CN105723481B - 色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造及发电百叶窗用板条 - Google Patents

色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造及发电百叶窗用板条 Download PDF

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Abstract

一种色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，具有将至少具有光电极、与该光电极相对设置的相对电极的色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，所述一对基材中的至少一方的内面侧构成为具有导电性的导电层，将所述导电层和所述光电极或所述相对电极电连接。

Description

色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造及发电百叶窗用板条
技术领域
本发明涉及色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造及发电百叶窗用板条。
本申请基于2014年3月28日在日本提出申请的特愿2014－068327号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
近年来，作为代替化石燃料的清洁能量的发电装置，太阳能电池受到注目，正在进行硅类太阳能电池、色素敏化型太阳能电池或有机薄膜太阳能电池等的开发。
特别是，色素敏化型太阳能电池具有较高的光电转换效率且成本低，容易量产，故而其构造及制造方法正在被广泛研究。另外，太阳能电池的低成本化也在全球积极地进行中，色素敏化型太阳能电池作为下一代的太阳能电池而备受期待。
上述那样的色素敏化型太阳能电池通常具有光电极、相对电极及电解液或电解质层而构成，另外，作为光电极，通常至少具有透明导电层、半导体层、色素而构成。在这样的色素敏化型太阳能电池中，例如向光电极侧照射光的话，被吸附在半导体层上的色素吸收光，激励色素分子内的电子，使该电子向半导体迁移。而且，在光电极侧产生的电子通过外部电路向相对电极侧移动，该电子通过电解质而返回到光电极侧。通过反复进行这样的过程，产生电气能量。
在上述那样的背景中，近年来，提出有将色素敏化型太阳能电池应用到遮阳用的百叶窗(例如，参照非专利文献1)。但是，在非专利文献1中，对于将色素敏化型太阳能电池应用于百叶窗时的具体构成未作公开。
另外，提出有在百叶窗的叶片板(板条)上配置有多个色素敏化型太阳能电池的单元的构造(例如，参照专利文献1)。根据专利文献1所述的技术，如图3A及图3B的示意图所示，在百叶窗的板条100的表面排列安装有多个色素敏化型太阳能电池单元101，在此省略图示，但多个色素敏化型太阳能电池单元101的各自之间通过接线而电连接。
但是，在专利文献1公开的构造中，在色素敏化型太阳能电池单元产生的电流需要在该色素敏化型太阳能电池单元具备的导电性基板中沿板条的长度方向流动，故而在该导电性基板的电阻值高的情况、及板条的长度方向尺寸长的情况下，电流的电阻损失变大，具有发电性能降低的问题。另外，如专利文献1那样地，若为在露出的状态下将色素敏化型太阳能电池单元配置在板条上的构成，则不仅从发电性能来看，从耐久性及美观的观点来看，也很难说适于实用化。
专利文献1：(日本)特开2007－113365号公报
非专利文献1：NEDO成果报告书(独立行政法人新能源·产业技术综合开发机构)；http：//www.nedo.go.jp/content/100507018.pdf
发明内容
本发明是鉴于上述问题而设立的，其目的在于提供一种能够利用具有与目前使用的设施设有的构成同样的形状的部件进行发电，发电性能优良且耐久性、美观特性优良的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造、及使用该嵌入构造而构成的发电百叶窗用板条。
本发明第一方面的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，具有将至少具有光电极和与该光电极相对设置的相对电极的色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，所述一对基材中的至少一方的内面侧构成为具有导电性的导电层，将所述导电层和所述光电极或所述相对电极电连接。
根据本方面，具有将色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，且在设于一对基材的至少一方的导电层连接有光电极或相对电极，故而由与在现有的设施设置的构成相同的形状的部件能够进行基于光的发电。另外，在基材的内面侧配置导电层，将在色素敏化型太阳能电池单元设置的电极与导电层连接，故而将在色素敏化型太阳能电池单元产生的电流通过导电层而向外部供给时的电阻降低，发电性能提高。
另外，由于具有将色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，能够利用一对基材将色素敏化型太阳能电池单元、进而色素敏化型太阳能电池单元的周围密封，故而相对于风雨、设置环境等的耐久性提高。另外，由于为色素敏化型太阳能电池单元不露出而被一对基材覆盖的构造，故而美观特性也优良。
本发明第二方面的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，在第一方面的基础上，在所述一对基材中、与所述光电极侧相接的基材的至少一部分至少形成有一个光透过用的开口部。
根据本方面，通过在与光电极侧相接的基材的至少一部分形成开口部，例如即使在由遮光性薄膜等构成一对基材的情况下，也能够使光有效地相对于色素敏化型太阳能电池单元的光电极射入，故而能够实现优良的发电性能及美观特性。
本发明第三方面的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，在第二方面的基础上，在具有所述开口部的基材的内面侧及外面侧的至少一方设有覆盖所述开口部的透明基板。
根据本方面，通过在基材上设置覆盖开口部的透明基板，能够将色素敏化型太阳能电池单元可靠地密封在一对基材之间，故而能够确保优良的耐久性。
