JP4520142B2 - Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module - Google Patents

Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module Download PDF

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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Description

本発明は、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに関する。更に詳しくは、本発明は、特定の集積構造を有する色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュールに関するものである。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module. More specifically, the present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module having a specific integrated structure.

近年、化石燃料に代るエネルギー源として太陽光を電力に変換できる太陽電池が注目されている。   In recent years, solar cells that can convert sunlight into electric power have attracted attention as an energy source to replace fossil fuels.

現在、一部実用化されている太陽電池としては、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池及び薄膜シリコン太陽電池がある。しかし、前者ではシリコン基板の作製コストが高いことが課題となっている。後者は多種の薄膜シリコン製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があり、また、高価な透明導電膜付きガラスを必要とする等、製造コストや材料コストが高いことが課題となっている。   Currently, solar cells that are partly put into practical use include solar cells using crystalline silicon substrates and thin-film silicon solar cells. However, the former has a problem that the production cost of the silicon substrate is high. In the latter case, it is necessary to use various kinds of thin film silicon production gas and complicated apparatus, and also requires expensive glass with a transparent conductive film, resulting in high production costs and material costs.

そのため、いずれの太陽電池においても光電変換の高効率化により、発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、未だ、上記課題を充分解決するには至っていない。   For this reason, in any solar cell, efforts have been made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion, but the above problem has not yet been fully solved.

特許第2664194号公報(特許文献1)では、新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した湿式太陽電池を提案している。   Japanese Patent No. 2664194 (Patent Document 1) proposes a wet solar cell applying photo-induced electron transfer of a metal complex as a new type of solar cell.

この湿式太陽電池は、2枚のガラス基板(透明導電膜付きガラスと対向電極)にそれぞれ形成された電極間に、光電変換材料と、電解質材料を用いて光電変換層を挟んだ構成を有している。   This wet solar cell has a structure in which a photoelectric conversion layer is sandwiched between electrodes formed on two glass substrates (a glass with a transparent conductive film and a counter electrode) using an electrolyte material. ing.

この光電変換材料は、光増感色素を吸着させることで、可視光領域に吸収スペクトルを持つようになる。この太陽電池においては、光電変換層に光が照射されると電子が発生し、電子は外部電気回路を通って対向する電極に移動する。電極に移動した電子は、電解質中のイオンによって運ばれ光電変換材料側にもどる。このようにして電気エネルギーを取り出すことができる。   This photoelectric conversion material has an absorption spectrum in the visible light region by adsorbing a photosensitizing dye. In this solar cell, electrons are generated when the photoelectric conversion layer is irradiated with light, and the electrons move to the opposing electrode through an external electric circuit. The electrons that have moved to the electrode are carried by the ions in the electrolyte and return to the photoelectric conversion material side. In this way, electric energy can be taken out.

また、国際公開第WO97/16838号(特許文献2)では、この動作原理を基本に、複数の色素増感型太陽電池を直列接続した色素増感型太陽電池モジュールを提案している。
具体的には、個々の色素増感型太陽電池は、短冊形にパターニングした透明導電膜(電極)を形成したガラス基板上に、酸化チタン層、絶縁性多孔質層及び対極を順次積層した構造を有している。また、1つの色素増感型太陽電池の導電層を、隣接する色素増感型太陽電池と対極を接触するように配置することで、色素増感型太陽電池が直列接続されている。
In addition, International Publication No. WO 97/16838 (Patent Document 2) proposes a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected in series on the basis of this operation principle.
Specifically, each dye-sensitized solar cell has a structure in which a titanium oxide layer, an insulating porous layer, and a counter electrode are sequentially laminated on a glass substrate on which a transparent conductive film (electrode) patterned in a strip shape is formed. have. In addition, the dye-sensitized solar cells are connected in series by disposing the conductive layer of one dye-sensitized solar cell so that the counter electrode is in contact with the adjacent dye-sensitized solar cell.

特許第2664194号公報Japanese Patent No. 2664194 国際公開第WO97/16838号パンフレットInternational Publication No. WO97 / 16838 Pamphlet

上記のとおり、特許第2664194号公報の色素増感型太陽電池の基本構造は、透明導電膜付きガラス上に酸化チタン等の多孔性光電変換層を形成し、その多孔性光電変換層に増感色素を吸着させた基板と、別の透明導電膜付きガラス上に白金を成膜した基板の2枚を一定間隔に保持し、その間に電解液を注入することで単一セルを作製したものである。   As described above, the basic structure of the dye-sensitized solar cell of Japanese Patent No. 2664194 is that a porous photoelectric conversion layer such as titanium oxide is formed on a glass with a transparent conductive film, and the porous photoelectric conversion layer is sensitized. A single cell was fabricated by holding a substrate on which a dye was adsorbed and a substrate on which another platinum film was formed on another glass with a transparent conductive film, and injecting an electrolyte between them. is there.

したがって、この技術によれば、少なくとも1枚以上の透明導電膜付きガラスを使用する構造となっている。   Therefore, according to this technology, at least one glass with a transparent conductive film is used.

また、図6に示すWO97/16838号の色素増感型太陽電池モジュールは、特許第2664194号公報の単一セル構造に、アモルファスシリコン太陽電池モジュールに適応させる直列接続方法を用いることにより作製された色素増感型太陽電池モジュールである。図6中、61は透明基板、62は透明導電膜、63は多孔性光電変換層、64は多孔性絶縁層、65は導電層、66は絶縁層、67は電気絶縁性液体密閉用トップカバー、68及び69は端子を意味する。   In addition, the dye-sensitized solar cell module of WO97 / 16838 shown in FIG. 6 was produced by using a serial connection method adapted to an amorphous silicon solar cell module in the single cell structure of Japanese Patent No. 2664194. This is a dye-sensitized solar cell module. In FIG. 6, 61 is a transparent substrate, 62 is a transparent conductive film, 63 is a porous photoelectric conversion layer, 64 is a porous insulating layer, 65 is a conductive layer, 66 is an insulating layer, and 67 is an electrically insulating liquid sealing top cover. 68 and 69 denote terminals.

したがって、基本的には、透明導電膜付きガラスを使用し、更には、透明導電膜を分離するためにレーザースクライブ装置を用いる技術である。   Therefore, basically, this is a technique that uses a glass with a transparent conductive film, and further uses a laser scribing device to separate the transparent conductive film.

上記のように、いずれの色素増感型太陽電池においても、受光面側の電極にはインジウム−スズ複合酸化物(以下、ITOという)や酸化スズ(SnO2)等の透明導電膜付きガラスを使用している。 As described above, in any dye-sensitized solar cell, a glass with a transparent conductive film such as indium-tin composite oxide (hereinafter referred to as ITO) or tin oxide (SnO 2 ) is used for the electrode on the light receiving surface side. I use it.

しかしながら、この透明導電膜付きガラス基板は、それ自体が高価であり、加えて、これらを加工する機械装置類(スクライブ用レーザ)も高価な装置であるため、これらを用いた色素増感型太陽電池の作製コストは高くなるという課題は、依然として解決されていない。   However, this glass substrate with a transparent conductive film is expensive per se, and in addition, since mechanical devices (scribing lasers) for processing these are also expensive devices, a dye-sensitized solar using these The problem that the production cost of the battery is high has not been solved.

本発明者らは、上記のような課題に対処すべく鋭意研究した結果、支持体と多孔性光電変換層の間に透明導電膜を形成することなく、また、レーザースクライブのような高価な装置を用いない構造を見出すことで、本発明を完成するに至った。   As a result of earnest research to cope with the above-described problems, the present inventors have found that an expensive apparatus such as a laser scribe is formed without forming a transparent conductive film between the support and the porous photoelectric conversion layer. The present invention has been completed by finding a structure that does not use.

