JP4939498B2 - Dye-sensitized solar cell - Google Patents
Dye-sensitized solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP4939498B2 JP4939498B2 JP2008221784A JP2008221784A JP4939498B2 JP 4939498 B2 JP4939498 B2 JP 4939498B2 JP 2008221784 A JP2008221784 A JP 2008221784A JP 2008221784 A JP2008221784 A JP 2008221784A JP 4939498 B2 JP4939498 B2 JP 4939498B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dye
- solar cell
- sensitized solar
- light
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、色素増感型太陽電池に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell.
近年、地球温暖化やエネルギー問題に対する関心の高まりとともに太陽電池の様々な開発が進められている。その太陽電池の中でも、色素増感型太陽電池の実用化を実現するためには、そのエネルギー変換効率(光電変換効率)を少なくともアモルファスシリコン太陽電池と同等の水準にまで向上させる必要がある。 In recent years, various developments of solar cells have been promoted with increasing interest in global warming and energy problems. Among the solar cells, in order to realize the practical use of the dye-sensitized solar cell, it is necessary to improve the energy conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) to at least the same level as that of the amorphous silicon solar cell.
例えば、大きさが1m×1m程度の色素増感型太陽電池モジュールに対しては、約8%以上のエネルギー変換効率が要求される。そのため、このような規模の色素増感型太陽電池モジュールの構成単位となっている色素増感型太陽電池(以下、単に「セル」という)には、各セルを互いに結合させるために各セル間に形成される額縁部分に起因する受光面積の損失や、集電効率を向上させるために設けられる櫛形電極に起因する受光面積の損失を考慮して約8%を超えるエネルギー変換効率が要求される。例えば、大きさが10cm×10cm程度のセルを用いて上記のエネルギー変換効率の値を有するモジュールを構成する場合、各セルには約10%以上のエネルギー変換効率が要求される。 For example, an energy conversion efficiency of about 8% or more is required for a dye-sensitized solar cell module having a size of about 1 m × 1 m. Therefore, a dye-sensitized solar cell (hereinafter simply referred to as a “cell”), which is a structural unit of a dye-sensitized solar cell module of such a scale, is connected between cells in order to connect the cells to each other. Considering the loss of the light receiving area caused by the frame portion formed in the frame and the loss of the light receiving area caused by the comb electrode provided to improve the current collecting efficiency, an energy conversion efficiency exceeding about 8% is required. . For example, when a module having the above-mentioned value of energy conversion efficiency is configured using a cell having a size of about 10 cm × 10 cm, each cell is required to have an energy conversion efficiency of about 10% or more.
色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率は、入射光強度I0[mWcm−2]、開放電圧Voc[V]、短絡電流密度Isc[mAcm−2]、曲線因子F.F.(Fill Facter)を用いて下記式(1)で表される。
エネルギー変換効率=(Voc×Isc×F.F.)/I0…(1)
The energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell includes incident light intensity I 0 [mWcm −2 ], open-circuit voltage V oc [V], short-circuit current density I sc [mAcm −2 ], fill factor F.R. F. It is represented by the following formula (1) using (Fill Factor).
Energy conversion efficiency = (V oc × I sc × FF) / I 0 (1)
上記(1)式から明らかなように、エネルギー変換効率を向上させるためには、Voc、Isc及びF.F.を向上させればよいが、これらを改善することは容易でない。そのため、半導体電極における入射光の利用率(量子効率)を向上させることによりエネルギー変換効率を向上させるための様々な試みが行われている。 As apparent from the above equation (1), in order to improve the energy conversion efficiency, V oc , I sc and F.V. F. However, it is not easy to improve them. Therefore, various attempts have been made to improve the energy conversion efficiency by improving the utilization rate (quantum efficiency) of incident light in the semiconductor electrode.
例えば、色素を含有する半導体電極の厚み大きくすることにより入射光の光路を長くして入射光の利用率を向上させることができる。しかし、半導体電極の厚みを大きくすると半導体電極の電気抵抗の増大、電極内におけるキャリアの消失量の増大、電極内のナノ細孔中に存在する電解液中のイオン拡散抵抗が増大してしまい、エネルギー変換効率がかえって低下してしまう。そこで、半導体電極の厚みを小さくした条件(15μm以下)のもとで半導体電極における入射光の利用率を向上させるための試みが行われている。 For example, by increasing the thickness of the semiconductor electrode containing the dye, the optical path of incident light can be lengthened to improve the utilization rate of incident light. However, increasing the thickness of the semiconductor electrode increases the electrical resistance of the semiconductor electrode, increases the disappearance of carriers in the electrode, increases the ion diffusion resistance in the electrolyte present in the nanopores in the electrode, The energy conversion efficiency will decrease. Therefore, attempts have been made to improve the utilization rate of incident light in the semiconductor electrode under the condition that the thickness of the semiconductor electrode is reduced (15 μm or less).
例えば、半導体電極内に粒径の大きな半導体粒子と小さな半導体粒子を混在させて半導体電極に入射する入射光を散乱させることにより、その利用率を向上させることを意図した色素増感型太陽電池が提案されている。また、特許2664194号公報には、多結晶性金属酸化物半導体からなる厚さが20μm程度の半導体電極を用い、その表面の表面粗さ係数(roughness factor)を20より大きくすると共にその表面に色素を含有させることにより、約12%という高いエネルギー変換効率値を達成可能な色素増感型太陽電池が提案されている。 For example, a dye-sensitized solar cell intended to improve the utilization rate by scattering incident light incident on a semiconductor electrode by mixing large and small semiconductor particles in the semiconductor electrode. Proposed. In Japanese Patent No. 2664194, a semiconductor electrode made of a polycrystalline metal oxide semiconductor and having a thickness of about 20 μm is used. The surface roughness coefficient of the surface is larger than 20 and a dye is formed on the surface. A dye-sensitized solar cell that can achieve a high energy conversion efficiency value of about 12% has been proposed.
しかしながら、半導体電極内に粒径の大きな半導体粒子と小さな半導体粒子を混在させた上記従来の色素増感型太陽電池においては、大きな半導体結晶粒子による光散乱の結果、大きな半導体粒子がない場合に比べて半導体電極内を通過する光路長は長くなり光の利用率は増加するが、あくまで散乱現象を利用しているため、一部はどうしても半導体電極を通過してしまうという問題があった。また、大きな半導体結晶粒子が多くなると、色素が吸着する半導体表面の総表面積が減って光吸収率が減少し、光電変換効率の低下につながってしまうという問題があった。 However, in the conventional dye-sensitized solar cell in which a semiconductor particle having a large particle size and a small semiconductor particle are mixed in a semiconductor electrode, as a result of light scattering by a large semiconductor crystal particle, as compared with a case where there is no large semiconductor particle. Thus, the optical path length passing through the semiconductor electrode becomes longer and the light utilization rate increases, but since the scattering phenomenon is used to the last, there is a problem that some of the light passes through the semiconductor electrode. In addition, when there are many large semiconductor crystal particles, there is a problem that the total surface area of the semiconductor surface to which the dye is adsorbed is reduced, the light absorption rate is reduced, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.
また、特許2664194号公報に記載の色素増感型太陽電池は、透明導電膜上に別に集電線を設けておらず、光を吸収して励起された色素から金属酸化物半導体に注入された電子は透明導電膜によってのみ捕集され電力として取り出される。しかし、透明導電膜の導電性の限界により電池の面積が1cm×1cmよりも広くなった場合、抵抗損失が大きくなり形状因子を低下させて変換効率を低下させてしまう。従って、電池の面積が1cm×1cmよりも広くなった場合、Agなどの集電線を一定間隔に設けて抵抗損失を低減する必要がある。だだし、この場合、新たに電解液による集電線の腐食の問題が生じ、集電線の保護のための保護層の設置と同時に、電解液を集電電極を腐食しにくい成分構成に変更する必要がある。このような集電電極及び保護層の設置は電池の光電変換有効面積を減らす。また、電解液成分の変更は現状では変換効率の低下につながる。 In addition, the dye-sensitized solar cell described in Japanese Patent No. 2664194 does not have a separate current collector on the transparent conductive film, and electrons injected from the dye excited by absorbing light into the metal oxide semiconductor. Is collected only by the transparent conductive film and taken out as electric power. However, when the area of the battery is larger than 1 cm × 1 cm due to the conductivity limit of the transparent conductive film, the resistance loss increases, and the conversion factor is lowered by reducing the form factor. Therefore, when the area of the battery is larger than 1 cm × 1 cm, it is necessary to reduce the resistance loss by providing a current collecting wire such as Ag at a constant interval. However, in this case, there will be a problem of corrosion of the current collector due to the electrolytic solution. At the same time as the protective layer for protecting the current collector is installed, it is necessary to change the electrolyte to a component composition that does not corrode the current collecting electrode. There is. The installation of the current collecting electrode and the protective layer reduces the effective photoelectric conversion area of the battery. Moreover, the change of the electrolyte component leads to a decrease in conversion efficiency at present.
更に、10cm×10cmの面積を有する太陽電池を複数組み合わせてより大きな面積の太陽電池パネルを構成する場合、配線の取り出しや外装上の問題により、互いに隣接して配置されている各10cm×10cmの面積を有する太陽電池毎に光電変換に寄与しない額縁部分が形成されるので、光電変換のための有効面積は更に減少する。更に、上記の太陽電池パネルを複数組み合わせて太陽電池モジュールを構成する場合には、太陽電池パネルの間にも上記の額縁部分が形成されるので光電変換のための有効面積の損失は更に増大する。このようなことから、特許2664194号公報の技術を用いても、色素増感型太陽電池では実用レベルの変換効率の達成は非常に困難であるという問題点があった。 Further, when a solar cell panel having a larger area is configured by combining a plurality of solar cells having an area of 10 cm × 10 cm, each of the 10 cm × 10 cm arranged adjacent to each other due to a problem in wiring extraction or exterior Since a frame portion that does not contribute to photoelectric conversion is formed for each solar cell having an area, the effective area for photoelectric conversion is further reduced. Further, when a solar cell module is configured by combining a plurality of the above-described solar cell panels, the frame portion is also formed between the solar cell panels, so that the loss of the effective area for photoelectric conversion further increases. . For this reason, even if the technology of Japanese Patent No. 2664194 is used, there is a problem that it is very difficult to achieve a practical level of conversion efficiency in a dye-sensitized solar cell.
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、実用レベルの優れたエネルギー変換効率を有し、かつ安定した発電が可能な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を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell that have a practical level of energy conversion efficiency and can stably generate power. An object is to provide a battery module.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光を半導体電極に入射させるときに、電極面(受光面)の法線方向から入射させること(以下、「垂直入射」という)がエネルギー変換効率を向上させる上で有効であるということが当業者の一般的な認識であったにもかかわらず、色素増感型太陽電池においては、光を電極面の法線方向に対して30〜80°の入射角で入射させる(以下、「斜め入射」という)と、垂直入射させる場合に比較して入射光利用率が向上し、単位有効面積当たりの発電量が向上することを見出した。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors have made light incident from the normal direction of the electrode surface (light receiving surface) when entering the semiconductor electrode (hereinafter referred to as “perpendicular incidence”). In the dye-sensitized solar cell, in the dye-sensitized solar cell, light is directed in the normal direction of the electrode surface, despite the fact that it is effective in improving the energy conversion efficiency. On the other hand, when incident at an angle of incidence of 30 to 80 ° (hereinafter referred to as “oblique incidence”), the incident light utilization rate is improved and the amount of power generation per unit effective area is improved as compared to the case of vertical incidence. I found.
