JP5267608B2 - 色素増感型太陽電池素子モジュール - Google Patents
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Description
また、上記電解質層としては、例えば、上記一対の電極基材と、上記一対の電極基材の間に設けられた封止部材とによって構成される空間に液状の電解質を封入することによって形成されたものを挙げることができる。また、上記電解質層に用いられる上記封止部材は、上記一対の電極基材とともに液状の電解質を保持する機能だけではなく、上記一対の電極基材同士が接触することによって、色素増感型太陽電池の内部短絡が発生することを防止する機能を有するものである。
また、色素増感型太陽電池素子モジュールにおいては、複数の色素増感型太陽電池素子のうち1つの色素増感型太陽電池素子に内部短絡が生じてしまうと、色素増感型太陽電池素子モジュール全体に影響することから、各々の色素増感型太陽電池素子における内部短絡の発生を防止することは、重要な課題の1つである。
ここで従来のフレキシブル性を有する色素増感型太陽電池素子モジュールの構成としては、例えば、2枚のフレキシブル性を有する基材の間に複数の色素増感型太陽電池素子が形成されている構成が挙げられる。
しかしながら、上述した構成を有する色素増感型太陽電池素子モジュールに曲げ加工を施した場合、2枚のフレシキブル性を有する基材はそれぞれ異なる曲率を有することとなるため、所望の曲げ性を示すことが困難となる場合や、曲げ加工により色素増感型太陽電池素子モジュールが劣化してしまうといった問題があった。
そこで、色素増感型太陽電池素子モジュールにおいては、高いフレキシブル性を有することが可能であり、かつ、各々の色素増感型太陽電池素子における内部短絡を効果的に防止することが可能な構成が望まれている。
図1(a)は、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールの一例を示す概略平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線断面図であり、図1(c)は図1(b)のB部分の拡大図である。なお、図1(a)において第1電極層が形成されている領域については点線で示している。
また、図示はしないが、本発明においては、第1電極層の表面上に多孔質層が形成されていてもよい。
図2(a)、(b)に示される色素増感型太陽電池素子モジュール100は、第1電極層12の各ストライプの長辺の端部を含む接続部分aと、各第2電極層22の短冊の長辺の端部を含む接続部分bにおいて、第1電極層12および第2電極層22が色素増感型太陽電池素子モジュール100の内部で接続されている例について示している。
また、この場合は、図2(c)に示すように、第1電極層11の接続部分aが設けられた長辺の端部とは反対側の長辺の端部x1の外側に端領域Sが設けられる。
なお、図2(a)〜(c)において説明していない符号については図1(a)〜(c)と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールは、第1電極層の端部の外側に、第1基材、固体電解質層、および第2電極層を備える端領域を有することを特徴とするものである。
以下、端領域における固体電解質層の配置について説明する。
上記端領域における固体電解質層の配置としては、第1電極層の端部の外側に配置可能な位置であり、かつ第1基材および第2電極層の間に配置可能な位置であれば特に限定されない。具体的には、図3(a)に示すように、端領域Sにおいて固体電解質層4が電極層非対向領域T、すなわち、第1電極層12の端部x1から第1電極層12の端部x1の外側に配置された第2電極層22の端部x2までの領域より内側の領域に配置されていてもよく、図1(c)に示すように、端領域Sにおいて固体電解質層4が電極層非対向領域Tに配置されていてもよく、図3(b)に示すように、端領域Sにおいて固体電解質層4が電解質層非対向領域Tおよび電解質層非対向領域Tの外側を含む領域に配置されていてもよい。
第2電極層の端部の1mm内側から端部の1mm外側までの範囲内に固体電解質層の端部が存在するように固体電解質層が配置されることを指す。
具体的には、本発明における色素増感型太陽電池素子を平面視した場合に、上述した電極層非対向領域に連続的に配置されていてもよく、所定のパターンで配置されていてもよい。
次に、上記端領域の平面視上の位置について説明する。
本発明における端領域の平面視上の位置としては、第1電極層の端部の外側の第1基材上に固体電解質層および第2電極層を配置することが可能となる位置であり、かつ色素増感型太陽電池素子における内部短絡の発生を防止することが可能となる位置であれば特に限定されない。通常は、第1電極層のパターン形状等により適宜選択されるものである。
一方、第1電極層のパターン形状が円形状、楕円形状、または連続した曲線からなる端辺を有する形状である場合は、上記端辺に端部領域が連続的に設けられていることを指す。
