JP5013226B2 - Integrated dye-sensitized solar cell module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、単一の透明導電基板上に形成された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units formed on a single transparent conductive substrate are connected in series, and a method for manufacturing the same.
１９９１年にスイス、ローザンヌ大学のグレッツェルらによって発表された新しいタイプの色素増感太陽電池は光電変換効率が１０〜１１％に達してきており、また従来のシリコン型太陽電池と比較して使用する材料が安価であること、製造工程が比較的単純であることから、製造コストを大幅に削減できる可能性があり、実用化が期待されている。 A new type of dye-sensitized solar cell announced by Gretzell et al. In 1991 at the University of Lausanne, Switzerland, has reached a photoelectric conversion efficiency of 10 to 11%, and is used in comparison with conventional silicon solar cells. Since the material is inexpensive and the manufacturing process is relatively simple, there is a possibility that the manufacturing cost can be greatly reduced, and the practical application is expected.
また、単一の太陽電池セルで得られる起電力には限界があることから、複数の太陽電池セルを直列接続し、太陽電池モジュールとしての大型化の試みもなされているが、特に色素増感太陽電池においては、Ｓｉ系太陽電池とは異なり、基板に透明導電基板を用いており、この透明導電基板自体の抵抗値に制約があるため、適切なモジュール設計が必要となる。すなわち、一般的なモジュール構造としては、Ｗ型モジュール、Ｚ型モジュール、モノリシック型モジュール（文献１及び２参照）等が報告されているが、モジュール内の単一セルを直列接続する構造であるため、高電圧が得られる反面、電流量が少なくなる傾向があるところ、色素増感太陽電池は光電変換効率の面からも、使用する基板の面からも、もともと電流値が少なくなる傾向にあるため、先に挙げたモジュール構造は必ずしも適しているとはいえない。 In addition, since there is a limit to the electromotive force that can be obtained with a single solar cell, attempts have been made to increase the size of a solar cell module by connecting multiple solar cells in series. Unlike a Si solar cell, a solar cell uses a transparent conductive substrate as a substrate, and the resistance value of the transparent conductive substrate itself is limited, so an appropriate module design is required. That is, as a general module structure, a W-type module, a Z-type module, a monolithic type module (see References 1 and 2) and the like have been reported. However, since a single cell in the module is connected in series. While high voltage can be obtained, the amount of current tends to decrease. Dye-sensitized solar cells tend to have lower current values from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency and the substrate used. The module structure mentioned above is not necessarily suitable.
また、文献２のようなモノリシック型の集積型モジュール構造においては、片側の電極にスクリーン印刷により光電極から対極まで、すべての電池構造をもたせているが、この際、対極導電層も、その材料粒子（カーボン粒子、ＦＴＯ粒子等）を分散させたペーストから、スクリーン印刷を経て形成することになり、生成する導電層も必然的に粒界（粒子同士の点接触の状態）を有することになり、一般的に用いられるＦＴＯ導電層と同程度の低抵抗を得ることが困難である。さらに、工程の都合上、電解質層に多孔質絶縁体を用いる必要があり、これが電解質における電子輸送を妨げる可能性がある。以上の２点により、電池の直列抵抗成分を増加することによるフィルファクターの低下を招き、その結果、高い変換効率を得ることが困難となる。
In addition, in the monolithic integrated module structure as in
これに対して、グリッド配線モジュールと呼ばれる構造は、単一セルを並列接続する構造であるため、得られる電流量が大きい。しかし、該モジュールを直列接続するのに、一般的なＳｉ系太陽電池のようにアセンブリ工程で配列・接続するような工程を採用することは、色素増感太陽電池の特性上、あまり適していない。そのため、色素増感太陽電池の特性を生かした集積モジュールの設計・工程が必要になる。 On the other hand, a structure called a grid wiring module is a structure in which single cells are connected in parallel, and thus a large amount of current can be obtained. However, in order to connect the modules in series, it is not very suitable to adopt a process in which the modules are arranged and connected in an assembly process like a general Si solar cell because of the characteristics of the dye-sensitized solar cell. . Therefore, it is necessary to design and process an integrated module that takes advantage of the characteristics of the dye-sensitized solar cell.
この点、特許文献３では、光極側集電電極を透明ガラスの一端面に形成するとともに対極側集電電極を透明ガラスの他端面に形成された太陽電池セルを複数用い、一方の太陽電池の光極側集電電極と他方の太陽電池の集電電極とを互いに向かい合わせて電気的に接続することで、該光極側集電電極と該対極側集電電極との距離を必要不可欠の厚みにまで短縮でき、もって接続に必要な占有面積を小さくして太陽エネルギーの損失をより低減できるとしている。しかし、この技術は、別個独立の複数の太陽電池を直列接続する技術であって、単一の透明導電基板上に形成された複数の太陽電池ユニットを直列接続するものではない。それゆえ、接続の機械的強度も高度に要求され、光極側集電電極と対極側集電電極とを左右に向かい合わせて、側面全体同士を導電性接着剤等により直接接続するものであり、光電極の有効占有面積の観点からはなお改良の余地が残る。 In this regard, Patent Document 3 uses a plurality of solar cells in which the photoelectrode side collector electrode is formed on one end surface of the transparent glass and the counter electrode side collector electrode is formed on the other end surface of the transparent glass. The electrode electrode side collector electrode and the collector electrode of the other solar cell are electrically connected to face each other, so that the distance between the electrode electrode side collector electrode and the counter electrode side collector electrode is indispensable. It is possible to reduce the solar energy loss by reducing the occupied area necessary for connection. However, this technique is a technique for connecting a plurality of independent solar cells in series, and does not connect a plurality of solar cell units formed on a single transparent conductive substrate in series. Therefore, the mechanical strength of the connection is also highly demanded, the photocathode side collector electrode and the counter electrode side collector electrode face each other right and left, and the entire side surfaces are directly connected with a conductive adhesive or the like. However, there is still room for improvement from the viewpoint of the effective occupation area of the photoelectrode.
また、特許文献４では、単一の透明導電基板上に並べて配置された複数の太陽電池セルの直列接続を、セル境界領域の外で行うことにより、太陽電池セルの間に外部配線を収めるための一定の間隔を設ける必要をなくし、もって集光効率を高めた色素増感型太陽電池モジュールが開示されている。しかし、直列接続のための領域を透明導電基板上に別途、設ける必要があり、その分の集光面積の可能性を減らすことになる。 Moreover, in patent document 4, in order to put external wiring between photovoltaic cells by performing the serial connection of the several photovoltaic cell arrange | positioned side by side on the single transparent conductive substrate outside a cell boundary area | region. There is disclosed a dye-sensitized solar cell module that eliminates the need to provide a certain interval of the above and thereby improves the light collection efficiency. However, it is necessary to separately provide a region for series connection on the transparent conductive substrate, which reduces the possibility of the light collection area.
そこで、本発明は、色素増感太陽電池の特性を生かし、接続に必要な占有面積をより小さくして太陽エネルギーの損失をより低減でき、さらに連続生産にも適した、単一の透明導電基板上に形成された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention makes use of the characteristics of the dye-sensitized solar cell, can reduce the solar energy loss by reducing the occupied area required for connection, and is suitable for continuous production. An object of the present invention is to provide an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units formed above are connected in series and a method for manufacturing the same.