かくして本発明によれば、第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備え、前記4つの層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行になるように、並列して配置された構造を有し、かつ前記第一導電層と前記第二導電層とが、前記第一支持体面に対して垂直方向にオーバーラップしないように配置された構造を有することを特徴とする色素増感型太陽電池が提供される。
更に、本発明によれば、前記第二導電層が、集電体と触媒層から構成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池が提供される。
Thus, according to the present invention, a first conductive layer, a porous photoelectric conversion layer having a dye adsorbed thereon, a carrier transport layer, and a second conductive layer are sequentially provided between the first support and the second support. layer, as a carrier moving direction connecting the first conductive layer and the second conductive layer is parallel to the first support surface, have a disposed in parallel structure, and the said first conductive layer a A dye-sensitized solar cell is provided , wherein the two conductive layers have a structure arranged so as not to overlap in a direction perpendicular to the first support surface .
Furthermore, according to the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell, wherein the second conductive layer is composed of a current collector and a catalyst layer.

また、本発明によれば、上記色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、色素増感型太陽電池を直列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールが提供される。
更に、本発明によれば、前記直列接続させた色素増感型太陽電池を複数群有し、隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールが提供される。
According to the present invention, there is also provided a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of the dye-sensitized solar cells are arranged, wherein the first conductive layer of the dye-sensitized solar cell and another dye adjacent thereto A dye-sensitized solar cell module is provided in which dye-sensitized solar cells are integrated in series by contacting with the second conductive layer of the sensitized solar cell.
Furthermore, according to the present invention, there are a plurality of groups of the dye-sensitized solar cells connected in series, the first conductive layers at the ends of the adjacent dye-sensitized solar cells are in contact with each other, and adjacent to each other. A dye-sensitized solar cell module in which dye-sensitized solar cells are integrated in series-parallel connection by bringing the second conductive layers at the ends of the dye-sensitized solar cell group into contact with each other. Provided.

更に、本発明によれば、上記色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、隣接する色素増感型太陽電池の第一導電層同士を接触させ、かつ、隣接する色素増感太陽電池の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールが提供される。   Furthermore, according to the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of the dye-sensitized solar cells are arranged, the first conductive layers of adjacent dye-sensitized solar cells are brought into contact with each other, and A dye-sensitized solar cell module is provided, wherein the dye-sensitized solar cells are integrated in parallel by bringing the second conductive layers of adjacent dye-sensitized solar cells into contact with each other. .

本発明によれば、従来よりも安価なコストで色素増感型太陽電池及び色素増感太陽電池モジュールが作製できる。   According to the present invention, a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module can be manufactured at a lower cost than before.

本発明の色素増感型太陽電池(以下、単に太陽電池と称する)は、第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備えた構造からなる。更に、本発明では、第一導電層、多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行(略平行)になるように、並列して配置された構造を有することを特徴としている。   The dye-sensitized solar cell of the present invention (hereinafter simply referred to as a solar cell) includes a first conductive layer, a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed, and carrier transport between a first support and a second support. The structure includes a layer and a second conductive layer sequentially. Furthermore, in the present invention, the first conductive layer, the porous photoelectric conversion layer, the carrier transport layer, and the second conductive layer have a carrier movement direction connecting the first conductive layer and the second conductive layer parallel to the first support surface (substantially). It is characterized by having a structure arranged in parallel so as to be parallel.

以下、本発明の太陽電池をその構成要素ごとに説明する。
第一支持体は、多孔性光電変換層を、製造から製品使用段階まで、機能的に支持することのできる基板であり、光透過性を有し、かつ耐熱性の高い材料からなるものが好適である。ただし、第一支持体は、少なくとも後述の色素に実効的な感度を有する波長の光を、実質的に透過するものであればよく、必ずしも全ての光に対して透過性を有することは要求されない。
Hereinafter, the solar cell of this invention is demonstrated for every component.
The first support is a substrate that can functionally support the porous photoelectric conversion layer from the production stage to the product use stage, and is preferably made of a material having optical transparency and high heat resistance. It is. However, the first support may be any material as long as it substantially transmits at least light having a wavelength effective for the dye described below, and is not necessarily required to be transparent to all light. .

第一支持体の材料としては、例えば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラス等のガラス、可撓性フィルム又はシート等の耐熱性樹脂が挙げられる。   Examples of the material of the first support include glass such as soda glass, fused silica glass, and crystal quartz glass, and heat resistant resin such as a flexible film or sheet.

また、第一支持体は、0.2〜5mm程度の厚さで、250℃以上の耐熱性を有するのが好ましい。   Moreover, it is preferable that a 1st support body is about 0.2-5 mm in thickness, and has heat resistance of 250 degreeC or more.

可撓性フィルム又はシート(以下、単にフィルムと略称する)は、例えば、ポリエステル、PET、ポリアクリル、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等のフィルムが挙げられ、このうち、長期耐候性のあるフィルムであることが好ましい。   Examples of the flexible film or sheet (hereinafter simply referred to as a film) include films of polyester, PET, polyacryl, polyimide, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc. Among these, long-term weather resistance It is preferable that the film has a property.

中でも第一支持体は、導電層の形成時において200℃前後の高温下で加熱処理される場合があることから、この温度で耐熱性を有するポリイミドフィルムやポリテトラフルオロエチレンフィルムであることが好ましい。   Among them, the first support is preferably a polyimide film or a polytetrafluoroethylene film having heat resistance at this temperature because it may be heat-treated at a high temperature of about 200 ° C. when forming the conductive layer. .

更に、第一支持体は、完成した太陽電池を他の構造体に取り付けるときに利用することも可能である。例えば、ガラスのような支持体を用いる際には、支持体周辺部を、金属加工部品と螺子を用いて他の構造体に容易に取り付けることができる。   Furthermore, the first support can also be used when the completed solar cell is attached to another structure. For example, when using a support such as glass, the periphery of the support can be easily attached to another structure using metal-worked parts and screws.

第二支持体は、特に限定されない。具体的には、第一支持体材料と同様な支持体材料を使用することができ、更に、第二支持体を形成した後に焼成工程を経ない場合は、第二支持体は耐熱性が低くてもよい。第一支持体側を太陽電池の受光面とする場合は、第二支持体は不透明であってもよい。また、この場合、入射光を効率よく変換するために、第二支持体は、金属等の入射光を反射できる材料からなることが好ましい。   The second support is not particularly limited. Specifically, a support material similar to the first support material can be used, and if the second support is not subjected to a firing step, the second support has low heat resistance. May be. When the first support side is the light receiving surface of the solar cell, the second support may be opaque. In this case, in order to efficiently convert incident light, the second support is preferably made of a material that can reflect incident light, such as metal.

更にまた、太陽電池を軽量化するためには、第一支持体及び/又は第二支持体に、フィルムを用いることが望ましく、太陽電池の長寿命化を図るための防湿性維持・強化の観点から、例えば、PETとアルミニウムの積層フィルムであることが更に好ましい。   Furthermore, in order to reduce the weight of the solar cell, it is desirable to use a film for the first support and / or the second support. From the viewpoint of maintaining and strengthening moisture resistance for extending the life of the solar cell. Therefore, for example, a laminated film of PET and aluminum is more preferable.

第一支持体及び/又は第二支持体がフィルムであるときは、ラミネーション法等を用いることにより、第一導電層、多孔性光電変換層、キャリア輸送層、第二導電層を、相対する第一支持体及び/又は第二支持体と密着させて、第一支持体と第二支持体間に封入させることが可能となり、不要な空隙を少なくすることができる。   When the first support and / or the second support is a film, the first conductive layer, the porous photoelectric conversion layer, the carrier transport layer, and the second conductive layer are opposed to each other by using a lamination method or the like. The first support and / or the second support can be brought into close contact with each other and sealed between the first support and the second support, and unnecessary voids can be reduced.

第一導電層は、第一支持体上に、多孔性光電変換層と少なくとも一部接する形で形成される。この場合、第一導電層の一部が第二支持体と多孔性光電変換層との間に延在している構造であってもよい。第二導電層は、第一支持体上に、キャリア輸送層と少なくとも一部接する形で形成される。   The first conductive layer is formed on the first support so as to be at least partially in contact with the porous photoelectric conversion layer. In this case, a structure in which a part of the first conductive layer extends between the second support and the porous photoelectric conversion layer may be used. The second conductive layer is formed on the first support so as to be at least partially in contact with the carrier transport layer.