また、「連続的に形成されている」とは、少なくとも1辺の端部または端辺の全てに端領域が連続的に設けられている場合だけではなく、少なくとも1辺の端部または端辺の一部を除いて端領域が連続的に設けられている場合を含む。
具体的には、第1電極層の端部に沿って固体電解質層が所定の間隔毎に配置されていることを指す。なお、この場合、第1電極層の端部に沿って多孔質層や、必要に応じて形成される触媒層が所定の間隔毎に配置されていてもよい。また、第2電極層については、通常は端領域に連続的に配置される。
また、図4(a)、(b)において説明していない符号については、図1(a)等と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
よって、上記第1電極層の各ストライプの長辺の端部に端領域を設けることにより、色素増感型太陽電池素子における内部短絡の発生をより効果的に防止することができる。
この場合、図4(a)に示すように、第1電極層12の接続部分aに含まれる端部の外側には端領域が設けられていてもよく、図4(b)、図5に示すように、第1電極層12の接続部分aに含まれる端部の外側には端領域が設けられなくてもよい。
本発明においては、なかでも、第1電極層の接続部分に含まれる端部の外側には端領域が設けられないことが好ましい。上記第1電極層の接続部分に含まれる端部の外側に端領域が設けられた場合は、第1電極層および第2電極層の間に固体電解質層が配置されることとなるため、接続不良の原因となる可能性があるからである。
本発明における端領域の調整方法としては、色素増感型太陽電池素子において、端領域が上述した平面視上の位置、および縦断面の位置となるように調整することが可能な方法であれば特に限定されるものではない。通常は、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールの用途、形状等に応じて、第1電極層のパターン形状、固体電解質層の形状、および第2電極層を有する第2電極基材の形状等を適宜調整することにより、端領域が調整される。
本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールは、1枚の第1基材および上記第1基材上にパターン状に形成された複数の第1電極層を有する第1電極基材と、少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材と、上記第1電極基材の第1電極層または上記第2電極基材の第2電極層のうち、いずれか一方の電極層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する複数の多孔質層と、上記第1電極基材の第1電極層または上記第2電極基材の第2電極層のうち、上記多孔質層が形成されていない方の電極層および上記多孔質層の間に形成され、酸化還元対を含有する複数の固体電解質層とを有し、上記第1電極層、上記第2電極層、上記多孔質層、および上記固体電解質層を有する色素増感型太陽電池素子が複数連結されて構成され、1つの上記色素増感型太陽電池素子の上記第1電極層および上記1つの色素増感型太陽電池素子に隣接する他の上記色素増感型太陽電池素子の上記第2電極層が電気的に接続されているものである。
本発明における第1電極基材は、1枚の第1基材と、上記第1基材上にパターン状に形成された複数の第1電極層とを有するものである。
第2電極基材が透明性を有する基材である場合は、第1電極基材としては、透明性を有する基材であってもよく、透明性を有さない基材であってもよい。
一方、第2電極基材が透明性を有さない基材である場合は、第1電極基材は透明性を有する基材である。
以下、それぞれについて説明する。
上記第1電極基材が透明性を有する基材である場合、第1電極基材は、通常、第1基材として透明基材と、第1電極層として上記透明基材上に形成された透明電極層とを有するものである。
上記第1電極基材が透明性を有する基材である場合、上述したように、第1基材としては透明基材が用いられる。
上記透明基材は、後述する透明電極層を支持するものである。
上記第1電極基材が透明性を有する基材である場合、上述したように、第1電極層としては透明電極層が用いられる。
透明電極層は、上述した透明基材上にパターン状に形成されるものである。
一方、上記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン(PA)、ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、およびこれらの誘導体等を挙げることができる。また、これらを2種以上混合して用いることもできる。
なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験機株式会社製 SMカラーコンピュータ(型番:SM−C)を用いて測定した値である。
なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製 表面抵抗計(ロレスタMCP:四端子プローブ)を用い、JIS R1637(ファインセラミックス薄膜の抵抗率試験方法:4探針法による測定方法)に基づき、測定した値である。
なお、上記厚みは、透明電極層が複数の層から構成される場合には、すべての層の厚みを合計した総厚みを指すものとする。
上記接続部分としては、隣接する色素増感型太陽電池素子の第1電極層と第2電極層とを内部接続させることが可能であれば特に限定されず、透明電極層がストライプ状である場合、図4(a)、(b)に示すように、接続部分aがストライプの短辺の端部を含む部分であることや、図5に示すように、接続部分aがストライプの長辺の端部を含む部分であることが好ましい。
なお、補助電極については、一般的な色素増感型太陽電池素子に用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
上記第1電極基材が透明性を有さない基材としては、上述した「透明性を有する基材」で説明したような、透明性を示さない基材であれば特に限定されないが、通常、第1基材と第1基材上にパターン状に形成された金属層とを有する。
上記第1基材としては、透明基材であってもよく、透明性を有さない第1基材であってもよい。透明基材については、上述した「(1)透明性を有する基材」の項で記載したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
一方、透明性を有さない第1基材としては、樹脂製基材を挙げることができる。
なお、樹脂製基材に用いられる樹脂材料については、上述した透明樹脂製基材に用いられる材料と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
上記第1電極基材が透明性を有さない基材である場合、上述したように、第1電極層としては、金属層が用いられる。
また、上記金属層としては、上述した第1基材上に所定のパターン形状で形成することが可能であれば特に限定されないが、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。金属層がフレキシブル性を有することにより、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールの加工性をより高いものとすることができるからである。
例えば、第1基材上に蒸着法等により金属膜を形成した後、エッチングすることにより所定のパターン形状の金属層を形成する方法や、金属マスク等を用いて第1基材上にパターン蒸着させることにより金属層を形成する方法等を挙げることができる。
第1電極基材としては、第1基材および第1電極層を有するものであれば特に限定されず、必要に応じて他の構成を有していてもよい。
このような触媒層の例としては、例えば、上記第1電極層上にPtを蒸着した態様や、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリピロール(PP)、ポリアニリン(PA)、これらの誘導体およびこれらの混合物から触媒層を形成する態様を挙げることができるが、この限りではない。
本発明における第1電極基材としては、上述した透明性を有する基材、および透明性を有さない基材のいずれであってもよいが、透明性を有する基材であることが好ましい。
ここで、後述する多孔質層は、第1電極基材の第1電極層または後述する第2電極基材の第2電極層のいずれか一方の表面上に形成されるものである。
また、多孔質層の形成方法としては、焼成処理を含む形成方法を用いることが好ましいことから、第2電極層として金属基材を用い、金属基材上に多孔質層を焼成して形成する方法を用いることが好ましい。
よって、第2電極基材としては、透明性を有さない基材を用いることが好ましいことから、本発明における第1電極基材は、透明性を有する基材であることが好ましい。
本発明における第2電極基材は、少なくとも第2電極層を有するものである。
上述した第1電極基材が透明性を有する基材である場合は、上記第2電極基材としては透明性を有する基材であってもよく、透明性を有さない基材であってもよい。一方、上記第1電極基材が透明性を有さない基材である場合は、上記第2電極基材としては透明性を有する基材が用いられる。
なお、第2電極基材としては、通常第2基材全面に第2電極層が形成されているものである。
例えば、後述する多孔質層が第1電極基材の第1電極層上に形成される場合、上記第2電極層上に触媒層を形成することが好ましい。
なお、触媒層については上述した第1電極基材の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
ここで、本発明において「第2電極層が第1電極層のパターンに対応するパターンを有する」とは、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールを構成する各々の色素増感型太陽電池素子が第2電極層を有するように、第2電極層が、パターン状に形成された各々の第1電極層に対向させて配置することが可能なパターンを有することを指す。