本発明の第一の態様は、単一の透明導電基板上に配置された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールであって、
前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
前記各透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部の上方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールである。A first aspect of the present invention is an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units arranged on a single transparent conductive substrate are connected in series,
The single transparent conductive substrate comprises a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other,
The solar cell unit includes a counter electrode and a photoelectrode,
Each of the dye-sensitized solar cell units on the transparent conductive substrate unit is disposed so that the transparent conductive substrate unit side is the photoelectrode side,
Each of the transparent conductive substrate units has a notch in the transparent conductive film, and the terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit disposed on the transparent conductive substrate unit is positioned above the notch. And the terminal portions of the photoelectrodes of other adjacent solar cell units to be connected in series are arranged in the notches, and the terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit is the other solar cell unit. This is an integrated dye-sensitized solar cell module characterized in that it is electrically connected in series so as to face the terminal portion of the photoelectrode vertically.
本発明の第二の態様は、単一の透明導電基板上に配置された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールであって、
前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
前記各太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部の下方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールである。A second aspect of the present invention is an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units arranged on a single transparent conductive substrate are connected in series,
The single transparent conductive substrate comprises a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other,
The solar cell unit includes a counter electrode and a photoelectrode,
Each of the dye-sensitized solar cell units on the transparent conductive substrate unit is disposed so that the transparent conductive substrate unit side is the photoelectrode side,
Each of the solar cell units has a notch on the counter electrode, and the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit disposed on the transparent conductive substrate unit is disposed below the notch. And a terminal portion of a counter electrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is disposed in the cutout portion, so that a terminal portion of the counter electrode of the other solar cell unit is a photoelectrode of the solar cell unit. The integrated dye-sensitized solar cell module is characterized in that it is electrically connected in series in a state of facing up and down the terminal portion.
本発明の第三の態様は、複数の色素増感太陽電池ユニットが、単一の透明導電基板上で直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法であって、
（１）単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
（２）前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
（３）各太陽電池ユニットの対極の端子部分と隣接する他の太陽電池の光電極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
とを順に含み、
前記透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部の上方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法である。A third aspect of the present invention is a method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units are connected in series on a single transparent conductive substrate,
(1) forming a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other on a single transparent conductive substrate;
(2) a step of forming a dye-sensitized solar cell unit including a counter electrode and a photoelectrode on each transparent conductive substrate unit; and (3) another solar cell adjacent to the terminal portion of the counter electrode of each solar cell unit. Electrically connecting in series with the terminal portion of the photoelectrode,
And in order,
The transparent conductive substrate unit has a cutout portion in the transparent conductive film, and a terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit formed on the transparent conductive substrate unit is formed so as to be positioned above the cutout portion. In addition, a terminal portion of a photoelectrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is formed in the cutout portion, and thus a terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit is formed of the photoelectrode of the other solar cell unit. It is a method for manufacturing an integrated dye-sensitized solar cell module, characterized in that it is electrically connected in series with the terminal portion facing up and down.
本発明の第四の態様は、複数の色素増感太陽電池ユニットが、単一の透明導電基板上で直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法であって、
（１）単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
（２）前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
（３）各太陽電池ユニットの光電極の端子部分と隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
とを順に含み、
前記太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部の下方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法である。
第一または第二の態様は、特定の直列接続形式を採った集積型色素増感太陽電池モジュールであり、第三または第四の態様は、かかる第一または第二の態様それぞれの太陽電池モジュールを製造する方法に相当する。A fourth aspect of the present invention is a method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units are connected in series on a single transparent conductive substrate,
(1) forming a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other on a single transparent conductive substrate;
(2) forming a dye-sensitized solar cell unit having a counter electrode and a photoelectrode on each transparent conductive substrate unit; and (3) another solar cell adjacent to the terminal portion of the photoelectrode of each solar cell unit. Electrically connecting in series with the terminal portion of the counter electrode of the battery unit;
And in order,
The solar cell unit has a notch in the counter electrode, and the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit formed on the transparent conductive substrate unit is formed so as to be located below the notch, A terminal portion of the counter electrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is formed in the notch, and the terminal portion of the counter electrode of the other solar cell unit is connected to the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit. It is a method for manufacturing an integrated dye-sensitized solar cell module, which is electrically connected in series in a state of facing each other in the vertical direction.
The first or second aspect is an integrated dye-sensitized solar cell module adopting a specific series connection form, and the third or fourth aspect is a solar cell module of each of the first or second aspects. It corresponds to the method of manufacturing.
第一及び第三の態様においては、各透明導電基板ユニットの透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成・配置される太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部の上方に位置するように形成・配置するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部内に形成・配置され、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続する点に特徴を有し、他方、第二および第四の態様においては、各太陽電池ユニットの対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成・配置される太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部の下方に位置するように形成・配置するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部内に形成・配置し、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続する点に特徴を有する。 In the first and third aspects, the transparent conductive film of each transparent conductive substrate unit has a notch, and the terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit formed and arranged on the transparent conductive substrate unit is The solar cell unit is formed and arranged so as to be positioned above the notch, and a terminal portion of a photoelectrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is formed and arranged in the notch. In the second and fourth embodiments, the terminal portion of the counter electrode is electrically connected in series with the terminal portion of the photoelectrode of the other solar cell unit facing up and down. Has a notch in the counter electrode of each solar cell unit, and the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit formed and arranged on the transparent conductive substrate unit is positioned below the notch form A terminal portion of a counter electrode of another adjacent solar cell unit to be arranged and connected in series is formed and arranged in the cutout portion, so that a terminal portion of the counter electrode of the other solar cell unit is the solar cell unit. It is characterized in that it is electrically connected in series while facing the terminal portion of the photoelectrode vertically.
かかる特徴を備えることにより、以下のような利点を得る可能性がある。 By providing such a feature, the following advantages may be obtained.
ｉ．単一の透明導電基板上に複数の太陽電池ユニットを形成するため、該基板の面積に依存することなく作製できる。また、さらに得られたモジュール同士を組み合わせることで、任意の面積で太陽電池を形成することも可能である。 i. Since a plurality of solar cell units are formed on a single transparent conductive substrate, it can be manufactured without depending on the area of the substrate. Moreover, it is also possible to form a solar cell with an arbitrary area by combining the obtained modules.
ii．直列接続すべき端子同士が上下に向かい合った状態で形成・配置されるため、はんだ付け等、簡便な方法により、単一の透明導電基板上において容易に、複数の太陽電池ユニットの直列接続を実現できるため、一般的なＳｉ系太陽電池のようなアセンブリ工程での配列・接続工程も不要となり材料も削減され、トータルコストの削減に寄与できる。 ii. Since the terminals to be connected in series are formed and arranged facing each other up and down, it is possible to easily connect multiple solar cell units in series on a single transparent conductive substrate using a simple method such as soldering. Therefore, the arrangement / connection process in the assembly process as in a general Si-based solar cell is not required, and the material is reduced, which contributes to the reduction of the total cost.
