JP2006190585A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁波による悪影響を受けやすい場所に好適に設置される色素増感型太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell that is suitably installed in a place that is easily affected by electromagnetic waves.
透明性の高い色素増感型太陽電池として、例えば2枚の透明導電性ガラス基板の間に透明半導体微粒子、色素、及び電解質を挟みこんだ色素増感型太陽電池において、2色以上の色素を1つの基板上に有させることで文字等を表現することができる色素増感型太陽電池が開示されている(例えば特許文献1)。 As a dye-sensitized solar cell having high transparency, for example, in a dye-sensitized solar cell in which transparent semiconductor fine particles, a dye, and an electrolyte are sandwiched between two transparent conductive glass substrates, a dye having two or more colors is used. A dye-sensitized solar cell that can express characters and the like by being provided on one substrate is disclosed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1のような透明な色素増感型太陽電池を、例えばオフィスビルの窓などに用いて窓面の活用を行おうとすると、色素増感型太陽電池の透明導電性ガラス基板の導電性層が電磁波反射体となり、オフィスから窓面に向かって発せられた電磁波がオフィス内に反射され、該電磁波による人体や通信環境への悪影響が起こる恐れがあった。かかる反射を抑制するために、導電性層の表面抵抗値を上昇させると、導電性層による電力の取り出しが円滑に行われず発電効率の顕著な低下を招くこととなり、またオフィスビルであれば情報の漏洩に繋がる恐れもある。
However, when the transparent dye-sensitized solar cell as in
本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、発電効率を顕著に低下させることなく、電磁波の反射によって生じる悪影響を軽減することができる色素増感型太陽電池を提供せんとするものである。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and is intended to provide a dye-sensitized solar cell that can reduce the adverse effects caused by the reflection of electromagnetic waves without significantly reducing the power generation efficiency. It is.
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明に係わる色素増感型太陽電池は、太陽光到来側から順に透明基板、透明導電性層、色素が導入された酸化物半導体層、電解質層、導電性層及び裏面基板が積層されて形成され、前記透明基板の太陽光到来側及び/又は前記裏面基板の太陽光到来側と反対側に電磁波吸収層が設けられると共に、該電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び/又は裏面基板が電磁波を透過する材料からなることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, in the dye-sensitized solar cell according to the present invention, a transparent substrate, a transparent conductive layer, an oxide semiconductor layer into which a dye is introduced, an electrolyte layer, a conductive layer, and a back substrate are laminated in order from the sunlight arrival side. The transparent substrate and / or the back surface provided with the electromagnetic wave absorption layer provided on the opposite side of the sunlight arrival side of the transparent substrate and / or the sunlight arrival side of the back substrate. The substrate is made of a material that transmits electromagnetic waves.
本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明基板及び/又は裏面基板に電磁波吸収層が設けられることで別途電磁波吸収手段を設ける必要がなく、また電磁波到来側から電磁波吸収層、誘電体からなるスペーサー及び電磁波反射層という高い効率で電磁波の吸収を行うことに繋がる積層構造を形成することで、簡便且つ効率よく電磁波による悪影響を軽減することができる。また透明導電性層及び/又は導電性層を電磁波反射体として用いることでその表面抵抗を低く保持したままとすることができ、発電効率の顕著な低下を防止することができる。 According to the dye-sensitized solar cell according to the present invention, an electromagnetic wave absorbing layer is provided on the transparent substrate and / or the back substrate, so that it is not necessary to separately provide an electromagnetic wave absorbing means. By forming a laminated structure that leads to absorption of electromagnetic waves with high efficiency such as a spacer made of a body and an electromagnetic wave reflection layer, adverse effects due to electromagnetic waves can be reduced easily and efficiently. Further, by using the transparent conductive layer and / or the conductive layer as an electromagnetic wave reflector, the surface resistance can be kept low, and a remarkable decrease in power generation efficiency can be prevented.