第一導電層及び第二導電層を形成する材料としては、例えば、フッ素がドープされた酸化スズ、ITO、ボロン、ガリウム又はアルミニウムがドープされた酸化亜鉛、ニオブがドープされた酸化チタン等の透明導電性金属酸化物、金、銀、アルミニウム、インジウム、白金、カーボン(カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン)等が挙げられる。これらの材料は、1又は2以上を組合せてもよい。   As a material for forming the first conductive layer and the second conductive layer, for example, tin oxide doped with fluorine, ITO, boron, zinc oxide doped with gallium or aluminum, titanium oxide doped with niobium, etc. Examples thereof include conductive metal oxides, gold, silver, aluminum, indium, platinum, and carbon (carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, and fullerene). These materials may be combined with one or more.

また、第二導電層は、集電体と触媒層とからなっていてもよい。集電体を形成する材料として、上記の第一導電層及び第二導電層を形成する材料を1又は2以上組合せて用いることができる。   The second conductive layer may be composed of a current collector and a catalyst layer. As a material for forming the current collector, one or a combination of two or more of the materials for forming the first conductive layer and the second conductive layer can be used.

更に、触媒層を形成する材料は、白金、カーボン(カーボンブラック、グラファイト、ガラス炭素、アモルファス炭素、ハードカーボン、ソフトカーボン、カーボンホイスカー、カーボンナノチューブ、フラーレン)、又は、これらの組合せであることが好ましい。また、この触媒層を形成する材料には、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等の導電性高分子材料を選択してもよい。
この触媒層は、酸化還元反応を促進させるために設けられる。
Further, the material forming the catalyst layer is preferably platinum, carbon (carbon black, graphite, glass carbon, amorphous carbon, hard carbon, soft carbon, carbon whisker, carbon nanotube, fullerene), or a combination thereof. . Further, a conductive polymer material such as polyethylene dioxythiophene (PEDOT) may be selected as a material for forming the catalyst layer.
This catalyst layer is provided to promote the oxidation-reduction reaction.

更に、第一導電層及び第二導電層の光透過性は特に限定はされず、透明でも、不透明であってもよい。
多孔性光電変換層は、半導体層とそれに吸着した色素とからなる。
Furthermore, the light transmittance of the first conductive layer and the second conductive layer is not particularly limited, and may be transparent or opaque.
The porous photoelectric conversion layer is composed of a semiconductor layer and a dye adsorbed thereto.

半導体層を構成する材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム等の公知の半導体が挙げられる。これら材料は、1又は2以上を組合せてもよい。なかでも、変換効率、安定性、安全性の点から酸化チタン又は酸化亜鉛であることが好ましい。   Examples of the material constituting the semiconductor layer include known semiconductors such as titanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, and cadmium sulfide. These materials may be combined with one or more. Of these, titanium oxide or zinc oxide is preferable in terms of conversion efficiency, stability, and safety.

上記の半導体粒子の平均粒径は、市販されているもののうち、例えば、1nm〜500nm程度の平均粒径を有する単一又は化合物半導体の粒子等が適当である。本発明において用いる半導体粒子の平均粒径は、SEM観察により測定した値である。   The average particle size of the semiconductor particles described above is, for example, a single or compound semiconductor particle having an average particle size of about 1 nm to 500 nm among those commercially available. The average particle diameter of the semiconductor particles used in the present invention is a value measured by SEM observation.

多孔性光電変換層は、粒子状、膜状等種々な形態の半導体層に色素を吸着させた層を用いることができる。この内、変換効率を高めるためには、膜状であることが望ましい。   As the porous photoelectric conversion layer, a layer in which a dye is adsorbed on a semiconductor layer in various forms such as a particle shape and a film shape can be used. Among these, in order to increase the conversion efficiency, it is desirable to have a film shape.

膜状の半導体層を基板上に形成する手法としては、公知の種々の手法を使用することができる。
具体的には、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンサー等の基板上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗布・焼成する手法等が挙げられる。この内、厚膜化や製造コストの低減を図るには、上記半導体粒子の懸濁液を用いたスクリーン印刷法が好ましい。
Various known methods can be used as a method for forming a film-like semiconductor layer on a substrate.
Specifically, a method of applying and baking a suspension containing semiconductor particles on a substrate such as screen printing, ink jet, or dispenser can be used. Among these, the screen printing method using the suspension of the semiconductor particles is preferable in order to increase the film thickness and reduce the manufacturing cost.

半導体層の膜厚は、特に限定されるものではないが、透過性、変換効率等の観点から、0.5〜20μm程度であることが好ましい。   The film thickness of the semiconductor layer is not particularly limited, but is preferably about 0.5 to 20 μm from the viewpoints of permeability, conversion efficiency, and the like.

更に、変換効率を向上させるためには、後述する色素を、半導体層により多く吸着させることが必要であることから、膜状の半導体層は比表面積が大きなものが好ましく、具体的には、10m2/g〜200m2/g程度であることが好ましい。なお、本発明において、比表面積とは、BET吸着法により測定した値をいう。 Furthermore, in order to improve the conversion efficiency, it is necessary to adsorb more dye, which will be described later, to the semiconductor layer. Therefore, the film-like semiconductor layer preferably has a large specific surface area, specifically 10 m. a is preferably 2 / g~200m 2 / g approximately. In the present invention, the specific surface area means a value measured by the BET adsorption method.

また、この半導体粒子を懸濁するための溶媒は、エチレングリコールモノメチルエーテル等のグライム系溶媒、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、イソプロピルアルコール/トルエン等の混合溶媒、水等が挙げられる。   Examples of the solvent for suspending the semiconductor particles include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohol solvents such as isopropyl alcohol, mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, water, and the like.

上記の半導体層の乾燥及び焼成は、使用する基板や半導体粒子の種類により、温度、時間、雰囲気等を適宜調整することが必要になる。   The drying and baking of the semiconductor layer described above requires appropriate adjustment of temperature, time, atmosphere, and the like depending on the substrate used and the type of semiconductor particles.

例えば、大気下又は不活性ガス雰囲気下において、50〜800℃程度の範囲内で、10秒〜12時間の乾燥及び焼成を行うことができる。
この乾燥及び焼成は、単一の温度で1回又は温度を変化させて2回以上行ってもよい。
For example, drying and baking can be performed for 10 seconds to 12 hours in the range of about 50 to 800 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere.
This drying and baking may be performed once at a single temperature or twice or more by changing the temperature.

半導体層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、種々の領域の可視光及び/また赤外光を吸収し、かつ半導体層に色素を強固に吸着させるために、色素分子中にカルボン酸基、カルボン酸無水基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基等のインターロック基を有するものが好ましい。中でも特に、カルボン酸基及びカルボン酸無水基を有するものがより好ましい。   As a dye that functions as a photosensitizer by adsorbing to the semiconductor layer, it absorbs visible light and / or infrared light in various regions, and in order to strongly adsorb the dye to the semiconductor layer, Those having an interlock group such as a carboxylic acid group, a carboxylic anhydride group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonic acid group, an ester group, a mercapto group, and a phosphonyl group are preferred. Especially, what has a carboxylic acid group and a carboxylic anhydride group is more preferable.

なお、インターロック基は、励起状態の色素と半導体層の導電帯間の電子移動を容易にする電気的結合機能を有するものである。   The interlock group has an electrical coupling function that facilitates electron transfer between the excited dye and the conduction band of the semiconductor layer.

これらインターロック基を含有する色素として、例えば、ルテニウム金属錯体系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素等が挙げられる。   Examples of dyes containing these interlock groups include ruthenium metal complex dyes, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, and triphenylmethane dyes. Examples include dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, berylene dyes, indigo dyes, naphthalocyanine dyes, and the like.

半導体層に色素を吸着させる方法として、例えば、支持体上に形成された半導体層を、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)に、必要時間浸漬する方法が挙げられる。   Examples of the method for adsorbing the dye on the semiconductor layer include a method of immersing the semiconductor layer formed on the support in a solution in which the dye is dissolved (dye adsorption solution) for a necessary time.

色素を溶解させる溶媒としては、色素を溶解するものであればよく、例えば、エタノールのようなアルコール類、アセトンのようなケトン類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトニトリルのような窒素化合物類、クロロホルムのようなハロゲン化脂肪族炭化水素、ヘキサンのような脂肪族炭化水素、ベンゼンのような芳香族炭化水素、酢酸エチルのようなエステル類、水等が挙げられる。また、これらの溶剤は2以上混合して用いることもできる。   The solvent for dissolving the dye may be any solvent that dissolves the dye. For example, alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and nitrogen compounds such as acetonitrile. Halogenated aliphatic hydrocarbons such as chloroform, aliphatic hydrocarbons such as hexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, esters such as ethyl acetate, water, and the like. These solvents can also be used as a mixture of two or more.

溶液中の色素濃度は、使用する色素及び溶剤の種類により、必要に応じて適宜調整することができるが、吸着機能を向上させるためには高濃度であることが好ましく、例えば、5×10-4モル/リットル以上であることが好ましい。 The concentration of the dye in the solution can be appropriately adjusted according to the type of the dye and the solvent to be used, but is preferably a high concentration in order to improve the adsorption function. For example, 5 × 10 It is preferably 4 mol / liter or more.

多孔性光電変換層と第二導電層との間に配置するキャリア輸送層は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料から構成される。   The carrier transport layer disposed between the porous photoelectric conversion layer and the second conductive layer is made of a conductive material that can transport electrons, holes, and ions.

例えば、ポリカルバゾールのようなホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンのような電子輸送材、ポリロールのような導電性ポリマー、液体電解質、高分子電解質等のイオン導電体、ヨウ化銅、チオシアン酸銅等のp型半導体が挙げられる。   For example, hole transport materials such as polycarbazole, electron transport materials such as tetranitrofluororenone, conductive polymers such as polyroll, ionic conductors such as liquid electrolytes and polymer electrolytes, copper iodide, copper thiocyanate And p-type semiconductors.

上記の導電性材料の中でも、導電効率の高いイオン導電体が好ましく、酸化還元性電解質を含む液体電解質であることが特に好ましい。   Among the conductive materials described above, an ionic conductor with high conductivity efficiency is preferable, and a liquid electrolyte including a redox electrolyte is particularly preferable.

このような酸化還元性電解質としては、一般に電池や太陽電池等において使用することができるものであれば特に限定されない。   Such a redox electrolyte is not particularly limited as long as it can be generally used in a battery, a solar battery or the like.

具体的には、LiI、NaI、KI、CaI2等の金属ヨウ化物とヨウ素の組合せ及びLiBr、NaBr、KBr、CaBr2等の金属臭化物と臭素の組合せであることが好ましく、この中でも特に、高効率の電解性を有するLiIとヨウ素の組合せであることが好ましい。 Specifically, a combination of a metal iodide such as LiI, NaI, KI, and CaI 2 and iodine and a combination of a metal bromide such as LiBr, NaBr, KBr, and CaBr 2 and bromine are preferable. A combination of LiI and iodine having efficient electrolysis is preferable.

また、これに用いる溶剤としては、プロピレンカーボネートのようなカーボネート化合物、アセトニトリルのようなニトリル化合物、エタノールのようなアルコール類のほか、水や非プロトン極性物質等が挙げられるが、その中でも、イオン伝導の観点から、カーボネート化合物やニトリル化合物が好ましい。これらの溶剤は2以上を混合して用いることもできる。   Examples of the solvent used for this include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, aprotic polar substances, and the like. From this point of view, carbonate compounds and nitrile compounds are preferred. Two or more of these solvents can be mixed and used.

酸化還元性電解質の濃度としては、0.01〜1.5モル/リットルの範囲が挙げられるが、この中でも、0.01〜0.7モル/リットルであることが好ましい。   The concentration of the redox electrolyte is in the range of 0.01 to 1.5 mol / liter, and among these, 0.01 to 0.7 mol / liter is preferable.

更に、本発明によれば、上記太陽電池を直列及び/又は並列に接続して集積化させた太陽電池モジュールが提供される。本発明では、上記のような構成の太陽電池を集積化することにより、高電圧の出力を必要とする太陽電池モジュールにも適用可能となる。また、太陽電池を構成する部材に、所望の波長の光を透過する部材を使用することで、シースルー型太陽電池モジュールも提供することができる。更に、様々な目的に応じた太陽電池モジュールを安価なコストで提供することができる。   Furthermore, according to this invention, the solar cell module which connected and integrated the said solar cell in series and / or in parallel is provided. The present invention can be applied to a solar cell module that requires a high voltage output by integrating the solar cells having the above-described configuration. Moreover, a see-through solar cell module can also be provided by using a member that transmits light of a desired wavelength as a member constituting the solar cell. Furthermore, solar cell modules that meet various purposes can be provided at low cost.

具体的には、
(1)太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、太陽電池を直列接続させて集積化させた太陽電池モジュール、
(2)直列接続させた太陽電池を複数群有し、隣接する太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させた太陽電池モジュール、
(3)隣接する太陽電池の第一導電層同士を接触させ、かつ、隣接する色素増感太陽電池の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を並列接続させて集積化させた太陽電池モジュール
が挙げられる。
In particular,
(1) A solar cell module in which solar cells are integrated in series by bringing the first conductive layer of the solar cell into contact with the second conductive layer of another solar cell adjacent thereto,
(2) Having a plurality of groups of solar cells connected in series, contacting the first conductive layers at the ends of adjacent solar cell groups, and contacting the second conductive layers at the ends of adjacent solar cell groups A solar cell module in which dye-sensitized solar cells are integrated in series-parallel connection,
(3) The first conductive layers of adjacent solar cells are brought into contact with each other, and the second conductive layers of adjacent dye-sensitized solar cells are brought into contact with each other, so that the dye-sensitized solar cells are connected in parallel and integrated. The solar cell module made to do is mentioned.

ここで、(1)の場合、太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の太陽電池の第二導電層を構成する集電体を同一材料及び/又は同一工程にて作製することが好ましい。この方法によれば、第一導電層と集電体を、より容易に作製できる。   Here, in the case of (1), the current collector constituting the first conductive layer of the solar cell and the second conductive layer of another solar cell adjacent to the solar cell can be produced by the same material and / or the same process. preferable. According to this method, the first conductive layer and the current collector can be more easily produced.

本発明による太陽電池及び太陽電池モジュールを以下の実施の形態により、更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施の形態によって限定されるものではない。   The solar cell and the solar cell module according to the present invention will be described more specifically with reference to the following embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments.

(実施の形態1):太陽電池の作製例
図1に太陽電池の概略断面図の一例を示す。
図中1は第一支持体、2は第一導電層、3は多孔性光電変換層、4はキャリア輸送層、5は触媒層、6は集電体(触媒層と集電体を合わせて第二導電層7という)、8は第二支持体である。
(Embodiment Mode 1): Example of Manufacturing Solar Cell FIG. 1 shows an example of a schematic cross-sectional view of a solar cell.
In the figure, 1 is the first support, 2 is the first conductive layer, 3 is the porous photoelectric conversion layer, 4 is the carrier transport layer, 5 is the catalyst layer, 6 is the current collector (the catalyst layer and the current collector are combined) The second conductive layer 7) and 8 are second supports.

第一支持体1は、厚さ1mm程度で、450℃以上の耐熱性を有するガラス基板である。   The first support 1 is a glass substrate having a thickness of about 1 mm and having heat resistance of 450 ° C. or higher.

金属酸化物である酸化チタン(TiO2)粉末に溶媒、バインダーを混錬してスラリー状あるいはペースト状とし、これを、別途パターン形成したスクリーン版を用いて、第一支持体1の所定の位置にスクリーン印刷を施し、半導体層の前駆体層を形成した。その後、前駆体層のレベリングを行った後、80℃のオーブン中で乾燥させた。 A titanium oxide (TiO 2 ) powder, which is a metal oxide, is kneaded with a solvent and a binder to form a slurry or paste, and this is used to form a predetermined position on the first support 1 using a screen plate that is separately patterned. Was subjected to screen printing to form a precursor layer of a semiconductor layer. Thereafter, the precursor layer was leveled and then dried in an oven at 80 ° C.

具体的には、下記の手法により作製した酸化チタンペーストを用いて、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業社製LS−150)にて前駆体層を形成した。   Specifically, a precursor layer was formed with a screen printing machine (LS-150 manufactured by Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd.) using a titanium oxide paste produced by the following method.

すなわち、酸化チタン粒子の作製方法として、チタンイソプロポキシド(キシダ化学社製)125mlを0.1Mの硝酸水溶液(キシダ化学社製)750mlに滴下して加水分解させ、80℃で8時間加熱することにより、ゾル液を作製した。   That is, as a method for producing titanium oxide particles, 125 ml of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) is dropped into 750 ml of a 0.1M nitric acid aqueous solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), hydrolyzed and heated at 80 ° C. for 8 hours. As a result, a sol solution was prepared.

その後、チタン製オートクレーブにて230℃で11時間、粒子成長させ、超音波分散を30分間行うことにより、平均一次粒径15nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液を作製した。(この工程にて作製された酸化チタン粒子を酸化チタンAとする。)
更に、そのコロイド溶液をエバポレーターにて、酸化チタンが15wt%の濃度になるまで緩やかに濃縮を行い、市販の酸化チタン粒子(酸化チタンB)(日本アエロジル社製、商品名P−25、アナターゼ型:ルチル型(7:3)混合、平均一次粒径20nm)を添加し、コロイド溶液の2倍のエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行った。
Thereafter, the particles were grown at 230 ° C. for 11 hours in a titanium autoclave and subjected to ultrasonic dispersion for 30 minutes to prepare a colloidal solution containing titanium oxide particles having an average primary particle size of 15 nm. (Titanium oxide particles produced in this step are referred to as titanium oxide A.)
Further, the colloidal solution was gently concentrated with an evaporator until the titanium oxide concentration reached 15 wt%, and commercially available titanium oxide particles (titanium oxide B) (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name P-25, anatase type) : Rutile type (7: 3) mixture, average primary particle size 20 nm) was added, ethanol twice that of the colloidal solution was added, and centrifugation was performed at 5000 rpm.

この工程により作製した酸化チタン粒子をエタノールで洗浄した後、エチルセルロース(キシダ化学社製)とテルピネオール(キシダ化学社製)を無水エタノール中に溶解させた溶液を加え、攪拌することにより酸化チタン粒子を溶液中に分散させた。   After washing the titanium oxide particles produced in this step with ethanol, a solution prepared by dissolving ethyl cellulose (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and terpineol (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in absolute ethanol is added, and the titanium oxide particles are then stirred. Dispersed in the solution.

その後、40mbarの真空下において、温度50℃にてエタノールを蒸発させて酸化チタンペーストを作製した。   Thereafter, ethanol was evaporated at a temperature of 50 ° C. under a vacuum of 40 mbar to prepare a titanium oxide paste.

なお、最終的な組成として、酸化チタン固体濃度20wt%、エチルセルロース10wt%、テルピネオール64wt%となるように濃度調製した。   The final composition was adjusted so that the titanium oxide solid concentration was 20 wt%, ethyl cellulose 10 wt%, and terpineol 64 wt%.

次に、前駆体層の形成方法と同様にして、第一導電層2及び第二導電層を構成する集電体6の前駆体層を、ITOペーストを用いて形成した後、500℃の空気中で焼成することにより、半導体層、第一導電層2、第二導電層7を構成する集電体6を焼結した。
その後、第二導電層7を構成する触媒層5は、カーボンペーストを用いてスクリーン印刷によってペースト層を形成し、ペースト層を約100℃で乾燥させることで得た。
Next, the precursor layer of the current collector 6 constituting the first conductive layer 2 and the second conductive layer is formed using an ITO paste in the same manner as the method for forming the precursor layer, and then air at 500 ° C. The current collector 6 constituting the semiconductor layer, the first conductive layer 2 and the second conductive layer 7 was sintered by firing in the medium.
Thereafter, the catalyst layer 5 constituting the second conductive layer 7 was obtained by forming a paste layer by screen printing using a carbon paste and drying the paste layer at about 100 ° C.

第一導電層2及び第二導電層7を構成する集電体6の形成に用いたITOペーストは、住友大阪セメント社製のITOペーストを使用し、第二導電層7を構成する触媒層5のカーボンペーストは、以下の方法にて作製したものを使用した。   The ITO paste used for forming the current collector 6 constituting the first conductive layer 2 and the second conductive layer 7 is an ITO paste manufactured by Sumitomo Osaka Cement Co., and the catalyst layer 5 constituting the second conductive layer 7. The carbon paste used was prepared by the following method.

カーボン粒子であるライオン社製「ケッチェンブラックEC」(商品名)、バインダーであるエチルセルロース、及び、溶媒であるn−メチル−2−ピロリドンをそれぞれ混合することにより、カーボンペーストを調製した。重量混合比はカーボン40%、バインダー濃度40%、溶媒20%とし、混煉機による分散時間を2時間とした。
また、上記のカーボン粒子のほかに白金等を用いてもよい。
Carbon paste was prepared by mixing carbon particles “Ketjen Black EC” (trade name) manufactured by Lion, ethyl cellulose as a binder, and n-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. The weight mixing ratio was 40% carbon, 40% binder concentration, 20% solvent, and the dispersion time by the blender was 2 hours.
In addition to the above carbon particles, platinum or the like may be used.

更に、触媒層として、PEDOT等の導電性高分子材料を用いてもよく、またこれらの混合物であっても問題はない。ここで、白金等は、スパッタリングや蒸着等の気相法によって作製してもよい。   Furthermore, a conductive polymer material such as PEDOT may be used as the catalyst layer, and there is no problem even if it is a mixture thereof. Here, platinum or the like may be produced by a vapor phase method such as sputtering or vapor deposition.

第一導電層2、半導体層、第二導電層7の各層の厚み(図1中のX)は約20μm程度とし、各層のキャリア輸送方向に対する幅(図1中のA、B、C、D、E)はそれぞれ、0.1mm、1.0mm、0.1mm、0.1mm、0.1mmとした。   The thickness (X in FIG. 1) of each of the first conductive layer 2, the semiconductor layer, and the second conductive layer 7 is about 20 μm, and the width of each layer in the carrier transport direction (A, B, C, D in FIG. 1). , E) were 0.1 mm, 1.0 mm, 0.1 mm, 0.1 mm, and 0.1 mm, respectively.

本発明の太陽電池のキャリア輸送方向は、AからE(もしくはEからA)であるため、各層の幅は極端に大きくすると抵抗が大きくなるという問題がある。   Since the carrier transport direction of the solar cell of the present invention is from A to E (or from E to A), there is a problem that the resistance increases when the width of each layer is extremely increased.

次に、このようにして得られた半製品を、色素溶液中に浸漬し、約2時間、還流することにより色素を半導体層に吸着させることで多孔性光電変換層3を得た。
具体的には、色素は、下記(1)の化学構造を有するルテニウム色素(Solaronix社製、商品名Ruthenium535−bisTBA)を用いた。

Figure 0004520142
このルテニウム色素を、アセトニトリルとn−ブタノールエタノールを体積比1:1で混合した溶媒に、色素濃度4×10-4モル/リットルで溶解させて吸着用色素溶液とした。この吸着用色素溶液及び半製品(各部材が形成された第一支持体)を容器に入れ、約30分間還流させることにより色素を半導体層に吸着させた。 Next, the semi-finished product thus obtained was immersed in a dye solution and refluxed for about 2 hours to adsorb the dye to the semiconductor layer, thereby obtaining a porous photoelectric conversion layer 3.
Specifically, a ruthenium dye (manufactured by Solaronix, trade name Ruthenium 535-bisTBA) having the following chemical structure (1) was used as the dye.
Figure 0004520142
This ruthenium dye was dissolved in a solvent in which acetonitrile and n-butanol ethanol were mixed at a volume ratio of 1: 1 at a dye concentration of 4 × 10 −4 mol / liter to obtain an adsorption dye solution. The dye solution for adsorption and the semi-finished product (first support on which each member was formed) were placed in a container and refluxed for about 30 minutes to adsorb the dye to the semiconductor layer.

その後、上記の色素を吸着させた半製品を、無水エタノールで洗浄し、約60℃で約20分間乾燥させた。
更にその後、キャリア輸送層4である高分子電解質形成用の前駆体を全体に注入した。
Thereafter, the semi-finished product on which the dye was adsorbed was washed with absolute ethanol and dried at about 60 ° C. for about 20 minutes.
Thereafter, a precursor for forming a polymer electrolyte, which is the carrier transport layer 4, was injected into the whole.

続いて、第二支持体8として、PET−アルミニウム−PETの積層フィルムを所定の場所に配置し、約90℃で2時間、架橋重合させることにより、キャリア輸送層4である高分子電解質を形成させ、太陽電池を得た。   Subsequently, as a second support 8, a laminated film of PET-aluminum-PET is placed at a predetermined location, and a polymer electrolyte as the carrier transport layer 4 is formed by crosslinking polymerization at about 90 ° C. for 2 hours. To obtain a solar cell.

高分子電解質中の電解液は、γ−ブチロラクトン(キシダ化学社製)とエチレンカーボネート(キシダ化学社製)の混合溶媒(混合比は、γ−ブチロラクトン:エチレンカーボネート=7:3(容積比))に、ジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド0.6モル/リットル、リチウムアイオダイド0.1モル/リットル、ヨウ素0.1モル/リットルを溶解させたものを用いた。   The electrolytic solution in the polymer electrolyte is a mixed solvent of γ-butyrolactone (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and ethylene carbonate (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. (mixing ratio is γ-butyrolactone: ethylene carbonate = 7: 3 (volume ratio)). Then, dimethylpropylimidazolium iodide 0.6 mol / liter, lithium iodide 0.1 mol / liter, and iodine 0.1 mol / liter were dissolved.

高分子材料は、下記の合成方法1により得られた化合物Aと、ジエチルトルエンジアミン(化合物B)を用い、その混合比を、化合物A:化合物B=13:1(重量比)とした。   As the polymer material, compound A obtained by the following synthesis method 1 and diethyltoluenediamine (compound B) were used, and the mixing ratio thereof was compound A: compound B = 13: 1 (weight ratio).

(合成方法1)
反応容器中にポリテトラメチレングリコール(三菱化成工業社製、商品名PTMG2000)100重量部に対して、トリレンジイソシアネート18重量部と触媒としてのジブチルチンジラウレート0.05重量部を加え、80℃で反応を行い、分子量2350の化合物Aを作製した。
(Synthesis method 1)
To 100 parts by weight of polytetramethylene glycol (trade name PTMG2000, manufactured by Mitsubishi Kasei Kogyo Co., Ltd.) in a reaction vessel, 18 parts by weight of tolylene diisocyanate and 0.05 parts by weight of dibutyltin dilaurate as a catalyst were added, at 80 ° C. Reaction was performed to prepare Compound A having a molecular weight of 2350.

(実施の形態2):太陽電池モジュールの作製例
図2は、太陽電池モジュールの概略断面図の一例を示す。
図2の太陽電池モジュールは、3つの単位セルが、第一支持体201と第二支持体207とに挟持・集積化して構成されている。
Embodiment 2 Example of Manufacturing Solar Cell Module FIG. 2 shows an example of a schematic cross-sectional view of a solar cell module.
The solar cell module of FIG. 2 includes three unit cells sandwiched and integrated between a first support 201 and a second support 207.

第1の単位セルは、第一支持体201上に、第一導電層212、多孔性光電変換層213、キャリア輸送層214、及び第二導電層を構成する触媒層215からなっている。   The first unit cell includes a first conductive layer 212, a porous photoelectric conversion layer 213, a carrier transport layer 214, and a catalyst layer 215 constituting a second conductive layer on the first support 201.

第2の単位セルは、第一支持体201上に、第一導電層222、多孔性光電変換層223、キャリア輸送層224、及び第二導電層を構成する触媒層225からなっている。   The second unit cell includes a first conductive layer 222, a porous photoelectric conversion layer 223, a carrier transport layer 224, and a catalyst layer 225 constituting the second conductive layer on the first support 201.

第3の単位セルは、第一支持体201上に、第一導電層232、多孔性光電変換層233、キャリア輸送層234、第二導電層を構成する触媒層235、及び第二導電層である集電体236からなっている。   The third unit cell includes a first conductive layer 232, a porous photoelectric conversion layer 233, a carrier transport layer 234, a catalyst layer 235 constituting the second conductive layer, and a second conductive layer on the first support 201. It consists of a current collector 236.

なお、第1の単位セルの集電体は、第2の単位セルの第一導電層、第2の単位セルの集電体は第3の単位セルの第一導電層と同一としている。   The current collector of the first unit cell is the same as the first conductive layer of the second unit cell, and the current collector of the second unit cell is the same as the first conductive layer of the third unit cell.

また、各単位セルの各層の厚み及び幅は、実施の形態1で記載した形状と同等なものでよい。   The thickness and width of each layer of each unit cell may be equivalent to the shape described in the first embodiment.

一般的に太陽電池モジュールの光電変換効率を算出するには、電極部の面積を含めた太陽電池モジュール面積が用いられる。そのため、第一導電層と第二導電層それぞれの第一支持体の接触面積(図1のA、及びDとE)は小さいほどよい。   Generally, in order to calculate the photoelectric conversion efficiency of a solar cell module, the solar cell module area including the area of the electrode part is used. Therefore, the smaller the contact area (A and D and E in FIG. 1) of the first support of each of the first conductive layer and the second conductive layer is better.

各単位セルの各層の厚み及び幅は、スクリーン印刷法や蒸着法等の製膜工程によって制限されるが、製造コストを考慮すると安価な製造方法であることが好ましい。   Although the thickness and width of each layer of each unit cell are limited by a film forming process such as a screen printing method or a vapor deposition method, an inexpensive manufacturing method is preferable in consideration of manufacturing costs.

例えば、スクリーン印刷法を用いれば、用いる材料の粘性係数にもよるが、比較的安価に50μm程度の厚さの成膜が可能である。   For example, when the screen printing method is used, although it depends on the viscosity coefficient of the material to be used, a film having a thickness of about 50 μm can be formed at a relatively low cost.

以下に、太陽電池及び太陽電池モジュールを実施例により具体的に説明するが、以下の実施例は単なる例示であり、この方法以外にも当該分野で公知の方法を採用することができる。なお、以下の実施例及び比較例において、特に説明を加えない場合は、実施の形態1及び2の条件を用いて太陽電池及び太陽電池モジュールが作製される。   Hereinafter, the solar cell and the solar cell module will be specifically described with reference to examples. However, the following examples are merely examples, and other methods known in the art can be employed in addition to this method. In the following examples and comparative examples, unless otherwise specified, solar cells and solar cell modules are manufactured using the conditions of the first and second embodiments.

(実施例1)
第一支持体として、1cm×4cm×1mmのガラス基板上に、スクリーン印刷機により、酸化チタンペースト(酸化チタンAに対して酸化チタンBを10wt%添加したもの)を1mm(図1中B)×3cm、膜厚15μmとなるように多孔性光電変換層3形成用のペースト層を形成した。その後、ペースト層にレベリングを行った後、80℃で30分乾燥を行った。
Example 1
As a first support, 1 mm (4 B in FIG. 1) of titanium oxide paste (10 wt% of titanium oxide B added to titanium oxide A) on a 1 cm × 4 cm × 1 mm glass substrate by a screen printer. A paste layer for forming the porous photoelectric conversion layer 3 was formed so as to be × 3 cm and a film thickness of 15 μm. Thereafter, the paste layer was leveled and then dried at 80 ° C. for 30 minutes.

続いて、ITOペーストを用いて第一導電層2と第二導電層を構成する集電体6形成用のペースト層を、キャリア輸送層形成用の幅(図1中C)が0.1mmになるように、それぞれ0.1mm(図1中A、E)×3cm、膜厚が15μmとなるようにスクリーン印刷により形成し、約80℃で30分乾燥を行った。   Subsequently, the paste layer for forming the current collector 6 constituting the first conductive layer 2 and the second conductive layer using the ITO paste is changed to a width for forming the carrier transport layer (C in FIG. 1) of 0.1 mm. Thus, each was formed by screen printing so as to have a thickness of 0.1 mm (A, E in FIG. 1) × 3 cm and a film thickness of 15 μm, and dried at about 80 ° C. for 30 minutes.

