JP2009238583A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感型太陽電池に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell.
色素増感型太陽電池は、一般に、透明基板と、該透明基板に付設された平面電極(負極側電極)と、該平面電極に付設された発電部と、対向基板と、該対向基板に付設された平面電極(正極側電極)と、発電部を囲むようにして一方の平面電極と他方の平面電極との間を封止する封止部と、発電部,他方の平面電極及び封止部によって画成された空間に充填された電荷輸送材とを備えたセル構造を有している。 A dye-sensitized solar cell generally includes a transparent substrate, a planar electrode (negative electrode) attached to the transparent substrate, a power generation unit attached to the planar electrode, a counter substrate, and a counter substrate. The planar electrode (positive electrode), a sealing portion that seals between the one planar electrode and the other planar electrode so as to surround the power generation portion, and the power generation portion, the other planar electrode, and the sealing portion. It has a cell structure provided with a charge transport material filled in the formed space.
両平面電極は錫ドープ酸化インジウム(ITO)等から成り、発電部は多孔質半導体膜及びその表面に吸着された色素とから構成され、電荷輸送材はヨウ素レドックスカップル(I-/I3 -)を含むアセトニトリル系溶媒等から成る。 Both planar electrodes are made of tin-doped indium oxide (ITO) or the like, the power generation part is composed of a porous semiconductor film and a dye adsorbed on the surface, and the charge transport material is iodine redox couple (I − / I 3 − ). It consists of an acetonitrile-based solvent containing
この色素増感型太陽電池によれば、太陽光等の光を透明基板及び平面電極を介して発電部に照射したときの色素増感作用により生じた電流を、一方の平面電極の端子と他方の平面電極の端子から取り出すことができる。 According to this dye-sensitized solar cell, the current generated by the dye-sensitizing action when the power generation unit is irradiated with light such as sunlight through the transparent substrate and the flat electrode is changed to the terminal of one flat electrode and the other. It can take out from the terminal of this plane electrode.
ところで、平面電極に用いられている錫ドープ酸化インジウム(ITO)の比抵抗は金や銀等の金属の比抵抗よりも高く、該平面電極を通じて取り出される電流の値がその比抵抗の影響によって低減してしまう。このような事情に鑑み、格子状または櫛歯状の集電電極を平面電極に電気的に接続したセル構造が提案されている(特許文献1参照)。 By the way, the specific resistance of tin-doped indium oxide (ITO) used for a planar electrode is higher than that of a metal such as gold or silver, and the value of the current extracted through the planar electrode is reduced by the influence of the specific resistance. Resulting in. In view of such circumstances, a cell structure in which a grid-like or comb-like collecting electrode is electrically connected to a planar electrode has been proposed (see Patent Document 1).
しかし、格子状または櫛歯状の集電電極は何れもその上面輪郭形状が四角形となるため、四角形以外の上面輪郭形状を有する発電部を備えたセル構造には採用することができない。例えば、上面輪郭形状が円形の発電部を備えたセル構造に前記集電電極を採用すると、該集電電極が及ばない領域が発電部の外周部分に生じ該領域からの集電が難しくなって全体としての集電効率が低下してしまう。
本発明は前記事情に鑑みて創作されたもので、その目的とするところは、発電部の上面輪郭形状に拘わらずに高い集電効率が得られる色素増感型太陽電池を提供することにある。 The present invention was created in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell capable of obtaining high current collection efficiency regardless of the top surface contour shape of the power generation unit. .
本発明を達成するため、本発明の色素増感型太陽電池は、発電部,負極側電極及び正極側電極を備えたセル構造を有する色素増感型太陽電池であって、正極側電極と負極側電極の少なくとも一方は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線と、各放射状電極線と電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状と相似の形状を有する複数の環状電極線とから構成された集電電極を備えている。 In order to achieve the present invention, a dye-sensitized solar cell of the present invention is a dye-sensitized solar cell having a cell structure including a power generation unit, a negative electrode, and a positive electrode, and includes a positive electrode and a negative electrode At least one of the side electrodes is connected to a plurality of radial electrode lines extending radially outward from the cell center and electrically connected to each radial electrode line, and is concentrically arranged outward from the cell center to generate power. The collector electrode comprised from the some annular electrode wire which has a shape similar to the upper surface outline shape of a part is provided.
この色素増感型太陽電池によれば、集電電極が、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線と、各放射状電極線と電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状と相似の形状を有する複数の環状電極線とから構成されているので、集電電極の各放射状電極線及び各環状電極線を発電部の上面輪郭形状のほぼ全域に対応するように及ばせて該各放射状電極線及び各環状電極線を通じて所期の集電を効率的に行うことができる。要するに、上面輪郭形状が四角形の発電部に限らず、上面輪郭形状が四角形以外、例えば円形や三角形や六角形等の発電部を備えたセル構造であっても、該発電部の上面輪郭形状に拘わらずに高い集電効率を得ることができる。 According to this dye-sensitized solar cell, the collector electrode is electrically connected to the plurality of radial electrode lines extending radially outward from the cell center, and to each radial electrode line, and from the cell center to the outside. Is formed of a plurality of annular electrode wires that are concentrically arranged and have a shape similar to the upper surface contour shape of the power generation unit, so that each radial electrode wire and each annular electrode wire of the collector electrode are connected to the power generation unit. The desired current collection can be efficiently performed through the radial electrode lines and the annular electrode lines so as to correspond to almost the entire region of the upper surface contour shape. In short, not only the power generation section having a quadrangular top surface shape but also a cell structure including a power generation section such as a circle, a triangle, or a hexagon other than the quadrangular top surface contour shape, the top surface contour shape of the power generation section Regardless, high current collection efficiency can be obtained.
