JP2003077550A - 円筒型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法 - Google Patents
円筒型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単位設置面積あたりの光電変換有効表面積を
増やすことにより、変換効率を高効率化すると共に安定
化した円筒型及び半円筒型太陽電池を提供する。 【解決手段】 可視光を透過する円筒型透明セル1の内
部に透明電極層2、酸化物半導体から成る多孔質半導体
電極層3、この多孔質半導体電極層に吸着された色素層
4、電荷移動層(電解質)5、対向電極層6を積層して
いる。円筒形状であることから、平板状に作成した太陽
電池に比べ約3倍の表面積を有し、同一設置面積で、よ
り多くの有効発電面積を得ることができるため、実質的
な発電効率の向上が見込まれる。また、太陽の位置が移
動しても、太陽光の入射角度が変化しないので、光電変
換効率が一定となり、安定した電力が得られる。
増やすことにより、変換効率を高効率化すると共に安定
化した円筒型及び半円筒型太陽電池を提供する。 【解決手段】 可視光を透過する円筒型透明セル1の内
部に透明電極層2、酸化物半導体から成る多孔質半導体
電極層3、この多孔質半導体電極層に吸着された色素層
4、電荷移動層(電解質)5、対向電極層6を積層して
いる。円筒形状であることから、平板状に作成した太陽
電池に比べ約3倍の表面積を有し、同一設置面積で、よ
り多くの有効発電面積を得ることができるため、実質的
な発電効率の向上が見込まれる。また、太陽の位置が移
動しても、太陽光の入射角度が変化しないので、光電変
換効率が一定となり、安定した電力が得られる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光エネルギーを電
気エネルギーに直接変換する太陽電池の構造及びその製
造方法に関する。
気エネルギーに直接変換する太陽電池の構造及びその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光エネルギーを電気エネルギーに
変換する太陽電池にはいくつかの種類があるが、どれも
平板状の構造をしているために太陽電池の設置には広い
設置面積が必要であった。より多くの電力を得るために
は太陽電池の有効面積を増やすことが不可欠であるが、
平面状の太陽電池では前述したように広い設置面積が必
要となる。
変換する太陽電池にはいくつかの種類があるが、どれも
平板状の構造をしているために太陽電池の設置には広い
設置面積が必要であった。より多くの電力を得るために
は太陽電池の有効面積を増やすことが不可欠であるが、
平面状の太陽電池では前述したように広い設置面積が必
要となる。
【0003】また、1991年にグレッツェルらが発明
した色素増感型湿式太陽電池(Nature vol.353(1991) p.
737)は、シリコン半導体の太陽電池とは異なる光電変換
メカニズムによって動作し、光電変換効率も10%程度
と比較的高いことから、将来シリコン系太陽電池を置き
換える可能性のある素子として非常に期待されている。
した色素増感型湿式太陽電池(Nature vol.353(1991) p.
737)は、シリコン半導体の太陽電池とは異なる光電変換
メカニズムによって動作し、光電変換効率も10%程度
と比較的高いことから、将来シリコン系太陽電池を置き
換える可能性のある素子として非常に期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
太陽電池では、平板状の光電変換層を重ね合わせた構造
であるために、敷設に際し、多くの設置面積が必要であ
った。また、平板状の光電変換層を重ね合わせた構造で
あるために、太陽の移動によって太陽光の入射角度が変
化し、それに伴って光電変換効率が変化するので、安定
した電力を得るためには、太陽光が太陽電池に対し垂直
に入射するように太陽電池の向きを変えるなどの機構が
必要であった。
太陽電池では、平板状の光電変換層を重ね合わせた構造
であるために、敷設に際し、多くの設置面積が必要であ
った。また、平板状の光電変換層を重ね合わせた構造で
あるために、太陽の移動によって太陽光の入射角度が変
化し、それに伴って光電変換効率が変化するので、安定
した電力を得るためには、太陽光が太陽電池に対し垂直