iii．直列接続は、各透明導電基板ユニットの透明導電膜の切り欠き部を底面、対極の端子部分を上面とする空間内（第一の態様）、あるいは各太陽電池の対極の切り欠き部を上面、光電極の端子部分を底面とする空間内（第二の態様）で行われ、切り欠き部は端子を配置するのに必要充分な面積で形成すれば足りるので、ユニット間隔を狭めることが可能となり、集積率を向上させ、集光面積の損失を最小限に抑えるように光電極の配置・形状を設計調整することが可能になる。 iii. In the series connection, the transparent conductive film unit of each transparent conductive substrate unit has a notch in the transparent conductive film on the bottom surface and the terminal portion of the counter electrode on the top surface (first aspect), or the notch on the counter electrode of each solar cell on the top surface. It is performed in a space (second mode) with the terminal portion of the photoelectrode as the bottom surface, and it is sufficient to form the notch with a sufficient area to arrange the terminals, so that the unit interval can be reduced. The arrangement and shape of the photoelectrodes can be designed and adjusted so as to improve the integration rate and minimize the loss of the light collection area.
iv．スクリーン印刷等の印刷技術を用いることで、単一の透明導電基板上に複数の太陽電池ユニットを簡便に作製することができる。特に本発明の第三の態様においては、透明導電基板ユニットの切り欠き部も印刷技術で同時に簡便に形成できる点で第四の態様より好ましい態様である。 iv. By using a printing technique such as screen printing, a plurality of solar cell units can be easily produced on a single transparent conductive substrate. In particular, in the third aspect of the present invention, the cutout portion of the transparent conductive substrate unit is a more preferable aspect than the fourth aspect in that it can be easily formed simultaneously by a printing technique.
０:透明基板
１：透明導電基板ユニットの透明導電膜切り欠き部
２：対極の端子部分
３：他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分
４：透明導電基板ユニット中の透明導電膜
４’：透明導電膜
４'’:透明導電膜（任意）
５：対極
６：他の太陽電池ユニットの光電極
７：対極を除いた太陽電池ユニット残部
８：導電性接着成分（はんだ等）
９：封止材からなる隔壁（ＵＶ硬化樹脂等）
１０：電解液
１１：絶縁保護層（ガラスフリット等）
１２：集電配線（銀線など）
２０：透明基板
２１：対極の切り欠き部
２２：他の太陽電池ユニットの対極の端子部分
２３：光電極の端子部分
２４：対極
２５：他の太陽電池ユニットの対極
２６：透明導電基板ユニット上の光電極
２７：透明導電基板ユニット中の透明導電膜
２７’：透明導電膜
２７''：透明導電膜（任意）
２８：導電性接着成分（はんだ等）
２９：封止材からなる隔壁（ＵＶ硬化樹脂等）
３０：電解液
３１：絶縁保護層（ガラスフリット等）
３２：集電配線（銀線など）0: Transparent substrate 1: Transparent conductive film cutout portion of transparent conductive substrate unit 2: Terminal portion of counter electrode 3: Photoelectrode terminal portion of other solar cell unit 4: Transparent conductive film in transparent conductive substrate unit 4 ′: Transparent conductive film 4 '': Transparent conductive film (optional)
5: Counter electrode 6: Photoelectrode of other solar cell unit 7: Remaining solar cell unit excluding counter electrode 8: Conductive adhesive component (solder, etc.)
9: Partition wall made of sealing material (UV curable resin, etc.)
10: Electrolytic solution 11: Insulating protective layer (glass frit, etc.)
12: Current collection wiring (silver wire, etc.)
20: Transparent substrate 21:
28: Conductive adhesive component (solder, etc.)
29: Partition wall made of a sealing material (UV curable resin, etc.)
30: Electrolytic solution 31: Insulating protective layer (glass frit, etc.)
32: Current collection wiring (silver wire, etc.)
(ａ）本発明の第一及び第二の態様について
本発明の第一及び第二の態様につき、図１〜５を用いて以下に説明する。なお、これらの図は、あくまで本発明を説明するための一例を示すものにすぎず、何ら本発明を限定することを意図するものではない。(a) About the 1st and 2nd aspect of this invention The 1st and 2nd aspect of this invention is demonstrated below using FIGS. These drawings are merely examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention.
図１は、本発明の第一の態様における互いに隣接する２つの太陽電池ユニットの配置を示す斜視図であり、配置がわかりやすいように分解して示してある。また、光電極の端子部分３がわかりやすいように、他の太陽電池ユニットについては、光電極６のみを示し、その他の要素は省略してある。
FIG. 1 is a perspective view showing the arrangement of two solar cell units adjacent to each other in the first embodiment of the present invention, and is disassembled for easy understanding of the arrangement. Further, for easy understanding of the terminal portion 3 of the photoelectrode, only the
図２は、本発明の第二の態様における互いに隣接する２つの太陽電池ユニットの配置を示す斜視図であり、配置がわかりやすいように分解して示してある。また、対極の端子部分２２がわかりやすいように、他の太陽電池ユニットについては、対極２５のみを示し、その他の要素は省略してある。
FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of two solar cell units adjacent to each other in the second embodiment of the present invention, and is disassembled for easy understanding of the arrangement. Further, for easy understanding of the
図３は、本発明の第一の態様における光電極の端子部分と対極の端子部分を導電性接着剤で電気的に接続した状態を示す断面図である。図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩで示される水平線を通る鉛直面で切断した場合の図１の紙面方向から見た場合の断面図に相当する。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the terminal portion of the photoelectrode and the terminal portion of the counter electrode are electrically connected with a conductive adhesive in the first embodiment of the present invention. 1 corresponds to a cross-sectional view when viewed from the paper surface direction of FIG. 1 when cut along a vertical plane passing through a horizontal line indicated by III-III in FIG.
図４は、本発明の第二の態様における光電極の端子部分と対極の端子部分を導電性接着剤で電気的に接続した状態を示す断面図である。図２中、ＩＶ−ＩＶで示される水平線を通る鉛直面で切断した場合の図２の紙面方向から見た場合の断面図に相当する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the terminal portion of the photoelectrode and the terminal portion of the counter electrode are electrically connected with a conductive adhesive in the second embodiment of the present invention. 2, it corresponds to a cross-sectional view when viewed from the paper plane direction of FIG. 2 when cut along a vertical plane passing through a horizontal line indicated by IV-IV.
図５のうちの全体図は、図中、左右に本発明の第一の態様にしたがって直列接続された３つの太陽電池ユニットからなる列を図中、上下に２つ並置した集積型太陽電池の光電極部分を示すものである。この全体図では、前記２つの列は互いに逆方向に並置され、図中の右側で、本発明の第一の態様にしたがって更に互いに直列接続される。図５には、全体図中、一点鎖線で形成される四角形で囲まれた透明導電膜の切り欠き部の拡大図も示している。ここでは、光電極の集光面積をできるだけ大きくすべく、光電極は透明導電基板ユニットの切り欠き部の扇形形状にほぼ沿って形成・配置されている。なお、本発明の第二の態様では、図５の光電極を対極に置き換えて考えればよい。 The overall view of FIG. 5 is an integrated solar cell in which two rows are arranged in the vertical direction in the drawing, each of which includes three solar cell units connected in series on the left and right according to the first aspect of the present invention. The photoelectrode portion is shown. In this general view, the two columns are juxtaposed in opposite directions and, on the right side of the figure, are further connected in series according to the first aspect of the present invention. FIG. 5 also shows an enlarged view of a notch portion of the transparent conductive film surrounded by a quadrangle formed by a one-dot chain line in the overall view. Here, in order to make the condensing area of the photoelectrode as large as possible, the photoelectrode is formed and arranged substantially along the sector shape of the cutout portion of the transparent conductive substrate unit. In the second aspect of the present invention, the photoelectrode in FIG. 5 may be replaced with a counter electrode.
