JP5422224B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element.
光電変換素子として、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素増感型太陽電池が注目されており、色素増感型太陽電池に関して種々の開発が行われている。 As a photoelectric conversion element, a dye-sensitized solar cell has attracted attention because it is inexpensive and can provide high photoelectric conversion efficiency, and various developments have been made on dye-sensitized solar cells.
色素増感型太陽電池は一般に、作用極と、対極と、作用極に担持される光増感色素と、作用極と対極とを連結する封止部と、作用極、対極及び封止部によって包囲される空間(以下、「セル空間」と呼ぶ)に配置される電解質とを備えている(例えば下記特許文献1)。
In general, a dye-sensitized solar cell includes a working electrode, a counter electrode, a photosensitizing dye supported on the working electrode, a sealing portion that connects the working electrode and the counter electrode, and a working electrode, a counter electrode, and a sealing portion. And an electrolyte disposed in an enclosed space (hereinafter referred to as “cell space”) (for example,
しかし、上述した特許文献1に記載の色素増感太陽電池は、特に周囲の環境温度の変化が大きい場所で使用されると、電解質が漏洩し、光電変換効率が経時的に低下するという課題を有していた。
However, the dye-sensitized solar cell described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、周囲の環境温度の変化が大きい場所で使用されても、光電変換効率の経時的な低下を十分に抑制できる光電変換素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a photoelectric conversion element that can sufficiently suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency over time even when used in a place where the ambient temperature changes greatly. With the goal.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、一対の電極のうち少なくとも一方の電極に可撓性を付与することで、セル空間の内圧上昇によりその可撓性が付与された電極に加えられた応力が吸収され、封止部とその可撓性電極との界面にかかる応力を緩和できることを見出した。さらにこのように封止部とその可撓性電極との界面にかかる応力は、可撓性電極のうち封止部に固定される環状の固定部の撓みを抑制するか、固定部の内側に隣接する可動部分の撓みを抑制することで、封止部からの固定部の剥離を十分に抑制できることを見出した。こうして本発明者らは、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors have given flexibility to at least one of the pair of electrodes by increasing the internal pressure of the cell space. It has been found that stress applied to the electrode is absorbed, and stress applied to the interface between the sealing portion and the flexible electrode can be relaxed. Further, the stress applied to the interface between the sealing portion and the flexible electrode in this way suppresses the bending of the annular fixing portion fixed to the sealing portion of the flexible electrode, or on the inner side of the fixing portion. It has been found that the peeling of the fixed part from the sealing part can be sufficiently suppressed by suppressing the bending of the adjacent movable part. Thus, the inventors have completed the present invention.
即ち本発明は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極を連結する封止部と、前記一対の電極、及び前記封止部によって包囲されるセル空間に充填される電解質とを備える光電変換素子であって、前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、可撓性を有する可撓性電極であり、前記可撓性電極は、前記封止部によって固定される環状の固定部と、前記固定部によって囲まれる非固定部とから構成され、前記非固定部は、前記固定部の内周に沿って隣接する環状の第1可動部分と、前記第1可動部分によって囲まれる第2可動部分とで構成され、前記光電変換素子は、前記可撓性電極の前記固定部又は前記第1可動部分の撓みを抑制する撓み抑制手段を備えること、を特徴とする光電変換素子である。 That is, the present invention provides a photoelectric device comprising a pair of electrodes facing each other, a sealing portion that connects the pair of electrodes, an electrolyte that fills the cell space surrounded by the pair of electrodes and the sealing portion. In the conversion element, at least one of the pair of electrodes is a flexible electrode having flexibility, and the flexible electrode is an annular fixed portion fixed by the sealing portion. And a non-fixed part surrounded by the fixed part, the non-fixed part being adjacent to the inner periphery of the fixed part and an annular first movable part and a first movable part surrounded by the first movable part The photoelectric conversion element is configured by two movable parts, and the photoelectric conversion element includes a bending suppression unit that suppresses the bending of the fixed portion of the flexible electrode or the first movable part. .
