JP5085078B2 - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、Z型のモジュールからさらに進んだ構造として、一つの基板上にユニットセルを並べて配し、隣接するユニットセル同士を電気的に接続してなるモノシリック型モジュールを実現しようとするアイデアも提案されている(例えば、特許文献3参照)。
内部抵抗要素Rshの向上策として、TiO2 などからなる逆電子移動層を成膜することが報告されている[図7(c)]が、この場合、セル間接続抵抗が高くなり、結果として、内部抵抗要素Rsの増加による形状因子FFの低下が原因となり、発電効率が低下してしまう。
また、本発明は、低温成膜のプロセス条件においても、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制して、発電効率を高めた太陽電池モジュールを得ることができる太陽電池モジュールの製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の請求項2に記載の太陽電池モジュールは、本発明の請求項1に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記隔壁部の頂面において、導電性接着部材を介して、前記第一導電層と前記第二電極の第三導電層が接続され、前記隣接するユニットセル同士が前記隔壁部の頂面において接続していることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の太陽電池モジュールの製造方法は、増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、前記第二導電層は200℃以下で形成されることを特徴とする。
また、本発明では、前記第二導電層として酸化スズ膜を200℃以下の温度で形成することにより、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制できる被膜とすることができる。ゆえに、本発明は、低温成膜が求められるプラスチック基板などの上に、発電効率を高めた太陽電池モジュールを構築可能な製造方法をもたらす。
本実施形態に係る太陽電池モジュール1は、隣接するユニットセル20間を分離する隔壁部21を備えた透明部材からなる第一基材2と、第一電極として機能する、透明導電膜からなる第一導電層3および酸化スズ膜からなる第二導電層4と、酸化スズ膜上に設けた多孔質酸化物半導体層5とからなる構造体を、光が入射する側の窓極(作用極)基板6とする。一方、第二基材7と第二電極として機能する第三導電層8と、電極部材9とからなる構造体を、対極基板10とする。そして、窓極基板6と対極基板10との間に電解質層11(電解液もしくは電解質ゲル)を設けてなる。
上記の方法で成膜した酸化スズ膜は導電性が低いため、酸化チタン等からなる多孔質酸化物半導体層からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部21のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部21を避けてパターニングし、隔壁部21の頂面では直接、第一導電層3が、対極基板10を構成する第三導電層8(又は電極部材9)と触れる構造とする必要がある。
このように、第一基材2に凹凸加工を施し、隔壁部21を第一基材2と一体化して形成することで、両極基板を接着する導電性接着部材12と電解質層11との接触面積が低減し、セルの耐薬品性が向上するとともに、暗電流の問題が起こりにくいものとなる。
そして、第一基材2上に光透過率の高い透明な第一導電層3を形成することにより、窓極(作用極)基板とする。
酸化還元対も特に限定されるものではないが、例えばヨウ素/ヨウ化物イオン、臭素/臭化物イオン等を選ぶことができ、前者であればヨウ化物塩(リチウム塩、四級化イミダゾリウム塩、テトラブチルアンモニウム塩等を単独、あるいは複合して用いることができる)とヨウ素を単独、あるいは複合して添加することにより与えることができる
また、イオン液体としては、例えば、四級化イミダゾリウム誘導体、四級化ピリジニウム誘導体、四級化アンモニウム誘導体といった四級化された窒素原子を有する化合物をカチオンとしたものがある。
電解液には、更に必要に応じてリチウム塩やtert-ブチルピリジン等種々の添加物を加えても構わない。更に、このような電解液と同様に電荷輸送能力を有する高分子固体電解質等を電解質層11として用いても構わない。
その後、セル内に電解液を注入して封止することにより、図1に示すような、ユニットセル20を直列接続してなる太陽電池モジュール1とする。
図2は、太陽電池モジュール1を構成する窓極(作用極)基板6を作製する工程を順に示す概略断面図であり、図3は、太陽電池モジュール1における対極基板10を作製する工程を順に示す概略断面図である。そして、図4は、本発明に係る太陽電池モジュール1の製造例を示す概略断面図である。
図2(a)に示すように、凹凸加工を施すことが可能な第一基材2を準備する。第一基材2は、汎用のガラス板でも差し支えないが、凹凸加工が施しやすく、経済的で、軽量なモジュールを得ることができる樹脂板(プラスチック板)が好ましい。
200℃以下の比較的低温で成膜された酸化スズ膜からなる第二導電層4は導電性が低いため、酸化チタン電極からの集電程度の電流密度には使用できるが、隣接セルと接続するための隔壁部21のように電流が集中する箇所には使用できない。そのため隔壁部21を避けてパターニングする必要がある。
図3(a)に示すように、プラスチックよりなる第二基材7を準備し、この第二基材7の一面に第三導電層8を設ける。第三導電層8の形成方法としては、第一基材2の場合と同様に、第三導電層8の材料に応じて公知の方法を用いて行なえばよく、例えば、スパッタ法や蒸着法等により、スズ添加酸化インジウム(ITO)等の酸化物半導体からなる薄膜を形成する。この導電層8は、厚すぎると光透過性が劣り、一方、薄すぎると導電性が損なわれるので、例えばITO膜の場合、光透過性と導電性の両方を考慮して、0.030μm〜2μm程度の膜厚にするとよい。
このようにして得られた太陽電池モジュール1は、窓極基板において、隔壁部間をなす凹部底面上に形成された透明導電膜からなる第一導電層3に、酸化スズ膜からなる第二導電層4を重ねて配することで、内部抵抗を増大させずに逆電子移動を抑制することができる。その結果、発電効率が向上したものとなる。
たとえば、図1には隔壁部を窓極基板側に配置した太陽電池モジュールの一実施形態を示したが、図示はしないが、隔壁部を対極基板側に配置してもよく、このような配置においても上述した本発明の作用・効果は得られる。ただし、隔壁部を対極基板側に配置する場合、前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部に対向する領域を覆うように延設される点が、図1の配置例とは異なる。
Claims (3)
- 増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されており、
前記第一導電層は、その一端が、前記隔壁部の一方の側面とこれに連なる頂面の両方、もしくは前記隔壁部に対向する領域、を覆うように延設され、前記隔壁部の頂面において、前記第一導電層のみが設けられ、
前記隣接するユニットセル同士が前記隔壁部の頂面において接続していることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記隔壁部の頂面において、導電性接着部材を介して、前記第一導電層と前記第二電極の第三導電層が接続され、前記隣接するユニットセル同士が前記隔壁部の頂面において接続していることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 増感色素を担持させた多孔質酸化物半導体層を有して構成され、窓極として機能する第一電極と、少なくとも一部に電解質層を介して前記第一電極と対向して配される第二電極とを備え、
前記第一電極を設ける第一基材もしくは前記第二電極を設ける第二基材は、隣接するユニットセル間を分離する隔壁部を有する太陽電池モジュールであって、
前記第一基材は、前記隔壁部間をなす領域において、透明導電膜からなる第一導電層と酸化スズ膜からなる第二導電層が順に重ねて配されている太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記第二導電層は200℃以下で形成されることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
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