に入射するように太陽電池の向きを変えるなどの機構が
必要であった。
【0005】また、色素増感型湿式太陽電池では電荷移
動層に液体を使用しており、さらに透明電極、多孔質電
極、色素、電荷移動層、対向電極というサンドイッチ構
造であるため、露出部分が大きく、また太陽電池という
特性上、封止剤の耐久性が低く電荷移動層等の漏洩や空
気の流入を防ぐ手段が乏しかった。すなわち、色素増感
型湿式太陽電池では、電解質に溶液を使用することによ
る溶液の流出が問題であった。さらに、平板の電極を重
ね合わせたサンドイッチセルであり、電解溶液の封止剤
が電解溶液に接触する面積が多く、封止剤の劣化、溶液
の流出が多かった。
動層に液体を使用しており、さらに透明電極、多孔質電
極、色素、電荷移動層、対向電極というサンドイッチ構
造であるため、露出部分が大きく、また太陽電池という
特性上、封止剤の耐久性が低く電荷移動層等の漏洩や空
気の流入を防ぐ手段が乏しかった。すなわち、色素増感
型湿式太陽電池では、電解質に溶液を使用することによ
る溶液の流出が問題であった。さらに、平板の電極を重
ね合わせたサンドイッチセルであり、電解溶液の封止剤
が電解溶液に接触する面積が多く、封止剤の劣化、溶液
の流出が多かった。
【0006】そこで本発明は、単位設置面積あたりの光
電変換有効表面積を増やすことにより、変換効率を高効
率化すると共に安定化し、さらに封止箇所を少なくする
ことによって、液漏れや腐食による劣化を低減した円筒
型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法を提供する
ことを目的とする。
電変換有効表面積を増やすことにより、変換効率を高効
率化すると共に安定化し、さらに封止箇所を少なくする
ことによって、液漏れや腐食による劣化を低減した円筒
型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明は、太陽電池を円筒形状又は半円筒形状にし
て光電変換層を積層し、円筒外周部及び中心部にそれぞ
れ電極を配置した構造とすることにより、光電変換の有
効表面積を増加すると共に封止箇所を少なくしたことを
特徴とする。
め、本発明は、太陽電池を円筒形状又は半円筒形状にし
て光電変換層を積層し、円筒外周部及び中心部にそれぞ
れ電極を配置した構造とすることにより、光電変換の有
効表面積を増加すると共に封止箇所を少なくしたことを
特徴とする。
【0008】従来の平面状の太陽電池セルから円筒形状
又は半円筒形状の太陽電池セルにすることにより、同一
面積に設置した場合、円筒形状の表面積でπ倍、半円筒
形状の表面積でπ/2倍になる。同じ設置面積でも、太
陽光に対し約3倍又は1.5倍の有効表面積を得ること
ができる。
又は半円筒形状の太陽電池セルにすることにより、同一
面積に設置した場合、円筒形状の表面積でπ倍、半円筒
形状の表面積でπ/2倍になる。同じ設置面積でも、太
陽光に対し約3倍又は1.5倍の有効表面積を得ること
ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【0010】図1は、本発明の実施の形態の円筒型色素
増感太陽電池の構造を示す。可視光を透過する円筒型透
明セル1の内部に透明電極層2、酸化物半導体から成る
多孔質半導体電極層3、この多孔質半導体電極層に吸着
された色素層4、電荷移動層(電解質)5、対向電極層
6を積層している。この円筒型色素増感太陽電池を、複
数並べて太陽電池を構成する。
増感太陽電池の構造を示す。可視光を透過する円筒型透
明セル1の内部に透明電極層2、酸化物半導体から成る
多孔質半導体電極層3、この多孔質半導体電極層に吸着
された色素層4、電荷移動層(電解質)5、対向電極層
6を積層している。この円筒型色素増感太陽電池を、複
数並べて太陽電池を構成する。
【0011】円筒形状であることから、平板状に作成し
た太陽電池に比べ約3倍の表面積を有し、同一設置面積
で、より多くの有効発電面積を得ることができるため、
実質的な発電効率の向上が見込まれる。また、太陽の位
置が移動しても、太陽光の入射角度が変化しないので、
光電変換効率が一定となり、安定した電力が得られる。
た太陽電池に比べ約3倍の表面積を有し、同一設置面積
で、より多くの有効発電面積を得ることができるため、
実質的な発電効率の向上が見込まれる。また、太陽の位
置が移動しても、太陽光の入射角度が変化しないので、
光電変換効率が一定となり、安定した電力が得られる。