ａ．透明導電基板ユニット
透明導電基板ユニットは、単一の透明導電基板上に複数形成される。図１には、第一の態様における透明導電基板ユニット中の透明導電膜４が明示されており、図２には、第二の態様における透明導電基板ユニット中の透明導電膜２７が明示されている。a. Transparent conductive substrate unit A plurality of transparent conductive substrate units are formed on a single transparent conductive substrate. FIG. 1 clearly shows the transparent conductive film 4 in the transparent conductive substrate unit in the first embodiment, and FIG. 2 clearly shows the transparent
該透明導電基板としては、透明ガラスあるいは透明樹脂フィルム等の透明基板上に、透明導電膜として酸化チタン、酸化亜鉛（アンチモンまたはアルミニウムをドープしたものでもよい）、酸化インジウム（スズまたは亜鉛をドープしたものでもよい）、酸化スズ（アンチモンまたはフッ素をドープしたものでもよい）等の膜を形成したものが用いられる。該単一の透明導電基板としてはその形状・大きさについて特に制約はない。その形状は、必ずしも正方形の形状である必要もないし、その大きさについても、たとえばスクリーン印刷により作製する場合においては、スクリーン印刷機の対応寸法に依存するものの、スクリーン印刷機が対応できるのであれば、１メートル角もしくはそれ以上のものでもよい。 As the transparent conductive substrate, on a transparent substrate such as transparent glass or transparent resin film, titanium oxide, zinc oxide (which may be doped with antimony or aluminum), indium oxide (tin or zinc doped) as a transparent conductive film Or a film formed of tin oxide (which may be doped with antimony or fluorine) is used. The single transparent conductive substrate is not particularly limited in shape and size. The shape does not necessarily need to be a square shape, and the size thereof depends on the corresponding dimensions of the screen printing machine, for example, in the case of producing by screen printing, as long as the screen printing machine can cope with it. It may be 1 meter square or larger.
該透明導電基板上に、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットが形成される。該透明導電基板ユニットの形成には、たとえばレーザーによる直接的な透明導電膜［フッ素ドープ酸化スズ膜（ＦＴＯ膜）など］の昇華除去や酸エッチング（たとえば、適切な樹脂により保護マスクをかけた後、亜鉛末を触媒に用いて処理）が挙げられるが、前者の方が安定しており生産ライン向けにも適している。 A plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other are formed on the transparent conductive substrate. For the formation of the transparent conductive substrate unit, for example, a direct transparent conductive film [fluorine-doped tin oxide film (FTO film), etc.] is removed by sublimation or acid etching (for example, after applying a protective mask with an appropriate resin). Zinc powder is used as a catalyst), but the former is more stable and suitable for production lines.
単一の透明導電基板上における各透明導電基板ユニットの配列や個数に特に制約はないが、電解液注入の観点からは、各透明導電基板ユニットが単一の透明導電基板の外辺の一部に接していることが好ましい。一般に単一の透明導電基板上における各透明導電基板ユニットの数を増やすことにより電圧を上げることができる一方で、少なくすれば電流を上げることができ、用途に応じて望まれる電流・電圧値に応じて個数を調整すればよい。 There are no particular restrictions on the arrangement or number of transparent conductive substrate units on a single transparent conductive substrate, but from the viewpoint of electrolyte injection, each transparent conductive substrate unit is part of the outer periphery of a single transparent conductive substrate. It is preferable to touch. In general, the voltage can be increased by increasing the number of each transparent conductive substrate unit on a single transparent conductive substrate, while the current can be increased if the number is reduced, and the desired current / voltage value can be obtained depending on the application. The number may be adjusted accordingly.
この際、本発明の第一の態様においては、第二の態様と異なり、各透明導電基板ユニットの透明導電膜が切り欠き部１を有するように形成する（図５参照）。該切り欠き部内は、隣接する他の透明導電基板ユニットの透明導電膜が入り込んでいてもよいし、透明導電膜がなくてもよい。該切り欠き部内に、隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が配置されれば足りるからである。また該切り欠き部は、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極端子部分が配置されるのに必要充分な形状及び面積で（透明導電基板ユニット４に触れることなく対極の端子部分２と電気的に接続できるように）形成すれば足り、ここにいう切り欠き部は、好ましくは略凹形状に形成されるが、厳密に凹形状である必要はなく、扇形、半円状、楕円状、四角状、三角状といった形状をも包含する。通常、直径５ｍｍ程度の半円状ないし扇形状、もしくは1辺５ｍｍ程度の四角状に形成することができる。 Under the present circumstances, in the 1st aspect of this invention, unlike the 2nd aspect, it forms so that the transparent conductive film of each transparent conductive substrate unit may have the notch part 1 (refer FIG. 5). In the cutout portion, the transparent conductive film of another adjacent transparent conductive substrate unit may enter, or there may be no transparent conductive film. This is because it suffices if the terminal portions of the photoelectrodes of other adjacent solar cell units are arranged in the notch. The notch has a shape and area necessary and sufficient to arrange the photoelectrode terminal portions of other adjacent solar cell units to be connected in series (the terminal portion of the counter electrode without touching the transparent conductive substrate unit 4). 2), so that the cut-out portion here is preferably formed in a substantially concave shape, but does not have to be strictly concave, but a fan shape, a semicircular shape, It also includes shapes such as ellipse, square, and triangle. Usually, it can be formed in a semicircular or fan shape with a diameter of about 5 mm, or a square shape with a side of about 5 mm.
本発明の第二の態様においては、各透明導電基板ユニットにではなく、後記するように、対極の方に切り欠き部２１（図２）が形成されている。該切り欠き部の好ましい形状、面積等は、前記第一の態様と同様である。切り欠き部の形成しやすさという観点からは、切り欠き部をスクリーン印刷等の印刷技術により簡便に形成できる点で、第一の態様の方が好ましい。 In the second aspect of the present invention, a notch 21 (FIG. 2) is formed not on each transparent conductive substrate unit but on the counter electrode, as will be described later. The preferred shape, area, etc. of the notch are the same as in the first aspect. From the viewpoint of ease of forming the notch, the first aspect is preferable in that the notch can be easily formed by a printing technique such as screen printing.
ｂ．色素増感太陽電池ユニット
前記各透明導電基板ユニット上にそれぞれ色素増感太陽電池ユニットが形成される。各太陽電池ユニットは、光電極及び対極を備え、前記透明導電基板ユニット側が該光電極側となるように形成される。光電極と対極の間は封止材からなる隔壁によって絶縁され、両電極の間には電解質が満たされる。b. Dye-sensitized solar cell unit A dye-sensitized solar cell unit is formed on each of the transparent conductive substrate units. Each solar cell unit includes a photoelectrode and a counter electrode, and is formed so that the transparent conductive substrate unit side is the photoelectrode side. The photoelectrode and the counter electrode are insulated by a partition made of a sealing material, and the electrolyte is filled between the electrodes.
