JP2011521449A

JP2011521449A - 染料感応太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2011521449A
Application number: JP2011509405A
Authority: JP
Inventors: パク，テ−ジン; ムン，ヒョン−ドン; ベ，ホ−ギ; キム，ジョン−ボク
Original assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Current assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: TW200950115A; WO2009139565A2; JP5539327B2; KR101286126B1; KR20090118327A; WO2009139565A3

Abstract

【課題】セル間またはサブモジュール間のオーバーラップ部分のリード線に多数の屈曲部や突出部を形成することによって、長さを延長して周縁部でのリード線の密度を高くして周縁に沿って導電経路を拡大し、周縁に沿って電流を均一、かつより流れ易くして直列抵抗を減少させることによって光電変換効率を改善することができる染料感応太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明による染料感応太陽電池モジュールは、隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が正極電極とこれに隣接する負極電極の間のオーバーラップによってなされる染料感応太陽電池モジュールにおいて、前記オーバーラップ部分の少なくとも一面に前記正極または負極の一端から引き出され中間部を折り曲げて屈曲部を形成したリード線を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、染料感応太陽電池モジュールに関するものであって、より詳しくは、染料感応太陽電池モジュールの構成において、セル間またはサブモジュール間のオーバーラップ部分のリード線に多数の屈曲部や突出部を形成することによって長さを延長し、周縁の密度を高くすることによって、周縁に沿った導電経路を拡大し、周縁に沿って電流を均一によりよく流れるようにして、染料感応太陽電池モジュールの直列抵抗を減少させ、これによって太陽電池モジュールの光電変換効率を改善する効果を得ることができる染料感応太陽電池モジュールに関するものである。

１９９１年度スイス国立ローザンヌ高等技術院（ＥＰＦＬ）のマイケルグレッツェル（Michael Gratzel）研究チームによって染料感応ナノ粒子酸化チタン太陽電池が開発された以後、この分野に関する多くの研究が進められている。染料感応太陽電池は、既存のシリコン系太陽電池に比べて製造単価が顕著に低いため、既存の非晶質シリコン太陽電池を代替できる可能性を有しており、シリコン太陽電池とは異なり、染料感応太陽電池は可視光線を吸収して電子−ホール（hole）対を生成することができる染料分子と、生成した電子を伝達する遷移金属酸化物を主構成材料とする光電気化学的太陽電池である。

一般的な染料感応太陽電池の単位セル構造は、上、下部透明な基板とその透明基板の表面にそれぞれ形成される導電性透明電極を基本とし、第１電極に該当する一方の導電性透明電極上には、その表面に染料が吸着された遷移金属酸化物多孔質層が形成され、第２電極に該当する他方の導電性透明電極上には触媒薄膜電極が形成され、前記遷移金属酸化物、例えば、ＴｉＯ₂、多孔質電極と触媒薄膜電極の間には電解質が充填される構造を有する。

しかし、このような染料感応太陽電池の場合、従来のシリコンタイプ太陽電池に比べて効率が落ちる問題があるので、太陽電池セル自体の効率を高める研究が活発に進められており、これと共にモジュールとして集積時の効率化によって効率を改善しようとする研究が行われている。

したがって、隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が正極電極とこれに隣接する負極電極の間のオーバーラップによってなされる染料感応太陽電池モジュールの場合には、これらの集積による効率低下の問題を解決する新たな集積方法およびモジュールの改善が必要であるのが実情である。

前記の従来技術の問題点を解決するために、本発明は、染料感応太陽電池モジュール構成において、セル間またはサブモジュール間のオーバーラップ部分のリード線の抵抗を最小化して染料感応太陽電池モジュールの直列抵抗を減少させ、これによって太陽電池モジュールの光電変換効率を改善することができる染料感応太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が正極電極とこれに隣接する負極電極の間のオーバーラップによってなされる染料感応太陽電池モジュールにおいて、前記オーバーラップ部分の少なくとも一面に前記正極または負極の一端から引き出され中間部を折り曲げて屈曲部を形成したリード線を有することを特徴とする染料感応太陽電池モジュールを提供する。

