JP2016046496A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感型太陽電池に関するものであり、特に、透光性の管状容器内に、集電極、光電極および対向電極が配設され、電解液が封入された色素増感型太陽電池に係わるものである。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell that converts light energy into electrical energy, and in particular, a collector electrode, a photoelectrode, and a counter electrode are disposed in a translucent tubular container, and an electrolytic solution is provided. The present invention relates to an enclosed dye-sensitized solar cell.
従来から、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境にやさしく、クリーンなエネルギー源として積極的な研究開発が進められている。中でも、光電変換効率が高く、低コストの太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されて、各種の提案がなされている。 Conventionally, solar cells that convert solar energy into electrical energy have been actively researched and developed as environmentally friendly and clean energy sources. Among them, a dye-sensitized solar cell has attracted attention as a low-cost solar cell with high photoelectric conversion efficiency, and various proposals have been made.
その一例がWO2013/031098(特許文献1)であり、図4に示す。
この色素増感型太陽電池1では、透光性の管状容器2内に電解液10を封入し、該容器2内に色素を吸着させた多孔質半導体からなる光電極5と、その内側に集電極6を設け、これに対向して対向電極7を配設し、前記光電極5に太陽光を入射させてこれを励起して電子を放出させることによって、集電極6および対向電極7を介して外部に電気エネルギーを取り出すものである。
この種の色素増感太陽電池は、その製造のために高真空なチャンバーなどが不要であり、設備面での負担が少なく、安価に製造できるという利点があり、注目を集めている。
One example is WO2013 / 031098 (Patent Document 1), which is shown in FIG.
In this dye-sensitized
This type of dye-sensitized solar cell is attracting attention because it does not require a high-vacuum chamber or the like for its manufacture, has the advantage of being less expensive in terms of equipment and can be manufactured at low cost.
特にこの構造においては、管軸に垂直な断面図5(A)(B)に示すように、この管軸を中心とした半径方向で管状容器2に近い順に、光電極5、集電極6、対向電極7が配置されている。このうち、集電極6は具体的には金属繊維が格子状に編まれた金属メッシュや、若しくは金属シートに貫通孔6aが穿設されたパンチングメタルなど、の多孔金属板からなるものである。
そして、対向電極7と集電極6の間には絶縁体8が配置されて、対向電極7の弾性復元力によって集電極6に絶縁体8を介在させて当接することが開示されていて、この絶縁体8は具体的には、ガラス繊維や、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂であり、対向電極7と、光電極5および集電極6とを電気的に絶縁するとともに、電解液10を流通可能とするセパレータ機能を有している。
Particularly in this structure, as shown in the cross-sectional views perpendicular to the tube axis in FIGS. 5A and 5B, the
It is disclosed that an
ところで、上記のごとき多孔金属板からなる集電極6は、図6に示すように、構造上その端縁部において金属繊維構造6bが突出していることが一般的である。そして、前述のように、対向電極7は、平面シート状のものを円筒状に湾曲させて挿入し、その弾性復元力を利用して絶縁体8を介在させて集電極6に当接させるものである。
前記集電極6における端縁部から突出する金属繊維構造6bは、非常に鋭利であり、方向も揃っていないため、図7(A)(B)に示すように、しばしば絶縁体8を突き破って対向電極7と接触してしまい、短絡を生じさせるおそれがあるという問題がある。
By the way, as shown in FIG. 6, the
The
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、透光性の管状容器の内部に、光電極と、該光電極に接触して形成される集電極と、該集電極に絶縁体を介在して弾性力により当接する対向電極とを備え、前記管状容器の内部には電解液が充填されてなる色素増感型太陽電池において、前記集電極を多孔金属板から構成しても、対向電極を当接した際に、集電極の端縁部から突出する金属繊維構造が絶縁体を突き破って対向電極に接触することをなくして、短絡を防止することができる構造を提供することである。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the problem to be solved by the present invention is that a photoelectrode, a collector formed in contact with the photoelectrode, and a collector are formed inside a translucent tubular container. In the dye-sensitized solar cell, the electrode is provided with a counter electrode that is in contact with the electrode by an elastic force through an insulator, and the inside of the tubular container is filled with an electrolyte solution. Even when the counter electrode is brought into contact, the metal fiber structure protruding from the edge of the collector electrode does not break through the insulator and contact the counter electrode, thereby preventing a short circuit. Is to provide.