ｃ．光電極
光電極は、分光増感色素が担持された金属酸化物半導体膜からなる。金属酸化物半導体としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、スズをドープした酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム等の公知の多孔質材料を用いることができ、スピンコート法、スプレー法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、インクジェット法等により前記各透明導電基板ユニット上に形成できるが、操作の簡便さの観点からはスピンコート法、スプレー法、ディッピング法が、量産化の観点からはスクリーン印刷法によるのが好ましい。分光増感色素としては、可視領域および／または赤外光領域に吸収をもつ種々の金属錯体や有機色素を用いることができ、任意の公知の方法、たとえば、二酸化チタン等の金属酸化物半導体薄膜を色素溶液に所定の温度で浸漬する方法（ディッピング法、ローラ法、エヤーナイフ法など）や、色素溶液を酸化物半導体層表面に塗布する方法（ワイヤーバー法、アプリケーション法、スピン法、スプレー法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法など）等により該金属酸化物半導体膜に吸着されている。c. Photoelectrode The photoelectrode is made of a metal oxide semiconductor film carrying a spectral sensitizing dye. As the metal oxide semiconductor, known porous materials such as titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, tin-doped indium oxide, zirconium oxide, and magnesium oxide can be used. Spin coating, spraying, dipping In addition, it can be formed on each of the transparent conductive substrate units by a screen printing method, a doctor blade method, an ink jet method, etc., but from the viewpoint of ease of operation, a spin coating method, a spray method, a dipping method are from the viewpoint of mass production. It is preferable to use a screen printing method. As the spectral sensitizing dye, various metal complexes and organic dyes having absorption in the visible region and / or the infrared light region can be used. Any known method, for example, a metal oxide semiconductor thin film such as titanium dioxide can be used. A method of immersing a dye solution in a predetermined temperature (dipping method, roller method, air knife method, etc.), a method of applying a dye solution to the surface of an oxide semiconductor layer (wire bar method, application method, spin method, spray method, The metal oxide semiconductor film is adsorbed by an offset printing method, a screen printing method, or the like.
本発明の光電極は、前記各透明導電基板ユニット上に形成される。 The photoelectrode of the present invention is formed on each of the transparent conductive substrate units.
また、該光電極の端子部分については、本発明の第一の態様（図１）においては、太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部内に、隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が形成・配置され、本発明の第二の態様（図２）においては、太陽電池ユニットの対極の切り欠き部の下方、好ましくは、該切り欠き部の真下の光電極領域内に位置するように形成・配置される。 Moreover, about the terminal part of this photoelectrode, in the 1st aspect (FIG. 1) of this invention, in the notch part of the transparent conductive film of a solar cell unit, the terminal of the photoelectrode of another adjacent solar cell unit In the second embodiment (FIG. 2) of the present invention, a portion is formed and arranged, which is located below the notch of the counter electrode of the solar cell unit, preferably within the photoelectrode region directly below the notch. It is formed and arranged as follows.
該光電極の端子部分は本発明の第一の態様（図１）においては、前記透明導電膜の切り欠き部内に容易に形成できるように、好ましくは突起部分、より好ましくは略凸形状の突起部分として形成される。ここで、略凸形状とは、厳密に凸形状である必要はなく、前記太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部内に配置・形成できるものであれば、扇形、半円状、楕円状、四角状、三角状といった形状をも包含する。通常は、図１や図５にあるように、前記太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部の形状に対応した形状が選択される。これに対して、該光電極の端子部分は本発明の第二の態様（図２）においては、突起部分として形成する必要はない。 In the first embodiment of the present invention (FIG. 1), the terminal portion of the photoelectrode is preferably a protrusion, more preferably a substantially convex protrusion, so that it can be easily formed in the notch of the transparent conductive film. Formed as part. Here, the substantially convex shape does not need to be strictly a convex shape, as long as it can be disposed and formed in the cutout portion of the transparent conductive film of the solar cell unit, a fan shape, a semicircular shape, an elliptical shape, It also includes shapes such as squares and triangles. Usually, as shown in FIGS. 1 and 5, a shape corresponding to the shape of the cutout portion of the transparent conductive film of the solar cell unit is selected. On the other hand, the terminal portion of the photoelectrode does not need to be formed as a protruding portion in the second aspect of the present invention (FIG. 2).
いずれの態様においても、集光面積を稼ぐ観点から、第一の態様では切り欠き部に必要な面線以外の部分の面積、第二の態様では光電極の端子部分に必要な面積以外の部分の面積をできるだけ多く光電極の集光面積として利用することが好ましい。たとえば、図５には本発明の第一の態様が示されているが、ここでは光電極の集光面積部分（金属酸化物半導体層）も同様な形状の切り欠き部を有するように形成することで、端子部分に必要な面積以外はできるだけ集光面積として利用しており、本発明のより好ましい態様である。 In any embodiment, from the viewpoint of increasing the light collection area, in the first embodiment, the area other than the surface line required for the notch portion, and in the second embodiment, the portion other than the area required for the terminal portion of the photoelectrode. It is preferable to use as much as possible as the light collection area of the photoelectrode. For example, FIG. 5 shows the first embodiment of the present invention. Here, the condensing area portion (metal oxide semiconductor layer) of the photoelectrode is formed so as to have a notch of the same shape. Thus, the area other than that required for the terminal portion is utilized as much as possible as the light collecting area, which is a more preferable aspect of the present invention.
該光電極の端子部分は一つの太陽電池ユニットにつき複数個設けることもでき、この場合、そのうちの一部が破損しても残りの端子部分が機能しているため、信頼性が増すという点で好ましい。複数の端子部分を設ける場合、お互いに異なった辺上に配置するのではなく、図５に示すように同一の辺上に並置した状態で配置することが隣接する太陽電池ユニットとの接続性の点で好ましい。 A plurality of terminal portions of the photoelectrode can also be provided for one solar cell unit. In this case, the remaining terminal portion functions even if one of them is damaged, so that the reliability is increased. preferable. When providing a plurality of terminal portions, it is not arranged on different sides from each other, but arranged in a juxtaposed state on the same side as shown in FIG. This is preferable.
該光電極には任意のパターンで集電配線が施されるのが好ましい。前記端子部分は、この集電配線パターンの一部としてスクリーン印刷等の印刷技術を用いることで容易に作製可能である（図５参照）。また、該集電配線は対極との短絡を防止し、かつ電解質から保護するため、絶縁保護層で被覆するのが好ましい。集電配線は、金属酸化物半導体膜の形成の後に形成してもよいし、前に形成してもよい。 The photoelectrode is preferably provided with current collecting wiring in an arbitrary pattern. The terminal portion can be easily manufactured by using a printing technique such as screen printing as a part of the current collecting wiring pattern (see FIG. 5). Further, the current collecting wiring is preferably covered with an insulating protective layer in order to prevent a short circuit with the counter electrode and to protect it from the electrolyte. The current collector wiring may be formed after the formation of the metal oxide semiconductor film or may be formed before.
ｄ．対極としては、電解質中の腐食性成分に対する耐腐食性を有するものであれば特に制限されないが、白金やパラジウム等の触媒層を有する金属板（チタン、ステンレス等）や透明導電性ガラス板、カーボン板等が例示される。 d. The counter electrode is not particularly limited as long as it has corrosion resistance to the corrosive components in the electrolyte, but a metal plate (titanium, stainless steel, etc.) having a catalyst layer such as platinum or palladium, a transparent conductive glass plate, carbon A board etc. are illustrated.