例えば、受光面の発電に寄与する部分の面積が50mm2であり、厚みが20μmであるTiO2半導体電極を厚みが1.1mmのガラス基板上に形成した構成の光電極と、ヨウ素系レドックス溶液からなる電解質と、上記のガラス基板と同様の形状と大きさを有するフッ素ドープSnO2コートガラス基板にPt薄膜(膜厚;3nm)を蒸着させた構成の対極CEとを有する色素増感型太陽電池100(図6に示す色素増感型太陽電池UCと同様構成を有する)について、そのエネルギー変換効率の光入射角依存性を測定した結果、図14のグラフに示す結果が得られた。なお、図14中の縦軸に示すηとは、後述の「実効的なエネルギー変換効率」を示す。図14に示す結果から明らかなように、光を電極面の法線方向に対して30〜80°の入射角で斜め入射させると、エネルギー変換効率が向上することが確認された。 For example, a photoelectrode having a structure in which a TiO 2 semiconductor electrode having an area contributing to power generation on the light receiving surface of 50 mm 2 and a thickness of 20 μm is formed on a glass substrate having a thickness of 1.1 mm, and an iodine-based redox solution And a counter electrode CE having a structure in which a Pt thin film (film thickness: 3 nm) is deposited on a fluorine-doped SnO 2 coated glass substrate having the same shape and size as the above glass substrate. Regarding the battery 100 (having the same configuration as that of the dye-sensitized solar cell UC shown in FIG. 6), the light incident angle dependency of the energy conversion efficiency was measured, and the result shown in the graph of FIG. 14 was obtained. In addition, η shown on the vertical axis in FIG. 14 indicates “effective energy conversion efficiency” described later. As is clear from the results shown in FIG. 14, it was confirmed that energy conversion efficiency was improved when light was incident obliquely at an incident angle of 30 to 80 ° with respect to the normal direction of the electrode surface.
更に、この色素増感型太陽電池100について、光を約45°の入射角で入射させた場合と法線方向から入射させた場合の電流電圧特性及びηを測定した結果を図15(a)及び(b)に示す。図15(a)は色素増感型太陽電池100の電極面の法線方向に対して光を約45°の入射角で入射させた場合の電流電圧特性及びエネルギー変換効率を示すグラフであり、図15(b)は色素増感型太陽電池100の電極面の法線方向から入射させた場合の電流電圧特性及びエネルギー変換効率を示すグラフである。ここで、測定条件は、図15(a)の電池特性の測定及び図15(b)電池特性の測定のどちらの場合も半導体電極の受光面における照射強度;4.2mW/cm2、測定温度;27.8℃とした。そして、図15(a)の電池特性の測定の場合、得られたエネルギー変換効率の最大値は4.3140%(短絡電流Isc;0.3030mA、開放端電圧Voc;0.6024V、曲線因子F.F.;0.7289)であった。一方、図15(b)の電池特性の測定の場合、得られたエネルギー変換効率の最大値は3.7080%(短絡電流Isc;0.2427mA、開放端電圧Voc;0.5880V、曲線因子F.F.;0.8875)であった。
Further, with respect to this dye-sensitized
そして、本発明者等は、上記のことが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のエネルギー変換効率の向上を図る上で極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 The inventors have found that the above is extremely effective in improving the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module, and have reached the present invention.
すなわち、本発明の色素増感型太陽電池は、半導体電極及びその受光面上に配置された透明電極を有する光電極と、対極とを有しており、半導体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増感型太陽電池であって、透明電極の受光面の法線方向から半導体電極の受光面に入射する光の入射角が30〜80°となるように、半導体電極の受光面が形成されていることを特徴とするものである。 That is, the dye-sensitized solar cell of the present invention has a semiconductor electrode and a photoelectrode having a transparent electrode disposed on the light receiving surface thereof, and a counter electrode, and the semiconductor electrode and the counter electrode are interposed via an electrolyte. A dye-sensitized solar cell disposed opposite to the light-receiving surface of the semiconductor electrode so that the incident angle of light incident on the light-receiving surface of the semiconductor electrode from the normal direction of the light-receiving surface of the transparent electrode is 30 to 80 ° A surface is formed.
このように、透明電極の受光面の法線方向から入射する光の進行方向を規準にし、透明電極の受光面に対して半導体電極の受光面を傾斜させて半導体電極の電極面に光を斜め入射させる構成とすることにより、半導体電極の厚みを薄くしても十分に長い光路を半導体電極内に確保することができる。 As described above, the light traveling direction of light incident from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode is used as a reference, and the light receiving surface of the semiconductor electrode is inclined with respect to the light receiving surface of the transparent electrode, so that the light is inclined to the electrode surface of the semiconductor electrode By adopting the structure for incidence, a sufficiently long optical path can be secured in the semiconductor electrode even if the thickness of the semiconductor electrode is reduced.
すなわち、半導体電極の厚みを薄くした場合における、(1)半導体電極内における色素の光励起と半導体への電子注入を、電気抵抗が小さくキャリアの損失量の少ない透明電極近傍の領域において効率よく行なえること、(2)光励起され半導体への電子注入を果した後の色素に対してI−/I3 −等の酸化還元種が作用する色素還元反応を、イオン拡散抵抗の小さな電解質近傍の領域において効率よく行なえること、という利点を損なうことなく半導体電極内に十分に長い光路を半導体電極内に確保することができるので、入射光の利用率を向上させ、ひいては半導体電極の単位有効面積当たりのエネルギー変換効率を向上させることができる。具体的には、垂直入射を行なう従来の色素増感型太陽電池に比較して斜め入射を行なう本発明の色素増感型太陽電池は、半導体電極の単位有効面積当たりのエネルギー変換効率を5〜50%向上させることができる。 That is, when the thickness of the semiconductor electrode is reduced, (1) photoexcitation of the dye in the semiconductor electrode and electron injection into the semiconductor can be efficiently performed in a region in the vicinity of the transparent electrode having a small electrical resistance and a small amount of carrier loss. (2) A dye reduction reaction in which a redox species such as I − / I 3 — acts on a dye after photoexcitation and electron injection into a semiconductor is performed in a region near an electrolyte having a small ion diffusion resistance. A sufficiently long optical path in the semiconductor electrode can be secured in the semiconductor electrode without losing the advantage of being able to perform efficiently, so that the utilization rate of incident light is improved, and consequently, per unit effective area of the semiconductor electrode. Energy conversion efficiency can be improved. Specifically, the dye-sensitized solar cell of the present invention performing oblique incidence as compared with a conventional dye-sensitized solar cell performing normal incidence has an energy conversion efficiency per unit effective area of the semiconductor electrode of 5 to 5. It can be improved by 50%.
上記の結果は、Si太陽電池等通常の固体pn接合太陽電池に対して光を斜めに入射させたときには得ることのできない色素増感型太陽電池の特徴である。 The above results are characteristics of a dye-sensitized solar cell that cannot be obtained when light is incident obliquely on a normal solid pn junction solar cell such as a Si solar cell.
なお、本発明において「半導体電極の有効面積」とは、半導体電極の受光面の実際の面積をS0とし、透明電極の受光面の法線方向から半導体電極の受光面に入射する光の入射角をθとすると、S0cosθで表される面積を示す。すなわち、透明電極の受光面或いは色素増感型太陽電池が設置される設置面に対して半導体電極の受光面が傾斜角θを有して傾斜している場合、半導体電極の有効面積は、実際の面積S0の正射影の面積を示す。また、本発明においては、「半導体電極の単位有効面積当たりのエネルギー変換効率」を「実効的なエネルギー変換効率」として以下の説明に記述する。 In the present invention, the “effective area of the semiconductor electrode” means that the actual area of the light receiving surface of the semiconductor electrode is S 0, and the incidence of light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode When the angle is θ, the area represented by S 0 cos θ is shown. That is, when the light receiving surface of the semiconductor electrode is inclined with an inclination angle θ with respect to the light receiving surface of the transparent electrode or the installation surface on which the dye-sensitized solar cell is installed, the effective area of the semiconductor electrode is actually It shows the orthogonal projection of the area of the area S 0 of the. In the present invention, “energy conversion efficiency per unit effective area of the semiconductor electrode” is described as “effective energy conversion efficiency” in the following description.
ここで、半導体電極の受光面に入射する光の入射角が透明電極の受光面の法線方向から測って30°未満であると、光の斜め入射によるメリットは少なく、受光面に入射光を垂直に入射させる場合と比べた単位面積当たりの光のエネルギーの減少と相殺し、「実効的なエネルギー変換効率」の向上は望めない。一方、半導体電極の受光面に入射する光の入射角が透明電極の受光面の法線方向から測って80°を超えると、以下の2つの理由により「実効的なエネルギー変換効率」の向上は望めない。すなわち、その一つの理由は、透明電極の受光面と半導体電極の受光面とが平行である場合においては、上記の入射角が80°を超えると透明電極の表面における反射が顕著になり、光が半導体電極に到達しにくくなることである。そして、もう一つの理由は透明電極には光が垂直に入射し、かつ、半導体電極には入射角が80°を超える角度で入射する場合には透明電極と半導体電極との界面での反射損失や、散乱損失が大きくなることである。そして、上記と同様の観点から透明電極の受光面の法線方向から半導体電極の受光面に入射する光の入射角は、40〜75°であることがより好ましく、50〜70°であることが更に好ましい。 Here, when the incident angle of light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode is less than 30 ° as measured from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode, there are few merits due to the oblique incidence of light, and incident light is incident on the light receiving surface. The “effective energy conversion efficiency” cannot be improved by offsetting the decrease in light energy per unit area compared with the case of vertical incidence. On the other hand, when the incident angle of the light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode exceeds 80 ° as measured from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode, the “effective energy conversion efficiency” is improved for the following two reasons. I can't hope. That is, one reason for this is that when the light receiving surface of the transparent electrode and the light receiving surface of the semiconductor electrode are parallel, if the incident angle exceeds 80 °, the reflection on the surface of the transparent electrode becomes significant. Is difficult to reach the semiconductor electrode. Another reason is that when light enters the transparent electrode perpendicularly and the semiconductor electrode is incident at an angle of incidence exceeding 80 °, the reflection loss at the interface between the transparent electrode and the semiconductor electrode. In addition, the scattering loss increases. From the same viewpoint as described above, the incident angle of light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode is more preferably 40 to 75 °, and 50 to 70 °. Is more preferable.
更に、本発明の色素増感型太陽電池の半導体電極の厚みは、5〜30μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましく、8〜13μmであることが更に好ましい。半導体電極の厚みが5μm未満となると、色素吸着量が少なくなり光を有効に吸収できなくなる傾向が大きくなる。一方、半導体電極の厚みが30μmを超えると、電気抵抗が大きくなり半導体に注入されたキャリアの損失量が多くなるとともに、イオン拡散抵抗が増大して、光励起されて半導体への電子注入を果した後の色素に対するI−からの電子注入によってI3 −の対極への搬出が阻害され、電池の出力特性が低下する傾向が大きくなる。 Furthermore, the thickness of the semiconductor electrode of the dye-sensitized solar cell of the present invention is preferably 5 to 30 μm, more preferably 5 to 15 μm, and still more preferably 8 to 13 μm. When the thickness of the semiconductor electrode is less than 5 μm, the amount of dye adsorbed decreases, and the tendency that light cannot be effectively absorbed increases. On the other hand, when the thickness of the semiconductor electrode exceeds 30 μm, the electrical resistance increases and the amount of loss of carriers injected into the semiconductor increases, and the ion diffusion resistance increases and photoexcitation causes electron injection into the semiconductor. The later injection of electrons from I − to the dye impedes the export of I 3 − to the counter electrode, and the tendency for the output characteristics of the battery to decrease increases.