この光電変換素子によれば、周囲の環境温度が上昇すると、電解質が膨張してセル空間の内圧が上昇する。すると、これに伴って、可撓性電極の非固定部に対して電解質より応力が加えられる。このとき、可撓性電極は可撓性を有するため、非固定部は撓む。この結果、非固定部に加えられた応力が吸収され、封止部と固定部との界面にかかる応力が緩和される。一方、第1可動部分が大きく撓むと、それに伴って固定部が大きく撓もうとする。このとき、本発明の光電変換素子では、撓み抑制手段により、固定部又は第1可動部分の撓みが抑制される。このように本発明の光電変換素子によれば、封止部と固定部との界面にかかる応力を緩和しながら、封止部からの固定部の剥離を十分に抑制することができる。その結果、光電変換素子によれば、周囲の環境温度変化が大きい場所で使用されても、電解質の漏洩が効果的に抑制され、光電変換効率の経時的な低下が十分に抑制される。 According to this photoelectric conversion element, when the ambient environmental temperature increases, the electrolyte expands and the internal pressure of the cell space increases. As a result, stress is applied from the electrolyte to the non-fixed portion of the flexible electrode. At this time, since the flexible electrode has flexibility, the non-fixed portion bends. As a result, the stress applied to the non-fixed part is absorbed, and the stress applied to the interface between the sealing part and the fixed part is relaxed. On the other hand, when the first movable part bends greatly, the fixed part tends to be greatly bent accordingly. At this time, in the photoelectric conversion element of the present invention, the bending of the fixed portion or the first movable portion is suppressed by the bending suppression means. As described above, according to the photoelectric conversion element of the present invention, it is possible to sufficiently suppress the peeling of the fixing portion from the sealing portion while relaxing the stress applied to the interface between the sealing portion and the fixing portion. As a result, according to the photoelectric conversion element, leakage of the electrolyte is effectively suppressed even when used in a place where the surrounding environmental temperature change is large, and a decrease in photoelectric conversion efficiency with time is sufficiently suppressed.
上記光電変換素子においては、前記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部及び前記非固定部を覆うように配置され、少なくとも前記固定部と接着されていることが好ましい。 In the photoelectric conversion element, the deflection suppressing unit includes a reinforcing portion having rigidity higher than that of the flexible electrode, and the reinforcing portion is on the opposite side of the electrolyte from the electrolyte. It is preferable that the fixing portion and the non-fixing portion are disposed so as to cover the fixing portion and at least the fixing portion.
この場合、補強部が少なくとも固定部と接着されており、補強部は少なくとも固定部よりも撓みにくくなっている。このため、非固定部に対し、電解質より応力が加えられ、それに伴って固定部が大きく撓もうとしても、固定部の撓みが十分に抑制される。 In this case, the reinforcing part is bonded to at least the fixing part, and the reinforcing part is more difficult to bend than at least the fixing part. For this reason, even if stress is applied to the non-fixed portion from the electrolyte, and the fixed portion tends to bend greatly, the bending of the fixed portion is sufficiently suppressed.
ここで、上記補強部の一部は、前記補強部における他の部分よりも大きい厚さを有する肉厚部となっており、その肉厚部が少なくとも前記固定部と接着されていることが好ましい。 Here, a part of the reinforcing part is a thick part having a thickness larger than the other part of the reinforcing part, and the thick part is preferably bonded to at least the fixing part. .
この場合、補強部においては、肉厚部の方が他の部分に比べてより高い剛性を有することとなる。そして、この肉厚部が少なくとも固定部と接着され、肉厚部は少なくとも固定部よりもより一層撓みにくくなっている。このため、非固定部に対して電解質より応力が加えられ、それに伴って固定部が大きく撓もうとしても、固定部の撓みがより十分に抑制される。 In this case, in the reinforcing part, the thick part has higher rigidity than the other part. And this thick part adhere | attaches at least with a fixing | fixed part, and the thick part becomes much more difficult to bend than at least a fixing | fixed part. For this reason, even if stress is applied to the non-fixed part from the electrolyte, and the fixed part tries to bend greatly, the bending of the fixed part is more sufficiently suppressed.