対極の端子部分は、たとえば対極板の端子を形成すべき位置に穴を開けることによって簡便に形成することができる。 The terminal portion of the counter electrode can be easily formed by, for example, making a hole at a position where the terminal of the counter electrode plate is to be formed.
本発明の第一の態様（図１）についていえば、直列接続すべき他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分３が、太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部１内に形成・配置されているため、対極の端子部分２を該切り欠き部１の上方に、好ましくは真上に位置するように配置することで、該光電極の端子部分３と上下に向かい合って形成・配置することを容易に行うことができる。他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分３は、前記透明導電膜の切り欠き部１内に容易に配置できるよう、好ましくは突起部分、より好ましくは略凸形状の突起部分として形成される。ここで、略凸形状とは、厳密に凸形状である必要はなく、前記太陽電池ユニットの対極の切り欠き部内に配置できるものであれば、扇形、半円状、楕円状、四角状、三角状といった形状をも包含する。通常は、図１にあるように、前記太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部１の形状に対応した形状が選択される。この場合、太陽電池ユニットの対極の端子部分２は突起部分として形成する必要はない。
Regarding the first aspect of the present invention (FIG. 1), the terminal portion 3 of the photoelectrode of another solar cell unit to be connected in series is formed and arranged in the cutout portion 1 of the transparent conductive film of the solar cell unit. Therefore, by arranging the
本発明の第二の態様（図２）についていえば、太陽電池ユニットの光電極の端子部分２３が、同じく太陽電池ユニットの対極の切り欠き部２１の下方に、好ましくは真下に配置されているため、直列接続すべき他の太陽電池ユニットの対極の端子部分２２を、対極の切り欠き部２１内に配置することで、該光電極の端子部分２３と上下に向かい合って形成・配置することを容易に行うことができる。他の太陽電池ユニットの対極の端子部分２２は、前記対極の切り欠き部２１内に容易に配置できるよう、好ましくは突起部分、より好ましくは略凸形状の突起部分として形成される。ここで、略凸形状とは、厳密に凸形状である必要はなく、前記太陽電池ユニットの対極の切り欠き部内に配置できるものであれば、扇形、半円状、楕円状、四角状、三角状といった形状をも包含する。通常は、図２にあるように、前記太陽電池ユニットの対極の切り欠き部の形状に対応した形状が選択される。この場合、太陽電池ユニットの光電極の端子部分２３は突起部分として形成する必要はない。
Regarding the second aspect of the present invention (FIG. 2), the
ｅ．光電極と対極との間は、封止材からなる隔壁によって一定の間隔を維持すると同時に、電解質が封入される。電解質としては、Ｉ２／Ｉ３−系、Ｂｒ−／Ｂｒ３−系、キノン／ハイドロキノン系等の酸化還元電解質を含む電解液が例示される。封止材としては、解質中の腐食性成分に対する耐腐食性を有するものであれば特に制限されないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、金属、ゴム等を例示することができるが、少なくとも表面は電気絶縁性であることを要し、封止材が導電性の場合には表面を、各種樹脂やゴム等の電気絶縁性材料で被覆する。e. Between the photoelectrode and the counter electrode, an electrolyte is sealed while maintaining a constant distance by a partition made of a sealing material. Examples of the electrolyte include electrolytes containing redox electrolytes such as I 2 / I 3 -based, Br − / Br 3- based, and quinone / hydroquinone. The sealing material is not particularly limited as long as it has corrosion resistance against the corrosive component in the demolition, but thermoplastic resin, thermosetting resin, ultraviolet curable resin, electron beam curable resin, metal, rubber, etc. However, at least the surface needs to be electrically insulating, and when the sealing material is conductive, the surface is covered with an electrically insulating material such as various resins or rubber.
電極間の間隔は一般には１０〜１００μｍの範囲を採ることができる。 The distance between the electrodes can generally be in the range of 10 to 100 μm.
ｆ．隣接する他の太陽電池ユニットとの直列接続は、本発明の第一の態様においては、前記隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分３が、前記太陽電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部１内に形成・配置され、前記対極の端子部分２と上下に向かい合った状態になっているため、電気的に直列接続しやすい構造を採っている。同様に本発明の第二の態様においても、隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分２２が、前記対極の切り欠き部２１内に形成・配置され、前記光電極の端子部分２３と上下に向かい合った状態になっているため、電気的に直列接続しやすい構造を採っている。
f. In the first aspect of the present invention, the series connection with the other adjacent solar cell units is performed by connecting the photoelectrode terminal portion 3 of the adjacent other solar cell unit to the transparent conductive film of the solar cell unit. Since it is formed and arranged in the notch portion 1 and is vertically opposed to the
電気的接続としては、はんだ等の導電性接着成分により簡便に行うことができる。図３や図４の断面図では、導電性接着成分により電気的に接続された状態が示されている。 The electrical connection can be easily performed using a conductive adhesive component such as solder. In the cross-sectional views of FIG. 3 and FIG. 4, a state where they are electrically connected by a conductive adhesive component is shown.
ｇ．上記ｆ．のようにして形成されている直列接続された太陽電池ユニットの列は、一つの列の中に複数個の太陽電池ユニットを含んでいる（図５では一つの列に３個）。そして、単一の透明導電基板上に２列以上の前記太陽電池ユニットの列を形成する場合、該太陽電池ユニットの異なる２つの列同士を直列接続するためには、該２つの列が互いに順方向になるように並置するか、あるいは互いに逆方向になるように並置することが考えられる。このうち図５に示されるように、互いに逆方向に並置する方が、これら２つの列同士を直列接続するための配線をより短くできるため好ましい（図５のモジュールでは右端に上段の列と下段の列とをスクリーン印刷等の印刷技術等を用いて直列接続のための配線を施している）。図５にはそのように複数の列が直列接続された一例を示している。 g. F. The row of solar cell units connected in series formed as described above includes a plurality of solar cell units in one row (three in one row in FIG. 5). When two or more rows of solar cell units are formed on a single transparent conductive substrate, in order to connect two different rows of solar cell units in series, the two rows are in sequence with each other. It is conceivable that they are juxtaposed so as to be in the direction or juxtaposed so as to be in opposite directions. Of these, as shown in FIG. 5, it is preferable to arrange them in opposite directions because the wiring for connecting these two columns in series can be made shorter (in the module of FIG. 5, the upper row and the lower row are at the right end). Are connected in series using a printing technique such as screen printing). FIG. 5 shows an example in which a plurality of columns are connected in series.
ｈ．さらに、上記のようにして単一透明導電基板上に形成された複数の太陽電池ユニットが直列接続された太陽電池モジュールを複数組み合わせることで、任意により大面積の太陽電池を構成することも可能である。 h. Furthermore, it is possible to arbitrarily configure a large-area solar cell by combining a plurality of solar cell modules in which a plurality of solar cell units formed on a single transparent conductive substrate are connected in series as described above. is there.
（ｂ）本発明の第三の態様について
一般的な製造方法に関しては、すでに上記（ａ）であわせて説明している。ここでは、より具体的に好ましい製造方法の一例の概要を以下に示す。(B) Third Aspect of the Present Invention A general production method has already been described in (a) above. Here, the outline | summary of an example of a more preferable preferable manufacturing method is shown below.