また、本発明の色素増感型太陽電池は、半導体電極及びその受光面上に配置された透明電極を有する光電極と、対極とを有しており、半導体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増感型太陽電池であって、透明電極には、当該透明電極内を進行して半導体電極の受光面に入射する光の入射角が30〜80°となるように、外部から透明電極の受光面に入射する光の進行方向を変化させるライトガイド手段が形成されていることを特徴とするものである。 The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a semiconductor electrode and a photoelectrode having a transparent electrode disposed on the light receiving surface thereof, and a counter electrode, and the semiconductor electrode and the counter electrode are interposed via an electrolyte. It is a dye-sensitized solar cell arranged oppositely, and the transparent electrode has an external angle so that the incident angle of light traveling through the transparent electrode and entering the light receiving surface of the semiconductor electrode is 30 to 80 °. The light guide means for changing the traveling direction of the light incident on the light receiving surface of the transparent electrode is formed.
このように、電池の外部から透明電極の受光面に入射する光の進行方向を変化させるライトガイド手段を当該透明電極の上部に設けて、透明電極の受光面に垂直入射してくる光を半導体電極の受光面に斜め入射させる構成とすることにより、先に述べた色素増感型太陽電池と同様に、半導体電極の厚みを薄くしても十分に長い光路を半導体電極内に確保することができる。そのため、入射光の利用率を向上させ、ひいては実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。 As described above, the light guide means for changing the traveling direction of the light incident on the light receiving surface of the transparent electrode from the outside of the battery is provided on the upper portion of the transparent electrode, and the light incident perpendicularly on the light receiving surface of the transparent electrode is provided in the semiconductor. By adopting a configuration in which the light is incident obliquely on the light receiving surface of the electrode, a sufficiently long optical path can be secured in the semiconductor electrode even if the thickness of the semiconductor electrode is reduced, as in the dye-sensitized solar cell described above. it can. Therefore, the utilization factor of incident light can be improved, and consequently, the effective energy conversion efficiency can be improved.
なお、本発明の色素増感型太陽電池において、上記のようにライトガイド手段を設ける構成を有する電池の場合、上記の透明電極の受光面又は半導体電極の受光面を形成する際の基準となる「外部から透明電極の受光面に入射する光の進行方向」とは、透明電極の受光面がフラットな場合には、透明電極の受光面の法線方向を示し(例えば、後述の図4に示す面F1及び面F2を参照)、一方、透明電極の受光面がフラットでなく半導体電極の受光面がフラットな場合には、半導体電極の受光面の法線方向を示す(例えば、後述の図3に示す面F1及び面F2を参照)。更に、透明電極の受光面及び半導体電極の受光面が共にフラットでない場合には、透明電極又は半導体電極の内部にフラットな仮想的な面を仮想受光面として設け、この仮想的な受光面の法線方向を外部から入射する光の進行方向とし、これを基準として実際の透明電極の受光面又は半導体電極の受光面を設計するものとする。 In addition, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, in the case of the battery having the configuration in which the light guide means is provided as described above, it becomes a reference for forming the light receiving surface of the transparent electrode or the light receiving surface of the semiconductor electrode. “The traveling direction of light incident on the light receiving surface of the transparent electrode from the outside” indicates the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode when the light receiving surface of the transparent electrode is flat (for example, in FIG. On the other hand, when the light-receiving surface of the transparent electrode is not flat and the light-receiving surface of the semiconductor electrode is flat, the normal direction of the light-receiving surface of the semiconductor electrode is indicated (for example, a diagram to be described later) 3 (see the surface F1 and the surface F2 shown in FIG. 3). Furthermore, when the light receiving surface of the transparent electrode and the light receiving surface of the semiconductor electrode are not flat, a flat virtual surface is provided as a virtual light receiving surface inside the transparent electrode or the semiconductor electrode, and the method of this virtual light receiving surface is used. It is assumed that the linear direction is the traveling direction of light incident from the outside, and the light receiving surface of the actual transparent electrode or the light receiving surface of the semiconductor electrode is designed based on this.
更に、この場合には、ライトガイド手段から半導体電極の電極面に入射する光の入射角をより精密にかつ容易に制御するすることが可能となる。その結果、半導体電極内部に複数の集電電極(櫛形電極)が配置されている場合、これを回避するように半導体電極に侵入する入射光の進行方向を調節することができ、集電電極(櫛形電極)に起因する実効的なエネルギー変換効率の低下を招くことなく実験室レベルの規模の試験セルを実用的な規模のセルにスケールアップすることが容易に可能となる。 Furthermore, in this case, the incident angle of light incident on the electrode surface of the semiconductor electrode from the light guide means can be controlled more precisely and easily. As a result, when a plurality of current collecting electrodes (comb-shaped electrodes) are arranged inside the semiconductor electrode, the traveling direction of incident light entering the semiconductor electrode can be adjusted to avoid this, and the current collecting electrodes ( It is possible to easily scale up a laboratory scale test cell to a practical scale cell without degrading the effective energy conversion efficiency due to the comb-shaped electrode).
ただし、本発明の色素増感型太陽電池において、上記のようにライトガイド手段を設ける構成を有しており、かつ、半導体電極の受光面がフラットな場合には、前述の「半導体電極の有効面積」は実際の面積S0に一致する。従って、本発明において、このような構成の太陽電池の場合の「実効的なエネルギー変換効率」はS0cosθではなくS0当たりのエネルギー変換効率を示す。 However, in the dye-sensitized solar cell of the present invention, when the light guide means is provided as described above and the light receiving surface of the semiconductor electrode is flat, the above-mentioned “effectiveness of the semiconductor electrode” area "is equal to the actual area S 0. Therefore, in the present invention, the “effective energy conversion efficiency” in the case of the solar cell having such a configuration indicates energy conversion efficiency per S 0 instead of S 0 cos θ.
なお、上記のような場合にも、透明電極の受光面の法線方向或いは半導体電極の受光面の法線方向から半導体電極の受光面に入射する光の入射角は40〜75°であることがより好ましく、50〜70°であることが更に好ましい。また、この場合の半導体電極の厚みも、5〜30μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましく、8〜13μmであることが更に好ましい。 Even in the above case, the incident angle of light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode from the normal direction of the light receiving surface of the transparent electrode or the normal direction of the light receiving surface of the semiconductor electrode is 40 to 75 °. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 50-70 degrees. The thickness of the semiconductor electrode in this case is also preferably 5 to 30 μm, more preferably 5 to 15 μm, and still more preferably 8 to 13 μm.
また、本発明の色素増感型太陽電池は、半導体電極及びその受光面上に配置された透明電極を有する光電極と、対極とを有しており、半導体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増感型太陽電池であって、半導体電極の受光面には、複数の集電電極が設けられており、透明電極内を進行して半導体電極の受光面に入射する光の入射角が30〜80°となるように、半導体電極の受光面が形成されており、かつ、前記光が半導体電極の受光面の集電電極の形成されていない領域に選択的に照射されるように透明電極の受光面が形成されていることを特徴とする。 The dye-sensitized solar cell of the present invention includes a semiconductor electrode and a photoelectrode having a transparent electrode disposed on the light receiving surface thereof, and a counter electrode, and the semiconductor electrode and the counter electrode are interposed via an electrolyte. A dye-sensitized solar cell disposed opposite to the light-receiving surface of the semiconductor electrode, and a plurality of current collecting electrodes are provided on the light-receiving surface of the semiconductor electrode, and the light that travels through the transparent electrode and enters the light-receiving surface of the semiconductor electrode. The light receiving surface of the semiconductor electrode is formed so that the incident angle is 30 to 80 °, and the light is selectively irradiated to a region of the light receiving surface of the semiconductor electrode where the current collecting electrode is not formed. Thus, the light receiving surface of the transparent electrode is formed.
なお、上記の色素増感型太陽電池においても、上記の透明電極の受光面又は半導体電極の受光面を形成する際の基準となる「外部から透明電極の受光面に入射する光の進行方向」は、透明電極の受光面がフラットな場合には、透明電極の受光面の法線方向を示し、一方、透明電極の受光面がフラットでなく半導体電極の受光面がフラットな場合には、半導体電極の受光面の法線方向を示す。更に、透明電極の受光面及び半導体電極の受光面が共にフラットでない場合には、透明電極又は半導体電極の内部にフラットな仮想的な面を仮想受光面として設け、この仮想的な受光面の法線方向を外部から入射する光の進行方向とし、これを基準として実際の透明電極の受光面又は半導体電極の受光面を設計するものとする(後述の図9に示す仮想受光面FP1を参照)。 In the above dye-sensitized solar cell as well, the reference direction when forming the light receiving surface of the transparent electrode or the light receiving surface of the semiconductor electrode is “the traveling direction of light incident on the light receiving surface of the transparent electrode from the outside”. Indicates the normal direction of the light-receiving surface of the transparent electrode when the light-receiving surface of the transparent electrode is flat. On the other hand, when the light-receiving surface of the transparent electrode is not flat but the semiconductor electrode is flat, the semiconductor The normal direction of the light-receiving surface of an electrode is shown. Furthermore, when the light receiving surface of the transparent electrode and the light receiving surface of the semiconductor electrode are not flat, a flat virtual surface is provided as a virtual light receiving surface inside the transparent electrode or the semiconductor electrode, and the method of this virtual light receiving surface is used. The linear direction is set as the traveling direction of light incident from the outside, and the light receiving surface of the actual transparent electrode or the light receiving surface of the semiconductor electrode is designed on the basis of this (refer to a virtual light receiving surface FP1 shown in FIG. 9 described later). .
上記の条件を満たすように、半導体電極の受光面と、透明電極の受光面とをそれぞれ形成することにより、半導体電極の電極面に入射する光の入射角をより精密にかつ容易に制御することが可能となる。その結果、半導体電極内部に複数の集電電極(櫛形電極)が配置されていても、これを回避するように半導体電極に侵入する入射光の進行方向を調節することができ、集電電極(櫛形電極)に起因する実効的なエネルギー変換効率の低下を招くことなく実験室レベルの規模の試験セルを実用的な規模のセルにスケールアップすることが容易に可能となる。 By forming the light-receiving surface of the semiconductor electrode and the light-receiving surface of the transparent electrode so as to satisfy the above conditions, the incident angle of light incident on the electrode surface of the semiconductor electrode can be controlled more precisely and easily. Is possible. As a result, even if a plurality of collecting electrodes (comb-shaped electrodes) are arranged inside the semiconductor electrode, the traveling direction of incident light entering the semiconductor electrode can be adjusted so as to avoid this, and the collecting electrode ( It is possible to easily scale up a laboratory scale test cell to a practical scale cell without degrading the effective energy conversion efficiency due to the comb-shaped electrode).
なお、上記のような場合にも、半導体電極の受光面に入射する光の入射角は40〜75°であることがより好ましく、50〜70°であることが更に好ましい。また、この場合の半導体電極の厚みも、5〜30μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましく、8〜13μmであることが更に好ましい。 Even in the above case, the incident angle of light incident on the light receiving surface of the semiconductor electrode is more preferably 40 to 75 °, and still more preferably 50 to 70 °. The thickness of the semiconductor electrode in this case is also preferably 5 to 30 μm, more preferably 5 to 15 μm, and still more preferably 8 to 13 μm.