ここで、肉厚部は前記固定部の少なくとも一部を覆うとともに前記第1可動部分をも覆っていることが好ましい。 Here, it is preferable that the thick part covers at least a part of the fixed part and also covers the first movable part.
この場合、肉厚部により固定部の撓みが十分に抑制される。加えて、非固定部が大きく撓んで、第1可動部分が電解質と反対側へ移動しても、第1可動部分が肉厚部に当接され、その移動が肉厚部によって規制される。このため、肉厚部が第1可動部分を覆っていない場合と比べて、封止部からの固定部の剥離をより十分に抑制することができる。 In this case, the bending of the fixed part is sufficiently suppressed by the thick part. In addition, even if the non-fixed part is greatly bent and the first movable part moves to the side opposite to the electrolyte, the first movable part is brought into contact with the thick part, and the movement is restricted by the thick part. For this reason, compared with the case where the thick part has not covered the 1st movable part, peeling of the fixing | fixed part from a sealing part can be suppressed more fully.
上記肉厚部は、第1可動部分を覆っていることに加えて、固定部の全体を覆っていることが好ましい。 The thick part preferably covers the entire fixed part in addition to covering the first movable part.
この場合、撓みやすい固定部の全体が、固定部より剛性の高い肉厚部によって覆われることになるため、固定部の撓み抑制効果は、固定部の一部が肉厚部によって覆われる場合よりも増大し、封止部からの固定部の剥離がより十分に抑制される。 In this case, since the entire fixed part that is easily bent is covered with a thick part having rigidity higher than that of the fixed part, the bending suppression effect of the fixed part is more than when a part of the fixed part is covered with the thick part. And the separation of the fixing portion from the sealing portion is more sufficiently suppressed.
また上記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部の少なくとも一部を覆うように配置され且つ少なくとも前記非固定部と対向する位置に開口を有し、少なくとも前記固定部と接着されていてもよい。 Further, the deflection suppressing means has a reinforcing portion having higher rigidity than the flexible electrode, and the reinforcing portion is at least a part of the fixing portion on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode. And at least a position facing the non-fixed portion, and may be bonded to at least the fixed portion.
この場合、補強部が可撓性電極のうちの非固定部に対向する位置に開口を有するため、セル空間の内圧上昇により第2可動部分が電解質と反対側に移動しても、第2可動部分は開口に入り込むことが可能となる。即ち、補強部が開口を有しない場合に比べて、セル空間の膨張可能容積を増大させることが可能となる。その結果、補強部が開口を有しない場合に比べて、セル空間の内圧上昇による封止部と固定部との界面への応力集中を十分に緩和させることができる。 In this case, since the reinforcing portion has an opening at a position facing the non-fixed portion of the flexible electrode, even if the second movable portion moves to the side opposite to the electrolyte due to an increase in internal pressure of the cell space, the second movable portion The part can enter the opening. That is, the expandable volume of the cell space can be increased as compared with the case where the reinforcing portion does not have an opening. As a result, the stress concentration at the interface between the sealing portion and the fixing portion due to the increase in the internal pressure of the cell space can be sufficiently reduced as compared with the case where the reinforcing portion has no opening.
ここで、前記補強部は前記固定部の少なくとも一部を覆うとともに前記第1可動部分をも覆っていることが好ましい。 Here, it is preferable that the reinforcing portion covers at least a part of the fixed portion and also covers the first movable portion.
この場合、補強部により固定部の撓みが十分に抑制される。加えて、非固定部が大きく撓んで、第1可動部分が電解質と反対側へ移動しても、第1可動部分が補強部に当接され、その移動が補強部によって規制される。このため、封止部からの固定部の剥離がより十分に抑制される。 In this case, the bending of the fixed portion is sufficiently suppressed by the reinforcing portion. In addition, even if the non-fixed part is greatly bent and the first movable part moves to the side opposite to the electrolyte, the first movable part is brought into contact with the reinforcing part, and the movement is restricted by the reinforcing part. For this reason, peeling of the fixing part from the sealing part is more sufficiently suppressed.