より具体的には、本発明における1つの第2電極層が、1つの第1電極層上に連続的に配置可能なパターンを有することを指す。
また、上述の形成方法を用いた場合は、例えば、第2電極基材用基板の第2電極層上に後述する固体電解質層や多孔質層等を連続して形成した後、第2電極基材用基板を切断することにより、第1電極基材の第1電極層のパターンに対応するパターンを有する固体電解質層や多孔質層を簡便な方法で形成することが可能となる。
本発明における固体電解質層は、上記第1電極基材の第1電極層または上記第2電極基材の第2電極層のうち、上記多孔質層が形成されていない方の電極層および上記多孔質層の間に形成され、酸化還元対を含有するものである。
なお、本発明において「固体電解質層が第1電極基材の第1電極層のパターンに対応するパターンを有する」とは、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールを構成する各々の色素増感型太陽電池素子が固体電解質層を有するように、上記固体電解質層が、パターン状に形成された各々の第1電極層上に形成可能なパターンを有することを指す。
より具体的には、本発明における1つの固体電解質層が、1つの第1電極層上に連続的に配置可能なパターンを有することを指す。
本発明における固体電解質層の材料は、酸化還元対を含有するものである。
本発明における固体電解質層に用いられる酸化還元対について説明する。
本発明における固体電解質層に用いられる酸化還元対としては、一般的に色素増感型太陽電池の電解質層において用いられているものであれば特に限定はされない。具体的には、ヨウ素およびヨウ化物の組合せ、臭素および臭化物の組合せであることが好ましい。例えば、ヨウ素およびヨウ化物の組合せとしては、LiI、NaI、KI、CaI2等の金属ヨウ化物と、I2との組合せを挙げることができる。さらに、臭素および臭化物の組み合わせとしては、LiBr、NaBr、KBr、CaBr2等の金属臭化物と、Br2との組合せを挙げることができる。
本発明に用いられる固体電解質層は、上述した酸化還元対の他にも、必要な成分を適宜追加することが可能である。
以下、このような成分について説明する。
本発明における固体電解質層は、高分子化合物を含有していることが好ましい。また、固体電解質層の強度を高いものとすることが可能となるからである。
以下、上記固体電解質層に用いられる高分子化合物について説明する。
本発明における固体電解質層は、上述した高分子化合物以外の任意の成分を含有することができる。このような成分としては、例えばイオン液体を挙げることができる。
本発明における固体電解質層の膜厚としては、10nm〜100μmの範囲内、なかでも1μm〜50μmの範囲内、特に5μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。上記固体電解質層の膜厚が上記範囲に満たない場合は、上記固体電解質層が十分に機能せず色素増感型太陽電池素子モジュールの発電効率が低下する可能性があるからである。また、上記固体電解質層の膜厚が上記範囲を超える場合は、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールを薄膜に形成することが困難になるからである。
また、本発明における「固体電解質層の幅」とは、端領域に位置する固体電解質層の端部から、上記固体電解質層の端部び対向する固体電解質層の端部までの距離し、図1(c)、図3(a)、(b)においてVで示される距離を指す。
また、上記接続部分に含まれる第1電極層の端部の外側にも固体電解質層が配置されないような形状とすることがより好ましい。上記固体電解質層は絶縁機能を有するものであることから、第1電極層および第2電極層の接続を妨げる可能性があるからである。
また、上記固体電解質層は、第1電極基材の第1電極層側に形成されていてもよく、第2電極基材の第2電極層側に形成されていてもよい。
上述したように、上記第2電極基材は、第2電極基材用基板を切断することによって形成することが可能である。よって、予め第2電極基材用基板上に固体電解質層を連続的に形成した後、第2電極基材用基板を切断することにより、第2電極層の幅と同等な幅を有する固体電解質層を簡便な形成方法で形成することができるからである。
本発明における多孔質層は、上記第1電極基材の第1電極層または上記第2電極基材の第2電極層のうち、いずれか一方の表面上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有するものである。
なお、本発明において「多孔質層が第1電極基材の第1電極層のパターンに対応するパターンを有する」とは、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールを構成する各々の色素増感型太陽電池素子が多孔質層を有するように、多孔質層がパターン状に形成された各々の第1電極層の表面上に形成可能なパターンを有することを指す。