その後、約500℃、1.5時間、酸素雰囲気中で各ペースト層を同時に焼成させることにより、多孔性光電変換層3形成用の半導体層、第一導電層2、及び第二導電層を構成する集電体6をそれぞれ形成した。   Thereafter, the paste layers are simultaneously fired in an oxygen atmosphere at about 500 ° C. for 1.5 hours, thereby forming the semiconductor layer for forming the porous photoelectric conversion layer 3, the first conductive layer 2, and the second conductive layer. Each current collector 6 was formed.

次に、第二導電層を構成する触媒層5を、0.1mm(図1中D)×3cm、膜厚が15μmとなるようにカーボンペーストをスクリーン印刷で塗布し、約100℃で30分乾燥させることにより形成した。   Next, a carbon paste was applied by screen printing so that the catalyst layer 5 constituting the second conductive layer was 0.1 mm (D in FIG. 1) × 3 cm and the film thickness was 15 μm, and the coating was performed at about 100 ° C. for 30 minutes. Formed by drying.

次に、半導体層に色素を吸着させて多孔性光電変換層3を形成した後、キャリア輸送層4である電解質を多孔性光電変換層3と触媒層5の間に形成し、続いて、PET−アルミニウム−PETの積層構造を持つ第2支持体8を配置することにより、太陽電池を作製した。この電解質は多孔性光電変換層中にも含浸される。   Next, after the dye is adsorbed on the semiconductor layer to form the porous photoelectric conversion layer 3, an electrolyte as the carrier transport layer 4 is formed between the porous photoelectric conversion layer 3 and the catalyst layer 5, and then PET -The solar cell was produced by arrange | positioning the 2nd support body 8 which has the laminated structure of aluminum-PET. This electrolyte is also impregnated in the porous photoelectric conversion layer.

上記の工程にて作製された太陽電池をAM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.0mA/cm2、開放電圧値0.7V、FF0.65、変換効率5.5%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell produced in the above process under irradiation of pseudo sunlight of AM1.5, the short-circuit current density is 12.0 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value is 0.7 V, the FF is 0.65, and the conversion is performed. The efficiency was 5.5%.

(実施例2)
第1支持体として、2.5cm×4cm×1mmのガラス基板上に、スクリーン印刷機により、酸化チタンペースト(酸化チタンAに対して酸化チタンBを10wt%添加したもの)を1mm×3cm、膜厚15μmとなるように多孔性光電変換層213、223、233形成用のペースト層を形成した。その後、各ペースト層のレベリングを行った後、80℃で30分乾燥した。
(Example 2)
As a first support, on a glass substrate of 2.5 cm × 4 cm × 1 mm, a titanium oxide paste (a product obtained by adding 10 wt% of titanium oxide B to titanium oxide A) by a screen printing machine, 1 mm × 3 cm, film A paste layer for forming porous photoelectric conversion layers 213, 223, and 233 was formed so as to have a thickness of 15 μm. Then, after leveling each paste layer, it dried at 80 degreeC for 30 minutes.

次に、スクリーン印刷機により、ITOペーストを0.1mm×3cm、膜厚15μmとなるように第一導電層212、222、232と第二導電層を構成する集電体236形成用のペースト層を形成した。その後、各ペースト層のレベリングを行ってから、80℃で30分乾燥させ、約500℃、1.5時間、酸素雰囲気中で焼成させることにより、上記各光電変換層形成用の半導体層と各導電層及び集電体236を形成した。   Next, a paste layer for forming a current collector 236 that constitutes the first conductive layers 212, 222, and 232 and the second conductive layer so that the ITO paste has a thickness of 0.1 mm × 3 cm and a film thickness of 15 μm by a screen printer. Formed. Then, after leveling each paste layer, it was dried at 80 ° C. for 30 minutes, and baked in an oxygen atmosphere at about 500 ° C. for 1.5 hours, whereby each of the semiconductor layers for forming each of the photoelectric conversion layers and each A conductive layer and a current collector 236 were formed.

次に、第二導電層を構成する触媒層215、225、235を、0.1mm×3cm、膜厚は15μmとなるようにカーボンペーストをスクリーン印刷で塗布し、約100℃で30分乾燥させることにより形成した。   Next, a carbon paste is applied by screen printing so that the catalyst layers 215, 225, and 235 constituting the second conductive layer are 0.1 mm × 3 cm and the film thickness is 15 μm, and dried at about 100 ° C. for 30 minutes. Was formed.

次に、それぞれの半導体層に色素を吸着させて多孔性光電変換層を形成した後、各キャリア輸送層214、224、234の電解質を、それぞれの多孔性光電変換層と触媒層の間に形成し、続いて、PET−アルミニウム−PETの積層構造を持つ第二支持体207を配置することにより、太陽電池モジュールを作製した。この電解質は多孔性光電変換層中にも含浸される。   Next, after a dye is adsorbed to each semiconductor layer to form a porous photoelectric conversion layer, an electrolyte of each carrier transport layer 214, 224, 234 is formed between each porous photoelectric conversion layer and the catalyst layer. Then, the solar cell module was produced by arrange | positioning the 2nd support body 207 with a laminated structure of PET-aluminum-PET. This electrolyte is also impregnated in the porous photoelectric conversion layer.

上記の工程によって作製した太陽電池を、実施例1同様に、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度11.5mA/cm2、開放電圧値2.07V、FF0.63、変換効率5.0%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell produced by the above process under irradiation of artificial sunlight of AM1.5 as in Example 1, the short-circuit current density was 11.5 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 2.07 V, The FF was 0.63 and the conversion efficiency was 5.0%.

(実施例3)
第二導電層を構成する触媒層に白金を用いたこと以外は、実施例2に準じて作製した。ただし、白金による触媒層の形成方法は、スパッタリング法によった。上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.1mA/cm2、開放電圧値2.13V、FF0.64、変換効率5.5%であった。
(Example 3)
It produced according to Example 2 except having used platinum for the catalyst layer which comprises the 2nd conductive layer. However, the method for forming the catalyst layer with platinum was based on the sputtering method. As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell module produced by the above process under irradiation of artificial sunlight of AM1.5 as in Example 1, the short-circuit current density was 12.1 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 2.13 V, The FF was 0.64 and the conversion efficiency was 5.5%.

(実施例4)
第二導電層を構成する触媒層に導電性高分子材料PEDOT−OTsを用いたこと以外は、実施例2に準じて作製した。なお、PEDOT−OTsは、Bayer社製BaytronM−V2とBayer社製BaytronCB−40を体積1:4で混合し、100℃で1時間重合し、その後、p−トルエンスルホン酸で洗浄することにより作製した。また、この触媒層の形成方法は、ドクターブレード法によった。
Example 4
It produced according to Example 2 except having used electroconductive polymer material PEDOT-OTs for the catalyst layer which comprises a 2nd electroconductive layer. PEDOT-OTs are prepared by mixing Baytron Baytron M-V2 and Bayer Baytron CB-40 in a volume of 1: 4, polymerizing at 100 ° C. for 1 hour, and then washing with p-toluenesulfonic acid. did. Moreover, the formation method of this catalyst layer was based on the doctor blade method.

上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度9.9mA/cm2、開放電圧値2.01V、FF0.61、変換効率4.0%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell module produced by the above steps under irradiation of pseudo sunlight of AM1.5 as in Example 1, the short-circuit current density was 9.9 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 2.01 V, The FF was 0.61 and the conversion efficiency was 4.0%.

(実施例5)
第一導電層と多孔性光電変換層の接触部分を図3に記載のように、それぞれの第一導電層312、322、332の一部が第二支持体307とそれぞれの多孔性光電変換層313、323、333の間に延在した構造としたこと以外は、実施例2に準じて作製した。
(Example 5)
As shown in FIG. 3, a part of each of the first conductive layers 312, 322, and 332 is part of the second support 307 and each of the porous photoelectric conversion layers at the contact portion between the first conductive layer and the porous photoelectric conversion layer. It was fabricated according to Example 2 except that the structure extended between 313, 323, and 333 was adopted.