ここで、補強部は、第1可動部分を覆っていることに加えて、前記固定部の全体を覆っていることが好ましい。 Here, in addition to covering the first movable part, the reinforcing part preferably covers the entire fixed part.
この場合、撓みやすい固定部の全体が、固定部より剛性の高い補強部によって覆われることになるため、固定部の撓み抑制効果は、固定部の一部が補強部によって覆われる場合よりも増大し、封止部からの固定部の剥離がより十分に抑制される。 In this case, since the entire fixing portion that is easily bent is covered with the reinforcing portion having higher rigidity than the fixing portion, the bending suppressing effect of the fixing portion is increased as compared with the case where a part of the fixing portion is covered with the reinforcing portion. And the peeling of the fixing part from the sealing part is more sufficiently suppressed.
上記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記第1可動部分の少なくとも一部を覆うように配置され、前記第1可動部分と接着されていてもよい。 The bending suppression means has a reinforcing portion having rigidity higher than that of the flexible electrode, and the reinforcing portion is at least one of the first movable parts on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode. It may be arranged so as to cover the part, and may be bonded to the first movable part.
また上記撓み抑制手段は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部及び前記非固定部を覆うように配置され且つ前記固定部又は前記第1可動部分を押圧する押圧部材を備えていてもよい。 Further, the deflection suppressing means is disposed so as to cover the fixed portion and the non-fixed portion on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode and presses the fixed portion or the first movable portion. May be provided.
なお、本発明において、「可撓性電極」とは、20℃の環境下で50mm×200mmのシート状電極の長辺側の両縁部(それぞれ幅5mm)を張力1Nで水平に固定し、電極の中央に20g重の荷重をかけた際の電極の撓みの最大変形率が20%を超えるものを言うものとする。ここで、最大変形率とは、下記式:
最大変形率(%)=100×(最大変位量/シート電極の厚さ)
に基づいて算出される値を言う。従って、例えば厚さ0.04mmのシート状電極が上記のようにして荷重をかけることにより撓み、最大変形量が0.01mmとなった場合、最大変形率は25%となり、このシート状電極は可撓性電極となる。また「可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部」とは、20℃の環境下で50mm×200mmのシート状の補強部及び電極のそれぞれについて、長辺側の両縁部(それぞれ幅5mm)を固定し、中央に20g重の荷重をかけ、最大変形率を算出した場合に、可撓性電極よりも小さい最大変形率を有する補強部を言うものとする。従って、例えば厚さ4mmの板状の補強部(例えばガラス板)に荷重をかけ、補強部の最大変位量が0.01mmとなった場合、補強部の最大変形率は2.5%となる。これに対し、シート状電極の最大変形率が上記のように25%であるとする。この場合、補強部の最大変形率は、シート状電極の最大変形率よりも小さい。従って、補強部は、可撓性電極よりも高い剛性を有することになる。
In the present invention, the term “flexible electrode” means that both edges (5 mm width) of a sheet-like electrode of 50 mm × 200 mm in a 20 ° C. environment are fixed horizontally with a tension of 1 N, The maximum deformation rate of the deflection of the electrode when a load of 20 g weight is applied to the center of the electrode shall be greater than 20%. Here, the maximum deformation rate is the following formula:
Maximum deformation rate (%) = 100 × (maximum displacement / sheet electrode thickness)
The value calculated based on Therefore, for example, when a sheet-like electrode having a thickness of 0.04 mm is bent by applying a load as described above and the maximum deformation amount is 0.01 mm, the maximum deformation rate is 25%. It becomes a flexible electrode. Further, the “reinforcing part having higher rigidity than the flexible electrode” means that both edges on the long side (each having a width of 5 mm) for each of the 50 mm × 200 mm sheet-like reinforcing part and the electrode in an environment of 20 ° C. ), A load of 20 g weight is applied to the center, and the maximum deformation rate is calculated, the reinforcing portion having a maximum deformation rate smaller than that of the flexible electrode shall be said. Therefore, for example, when a load is applied to a plate-shaped reinforcing portion (for example, a glass plate) having a thickness of 4 mm and the maximum displacement of the reinforcing portion is 0.01 mm, the maximum deformation rate of the reinforcing portion is 2.5%. . In contrast, it is assumed that the maximum deformation rate of the sheet-like electrode is 25% as described above. In this case, the maximum deformation rate of the reinforcing portion is smaller than the maximum deformation rate of the sheet-like electrode. Therefore, the reinforcing portion has higher rigidity than the flexible electrode.