本发明第四方面的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，在第一～第三方面的任一方面的基础上，所述导电层的薄片电阻比与该导电层连接的所述光电极或所述相对电极的薄片电阻小。
根据本方面，由于导电层的薄片电阻比与该导电层连接的光电极或相对电极的薄片电阻小，故而更有效地降低在色素敏化型太阳能电池单元产生的电流通过导电层向外部供给时的电阻，发电性能进一步提高。
本发明第五方面的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，在第一～第四方面的任一方面的基础上，所述一对基材双方的内面侧构成为具有导电性的导电层，所述光电极具有导电性树脂基板，并且所述相对电极具有导电性树脂基板或金属箔，所述光电极具有的导电性树脂基板与在面向所述光电极的基材的内面侧设置的所述导电层连接，所述相对电极具有的所述导电性树脂基板或金属箔与在面向所述相对电极的基材的内面侧设置的所述导电层连接。
根据本方面，特别是，色素敏化型太阳能电池单元的相对电极中的与导电层的连接部由导电性树脂基板或金属箔构成，从而各电极与导电层之间的接触电阻降低，故而上述的发电性能提高的效果更加显著。另外，各电极使用导电性树脂基板或金属箔，故而色素敏化型太阳能电池单元的总膜厚减薄，向百叶窗或遮阳蓬等适用时的美观特性提高。
本发明第六方面的发电百叶窗用板条，具有上述第一～第五方面的任一方面所述的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造。
根据本方面，由于为适用了上述构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的发电百叶窗用板条，故而与上述同样地，发电性能优良且耐久性、美观特性优良。
根据本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，通过上述的解决方式起到以下的效果。
即，根据本发明，具有将色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，在设于一对基材的至少一方的导电层连接有光电极或相对电极，故而利用与在现有的设施设置的构成同样的形状的部件可进行基于光的发电。另外，在配置于基材的内面侧的导电层上连接在色素敏化型太阳能电池单元设置的电极，故而在色素敏化型太阳能电池单元产生的电流通过导电层而向外部供给时的电阻降低，发电性能提高。另外，由于为色素敏化型太阳能电池单元被插入到一对基材之间的构造，故而能够由一对基材将色素敏化型太阳能电池单元、进而色素敏化型太阳能电池单元的周围密封，耐久性提高，并且由于为色素敏化型太阳能电池单元被一对基材覆盖的构造，故而美观特性也提高。
因此，通过在目前使用的设施设置的部件上适用上述构造，能够实现发电性能优良且耐久性、美观特性优良的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造。
另外，根据本发明的发电百叶窗用板条，由于为适用了上述构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的发电百叶窗用板条，故而能够构成发电性能优良且耐久性、美观特性优良的百叶窗。
附图说明
图1A是对本发明一实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造进行说明的图，是表示将所述色素敏化型太阳能电池单元的一部分分解后的状态的立体图；
图1B是对本发明一实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造进行说明的图，是组装状态下的图1A中所示的A－A剖面图；
图2是对本发明一实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，以将该嵌入构造适用于发电百叶窗用板条为例进行说明的图，表示将图1A及图1B所示的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造适用于色素敏化型太阳能电池单元向细长的百叶窗的嵌入的例子的平面图；
图3A是表示现有的色素敏化型太阳能电池单元的安装构造的立体图；
图3B是表示现有的色素敏化型太阳能电池单元的安装构造的图，是图3A中的B－B剖面图。
标记说明
A：色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造(发电百叶窗用板条)
1：色素敏化型太阳能电池单元
5：一对基材
5A：一基材
5B：另一基材
5a：外面
5b：内面
51：导电层
52：开口部
53：透明基板
54：密封堰部
10：光电极
11：导电性树脂基板(光电极)
11a：透明基材(光电极)
11b：导电材料层(光电极)
12：半导体层
13：色素
20：相对电极
21：导电性树脂基板(相对电极)
21a：基材(相对电极)
21b：导电材料层(相对电极)
22：催化剂层
30：电解质
40：单元密封材料
6A、6B：接线部
7：嵌入密封材料
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造、及适用该嵌入构造而构成的发电百叶窗用板条的一实施方式，适当参照图1A、图1B及图2说明其构成。另外，以下的说明中使用的附图为了便于理解其特征，会将特征部分放大表示，各构成元件的尺寸比率等会与实际不同。另外，在以下的说明中示例的材料、尺寸等为一例，本发明不由其限定，在不改变其主旨的范围可适当变更而实施。
＜色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造(发电百叶窗用板条)＞
本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A如图1A及图1B所示，具有将至少具有光电极10、与该光电极10相对设置的相对电极20的色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5(5A、5B)之间的构造。而且，本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A在一对基材5A、5B中的至少一方的内面5b侧、在图示例中一对基材5A、5B双方的内面5b为具有导电性的导电层51、51，将该导电层51、51和光电极10及相对电极20电连接并大致构成。另外，在图示例中，在光电极10设置的导电性树脂基板11及在相对电极20设置的导电性树脂基板21分别通过接线部6A、6B与在一对基材5A、5B的内面5b侧设置的导电层51、51电连接。