本発明によれば、発電部の上面輪郭形状に拘わらずに高い集電効率が得られる色素増感型太陽電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dye-sensitized solar cell which can obtain high current collection efficiency irrespective of the upper surface outline shape of an electric power generation part can be provided.
本発明の前記目的とそれ以外の目的と、構成特徴と、作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。 The above object and other objects, structural features, and operational effects of the present invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings.
[第1実施形態]
図1及び図2は本発明の第1実施形態を示すもので、図1は色素増感型太陽電池のセルの上面図、図2は図1のa−a線縦断面図である。
[First Embodiment]
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a top view of a cell of a dye-sensitized solar cell, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line aa in FIG.
図1及び図2に示した色素増感型太陽電池10は、透明基板11と、集電電極12と、平面電極13と、発電部14と、対向基板15と、平面電極16と、封止部17と、電荷輸送材18とを備えたセル構造を有している。
The dye-sensitized
透明基板11は、ポリエチレンテレフタレートやアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から上面輪郭形状が円形に形成されており、その外周一部に切除部11aを有している。この透明基板11はその上面に照射される太陽光等の光を下方に向けて透過する。
The
集電電極12は、図1に破線で示すように、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数(図中は12本)の放射状電極線12aと、各放射状電極線12aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部14の上面輪郭形状(円形)と相似の形状(円形)を有する複数(図中は6本)の環状電極線12bとから構成されている。
As shown by a broken line in FIG. 1, the
各放射状電極線12aは最も内側の環状電極線12bと最も外側の環状電極線12bとの間に存在し、好ましくはこれら環状電極線12bから内外には突出していない。本第1実施形態にあっては最も外側の環状電極線12bが電流引出部分として利用される。
Each
また、隣接する2本の放射状電極線12aの2線分と隣接する2本の環状電極線12bの2線分によって囲まれる複数(図中は60個)の領域ERそれぞれの面積はほぼ一致している。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うために、各環状電極線12bの隣接間隔はセル中心から外側に向かうに従って減少している。また、発電部14の上面輪郭形状が円形であることから、各領域ERの面積調整が容易に行えるように各放射状電極線12aの隣接角度を全て等しくしてある(図中は30度)。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させる理由については後に詳述する。
The areas of the plurality of (60 in the figure) regions ER surrounded by two line segments of the two adjacent
集電電極12の各放射状電極線12a及び各環状電極線12bは、平面電極13よりも比抵抗の低い金属または合金、例えば金や銀や白金やクロムやニッケル等の金属またはこれらの合金から形成されている。この集電電極12の形成方法としては、(1)金属粉または合金粉を含む導電ペーストを透明基板11の下面に図1に破線で示すパターンで塗布して焼き付ける方法や、(2)スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法によって金属または合金を透明基板11の下面に図1に破線で示すパターンで成膜する方法等が好ましく採用できる。各放射状電極線12a及び各環状電極線12bの縦断面形は基本的には任意であるが、前記(1)及び(2)の方法を採用した場合には該縦断面形は矩形や半円形やこれらに近似の形状となる。また、各放射状電極線12a及び各環状電極線12bの線幅は太陽光等の光の入射を遮らないためにも極力小さいほうが好ましい。
Each
平面電極13は、錫ドープ酸化インジウム(ITO)やフッ素ドープ酸化錫(FTO)等から成り、スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法等によって透明基板11の下面並びに集電電極12を覆うように形成されている。この平面基板13はその上面に照射される太陽光等の光を下方に向けて透過する。本第1実施形態にあってはこの平面電極13と前記集電電極12によって負極側電極が構成されている。
The
発電部14は、多孔質半導体膜及びその表面に吸着された色素とから構成され、平面電極13の下面にその上面輪郭形状が円形になるように形成されている。多孔質半導体膜は、半導体特性を有する酸化物または複合酸化物、例えばTiO2,SnO2,ZnO,Nb2O5,Nb2O6,ZrO2,CeO2,WO3,SiO2,Al2O3,NiO,Ta2O5,CuAlO2,SrCu2O2,SrTiO3,CaTiO3,KTaO3等から成る。この多孔質半導体膜は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。また、色素は、ルテニウム金属錯体色素や、ルテニウム以外のオスミウム,鉄,レニウム,銅等の金属錯体色素や、メチン色素,マーキュロクロム色素,キサンテン系色素,ポリフィリン色素,フタロシアニン色素,クマリン系色素等の有機色素等から成る。
The
対向基板15は、ポリエチレンテレフタレートやアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から上面輪郭形状が透明基板11と同一サイズの円形に形成されており、前記切除部11aと対向する外周一部に切除部15aを有している。この対向基板15は前記透明基板11のように太陽光等の光を透過する必要がないため必ずしも透明である必要はない。また、対向基板15はチタン等の金属板から形成することも可能であり、この場合には後述の平面電極16を排除することができる。
