JP5240652B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Description
しかし、その普及は未だ満足出来る状態ではない。
そして、普及への障害となっている最も大きな原因の一つは、現在主流であるシリコン系太陽電池の製造コストが高いことにある。
この製造コストが下がらない大きな要因は、シリコン系太陽電池に必要なシリコン半導体を安価に大量に供給することには、その製法上限界があり、今後も大きな改善は望めそうもない点である。
この湿式太陽電池の基本構成は、ガラス等の透明基板に設けた透明導電電極、電解質、分光増感色素、酸化チタン等の多孔質半導体層、基板に設けた対電極から成る。
この種の色素増感太陽電池は、使用する材料が安価であり、作製には、シリコン系太陽電池に必要な真空プロセス等の大掛かりな設備を必要としないことから、低コストの太陽電池として期待を集めている。
その原因の一つが、電子のキャリアである電解質の封止の問題がある。
電解質が漏洩したり、電解質に、外部から水分等が侵入すると、発電効率が低下するのみならず、光変換層の劣化が生じ、色素増感太陽電池の寿命を短くする問題を惹起していた。
電解質には、液体、ゲルおよび固体などの形態が挙げられる。
電解液の封止には、漏洩の少ないゲルや固体が適している(特許文献1)。
しかし、シリコン系並みの高い変換効率を得るには、液体、それもアセトニトリル等の極性が高くかつ揮発性の高い有機溶媒が好ましい。
ただし、かかる電解液を太陽電池のセル中に封止することは難しい。
このため、色素増感太陽電池の長期信頼性の向上には、透明導電電極と対電極の基板間にある電解液を、封止材を用いることにより基板端部周辺を封止し、電解液の漏洩や水分の浸入を防止することが、必要不可欠である。
そして、液状接着剤には、シリコン系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などが挙げられるが、いずれの接着剤も、基板などの被接着剤との接着性を高めるために、ある程度の極性を有している。
このため、この極性により、電解液との親和性が高くなり、侵食や膨潤により長期的には封止性能が低下する。
一方、極性の小さい接着剤として、ポリイソブチレン系樹脂が報告されている。
これにより電解液による侵食や膨潤はある程度抑制されるものの、接着性が劣るため長期的には剥離等により封止性能が低下する恐れがある。
ただし、液状接着剤同様、極性を有しているため、長期的には封止性能が低下する恐れがある。
一方、ガラスフリットによる封止は、封止性能には優れるものの、一般に450℃以上の加熱処理が必要であるため、増感色素をはじめとした構成部品の変質を招く恐れがある。
また、作業が煩雑になり、製造コストの悪化を招いていた。
一方、水ガラスなどのケイ酸塩を用いることで、固化温度を60℃以下とすることもできる。
しかしながら、水ガラスに含有される水やナトリウムなどが電解質に溶解して、変換効率を低下させる恐れがある(特許文献7)。
さらに太陽電池は太陽光の照射によりセル温度が上昇するため、いずれの接着方式においても、封止材と基板との線膨張率が異なる場合、温度変化による膨潤収縮により接着部分の剥離や基板の破損が生じる恐れがあった。
また、対電極107が、第2電極基材105と、この第2電極基材105の一面に設けられた第2導電膜106とより構成されている。
この光電極104と対電極107との間には、液状またはゲル状の電解質を含む電解質層108が介在している。
更に、光電極104と対電極107との間には、電解質層108を封止する封止材が設けられ、この封止材として、弾性を備えた合成樹脂材製ガスケット109を使用している。
また、これらの部材を一体化するために、光電極104と対電極107の4箇所の角部が、4本のボルト111とナット112により、締め付け保持されている。
しなしながら、提案された封止材の形状はO-リング状であるため、基板間のスペースは大きくなり、接着方式で一般的なスペース厚みである100μm以下にすることは非常に困難である。
このため、封止性には優れていても、高い変換効率を期待できない。
このため、セルが大面積化した場合、大きな圧縮力によって基板が撓むか、場合によっては破損する恐れがある。
更に、ボルト111とナット112により、締め付け保持した場合、光電極104と対電極107との間隙が一定しない問題を惹起した。