本発明に係る色素増感型太陽電池は、前記集電極が、金属多孔板を円筒状に形成してなり、該金属多孔板の端縁部の少なくとも前記絶縁体に対向する面に金属箔を設けたことを特徴とする。
また、前記金属箔を、前記金属多孔板の端縁部の先端で折り返して、両面側に設けたことを特徴とする。
In the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the collector electrode is formed by forming a metal porous plate in a cylindrical shape, and a metal foil is provided on at least a surface of the edge of the metal porous plate facing the insulator. It is provided.
Further, the metal foil is provided on both sides by folding back at the end of the edge of the metal porous plate.
本発明の色素増感型太陽電池によれば、集電極を構成する金属多孔板の端縁部に金属箔を設けたことにより、端縁部から突出する金属繊維構造が該金属箔によって覆われて、対向電極を弾性力によって当接しても、両者間に介在する絶縁体を突き破ることがなく、対向電極との間で短絡することが防止できる。
また、金属箔を金属多孔板の端縁部の先端で折り返して両面を覆うように設けることで、金属箔同士をスポット溶接等により接合して、端縁部に簡単に固定することができる。
According to the dye-sensitized solar cell of the present invention, the metal fiber structure protruding from the edge is covered with the metal foil by providing the metal foil on the edge of the metal porous plate constituting the collector electrode. Thus, even if the counter electrode is brought into contact with the elastic force, it is possible to prevent a short circuit with the counter electrode without breaking through the insulator interposed therebetween.
Further, by providing the metal foil so as to be folded back at the tip of the edge of the metal porous plate so as to cover both surfaces, the metal foils can be joined together by spot welding or the like and easily fixed to the edge.
図1は、本発明の色素増感型太陽電池の全体を示す側断面図である。
管状容器1の本体部2の内面には、集電極6の表面に積層形成された光電極5が当接されている。
集電極6は、具体的には金属繊維が格子状に編まれた金属メッシュや、若しくは金属シートに貫通孔6aが穿設されたパンチングメタルなど、の多孔金属板からなるものである。この集電極6上に増感色素が吸着された半導体層からなる光電極5が焼成されて積層形成されている。
そして、集電極6は略円筒形に形成されていて、縮径された状態で管状容器1内に挿入され、この縮径拘束力が解除されたとき、その弾性復元力によって管状容器1の内面に当接する。これにより、光電極5が管状容器1の内面に当接するものである。
このような構成を採用することになり、管状容器の内面に集電極や光電極を焼成するという煩雑さが解消される。
FIG. 1 is a side sectional view showing the entire dye-sensitized solar cell of the present invention.
The inner surface of the
Specifically, the
The
Such a configuration is adopted, and the trouble of firing the collecting electrode and the photoelectrode on the inner surface of the tubular container is eliminated.