更に、本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、半導体電極及びその受光面上に配置された透明電極を有する光電極と、対極とを有しており、半導体電極と対極とが電解質を介して対向配置された色素増感型太陽電池が基台上に複数配置された色素増感型太陽電池モジュールであって、基台の設置面の法線方向から各色素増感型太陽電池に入射する光の入射角が30〜80°となるように、各色素増感型太陽電池が配置されていることを特徴とする。 Furthermore, the dye-sensitized solar cell module of the present invention includes a semiconductor electrode and a photoelectrode having a transparent electrode disposed on the light receiving surface thereof, and a counter electrode, and the semiconductor electrode and the counter electrode are interposed via an electrolyte. A plurality of dye-sensitized solar cells that are arranged opposite each other on the base, and are incident on each dye-sensitized solar cell from the normal direction of the base installation surface. Each dye-sensitized solar cell is arranged so that the incident angle of light to be 30 to 80 °.
このように、基台の設置面の法線方向からモジュールを構成する各色素増感型太陽電池に入射する光の進行方向を規準にし、各色素増感型太陽電池を傾斜させてそれぞれの半導体電極の電極面に光を斜め入射させる構成とすることにより、先に述べた色素増感型太陽電池と同様に、半導体電極の厚みを薄くしても十分に長い光路を半導体電極内に確保することができる。そのため、各色素増感型太陽電池の入射光の利用率を向上させることができ、ひいてはモジュール全体としてのエネルギー変換効率を向上させることができる。そして、この場合、色素増感型太陽電池は構造的に安定なものを作製して使用することができるので、モジュール全体として高い実効的なエネルギー変換効率の発電を安定して行なうことが可能となる。 In this way, the direction of light incident on each dye-sensitized solar cell constituting the module is defined as a standard from the normal direction of the base mounting surface, and each dye-sensitized solar cell is inclined to each semiconductor. By adopting a configuration in which light is obliquely incident on the electrode surface of the electrode, a sufficiently long optical path is ensured in the semiconductor electrode even if the thickness of the semiconductor electrode is reduced, as in the dye-sensitized solar cell described above. be able to. Therefore, the utilization factor of incident light of each dye-sensitized solar cell can be improved, and as a result, the energy conversion efficiency of the entire module can be improved. In this case, since the dye-sensitized solar cell can be produced by using a structurally stable one, the entire module can stably generate power with high effective energy conversion efficiency. Become.
更に、この場合には、一つの色素増感型太陽電池の半導体電極の受光面において反射する光を、他の色素増感型太陽電池の半導体電極の受光面に斜め入射させることも可能であるので、モジュール全体としての大きな反射防止効果を得ることが可能となる。 Further, in this case, it is also possible to make light reflected on the light receiving surface of the semiconductor electrode of one dye-sensitized solar cell obliquely enter the light receiving surface of the semiconductor electrode of another dye-sensitized solar cell. Therefore, it becomes possible to obtain a large antireflection effect as a whole module.
なお、この場合にも、基台の設置面の法線方向から各色素増感型太陽電池に入射する光の入射角は40〜75°であることがより好ましく、50〜70°であることが更に好ましい。また、半導体電極の厚みも、5〜30μmであることが好ましく、5〜15μmであることがより好ましく、8〜13μmであることが更に好ましい。 In this case as well, the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell from the normal direction of the mounting surface of the base is more preferably 40 to 75 °, and more preferably 50 to 70 °. Is more preferable. Moreover, it is preferable that the thickness of a semiconductor electrode is 5-30 micrometers, It is more preferable that it is 5-15 micrometers, It is still more preferable that it is 8-13 micrometers.
以上説明したように、本発明の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よれば、厚みの薄い半導体電極を用いても十分な入射光利用率を確実に確保することができ、スケールアップやモジュール化する場合にも受光面積の低下による入射光利用率低下を十分に低減することが容易にできる。従って、アモルファスシリコン太陽電池に匹敵する優れたエネルギー変換効率を有し、かつ安定した発電が可能な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を提供することができる。 As described above, according to the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention, a sufficient incident light utilization rate can be reliably ensured even when a thin semiconductor electrode is used. Even in the case of scale-up or modularization, it is possible to easily reduce the incident light utilization rate decrease due to the decrease in the light receiving area. Therefore, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell module that have excellent energy conversion efficiency comparable to that of an amorphous silicon solar cell and that can stably generate power.
以下、図面を参照しながら本発明の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の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第一実施形態]
図1は、本発明の色素増感型太陽電池の第一実施形態を示す模式断面図である。図1に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池10は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。この色素増感型太陽電池10は、透明電極1を透過して半導体電極2に照射される光L10によって半導体電極2内において電子を発生させる。そして、半導体電極2内において発生した電子は、透明電極1に集められて外部に取り出される。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
ここで、図1に示すように、色素増感型太陽電池10の光電極WEにおいては、透明電極1の受光面F1の法線方向から入射する光L10の進行方向を規準にした場合に、透明電極1の受光面F1の法線方向から半導体電極の受光面F2に入射する光L10の入射角θが30〜80°となるように、半導体電極2が形成されている。すなわち、半導体電極2をその断面方向からみた場合の電極の層の形状が鋸歯状になるように形成されている。また、透明電極1の半導体電極2との接触面もこの半導体電極2の形状に合わせての鋸歯状に溝が形成されている。これにより、外部から入射する光L10は受光面F2に斜め入射することになる。そして、半導体電極2の厚みを薄くしても十分に長い光路を半導体電極内に確保することができるようになる。そのため、入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。例えば、光起電力の入射角依存性からθ=45°のときには同面積の従来型の色素増感型太陽電池と比較して約1.2倍のエネルギー変換効率が得られる。また、θ=70°のときには同じ実行面積の従来型の色素増感型太陽電池と比較して約1.5倍のエネルギー変換効率が得られる。
Here, as shown in FIG. 1, in the photoelectrode WE of the dye-sensitized
なお、図1に示す色素増感型太陽電池10においては、対極CEについても電解質Eに接触する側の面F3を半導体電極2の形状に合わせての鋸歯状に溝が形成されている。これにより、図1において、鋸歯状の凹凸の周期は数ミリ程度であり、光電極WEと対極CEとの間隔は50〜100μm程度である。従って、図1の色素増感型太陽電池10は縦方向(光L10の進行方向)に引き伸ばして強調的に描かれている。実際には半導体電極2の形状に合わせて対極CEの面F3を鋸歯状にすることにより、対極CEと光電極WEは電解質Eの層を挟んで平行に配置することになり、その間に均一な平行電場を生ずることができる。もし、この対極CEの電解質E側の面F3の形状がフラットであると、光電極側では電界は凸部に集中してしまい、安定した動作ができない。
In the dye-sensitized
透明電極1の構成は特に限定されるものではなく、通常の色素増感型太陽電池に搭載される透明電極を使用できる。例えば、ガラス基板等の透明基板(図示せず)の半導体電極側に光を透過させるいわゆる透明導電膜(図2参照)をコートしたものを使用でき、例えば、フッ素ドープSnO2コートガラス、ITOコートガラス、ZnO:Alコートガラス等が使用される。また、半導体電極2の構成材料となる半導体は特に限定されるものではなく、酸化物半導体、硫化物半導体等を使用することができる。酸化物半導体としては、例えば、TiO2,ZnO,SnO2,Nb2O5,In2O3,WO3,ZrO2,La2O3,Ta2O5,SrTiO3,BaTiO3等を用いることができる。硫化物半導体としては、例えば、CdS等を用いることができる。また、上記の半導体の他に、Si,GaAs等も用いることができる。また、半導体電極2内に含有させる色素は特に限定されるものではなく、例えば、ルテニウム錯体、金属フタロシアニン等を用いることができる。
The structure of the
また、対極CEの構成材料は特に限定されるものではない。例えば、上記の透明電極1と同様の透明導電膜上にPt等の金属薄膜電極を形成し、金属薄膜電極を電解質Eの側に向けて配置させるものであってもよい。更に、電解質Eの組成も光励起され半導体への電子注入を果した後の色素を還元するための酸化還元種を含んでいれば特に限定されないが、I−/I3 −等の酸化還元種を含むヨウ素系レドックス溶液が好ましく用いられる。また、スペーサーSの構成材料は特に限定されるものではなく、例えば、シリカビーズ等を用いることができる。
In addition, the constituent material of the counter electrode CE is not particularly limited. For example, a metal thin film electrode such as Pt may be formed on the same transparent conductive film as the
次に、図1の色素増感型太陽電池10の製造方法について説明する。図2で、図1の色素増感型太陽電池10の光電極WEの製造工程の一例を示す。先ず、透明電極1は、ガラス基板等の基板4上に先に述べたフッ素ドープSnO2等の透明導電膜3をスプレーコートする等の公知の方法を用いて形成することができる。このとき、基板4の透明導電膜3を形成する側の面F4の形状は、完成後の半導体電極2の受光面F2へ入射する光の入射角θの値に合わせて断面が鋸歯状となるように形成する。基板4の面をこのような形状とする方法は特に限定されず、例えば、基板4を鋳込むことにより形成する際に使用する型の形状を合わせておいてもよく、略直方体状に形成した基板の一面を上記の形状にカットしてもよい。
Next, a method for manufacturing the dye-sensitized
次に、図2に示すように、透明電極1の透明導電膜3上にTiO2等の半導体Vsを膜状に蒸着させることにより半導体電極2を形成する。透明導電膜3上に半導体を膜状に蒸着させる方法は公知の方法を用いることができる。例えば、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着、スパッタ蒸着、クラスタイオンビーム蒸着等の物理蒸着法を用いてもよく、酸素等の反応性ガス中で金属等を蒸発させ、反応生成物を透明導電膜3上に堆積させる反応蒸着法を用いてもよい。更に、反応ガスの流れを制御する等してCVD等の化学蒸着法を用いることもできる。
Next, as shown in FIG. 2, the
なお、このとき、基板4の透明導電膜3を形成する側の面F4の法線方向に対する蒸着粒子の入射角θvsは、30°〜80°であることが好ましく、先に述べた入射角θと同じ値であることがより好ましい。これにより、面F4の透明導電膜3上に形成する半導体の電極層(蒸着膜)は、蒸着した半導体粒子が受光面F4の法線方向に対して15〜40°の傾きを有する柱状の集合体が複数隣接した構造を有するように形成される。この柱状構造を有する半導体の電極層は、当該受光面F4の法線方向から蒸着粒子を蒸着させて形成した場合の半導体の電極層に比べて表面積が大きく、色素の含有量を増大させることができるので、電池出力及びエネルギー変換効率を向上させることができる。蒸着粒子の入射角θvsが30°未満であると、蒸着における自己遮蔽効果が顕著でなくなるため明確な柱状構造が形成されにくい傾向となる。一方、蒸着粒子の入射角θvsが80°を超えると、膜が非常に疎な構造になり、機械強度が低下して使えなくなるおそれがある。