本発明によれば、周囲の環境温度の変化が大きい場所で使用されても、光電変換効率の経時的な低下を十分に抑制できる光電変換素子が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it uses in the place where the surrounding environmental temperature change is large, the photoelectric conversion element which can fully suppress a time-dependent fall of photoelectric conversion efficiency is provided.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(第1実施形態)
まず本発明に係る光電変換素子の第1実施形態について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発明に係る光電変換素子の第1実施形態を示す断面図、図2は、図1の光電変換素子を示す平面図である。
(First embodiment)
First, a first embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the photoelectric conversion element of FIG.
図1に示す光電変換素子100は色素増感太陽電池を示している。図1に示すように、光電変換素子100は、作用極1と、作用極1に対向するように配置される対極2とを備えている。作用極1には光増感色素が担持されている。作用極1と対極2との間には、作用極1及び対極2を連結する封止部4が設けられている。そして、作用極1と対極2と封止部4とによって包囲されるセル空間内には電解質3が充填されている。
The
光電変換素子100において、作用極1は可撓性を有していないのに対し、対極2は可撓性を有する可撓性電極となっている。従って、対極2は、図2に示すように、封止部4に固定される環状の固定部2Bと、固定部2Bによって囲まれ、セル空間の内圧上昇により電解質3と反対側に移動する非固定部2Aとで構成されている。ここで、非固定部2Aとは、対極2と封止部4との界面よりも内側の領域を言い、それ以外の部分を固定部2Bと呼ぶこととする。さらに非固定部2Aは、固定部2Bの内周に沿って隣接する第1可動部分2A1と、第1可動部分2A1に囲まれる第2可動部分2A2とで構成されている。ここで、第2可動部分2A2とは、可撓性電極が撓んでいないとした場合の可撓性電極の電解質3側の表面を基準面とした場合に、可撓性電極が撓んだ場合の可撓性電極の電解質3側の表面のうち上記基準面に対する傾きが最も大きくなる環状部位によって囲まれる部分を言う。
In the
そして、図2に示すように、対極2に対し電解質3と反対側には、対極2の固定部2Bの全体を覆うように、対極2よりも高い剛性を有する板状の補強部20が配置されている。補強部20は、対極2の非固定部2Aに対向する位置に開口20aを有している。そして、補強部20は、接着剤21を介して対極2のうちの固定部2Bに接着されている。なお、本実施形態では、補強部20によって撓み抑制手段が構成されている。
As shown in FIG. 2, a plate-like reinforcing
作用極1は、透明基板6と、透明基板6の対極2側に設けられる透明導電膜7と、透明導電膜7の上に設けられる多孔質酸化物半導体層8とを備えており、透明導電電極を構成している。光増感色素は作用極1のうちの多孔質酸化物半導体層8に担持されている。
The working
透明基板6を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板6の厚さは、作用極1が可撓性を有しない程度の厚さであり、例えば50μm〜10000μmの範囲にすればよい。
The material which comprises the
透明導電膜7を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(Indium−Tin−Oxide:ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素添加酸化スズ(Fluorine−doped−Tin−Oxide:FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電膜7は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電膜7が単層で構成される場合、透明導電膜7は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。また透明導電膜7として、複数の層で構成される積層体を用いると、各層の特性を反映させることが可能となることから好ましい。中でも、ITOで構成される層と、FTOで構成される層との積層体を用いることが好ましい。この場合、高い導電性、耐熱性及び耐薬品性を持つ透明導電膜7が実現できる。透明導電膜7の厚さは例えば0.01μm〜2μmの範囲にすればよい。
Examples of the material constituting the transparent
多孔質酸化物半導体層8は、多孔質酸化物半導体で構成される。多孔質酸化物半導体は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される酸化物半導体粒子で構成される。これら酸化物半導体粒子の平均粒径は1〜1000nmであることが、色素で覆われた酸化物半導体の表面積が大きくなり、即ち光電変換を行う場が広くなり、より多くの電子を生成することができることから好ましい。ここで、多孔質酸化物半導体層8が、粒度分布の異なる酸化物半導体粒子を積層させてなる積層体で構成されることが好ましい。この場合、積層体内で繰り返し光の反射を起こさせることが可能となり、入射光を積層体の外部へ逃がすことなく効率よく光を電子に変換することができる。多孔質酸化物半導体層8の厚さは、例えば0.5〜50μmとすればよい。なお、多孔質酸化物半導体層8は、異なる材料からなる複数の半導体層の積層体で構成することもできる。
The porous
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。 Examples of the photosensitizing dye include a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure, a terpyridine structure, and the like, and organic dyes such as porphyrin, eosin, rhodamine, and merocyanine.