The
平面電極16は、白金や金等の金属やカーボンや導電性高分子化合物等から成り、スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法、或いは、スピンコート法やディップコート法やスプレーパイロシス法等のコーティング手法等によって対向基板15の上面を覆うように形成されている。本第1実施形態にあってはこの平面電極16によって正極側電極が構成されているが、該正極側電極は、錫ドープ酸化インジウム(ITO)やフッ素ドープ酸化錫(FTO)等から成り対向基板15の上面を覆うように形成された平面電極と該平面電極を覆うように形成された前記平面電極16との2層構造としても構わない。
The
封止部17は、シリコーン系樹脂やエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性プラスチックや光硬化性プラスチック等から成り、発電部14の外周を囲むようにして円形枠状に形成されている。本第1実施形態にあってはこの封止部17は、平面電極13と平面電極16との間を封止する他に、平面電極13の下面と平面電極16の上面との間隔を規定するスペーサとしての役目を果たしているが、該封止部17とは別に専用のスペーサを併用しても良い。
The sealing
電荷輸送材18は、酸化還元性電解質を含む液体或いはゲル、例えばヨウ素レドックスカップル(I-/I3 -)を含むアセトニトリル系溶媒や、これにゲル化剤を添加したもの等から成る。この電荷輸送材18は発電部14,平面電極16及び封止部17によって画成された空間に充填されている。
The
図示を省略したが、色素増感型太陽電池10の負極側端子は、集電電極12の最も外側の環状電極線12bと平面電極13の外周部に電気的に接続するように、該色素増感型太陽電池10を下面側から見たときに対向基板15の切除部15aを通じて露出する透明基板11の一部分に設けられている。また、色素増感型太陽電池10の正極側端子は、平面電極16の外周部に電気的に接続するように、該色素増感型太陽電池10を上面側から見たときに透明基板11の切除部11aを通じて露出する対向基板15の一部分に設けられている。
Although not shown, the negative electrode side terminal of the dye-sensitized
前述の色素増感型太陽電池10では以下のようなサイクルで所期の光電変換が行われる。即ち、透明基板11に太陽光等の光が照射されると、該光は集電電極12の各領域ERを通じ平面電極13を介して発電部14の色素に到達し、光エネルギーによる励起によって色素から電子が放出され、該電子が発電部14の多孔質半導体膜を経由して平面電極13と集電電極12の各放射状電極線12a及び各環状電極線12bに移動し、該電子がさらに負極側端子と正極側端子との間に接続された外部回路を介して平面電極16に移動する。電子を放出して酸化した色素は電荷輸送材18から電子を受け取って中性化し、電子を失って酸化した電荷輸送材18は平面電極16に移動した電子を受け取って還元される。
In the dye-sensitized
要するに、太陽光等の光を透明基板11及び平面電極13を介して発電部14に照射したときの色素増感作用により生じた電流を、負極側端子及び正極側端子から取り出すことができる。
In short, the current generated by the dye sensitizing action when the
前述の色素増感型太陽電池10にあっては、集電電極12が平面電極13よりも比抵抗の低い材料から成ることから、該集電電極12は平面電極13の集電作用(電子移動作用も含む)を補って光電変換効率を高める役目を果たしている。
In the dye-sensitized
先に述べたように、集電電極12は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線12aと、各放射状電極線12aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部14の上面輪郭形状(円形)と相似の形状(円形)を有する複数の環状電極線12bとから構成されているので、発電部14の上面輪郭形状が円形であっても該発電部14の上面輪郭形状(円形)のほぼ全域に対応するように集電電極12の各放射状電極線12a及び各環状電極線12bを及ばせて該各放射状電極線12a及び各環状電極線12bを通じて所期の集電を高効率で行うことができる。
As described above, the collecting
また、集電電極12の隣接する2本の放射状電極線12aの2線分と隣接する2本の環状電極線12bの2線分によって囲まれる複数の領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させてあるので、発電部14の各領域ERに対応する部分それぞれで発生した電流をほぼ同じ抵抗値下で該領域ERを画成する4線分で集電することができ、これにより各領域ER毎の集電効率に差異が生じることを防止して前記集電効率をより高めることができる。
The areas of the plurality of regions ER surrounded by two line segments of the two adjacent
さらに、集電電極12の各環状電極線12bの隣接間隔をセル中心から外側に向かうに従って減少させてあるので、各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うことができる。
Furthermore, since the interval between the
尚、前述の説明では、集電電極12の最も外側の環状電極線12bが封止部17の内側に位置するように該集電電極12を発電部14の上側に配置したものを例示したが、該集電電極12は最も外側の環状電極線12bが封止部17の上側に位置するように配置されていても良い。この場合には集電電極12の最も外側の環状電極線12bの表面一部が露出するようにしても構わない。
In the above description, the example in which the
また、前述の説明では、集電電極12を透明基板11と平面電極13との間に配置したものを例示したが、該集電電極12を平面電極13と発電部14との間に配置しても前記同様の作用効果を得ることができる。この構造の場合は集電電極12に電荷輸送材18が接触するため、該接触によって劣化を生じ得る材料を集電電極12に用いるときには、電荷輸送材17に対して耐性があり、且つ、集電性能を阻害しない材料、例えばガラスフリットや有機高分子化合物等の絶縁材料等によって該集電電極12を被覆するようにすると良い。また、集電電極12のみで十分な集電作用が期待できる場合には平面電極13を排除することも可能であり、この構造の場合も電荷輸送材18の接触によって劣化を生じ得る材料を集電電極12に用いるときには、電荷輸送材18に対して耐性があり、且つ、集電性能を阻害しない前記同様の材料によって該集電電極12を被覆するようにすると良い。