【0012】また、上記円筒形状の色素増感太陽電池を
半分に分割した構造の半円筒形状とすることもできる。
この半円筒形状色素増感太陽電池では、平板状に作成し
た太陽電池に比べ約1.5倍の表面積を有し、同様によ
り多くの有効発電面積を得ることによって発電効率の向
上が見込まれる。また、同様に太陽の移動に伴って太陽
光の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定と
なり、安定した電力が得られる。
半分に分割した構造の半円筒形状とすることもできる。
この半円筒形状色素増感太陽電池では、平板状に作成し
た太陽電池に比べ約1.5倍の表面積を有し、同様によ
り多くの有効発電面積を得ることによって発電効率の向
上が見込まれる。また、同様に太陽の移動に伴って太陽
光の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定と
なり、安定した電力が得られる。
【0013】図2は、本発明の実施の形態のシリコン太
陽電池の構造であって、(a)は円筒型、(b)は半円
筒型のシリコン太陽電池の構造を示す。(a)の円筒型
では、円筒形状のn型シリコン8の外周表面にp型半導
体7を積層することによりp−n接合を形成し、円筒形
状中心部にn型シリコン8に接するように電極9を形成
すると共に、p型半導体7外周に接するように電極9を
形成して、太陽電池を構成する。
陽電池の構造であって、(a)は円筒型、(b)は半円
筒型のシリコン太陽電池の構造を示す。(a)の円筒型
では、円筒形状のn型シリコン8の外周表面にp型半導
体7を積層することによりp−n接合を形成し、円筒形
状中心部にn型シリコン8に接するように電極9を形成
すると共に、p型半導体7外周に接するように電極9を
形成して、太陽電池を構成する。
【0014】(b)の半円筒型では、半円筒形状のn型
シリコン8の円形外周表面にp型半導体7を積層するこ
とによりp−n接合を形成し、半円筒形状中心部平面に
n型シリコン8に接するように電極9を形成すると共
に、p型半導体7外周に接するように電極9を形成し、
これらを複数並べて太陽電池を構成する。
シリコン8の円形外周表面にp型半導体7を積層するこ
とによりp−n接合を形成し、半円筒形状中心部平面に
n型シリコン8に接するように電極9を形成すると共
に、p型半導体7外周に接するように電極9を形成し、
これらを複数並べて太陽電池を構成する。
【0015】形状を円筒型あるいは半円筒型にすること
により、平板状太陽電池に比べて円筒型では約3倍、半
円筒型では約1.5倍の表面積を得ることができる。こ
れにより、同一設置面積で、有効発電面積を大きくする
ことができる。さらに、太陽の位置が移動しても、太陽
光の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定と
なり、安定した電力が得られる。
により、平板状太陽電池に比べて円筒型では約3倍、半
円筒型では約1.5倍の表面積を得ることができる。こ
れにより、同一設置面積で、有効発電面積を大きくする
ことができる。さらに、太陽の位置が移動しても、太陽
光の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定と
なり、安定した電力が得られる。
【0016】(実施例1)円筒型色素増感太陽電池の製
造工程を示す。 長さ5cm、直径1mm、内径0.5mmのガラス管内
に、0.25mmの金ワイヤーを通した後に、5%酸化
スズ(SnO2)コロイド溶液を流し、電気炉中で30
0℃にて加熱しガラス管内に酸化スズ膜(透明電極)を
得た。金ワイヤーを引き抜き、金ワイヤーに付着した酸
化スズ膜を除去した後に、再び金ワイヤーをガラス管内
に挿入した。この状態で、10nmの酸化チタン(Ti
O2)粒子を含む5%コロイド溶液をガラス管内に導入
し、400℃で加熱焼成し、酸化チタン層(多孔質半導
体電極)を得た。再び金ワイヤーを引き抜き、金ワイヤ
ーに付着した酸化チタンを除去した。
造工程を示す。 長さ5cm、直径1mm、内径0.5mmのガラス管内
に、0.25mmの金ワイヤーを通した後に、5%酸化
スズ(SnO2)コロイド溶液を流し、電気炉中で30
0℃にて加熱しガラス管内に酸化スズ膜(透明電極)を
得た。金ワイヤーを引き抜き、金ワイヤーに付着した酸
化スズ膜を除去した後に、再び金ワイヤーをガラス管内