より具体的には、本発明における1つの多孔質層が、1つの第1電極層上に連続的に形成可能なパターンを有することを指す。
上記金属酸化物半導体微粒子としては、半導体特性を備える金属酸化物からなるものであれば特に限定されるものではない。上記金属酸化物半導体微粒子を構成する金属酸化物としては、例えば、TiO2、ZnO、SnO2、ITO、ZrO2、MgO、Al2O3、CeO2、Bi2O3、Mn3O4、Y2O3、WO3、Ta2O5、Nb2O5、La2O3等を挙げることができる。
なかでも本発明においては、TiO2からなる金属酸化物半導体微粒子を用いることが最も好ましい。TiO2は特に半導体特性に優れるからである。
なお、上記金属酸化物半導体微粒子の平均粒径は一次粒径を意味するものとする。
上記色素増感剤としては、光を吸収して起電力を生じさせることが可能なものであれば特に限定されない。このような色素増感剤としては、有機色素または金属錯体色素を挙げることができる。上記有機色素としては、アクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系、インドリン系、カルバゾール系の色素が挙げられる。本発明においてはこれらの有機色素の中でも、クマリン系色素を用いることが好ましい。また、上記金属錯体色素としてはルテニウム系色素を用いることが好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素を用いることが好ましい。このようなルテニウム錯体は吸収する光の波長範囲が広いため、光電変換できる光の波長領域を大幅に広げることができるからである。
上記多孔質層には、上記金属酸化物半導体微粒子の他に任意の成分が含まれていてもよい。本発明における任意の成分としては、例えば、樹脂を挙げることができる。上記多孔質層に樹脂が含有されることにより、本発明における多孔質層の脆性を改善することができるからである。
本発明における多孔質層の厚みは、本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールの用途に応じて、適宜決定できるものであり、特に限定されるものではない。なかでも本発明における多孔質層の厚みは、通常、1μm〜100μmの範囲内であることが好ましく、特に3μm〜30μmの範囲内であることが好ましい。
本発明における多孔質層の形成方法としては、第1電極基材の複数の第1電極層上または第2電極基材の第2電極層上に所望の厚みで多孔質層を形成することが可能な方法であれば特に限定されるものではない。
まず、少なくとも上述した金属酸化物半導体微粒子、バインダー樹脂、および溶媒からなる多孔質層形成用塗工液を調製する。次に第2電極層として、金属層を用い、上記金属層上に調製された上記多孔質層形成用塗工液を所望の膜厚で塗布して多孔質層形成用塗布膜を形成し、上記多孔質層形成用塗布膜を焼成してバインダー樹脂を熱分解させることによって多孔質層形成用層を形成する。次に上記多孔質層形成用層の表面に上述した色素増感剤を付着させることにより多孔質層を形成する。
なお、多孔質層形成用塗工液に用いられるバインダー樹脂、溶媒については一般的な多孔質層の形成方法で用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、多孔質層形成用塗工液としては、上述した成分の他に、必要に応じて分散剤を添加することもできる。
また、多孔質層形成用塗工液の塗布方法、焼成条件等についても一般的な多孔質層の形成方法で用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
まず、上述した金属酸化物半導体微粒子および溶媒を含む多孔質層形成用組成物を第2電極層上に塗布して乾燥させることにより多孔質層形成用層を形成し、次いで多孔質層形成用層に色素増感剤を付着させることによって多孔質層を形成する。上記多孔質層形成用組成物に用いられる溶媒、上記多孔質層形成用組成物の塗布方法、および乾燥条件等については、一般的な多孔質層の形成方法で用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、この方法は、第1電極基材の第1電極層上に多孔質層を形成する場合においても用いることができる。
上述した第2電極層上に多孔質層を焼成して形成する方法と同様の方法を用いて、耐熱基板上に剥離層を形成した後、上記多孔質層を剥離層上に配置し、上記第2電極層と貼り合せ、次いで耐熱基板を剥離することにより多孔質層を形成する。
なお、この方法は、第1電極基材の第1電極層上に多孔質層を形成する場合においても用いることができる。
本発明における色素増感型太陽電池素子は、上述した上記第1電極層、上記第2電極層、上記多孔質層、および上記固体電解質層を有するものである。また、上記色素増感型太陽電池素子は、上述した端領域を有するものである。
本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールは上述した色素増感型太陽電池素子から構成されるものであり、1つの上記色素増感型太陽電池素子の上記第1電極層および上記1つの色素増感型太陽電池素子に隣接する他の上記色素増感型太陽電池素子の上記第2電極層が電気的に接続されているものである。
第1電極層および第2電極層の接続方法としては、色素増感型太陽電池素子モジュールにおいて隣接する色素増感型太陽電池素子の第1電極層および第2電極層を電気的に接続させることが可能な方法であれば特に限定されない。例えば、隣接する色素増感型太陽電池素子の第1電極層と第2電極層とを直接接触させたり、または第1電極層と第2電極層との間に導電性層を形成して接続させたりする等の内部接続させる方法や、隣接する色素増感型太陽電池素子の第1電極層と第2電極層とを導線等を用いて外部から電気的に接続させる方法等を挙げることができる。
なお、導電性層の材料としては、一般的な導電性接着剤等を用いることができる。
本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールは、上述した各構成を有するものであれば特に限定されず、必要な構成を適宜選択して追加することができる。このような構成としては、色素増感型太陽電池素子モジュールの第1電極基材上および第2電極基材上に配置され、色素増感型太陽電池素子モジュールをパッケージングする透明樹脂フィルムや金属ラミネートフォルム等を挙げることができる。
本発明の色素増感型太陽電池素子モジュールの製造方法としては、上述した色素増感型太陽電池素子モジュールを製造することが可能な方法であれば特に限定されないが、例えば以下に説明する製造方法を好適に用いることができる。
次に、図6(c)、(d)に示すように、第1電極層12および触媒層5をエッチング処理等により所定のパターンにパターニングすることで、1枚の第1基材11上に、パターン状に形成された複数の第1電極層12および触媒層5を有する第1電極基材10を形成する。図6(c)においては、第1電極層12および触媒層5が、ストライプ状に形成され、かつ各々の第1電極層12および触媒層5がストライプの短辺の端部を含む接続部分aを有するように形成される例について示している。
なお、図6(c)では、上記第1電極基材形成工程により形成された第1電極基材10の一例を上面から示しており、図6(d)では、図6(c)のE’−E’線断面を示している。
なお、図7(a)では、上記多孔質層形成工程により多孔質層3が形成された第2電極基材用基板の一例を上面から示しており、図7(b)では、図7(a)のF−F線断面を示している。
図7(c)、(d)に示すように、上記固体電解質層形成工程においては、上述した第2電極基材用基板20’の多孔質層3上に、酸化還元対を含む固体電解質層4を連続的に形成する。
なお、図7(c)では、固体電解質層4が形成された第2電極基材用基板20’の一例を上面から示しており、図7(d)では、図7(c)のF’−F’線断面を示している。
図7(e)に示すように、上記切断工程においては、第2電極基材用基板20’を所望の形状に切断することにより、第2電極基材20を形成する。図7(e)においては、色素増感型太陽電池素子モジュールとした際に、隣接する第2電極基材20が接触しない形状となり、かつ第2電極基材20上に形成された固体電解質層4の幅が、図6(c)に示す第1電極層の幅よりも大きくなるように第2電極基材20が形成される例について示している。
貼合工程においては、図6(d)に示される第1電極基材10の複数の第1電極層12上に形成された触媒層5と、図7(e)に示される複数の第2電極基材20の第2電極層22上に形成された多孔質層3とを対向させて、固体電解質層4を界面として密着させる。これにより、本工程においては図1(a)〜(c)に示される色素増感型太陽電池素子モジュール100の構成を得ることができる。
また上記接続工程においては、例えば図6(d)に示される第1電極基材10の複数の第1電極層12上に形成された触媒層5と、図7(e)に示される複数の第2電極基材20の第2電極層22上に形成された多孔質層3とを対向させて、固体電解質層4を界面として貼合する際に、第1電極層12の各ストライプの短辺の端部を含む接続部分aと第2電極層22の短冊の短辺の端部を含む接続部分bとを直接接触させることにより、図1(a)に示すように、隣接する色素増感型太陽電池素子1の第1電極層11と第2電極層22とを電気的に接続することができる。
上記第1電極基材形成工程は、第1基材上に複数の第1電極層を形成することにより第1電極基材を形成する工程である。
上記第2電極基材用基板準備工程は、複数の第2電極基材を切り出すことが可能な1枚の第2電極基材用基板を準備する工程である。
上記多孔質層形成工程は、上記第1電極層または上記第2電極層のいずれか一方の表面上に、多孔質層を形成する工程である。
上記固体電解質層形成工程は、上記第1電極基材の上記第1電極層側に上記固体電解質層を上記第1電極層のパターンに対応するパターンで形成する工程、または上記第2電極基材用基板の上記第2電極層側に上記固体電解質層を連続的に形成する工程のいずれか一方を行う工程である。
上記切断工程は、上記第2電極基材用基板を切断することにより、上記複数の第2電極基材を形成する工程である。
上記貼合工程は、上記第1電極基材の上記第1電極層側と上記第2電極基材の上記第2電極層側とを対向させ、上記固体電解質層を界面として密着させることにより上記第1電極基材および上記第2電極基材を貼合する工程である。
また、多孔質層が形成されていない側の電極層上に触媒層が形成されている場合は、多孔質層と触媒層とを対向させて固体電解質層を界面として密着させる。
上記接続工程は、1つの上記色素増感型太陽電池素子の上記第1電極層と上記1つの色素増感型太陽電池素子に隣接する他の上記色素増感型太陽電池素子の上記第2電極層とを電気的に接続する工程である。
上記色素増感型太陽電池素子モジュールの製造方法は、上述した各工程を有する製造方法であれば特に限定されず、必要な工程を適宜選択して追加することが可能である。
このような工程としては、例えば色素増感型太陽電池素子モジュールを作製した後、色素増感型太陽電池素子モジュールの第1電極基材上および第2電極基材上に透明樹脂フィルムや金属ラミネートフォルムを配置してパッケージングする工程等を挙げることができる。
<第1電極基材の作製>
PENフィルム(第1基材)上にITO膜(第1電極層)が形成された透明導電フィルムを用意し、そのITO膜上に白金を厚み13Å(透過率72%)で積層して触媒層を形成した。上記触媒層が形成された透明導電フィルムに対し、レーザースクライブにて絶縁部を形成し、ITO膜および触媒層の積層体を図6(c)に示すように、ストライプ状であり、かつストライプの短辺の端部を含む接続部分aを有するように、パターニングした。絶縁部と絶縁部の間隔は長尺方向(図8(a)においてhで示される部分)に100mm、短尺方向(図8(a)においてiで示される部分)に12mmとした。
以上の手順により第1電極基材(対向電極基材)を得た。
なお、図8(a)は、実施例1において形成される1つの第1電極層の形状を説明する図である。
多孔質酸化チタン微粒子(日本エアロジル社製、商品名:P25)5gをエタノール16.7gに投入し、さらにアセチルアセトン0.25g、及びジルコニアビーズ(φ1.0mm)20gを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン(日本触媒社製、商品名:K−30)を0.25g添加して多孔質層形成用のインキを調製した。
上記作製した多孔質層形成用インキを、第2電極基材用基板であるチタン箔上にドクターブレード法により10cm幅の面積で塗布して、多孔質層形成用層を形成した。多孔質層形成用層の周囲には、図7(a)、(b)に示すように、多孔質形成用インキが塗工されず、チタン箔のみが存在している未塗工部(第2電極基材用基板20’の接続部分b)を設けた。
その後、120℃で乾燥させることで、多数の酸化チタン微粒子を含む膜厚9μmの層を形成した。その酸化チタン微粒子の層にプレス機で0.1t/cm2の圧力を加えた。プレス後、500℃で30分間焼成した。
カチオン性ヒドロキシセルロース(ダイセル化学社製、商品名:ジェルナーQH200)0.14gをエタノール2.72gに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを0.043g加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EMIm−B(CN)4)0.18g、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド(PMIm−I)0.5g、及びI2を0.025g加えて、撹拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な固体電解質層形成用塗工液を調製した。
上述の多孔質層(10cm幅)上に、固体電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、100℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
電解質層付き基板を図7(e)に示すように、短冊状であり、かつ第2電極層22の短冊の短辺の端部を含む接続部分bを有するように切断した。なお、短冊の幅(図8(b)においてjで示される幅)は10mmとした。
これにより、第2電極基材(導電基材)を得た。
なお、図8(b)は、実施例1において形成される1つの第2電極基材の形状を説明する図である。
図8(c)に示すように、短冊上に切り出した第2電極基材20のうち、接続部分bに導電性接着剤を形成した後、導電性接着剤が隣接する第1電極層の接続部分aと接続し、かつ、図8(c)において、太線で示される領域sが端領域となるように、第1電極基材10と、第2電極基材20の貼り合わせを行い、色素増感型太陽電池素子モジュール100を作製した。
なお、図8(c)は、実施例1において作製される色素増感型太陽電池素子モジュールの例を示す概略平面図である。
作製した色素増感型太陽電池素子モジュールを充填材で挟み、150℃でラミネートすることにより、封止した。
作製した色素増感型太陽電池モジュールについて、擬似太陽光(AM1.5、入射光強度100mW/cm2)を光源として、対向電極側から入射させ、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、短絡電流23(mA)、開放電圧6.1(V)、曲線因子0.24、最大出力32mWの特性を示し、蛍光灯(500lux)を光源とした場合、短絡電流0.25(mA)、開放電圧4.7(V)、曲線因子0.70、最大出力0.8mWの特性を得た。
また、得られた色素増感型太陽電池モジュールを10回屈曲したところ、各々の色素増感型太陽電池素子に内部短絡は生じなかった。
3 … 多孔質層
4 … 固体電解質層
5 … 触媒層
10 … 第1電極基材
11 … 第1基材
12 … 第1電極層
20 … 第2電極基材
20’ … 第2電極基材用基板
100 … 色素増感型太陽電池素子モジュール
Claims (4)
- 1枚の第1基材および前記第1基材上にストライプ状に形成された複数の第1電極層を有する第1電極基材、
少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材、
前記第1電極基材の前記第1電極層または前記第2電極基材の前記第2電極層のうち、いずれか一方の電極層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する複数の多孔質層、並びに、
前記第1電極基材の前記第1電極層または前記第2電極基材の前記第2電極層のうち、前記多孔質層が形成されていない方の電極層および前記多孔質層の間に形成され、酸化還元対を含有する複数の固体電解質層を有し、
前記第1電極層、前記第2電極層、前記多孔質層、および前記固体電解質層を有する色素増感型太陽電池素子が複数連結されて構成され、
1つの前記色素増感型太陽電池素子の前記第1電極層および前記1つの色素増感型太陽電池素子に隣接する他の前記色素増感型太陽電池素子の前記第2電極層が電気的に接続されている色素増感型太陽電池素子モジュールであって、
前記色素増感型太陽電池素子が、前記第1電極基材の前記第1電極層の2本の長辺の端部の外側に、前記第1基材、前記固体電解質層および前記第2電極層を備える端領域を有し、
前記第2電極基材が金属層のみで形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池素子モジュール。 - 1枚の第1基材および前記第1基材上にストライプ状に形成された複数の第1電極層を有する第1電極基材、
少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材、
前記第1電極基材の前記第1電極層または前記第2電極基材の前記第2電極層のうち、いずれか一方の電極層上に形成され、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する複数の多孔質層、並びに、
前記第1電極基材の前記第1電極層または前記第2電極基材の前記第2電極層のうち、前記多孔質層が形成されていない方の電極層および前記多孔質層の間に形成され、酸化還元対を含有する複数の固体電解質層を有し、
前記第1電極層、前記第2電極層、前記多孔質層、および前記固体電解質層を有する色素増感型太陽電池素子が複数連結されて構成され、
1つの前記色素増感型太陽電池素子の前記第1電極層および前記1つの色素増感型太陽電池素子に隣接する他の前記色素増感型太陽電池素子の前記第2電極層が電気的に接続されている色素増感型太陽電池素子モジュールであって、
前記色素増感型太陽電池素子が、前記第1電極基材の前記第1電極層の2本の長辺の端部の外側に、前記第1基材、前記固体電解質層および前記第2電極層を備える端領域を有し、
前記第2電極基材が、第2基材と前記第2電極層とを有し、前記第2基材の一方の表面全面に前記第2電極層が形成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池素子モジュール。 - 前記端領域では、前記第2電極層の端部に前記固体電解質層が配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の色素増感型太陽電池素子モジュール。
- 前記固体電解質層の幅が、前記第1電極層の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載の色素増感型太陽電池素子モジュール。
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