In the above description, the
さらに、前述の説明では、集電電極12を負極側電極に用いたものを例示したが、該集電電極12と同じ構成を有する別の集電電極を正極側電極に用いても良い。具体的には、正極側電極である平面電極16の代わりに集電電極12と同じ構成を有する集電電極を用いたり、先に述べた2層構造の正極側電極の平面電極16の代わりに集電電極12と同じ構成を有する集電電極を用いても良い。この場合の電荷輸送材18に対する集電電極の耐性向上については前段落で述べた手法が採用できる。
Further, in the above description, the
さらに、前述の説明では、太陽光等の光の入射を遮らないために集電電極12の各放射状電極線12a及び各環状電極線12bの線幅を極力小さくする点について述べたが、放射状電極線12a及び環状電極線12bの負極側端子から離れた位置に存する部分の線幅を負極側端子に近い位置に存する部分の線幅よりも大きくすれば、放射状電極線12a及び環状電極線12bの負極側端子から離れた位置に存する部分の電気的長さを短縮して当該部分の抵抗値による通電損失を抑制することができる。
Furthermore, in the above description, the
[第2実施形態]
図3及び図4は本発明の第2実施形態を示すもので、図3は色素増感型太陽電池のセルの上面図、図4は図3のb−b線縦断面図である。
[Second Embodiment]
3 and 4 show a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top view of a cell of a dye-sensitized solar cell, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along the line bb of FIG.
図3及び図4に示した色素増感型太陽電池20は、透明基板21と、集電電極22と、平面電極23と、発電部24と、対向基板25と、平面電極26と、2つの封止部27-1及び27-2と、電荷輸送材28とを備えたセル構造を有している。
The dye-sensitized
透明基板21は、ポリエチレンテレフタレートやアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から上面輪郭形状が円形に形成されており、その中心に所定内径の貫通孔21aを有している。この透明基板21はその上面に照射される太陽光等の光を下方に向けて透過する。
The
集電電極22は、図3に破線で示すように、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数(図中は12本)の放射状電極線22aと、各放射状電極線22aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部24の上面輪郭形状(円形)と相似の形状(円形)を有する複数(図中は6本)の環状電極線22bとから構成されている。
As shown by a broken line in FIG. 3, the
各放射状電極線22aは最も内側の環状電極線22bと最も外側の環状電極線22bとの間に存在し、好ましくはこれら環状電極線22bから内外には突出していない。本第1実施形態にあっては最も内側の環状電極線12bが電流引出部分として利用される。
Each
また、隣接する2本の放射状電極線22aの2線分と隣接する2本の環状電極線22bの2線分によって囲まれる複数(図中は60個)の領域ERそれぞれの面積はほぼ一致している。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うために、各環状電極線22bの隣接間隔はセル中心から外側に向かうに従って減少している。また、発電部24の上面輪郭形状が円形であることから、各領域ERの面積調整が容易に行えるように各放射状電極線22aの隣接角度を全て等しくしてある(図中は30度)。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させる理由については後に詳述する。
The areas of the plurality of (60 in the figure) regions ER surrounded by two line segments of two adjacent
集電電極22の各放射状電極線22a及び各環状電極線22bは、平面電極23よりも比抵抗の低い金属または合金、例えば金や銀や白金やクロムやニッケル等の金属またはこれらの合金から形成されている。この集電電極22の形成方法としては、(1)金属粉または合金粉を含む導電ペーストを透明基板21の下面に図3に破線で示すパターンで塗布して焼き付ける方法や、(2)スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法によって金属または合金を透明基板11の下面に図3に破線で示すパターンで成膜する方法が好ましく採用できる。各放射状電極線22a及び各環状電極線22bの縦断面形は基本的には任意であるが、前記(1)及び(2)の方法を採用した場合には該縦断面形は矩形や半円形やこれらに近似の形状となる。また、各放射状電極線22a及び各環状電極線22bの線幅は太陽光等の光の入射を遮らないためにも極力小さいほうが好ましい。
Each
平面電極23は、錫ドープ酸化インジウム(ITO)やフッ素ドープ酸化錫(FTO)等から成り、スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法等によって透明基板21の下面並びに集電電極22を覆うように形成されており、その中心に前記貫通孔21aと同一内径の貫通孔23aを有している。この平面基板23はその上面に照射される太陽光等の光を下方に向けて透過する。本第2実施形態にあってはこの平面電極23と前記集電電極22によって負極側電極が構成されている。
The
発電部24は、多孔質半導体膜及びその表面に吸着された色素とから構成され、平面電極13の下面にその上面輪郭形状が円形で中心に円形孔を有するように形成されている。多孔質半導体膜は、半導体特性を有する酸化物または複合酸化物、例えばTiO2,SnO2,ZnO,Nb2O5,Nb2O6,ZrO2,CeO2,WO3,SiO2,Al2O3,NiO,Ta2O5,CuAlO2,SrCu2O2,SrTiO3,CaTiO3,KTaO3等から成る。この多孔質半導体膜は多数の微細孔をほぼ均一に有することから、微細孔の内面を含む全体の表面積は極めて大きい。また、色素は、ルテニウム金属錯体色素や、ルテニウム以外のオスミウム,鉄,レニウム,銅等の金属錯体色素や、メチン色素,マーキュロクロム色素,キサンテン系色素,ポリフィリン色素,フタロシアニン色素,クマリン系色素等の有機色素等から成る。
The
対向基板25は、ポリエチレンテレフタレートやアクリル樹脂等の透明プラスチックや透明ガラス等から上面輪郭形状が透明基板21と同一サイズの円形に形成されており、その中心に前記貫通孔21aと同一内径の貫通孔25aを有している。この対向基板25は前記透明基板21のように太陽光等の光を透過する必要がないため必ずしも透明である必要はない。また、対向基板25はチタン等の金属板から形成することも可能であり、この場合には後述の平面電極26を排除することができる。
The
平面電極26は、白金や金等の金属やカーボンや導電性高分子化合物等から成り、スパッタ法やCVD法等の薄膜形成手法、或いは、スピンコート法やディップコート法やスプレーパイロシス法等のコーティング手法等によって対向基板25の上面を覆うように形成されており、その中心に前記貫通孔21aと同一内径の貫通孔26aを有している。本第2実施形態にあってはこの平面電極26によって正極側電極が構成されているが、該正極側電極は、錫ドープ酸化インジウム(ITO)やフッ素ドープ酸化錫(FTO)等から成り対向基板25の上面を覆うように形成された平面電極と該平面電極を覆うように形成された前記平面電極26との2層構造としても構わない。
The
封止部27-1及び27-2は、シリコーン系樹脂やエポキシ樹脂やアクリル樹脂等の熱硬化性プラスチックや光硬化性プラスチック等から成る。一方の封止部27-1は発電部24の外周を囲むようにして円形枠状に形成され、他方の封止部27-2は発電部24の内周を囲むようにして円筒形状に形成されており、該封止部27-2の内径は前記貫通孔21aと同である。本第2実施形態にあってはこれら封止部27-1及び27-2は、平面電極23と平面電極26の間を封止する他に、平面電極23の下面と平面電極26の上面との間隔を規定するスペーサとしての役目を果たしているが、該封止部27-1及び27-2とは別に専用のスペーサを併用しても良い。。
The sealing portions 27-1 and 27-2 are made of a thermosetting plastic such as a silicone resin, an epoxy resin, or an acrylic resin, a photocurable plastic, or the like. One sealing part 27-1 is formed in a circular frame shape so as to surround the outer periphery of the
電荷輸送材28は、酸化還元性電解質を含む液体或いはゲル、例えばヨウ素レドックスカップル(I-/I3 -)を含むアセトニトリル系溶媒や、これにゲル化剤を添加したもの等から成る。この電荷輸送材28は発電部24,平面電極26,封止部27-1及び27-2によって画成された空間に充填されている。
The
図4から分かるように、透明基板21の貫通孔21aと平面電極23の貫通孔23aと内側の封止部27-2の内孔と平面電極26の貫通孔26aと対向基板25の貫通孔25aはセルの厚さ方向で連続しており、該連続した孔群はセンターホールSHを形成している。
As can be seen from FIG. 4, the through
図示を省略したが、色素増感型太陽電池20の負極側端子は、集電電極22の最も内側の環状電極線22bと平面電極23の内周部に電気的に接続するように、センターホールSHに内面に設けられている。また、色素増感型太陽電池20の正極側端子は、平面電極26の内周部に電気的に接続するように、センターホールSHの内面に設けられている。
Although not shown, the negative electrode side terminal of the dye-sensitized
前述の色素増感型太陽電池20では以下のようなサイクルで所期の光電変換が行われる。即ち、透明基板21に太陽光等の光が照射されると、該光は集電電極22の各領域ERを通じ平面電極23を介して発電部24の色素に到達し、光エネルギーによる励起によって色素から電子が放出され、該電子が発電部24の多孔質半導体膜を経由して平面電極23と集電電極22の各放射状電極線22a及び各環状電極線22bに移動し、該電子がさらに負極側端子と正極側端子との間に接続された外部回路を介して平面電極26に移動する。電子を放出して酸化した色素は電荷輸送材28から電子を受け取って中性化し、電子を失って酸化した電荷輸送材28は平面電極26に移動した電子を受け取って還元される。
In the dye-sensitized
要するに、太陽光等の光を透明基板21及び平面電極23を介して発電部24に照射したときの色素増感作用により生じた電流を、負極側端子及び正極側端子から取り出すことができる。
In short, the current generated by the dye sensitizing action when the
前述の色素増感型太陽電池20にあっては、集電電極22が平面電極23よりも比抵抗の低い材料から成ることから、該集電電極22は平面電極23の集電作用(電子移動作用も含む)を補って光電変換効率を高める役目を果たしている。
In the dye-sensitized
先に述べたように、集電電極22は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線22aと、各放射状電極線22aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部24の上面輪郭形状(円形)と相似の形状(円形)を有する複数の環状電極線22bとから構成されているので、発電部24の上面輪郭形状が円形であっても該発電部24の上面輪郭形状(円形)のほぼ全域に対応するように集電電極22の各放射状電極線22a及び各環状電極線22bを及ばせて該各放射状電極線22a及び各環状電極線22bを通じて所期の集電を高効率で行うことができる。
As described above, the
また、集電電極22の隣接する2本の放射状電極線22aの2線分と隣接する2本の環状電極線22bの2線分によって囲まれる複数の領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させてあるので、発電部24の各領域ERに対応する部分それぞれで発生した電流をほぼ同じ抵抗値下で該領域ERを画成する4線分で集電することができ、これにより各領域ER毎の集電効率に差異が生じることを防止して前記集電効率をより高めることができる。