に挿入した。この状態で、10nmの酸化チタン(Ti
O2)粒子を含む5%コロイド溶液をガラス管内に導入
し、400℃で加熱焼成し、酸化チタン層(多孔質半導
体電極)を得た。再び金ワイヤーを引き抜き、金ワイヤ
ーに付着した酸化チタンを除去した。
【0017】ガラス管内に、3×10-4mol/Lのル
テニウム(Ru)錯体色素溶液を流し、Ru色素を酸化
チタン表面に吸着させ、溶媒成分を乾燥後、金ワイヤー
(対向電極)を挿入した。これに、電解質としてヨウ素
0.1mol/Lとヨウ化リチウム0.1mol/Lの
アセトニトリル溶液を流し、電荷移動層を導入し、ガラ
ス管の一端をエポキシ樹脂で封止した。もう一端は、金
ワイヤーを端から5mmのところで止めて、金ワイヤー
が無い状態にし、銀ペーストで、酸化スズ電極と接着
後、金ワイヤーを接続し、電極とした。
テニウム(Ru)錯体色素溶液を流し、Ru色素を酸化
チタン表面に吸着させ、溶媒成分を乾燥後、金ワイヤー
(対向電極)を挿入した。これに、電解質としてヨウ素
0.1mol/Lとヨウ化リチウム0.1mol/Lの
アセトニトリル溶液を流し、電荷移動層を導入し、ガラ
ス管の一端をエポキシ樹脂で封止した。もう一端は、金
ワイヤーを端から5mmのところで止めて、金ワイヤー
が無い状態にし、銀ペーストで、酸化スズ電極と接着
後、金ワイヤーを接続し、電極とした。
【0018】得られた太陽電池を、ソーラーシミュレー
タでAM(Air Mass)1.5条件下の100mW/cm2
の強度の光を照射して、光電変換特性を評価したとこ
ろ、15%の光電変換効率が得られ、変換効率の向上が
見られた。
タでAM(Air Mass)1.5条件下の100mW/cm2
の強度の光を照射して、光電変換特性を評価したとこ
ろ、15%の光電変換効率が得られ、変換効率の向上が
見られた。
【0019】(実施例2)半円筒型シリコン太陽電池の
製造工程を示す。 長さ5cm、直径2mmのリン(P)を拡散したn型シ
リコン(Si)棒の表面にホウ素(B)を拡散させて、
p型シリコン層を形成した。このシリコン棒を軸方向に
切断し、半円筒型のp−n接合シリコンロッドを得た。
p型部とn型部にそれぞれ電極を付け、シリコン太陽電
池を構成した。
製造工程を示す。 長さ5cm、直径2mmのリン(P)を拡散したn型シ
リコン(Si)棒の表面にホウ素(B)を拡散させて、
p型シリコン層を形成した。このシリコン棒を軸方向に
切断し、半円筒型のp−n接合シリコンロッドを得た。
p型部とn型部にそれぞれ電極を付け、シリコン太陽電
池を構成した。
【0020】得られた太陽電池を、ソーラーシミュレー
タでAM1.5条件下の100mW/cm2の強度の光
を照射して、光電変換特性を評価したところ、20%の
光電変換効率が得られ、変換効率の向上が見られた。
タでAM1.5条件下の100mW/cm2の強度の光
を照射して、光電変換特性を評価したところ、20%の
光電変換効率が得られ、変換効率の向上が見られた。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による第1
の効果は、形状を円筒型あるいは半円筒型にすることに
より、平板状太陽電池に比べて円筒型では約3倍、半円
筒型では約1.5倍の表面積を得ることができる。これ
により、同一設置面積で、有効発電面積を向上させるこ
とができる。さらに、太陽の位置が移動しても、太陽光
の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定とな
り、安定した電力が得られる。
の効果は、形状を円筒型あるいは半円筒型にすることに
より、平板状太陽電池に比べて円筒型では約3倍、半円
筒型では約1.5倍の表面積を得ることができる。これ
により、同一設置面積で、有効発電面積を向上させるこ
とができる。さらに、太陽の位置が移動しても、太陽光
の入射角度が変化しないので、光電変換効率が一定とな
り、安定した電力が得られる。
【0022】第2の効果は、色素増感型太陽電池におい
て、円筒形状の構造とした場合、開放部分は、両端の部
分のみであり、開放部分が少ない。このため通常用いら
れる液体の電荷移動層の流出や、空気や水分等の品質劣
化成分の混入を抑えることができる。
て、円筒形状の構造とした場合、開放部分は、両端の部
分のみであり、開放部分が少ない。このため通常用いら
れる液体の電荷移動層の流出や、空気や水分等の品質劣