請求項1記載の発明の色素増感型太陽電池によれば、光電極若しくは対電極の何れか一方に設けた弾性被膜層と、光電極若しくは対電極の何れか他方に設けた剛性突起とより成り、剛性突起の先端が弾性被膜層に当接する構成とすることにより、小さな圧縮力により十分なシール面圧がえられ、基板が撓んだり、破損することなく、剛性突起の先端が適度に食込んで、良好な封止機能を発揮すると共に、電解液に対し良好な耐腐食性を有するため、長期間に渡って良好な封止機能を発揮する。
更に、請求項3記載の発明の色素増感型太陽電池によれば、拡散経路が長く取れるため、電解液や水分の溶解拡散透過を減らすことが出来る。
また、請求項5記載の発明の色素増感型太陽電池によれば、加工が容易で、確実に電解液や水分の溶解拡散透過を減らすことが出来る。
図1及び図2に基づき発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は色素増感型太陽電池にかかる発明の実施の形態を示す断面図ある。
図2は図1の部分拡大図である。
また、対電極7が、第2電極基材5と、この第2電極基材5の一面に設けられた第2導電膜6とより構成されている。
この光電極4と対電極7との間には、液状またはゲル状の電解質を含む電解質層8が介在している。
更に、封止手段として、光電極4側に設けた弾性被膜層9と、対電極7側に設けた剛性突起10とより成り、剛性突起10の先端が弾性被膜層9に当接する態様となっている。
また、この種材料には、安定剤、粘着付与剤、離型剤、難燃剤、短繊維等が適宜添加して用いられる。
そして、この弾性被膜層9は、上記液状材料を、ディスペンサやスクリーン印刷により、光電極4若しくは対電極7の何れか一方の所定の場所に塗布される。
この弾性被膜層9の厚さは、30〜100μmである。
本実施例では、3個の微細突起11を形成してある。
本実施例では、別体に成形した剛性突起10を対電極7側に接着する態様としたが、光電極4側に接着する態様であっても良い。
また、剛性突起10を、第1電極基材1若しくは第2電極基材5に、機械加工などで直接形成する態様としても良い。
さらに、液状の場合は粘性を低くし、イオンの拡散をスムーズにするため常温溶融塩、具体的には1,2ジメチル-3−プロピルイミダゾリウムヨウ化物が用いられる。
2 第1導電膜
3 半導体層
4 光電極
5 第2電極基材
6 第2導電膜
7 対電極
8 電解質層
9 弾性被膜層
10 剛性突起
11 微細突起
Claims (6)
- 透明な第1電極基材(1)と、前記第1電極基材(1)の一面に設けられた第1導電膜(2)と、前記第1導電膜(2)上に半導体材料を用いて形成され、増感色素を吸着させてなる多孔質の半導体層(3)とよりなる光電極(4)と、第2電極基材(5)と、前記第2電極基材(5)の一面に設けられた第2導電膜(6)とよりなる対電極(7)と、前記光電極(4)と前記対電極(7)との間に配された電解質層(8)と、前記光電極(4
)と前記対電極(7)との間に前記電解質層(8)を封止する封止手段が設けられた色素増感型太陽電池において、前記封止手段が、前記光電極(4)若しくは前記対電極(7)の何れか一方に設けたEPDM材製の弾性被膜層(9)と、前記光電極(4)若しくは前記対電極(7)の何れか他方に設けた剛性突起(10)とより成り、前記剛性突起(10)の先端が前記弾性被膜層(9)に当接していることを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 前記EPDMが、スクリーン印刷により前記光電極(4)若しくは前記対電極(7)の何れか一方に設けられることを特徴とする請求項1記載の色素増感型太陽電池。
- 前記剛性突起(10)が、同心状の多段突起(11)であることを特徴とする請求項1記載の色素増感型太陽電池。
- 前記剛性突起(10)が、前記光電極(4)若しくは前記対電極(7)とは別体に作製したものを、前記光電極(4)若しくは前記対電極(7)の何れか一方に接着固定したものであることを特徴とする請求項1または3記載の色素増感型太陽電池。
- 前記剛性突起(10)が、金属材製であることを特徴とする請求項4記載の色素増感型太陽電池。
- 前記剛性突起(10)が、前記第1電極基材(1)若しくは前記第2電極基材(5)に直接形成したものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
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