対極2は、対極基板9と、対極基板9のうち作用極1側に設けられて対極2の表面における還元反応を促進する導電性の触媒膜10とを備えている。
The
対極基板9は、チタン、ニッケル、白金又はこれらの2種以上の合金から構成される。これらは、電解質3の種類に関係なく使用できるが、特にヨウ素に対して耐食性を有することから、電解質3がヨウ素を含むものである場合に特に好適である。これらのうち対極基板9はチタンから構成されることが、耐食性、価格及び入手性の点から好ましい。なお、対極基板9としては、PETやPENなどの樹脂に導電膜を形成したものを用いることもできる。
The
触媒膜10は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
The
対極2に可撓性を付与するためには、対極基板9を上記金属で構成する場合にはその厚さを例えば5〜35μm、好ましくは5〜30μmとし、対極基板9として上記樹脂に導電膜を形成したものを用いる場合には、樹脂の材質によって異なるため一概には言えないが、その厚さを例えば5〜300μmとすればよい。
In order to impart flexibility to the
電解質3は通常、電解液で構成され、この電解液は例えばI−/I3 −などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトンなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばI−/I3 −のほか、臭素/臭化物イオンなどの対が挙げられる。色素増感太陽電池100は、酸化還元対としてI−/I3 −のような揮発性溶質及び、高温下で揮発しやすいアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルのような有機溶媒を含む電解液を電解質3として用いた場合に特に有効である。この場合、色素増感太陽電池100の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が特に大きくなり、封止部20と対極2との界面、および封止部20と作用極1との界面から電解質3が漏洩しやすくなるからである。なお、上記揮発性溶媒にはゲル化剤を加えてもよい。また電解質3は、イオン液体と揮発性成分との混合物からなるイオン液体電解質で構成されてもよい。この場合も、色素増感太陽電池100の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が大きくなるためである。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩であって、室温付近で溶融状態にある常温溶融塩が用いられる。このような常温溶融塩としては、例えば1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドが好適に用いられる。また揮発性成分としては、上記の有機溶媒や、1−メチル−3−メチルイミダゾリウムヨーダイド、LiI、I2、4−t−ブチルピリジンなどが挙げられる。さらに電解質3としては、上記イオン液体電解質にSiO2、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットイオンゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化したイオン液体電解質を用いてもよい。
The
封止部4は、図1に示すように、無機材料からなる無機封止部4Aと、第1の樹脂からなる樹脂封止部4Bと、無機封止部4Aを覆い第2の樹脂からなる樹脂層13とで構成されている。無機封止部4Aは、集電配線11と、集電配線11を被覆して保護する配線保護層12とで構成されている。集電配線11は、透明導電膜7よりも高い導電性を有する導電材料で構成されていればよく、通常は銀、銅などの金属材料から構成される。配線保護層12は、電解質3から集電配線11を保護するものであり、例えば非鉛系の透明な低融点ガラスフリットなどの無機絶縁材料で構成される。樹脂封止部4Bを構成する第1の樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、紫外線硬化樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。また樹脂層13を構成する第2の樹脂としては、例えば樹脂封止部13を構成する第1の樹脂と同様の樹脂やポリイミド、フッ素樹脂等を用いることができる。なお、樹脂封止部4Bは第1の樹脂のみで構成されてもよいし、第1の樹脂と無機フィラーとで構成されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the sealing