本発明の染料感応太陽電池モジュールは、染料感応太陽電池モジュール構成において、セル間またはサブモジュール間のオーバーラップ部分のリード線に屈曲部や突出部、特に屈曲／突出部を鋭利に折り曲げて多数の角部を形成することによって長さを延長して周縁部でのリード線の密度を高くしたものである。導電体においては、電流は表面あるいは周縁、特に頂点部に沿って流れる特性があるが、本発明の染料感応太陽電池モジュールによれば、特に多数の角部形成によって頂点部分が増加して導電経路が拡大し、また、このような周縁を均等に分布させることによって周縁に沿って流れる電流が均一、かつよりよく流れるようになる結果、染料感応太陽電池モジュールの直列抵抗が減少し、これによって太陽電池モジュールの光電変換効率を改善することができる。

さらに、鋭い頂点部を複数形成することによって、絶縁膜コーティング部などの干渉が発生する場合でも、絶縁膜の破壊が容易で、電気的接続を容易に行えるという付加的な効果を得ることができる。

本発明の染料感応太陽電池モジュールにおけるセル間接続の実施例の断面図およびその１つのセルの接続前状態の平面図である。本発明の染料感応太陽電池モジュールにおけるサブモジュール間接続の実施例の断面図およびその１つのサブモジュールの接続前状態の平面図である。本発明の染料感応太陽電池モジュールに適用されるサブモジュールの他の実施例の接続前状態の平面図である。本発明の染料感応太陽電池モジュールに適用されるサブモジュールの他の実施例の接続前状態の平面図である。本発明の染料感応太陽電池モジュールに適用されるサブモジュールの他の実施例の接続前状態の平面図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の染料感応太陽電池モジュールは、隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が正極電極とこれに隣接する負極電極の間のオーバーラップによってなされる染料感応太陽電池モジュールにおいて、前記オーバーラップ部分の少なくとも一面に前記正極または負極の一端から引き出され、中間部を折り曲げて屈曲部や突出部を形成したリード線有する構成からなる。

これに関する詳細を図面を参照しつつ説明する。
本発明の染料感応太陽電池モジュールに関する具体例を図１〜図５に示す。すなわち、導電体においては、電流は導電体の表面または角部、特に頂点部分に沿って流れる特性があるので、リード線を従来のように一直線とせず、リード線の中間部（中央を意味するものではなく、端部でない一定部分を意味する。）を折り曲げて屈曲部や突出部を形成して線の長さを増大し長さ方向に角部が増加するようにしたり、突出部の形成により角部が増加するようにする。屈曲部としては、図１に示すように曲線形状に形成してもよいが、図２〜図４に示すように、折り曲げて角ばった形状の角部を形成して、隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が行われる電極へ電流が流れ易い表面頂点部分がより多くなるようにすることが好ましい。前記突出部も任意の形状とすることができ、図５にその一例を示す四角形状の他、頂点がより多く形成される多角形状の突出部とすることが、電流がより流れ易くなるので好ましい。

また、図１〜図５に示すように前記リード線を、前記正極または負極の一端から引き出し、前記正極または負極に再び接続する閉ループ形状とすると、隣接するセルまたはサブモジュールの電極への電流が両側で流れ、リード線全体に電流が均一に流れるので好ましい。

より好ましくは、図２〜図４にその具体例を示すように、前記リード線の屈曲部は少なくとも１つのジグザグ形状またはコの字形状の凹凸部（図３〜図４）を含む形態に構成すると、長さおよび角部、頂点部分の領域を最大化できるので良い。また、このようなジグザグ形状またはコの字形状の凹凸部（平面内での左右または前後へ形成される凹凸を意味する。）はそのピッチが均一であることが隣接するセルまたはサブモジュールの電極での電流が流れ易すく、かつその部分で電流分布が均一になり、電流がリード線全体に均一に流れるので好ましい。

このようなリード線は、セル形成時のＴＣＯ（透明導電体酸化物）薄膜または触媒電極薄膜の形成後そのパターニング工程によって形成することができ、別途のシルクスクリーンプリンティングや従来の印刷技法または塗布後パターニング（patterning）工法などによってこれを形成することもできるが、この場合には前記セル電極に該当するＴＣＯ薄膜や触媒電極薄膜とは別に形成したリード線との電気的接続は別途行わなければならない。