また請求項1に記載の色素増感型太陽電池において、前記電磁波吸収層が設けられた前記透明基板及び/又は裏面基板は、主として吸収の対象となる電磁波が、該透明基板及び/又は裏面基板を透過する際の波長の四分の一の厚みとなされていれば、電磁波吸収層の表面から電磁波進行方向を見込んだ入力インピーダンスを、自由空間の特性インピーダンスに合わせて更に効率よく電磁波を減衰させることができ好ましい。
2. The dye-sensitized solar cell according to
本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明基板及び/又は裏面基板に電磁波吸収層が設けられることで別途電磁波吸収手段を設ける必要がなく、また電磁波到来側から電磁波吸収層、誘電体からなるスペーサー及び電磁波反射層という高い効率で電磁波の吸収を行うことに繋がる積層構造を形成することで、簡便且つ効率よく電磁波による悪影響を軽減することができる。また透明導電性層及び/又は導電性層を電磁波反射体として用いることでその表面抵抗を低く保持したままとすることができ、発電効率の顕著な低下を防止することができる。 According to the dye-sensitized solar cell according to the present invention, an electromagnetic wave absorbing layer is provided on the transparent substrate and / or the back substrate, so that it is not necessary to separately provide an electromagnetic wave absorbing means. By forming a laminated structure that leads to absorption of electromagnetic waves with high efficiency such as a spacer made of a body and an electromagnetic wave reflection layer, adverse effects due to electromagnetic waves can be reduced easily and efficiently. Further, by using the transparent conductive layer and / or the conductive layer as an electromagnetic wave reflector, the surface resistance can be kept low, and a remarkable decrease in power generation efficiency can be prevented.
本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best embodiment according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係わる色素増感太陽電池の、第一の実施形態を示す断面図である。色素増感型太陽電池10は、太陽光到来側αから順に、ポリカーボネート樹脂からなる透明基板1と、透明基板1にITO(酸化インジウムスズ)が蒸着されることで形成された透明導電性層2と、透明導電性層2上に酸化チタンを用いて多孔質の薄膜を形成し、当該薄膜にルテニウム錯体である色素を導入した酸化物半導体層3と、メトキシプロピオニトリル溶媒中に金属ヨウ素を配合した電解質層4と、ポリカーボネート樹脂からなる透明な裏面基板6と、裏面基板6の太陽光到来側αに白金を蒸着させて形成した導電性層5が積層されている。透明基板1の太陽光到来側αには、更にITO(酸化インジウムスズ)が蒸着されてなり適当な面抵抗値を有する透明な電磁波吸収層7が形成されることで、太陽光到来側αから到来する電磁波が電磁波吸収体7により減衰され、更に透明基板1を形成するポリカーボネート樹脂は電磁波を透過する材料すなわち誘電体であるから、電磁波は透明基板1を透過して、電磁波反射体である透明導電性層2により反射され、再度電磁波吸収体7により減衰されることで電磁波は効率よく減衰される。更にまた、電磁波吸収層7の外面には、ポリカーボネート樹脂からなり電磁波吸収層7を水分等から保護する表面保護板8が設けられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a dye-sensitized solar cell according to the present invention. The dye-sensitized
ここで、吸収の対象となる電磁波としては、オフィスの無線LANに多く使用される2.4GHz帯、5GHz帯、AHSやETC等において使用されているDSRCの一般的な周波数5.8GHz帯、追突防止レーダに使用されるミリ波帯、例えば60GHz帯、76GHz帯の帯域の電磁波が挙げられるが、透明導電性層2の面抵抗値、透明基板1の材料定数(複素比誘電率)、表面保護板8の材料定数および厚みを見込んだ上で、かつ、透明基板1の厚み及び電磁波吸収層2の面抵抗値を適切に決定することで、電磁波をより効率よく減衰させることが可能となる。例えば、誘電体からなる透明基板1内での電磁波の波長がλgである場合、透明基板1の厚みを約λg/4とし、また電磁波吸収層7の面抵抗値を各々の電磁波の波長に応じて設定することで、表面保護板8の電磁波到来側の表面から電磁波進行方向を見込んだ電磁波インピーダンスを、自由空間のインピーダンスに合わせることにより、電磁波は更に効率的に減衰される。すなわち、透明基板1の厚みは主として吸収の対象となる電磁波が透明基板1を透過する際の波長の四分の一の厚みとしておくことで電磁波は極めて効率よく減衰されてその悪影響を軽減することができる。また透明基板1を各種透明な合成樹脂、ガラス、空気等、用途に応じて用いることで、電磁波の吸収特性を設定することが可能である。
Here, as electromagnetic waves to be absorbed, 2.4 GHz band, 5 GHz band, which are often used in office wireless LAN, DSRC general frequency 5.8 GHz band used in AHS, ETC, etc., rear-end collision Examples include electromagnetic waves in the millimeter wave band used for prevention radar, such as 60 GHz band and 76 GHz band. The surface resistance value of the transparent
また透明誘電体層2は電磁波反射体として機能すべくその面抵抗値は低抵抗である必要がある。例えば透明誘電体層2による所望のシールド効果が20dB以上の場合には、透明誘電体層2の面抵抗値を20Ω□程度以下にする必要がある。その面抵抗値は透明誘電体層2による所望の遮蔽性能によって決定され得るが、一般に導電性の高い材料は低い面抵抗値となることから、透明導電性層2は高い導電性を有するものとして色素増感型太陽電池10としての性能を損なうことが少なくできる。なお、前述の面抵抗値とは、透明誘電体層2及び電磁波吸収層7が空隙を有する場合であっても、一様な平面を有する薄膜であると仮定した場合の等価的な面抵抗値を意味している。
Further, the transparent
電磁波吸収層7は、金属、金属酸化物、金属窒化物ないしはこれらの混合物をイオンプレーティング、蒸着、スパッタリング、塗布等により作成し、また前記金属、金属酸化物、金属窒化物は、銀、ITO(酸化インジウム/酸化錫)、酸化錫、酸化亜鉛、窒化チタン等からなる抵抗皮膜12を含むものであれば特に限定されるものではないが、上述の如き合成樹脂等からなる板状体、又はフィルム等の誘電体である透明基板1若しくは表面保護板8に電磁波吸収層7を被着させて形成すればその形状を保持する上で好ましい。
The electromagnetic
図2は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第二の実施形態を示す断面図である。色素増感型太陽電池10は、太陽光到来側αより透明基板1から裏面基板6までは第二の実施形態と同様に積層されているが、電磁波吸収層7は裏面基板6の太陽光到来側と反対側βに設けられ、更に電磁波吸収層7の外面に表面保護板8が設けられている。かかる構成により、太陽光到来側と反対側βから到来する電磁波が減衰され、電磁波による悪影響の発生が防止される。ここで太陽光到来側と反対側βから到来する電磁波に対して、表面保護板8、電磁波吸収層7、裏面基板6及び導電性層5は、第一の実施形態における表面保護板8、電磁波吸収層7、透明基板1及び透明導電性層2と同様の構成となることから各々についての説明は省略する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the dye-sensitized solar cell according to the present invention. The dye-sensitized
本実施形態において、色素増感型太陽電池10の厚み方向の透光性が必要とされない場合には、第一の実施形態と異なり裏面基板6、導電性層5、電磁波吸収層7及び表面保護板8に透明な材料を用いる必要がなく、電磁波を吸収する機能を損なわない範囲で用いる材料の自由度を高めることができる。
In the present embodiment, when the translucency in the thickness direction of the dye-sensitized
また、透明基板1又は裏面基板6のいずれか一方のみに電磁波吸収層7を設けて一方から到来する電磁波を吸収するようにしてもよいが、透明基板1の太陽光到来側α及び裏面基板6の太陽光到来側と反対側βの双方に電磁波吸収層7を設けて、両面から到来する電磁波を吸収できるようにすることもできる。
Further, the electromagnetic
本発明における色素増感型太陽電池10において、電磁波吸収層7及び表面保護板8以外を形成する材料については特に限定されるものではなく一般的なものや公知のものを適宜用いることができる。例えば透明基板1及び裏面基板6については透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂や、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を好適に用いることができる。また電解質層4に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。更に裏面電極6については透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができる。
In the dye-sensitized
透明導電性層2については、上述のITO(酸化インジウム/酸化錫)やFTO(フッ素ドープ酸化錫)等、導電性層5については透明導電性層2との電位差を生じさせるために白金、カーボン、導電性ポリマーや、ITO等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用い、これらを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法、泳動電着法等の適宜の方法により形成することで上述の導電性被膜が設けられる。
For the transparent
酸化物半導体層3については、例えばチタニア粉末等の酸化物半導体をポリエチレングリコール、アセチルアセトン等によりペースト状にして透明基板1に塗布し、透明基板1の材料がガラスであれば400〜500度、合成樹脂であれば100〜120度で焼き付けを行った後、Cis−dithiocyanate[N−bis(2,2‘−bipyridyl4,4’−dicarboxylic acid)]Ru[二価]等のルテニウム錯体、又はポリフィリン系、シアニン系等の色素、クチナシ色素、スイカズラ色素等のカロテノイド系の色素、クマリン343といった色素等の増感色素を担持させて形成できる。また電解質層34は、電解質を含むものであれば特に限定されるものではないが液体又は擬液体状のものが好ましく、例えばアセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等を用いることができる。
For the
図3は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の一例を示す説明図である。本図において、色素増感型太陽電池10は上記第二の実施形態に示されるもので、厚み方向に高い透明性を有することでオフィスFの窓として用いられているものであり、太陽光到来側αからは太陽Sからの太陽光S1が到来して電力が生起されると共に、太陽光到来側と反対側から到来するオフィスF内のパソコンPから発せられる無線LANに係わる電磁波Rが色素増感型太陽電池10により減衰されて反射が抑制されるようになされているものである。窓以外に放射された電磁波Rは壁面Wにより外部への漏洩が防止されるが、窓の部分については色素増感型太陽電池10により電磁波Rが吸収されて無線LANオフィスF外への情報の漏洩が防止されると共に、オフィスF内への電磁波Rの反射による通信環境の悪化や人体への悪影響を軽減することができる。