The areas of the plurality of regions ER surrounded by two line segments of the two adjacent
さらに、集電電極22の各環状電極線22bの隣接間隔をセル中心から外側に向かうに従って減少させてあるので、各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うことができる。
Furthermore, since the interval between the
尚、前述の説明では、集電電極22の最も外側の環状電極線22bが外側の封止部27-1の内側に位置し、且つ、最も内側の環状電極線22bが内側の封止部27-2の外側に位置するように該集電電極12を発電部24の上側に配置したものを例示したが、該集電電極22は最も外側の環状電極線22bが外側の封止部27-1の上側に位置し、且つ、最も内側の環状電極線22bが内側の封止部27-2の上側に位置するように配置されていても良い。この場合には集電電極12の最も外側の環状電極線12bの表面一部と最も内側の環状電極線12bの表面一部が露出するようにしても構わない。
In the above description, the outermost
また、前述の説明では、集電電極22を透明基板21と平面電極23との間に配置したものを例示したが、該集電電極22を平面電極23と発電部24との間に配置しても前記同様の作用効果を得ることができる。この構造の場合は集電電極22に電荷輸送材28が接触するため、該接触によって劣化を生じ得る材料を集電電極22に用いるときには、電荷輸送材28に対して耐性があり、且つ、集電性能を阻害しない材料、例えばガラスフリットや有機高分子化合物等の絶縁材料等によって該集電電極22を被覆するようにすると良い。また、集電電極22のみで十分な集電作用が期待できる場合には平面電極23を排除することも可能であり、この構造の場合も電荷輸送材28の接触によって劣化を生じ得る材料を集電電極22に用いるときには、電荷輸送材28に対して耐性があり、且つ、集電性能を阻害しない前記同様の材料によって該集電電極22を被覆するようにすると良い。
In the above description, the
さらに、前述の説明では、集電電極22を負極側電極に用いたものを例示したが、該集電電極22と同じ構成を有する集電電極を正極側電極に用いても良い。具体的には、正極側電極である平面電極26の代わりに集電電極22と同じ構成を有する集電電極を用いたり、先に述べた2層構造の正極側電極の平面電極26の代わりに集電電極22と同じ構成を有する集電電極を用いても良い。この場合の電荷輸送材28に対する集電電極の耐性向上については前段落で述べた手法が採用できる。
Further, in the above description, the
さらに、前述の説明では、太陽光等の光の入射を遮らないために集電電極22の各放射状電極線22a及び各環状電極線22bの線幅を極力小さくする点について述べたが、放射状電極線22a及び環状電極線22bの負極側端子から離れた位置に存する部分の線幅を負極側端子に近い位置に存する部分の線幅よりも大きくすれば、放射状電極線22a及び環状電極線22bの負極側端子から離れた位置に存する部分の電気的長さを短縮して当該部分の抵抗値による通電損失を抑制することができる。
Furthermore, in the above description, the
[第3実施形態]
図5は本発明の第3実施形態を示す、色素増感型太陽電池のセルの上面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a top view of a cell of a dye-sensitized solar cell according to a third embodiment of the present invention.
図5に示した色素増感型太陽電池30は、第2実施形態のセル構造と同様に、透明基板31と、集電電極32と、平面電極(図示省略)と、発電部(図示省略)と、対向基板(図示省略)と、平面電極(図示省略)と、2つの封止部(図示省略)と、電荷輸送材(図示省略)と、センターホールSHを備えたセル構造を有している。
Similar to the cell structure of the second embodiment, the dye-sensitized
本第3実施形態のセル構造が第2実施形態のセル構造と異なるところは、透明基板31と平面電極と発電部と対向基板と平面電極のそれぞれの上面輪郭形状を正三角形とした点と、発電部の上面輪郭形状に合わせて集電電極32の形態を変更した点にある。
The difference between the cell structure of the third embodiment and the cell structure of the second embodiment is that the
集電電極32は、図5に破線で示すように、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数(図中は12本)の放射状電極線32aと、各放射状電極線32aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状(正三角形)と相似の形状(正三角形)を有する複数(図中は6本)の環状電極線32bとから構成されている。
As shown by broken lines in FIG. 5, the
各放射状電極線32aは最も内側の環状電極線32bと最も外側の環状電極線32bとの間に存在し、好ましくはこれら環状電極線32bから内外には突出していない。本第3実施形態にあっては最も内側の環状電極線32bが電流引出部分として利用される。
Each
また、隣接する2本の放射状電極線32aの2線分と隣接する2本の環状電極線32bの2線分によって囲まれる複数(図中は60個)の領域ERそれぞれの面積はほぼ一致している。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うために、各環状電極線32bの隣接間隔はセル中心から外側に向かうに従って減少している。また、発電部の上面輪郭形状が正三角形であることから、各領域ERの面積調整が容易に行えるように各放射状電極線32aは各環状電極線32bの3辺を4等分する位置に配されている。
The areas of the plurality of (60 in the figure) regions ER surrounded by two line segments of two adjacent
他の基本構成は第2実施形態のセル構造と同じであるためその説明を省略する。 Since the other basic configuration is the same as the cell structure of the second embodiment, the description thereof is omitted.