これに関する具体例として、図１はセル間の電気的接続が第１セル（左側）の第１電極（下部電極）とこれに隣接する第２セル（右側）の第２電極（上部電極）との間のオーバーラップによって行われる場合を示し、第１セルの下部電極（本例の場合、酸化物と染料からなる層を接続するＴＣＯ層）から引き出されるリード線が曲線形態の屈曲部を有するように形成されている。下部電極はオーバーラップされるセル構成として図示したように酸化物と染料からなる層を接続するＴＣＯ層とすることもできる。これを図２のように上下を逆転して対称に構成する場合には触媒電極（Ｐｔ）層を接続するＴＣＯ層をリード線と接続することができ、またＴＣＯ層を有していない場合には触媒電極層をリード線と接続したり、このような層がパターニングされた形態自体をリード線とすることもできる。

他の具体例は図２に示すものであって、セルが複数集積されたサブモジュール間の電気的接続が第１サブモジュール（左側）の第１電極（上部電極）とこれに隣接する第２サブモジュール（右側）の第２電極（下部電極）との間のオーバーラップによって行われ、第２サブモジュールの下部電極から引き出されるリード線がジグザグ形状の屈曲部を有するように形成されている。下部電極はオーバーラップされるサブモジュール構成として図示したようなＴＣＯ層（触媒電極（Ｐｔ）層を接続するＴＣＯ層）とすることもできる。これを図１のように上下対称に構成する場合にはその反対側に該当するＴＣＯ層（酸化物と染料からなる層を接続するＴＣＯ層）を、またこのようなＴＣＯ層を有していない触媒電極層のみからなる場合は触媒電極層をリード線と接続したり、このような層のパターニング形態自体をリード線とすることもできる。

その他、図３〜図４に示すように、リード線が左右に繰り返される凹凸部からなる形態（図３）や、このように形成された凹凸の直線部分にさらに左右に繰り返される凹凸部を形成した形態（図４では、図３の直線部分にさらに凹凸部を形成）に構成することもできる。これによって、角部および頂点部分の極大化を達成できる。図３〜図４に示すサブモジュールの場合では、セル間の電気的接続はセル間の接続が並列接続であるか直列接続であるかによってその接続方法は異なるが、ここではこれらが電気的に接続されるということを単に模式的に示したものであり、これに関する具体的な接続方法については従来の太陽電池集積方法によって多様に構成できることはもちろんであり、本発明の範囲は図１〜図４に示すセル間またはサブモジュール間の接続および各セルの構成に限定されるものではない。これらは単なる例示に過ぎず、これら以外の多様な公知の染料感応太陽電池の構成が本発明に適用される。

さらに、突出部を図５に示すような構成にすることができる。屈曲部を形成する以外に、リード線内に突出部を設けることにより前記のような効果を得ることができる。図示したように四角形形態の他、頂点が多く形成される多角形形状の突出部を設けることで電流がより容易に流れるようになる。

このように形成されたサブモジュールは、オーバーラップ部分に導電性ペーストを塗布して結合体を形成する。このように形成された結合体の上／下面に絶縁フィルム、例えば、ＥＶＡを結合し、さらにその上／下面に保護ガラスを結合して太陽電池モジュールを製作することができる。

以上説明した本発明は前述した詳細な説明、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で該当技術分野の当業者が多様に修正および変更させたものも本発明の範囲内に含まれることはもちろんである。

Claims

隣接するセルまたはサブモジュールの電気的接続が正極電極とこれに隣接する負極電極の間のオーバーラップによってなされる染料感応太陽電池モジュールにおいて、前記オーバーラップ部分の少なくとも一面に前記正極または負極の一端から引き出され中間部を折り曲げて屈曲部を形成したリード線を有することを特徴とする染料感応太陽電池モジュール。
前記リード線が、前記正極または負極の一端から引き出され前記正極または負極に再び接続される閉ループである請求項１に記載の染料感応太陽電池モジュール。
前記リード線の屈曲部が、折り曲げて角ばった形状の角部を有する請求項１に記載の染料感応太陽電池モジュール。
前記リード線の屈曲部が、少なくとも１つのジグザグ形状またはコの字形状の凹凸部を含む請求項１に記載の染料感応太陽電池モジュール。
前記ジグザグまたは凹凸部のピッチが均一である請求項４に記載の染料感応太陽電池モジュール。