At this time, the incident angle θvs of the vapor deposition particles with respect to the normal direction of the surface F4 on the side of the
また、蒸着粒子の入射角θvsを30〜80°に調節する方法は特に限定されず、例えば、蒸着装置内において、蒸着粒子の進行方向に対して基板4を予め所定の角度に傾けて設置してもよく、蒸着粒子供給源に対して基板4を高速で相対移動させるようにしてもよく、更には、2つの蒸着粒子の供給源を設けて、面F4に対する蒸着粒子の入射方向を2方向として同時に蒸着させてもよい。また、蒸着時に、蒸着粒子の入射方向に垂直な面方向に基板或いは蒸着粒子の供給源を徐々に移動して半導体粒子を螺旋状に蒸着させ、その比表面積をより大きくしてもよい。
The method for adjusting the incident angle θvs of the vapor deposition particles to 30 to 80 ° is not particularly limited. For example, in the vapor deposition apparatus, the
次に、透明導電膜3上に半導体電極2となる半導体蒸着膜を形成した後、必要に応じてこの半導体蒸着膜に所定の温度条件のもとで熱処理を加え、相転移させてもよい。これにより、例えば、半導体蒸着膜がアモルファス相の状態で形成された場合、これを結晶化させ、アナターゼ相にすることができる。その結果、結晶化による明瞭なバンド構造の形成、半導体の結晶粒成長及びそれに伴った結晶粒間の結合性向上等により、色素から半導体への電子の注入効率が向上されるか、或いは半導体蒸着膜内における電子の移動が容易となり、エネルギー変換効率を更に向上させることができる。更に、上記の熱処理を非酸化性雰囲気において行なうと、酸素欠陥量の多い半導体蒸着膜とすることができ、半導体蒸着膜の電気伝導度が高くなりエネルギー変換効率を更に向上させることができる。
Next, after forming a semiconductor vapor deposition film to be the
次に、この半導体蒸着膜中に浸着法等の公知の方法により色素を含有させ、半導体電極2を完成させる。なお、このとき、色素の他に必要に応じて、銀等の金属やアルミナ等の金属酸化物を蒸着膜中に含有させてもよい。このようにして光電極WEを作製した後は、公知の方法により対極CEを作製し、これと光電極WEと、スペーサーSを図1に示すように組み上げて、内部に電解質Eを充填し、色素増感型太陽電池10を完成させる。
Next, a dye is contained in the semiconductor vapor deposition film by a known method such as an immersion method to complete the
[第二実施形態]
以下、図3を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第二実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図3は、本発明の色素増感型太陽電池の第二実施形態を示す模式断面図である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
図3に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池11は主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。この色素増感型太陽電池11は、透明電極1の受光面の側に設けられている光導波層5(ライトガイド手段)以外は、従来の色素増感型太陽電池と同様の構成を有している。
As shown in FIG. 3, the dye-sensitized
光導波層5は、半導体電極2の受光面F2の法線方向から当該半導体電極2の受光面F2に入射する光L11の入射角θが30〜80°となるように、光L11の進行方向を変化させる機能を有している。この光導波層5は、Agを表面にメッキした直径1mm程度の複数のガラスファイバー52から構成されている。そして、各ガラスファイバー52は、透明電極1の受光面F1上に配置される際に、半導体電極2の受光面F2の法線方向に対して傾斜(傾斜角θ5)するように配置される。このとき、この各ガラスファイバー52の受光面F2の法線方向に対する傾斜角θ5は、半導体電極2の受光面F2に斜め入射させる光L11の入射角θと一致するように調整されている。そして、光導波層5に対して透明電極1の受光面F1の法線方向から入射する光L11は、光導波層5の各ガラスファイバー52に入射すると同時にその進行方向を変化させられ、半導体電極2の受光面F2に入射する際の入射角が30〜80°となるように調節されことになる。これにより、この色素増感型太陽電池11も、図1に示した色素増感型太陽電池10と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。光導波層5を構成する各ガラスファイバー52は、例えば、公知の方法により表面にAgをメッキした後、これをバンドルして固定し、先に述べた傾斜角となるように斜めに輪切りにして作製することができる。なお、この光導波層5は、透明電極1の受光面F1上に設けられる保護ガラスを兼ねるものであってもよい。また、光導波層5に希土類元素を添加し、紫外光に対する蛍光性を持たせてもよい。更に、光導波層5の他に保護ガラス(図示せず)を別途設けてもよく、この場合には、透明電極1の受光面F1上ではなく、光導波層5上に設ける。
The
[第三実施形態]
以下、図4を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第三実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図4は、本発明の色素増感型太陽電池の第三実施形態を示す模式断面図である。
[Third embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
図4に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池12は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーS(図示せず)により光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIG. 4, the dye-sensitized
この色素増感型太陽電池12は、図3に示した色素増感型太陽電池11と異なる形状の光導波層5(ライトガイド手段)を透明電極1の受光面の側に備えていることと、色素増感型太陽電池の単セルが実用的な規模にスケールアップされた際に半導体電極2の受光面F2側に備えられる櫛形電極(集電電極)22が設けられていること以外は、図3に示した色素増感型太陽電池11と同様の構成を有している。
The dye-sensitized
図4に示すようにこの色素増感型太陽電池12の光導波層5は、透明電極1の受光面F1の側の面に平行に並ぶ複数の溝(断面が略台形)を形成し、この溝の間に形成される断面が略三角柱状の複数の凸部53を形成したものである。そして、各凸部53は光導波層5内を進行する光の進行方向を変化させる反射面F5を有する。
As shown in FIG. 4, the
光導波層5は、上記の複数の凸部53の先端が透明電極1の受光面F1に接触するようにして透明電極1上に配置される。その結果、光導波層5には透明電極1の受光面F1に対して所定の傾斜角を有する受光面F5が形成される。この反射面F5は、透明電極1の受光面F1に対する傾斜角がθ3である下部の部分領域に形成される反射面R1と透明電極1の受光面F1に対する傾斜角がθ4(>θ3)である上部の部分領域に形成される反射面R2とから構成されている。
The
また、この色素増感型太陽電池12の場合、上記の光導波層5の形状に基因し、光導波層5と透明電極1との間には、断面が略台形状の空間6が形成されている。この空間6は、全反射の観点から、真空状態或いは空気等のガスが充填されていることが好ましいが、屈折率が光導波層5の屈折率の86.6%以下の条件を満たすのであれば、例えば、有機材料等が充填されていてもよい。
In the case of the dye-sensitized
なお、図4に示す空間6の断面が台形の上底部分に対応する光導波層5の面F55は、加工上の理由から設けられるものであり、この部分の面積は小さい程好ましい。従って、理想的には光導波層5と透明電極1との間に形成される空間6はその断面が略三角形状であることが更に好ましい。
Note that the surface F55 of the
そして、図4に示すように、光導波層5の反射面F5に対して透明電極1の受光面F1の法線方向から入射する光L12は、上記の下部の部分領域に形成される反射面R1と上部の部分領域に形成される反射面R2との傾斜角の違いにより、櫛形電極22を避けつつ半導体電極2の受光面F2に対して入射角θが30〜80°となるようにその進行方向を調節されることになる。なお、この色素増感型太陽電池12においては、半導体電極2の受光面F2に入射する光の入射角θは一様でないため、図4においては、入射角θのうちの一例である入射角θ1を示す。
Then, as shown in FIG. 4, the light L12 incident from the normal direction of the light receiving surface F1 of the
これにより、この色素増感型太陽電池12は、セルを実用的な規模(例えば、100×100mm)にスケールアップしても従来の色素増感型太陽電池に発生していた櫛形電極22に起因するエネルギー変換効率の低下を招くことがなく、図1に示した色素増感型太陽電池10、図3に示した色素増感型太陽電池11と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。
Thus, the dye-sensitized
なお、図4に示した空間6の部位の屈折率は光導波層5の屈折率の86.6%以下であることが好ましい。また、透明電極1の屈折率は図4に示した空間6の部位の屈折率よりも大きいことが好ましい。
The refractive index of the
[第四実施形態]
以下、図5を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第四実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図5は、本発明の色素増感型太陽電池の第四実施形態を示す模式断面図である。
[Fourth embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
図5に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池14は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIG. 5, the dye-sensitized
この色素増感型太陽電池14は、図3に示した色素増感型太陽電池11と異なる構造を有する透明電極1(ライトガイド手段)を備えていることと、光導波層5を備えていないこと以外は、図3に示した色素増感型太陽電池11と同様の構成を有している。
The dye-sensitized
図5に示すように、この色素増感型太陽電池14のライトガイド手段は、透明電極1内に形成されている複数の反射部120である。また、各反射部120は、透明電極1内を進行する光L14の進行方向を変化させる反射面F120から形成されている。そして、この各反射部120の内部は、断面が略三角形の空間122である。この空間122は、全反射の観点から、真空状態或いは空気等のガスが充填されていることが好ましいが、屈折率が透明電極1の屈折率の86.6%以下の条件を満たすのであれば、例えば、有機材料等が充填されていてもよい。
As shown in FIG. 5, the light guide means of the dye-sensitized
そして、各反射部120の反射面F120は、半導体電極2の受光面F2に入射する光の入射角θが30〜80°となるように、半導体電極2の受光面F2の法線方向に対して所定の傾斜(傾斜角θ120)を有して形成されている。これにより、この色素増感型太陽電池14も、前述の色素増感型太陽電池10、色素増感型太陽電池11及び色素増感型太陽電池12と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。なお、図5に示した空間122の部位の屈折率は透明電極1の屈折率の86.6%以下であることが必要である。
And the reflective surface F120 of each
[第五実施形態]以下、図6を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第五実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図6は、本発明の色素増感型太陽電池の第五実施形態を示す模式断面図である。 [Fifth Embodiment] Hereinafter, a fifth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
図6に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池15は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIG. 6, the dye-sensitized
この色素増感型太陽電池15は、図3に示した色素増感型太陽電池11と異なる構造を有する透明電極1(ライトガイド手段)を備えていることと、光導波層5を備えていないこと以外は、図3に示した色素増感型太陽電池11と同様の構成を有している。
The dye-sensitized
図6に示すように、この色素増感型太陽電池15のライトガイド手段は、透明電極1の受光面F1上に形成されている複数の凸部140である。この各凸部140は、半導体電極2の受光面F2の法線方向から入射する光L15の進行方向を変化させる反射面F140を有している。
As shown in FIG. 6, the light guide means of the dye-sensitized
そして、各凸部140の反射面F140は、半導体電極2の受光面F2に入射する光の入射角θが30〜80°となるように、半導体電極2の受光面F2の法線方向に対して所定の傾斜(傾斜角θ140)を有して形成されている。これにより、この色素増感型太陽電池15も、前述の色素増感型太陽電池10、色素増感型太陽電池11、色素増感型太陽電池12及び色素増感型太陽電池14と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。なお、色素増感型太陽電池15において、透明電極1の屈折率は空気よりも大きく半導体電極2よりも小さいことが必要である。
And the reflective surface F140 of each
[第六実施形態]以下、図7及び図8を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第六実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図7は、本発明の色素増感型太陽電池の第五実施形態を示す模式断面図である。また、図8は、図7に示す領域Rの拡大図である。 [Sixth Embodiment] The sixth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a fifth embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention. FIG. 8 is an enlarged view of the region R shown in FIG.