前述の色素増感型太陽電池30にあっては、集電電極32が平面電極よりも比抵抗の低い材料から成ることから、該集電電極32は平面電極の集電作用(電子移動作用も含む)を補って光電変換効率を高める役目を果たしている。
In the dye-sensitized
先に述べたように、集電電極32は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線32aと、各放射状電極線32aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状(正三角形)と相似の形状(正三角形)を有する複数の環状電極線32bとから構成されているので、発電部の上面輪郭形状が正三角形であっても該発電部の上面輪郭形状(正三角形)のほぼ全域に対応するように集電電極32の各放射状電極線32a及び各環状電極線32bを及ばせて該各放射状電極線32a及び各環状電極線32bを通じて所期の集電を高効率で行うことができる。
As described above, the
また、集電電極32の隣接する2本の放射状電極線32aの2線分と隣接する2本の環状電極線32bの2線分によって囲まれる複数の領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させてあるので、発電部の各領域ERに対応する部分それぞれで発生した電流をほぼ同じ抵抗値下で該領域ERを画成する4線分で集電することができ、これにより各領域ER毎の集電効率に差異が生じることを防止して前記集電効率をより高めることができる。
The areas of the plurality of regions ER surrounded by two line segments of the two adjacent
さらに、集電電極32の各環状電極線22bの隣接間隔をセル中心から外側に向かうに従って減少させてあるので、各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うことができる。
Further, since the interval between the
尚、本第3実施形態のセル構造には、第2実施形態の説明の最後の尚書きに記載した変形例全てが採用できる。 Note that all the modifications described in the last note of the description of the second embodiment can be adopted for the cell structure of the third embodiment.
[第4実施形態]
図6は本発明の第4実施形態を示す、色素増感型太陽電池のセルの上面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a top view of a cell of a dye-sensitized solar cell according to the fourth embodiment of the present invention.
図6に示した色素増感型太陽電池40は、第2実施形態のセル構造と同様に、透明基板41と、集電電極42と、平面電極(図示省略)と、発電部(図示省略)と、対向基板(図示省略)と、平面電極(図示省略)と、2つの封止部(図示省略)と、電荷輸送材(図示省略)と、センターホールSHを備えたセル構造を有している。
Similar to the cell structure of the second embodiment, the dye-sensitized
本第4実施形態のセル構造が第2実施形態のセル構造と異なるところは、透明基板41と平面電極と発電部と対向基板と平面電極のそれぞれの上面輪郭形状を正六角形とした点と、発電部の上面輪郭形状に合わせて集電電極42の形態を変更した点にある。
The difference between the cell structure of the fourth embodiment and the cell structure of the second embodiment is that the
集電電極42は、図6に破線で示すように、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数(図中は12本)の放射状電極線42aと、各放射状電極線42aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状(正六角形)と相似の形状(正六角形)を有する複数(図中は6本)の環状電極線42bとから構成されている。
As shown by broken lines in FIG. 6, the
各放射状電極線42aは最も内側の環状電極線42bと最も外側の環状電極線42bとの間に存在し、好ましくはこれら環状電極線42bから内外には突出していない。本第4実施形態にあっては最も内側の環状電極線32bが電流引出部分として利用される。
Each
また、隣接する2本の放射状電極線42aの2線分と隣接する2本の環状電極線42bの2線分によって囲まれる複数(図中は60個)の領域ERそれぞれの面積はほぼ一致している。各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うために、各環状電極線42bの隣接間隔はセル中心から外側に向かうに従って減少している。また、発電部の上面輪郭形状が正六角形であることから、各領域ERの面積調整が容易に行えるように各放射状電極線42aの隣接角度を全て等しくしてある(図中は30度)。
The areas of the plurality of (60 in the drawing) regions ER surrounded by two line segments of two adjacent
他の基本構成は第2実施形態のセル構造と同じであるためその説明を省略する。 Since the other basic configuration is the same as the cell structure of the second embodiment, the description thereof is omitted.