上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.6mA/cm2、開放電圧値2.1V、FF0.65、変換効率5.7%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell module produced by the above steps under irradiation of artificial sunlight of AM1.5 as in Example 1, a short-circuit current density of 12.6 mA / cm 2 , an open-circuit voltage value of 2.1 V, The FF was 0.65 and the conversion efficiency was 5.7%.

(実施例6)
図4に記載したように、隣接する太陽電池の接続方法を並列接続したこと以外は、実施例2に準じて作製した。ただし、第二導電層の触媒層と集電体に、白金のみを用いてスパッタリングにより形成した。また、モジュールの外部電極取り出しは、第一導電層412、422、442及び第二導電層415と435はモジュール外部でそれぞれ接続した。
(Example 6)
As shown in FIG. 4, it produced according to Example 2 except having connected the connection method of the adjacent solar cell in parallel. However, the catalyst layer and the current collector of the second conductive layer were formed by sputtering using only platinum. In addition, the external electrode of the module was taken out by connecting the first conductive layers 412, 422, and 442 and the second conductive layers 415 and 435 outside the module.

上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.0mA/cm2、開放電圧値0.69V、FF0.65、変換効率5.4%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell module produced by the above process under irradiation of pseudo sunlight of AM1.5 as in Example 1, the short-circuit current density was 12.0 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 0.69 V, The FF was 0.65 and the conversion efficiency was 5.4%.

(実施例7)
図5に記載したように、隣接する太陽電池の接続方法を並列接続したこと以外は、実施例2及び実施例6に準じて作製した。第二導電層を構成する触媒層515、525、545は白金を用いてスパッタリングにより形成した。
(Example 7)
As shown in FIG. 5, it produced according to Example 2 and Example 6 except having connected the connection method of an adjacent solar cell in parallel. The catalyst layers 515, 525, and 545 constituting the second conductive layer were formed by sputtering using platinum.

上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5擬似の太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.1mA/cm2、開放電圧値0.70V、FF0.66、変換効率5.6%であった。 As a result of measuring the operating characteristics of the solar cell module produced by the above steps under AM1.5 simulated sunlight irradiation as in Example 1, the short-circuit current density was 12.1 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 0.70 V, The FF was 0.66 and the conversion efficiency was 5.6%.

本発明の色素増感型太陽電池の断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of a dye-sensitized solar cell of the present invention. 本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the dye-sensitized solar cell module of the present invention. 本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the dye-sensitized solar cell module of the present invention. 本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the dye-sensitized solar cell module of the present invention. 本発明の色素増感型太陽電池モジュールの断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the dye-sensitized solar cell module of the present invention. 従来の色素増感型太陽電池の断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a conventional dye-sensitized solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

1、201、301、401、501 第一支持体
2、212、222、232、312、322、332、412、422、442、512、522、532、542 第一導電層
3、63、213、223、233、313、323、333、413、423、433、443、513、523、533、543 多孔性光電変換層
4、214、224、234、314、324、334、414、424、434、444、514、524、534、544 キャリア輸送層
5、215、225、235、315、325、335、415、435、515、525、545 触媒層
1, 201, 301, 401, 501 First support 2, 212, 222, 232, 312, 322, 332, 412, 422, 442, 512, 522, 532, 542 First conductive layer 3, 63, 213, 223, 233, 313, 323, 333, 413, 423, 433, 443, 513, 523, 533, 543 Porous photoelectric conversion layer 4, 214, 224, 234, 314, 324, 334, 414, 424, 434, 444, 514, 524, 534, 544 Carrier transport layer 5, 215, 225, 235, 315, 325, 335, 415, 435, 515, 525, 545 Catalyst layer

6、236、336 集電体
7 第二導電層
8、207、307、407、507 第二支持体
61 透明基板
62 透明導電膜
64 多孔性絶縁層
65 導電層
66 絶縁層
67 電気絶縁性液体密閉用トップカバー
68、69 端子
6, 236, 336 Current collector 7 Second conductive layer 8, 207, 307, 407, 507 Second support 61 Transparent substrate 62 Transparent conductive film 64 Porous insulating layer 65 Conductive layer 66 Insulating layer 67 Electrical insulating liquid sealing Top cover 68, 69 terminal

Claims (9)

第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備え、前記4つの層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行になるように、並列して配置された構造を有し、かつ前記第一導電層と前記第二導電層とが、前記第一支持体面に対して垂直方向にオーバーラップしないように配置された構造を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。 Between the first support and the second support, a first conductive layer, a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed, a carrier transport layer, and a second conductive layer are sequentially provided, and the four layers are the first conductive layer. When such a carrier moving direction connecting the second conductive layer is parallel to the first support surface, have a disposed in parallel structure, and said first conductive layer and the second conductive layer, wherein A dye-sensitized solar cell having a structure arranged so as not to overlap in a direction perpendicular to a first support surface . 第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備え、前記4つの層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行になるように、並列して配置された構造を有し、かつ前記第二導電層が、集電体と触媒層から構成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。   Between the first support and the second support, a first conductive layer, a porous photoelectric conversion layer in which a dye is adsorbed, a carrier transport layer, and a second conductive layer are sequentially provided, and the four layers are the first conductive layer. The second conductive layer is composed of a current collector and a catalyst layer, and the second conductive layer has a structure arranged in parallel so that the carrier moving direction connecting the first conductive layer and the second conductive layer is parallel to the first support surface. A dye-sensitized solar cell characterized by comprising: 前記触媒層が少なくとも白金、カーボン又は導電性高分子を含むことを特徴する請求項2に記載の色素増感型太陽電池。   The dye-sensitized solar cell according to claim 2, wherein the catalyst layer contains at least platinum, carbon, or a conductive polymer. 前記第一導電層の一部が、第二支持体と多孔性光電変換層の間に延在していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池。   4. The dye-sensitized type according to claim 1, wherein a part of the first conductive layer extends between the second support and the porous photoelectric conversion layer. Solar cell. 前記第一導電層と前記第二導電層とが、それぞれ前記第一支持体及び前記第二支持体に接する請求項1〜のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with the first support and the second support, respectively. 請求項1〜のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、色素増感型太陽電池を直列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。 A dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells according to any one of claims 1 to 5 are arranged, the first conductive layer of the dye-sensitized solar cell, and adjacent thereto A dye-sensitized solar cell module, wherein the dye-sensitized solar cells are integrated in series by contacting with a second conductive layer of another dye-sensitized solar cell. 請求項1〜のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、色素増感型太陽電池を直列接続させ、かつ前記直列接続させた色素増感型太陽電池を複数群有し、隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。 A dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells according to any one of claims 1 to 5 are arranged, the first conductive layer of the dye-sensitized solar cell, and adjacent thereto The dye-sensitized solar cells are connected in series by contacting the second conductive layer of the other dye-sensitized solar cells, and there are a plurality of groups of the dye-sensitized solar cells connected in series, Dye sensitization by bringing the first conductive layers at the ends of adjacent dye-sensitized solar cell groups into contact with each other and the second conductive layers at the ends of adjacent dye-sensitized solar cell groups in contact with each other A dye-sensitized solar cell module, wherein solar cells are integrated in series-parallel connection. 請求項1〜のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、隣接する色素増感型太陽電池の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感太陽電池の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。 A dye-sensitized solar cell module in which a plurality of the dye-sensitized solar cells according to any one of claims 1 to 5 are arranged, wherein the first conductive layers of adjacent dye-sensitized solar cells are connected to each other. A dye-sensitized solar cell module, wherein the dye-sensitized solar cells are connected in parallel and integrated by bringing the second conductive layers of adjacent dye-sensitized solar cells into contact with each other. 色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層を構成する集電体が同一材料及び/又は同一工程にて作製されたことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。 That the current collectors constituting the first conductive layer of the dye-sensitized solar cell and the second conductive layer of another dye-sensitized solar cell adjacent to the dye-sensitized solar cell are manufactured in the same material and / or in the same process. The dye-sensitized solar cell module according to any one of claims 6 to 8 .
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