図7及び図8に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池16は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the dye-sensitized
この色素増感型太陽電池16は、図3に示した色素増感型太陽電池11と異なる構造を有する透明電極1(ライトガイド手段)を備えていることと、光導波層5を備えていないこと以外は、図3に示した色素増感型太陽電池11と同様の構成を有している。
The dye-sensitized
図7及び図8に示すように、この色素増感型太陽電池16のライトガイド手段は、透明電極1の受光面F1上に形成されている複数の回折縞160である。この回折縞160は、透明電極1の屈折率よりも高い屈折率を有する透明物質から構成されており、半導体電極2の受光面F2に入射する光の入射角が30〜80°となるように、半導体電極2の受光面F2の法線方向から入射する光L16を所定の角度で回折させる。上記の透明電極1の屈折率よりも高い屈折率を有する透明物質としては、例えば、Ta2O5等が挙げられる。なお、図7に示すように、この色素増感型太陽電池16の場合、各回折縞160により回折された光L16の0次回折光L160以外の回折光が、半導体電極2の受光面F2に対して30〜80°の入射角で入射する。例えば、図7においては、半導体電極2の受光面F2の法線方向から入射する光L16の1次回折光L161と2次回折光L162とが半導体電極2の受光面F2に対して30〜80°の範囲の入射角θ161及びθ162でそれぞれ入射している状態を示している。
As shown in FIGS. 7 and 8, the light guide means of the dye-sensitized
これにより、この色素増感型太陽電池16も、前述の色素増感型太陽電池10、色素増感型太陽電池11、色素増感型太陽電池12、色素増感型太陽電池14及び色素増感型太陽電池15と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。なお、色素増感型太陽電池16において、回折縞160の構成材料となる透明物質としては、屈折率が2.0以上の物質が好ましい。
Thereby, this dye-sensitized
[第七実施形態]以下、図9を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池の第七実施形態について説明する。なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図9は、本発明の色素増感型太陽電池の第七実施形態を示す模式断面図である。 [Seventh Embodiment] Hereinafter, a seventh embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding 1st embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a seventh embodiment of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
図9に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池17は、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に配置された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIG. 9, the dye-sensitized
この色素増感型太陽電池17は、図1に示した色素増感型太陽電池10と異なる形状の透明電極1を備えていることと、色素増感型太陽電池の単セルが実用的な規模にスケールアップされた際に半導体電極2の受光面F2側に備えられる櫛形電極(集電電極)22が設けられていること以外は、図1に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有している。
The dye-sensitized
図9に示すように、この色素増感型太陽電池17は、透明電極1内を進行して半導体電極2の受光面F2に入射する光の入射角θが30〜80°となるように、半導体電極2の受光面F2が形成されており、かつ、光が半導体電極2の受光面F2の集電電極22の形成されていない領域に選択的に照射されるように透明電極1の受光面F1が形成されている。
As shown in FIG. 9, the dye-sensitized
すなわち、図1に示した色素増感型太陽電池17の半導体電極2と同様に、図9に示す半導体電極2は、断面方向からみた場合の電極の層の形状が鋸歯状になるように形成されている。また、図1に示した色素増感型太陽電池17の透明電極1と同様に、図9に示す透明電極1の半導体電極2との接触面も半導体電極2の形状に合わせての鋸歯状に溝が形成されている。そして、図9に示す透明電極1の受光面F1は、複数の凸レンズ状の凸部170を有している。各凸部170の曲率半径は、光が半導体電極2の受光面F2の集電電極22の形成されていない領域に選択的に照射されるように設定されている。
That is, like the
なお、この色素増感型太陽電池17の場合、透明電極1の受光面F1及び半導体電極2の受光面F2が共にフラットでないので、透明電極1又は半導体電極2の内部にフラットな仮想的な面を仮想受光面FP1として設け、この仮想受光面FP1の法線方向を外部から入射する光の進行方向とし、これを基準として実際の透明電極1の受光面F1又は半導体電極2の受光面F2が設計されている。なおこの場合には、透明電極1の内部に仮想受光面FP1を設けた場合を示している。
In the case of the dye-sensitized
これにより、この色素増感型太陽電池17も、前述の色素増感型太陽電池10、色素増感型太陽電池11、色素増感型太陽電池12及び色素増感型太陽電池14と同様に入射光の利用率を向上させ、実効的なエネルギー変換効率を向上させることができる。なお、色素増感型太陽電池17において、透明電極1の屈折率は1.4以上であることが好ましい。
Accordingly, the dye-sensitized
[色素増感型太陽電池モジュールの実施形態]
以下、図10及び図11を参照しながら本発明の色素増感型太陽電池モジュールの好適な一実施形態について説明する。なお、上述した本発明の色素増感型太陽電池の実施形態に関して説明した要素と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図10は、本発明の色素増感型太陽電池モジュールの好適な一実施形態を示す模式断面図であり、図11は、図10に示す色素増感型太陽電池モジュールを構成している色素増感型太陽電池の模式断面図である。
[Embodiment of dye-sensitized solar cell module]
Hereinafter, a preferred embodiment of the dye-sensitized solar cell module of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element same as the element demonstrated regarding embodiment of the dye-sensitized solar cell of this invention mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment of the dye-sensitized solar cell module of the present invention, and FIG. 11 shows the dye sensitization constituting the dye-sensitized solar cell module shown in FIG. It is a schematic cross section of a sensitive solar cell.
図10に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池モジュール13は、主として複数の色素増感型太陽電池UCと、複数の色素増感型太陽電池UCを設置するための基台7と、スペーサーSと、強化ガラス板9から構成されている。また、図11に示すように、各色素増感型太陽電池UCは従来と同様の構造を有しており、主として厚みが5〜30μmである半導体電極2とその受光面F2上に形成された透明電極1とを有する光電極WEと、対極CEと、スペーサーSにより光電極WEと対極CEとの間に形成される間隙に充填された電解質Eとから構成されている。
As shown in FIG. 10, the dye-sensitized
各色素増感型太陽電池UCは、その受光面FUCに対して基台7の設置面F7の法線方向から入射する光の入射角θが30〜80°となるように基台7上に配置されている。これにより、各色素増感型太陽電池UCの入射光の利用率が向上するので、モジュール全体としての実効的なエネルギー変換効率を従来の色素増感型太陽電池モジュールに対して向上させることができる。更に、この場合には、一つの色素増感型太陽電池UCの半導体電極2の受光面F2において反射する光を、他の色素増感型太陽電池UCの半導体電極2の受光面F2に斜め入射させるように調節ことも可能であるので、モジュール全体としての大きな反射防止効果を得ることが可能となる。
Each dye-sensitized solar cell UC comprises an
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記の本発明の実施形態の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おいては、太陽光を光源とする場合について説明したが、本発明の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はこれに限定されるものではなく、例えば、光源として紫外光を用いてもよい。この場合には、半導体電極などに紫外光に対する蛍光性を高める添加物を付与するなどしてよい。例えば、実施例2の色素増感型太陽電池11においては光導波層5内に希土類元素を添加するなどの処理を施してもよい。
For example, in the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the above-described embodiment of the present invention, the case where sunlight is used as the light source has been described, but the dye-sensitized solar cell and the dye of the present invention are described. The sensitized solar cell module is not limited to this. For example, ultraviolet light may be used as the light source. In this case, an additive that enhances fluorescence with respect to ultraviolet light may be added to the semiconductor electrode or the like. For example, in the dye-sensitized
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の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ついて更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例の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の構成要素について、前述の実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付して説明する。 Hereinafter, the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, about the component of the dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module of a following example and a comparative example, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the part which is the same as that of the above-mentioned embodiment.
なお、以下に示す実施例及び比較例の色素増感型太陽電池の中で、図3に示した光導波層5(ライトガイド手段)を設けた構成を有しており、かつ、半導体電極2の受光面F2がフラットな構成を有するものについては、前述したように、「実効的なエネルギー変換効率」はS0cosθではなくS0当たりのエネルギー変換効率を示す。したがって、表1のS0cosθの欄には「−」と記載する。
In addition, in the dye-sensitized solar cells of the following examples and comparative examples, the optical waveguide layer 5 (light guide means) shown in FIG. 3 is provided, and the
(実施例1)
図1に示した色素増感型太陽電池10と同様の構成を有する50×50mmのスケールの色素増感型太陽電池を以下に説明するようにして作製した。
Example 1
A 50 × 50 mm scale dye-sensitized solar cell having the same configuration as the dye-sensitized
先ず、透明電極1の基板4として上記の半導体電極2の層の鋸歯部分の形状と同様の鋸歯状の面を有するガラス基板を鋳込むことにより作製した。次に、このガラス基板に透明導電膜3としてフッ素ドープSnO2を膜厚が800nmとなるようにスプレーコートし、更に、これに熱処理を500℃の条件の下で行った。
First, a glass substrate having a sawtooth surface similar to the shape of the sawtooth portion of the layer of the
次に、この透明電極1の鋸歯状の面に対して、先に色素増感型太陽電池10の説明において述べた方向からTiO2を電子ビーム蒸着法により蒸着し、受光面F2の実際の面積;140×48mm、層厚;7μm、層の鋸歯部分の一辺の長さ;5mm、鋸歯部分の傾斜角度θs;70°(受光面F2への光の入射角θ;70°)の半導体電極2を作製した。なお、蒸着装置は、日本真空技術社製のEBV−6D型高真空蒸着装置を使用した。また、蒸着源としては、高純度純度化学研究所製のTiO2(ルチル,純度;99.99%)を用いた。蒸着条件は、蒸着面の実効的な大きさ;47.9×48.0mm、蒸着速度;1.4nm/s、基板温度;205℃、蒸着開始前の蒸着装置の容器内の真空度;1×10−3Pa、蒸着時の蒸着装置の容器内の真空度;1×10−3Paとした。
Next, TiO 2 is deposited on the sawtooth surface of the
次に、蒸着装置の容器内の温度を60℃から10℃/minの昇温速度で400℃にまで昇温し、この温度で30分間保持し、透明電極1上に成膜されたTiO2の半導体電極2に対してアニール処理を行なった。これにより、透明電極1上に成膜されたTiO2のアモルファス相をアナターゼ相に結晶化させた。なお、成膜されたTiO2のアモルファス相が上記のアニール処理によりアナターゼ相に結晶化することは、X線回折により予め確認した。
Next, the temperature in the container of the vapor deposition apparatus is increased from 60 ° C. to 400 ° C. at a temperature increase rate of 10 ° C./min, held at this temperature for 30 minutes, and TiO 2 deposited on the
次に、以下のようにして作製したTiO2の半導体電極2の表面に色素を吸着させた。先ず、マグネシウムエトキシドで脱水した無水エタノールを溶媒としてこれにルテニウム錯体[cis−Di(thiocyanato)−N,N'−bis(2,2'−bipyridyl−4,4'dicarboxylic acid)−ruthenium(II)]を、その濃度が2.85×10−4mol/Lとなるように溶解し、ルテニウム錯体溶液を調製した。次いで、この溶液に半導体電極2を24時間浸漬した。これにより、半導体電極2に色素となるルテニウム錯体が約1.0×10−7mol/cm2吸着した。次に、開放電圧Vocを向上させるために、ルテニウム錯体吸着後の半導体電極2をアセトニトリル溶液に15分浸漬した後、25℃に保持した窒素気流中において乾燥させ、光電極WEを完成させた。
Next, the dye was adsorbed on the surface of the TiO 2 semiconductor electrode 2 produced as follows. First, anhydrous ethanol dehydrated with magnesium ethoxide is used as a solvent, and a ruthenium complex [cis-Di (thiocyanato) -N, N'-bis (2,2'-bipyridyl-4,4'dicboxylic acid) -ruthenium (II )] Was dissolved so that the concentration was 2.85 × 10 −4 mol / L to prepare a ruthenium complex solution. Next, the
一方、対極CEは、透明電極1と同様の形状と大きさを有するフッ素ドープSnO2コートガラス基板にPt薄膜(膜厚;3nm)を蒸着させた電極を用いた。また、電解質Eとしては、炭酸エチレン;21.14gとアセトニトリル;4.0mLとの混合溶液に、ヨウ化テトラ−n−プロピルアンモニウム(Tetra−n−propylammonium Iodie);3.13gと、ヨウ素;0.18gを溶解させたヨウ素系レドックス溶液を調製した。更に、半導体電極2の大きさに合わせた形状を有するデュポン社製のスペーサーS(商品名:「ハイミラン」)を準備し、図1に示すように、光電極WEと対極CEとスペーサーSを介して対向させ、内部に上記の電解質Eを充填して色素増感型太陽電池を完成させた。
On the other hand, the counter electrode CE was an electrode obtained by depositing a Pt thin film (film thickness: 3 nm) on a fluorine-doped SnO 2 coated glass substrate having the same shape and size as the
(実施例2)
鋸歯部分の傾斜角度θs;45°(受光面F2への光の入射角θ;45°)の半導体電極2を作製した以外は、実施例1と同様の色素増感型太陽電池を実施例1と同様の製法により作製した。
(Example 2)
Example 1 A dye-sensitized solar cell similar to Example 1 except that the
(実施例3)
鋸歯部分の傾斜角度θs;30°(受光面F2への光の入射角θ;30°)の半導体電極2を作製した以外は、実施例1と同様の色素増感型太陽電池を実施例1と同様の製法により作製した。
(Example 3)
Example 1 A dye-sensitized solar cell similar to Example 1 except that the
(比較例1)
光電極WEと対極CEの形状が図11に示した従来の色素増感型太陽電池と同様(受光面F2への光の入射角θ;0°)である以外は、実施例1と同様の色素増感型太陽電池を実施例1と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 1)
Except that the shape of the photoelectrode WE and the counter electrode CE is the same as that of the conventional dye-sensitized solar cell shown in FIG. A dye-sensitized solar cell was produced by the same production method as in Example 1.