另外，在本实施方式中，被插入到一对基材5A、5B之间的色素敏化型太阳能电池单元1在俯视观察一对基材5A、5B时，被在周缘部附近设置的嵌入密封材料7密封。另外，在图1A的局部分解立体图中，为了便于图示，省略了嵌入密封材料7的图示。
另外，图1A及图1B所示的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A为了便于图示，以在一处设有长条形的色素敏化型太阳能电池单元1的状态表示有色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A。在此，如图2所示，在以细长地构成色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A的情况下，能够细长地构成一对基材5A、5B，另外，也能够细长地构成色素敏化型太阳能电池单元1。或者，在本实施方式中，也能够构成为在一对基材5A、5B之间配置有多个长条形的色素敏化型太阳能电池单元1的构成，在该情况下，能够通过在一对基材5A、5B设置的导电层51、51将色素敏化型太阳能电池单元1各自之间电连接，故而配置有多个的色素敏化型太阳能电池单元1各自之间不通过接线连接即可进行电连接。
本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A例如如图2所示，通过适用于发电百叶窗用的板条(叶片板)，能够使用具有与目前的板条同样的形状的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A构成百叶窗。另外，这样的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A通过用作与目前同样的百叶窗，能够在设置场所即建筑物或房屋的窗边等进行光发电。另外，本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A除了作为图示例那样的百叶窗的用途之外，例如在适用于塑料大棚的屋顶部或车库的天花板、或者遮罩、遮阳蓬、车库、厂房的墙壁等的情况下，能够与上述同样地，在发挥各种通常的功能的同时进行光发电。
以下，对构成色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A的各构成进行详细说明。
[色素敏化型太阳能电池单元]
如上所述，色素敏化型太阳能电池单元1至少具有光电极10、以在与该光电极10之间具有一定厚度尺寸的方式相对配置的相对电极20。
另外，在图1A及图1B中，在光电极10与相对电极20之间设有电解质30，该电解质30被单元密封材料40密封。
(光电极)
如图1A及图1B所示例那样地，光电极10依次层积导电性树脂基板11、半导体层12及色素13而构成。在图示例中，光电极10的导电性树脂基板1为上侧，与一基材5A相对配置。另外，图示例的导电性树脂基板11在透明基材11a的表面层积导电材料层11b而构成，与在一基材5A的内面5b侧设置的导电层51重合，并且通过接线部6A将导电材料层11b与导电层51电连接。
导电性树脂基板11为成为光电极10的基板的透明部件，具有导电性且能够适用于光电极以及使用光电极的色素敏化型太阳能电池等的制造及利用，并且，若由相对于可见光透明的材质构成，则其材质等不特别限定。例如，由将向具有弯曲部或凹凸部等的场所的设置自由度提高的观点来看，作为导电性树脂基板11，优选使用由透明的导电性树脂材料构成的薄膜基材。作为这样的树脂材料，例如将由氧化铟锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、氧化锌铝(AZO)构成的导电材料层11b在由PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、丙烯等树脂构成的透明基材11a上成膜的构成。另外，作为导电性树脂基板11列举将银、铜、铝、铁、钛、不锈钢、镍、锰、锌等金属或合金形成网状而构成导电材料层11b，将其在上述的树脂构成的透明基材11a上成膜的膜等。通过将这样的树脂材料用于导电性树脂基板11，能够制造使用轻量且薄、挠性的光电极而构成的色素敏化型太阳能电池等。
导电性树脂基板11如上所述地，能够形成为将导电材料层11b在透明基材11a的表面层积的构成，但在该情况下，如图1B所示例那样地，通过由接线部6A将导电材料层11b和导电层51连接，能够进行电连接。
另外，也可以将基材11a着色。理想的是，着色使本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造不妨碍与发电所需的光波长对应的光的透过。
构成光电极10的半导体层12在导电性树脂基板11上形成，其材料不特别限定，对于可吸附后述的色素13的、以往用于色素敏化型太阳能电池的光电极的半导体材料能够无限制地使用。作为这样的半导体材料，例如可使用优氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、钛酸锶(SrTiO3)等金属氧化物构成的多孔质材料等。
在半导体层12由金属氧化物半导体的微粒子构成的情况下，半导体层12也可以通过将含有金属氧化物半导体的微粒子的公知的膏在导电性树脂基板11上烧结而形成。另外，也可以通过利用搬送气体将金属氧化物半导体的微粒子向导电性树脂基板11上吹附，形成为在将微粒子彼此接合的状态下形成的多孔质构造，构成半导体层12。作为将上述那样的、金属氧化物半导体的微粒子向导电性树脂基板11上吹附而形成多孔质构造的半导体层12的方法，例如列举气溶胶沉积法(AD法)。
在此，作为构成半导体层12的金属氧化物半导体的微粒子的一次粒子径，根据将该微粒子在导电性树脂基板11上成膜的方法的不同而具有适合的范围不同的情况，但通常优选为1nm～500μm，更优选为1nm～250μm，进一步优选为5nm～100μm，最好为10nm～10μm。另外，作为求取金属氧化物半导体的微粒子的一次粒子径的方法，例如由通过使用了激光衍射式粒度分布测定装置的测定得到的体积平均径的分布的峰值决定的方法、通过SEM观察测定了多个(至少30个)微粒子的长径方向的尺寸之后算出其平均值的方法等。其中，优选通过SEM观察测定金属氧化物半导体的微粒子的一次粒子径。
