JP2007258121A

JP2007258121A - 色素増感型太陽電池

Info

Publication number: JP2007258121A
Application number: JP2006084318A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yuasa; 雅也湯浅; Yoshiya Fujishita; 義也藤下
Original assignee: Sekisui Jushi Corp
Current assignee: Sekisui Jushi Corp
Priority date: 2006-03-25
Filing date: 2006-03-25
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】平面において視認される場合において封止材が目立つ度合いの小さい色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】透明基板１１に外側縁から厚み方向に立ち上げられた枠縁部１３が設けられ、対向基板１２が該枠縁部１３の内側に配置されると共に、対向基板１２の側縁部と前記枠縁部１３の内面との間に封止材２が設けられていることで、封止材２を基板間に挟着する必要がなく、対向基板１２の側縁部と枠縁部１３の内面との小さい隙間に封止材２を設けるのみで封止することができ、平面において視認される場合において封止材２が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電解質層を封止材にて封止している色素増感型太陽電池に関するものである。

液状の電解質層を用いた色素増感型太陽電池は、電解液を封止するために封止材が必須であるが、かかる封止材としては、例えば作用極をなす第１の基板と対極をなす第２の基板とを重ね合わせ、その周縁部において封止して、光電変換素子を製造する際に、いずれか一方もしくは両方の基板の周縁部にガラスフリット層を配し、いずれかの基板を透過して該ガラスフリット層にレーザ光を照射し、ガラスフリット層を溶融して第１および第２の基板を接合、封止する光電変換素子の製法におけるガラスフリット層を封止材として用いるものが開示されている（例えば特許文献１）。

特開２００４−１７２０４８号公報

しかしながら、封止材は未硬化の状態で基板間に充填し、基板間に挟着してから硬化させる必要があることから、基板に形成された透明電極や対向電極上に覆い被さって硬化される場合が多く、かかる部位が正面から視認されるため封止材が目立って外観が見苦しくなる恐れがあった。また未硬化の封止材を挟着を基板間で挟着させると、封止材が拡がって平面において視認される封止材の面積が大きくなり、こちらも封止材が目立って外観が見苦しくなる恐れがあった。

本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、平面において視認される場合において封止材が目立つ度合いの小さい色素増感型太陽電池を提供せんとするものである。

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、透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された光電極層と、前記光電極層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記透明基板又は対向基板の一方の基板に外側縁から厚み方向に立ち上げられた枠縁部が設けられ、他方の基板が該枠縁部の内側に配置されると共に、他方の基板の側縁部と前記枠縁部の内面との間に封止材が設けられていることを特徴とするものである。

本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明基板又は対向基板の一方の基板に外側縁から厚み方向に立ち上げられた枠縁部が設けられ、他方の基板が該枠縁部の内側に配置されると共に、他方の基板の側縁部と前記枠縁部の内面との間に封止材が設けられていることで、封止材を基板間に挟着する必要がなく、他方の基板の側縁部と枠縁部の内面との小さい隙間に封止材を設けるのみで封止することができ、平面において視認される場合において封止材が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。

また本発明に係わる色素増感型太陽電池は、透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された光電極層と、前記光電極層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記透明電極の角部がＲ状に面取りされていることを特徴とするものである。

本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明電極の角部がＲ状に面取りされていることで、基板間に未硬化の封止材が挟着されて封止材が拡がった場合に、とりわけ内側に拡がりやすい角部付近の透明電極上に封止材が覆い被さりにくくして、平面において視認される場合において封止材が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。

また本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、透明電極の角部がＲ状に面取りされていることで、基板間に未硬化の封止材が挟着されて封止材が拡がった場合に、とりわけ内側に拡がりやすい角部付近の透明電極上に封止材が覆い被さりにくくして、平面において視認される場合において封止材が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。

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。

図１及び図２は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第一の実施形態を示すもので、まず図１は色素増感型太陽電池の概要を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図である。色素増感型太陽電池１０は、透明基板１１と対向基板１２とが縦方向の位置をずらして配置され、透明基板１１及び対向基板１２の基板間には発電部Ｅが設けられている。発電部Ｅは封止材２により基板間に封止されており、発電部Ｅの縦方向の両端は未硬化の封止材２が基板間に挟着されて硬化されることで形成された封止材２が用いられている。

図２は、（ａ）のＡ−Ａ断面を示すもので、発電部Ｅの横方向の端部の詳細を示す縦断面図である。色素増感型太陽電池１０は、光入射側αから透明基板１１、透明電極４１、光電極層５、電解質層３、対向電極４２及び対向電極１２が積層されて形成されたものであり、透明電極４１、光電極層５、電解質層３及び対向電極４２により発電部Ｅが形成されたものである。平面視における発電部Ｅの色調は、殆どが光電極層５に担持された増感色素に由来するものである。透明基板１１は外側縁から厚み方向に立ち上げられた枠縁部１３が設けられている。枠縁部１３により透明基板１１は函型に形成され、対向基板１２の幅は枠縁部１３間の間隔より小さくなされることで枠縁部１３間に配置可能となされている。対向基板１２が枠縁部１３の内側に配置されると共に、対向基板１２の側縁部と枠縁部１３の内面との間に封止材２が設けられることで電解質層３が封止されるようになされている。

ここで、枠縁部１３の側縁部と対向基板４２の内面の間に封止材２が設けられることで、封止材２を基板間に挟着する必要がなく隙間に注入するのみで済むことから、挟着時の如く封止材２が拡がって平面において大きな面積を占めるようにする必要がなく、また枠縁部１３もある程度の強度が確保できればよくそれ程大きな厚みを必要としないことから、平面において視認されるのは封止材２が充填された隙間と枠縁部１３の厚みを合わせた部分のみとできることから、従来の色素増感型太陽電池に用いられる封止材２が占める面積より平面において視認される面積を遙かに小さいものとでき、封止材２が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。