(比較例2)
鋸歯部分の傾斜角度θs;20°(受光面F2への光の入射角θ;20°)の半導体電極2を作製した以外は、実施例1と同様の色素増感型太陽電池を実施例1と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 2)
Example 1 A dye-sensitized solar cell similar to Example 1 except that the
(実施例4)
図3に示した構成を有し、実施例1と同様の大きさを有する色素増感型太陽電池(受光面F2の実際の面積S0;48×48mm、層厚;7μm)を作製した。この色素増感型太陽電池は、透明電極1の受光面F1上に設けられる光導波層5(透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;70°、受光面F2への光の入射角θ;70°)以外の構成要素は、光電極WEと対極CEの形状が図11に示した従来の色素増感型太陽電池と同様であり、実施例1と同様の製法により作製した。
Example 4
A dye-sensitized solar cell having the configuration shown in FIG. 3 and the same size as in Example 1 (actual area S 0 of light-receiving surface F2; 48 × 48 mm, layer thickness: 7 μm) was produced. This dye-sensitized solar cell has an optical waveguide layer 5 (inclination angle θ5 with respect to the light receiving surface F1 of the
光導波層5を構成する複数のガラスファイバーとしては、直径1mmのガラスファイバーを用いた。このガラスファイバーの表面にAgをメッキして、これをバンドルして固定した後に、上記の傾斜角θに合わせて斜めに輪切りにし、長さ5mmとした。このようにして作製した複数のガラスファイバーをガラス接着剤により透明電極1の受光面に配置した。
As the plurality of glass fibers constituting the
(実施例5)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;45°、受光面F2への光の入射角θ;45°とした光導波層5を作製した以外は、実施例4と同様の色素増感型太陽電池を実施例4と同様の製法により作製した。
(Example 5)
The same dye-sensitized type as in Example 4 except that the
(実施例6)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;30°、受光面F2への光の入射角θ;30°とした光導波層5を作製した以外は、実施例4と同様の色素増感型太陽電池を実施例4と同様の製法により作製した。
(Example 6)
The same dye-sensitized type as in Example 4 except that the
(実施例7)
光導波層5に希土類元素(サマリウム)を0.2mol%添加し、紫外光に対する蛍光性を向上させた以外は、実施例4と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を実施例4と同様の製法により作製した。
(Example 7)
A dye-sensitized solar cell having the same configuration as in Example 4 except that 0.2 mol% of rare earth element (samarium) is added to the
(比較例3)
比較例1の色素増感型太陽電池の透明電極1の受光面F1付近に希土類元素(サマリウム)を0.2mol%添加し、紫外光に対する蛍光性を向上させた以外は、比較例1と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を実施例1と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 3)
Comparative Example 1 is the same as Comparative Example 1 except that 0.2 mol% of a rare earth element (samarium) is added in the vicinity of the light-receiving surface F1 of the
(実施例8)
市販のTiO2粒子(平均粒径;30nm)とスクリーン印刷用に調合したペーストを、スクリーン印刷機を用いてスクリーン印刷した後、400℃の温度条件のもとで、30分の熱処理を行なうことにより、透明電極1上に膜厚が20μm、受光面の実際の面積S0;73.47mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例4と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 8)
Screen printing of commercially available TiO 2 particles (average particle size; 30 nm) and paste prepared for screen printing using a screen printer, followed by heat treatment for 30 minutes under a temperature condition of 400 ° C. Thus, a dye-sensitized solar cell having the same configuration as in Example 4 except that a semiconductor electrode having a film thickness of 20 μm and an actual area S 0 of the light receiving surface of 73.47 mm 2 is used on the
(実施例9)
市販のTiO2粒子(平均粒径;30nm)とスクリーン印刷用に調合したペーストを、スクリーン印刷機を用いてスクリーン印刷した後、400℃の温度条件のもとで、30分の熱処理を行なうことにより、透明電極1上に膜厚が20μm、受光面の実際の面積S0;73.47mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例5と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を作製した。
Example 9
Screen printing of commercially available TiO 2 particles (average particle size; 30 nm) and paste prepared for screen printing using a screen printer, followed by heat treatment for 30 minutes under a temperature condition of 400 ° C. Thus, a dye-sensitized solar cell having the same configuration as that of Example 5 except that a semiconductor electrode having a film thickness of 20 μm and an actual area S 0 of the light receiving surface of 73.47 mm 2 was used on the
(実施例10)
市販のTiO2粒子(平均粒径;30nm)とスクリーン印刷用に調合したペーストを、スクリーン印刷機を用いてスクリーン印刷した後、400℃の温度条件のもとで、30分の熱処理を行なうことにより、透明電極1上に膜厚が20μm、受光面の実際の面積S0;73.47mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例6と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を作製した。
(Example 10)
Screen printing of commercially available TiO 2 particles (average particle size; 30 nm) and paste prepared for screen printing using a screen printer, followed by heat treatment for 30 minutes under a temperature condition of 400 ° C. Thus, a dye-sensitized solar cell having the same configuration as in Example 6 except that a semiconductor electrode having a film thickness of 20 μm and an actual area S 0 of the light receiving surface of 73.47 mm 2 is used on the
(比較例4)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;0°、受光面F2への光の入射角θ;0°とした光導波層5を作製した以外は、実施例8と同様の色素増感型太陽電池を実施例8と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 4)
The same dye-sensitized type as in Example 8 except that the
(比較例5)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;20°、受光面F2への光の入射角θ;20°とした光導波層5を作製した以外は、実施例9と同様の色素増感型太陽電池を実施例9と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 5)
The same dye-sensitized type as in Example 9 except that the
(比較例6)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;85°、受光面F2への光の入射角θ;85°とした光導波層5を作製した以外は、実施例10と同様の色素増感型太陽電池を実施例10と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 6)
The same dye-sensitized type as in Example 10 except that the
(実施例11)
市販の2種類のTiO2粒子(平均粒径;200nm,25nm)をテープキャストすることにより透明電極1上に膜厚が10μm、受光面の実際の面積S0;71.1mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例4と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を実施例4と同様の製法により作製した。
(Example 11)
By tape-casting two types of commercially available TiO 2 particles (average particle size: 200 nm, 25 nm), a semiconductor electrode having a film thickness of 10 μm and an actual area S 0 of the light receiving surface of 71.1 mm 2 is formed on the
なお、上記のTiO2粒子のテープキャストは以下の手順に従って行った。すなわち、先ず、TiO2粒子の粉末をイオン交換水及びキレート剤と共にアルミナ乳鉢中で混練した。次に、アルミナ乳鉢中にイオン交換水と界面活性剤とを加えて撹拌することにより混合し、TiO2粒子を含有するスラリーを調製した。次に、透明電極1上に10mmの間隔をあけてスコッチテープを貼った。次に、このテープの間に形成された溝にスラリーを滴下した。次に、ガラス棒を使用してのばすことにより、滴下したスラリーをテープの間に形成された溝の全域に展開した。次に、このスラリーを室温で約1日乾燥させた後、透明電極1上のスコッチテープを除去した。次に、空気気流中、450℃、30分の条件のもとでこのスラリーに熱処理を行った。
Incidentally, the tape-casting of the above TiO 2 particles was performed according to the following procedure. That is, first, the powder of TiO 2 particles was kneaded in an alumina mortar together with ion exchange water and a chelating agent. Next, ion-exchanged water and a surfactant were added to an alumina mortar and mixed by stirring to prepare a slurry containing TiO 2 particles. Next, a scotch tape was applied on the
(実施例12)
オートクレーブ法で合成した2種類のTiO2粒子(平均粒径;220nm,30nm)を実施例11と同様にしてテープキャストすることにより透明電極1上に膜厚が10μm、受光面の実際の面積S0;71.1mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例5と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を実施例5と同様の製法により作製した。
(Example 12)
Two types of TiO 2 particles (average particle size; 220 nm, 30 nm) synthesized by the autoclave method are tape-cast in the same manner as in Example 11 so that the film thickness is 10 μm on the
(実施例13)
オートクレーブ法で合成した2種類のTiO2粒子(平均粒径;220nm,30nm)を実施例11と同様にしてテープキャストすることにより透明電極1上に膜厚が10μm、受光面の実際の面積S0;71.1mm2の半導体電極を用いた以外は、実施例6と同様の構成を有する色素増感型太陽電池を実施例6と同様の製法により作製した。
(Example 13)
Two types of TiO 2 particles (average particle size; 220 nm, 30 nm) synthesized by the autoclave method are tape-cast in the same manner as in Example 11 so that the film thickness is 10 μm on the
(比較例7)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;0°、受光面F2への光の入射角θ;0°とした光導波層5を作製した以外は、実施例11と同様の色素増感型太陽電池を実施例11と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 7)
The same dye-sensitized type as in Example 11 except that the
(比較例8)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;20°、受光面F2への光の入射角θ;20°とした光導波層5を作製した以外は、実施例12と同様の色素増感型太陽電池を実施例12と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 8)
The same dye-sensitized type as in Example 12 except that the
(比較例9)
透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ5;85°、受光面F2への光の入射角θ;85°とした光導波層5を作製した以外は、実施例13と同様の色素増感型太陽電池を実施例13と同様の製法により作製した。
(Comparative Example 9)
The same dye-sensitized type as in Example 13 except that the
(実施例14)
図10に示した構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを作製した。この色素増感型太陽電池モジュールは、図11に示した構成を有し、かつ実施例1の色素増感型太陽電池と同様の大きさを有する色素増感型太陽電池UC(受光面F2の実際の面積;48×48mm、層厚;7μm、基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角;70°)を290個用いて作製した。
(Example 14)
A dye-sensitized solar cell module having the configuration shown in FIG. 10 was produced. This dye-sensitized solar cell module has the configuration shown in FIG. 11 and has the same size as that of the dye-sensitized solar cell of Example 1, the dye-sensitized solar cell UC (of the light receiving surface F2). Actual area: 48 × 48 mm, layer thickness: 7 μm, manufactured using 290 light incident angles of 70 ° to each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
各色素増感型太陽電池UCは、図10の正面からみたときの左右方向に29枚、奥行き方向に10枚となるように基台7上に配置した。また、基台7の外縁部にはテフロン(登録商標)製のスペーサーSを配置し、基台7上に配置した各色素増感型太陽電池UCの受光面側には、各色素増感型太陽電池UCを全体を覆う旭硝子社製の強化ガラス板9を配置した。
Each dye-sensitized solar cell UC was arranged on the
(実施例15)
基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角を45°とした以外は実施例14と同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Example 15)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as in Example 14 except that the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
(実施例16)
基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角を30°とした以外は実施例14と同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Example 16)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as in Example 14 except that the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
(比較例10)
基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角を0°とした以外は実施例14と同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュール、すなわち従来の構造の色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Comparative Example 10)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as in Example 14 except that the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
(比較例11)
基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角を20°とした以外は実施例14と同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Comparative Example 11)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as in Example 14 except that the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
(比較例12)
基台7の設置面F7の法線方向から各色素増感型太陽電池UCに入射する光の入射角を85°とした以外は実施例14と同様の構成を有する色素増感型太陽電池モジュールを作製した。
(Comparative Example 12)
A dye-sensitized solar cell module having the same configuration as in Example 14 except that the incident angle of light incident on each dye-sensitized solar cell UC from the normal direction of the installation surface F7 of the
[電池特性試験]
実施例1〜実施例16、比較例1〜比較例12の色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池のモジュールの実効的なエネルギー変換効率ηを測定した。電池特性試験は、ソーラーシミュレータ(ワコム電創社製、WXS−85)を用いて較正した大型ソーラーシミュレータを用い、1000W/m2の疑似太陽光を照射し、I−Vテスターを用いて電流−電圧特性を測定し、開放電圧、短絡電流、及び実効的なエネルギー変換効率を求めた。その結果を表1に示す。
[Battery characteristics test]
Effective energy conversion efficiencies η of the modules of the dye-sensitized solar cells and the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 12 were measured. The battery characteristic test was performed using a large solar simulator calibrated using a solar simulator (WXS-85 manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.), irradiating 1000 W / m 2 of pseudo-sunlight, and using an IV tester. Voltage characteristics were measured to determine the open circuit voltage, short circuit current, and effective energy conversion efficiency. The results are shown in Table 1.
