JP2014093347A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】有機材料を用いた太陽電池において、湾曲させたり曲げたりしても、電極の間隔を一定に保持することができる太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池は、有機材料が含まれる発電材を含浸した多孔質シート１１と、発電材を含浸した多孔質シート１１の上下各面に設けられた電極１２，１３とを備える。多孔質シート１１が一定の厚さを有することにより、電極１２，１３間の距離が一定に保たれる。多孔質シート１１には和紙、洋紙、パルプ繊維、化学繊維の何れかを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機材料を用いた太陽電池に関する。

太陽電池はクリーンエネルギーの中でも重要な地位を占めている。図４は、従来の無機半導体を用いた太陽電池を模式的に示す断面図である。従来の太陽電池４０は、アルミ電極４１上に発電体４２としてＰ層４２ａとＮ層４２ｂとを順に接合させ、発電体４２上に透明電極４３を設けて、透明電極４３上にガラス基板又はフィルム材４４を設けている。フィルム材４４としてはＰＥＴなどの透明樹脂が用いられ、ガラス基板又はフィルム材４４の上面から入射した太陽光がＩＴＯなどの透明電極４３を透過し、発電体４２により起電力が生じる。

他方、近年、無機半導体を用いないで有機半導体を用いた太陽電池の開発も盛んに行われている。図５は、従来の有機半導体を用いた太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。有機半導体を用いた太陽電池５０では、アルミ電極５１とガラス基板５２上に形成した透明電極５３との間に、有機半導体５４を封入し、アルミ電極５１と透明電極５３との間の外周部に封止材５５を設けている。

ところで、太陽電池の開発は自然エネルギーを利用することからその重要性が再認識されており、例えば、特許文献１では、炭素繊維からなる不織布にフェノール樹脂を含浸させ、硬化させて炭化処理することで炭素複合材料とし、この炭素複合材料にシリコン融液に浸して炭素とシリコンの複合材料基板とし、この複合材料基板を太陽電池用基板としている。

特許文献２では、紙原料のパルプ繊維にカーボンナノチューブを分散させてカーボンナノチューブ複合紙とし、この複合紙に増感色素及び電解液を含浸し、複合紙の両面にリード線を接続することにより、色素増感太陽電池を得ている。

特許文献３では、オリゴマーからなるゲル化剤により液体電解質をゲル化してイオン性液体ゲル電解質について開示されており、これを用いてゲル化電解質セルを作製して、色素増感型光電変換素子を形成している。

特開２０００-１０６４４６号公報（例えば段落００２１〜００２４） 特開２０１１−２４１４９９号公報（フロント頁） 特許第４８１１６４２号公報（例えば段落００４１〜００４３）

図４に示す無機半導体の太陽電池では、Ｓｉなどの比較的強度のある無機材料が上下の電極４１、４３では挟まれているため、電極４１と電極４３との距離は一定に保たれやすい。しかしながら、図５に示す有機半導体５４の太陽電池では、上下の電極５１，５３で挟まれた有機半導体５４の位置により、太陽電池５０そのものを湾曲したりすると、有機半導体５４の各部位により強度に差が生じ、上下の電極５１，５３間との間隔が一定に保たれず、場所により異なる。これにより、太陽電池５０の起電力が一定に保てないという課題がある。

そこで、本発明は、有機材料を用いた太陽電池において、湾曲させたり曲げたりしても、電極の間隔を一定に保持することができる太陽電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の太陽電池は、有機材料が含まれる発電材を含浸した多孔質シートと、発電材を含浸した多孔質シートの上下各面に設けられた電極と、を備える。

上記構成において、多孔質シートが一定の厚さを有することにより、電極間の距離が一定に保たれる。多孔質シートは、和紙、洋紙、パルプ繊維、化学繊維の何れかである。電極は透明金属膜で成るか又は金属粉末、導電性のナノ材料を分散させた樹脂で成る。

本発明によれば、湾曲しても曲げても厚みが一定の多孔質シートに発電材としての有機材料を含浸させており、多孔質シートの上面と下面との間隔は一定であるので、多孔質シートの上下にそれぞれ設けた電極間隔は一定となる。従って、光照射により有機材料の両端で起電力が生じても、出力を一定に保持することができる。

本発明の実施形態に係る太陽電池を模式的に示す断面図である。 図１とは異なる太陽電池を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を模式的に示す工程図である。 従来の無機半導体を用いた太陽電池を模式的に示す断面図である。 従来の有機半導体を用いた太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る太陽電池を模式的に示す断面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池１０は、図１に示すように、発電材を含浸させた多孔質シート１１と、発電材を含浸させた多孔質シート１１の上下面に設けた電極１２，１３と、電極１２，１３の上下面に設けた表面保護層１４、１５とを備える。

多孔質シート１１は有機材料を含む発電材を吸収自在であればよく、例えば和紙、洋紙、パルプ繊維、化学繊維などが用いられる。多孔質シート１１は一定の厚みを有すればよい。多孔質シート１１に発電材を含浸させると共に、多孔質シート１１の上下面には電極１２、１３が設けられる。このようにすることで、太陽電池１０を曲げたり湾曲させたりしても電極１２、１３間の距離が変化しない。電極間距離が変化しないことにより、太陽電池１０の出力を一定にすることができる。

多孔質シート１１は黒色又は半透明色であることが好ましい。黒色は光線吸収色であるため、光線が反射し難いからである。多孔質シート１１は、発電材の素材を浸み込ませた状態で通電可能であればよい。多孔質シート１１は薄いものがよく、例えば１０〜３０μｍ厚さの和紙、化学繊維、パルプ繊維などの繊維材を用いることができる。