前述の色素増感型太陽電池40にあっては、集電電極42が平面電極よりも比抵抗の低い材料から成ることから、該集電電極42は平面電極の集電作用(電子移動作用も含む)を補って光電変換効率を高める役目を果たしている。
In the dye-sensitized
先に述べたように、集電電極42は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線42aと、各放射状電極線42aと電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状(正六角形)と相似の形状(正六角形)を有する複数の環状電極線42bとから構成されているので、発電部の上面輪郭形状が正六角形であっても該発電部の上面輪郭形状(正六角形)のほぼ全域に対応するように集電電極42の各放射状電極線42a及び各環状電極線42bを及ばせて該各放射状電極線42a及び各環状電極線42bを通じて所期の集電を高効率で行うことができる。
As described above, the collecting
また、集電電極42の隣接する2本の放射状電極線42aの2線分と隣接する2本の環状電極線42bの2線分によって囲まれる複数の領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させてあるので、発電部の各領域ERに対応する部分それぞれで発生した電流をほぼ同じ抵抗値下で該領域ERを画成する4線分で集電することができ、これにより各領域ER毎の集電効率に差異が生じることを防止して前記集電効率をより高めることができる。
The areas of the plurality of regions ER surrounded by two line segments of the two adjacent
さらに、集電電極42の各環状電極線42bの隣接間隔をセル中心から外側に向かうに従って減少させてあるので、各領域ERそれぞれの面積をほぼ一致させることを容易に行うことができる。
Further, since the interval between the
尚、本第4実施形態のセル構造には、第2実施形態の説明の最後の尚書きに記載した変形例全てが採用できる。 Note that all the modifications described in the last note of the description of the second embodiment can be adopted for the cell structure of the fourth embodiment.
[他の実施形態]
前記第1〜第4実施形態では、上面輪郭形状が円形と正三角形と正六角形の発電部を備えたセル構造に本発明の特徴たる集電電極を適用したものを例示したが、上面輪郭形状が四角形の発電部を備えたセル構造は勿論のこと、これら以外の上面輪郭形状を有する発電部を備えたセル構造であっても該上面輪郭形状に対応する形状及び構成の集電電極を採用することによって前記同様の作用効果を得ることができる。
[Other Embodiments]
In the first to fourth embodiments, the upper surface contour shape is an example in which the collecting electrode, which is the feature of the present invention, is applied to a cell structure including a power generation unit having a circular shape, a regular triangle shape, and a regular hexagonal shape. In addition to the cell structure with a quadrangular power generation part, the collector electrode of a shape and configuration corresponding to the top surface contour shape is adopted even for a cell structure with a power generation part having a top surface contour shape other than these By doing so, the same effect as described above can be obtained.
前記第3,第4実施形態では、第2実施形態のセル構造を利用して上面輪郭形状が正三角形と正六角形の発電部を備えたセル構造を説明したが、該セル構造を第1実施形態のセル構造と同じようにしても前記同様の作用効果が得られることは言うまでもない。 In the third and fourth embodiments, the cell structure including the power generation unit having the regular outline and the regular hexagonal shape of the top surface is described using the cell structure of the second embodiment. Needless to say, the same effect as described above can be obtained even if the cell structure is the same as that of the embodiment.
10,20,30,40…色素増感型太陽電池、11,21,31,41…透明基板、12,22,32,42…集電電極、12a,22a,32a,42a…放射状電極線、12b,22b,32b,42b…環状電極線、ER…領域、13,23…平面電極、14,24…発電部、15,25…対向基板、16,26…平面電極、17,27-2,27-2…封止部、18,28…電荷輸送材。 10, 20, 30, 40 ... dye-sensitized solar cell, 11, 21, 31, 41 ... transparent substrate, 12, 22, 32, 42 ... current collecting electrode, 12a, 22a, 32a, 42a ... radial electrode wire, 12b, 22b, 32b, 42b ... annular electrode wire, ER ... area, 13, 23 ... plane electrode, 14, 24 ... power generation unit, 15, 25 ... counter substrate, 16, 26 ... plane electrode, 17, 27-2, 27-2: Sealing part, 18, 28: Charge transport material.
Claims (4)
正極側電極と負極側電極の少なくとも一方は、セル中心から外側に向けて放射状に延びる複数の放射状電極線と、各放射状電極線と電気的に接続し、且つ、セル中心から外側に向けて同心状に配置され発電部の上面輪郭形状と相似の形状を有する複数の環状電極線とから構成された集電電極を備えている、
ことを特徴とする色素増感型太陽電池。 A dye-sensitized solar cell having a cell structure including a power generation unit, a negative electrode, and a positive electrode,
At least one of the positive electrode side electrode and the negative electrode side electrode has a plurality of radial electrode lines extending radially outward from the cell center, electrically connected to each radial electrode line, and concentric from the cell center toward the outer side. A collector electrode composed of a plurality of annular electrode wires arranged in a shape and having a shape similar to the upper surface contour shape of the power generation unit,
A dye-sensitized solar cell characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1に記載の色素増感型太陽電池。 The area of each of the plurality of regions surrounded by the two line segments of the two adjacent radial electrode lines of the collecting electrode and the two line segments of the two annular electrode lines adjacent to each other is substantially the same.
The dye-sensitized solar cell according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の色素増感型太陽電池。 The distance between adjacent annular electrode lines of the collecting electrode decreases from the center of the cell toward the outside.
The dye-sensitized solar cell according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の色素増感型太陽電池。 At least one of the positive electrode side electrode and the negative electrode side electrode is provided with a planar electrode electrically connected to each radial electrode line and each annular electrode line of the current collecting electrode in addition to the current collecting electrode.
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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