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of application of the dye-sensitized solar cell according to the present invention. In this figure, the dye-sensitized
図4は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、適用の他の例を示す一部断面図である。本図は色素増感型太陽電池10を用いて形成した透光性の防音パネルTを示すもので、色素増感型太陽電池10の周囲に枠体T1が枠組みされ且つ色素増感型太陽電池10の周囲が枠体T1内に嵌入されることで形成されたものである。枠体T1はアルミニウム押出形材から形成されたもので、電磁波到来側の枠体T1外面には別途電磁波吸収体Bが取り付けられている。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing another example of application of the dye-sensitized solar cell according to the present invention. This figure shows a light-transmitting soundproof panel T formed using a dye-sensitized
図4に示した防音パネルTは、例えば図5に示す如く用いられる。図5は、高架道路K上を走行する車両C1に対して、路側に設けられたアンテナAから発せられる電磁波R1を車両C1に搭載された車載器S1が受信することで、車両C1の自動料金収受や走行支援等が行われるDSRC(狭域通信)を備えた高架道路Kを示すものである。高架道路Kを含め、道路周辺に設置される防音壁は、大面積を有することで高効率の太陽光発電を行うのに適する条件を備えており色素増感型太陽電池10の設置の利点は大きく得られるが、かかるDSRCを備えた道路においては、アンテナAから発せられた電磁波R1が対象となる車両C1の車載器S1のみならず、高架道路K下を走行している等の対象外の車両C2の車載器S2により受信され、料金の誤収受やシステムの誤動作に繋がる恐れがある。高架道路Kの側縁に沿って防音パネルTを用いた防音壁を設置しておくことで、防音パネルTの色素増感太陽電池10により不要な電磁波が抑制され、上述の誤収受や誤動作の発生の恐れを小さくすることができる。
The soundproof panel T shown in FIG. 4 is used, for example, as shown in FIG. FIG. 5 shows an automatic fee of the vehicle C1 when the vehicle-mounted device S1 mounted on the vehicle C1 receives the electromagnetic wave R1 emitted from the antenna A provided on the roadside with respect to the vehicle C1 traveling on the elevated road K. The figure shows an elevated road K equipped with DSRC (narrow area communication) for receiving and driving support. The sound barriers installed around the road, including the elevated road K, have conditions suitable for performing high-efficiency solar power generation by having a large area, and the advantages of installing the dye-sensitized
図6は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、更に他の例を示す説明図である。本図は、複数のETC(自動料金収受システム)レーンが並設された有料道路の料金所を示すもので、料金収受に係わる電磁波R2を放射するアンテナAがレーンL毎に設けられ、電磁波R2が車両に反射して隣接するレーンLに到来する恐れのあるレーンL間に色素増感型太陽電池10を用いた仕切壁が立設されている。かかる仕切壁に本発明に係わる色素増感型太陽電池10を用いることで、大面積による高効率の発電と共に、電磁波R2の反射による料金の誤収受等の悪影響を排除することができる。
FIG. 6 is an explanatory view showing still another example of the dye-sensitized solar cell according to the present invention. This figure shows a toll gate on a toll road in which a plurality of ETC (automatic toll collection system) lanes are arranged side by side. An antenna A that radiates electromagnetic waves R2 related to toll collection is provided for each lane L, and electromagnetic waves R2 A partition wall using the dye-sensitized
更に料金所の屋根Yについても本発明に係わる色素増感型太陽電池10を適用することができる。屋根Y面に適用することで、発電効率が極めて高く得られると共に、下面で電磁波の吸収を行うようにしておくことで、料金所周辺の電磁波が屋根Yに反射して悪影響が発生するのを防止することができる。
Further, the dye-sensitized
1 透明基板
2 透明導電性層
3 酸化物半導体層
4 電解質層
5 導電性層
6 裏面基板
7 電磁波吸収層
10 色素増感型太陽電池
R 電磁波
S1 太陽光
α 太陽光到来側
β 太陽光到来側と反対側
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