多孔質シート１１に含浸させる発電材は、電子受容体と電子供給体とを導電性ポリマーで分散させて成る。電子受容体としては、例えばトリフェニレン、ベンゾフェノンなどを用いることができる。電子供給体としては、例えばテトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレンなどを用いることができる。導電性ポリマーとしては、例えばポリチオフェン、ポリエチレンジオキシメチレンなどを用いることができる。

電極１２，１３は、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることができるほか、ＰＥＴなどの樹脂やガラス繊維にＡｇ、Ａｕ，Ｃなどの導電材、導電性ナノワイヤーなどのナノ構造体などを分散させたものを用いることができる。導電性ナノワイヤーなどのナノ構造体を分散させることにより、導電性を持たせるだけでなく、発電材や多孔質シートにナノ構造体が付着し、発電材や多孔質シートと電極とが剥離し難くなる。これは、電極表面がナノワイヤーにより凹凸となり、発電材との接触面積が増加するためである。また、電極１２、１３の表面が凹凸を有することにより、発電材との密着性が向上する。

電極１２、１３の外側には、それぞれ表面保護層１４，１５が設けられる。表面保護層１４，１５としては、光透過性を有するシート、フィルムが用いられる。表面保護層１４，１５は例えば、ＰＥＴなどの絶縁性高分子材料で形成される。

上下の電極１２，１３には、図３に示すようにそれぞれリード線１６，１７が結線され、太陽電池からの起電力を外部に出力することができる。

図１に示すように、発電材を含浸した多孔質シート１１の上下には、電極１２，１３が設けられ、多孔質シート１１の外周縁には、電極１２と電極１３とを絶縁するために、樹脂などの絶縁材１８が介在する。絶縁材１８を設けることで、太陽電池の外周縁部である端末外周部まで多孔質シート１１の厚さを管理することができ、より広い面積が得られる。多孔質シート１１の厚みｔ１、電極１２、１３の厚みｔ２、表面保護層１４，１５の厚みｔ３は用途や目的に応じて適宜設定することができる。例えば、多孔質シート１１の厚みｔ１は０．０３〜０．０７ｍｍであり、電極１２，１３の厚みｔ２は、０．０１〜０．０３μｍであり、表面保護層１３，１４の厚みｔ４は０．０５〜０．１ｍｍである。

図２は図１とは異なる太陽電池を模式的に示す断面図である。図２に示す太陽電池においても、発電材を含浸した多孔質シート２１の上下には電極２２，２３が設けられるが、図１とは異なり多孔質シート２１の外周縁部上には電極２２，２３が設けられていない。

図２に示す形態では、電極２２，２３の外側に設けた表面保護層２４，２５の外周縁部２４ａ，２５ａが密着して多孔質シート２１を封止している。この形態においても、多孔質シート２１に発電材を含浸させ多孔質シート２１の上下面には、電極２２、２３が設けられるが、太陽電池２０を曲げたり湾曲させたりしても電極２２、２３間の距離は変化しない。そのため、太陽電池２０の出力を一定に保つことができる。図２に示す形態では、表面保護層２４、２５の外周縁部２４ａ，２５ａを直接封止するため、上下の電極２２、２３を封止部の外周よりやや内側に範囲を設定することで、多孔質シート１１が均一な厚みを持つ範囲での発電面積が得られる。このような形態では、上下の表面保護層２４，２５を直接溶着又は接着することで、部品構成を簡略化することができる。

次に、図１及び図２に示す太陽電池１０，２０の製造方法について説明する。図３は本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を模式的に示す工程図である。

先ず、電子供給体と電子受容体の各有機半導体と導電性ポリマーとを混ぜてゲル状又は液状の混合液３１にし、この中に多孔質シート３２を浸漬して、含浸後、多孔質シート３１を図３（ａ）に示すように垂直に引き上げる。その後、多孔質シート３１にラミネートされた有機半導体及び導電性ポリマーを固化し、フィルム状に成形するか又は半固化する。このように、導電材が含浸した多孔質シート３３の両面の厚みを一定にすることができる。

その後、発電材を含浸した多孔質シート３３を、導電性膜を有するシート又はフィルム３４，３５で両側から挟む。これにより、多孔質シートに保持された有機材と導電性膜とが付着する。その際、導電性膜には外部取出用としてリード線１６，１７を結線しておけばよい。特に、導電性膜として、樹脂に導電材やナノ構造体を分散させたものを用いた場合には、その樹脂と有機材とが分子間力により接着する。

本発明の実施形態に係る太陽電池１０，２０は、発電材を多孔質シート１１，２１に保持させ、多孔質シート１１，２１の厚みを均一化したことから、多孔質シート１１，２１の上下の電極１２，１３，２２，２３の間隔を一定に保持することができる。このような太陽電池１０，２０は可撓性を有しており、太陽電池１０，２０を撓ませても、電極１２，２２と電極１３，２３との間を一定に保つことができ、太陽電池１０，２０の出力を一定に保つことができる。

１０，２０：太陽電池
１１，２１：多孔質シート
１２，１３，２２，２３：電極
１４，１５，２４，２５：表面保護層
１６，１７：リード線
３１：混合液
３２：多孔質シート
３３：発電材を含有した多孔質シート
３４，３５：導電性膜を有するシート又はフィルム

Claims (4)

1. 有機材料が含まれる発電材を含浸した多孔質シートと、
   上記発電材を含浸した多孔質シートの上下各面に設けられた電極と、
   を備える、太陽電池。
2. 前記多孔質シートが一定の厚さを有することにより、前記電極間の距離が一定に保たれる、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記多孔質シートが、和紙、洋紙、パルプ繊維、化学繊維の何れかである、請求項１に記載の太陽電池。
4. 前記電極は透明金属膜で成るか又は金属粉末、導電性のナノ材料を分散させた樹脂で成る、請求項１に記載の太陽電池。

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