もっとも、これは単に本発明の一例を示すものにすぎず、以下の記載は本発明の範囲を何等限定しようとするものではない。 However, this is merely an example of the present invention, and the following description is not intended to limit the scope of the present invention in any way.
ａ． 光電極の作製（図５参照）
・ 導電基板ユニットの作製
２５５ｍｍ×２５５ｍｍ×４ｍｍの導電性ガラス基板（日本板硝子製）のＦＴＯ導電膜をレーザー照射によりエッチングして、１枚の導電性ガラス基板上に６つ（２×３）の絶縁された導電基板ユニットを形成する。a. Production of photoelectrode (see FIG. 5)
-Production of conductive substrate unit Etching FTO conductive film of 255 mm x 255 mm x 4 mm conductive glass substrate (manufactured by Nippon Sheet Glass) by laser irradiation, six (2x3) on one conductive glass substrate An insulated conductive substrate unit is formed.
この際、各導電基板ユニットのＦＴＯ導電膜には、図５にあるような扇形形状の切り欠き部（半径４ｍｍ）を形成するようにＦＴＯ導電膜をエッチングする。図５では、この切り欠き部を有するＦＴＯ導電膜に隣接する他のユニットのＦＴＯ導電膜は前記切り欠き部に入り込んだ形で扇形形状の突起部を有する。 At this time, the FTO conductive film is etched so as to form a fan-shaped notch (radius 4 mm) as shown in FIG. 5 in the FTO conductive film of each conductive substrate unit. In FIG. 5, the FTO conductive film of another unit adjacent to the FTO conductive film having the notch has a fan-shaped protrusion that is inserted into the notch.
もっとも、前記突起部の導電膜は必須のものではなく、該突起部の導電膜もエッチングにより除去してもよい［図３の４''参照］
・ 酸化チタン層の形成
次いで、２０〜３０μｍの一次粒子径を有する酸化チタンペースト（触媒化成製 ＰＳＴ−１８ＮＲ）をスクリーン印刷機（ニューロング製 ＬＳ−２５ＴＶ）を用いて、基板上にスクリーン印刷し乾燥させる。この工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返した後、４００μｍ程度の粒子径の酸化チタンペースト（触媒化成 ＰＳＴ４００Ｃ）を同じくスクリーン印刷し乾燥させる。この後、基板をマッフル炉（アドバンテック製 ＦＵＷ２５２ＰＡ）に移し、５００℃、３０分間焼成を行い酸化チタン層を形成させる。焼成後の酸化チタンの膜厚は約１２μｍである。However, the conductive film of the protrusion is not essential, and the conductive film of the protrusion may be removed by etching [see 4 ″ in FIG. 3].
-Formation of a titanium oxide layer Next, a titanium oxide paste having a primary particle size of 20 to 30 [mu] m (catalytic conversion PST-18NR) was screen printed on a substrate by using a screen printer (LS-25TV manufactured by Neurong). dry. After this process is repeated until a predetermined film thickness is obtained, a titanium oxide paste (catalyst conversion PST400C) having a particle size of about 400 μm is similarly screen-printed and dried. Thereafter, the substrate is transferred to a muffle furnace (FUW252PA manufactured by Advantech) and baked at 500 ° C. for 30 minutes to form a titanium oxide layer. The thickness of the titanium oxide after firing is about 12 μm.
この際、酸化チタン層は、各導電基板ユニットのＦＴＯ導電膜の上に形成する。また、この際、酸化チタン層の集光面積を最大にすべく、次に形成される集電グリッド形成部分を除いて各導電基板ユニットのＦＴＯ導電膜全面に形成する。このため、酸化チタン層もＦＴＯ導電膜に対応した扇形形状の切り欠き部を有する。 At this time, the titanium oxide layer is formed on the FTO conductive film of each conductive substrate unit. At this time, in order to maximize the light collection area of the titanium oxide layer, the titanium oxide layer is formed on the entire surface of the FTO conductive film of each conductive substrate unit except for the current collector grid forming portion to be formed next. For this reason, the titanium oxide layer also has a fan-shaped notch corresponding to the FTO conductive film.
・ 集電グリッドの形成
次いで、銀ペーストをスクリーン印刷により、基板上にグリッド状に塗付し、１６０℃、１２分間乾燥後、マッフル炉にて５００℃、３０分間焼成して集電配線を得る。この際に、集電配線の一部として、光電極の端子部分も前記切り欠き部内に形成される（図５において、図１では１で示される切り欠き部内に他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分３が形成されている）。-Formation of current collecting grid Next, silver paste is applied in a grid shape on the substrate by screen printing, dried at 160 ° C for 12 minutes, and then fired in a muffle furnace at 500 ° C for 30 minutes to obtain current collecting wiring. . At this time, the terminal portion of the photoelectrode is also formed in the cutout as a part of the current collecting wiring (in FIG. 5, the photoelectrode of another solar cell unit is shown in the cutout shown by 1 in FIG. Terminal portion 3 is formed).
なお、この集電グリッドの形成は、前記酸化チタン層の形成の前に形成してもよい。 The current collecting grid may be formed before the titanium oxide layer is formed.
・ 集電グリッド絶縁保護層の形成
次いで、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷により基板上に塗付し、１６０℃、１２分間乾燥後、マッフル炉にて５００℃、３０分間焼成する。-Formation of current collecting grid insulating protective layer Next, a glass frit paste is applied on the substrate by screen printing, dried at 160 ° C for 12 minutes, and then baked in a muffle furnace at 500 ° C for 30 minutes.
なお、この絶縁保護層の形成も、前記酸化チタン層の形成の前に形成してもよい。 The insulating protective layer may be formed before the titanium oxide layer is formed.
・ 色素吸着
次いで、前記絶縁層を形成した基板をルテニウム有機錯体色素溶液に浸漬し、１６時間静置することにより、酸化チタン層に色素を吸着させる。-Dye adsorption Next, the substrate on which the insulating layer is formed is immersed in a ruthenium organic complex dye solution and allowed to stand for 16 hours to adsorb the dye to the titanium oxide layer.
ｂ． 対極の作製
・ チタン板の輪郭形状加工
０．２ｍｍ厚の純チタン板をワイヤー放電加工により、規定の形状（１２２ｍｍ×８１ｍｍ）に切断する。本態様では対極には、切り欠き部は形成しない。b. Production of counter electrode-Contour shape processing of titanium plate A pure titanium plate having a thickness of 0.2 mm is cut into a prescribed shape (122 mm x 81 mm) by wire electric discharge machining. In this embodiment, the notched portion is not formed in the counter electrode.
・ 白金触媒層の形成
次いで、電気メッキ法により、チタン板上に白金触媒層を形成する。-Formation of platinum catalyst layer Next, a platinum catalyst layer is formed on a titanium plate by electroplating.
ｃ． アセンブリ
・ 封止材塗布
各光電極上に、スクリーン印刷により、封止用紫外線硬化樹脂を塗布する。c. Assembly-Sealing material application An ultraviolet curable resin for sealing is applied on each photoelectrode by screen printing.
