使上述低温固化型的银糊料在30℃固化12小时而形成。作为旁路二极管,使用ROHM公司制RB751V-40。
此外,以分别连接旁路二极管间的各导电材料60Q、以及3个透明导电膜12A~12C上的导电材料连接部的方式涂布低温固化型的银糊料(藤仓化成公司制,DOTITED-500),使其固化,从而形成导电材料60P。进而,对于旁路二极管70A,以与透明导电膜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料使其固化,从而形成导电材料60P。此时,导电材料60P通过使上述低温固化型的银糊料在30℃固化12小时而形成。
接着,将丁基橡胶(AicaKogyo公司制“Aikameruto”)一边在200℃下加热一边以分配器涂布在连结部14上,形成粘接部的前体。另一方面,准备将由聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂膜(厚度50μm)、铝箔(厚度25μm)、Bynel(商品名,DuPont公司制)构成的膜(厚度50μm)以这样的顺序层叠的层叠体。然后,重叠于该层叠体80A的周缘部和粘接部80B的前体上,加压10秒。如此,在连结部14得到由粘接部80B和层叠体80A构成的后板80。以以上方式得到DSC模块。
(实施例2)
通过使涂布的电解质的量从每个DSC31μL增加至50μL,不形成凹状翘曲部,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
(实施例3)
对第1一体化密封部形成体一边加压一边加热熔融时,一边挤压对电极的主体部中与接合缘部邻接的环状部位的内侧的部分和该环状部位的一部分(“コ”字状部分)一边进行,从而在与对电极的接合缘部邻接的环状部位的一部分形成直线状的凸状翘曲部的同时,在与凸状翘曲部相对的位置形成凹状翘曲部,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
(实施例4)
以下述方式准备用于形成第1密封部的第1一体化密封部形成体,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
即,首先准备5.0cm×8.4cm×50μm的由马来酸酐改性聚乙烯(商品名:Bynel,DuPont公司制)构成的1片密封用树脂膜,相对于该密封用树脂膜形成4个四边形的开口,并且使用切绘机以在此时形成的线状部彼此的交叉部的外侧形成外侧鼓起部的方式进行加工,从而制作第1一体化密封部形成体。此时,外侧鼓起部的缘部成为圆弧状。此外,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式,且环状部的宽度为2mm、间隔环状部的内侧开口的线状部(间隔部)的宽度为2.6mm的方式制作第1一体化密封部形成体。
(实施例5)
以下述方式准备用于形成第1密封部的第1一体化密封部形成体,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
即,首先准备5.0cm×8.4cm×50μm的由马来酸酐改性聚乙烯(商品名:Bynel,DuPont公司制)构成的1片密封用树脂膜,相对于该密封用树脂膜形成4个四边形的开口,并且使用切绘机以在此时形成的线状部彼此的交叉部的外侧形成外侧鼓起部且形成向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部的方式进行加工,从而制作第1一体化密封部形成体。此时,外侧鼓起部的缘部和内侧鼓起部的缘部成为圆弧状。此外,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式,且构成环状部的线状部的宽度为2mm、间隔环状部的内侧开口的线状部(间隔部)的宽度为2.6mm的方式制作第1一体化密封部形成体。
(比较例1)
对第1一体化密封部形成体一边加压一边加热熔融时,不挤压对电极的主体部中与接合缘部邻接的环状部位的内侧的部分,从而没有形成凸状翘曲部和凹状翘曲部,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
(比较例2)
通过使涂布的电解质的量从每个DSC31μL减少至17μL,从而未形成凸状翘曲部而仅形成了凹状翘曲部,除此以外,与实施例1同样地制作DSC模块。
(特性评价)
(耐久性)
对于实施例1~5和比较例1~2中得到的DSC模块,将使其上升至-40℃~90℃的温度后下降至90℃~-40℃的温度的循环作为1个循环进行热循环试验。然后,测定直至密封被破坏为止的循环数。将其结果示于表1。应予说明,此时,每50个循环检查DSC模块中密封是否破坏。以下述方式判定密封是否破坏。即,对每个DSC测定光电转换效率,对于可看到发电电流值的变化为10%以上的DSC,使用光学实体显微镜观察电解质中混入的气泡的有无,形成了直径2mm以上的气泡的情况下,判定密封被破坏。
[表1]
如表1所示,可知实施例1~5的DSC模块与比较例1~2的DSC模块相比,循环数多。
由以上确认,根据本发明的DSC模块,具有优异的耐久性。
本发明的发明人等进一步进行以下实验作为参考。
(实验例1)
对第1一体化密封部形成体一边加压一边加热熔融时,不挤压对电极的主体部中与接合缘部邻接的环状部位的内侧的部分,从而未形成凸状翘曲部和凹状翘曲部,以下述方式准备用于形成第1密封部的第1一体化密封部形成体,除此以外。与实施例1同样地制作DSC模块。