化成分の混入を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】円筒形状の色素増感太陽電池の構造を示す図。
【図2】円筒形状及び半円筒形状シリコン太陽電池の構
造を示す図。
造を示す図。
1 透明セル
2 透明電極
3 多孔質透明電極
4 色素
5 電解質
6 対向電極
7 p型半導体
8 n型半導体
9 電極
フロントページの続き
(72)発明者 中村 新
東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気株
式会社内
Fターム(参考) 5F051 AA09 AA14 BA17 BA18
5H032 AA06 AS05 AS06 AS09
Claims (7)
- 【請求項1】 円筒形状に積層した光電変換層と、円筒
形状中心部の光電変換層に接して配置した電極及び円筒
形状外周部の光電変換層に接して配置した電極とを有す
ることを特徴とする円筒型太陽電池。 - 【請求項2】 半円筒形状に積層した光電変換層と、半
円筒形状中心部の光電変換層に接して配置した電極及び
半円筒形状外周部の光電変換層に接して配置した電極と
を有することを特徴とする半円筒型太陽電池。 - 【請求項3】 透明導電体層上に形成した酸化物半導体
から成る多孔質半導体電極と、この多孔質半導体電極上
に吸着された色素と、これらに対向して配置された対向
電極と、この対向電極と前記色素を吸着された多孔質半
導体電極との間に充填された電荷移動層とを円筒形状に
積層して構成したことを特徴とする請求項1記載の円筒
型太陽電池。 - 【請求項4】 透明導電体層上に形成した酸化物半導体
から成る多孔質半導体電極と、この多孔質半導体電極上
に吸着された色素と、これらに対向して配置された対向
電極と、この対向電極と前記色素を吸着された多孔質半
導体電極との間に充填された電荷移動層とを半円筒形状
に積層して構成したことを特徴とする請求項2記載の半
円筒型太陽電池。 - 【請求項5】 前記光電変換層は、n型シリコン層とp
型シリコン層とを円筒形状に積層して構成されているこ
とを特徴とする請求項1記載の円筒型太陽電池。 - 【請求項6】 前記光電変換層は、n型シリコン層とp
型シリコン層とを円筒形状に積層して構成されているこ
とを特徴とする請求項2記載の半円筒型太陽電池。 - 【請求項7】 請求項3記載の円筒型太陽電池の製造方
法であって、 円筒型の透明セルに、透明導電体材料となる酸化物半導
体を含む溶液を注入して、透明セル内部に透明導電体層
を形成する工程と、 ナノサイズの酸化物半導体粒子を含む溶液を注入して、
多孔質半導体電極を形成する工程と、 色素溶液を注入して、前記多孔質半導体電極に色素を吸
着させる工程と、 電解質溶液を注入する工程と、 対向電極を挿入する工程とを有することを特徴とする円
筒型色素増感太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001270459A JP2003077550A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 円筒型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001270459A JP2003077550A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 円筒型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003077550A true JP2003077550A (ja) | 2003-03-14 |
Family
ID=19096113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001270459A Withdrawn JP2003077550A (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 円筒型及び半円筒型太陽電池並びにその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003077550A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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