・ 貼り合わせ
次いで、アラインメント用ガラス（２５５ｍｍ×２５５ｍｍ×４ｍｍ）上に６枚の対極を配置し、仮固定を行う。このアラインメント用ガラス上の各対極を、対極の端子部分２が直接接続すべき他のユニットの光電極の端子部分３と上下に向かい合うように配置して対向させ（図１参照）、貼り合わせる。電極間距離はたとえば約３０μｍに設定できる。-Bonding Then, six counter electrodes are placed on the alignment glass (255 mm × 255 mm × 4 mm), and temporarily fixed. Each counter electrode on the alignment glass is disposed so as to face the terminal part 3 of the photoelectrode of another unit to which the
・ 封止材の硬化
次いで、光電極側より、紫外線を照射し（３０００ｍＪ／ｃｍ２、アイグラフィック製 ＥＣＳ−６０１Ｇ−３）、封止材を硬化させる。Of-sealant curing then from the photoelectrode side, irradiating ultraviolet radiation (3000 mJ / cm 2, Eye Graphics Ltd. ECS-601G-3), to cure the sealant.
・ 端子間接続
次いで、各ユニットの対極端子部分を、隣接するユニットの集電配線グリッドの一部をなす光電極の端子部分と電気的接続するためにはんだ接続を行う。対極の端子部分が他のユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合って配置されているため、簡便に電気的接続できる。-Terminal connection Next, solder connection is performed in order to electrically connect the counter electrode terminal portion of each unit to the terminal portion of the photoelectrode forming a part of the current collecting wiring grid of the adjacent unit. Since the terminal portion of the counter electrode faces the terminal portion of the photoelectrode of the other unit in the vertical direction, it can be easily electrically connected.
・ 電解液注入
次いで、真空注入装置（アユミ工業製 ＬＣ−３５）を用いて、モジュールの電解液注入孔より、電解液を注入する。-Electrolyte solution injection | pouring Then, electrolyte solution is inject | poured from the electrolyte solution injection hole of a module using a vacuum injection apparatus (LC-35 by Ayumi Industry).
・ 注入孔の封止
次いで、電解液注入孔を、紫外線硬化樹脂を用いて封止する。-Sealing of injection | pouring hole Then, electrolyte solution injection | pouring hole is sealed using ultraviolet curable resin.
得られる太陽電池は、図５からもわかるように、有効集光面積が大きく、基板の全面積のうち、集光面積として利用されない部分を最小限にすることができる。 As can be seen from FIG. 5, the obtained solar cell has a large effective light collection area, and can minimize the portion of the total area of the substrate that is not used as the light collection area.
（ｃ）本発明の第四の態様について
本態様においては、光電極の作製における導電基板ユニットの作製においては、ＦＴＯ導電膜には、図５にあるような略凹形状の切り欠き部は形成しない代わりに、対極の作製において、対極のうち、光電極の端子部分の上方に配置されることになる部分に、同様な略凹形状の切り欠き部を形成するという点を除き、上記（ｂ）と同様にして集積型色素増感太陽電池モジュールを作製することができる。(C) Fourth aspect of the present invention In this aspect, in the production of the conductive substrate unit in the production of the photoelectrode, the FTO conductive film is formed with a substantially concave cutout as shown in FIG. Instead, in the production of the counter electrode, the above-mentioned (b) except that a similar substantially concave cutout is formed in a portion of the counter electrode that is to be disposed above the terminal portion of the photoelectrode. ), An integrated dye-sensitized solar cell module can be produced.
本発明は、より高い電圧の要求される用途にも経済的な色素増感太陽電池の使用を可能にするものである。 The present invention enables the use of dye-sensitized solar cells that are economical for applications requiring higher voltages.
Claims (11)
前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
前記各透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部の上方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュール。An integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units arranged on a single transparent conductive substrate are connected in series,
The single transparent conductive substrate comprises a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other,
The solar cell unit includes a counter electrode and a photoelectrode,
Each of the dye-sensitized solar cell units on the transparent conductive substrate unit is disposed so that the transparent conductive substrate unit side is the photoelectrode side,
Each of the transparent conductive substrate units has a notch in the transparent conductive film, and the terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit disposed on the transparent conductive substrate unit is positioned above the notch. And the terminal portions of the photoelectrodes of other adjacent solar cell units to be connected in series are arranged in the notches, and the terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit is the other solar cell unit. An integrated dye-sensitized solar cell module, characterized in that it is electrically connected in series with the photoelectrode terminal portion facing up and down.
前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
前記各太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部の下方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュール。An integrated dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cell units arranged on a single transparent conductive substrate are connected in series,
The single transparent conductive substrate comprises a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other,
The solar cell unit includes a counter electrode and a photoelectrode,
Each of the dye-sensitized solar cell units on the transparent conductive substrate unit is disposed so that the transparent conductive substrate unit side is the photoelectrode side,
Each of the solar cell units has a notch on the counter electrode, and the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit disposed on the transparent conductive substrate unit is disposed below the notch. And a terminal portion of a counter electrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is disposed in the cutout portion, so that a terminal portion of the counter electrode of the other solar cell unit is a photoelectrode of the solar cell unit. An integrated dye-sensitized solar cell module, which is electrically connected in series in a state of facing the terminal portion of the top and bottom.
（１）単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
（２）前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
（３）各太陽電池ユニットの対極の端子部分と隣接する他の太陽電池の光電極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
とを順に含み、
前記透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部の上方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。A method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module, wherein a plurality of dye-sensitized solar cell units are connected in series on a single transparent conductive substrate,
(1) forming a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other on a single transparent conductive substrate;
(2) a step of forming a dye-sensitized solar cell unit including a counter electrode and a photoelectrode on each transparent conductive substrate unit; and (3) another solar cell adjacent to the terminal portion of the counter electrode of each solar cell unit. Electrically connecting in series with the terminal portion of the photoelectrode,
And in order,
The transparent conductive substrate unit has a cutout portion in the transparent conductive film, and a terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit formed on the transparent conductive substrate unit is formed so as to be positioned above the cutout portion. In addition, a terminal portion of a photoelectrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is formed in the cutout portion, and thus a terminal portion of the counter electrode of the solar cell unit is formed of the photoelectrode of the other solar cell unit. A method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module, wherein the terminal portion is electrically connected in series in a state of facing the upper and lower sides.
（１）単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
（２）前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
（３）各太陽電池ユニットの光電極の端子部分と隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
とを順に含み、
前記太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部の下方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。A method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module, wherein a plurality of dye-sensitized solar cell units are connected in series on a single transparent conductive substrate,
(1) forming a plurality of transparent conductive substrate units insulated from each other on a single transparent conductive substrate;
(2) forming a dye-sensitized solar cell unit having a counter electrode and a photoelectrode on each transparent conductive substrate unit; and (3) another solar cell adjacent to the terminal portion of the photoelectrode of each solar cell unit. Electrically connecting in series with the terminal portion of the counter electrode of the battery unit;
And in order,
The solar cell unit has a notch in the counter electrode, and the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit formed on the transparent conductive substrate unit is formed so as to be located below the notch, A terminal portion of the counter electrode of another adjacent solar cell unit to be connected in series is formed in the notch, and the terminal portion of the counter electrode of the other solar cell unit is connected to the terminal portion of the photoelectrode of the solar cell unit. A method for producing an integrated dye-sensitized solar cell module, characterized by being electrically connected in series in a state of facing each other vertically.
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