半导体层12优选构成为多孔质构造。这样，半导体层12通过至少将其表面形成为多孔质构造，能够增加后述的色素13向半导体层12上吸附的可吸附面积，使色素的吸附量增加。由此，转换效率提高，能够得到高的电池特性。
色素13为在光电极10吸附在半导体层12上而形成的由敏化色素构成的层。该色素13具有通过被照射的光激励，放出电子的作用。而且，从色素13放出的电子被交接到带隙大的半导体层12，在该半导体层12内扩散而向导电性树脂基板11顺畅地移动。
构成光电极10的色素13优选以吸附在半导体层12的方式设置，并且优选以半导体层12的表面(也包含内部表面)被色素13覆盖的方式形成。
如上所述，作为通过被照射的光而放出电子的色素13，例如列举钌配位化合物、花青类、叶绿素等有机色素。另外，作为色素13，从要吸收的波长域大的观点、和光激励的寿命长且交接到半导体层12的电子稳定的观点来看，适用钌配位化合物，更具体地，适合cis－二(硫氰)－二(2，2’－联吡啶－4，4’－二甲酸)钌(II)(也称为N3)、该cis－二(硫氰)－二(2，2’－联吡啶－4，4’－二甲酸)钌(II)的四丁基铵盐(也称为N719)、三(硫氰)－(4，4’，4”－三羟基－2，2’：6’，2”－联三吡啶)钌的三－四丁基铵盐等。
(相对电极)
如图1A及图1B所示例那样地，相对电极20在导电性树脂基板21上层积催化剂层22而构成，在图示例中，相对电极20的导电性树脂基板21为下侧，与另一基材5B相对配置。另外，图示例的导电性树脂基板21在基材21a的表面层积导电材料层21b而构成，与在另一基材5B的内面5b侧设置的导电层51重合，并且通过接线部6B将导电材料层21b与导电层51电连接。
导电性树脂基板21为成为相对电极20的基台的部件，由可适于色素敏化型太阳能电池单元1的制造及利用的材质构成的话，其材质等不作特别限定，但由可进行光电极10侧和相对电极20的两面受光的观点来看，与上述的光电极10的情况同样，由具有导电性的透明部件构成，相对于可见光透明的材质是优选的。另外，与在光电极10设置的导电性树脂基板11同样，由将向具有弯曲部或凹凸部等场所的设置自由度提高的观点来看，作为导电性树脂基板21，优选使用由透明的导电性树脂材料构成的薄膜基材，例如将由ITO、FTO、ATO、GTO、AZO构成的导电材料层21b在由PET、PEN、聚碳酸酯、丙烯等树脂构成的基材21a上成膜的构成。
另外，作为导电性树脂基板21，列举将银、铜、铝、铁、钛、不锈钢、镍、锰、锌等金属或合金形成网状而构成导电材料层21b，将其在由上述树脂构成的基材21a上成膜的膜等。
通过将上述那样的树脂材料用于导电性树脂基板21，能够制造使用轻量、薄且挠性的光电极而构成的色素敏化型太阳能电池等。
另外，导电性树脂基板21不必一定具有透明性，除了将例如由铁、铝、不锈钢、铜、银、钛、铂、金、钼、锰、铬、镍等金属或者合金构成的导电材料层21b在由PET、PEN、聚碳酸酯、丙烯等树脂构成的基材23上成膜之外，也能够代替导电性树脂基板21而使用由上述金属材料构成的金属箔等。
在此，作为基材21a，例如在使用与光电极10使用的透明基材11a同样的材料的情况下，通过利用接线部6B将导电性树脂基板21与导电层51之间连接，能够将其电连接。另一方面，在基材21a使用有金属箔等导电材料的情况下，不使用上述的接线部6B即可将导电性树脂基板21与导电层51之间电连接。即，该情况下，为将导电性树脂基板21和导电层51直接电连接的构成，故而降低接触电阻。由此，能够将在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流有效地向外部送出，故而发电性能提高的效果更加显著。
另外，在导电性树脂基板21的基材21a使用金属箔的情况、或代替导电性树脂基板21而使用金属箔的情况下，例如能够采用厚度为0.1～800μm、理想的是0.2～200μm的金属材料构成的金属箔。
催化剂层22例如通过溅射法或印刷法在导电性树脂基板21的板面上形成。作为该催化剂层22，选择相对于后述的电解质30的氧化还原反应具有催化功能的材料，例如除了金(Au)、铂(Pt)等金属催化剂之外，列举碳纳米管、石墨(石墨)等导电性碳、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电性高分子等。或者，作为催化剂层22，也能够使用在导电性树脂基板21板面上形成了具有导电性的ITO膜或FTO膜之后，在其上形成Pt等金属催化剂的构成。
另外，导电性树脂基板21及催化剂层22也可以相对于向色素敏化型太阳能电池照射的光不透明，但例如从确保光照射方向的自由度的观点来看，优选为透明的。
(电解质)
电解质30在光电极10与相对电极20之间，填充在由单元密封材料40包围的空间。电解质30在色素敏化型太阳能电池单元1中，由为了使包含产生用于使电气持续流动的氧化还原反应的氧化还原对的物质构成。作为这样的氧化还原对，例如列举氟氧化还原等。包含氟氧化还原的电解质30例如使用有在乙腈、丙腈等非水系溶剂；碘化二甲基丙基咪唑或碘化丁基甲基咪唑等离子液体等液体成分混合有碘化锂和碘而构成的溶液等。另外，电解液30在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以含有填充剂或增稠剂等其他添加剂。
另外，电解质30的氧化还原对的浓度不特别限定，但在电解质30为液体状的电解液的情况下，优选为0.1～10mol/L，更优选为0.2～2mol/L。另外，在电解质30的溶剂中添加氟时的、氟浓度的优选范围为0.01～1mol/L。
另外，在电解质30中也可以含有目前公知的导电性高分子。
另外，在本实施方式中，也可以代替液体状的电解质而将半固体状(胶状)或固体状的用于电解质30。作为这样的电解质30，例如在电解液中添加胶化剂或增稠剂，根据需要将溶剂除去，从而能够适于将电解液凝胶化或固体化。这样，通过代替液体状的电解质而使用凝胶状或固体状的电解质30，能够消除电解液从色素敏化型太阳能电池单元1、进而色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A漏出的风险。
(单元密封材料)
作为单元密封材料40，优选为可将电解质30保持在电池单元内部的部件。作为这样的单元密封材料40，例如可适用目前公知的热可塑性树脂、热固化性树脂及紫外线固化性树脂等合成树脂构成的材料。
[嵌入构造]
如上所述，本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A具有图1A及图1B所示那样的、将上述构成的色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5A、5B之间的构造。而且，色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A将一对基材5A、5B中的至少一方的内面5b侧构成为具有导电性的导电层51，将该导电层51和光电极10及/或相对电极20电连接。
(一对基材)
在本实施方式中说明的一对基材5A、5B例如能够由薄膜状的透明树脂材料等构成，作为色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中的支承基板或框体而起作用。另外，一对基材5A、5B作为与在百叶窗的板条或塑料大棚的屋顶部、或者车库的顶部板或遮罩、遮阳蓬、车库、厂房的墙壁等示例的、在现有的设施设置的构成同样的板状部件而构成，从而色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A可适用于上述各部位。
作为构成一对基材5A、5B的材料，能够使用与上述示例那样的、适用色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A的现有部件同样的构成，例如可无任何限制地采用透明且兼具耐热性及耐气候性等的树脂材料等。作为这样的材料，例如除了上述的薄膜状的透明树脂材料等之外，可示例聚氯乙烯等不透明树脂材料、铝、不锈钢、镍、镁、锰、金、银、铜、钛薄板等金属板、树木等各种材料。
另外，也可以将基材5A着色。优选的是，着色使本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造不妨碍与发电所需的光波长对应的光的透过。
在本实施方式示例的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，如图1A及图1B所示，在一对基材5A、5B中、与光电极10侧相接的一基材5A的大致中央附近形成有光透过用的开口部52。另外，在图2所示的细长的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，在一基材5A的宽度方向上在大致中心附近设有遍及长度方向细长地形成的开口部52。
这样，通过在与光电极10侧相接的基材(一基材5A)的至少一部分形成开口部52，即使在例如由遮光性薄膜或金属板等构成一对基材5A、5B的情况下，也能够相对于光电极10有效地射入光。
由此，即使在将色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A适用于遮光部件的情况下，也能够维持优良的发电性能并且得到优良的美观特性。
另外，在由透明材料构成一对基材5A、5B的情况下，上述的开口部52不是必须的，但即使设有该开口部52也没有特别障碍。另外，就在设置开口部52的情况、假定为没有开口部52的情况的基材5A或5B的整个面积的开口部52的开口面积的比率而言，只要能够相对于电极有效地射入光，则没有特别限制，但优选为30～98％，更优选为45～90％。
另外，在本实施方式中，如图1B所示，更加优选在一基材5A上设有覆盖开口部52的透明基板53。在图示例中，在一基材5A的外面5a侧设有透明基板53，该透明基板53通过由热可塑性树脂或热固化性树脂等构成的密封堰部54而固定在一基材5A上。
这样，通过设置覆盖开口部52的透明基板53，能够将色素敏化型太阳能电池单元1可靠地密封在一对基材5A、5B之间，故而能够确保更加优良的耐久性。另外，在图1A的局部分解立体图中，为了便于图示而省略了密封堰部54及透明基板53的图示。
在本实施方式中在一对基材5A、5B的任一方的内面5b侧、在图1A及图1B所示例中在一对基材5A、5B的双方的内面5b侧设有由导电材料构成的导电层51、51。导电层51通过如上所述地与色素敏化型太阳能电池单元1的各电极电连接，从而能够将在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流向外部送出，例如在图2所示的细长的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，从其细长方向的任何位置都能够取出电流。
作为用于导电层51的材料，若为具有高的导电性且薄片电阻低的金属材料等，则没有特别限定，例如能够通过利用溅射法将由钛等构成的金属材料堆积在一对基材5A、5B的内面5b上而形成。
在本实施方式中，导电层51的薄片电阻优选比与导电层51连接的光电极10或相对电极20的薄片电阻、即导电性树脂基板11或导电性树脂基板21的薄片电阻小。具体地，优选导电层51的薄片电阻相对于光电极10或相对电极20的薄片电阻之比为1/2～1/10000，更加优选为1/10～1/1000。这样，通过使导电层51的薄片电阻比导电性树脂基板11或导电性树脂基板21的薄片电阻小，更加有效地降低在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流通过导电层51向外部供给时的电阻，可得到发电性能进一步提高的效果。
另外，例如在由金属材料等导电性材料构成一对基材5A、5B的情况下，由于各基材自身具有导电性，即使不设置导电层51，也能够自色素敏化型太阳能电池单元1进行集电。作为这样的壳体，例如将本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A适用于百叶窗的板条，不仅列举由金属材料构成该板条的情况，也列举在夹入色素敏化型太阳能电池单元的内面侧不实施涂装的情况等。但是，即使在由金属材料构成一对基材5A、5B的情况下，通过在其内面5b侧设置导电性高且由薄片电阻比基材5A、5B低的导电材料构成的导电层，与基材主体具有导电性而进行了集电的情况相比，电阻降低，可得到发电性能显著提高的效果。
另外，在由不具有透明性的金属材料等构成一对基材5A、5B的情况下，需要设置上述的开口部52。
(接线部)
在本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，如图1A及图1B所示例那样地，通过经由接线部6A、6B将在导电性树脂基板11设置的导电材料层11b及在导电性树脂基板21设置的导电材料层21b和导电层51、51分别连接而进行向光电极10及相对电极20的导电层51、51的电连接。另一方面，在本实施方式中，如上述那样地，在由金属箔等导电材料构成在相对电极20设置的基材21a的情况下，在相对电极20与导电层51之间直接实现电连接，不需要接线部6B。
作为上述那样的接线部6A、6B，能够采用以往在本领域中使用的线材。
在本实施方式中，通过分别由接线部6A、6B将导电性树脂基板11及导电性树脂基板21与导电层51、51之间连接，进一步降低将在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流送出时的电阻，可得到发电性能进一步提高的效果。
另外，在本实施方式中，即使在将光电极10及相对电极20设置的各基材设为不具有导电性的基材的情况下，通过将上述的接线部6A、6B在光电极10及相对电极20与导电层51、51之间适当地配线，能够可靠地将在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流向导电层51、51交接。
(嵌入密封材料)
在本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，如图1A及图1B所示，具备在俯视观察一对基材5A、5B时设置在周缘部附近，且插入到一对基材5A、5B之间的嵌入密封材料7。色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A通过设置这样的嵌入密封材料7，能够将色素敏化太阳能电池单元1密封在一对基材5A、5B之间。
作为嵌入密封材料7的材料，能够使用与在色素敏化型太阳能电池单元1中用于电解质30的密封的单元密封材料40同样的材料，例如能够适用以往公知的热可塑性树脂、热固化性树脂及紫外线固化性树脂等合成树脂构成的材料。
[制造方法]
在制造上述构成的色素敏化型太阳能电池单元1、及色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A的情况下，例如能够为如下的方法。
首先，通过使用上述的AD法，在导电性树脂基板11上层积TiO2而形成了半导体层12之后，进而利用常法将色素13吸附在半导体层12上，从而制作光电极10。
另外，在导电性树脂基板21上通过溅射法在导电性树脂基板21上层积铂(Pt)而形成催化剂层22，从而制作相对电极20。
之后，在光电极10与在导电性树脂基板21上形成的催化剂层22之间配置电解质30，利用单元密封材料40进行密封，从而制造色素敏化型太阳能电池单元1。
另外，在由透明的树脂材料等构成的一对基材5A、5B的一面上分别层积金属材料，从而形成具有导电性的导电层51、51。
而且，将另一基材5B的外面5a作为下侧，使在相对电极20上设置的导电性树脂基板21与内面5b重合、即相对于导电层51重合而载置色素敏化型太阳能电池单元1进行连接。之后，以在色素敏化型太阳能电池单元1的光电极10设置的导电性树脂基板11上连接导电层51的方式将一基材5A重合，并利用嵌入密封部7进行固定密封。
另外，根据需要，安装用于将导电性树脂基板11及导电性树脂基板21和各导电层51、51连接的接线部6A、6B。
通过上述示例那样的方法，能够制造具有将色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5A、5B之间的构造，一对基材5A、5B的内面5b侧成为具有导电性的导电层51、51，将该导电层51、51和光电极10及相对电极20电连接而构成的、本实施方式的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A。
[色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的用途]
上述构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A通过如图2所示例那样细长地构成，容易适用于在目前使用的设施设置的部件。该情况下，从基于光的发电效率的观点来看，向暴露在阳光或照明光的环境下的部件的适用为主，作为这样的部件，例如列举百叶窗的板条、塑料大棚的屋顶部、车库的天花板、遮罩、遮阳蓬、车库、厂房的墙壁等。另一方面，色素敏化型太阳能电池单元1例如在相对于阳光成为阴影的场所或墙壁等原本不利于发电的状况下也能够发挥充分的性能，故而色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A的适用对象很多。
在此，在将图2所示那样的细长的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A例如适用于在建筑物或房屋的窗边等设置的百叶窗的情况下，向多个板条(色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A)照射阳光，在得到板条的遮光效果的同时，通过嵌入到该板条的内部的色素敏化型太阳能电池单元1进行光发电。而且，在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流经由板条内部的导电层51、51在外部取出，从而可降低电阻，实现有效的集电。
通过适用本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A，作为将在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流取出时的电阻降低的理由，考虑如下的理由。
首先，列举在相对电极20分别设置的导电性树脂基板21通过与导电层51面连接而增大接触面积，充分降低接触电阻。
另外，也列举在细长的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A中，通过将导电性树脂基板21和各导电层51面连接，在该连接面的多个部位进行在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流的交接。
另外，通过使导电层51的薄片电阻比导电性树脂基板11及导电性树脂基板21的薄片电阻低，能够进一步降低其之间的电阻，进一步提高发电性能。
另外，由于具有将色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5A、5B之间的构造，能够由一对基材5A、5B将色素敏化型太阳能电池单元1的周围密封，故而相对于风雨及设置环境等的耐久性也提高。
另外，本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A由一对基材5A、5B将色素敏化型太阳能电池单元1夹入，另外，周缘部被嵌入密封材料7密封，故而与色素敏化型太阳能电池单元1自身的密封构造一同构成双重密封，可得到高的耐久性。