表1に示した結果から明らかなように、実施例1〜実施例16の色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池のモジュールの実効的なエネルギー変換効率ηは、それぞれに対応する比較例1〜比較例12の色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池のモジュールの実効的なエネルギー変換効率ηよりも高い値を示した。例えば、比較例1の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率に比較して、実施例1の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率は25%向上し、実施例5の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率は20%向上した。 As is clear from the results shown in Table 1, the effective energy conversion efficiencies η of the modules of the dye-sensitized solar cells and the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 16 are the corresponding comparisons. The values higher than the effective energy conversion efficiency η of the modules of the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell of Example 1 to Comparative Example 12 were shown. For example, compared to the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell of Comparative Example 1, the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell of Example 1 is improved by 25%, and the dye-sensitized solar cell of Example 5 is improved. The energy conversion efficiency of the battery was improved by 20%.
更に、比較例10の色素増感型太陽電池モジュールの実効的なエネルギー変換効率ηに比較して実施例15の色素増感型太陽電池の実効的なエネルギー変換効率ηは20%向上し、実施例14の色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率は25%向上した。 Furthermore, compared with the effective energy conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cell module of Comparative Example 10, the effective energy conversion efficiency η of the dye-sensitized solar cell of Example 15 is improved by 20%. The energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell of Example 14 was improved by 25%.
これらの結果から明らかな通り、本発明の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が、太陽電池のエネルギー変換効率の向上を図る上で極めて有効であることが確認された。なお、色素増感型太陽電池のエネルギー変換効率の絶対値は、本発明の構成とは独立に、電解液の組成や、色素の種類によって変化するが、その場合でも本発明は常にその場合の現状のエネルギー変換効率を向上させることができる。すなわち、本発明の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よれば、普遍的なエネルギー変換効率の向上効果を得ることができる。 As is clear from these results, it was confirmed that the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention are extremely effective in improving the energy conversion efficiency of the solar cell. The absolute value of the energy conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell varies depending on the composition of the electrolytic solution and the type of the dye, independently of the configuration of the present invention. The current energy conversion efficiency can be improved. That is, according to the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module of the present invention, a universal energy conversion efficiency improvement effect can be obtained.
(実施例17)
図12(a)〜(c)に示す形状の光導波層5aを備えること以外は図4に示した色素増感型太陽電池12と同様の構成を有する100×100mmのスケールの色素増感型太陽電池(受光面F2の実際の面積S0;96×96mm、厚み;22mm)を実施例1と同様の手順により作製した。
(Example 17)
A dye-sensitized 100 × 100 mm scale having the same configuration as that of the dye-sensitized
なお、図12(a)はこの色素増感型太陽電池に備えられる光導波層5aの別の断面図であり、図12(b)は図12(a)に示す光導波層5aを光電極WEの側からみた場合の正面図であり、図12(c)は図12(a)に示す光導波層5aの部分領域PR1の拡大図である。
12A is another cross-sectional view of the
図12(a)〜(c)に示す光導波層5a(幅W5a;100mm,奥行きY;100mm,厚み;4mm)には、先に述べたように透明電極1の受光面F1に対して所定の傾斜角を有する反射面F5aを形成し、この場合、透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ3は59°±0.5°とし、下部の部分領域に形成される反射面R1と透明電極1の受光面F1に対する傾斜角θ4は63°±0.5°とした。
In the
この光導波層5aは、色素増感型太陽電池を構成するガラス(透明電極1)の厚みが1.1mm、その屈折率が1.52であり、櫛形電極22の幅が0.5mm、各櫛形電極22間距離が12mmの構成の場合に対して、櫛形電極22に起因する光量の遮蔽損失が無いように設計したものである。
In this
図13に、この光導波層5aに垂直入射光を入射させた場合の光線追跡の結果を図13(a)に光導波層5aの断面図で示す。なお、図13(b)は(a)に示すコート層の部分領域PR2の拡大図である。また、先に述べた電池特性試験と同様にしてこの色素増感型太陽電池の実効的なエネルギー変換効率を求めたところ、6.2%であった。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the
(比較例13)
図12に示した光導波層5aを備えていないこと以外は上記の実施例17の色素増感型太陽電池と同様の構成を有する従来の色素増感型太陽電池を作製し、そのエネルギー変換効率を求めたところ、5.1%であった。
(Comparative Example 13)
A conventional dye-sensitized solar cell having the same configuration as that of the dye-sensitized solar cell of Example 17 except that the
1…透明電極、2…半導体電極、3…透明導電膜、4…基板、5…コート層、6…空間、7…基台、9…強化ガラス板、10,11,12,14,15,16,17…色素増感型太陽電池、13…色素増感型太陽電池モジュール、22…櫛形電極(集電電極)、52…ガラスファイバー、53…凸部、100…色素増感型太陽電池、120…反射部、122…空間、140…凸部、160…回折縞、170…凸部、CE…対極、E…電解質、F1,F2,F3…受光面、F5,F5a…反射面、F7…設置面、FUC…受光面、F55…光導波層5の面、F120,F140…反射面、FP1…仮想受光面、L10,L11,L12,L14,L15,L16,L17…光、L161,L162…回折光、PR1,PR2…光導波層5aの部分領域、R1,R2…反射面F5又はF5aの部分領域に形成される反射面、S…スペーサー、UC…色素増感型太陽電池、WE…光電極、θ,θ1,θ161,θ162…入射角、θ3,θ4,θ120,θ140…傾斜角。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記透明電極の受光面の法線方向から前記半導体電極の前記受光面に入射する光の入射角が30〜80°となるように、前記半導体電極の前記受光面が形成されており、
前記半導体電極の前記受光面が前記透明電極と前記半導体電極との界面であることを特徴とする色素増感型太陽電池。
A dye-sensitized solar cell having a semiconductor electrode and a photoelectrode having a transparent electrode disposed on a light receiving surface thereof, and a counter electrode, wherein the semiconductor electrode and the counter electrode are disposed to face each other with an electrolyte interposed therebetween. There,
The light-receiving surface of the semiconductor electrode is formed such that an incident angle of light incident on the light-receiving surface of the semiconductor electrode from the normal direction of the light-receiving surface of the transparent electrode is 30 to 80 °;
The dye-sensitized solar cell, wherein the light receiving surface of the semiconductor electrode is an interface between the transparent electrode and the semiconductor electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008221784A JP4939498B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Dye-sensitized solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008221784A JP4939498B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Dye-sensitized solar cell |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001055110A Division JP4213355B2 (en) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009009948A JP2009009948A (en) | 2009-01-15 |
JP4939498B2 true JP4939498B2 (en) | 2012-05-23 |
Family
ID=40324797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008221784A Expired - Fee Related JP4939498B2 (en) | 2008-08-29 | 2008-08-29 | Dye-sensitized solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4939498B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5110370A (en) * | 1990-09-20 | 1992-05-05 | United Solar Systems Corporation | Photovoltaic device with decreased gridline shading and method for its manufacture |
JPH08287969A (en) * | 1995-04-13 | 1996-11-01 | Murata Mfg Co Ltd | Photocell |
JP3506080B2 (en) * | 1998-12-08 | 2004-03-15 | 株式会社豊田中央研究所 | Semiconductor electrode and method of manufacturing the same |
JP4474691B2 (en) * | 1999-02-22 | 2010-06-09 | アイシン精機株式会社 | Photoelectric conversion element |
-
2008
- 2008-08-29 JP JP2008221784A patent/JP4939498B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009009948A (en) | 2009-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4213355B2 (en) | Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module | |
EP2296216B1 (en) | Dye-sensitized solar cell, method for manufacturing dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell module | |
US8962982B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
TWI401811B (en) | Dye-sensitized solar cells and manufacturing method for thereof | |
KR20130086943A (en) | Photoelectric conversion element, photoelectrochemical battery, dye for photoelectric conversion element, and dye solution for photoelectric conversion element | |
EP1667275B1 (en) | Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module | |
Joseph et al. | An overview of the operational principles, light harvesting and trapping technologies, and recent advances of the dye sensitized solar cells | |
CN110718634A (en) | Solar cell with electronic transmission layer of grating array structure and preparation method thereof | |
Nunes et al. | Effects of potential deposition on the parameters of ZnO dye-sensitized solar cells | |
JP5274691B1 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
JP4939498B2 (en) | Dye-sensitized solar cell | |
Peng et al. | Tin Oxide Microspheres with Exposed {101} Facets for Dye‐sensitized Solar Cells: Enhanced Photocurrent and Photovoltage | |
TW201308636A (en) | Dye-sensitized solar cell and method for manufacturing dye-sensitized solar cell | |
Liao et al. | Recent Advances in Metal Oxide Electron Transport Layers for Enhancing the Performance of Perovskite Solar Cells | |
JP4637543B2 (en) | Photoelectric conversion device and photovoltaic device using the same | |
Givalou et al. | High performance solid state solar cells incorporating CdS quantum dots and CH3NH3PbI3 perovskite | |
JP5770115B2 (en) | Photoelectric conversion element and dye-sensitized solar cell | |
JP5758400B2 (en) | Dye-sensitized solar cell module and manufacturing method thereof | |
Meng et al. | Effect of annealing temperature on TiO 2 nanorod films prepared by dc reactive magnetron sputtering for dye-sensitized solar cells | |
JP2000243134A (en) | Electrolyte, photoelectric transducer, and photoelectric chemical battery | |
Pawar et al. | Quantum Dot Sensitized Solar Cells Based on TiO 2/AgInS 2 | |
Zhu et al. | Synthesis and application of TiO2 single-crystal nanorod arrays grown by multicycle hydrothermal for dye-sensitized solar cells | |
JP4314847B2 (en) | Dye-sensitized solar cell module | |
KR20130019849A (en) | Dye-sensitized solarcell | |
Roy et al. | Dye‐sensitized Solar Cells for Solar Energy Harvesting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120221 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120224 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150302 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |