JP2013016435A5

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Publication number: JP2013016435A5
Application number: JP2011150177A
Authority: JP
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-07-06

Description

ところで、１つの色素増感型太陽電池ユニット（以下、本願発明において、「色素増感型光電変換素子」という。）から得られる電流は、増感色素を担持させた多孔質半導体微粒子層の面積（以下、本願発明において、「発電面積」という。）に比例して増加する。一方で、発電面積を大きくすることで、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子（ＦＦ：フィルファクター）、さらには短絡電流が低下し、光電変換効率は低くなる。

（態様２）前記電解液層を構成する電解液が、ヨウ素とヨウ化物との組み合わせからなる酸化還元対（Ｉ^-／Ｉ₃ ^-）を含まないことを特徴とする前記（態様１）に記載の色素増感型光電変換素子である。
電解液中に電子をトラップする酸化還元対を含まないことで、低照度であっても、色素増感型光電変換素子に対して透明な電極側から光を照射すると、増感色素が光を吸収して電子を発生し、発生した電子が光電極から外部電気回路を通って対極に移動し、移動した電子が電解液中のイオンにより運ばれて光電極に戻るという一連の電子移動の繰り返しにより色素増感型光電変換素子から継続的にエネルギーを取り出すことができるからである。また、ヨウ素を使用すると、電解液が三ヨウ化物イオン（Ｉ _３ ^- ）の形成により着色され、光エネルギー変換効率が低下すること、ヨウ素の酸化腐食反応によって、電池の劣化が進むからである。

（態様３）前記（態様１）または（態様２）に記載した色素増感型光電変換素子を並列または直列に接続したことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールである。
本願発明の色素増感型光電変換素子を用いた多様な集積モジュールを提供することで、実用的な電圧と電池寿命が実現できるからである。
（態様４）前記色素増感型光電変換素子を直列に接続した色素増感型太陽電池モジュールが、集電線と導電微粒子からなる電極接続部を介して、前記色素増感型光電変化素子を直列に接続したものであることを特徴とする（態様３）に記載する色素増感型太陽電池モジュールである。
導電性微粒子を用いることで、色素増感型太陽電池モジュールの厚みを制御でき、集電線と重ねることで集電効果が高くなるからである。

１．色素増感型光電変換素子の構造
図１は、本願発明の色素増感型光電変換素子の構造例を示す断面図である。色素増感型光電変換素子１は、透明基板１１上に透明導電層１２、下塗り層１３、増感色素を担持させた多孔質半導体微粒子層１４をこの順に積層した光電極層１５と、透明基板１１上に透明導電層１２、触媒層１７をこの順に積層した対向電極層１８、および光電極層１５と対向電極層１８の間に設けられた電解液層１６、および電解液層を囲む封止層１９、取出し電極２０、集電線２１から構成されている。
以下、光電極層１５、電解液層１６、対向電極層１８、封止層１９の順で説明する。

［１］光電極層
（１）透明基板
本願発明に用いる透明基板材料としては、無着色で透明性が高く、耐熱性が高く、耐薬品性ならびにガス遮断性に優れ、かつ低コストのプラスチック材料が好ましく選ばれる。この観点から、好ましい材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、透明ポリイミド（ＰＩ）などが用いられる。これらのなかでも化学的安定性とコストの点で特に好ましいものは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）であり、もっとも好ましいものはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）である。

（３）酸化還元対
本願発明の電解液では、三ヨウ素化物イオン（Ｉ _３ ⁻ ）濃度が０ｍｏｌ／Ｌであり、イオン液体中の不純物として混入する場合を除き、含まれない。

［８］色素増感型太陽電池モジュール
単一の色素増感型光電変換素子で得られる起電力は限られることから、実用的な電力を取り出すために複数の色素増感型光電変換素子を直列または並列に接続する必要がある。図３上段は本願発明の色素増感型光電変換素子を所定の間隔を開けて６個直列接続した本願発明の色素増感型太陽電池モジュール３の断面図であり、図３下段は前記色素増感型太陽電池モジュール３の平面図である。これは、実施態様の１例であって、本願発明は、これに限定されるものではない。
図３上段に示すように、個々の色素増感型光電変換素子３１は、集電線３２と導電性微粒子３３からなる電極接続部３４により直列に接続されている。また、電極接続部３４は、非導電性の封止層３５で仕切られている。封止層３５は、個々の色素増感型光電変換素子３１の電解液層１６を封止する役割を果たす。なお、色素増感型太陽電池モジュール３の両端には、集電線３２上に取出し電極３６が設けられている。取出し電極にリード線を接合して所望とする電気機器類に接続して、発電源として利用するものである。
また、図４は、図３上段に示す直列接続モジュール３を取出し電極３６を共用することで並列に接続したものである。

１色素増感型光電変換素子
１１透明基板
１２透明導電層
１３下塗り層
１４増感色素を担持した多孔質半導体微粒子層
１５光電極層
１６電解液層
１７触媒層
１８対向電極層
１９封止層
２０取り出し電極
２１集電線
２マスクフィルムを貼合した透明導電性基板
２２マスクフィルム
２３マスクフィルムの開放部分
３直列接続色素増感型太陽電池モジュール
３１色素増感型光電変換素子
３２集電線
３３導電性微粒子
３４電極接続部
３５封止層
３６取出し電極

Claims

透明基材と、前記透明基材上に形成された透明電極層と、前記透明電極層上に形成され、光増感色素を含む多孔質酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に対向する基材と、前記対向基材の前記酸化物半導体側の表面上に形成された対向電極層と、前記透明電極層と前記対向電極層の間に設けられた電解液層と、前記電解液層の周囲に設けられ、前記電解液層を封止する封止層とを有する色素増感型光電変換素子において、
前記光増感色素を含む多孔質酸化物半導体層の平面形状が矩形であって、
前記矩形の面積（Ｓ）が３００ｍｍ²〜６００ｍｍ²で、かつ前記矩形の短辺に対する長辺の長さの比（Ｌ）が、下記式（１）および（２）を満足する領域に含まれることを特徴とする色素増感型光電変換素子。
式（１）および式（２）において、Ｓは、増感色素を含む多孔質酸化物半導体層の矩形面積（ｍｍ²）、Ｌは、増感色素を含む多孔質酸化物半導体層の矩形の短辺に対する長辺の長さの比である。
前記色素増感型光電変化素子を直列に接続した色素増感型太陽電池モジュールが、集電線と導電微粒子からなる電極接続部を介して、前記色素増感型光電変化素子を直列に接続したものであることを特徴とする請求項３に記載する色素増感型太陽電池モジュール。