另外，在将本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A适用于遮光部件即百叶窗的情况下，利用一对基材5A、5B覆盖色素敏化型太阳能电池单元1，成为不能够从外部识别的状态，或者由于为从开口部52仅能够识别光电极10的程度，故而可得到美观特性提高的效果。
另外，在本实施方式中，即使在例如代替上述的色素敏化型太阳能电池单元1而采用将有机薄膜太阳能电池单元插入到一对基材之间的构成的情况下，也可得到上述那样的、发电性能提高且耐久性及美观特性也提高的效果。对于有机薄膜太阳能电池，例如能够参照日本特开2006－344794号公报、日本专利第4120362号公报、Reese et al.，Adv.Funct.Mater.，20，3476－3483(2010)、WO2013/118794号公报等。
＜作用效果＞
如以上说明地，根据本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A，具有将色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5A、5B之间的构造，在设于一对基材5A、5B的至少一方的导电层51连接有光电极10或相对电极20，故而能够利用具有与现有的设施设置的构成相同形状的部件进行基于光的发电。另外，在配置于基材5A、5B的内面5b侧的导电层51、51连接在色素敏化型太阳能电池单元1设置的电极，故而降低在色素敏化型太阳能电池单元1产生的电流通过导电层51、51向外部供给时的电阻，发电性能提高。另外，由于为将色素敏化型太阳能电池单元1插入到一对基材5A、5B之间的构造，故而能够利用一对基材5A、5B将色素敏化型太阳能电池单元1、进而色素敏化型太阳能电池单元1的周围密封，耐久性提高，并且由于为色素敏化型太阳能电池单元1被一对基材5A、5B覆盖的构造，故而美观特性也提高。
因此，根据本发明，通过将上述构造适用于在以往使用的设施上设置的部件、例如百叶窗的板条、塑料大棚的屋顶部或车库的天花板、或者遮罩、遮阳蓬、车库、厂房的墙壁等，能够实现发电性能优良、耐久性、美观特性优良的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A。
另外，根据本发明的发电百叶窗用板条，由于适用了上述构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造A，能够构成发电性能优良且耐久性、美观特性优良的百叶窗。
实施例
接着，通过以下的实施例对本发明进行详细地说明，但本发明不仅限于这些实施例。
[实施例1]
在实施例1中，以以下的条件及顺序制作光电极及相对电极，制作在这些各电极之间填充有电解质的色素敏化型太阳能电池单元，并且制作在一面侧形成有导电层的一对基材，制作在该一对基材之间插入色素敏化型太阳能电池单元而构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造。另外，在本实施例中，作为可适用本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的一例，制作了嵌入有色素敏化型太阳能电池单元的百叶窗。
(光电极的制作)
首先，作为导电性树脂基板，准备15mm×214mm的ITO(氧化铟锡)－PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)构成的薄膜材料(薄片电阻：15Ω/□)，在该一面侧使用AD法吹附下述的氧化钛粒子，形成了半导体层。此时，作为AD法的成膜条件，作为搬送气体使用氮，并且将气体流量设为1L/min、将温度设为25℃、将成膜室内的压力设为100Pa。此时，作为氧化钛粒子，使用将平均粒子径约为20nm及约为200nm的锐钛矿型TiO2粒子以重量比50：50的比率混合的混合粉体。
另外，半导体层在导电性树脂基板上以9mm×210mm的大小形成，并且将其四角中的一处从导电性树脂基板的四角中的一处隔开横宽方向上为4mm、长度方向上为2mm的间隔而形成。另外，将半导体层的膜厚调整为8μm。
接着，在以0.3mM的浓度将敏化色素N719溶解在乙腈和tert－丁醇1：1的混和液的色素溶液中将形成有上述的半导体层的基板浸渍20小时，从而将敏化色素吸附在半导体层的表面，由此制作光电极。
(相对电极的制作)
首先，与光电极的情况同样地，作为导电性树脂基板准备了由15mm×214mm的ITO－PEN构成的薄膜材料(薄片电阻：15Ω/□)。
而且，通过在上述的导电性树脂基板的一面侧使用溅射法堆积铂(Pt)而形成催化剂层，制作相对电极。此时，催化剂层的膜厚调整为30nm。
(色素敏化型太阳能电池单元的组装和制作)
将由上述方法制作的光电极和相对电极按照如下所示的顺序组装而制作了色素敏化型太阳能电池单元。
首先，在构成光电极的导电性树脂基板的半导体层侧，在基板上的半导体层的周缘部，以为了维持电极间距离所需的厚度形成由烯烃类的热可塑性树脂构成的宽度为2mm的单元密封材料。此时，在单元密封材料的侧面的一部分形成了电解液(电解质)注入用的孔。
接着，以将上述的单元密封材料覆盖的方式，将相对电极以催化剂层朝向光电极侧的方式重合之后，将单元密封材料加热并固化，由此进行热密封。
接着，在从在单元密封材料形成的电解液注入用的孔注入电解液并在内部填充之后，在该孔涂敷烯烃类的热可塑性树脂并加热固化，从而将孔堵塞。此时，作为电解液，使用将氟0.05M及1,3－二甲基－2－丙基咪唑碘化物1.0M溶解在γ－丁内酯中而得到的电解液。
通过以上那样的方法制作了色素敏化型太阳能电池单元。
(百叶窗：一对基材的制作)
首先，通过对铝薄板冲裁加工而制作了两张与市场销售的同样的铝制百叶窗(板条：25mm×240mm)的基材。
在此，通常，由于市场销售的铝制百叶窗由绝缘树脂材料覆盖表面，故而未表示导电性。
另外，在上述基材中的一块上形成有与在上述的光电极上形成的半导体层(敏化色素)同一面积的、9mm×210mm的切口(开口部)。该开口部从基材的四角中的一处隔开横宽方向为8mm、长度方向为15mm的间隔而形成。
接着，在形成有上述的开口部的基材(上侧的一基材)、及无开口部的基材(下侧的另一基材)的各自的一面侧整个面上，使用溅射法堆积钛，从而形成有导电层(薄片电阻：＜1Ω/□)。