図３は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の、図１の（ａ）におけるＢ−Ｂ断面における変形の一例を示す縦断面図である。透明電極４１及び対向電極４２は、発電部Ｅの縦方向の両端部分において電力を取り出すために各々その連続した一部を露出させて陰極４１１及び陽極４２１を形成する必要があるが、かかる縦方向の端部について枠縁部１３を形成して封止材２が平面において視認される面積を小さくすることができる。具体的には、陰極４１１の形成については、枠縁部１３を更に外側に突出させて陰極形成部１３１を設けておき、透明基板１１、枠縁部１３の内面及び陰極形成部１３１に導電体を連続して形成することで、透明電極４１及びそれと電気的に連続した陰極４１１を形成する。この枠縁部１３の内面と、枠縁部１３の内側に配置された対向基板１２との隙間に封止材２を充填する。

また陽極４２１の形成については、対向基板１２の縦方向の端部の厚みを一部小さいものとして陽極形性部１２１を形成し、対向基板１２及び陰極形性部１２１に導電体を連続して形成することで、対向電極４２及びそれと電気的に連続した陽極４２１を形成する。透明基板１３には予め枠縁部１３が形成されており、この枠縁部１３と陽極形性部１２１との隙間に封止材２を充填することで、電力を取り出す陰極４１１及び陽極４２１が形成され、且つ電解質層４が封止された色素増感型太陽電池１０が形成される。かかる構成においても、平面において視認される場合には、枠縁部１３と、封止材２が充填された枠縁部１３の内面と対向基板１２との隙間のみが視認されるのみであり、封止材２が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができる。

図４及び図５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もので、まず図４は色素増感型太陽電池の形成に用いられる透明電極４１が形成された透明基板１１を示す平面図である。矩形の透明基板１１には、周辺の封止材が配置される部分を除いて略矩形に透明な導電体からなる透明電極４１が形成され、透明電極４１と連続して電力を出力するための陰極４１１が形成されている。透明電極４１は、矩形をなす四隅がＲ状に面取りされて面取り部４１２となされているものである。

図５は、本発明に係わる色素増感型太陽電池と、従来の色素増感型太陽電池とを平面において視認した状態を示す平面図である。図４に示した透明基板１１を用いて形成した色素増感型太陽電池は（ａ）に示すものであるが、発電部Ｅの周囲に電解質層を封止する封止材２が全周に亘って設けられている。色素増感型太陽電池１０は、第一の実施形態の縦方向の両端部分の如き構成を四囲に設けたものであり、封止材２は透明基板１１及び対向基板１２との間に未硬化の状態で挟着されてから硬化されたものである。封止材２が未硬化の状態で挟着されると、封止材２は平面方向に拡大するが、角部については内側への拡大が不可避であることから、従来の面取りされていない透明電極４１が形成された透明基板１１を用いた場合、（ｂ）に示す如く透明電極４１と封止材２とが重複する部分が生じ、発電部Ｅ及び封止材２と異なる色調の部分が生じることで美観が損なわれた状態となる。透明電極４１に面取り部４１２が設けられていることで、内側に拡がりやすい角部付近の透明電極４１上に封止材２が覆い被さりにくくなり、平面において視認される場合において封止材２が目立つ度合いを小さくして美観を高めることができるようになされる。

透明基板１１の形成に用いられる材料としては、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、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用いることができる。対向基板１２の形成に用いられる材料としては、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が、透明性が必要とされる場合には透明基板１１に挙げた材料を好適に用いることができる。また電解質層３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。

封止材２は、電解質層３の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、シリコーン樹脂等のシーリング材を好適に用いることができる。またゴム、エラストマー等の弾性を有する合成樹脂をリング状にしたものを挟着して用いてもよい。

また透明電極４１については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、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基材１１上に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを基材１１に貼着したりする等して形成することができる。

更にまた対向電極４２としては、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用いて、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基材１１上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを基材１１に貼着したりする等して形成することができる。

光電極層５は、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｆｅ_２ＴｉＯ_３、ＰｂＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＦｅＴｉＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＫＴａＯ_３、ＳｎＯ_２、ＺｒＯ_２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ_２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。光電極層５に担持される色素は、発電部Ｅに発現させるための所望の色調のものを選択したり、また発電効率を高めるための増感色素を適宜選択して用いることができる。

また電解質層４２としては、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の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。

本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第一の実施形態を示す説明図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第一の実施形態の変形の一例を示す縦断面図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第二の実施形態に用いられる透明電極の平面図である。本発明に係わる色素増感型太陽電池の、第二の実施形態と、従来の色素増感型太陽電池を比較した平面図である。

符号の説明

１１透明基板
１２対向基板
１３枠縁部
２封止材
３電解質層
４１透明電極
４１２面取り部
４２対向電極
５光電極層
１０色素増感型太陽電池
Ｅ発電部

Claims

透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された光電極層と、前記光電極層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記透明基板又は対向基板の一方の基板に外側縁から厚み方向に立ち上げられた枠縁部が設けられ、他方の基板が該枠縁部の内側に配置されると共に、他方の基板の側縁部と前記枠縁部の内面との間に封止材が設けられていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された光電極層と、前記光電極層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記透明電極の角部がＲ状に面取りされていることを特徴とする色素増感型太陽電池。