即,首先准备5.0cm×8.4cm×50μm的由马来酸酐改性聚乙烯(商品名:Bynel,DuPont公司制)构成的1片密封用树脂膜,相对于该密封用树脂膜形成4个四边形的开口,并且使用切绘机以在此时形成的线状部彼此的交叉部的外侧形成外侧鼓起部的方式进行加工,从而制作第1一体化密封部形成体。此时,外侧鼓起部的缘部成为圆弧状。此外,以各开口为1.7cm×4.4cm×50μm的大小的方式,且构成环状部的线状部的宽度为2mm、间隔环状部的内侧开口的线状部(间隔部)的宽度为2.6mm的方式制作第1一体化密封部形成体。
(实验例2)
为了形成第1一体化密封部,在加工密封用树脂膜时,以在形成的线状部彼此的交叉部的外侧形成外侧鼓起部且形成向交叉部的内侧鼓起的内侧鼓起部的方式进行加工,除此以外,与实验例1同样地制作DSC模块。
(实验例3)
为了形成第1一体化密封部,在加工密封用树脂膜时,以在形成的线状部彼此的交叉部的外侧不形成外侧鼓起部的方式进行加工,除此以外,与实验例1同样地制作DSC模块。
(特性评价)
(耐久性)
对实验例1~3中得到的DSC模块测定光电转换效率(η0)。接着,对实验例1~3中得到的DSC模块,也测定进行按照JISC8938的热循环试验后的光电转换效率(η)。然后,基于下述式算出光电转换效率的保持率(光电转换保持率),将其结果示于表2。
光电转换效率的保持率(%)=η/η0×100
[表2]
由表2所示的结果可知,实验例1~2的DSC模块与实验例3的DSC模块相比,显示高的光电转换保持率。
由以上可确认根据本发明的DSC模块,具有优异的耐久性。
符号说明
11…透明基板(第1基材)
12…透明导电膜(第1基材)
13…氧化物半导体层
15…导电性基板(第1基材、第1电极)
16…连接端子(第1基材)
20、520、1020…对电极(第2基材、第2电极)
20a…接合缘部
20b…主体部
20c…凸状翘曲部
20d…凹状翘曲部
30A…密封部
31…第1一体化密封部
33…绝缘材料(第1基材)
34…线状部
35…交叉部
36…外侧鼓起部
36a…缘部
37…内侧鼓起部
38、138、238…接合面
50、50A~50D…色素增感太阳能电池
100~1100…色素增感太阳能电池模块(色素增感太阳能电池元件)
501、1001…绝缘性基板(第2基材)
Claims (9)
1.一种色素增感太阳能电池元件,具有至少1个色素增感太阳能电池,
所述色素增感太阳能电池,具备:
具有透明基板的第1基材、
与所述第1基材相对的第2基材、
使所述第1基材和所述第2基材接合的环状的密封部、以及
设置于所述第1基材与所述第2基材之间的氧化物半导体层,
所述第2基材具有柔性,
所述第2基材具有与所述密封部接合的环状的接合缘部和所述接合缘部的内侧的主体部,
所述主体部的一部分成为以朝着与所述第1基材相反侧凸出的方式挠曲的凸状挠曲部。
2.如权利要求1所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述第1基材由第1电极构成,所述第2基材由第2电极构成。
3.如权利要求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设置于所述第1电极上,
所述主体部的其余部分具有以朝着所述氧化物半导体层侧凹下的方式挠曲的凹状挠曲部。
4.如权利要求1~3中任一项所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述凸状挠曲部配置于与所述接合缘部邻接的位置。
5.如权利要求1~4中任一项所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述密封部中的与所述第1基材和所述第2基材中的至少一者的接合面具有:
多条线状部、以及
在所述线状部彼此的交差部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
6.如权利要求5所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述密封部中的与所述第1基材和所述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有在所述交差部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
7.如权利要求1~4中任一项所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述至少1个色素增感太阳能电池为多个色素增感太阳能电池,
所述透明基板作为多个所述色素增感太阳能电池的共通的基板被使用,
将多个所述色素增感太阳能电池中的邻接的2个所述色素增感太阳能电池的各自的所述密封部彼此一体化而构成一体化密封部,
所述一体化密封部中的与所述第1基材和所述第2基材中的至少一者的接合面具有:
多条线状部、以及
在所述线状部彼此的交差部的外侧鼓起的外侧鼓起部。
8.如权利要求7所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述一体化密封部中的与所述第1基材和所述第2基材中的至少一者的接合面进一步具有在所述交差部的内侧鼓起的内侧鼓起部。
9.如权利要求5~8中任一项所述的色素增感太阳能电池元件,其中,所述外侧鼓起部的缘部为圆弧状。
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