(色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的嵌入和制作)
通过以下所示的顺序，通过将色素敏化型太阳能电池单元插入由上述方法制作的一对基材之间，制作了色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的一例即百叶窗。
首先，在形成有开口部的一基材(百叶窗)的导电层侧，以大致沿着周缘部的方式形成了由烯烃类的热可塑性树脂构成的宽2mm的嵌入密封材料。此时，嵌入密封材料从一基材的四角中的一处，在横宽方向上不隔开间隔，在长度方向上隔开10mm的间隔而形成。
接着，在光电极侧的导电性树脂基板、及相对电极侧的导电性树脂基板分别配置有用于与在各基材形成的导电层接线的导电性带。
接着，以形成有开口部的一基材成为光电极侧、另一基材成为相对电极侧的方式由一对基材将色素敏化型太阳能电池单元夹入。此时，以导电层侧分别朝向色素敏化型太阳能电池单元的方式配置一对基材。而且，通过将嵌入密封材料加热固化，将被一对基材夹入的色素敏化型太阳能电池单元密封。
接着，在形成有开口部的一基材上，以大致沿着周缘部的方式形成有由烯烃类的热可塑性树脂构成的宽2mm的密封堰部。此时，密封堰部从一基材的四角中的一处，在横宽方向上不隔开间隔，在长度方向上隔开10mm的间隔而形成。
接着，以将开口部覆盖的方式在密封堰部上覆盖由PEN构成的薄膜并加热固化，从而由PEN薄膜将开口部密封。
通过以上的顺序，完成本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的一例即实施例1的百叶窗。
(评价方法)
对于适用由上述方法得到的、本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的百叶窗，进行了如下那样的评价试验。
首先，对在实施例1制作的百叶窗的发电性能，使用太阳能模拟器(三永电机制作所制造)测定光强度为100mW/cm2的模拟阳光照射下的发电效率(光电转换效率)，并且测定了曲线因子。将此时的测定值表示在下述表1中。
另外，对于完成后的百叶窗的美观，在不能目视确认色素敏化型太阳能电池单元的密封材料的部分及相对电极的部分的情况下，评价为“A”、可进行确认的情况评价为“B”，结果表示在下述表1中。
[实施例2]
在实施例2中，在成为百叶窗的板条的一对基材的一面侧，除了作为导电层蒸镀铝之外，以与实施例1同样的顺序制造本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的一例即百叶窗，以同样的方法进行了评价。此时，以导电层的薄片电阻为3Ω/□的方式调整了导电层的膜厚。
[比较例]
在比较例中，在利用与实施例1、2同样的方法制作了色素敏化型太阳能电池单元(未插入到所述一对基材之间)之后，使用双面胶带将该色素敏化型太阳能电池单元直接贴附在市场上销售的铝制百叶窗的板条上而制造了百叶窗之后，利用同样的方法进行了评价。该铝制百叶窗由绝缘树脂材料涂敷表面，不表示导电性。
实施例1、2及比较例的评价试验结果在下述表1中表示。
【表1】
曲线因子/－ 发电效率％ 美观
实施例1 0.48 2.1 A
实施例2 0.46 2.0 A
比较例 0.28 1.4 B
[评价结果]
如表1的结果所示，可知适用了具有本发明的构成的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造的百叶窗与仅为在铝制百叶窗的板条的表面贴附色素敏化型太阳能电池单元的构成的比较例相比，发电效率高，美观也优良。
在此，表1中所示的曲线因子最受到基材的电阻的影响，但在实施例1、2中，由上述的各基材(基板)的薄片电阻可知，降低各基材的电阻，因此考虑为曲线因子改善，发电效率良好的结果。
另一方面，在比较例中，在市场销售的细长的板条的表面贴附色素敏化型太阳能电池单元，在板条长度方向上流动电流，故而由于从发电部位到电流取出位置的距离变大等，曲线因子变得非常小，发电效率降低。
以上说明的各实施方式及各实施例中的各构成及其组合等为一例，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行构成的附加、省略、置换及其他变更。另外，本发明不被各实施方式及各实施例限定，仅由保护范围限定。
【产业上的可利用性】
本发明的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造通过嵌入太阳能电池的构造，相对于不仅具有现有的功能，而且可得到光发电功能的设施、例如百叶窗的板条、塑料大棚的屋顶部、车库的天花板、遮罩、遮阳蓬、车库、厂房的壁面等，能够广泛适用。

Claims (5)

1.一种色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，具有将至少具有光电极和与该光电极相对设置的相对电极的色素敏化型太阳能电池单元插入到一对基材之间的构造，
所述一对基材中的双方的内面侧构成为具有导电性的导电层，
所述光电极为依次层积导电性树脂基板、半导体层及色素而构成，
所述半导体层为多孔质构造，并吸附所述色素，
所述光电极具有的导电性树脂基板与在面向所述光电极的基材的内面侧设置的所述导电层连接，
所述相对电极为在导电性树脂基板或金属箔上层积催化剂层而构成，
所述相对电极具有的所述导电性树脂基板或金属箔与在面向所述相对电极的基材的内面侧设置的所述导电层连接。
2.如权利要求1所述的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，其特征在于，
在所述一对基材中、与所述光电极侧相接的基材的至少一部分至少形成有一个光透过用的开口部。
3.如权利要求2所述的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，其特征在于，
在具有所述开口部的基材的内面侧及外面侧的至少一方设有覆盖所述开口部的透明基板。
4.如权利要求1～3中任一项所述的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造，其特征在于，
所述导电层的薄片电阻比与该导电层连接的所述光电极或所述相对电极的薄片电阻小。
5.一种发电百叶窗用板条，其特征在于，具有权利要求1～4中任一项所述的色素敏化型太阳能电池单元的嵌入构造。
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