また、対向電極7は、SUSなどの金属板からなり、略円筒状に形成されていて、その周方向の一部にスリットが形成されるように湾曲され、半径方向に弾性復元力を有する。
そして、図3(A)に示すように、その表面にはシート状の絶縁体8が積層されている。
この絶縁体8は、対向電極7の弾性力によって管状容器1の内面側の集電極6に密着するような構造であれば良く、例えば、繊維状の樹脂材料やガラス材料を編成又は織成した繊維布を用いることができる。また、例えばポリテトラフルオロエチレンのような樹脂材料をシート状に形成したものを用いることもでき、その場合、後述する電解液10が透過するように、シート体に多数の孔部を形成して用いる。
そして、このように光電極5、集電極6、対向電極7が配設された管状容器1内には電解液10が封入されている。
The
And as shown to FIG. 3 (A), the sheet-
The
An
また、この実施例では、管状容器1は、本体部2の両端の封止部3、4によって封止されて密閉状態とされている。対向電極7には内部リード11が接続され、これが封止用金属箔13を介して外部リード15に接続されている。一方、集電極6には内部リード12が接続され、これが封止用金属箔14を介して外部リード16に接続されている。
前記光電極5に太陽光が入射されるとこれが励起され電子を放出することによって、対向電極7および集電極6を介して外部リード15、16から外部に電気エネルギーを取り出すものである。
Further, in this embodiment, the
When sunlight is incident on the
そして、図2(A)に示されるように、本発明の色素増感型太陽電池におけるシート状金属多孔板からなる集電極6の端縁部には、金属箔20が取り付けられている。図2(B)に示すように、この金属箔20は、少なくとも、集電極6が絶縁体8を介して対向電極7に対向する側の面に設けられている。
更には、図2(C)に示すように、前記集電極6の端縁部の先端で折り返して、その両面側に設けるようにしてもよい。こうすることで、折り返された金属箔同士をスポット溶接することで、容易に金属箔20を集電極6の端縁部に取り付けることができる。
この金属箔20は、電解液中で腐食しない物質であればよく、具体的にはステンレス箔を用いるのが好適である。
As shown in FIG. 2A, a
Furthermore, as shown in FIG. 2 (C), it may be folded at the tip of the end edge of the
The
図3(A)(B)にこの集電極6を用いた色素増感型太陽電池が示されていて、集電極6と対向電極7を隔てる絶縁体8は、ガラス繊維や、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフッ素樹脂からなり、その厚みは1〜100μm程度と薄く、一方で、集電極6を構成する金属繊維は1〜10μmと鋭利なものであり、その端縁部の突出金属繊維は容易に絶縁体8を突き破ることがある。
この集電極6の端縁部に金属箔20を設けることによって、突出金属繊維が絶縁体8を突き破ることが防止される。
3 (A) and 3 (B) show a dye-sensitized solar cell using the
Providing the
以上説明したように、本発明に係る色素増感型太陽電池は、管状容器内に配置される集電極の端縁部に金属箔を取り付けたので、集電極を構成する多孔金属板の端縁部における突出金属繊維が、積層される絶縁体を突き破って対向電極と短絡することを防止できるものである。 As described above, in the dye-sensitized solar cell according to the present invention, the metal foil is attached to the edge portion of the collector electrode arranged in the tubular container, so that the edge of the porous metal plate constituting the collector electrode It is possible to prevent the protruding metal fiber in the portion from breaking through the laminated insulator and short-circuiting with the counter electrode.
1 管状容器
2 本体部
3、4 封止部
5 光電極
6 集電極
6a 貫通孔
7 対向電極
8 絶縁体
10 電解液
11、12 内部リード
13、14 封止用金属箔
15、16 外部リード
20 金属箔
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記集電極が、金属多孔板を円筒状に形成してなり、該金属多孔板の端縁部の少なくとも前記絶縁体に対向する面に金属箔を設けたことを特徴とする色素増感型太陽電池。 Inside the translucent tubular container, a photoelectrode, a collecting electrode formed in contact with the photoelectrode, and a counter electrode that contacts the collecting electrode with an elastic force through an insulator, In a dye-sensitized solar cell in which an electrolytic solution is filled in a tubular container,
The dye-sensitized solar, wherein the collector electrode is formed by forming a metal porous plate in a cylindrical shape, and a metal foil is provided on at least a surface of the edge of the metal porous plate facing the insulator. battery.
2. The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the metal foil is folded on the front end of the edge of the metal porous plate constituting the collector electrode and provided on both sides.
Priority Applications (1)
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JP2014172148A JP2016046496A (en) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | Dye-sensitized solar cell |
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