補強部20は、対極2よりも高い剛性を有していればよく、このような補強部20としては、例えばアルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、亜鉛、錫及びこれらの金属を含有する合金などからなる金属板のほか、ABS樹脂、PET、アクリル板などの樹脂板を用いることができる。補強部20の厚さは、補強部20の材質によって異なるため一概には言えないが、補強部20が金属板で構成される場合には、例えば20〜5000μmとし、補強部20が樹脂板で構成される場合には、100〜5000μmとすればよい。
The
接着剤21としては、例えば樹脂が用いられ、この樹脂としては、樹脂封止部4Bを構成する第1の樹脂と同様の樹脂を用いることができる。
As the adhesive 21, for example, a resin is used. As this resin, a resin similar to the first resin constituting the
上述した光電変換素子100によれば、周囲の環境温度が上昇すると、電解質3が膨張してセル空間の内圧が上昇する。すると、これに伴って、対極2の非固定部2Aに対して電解質3より応力が加えられ、非固定部2Aは電解質3と反対側に移動し、これに伴って固定部2Bが撓もうとする。このとき、補強部20により、固定部2Bの撓みが抑制される。一方、第2可動部分2A2の撓みは抑制されずに確保されている。このため、非固定部2Aに加えられた応力が吸収され、封止部4と固定部2Bとの界面における応力が緩和される。このように光電変換素子100によれば、封止部4と固定部2Bとの界面にかかる応力を緩和しながら、封止部4からの固定部2Bの剥離を十分に抑制することができる。その結果、光電変換素子100によれば、周囲の環境温度変化が大きい場所で使用されても、電解質3の漏洩が効果的に抑制され、光電変換効率の低下が十分に抑制される。
According to the
また光電変換素子100においては、補強部20は、非固定部2Aと対向する位置に開口20aを有している。このため、セル空間の内圧上昇により第2可動部分2A2が電解質3と反対側に移動しても、第2可動部分2A2は開口20aに入り込むことが可能となる。即ち補強部20が開口20aを有しない場合に比べて、セル空間の膨張可能容積を増大させることができる。その結果、補強部20が開口20aを有しない場合に比べて、セル空間の内圧上昇による封止部4と固定部2Bとの界面への応力集中を十分に緩和させることができる。
In the
さらに補強部20は、固定部2Bの全体を覆っている。このため、撓みやすい固定部2Bの全体が、固定部2Bより剛性の高い補強部20によって覆われることになるため、固定部2Bの撓み抑制効果は、固定部2Bの一部が覆われる場合よりも増大し、封止部4からの定部2Bの剥離を十分に抑制することができる。
Furthermore, the
次に、光電変換素子100の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず作用極1及び対極2を準備する。
First, the working
作用極1は、透明基板6上に透明導電膜7を形成した後、透明導電膜7の上に多孔質酸化物半導体層8を形成し、多孔質酸化物半導体層8に光増感色素を担持させることによって得ることができる。
In the working
透明導電膜7を透明基板6上に形成する方法としては、例えばスパッタ法、蒸着法、スプレー熱分解法(SPD:Spray Pyrolysis Deposition)及びCVD法などが挙げられる。
Examples of the method for forming the transparent
多孔質酸化物半導体層8は、例えば上述した酸化物半導体粒子を焼結させることにより得ることができる。
The porous
次に、作用極1のうち多孔質酸化物半導体層8の周囲に、集電配線11を形成し、続いて集電配線11を被覆するように且つ多孔質酸化物半導体層8の周りを囲むように配線保護層12を形成する。こうして、多孔質酸化物半導体層8の周囲に無機封止部4Aを得る。
Next, the
集電配線11は、例えば、上述した金属粒子とポリエチレングルコールなどの増粘剤とを配合してペーストとし、そのペーストを、スクリーン印刷法などを用いて多孔質酸化物半導体層8を囲むように塗膜し、加熱して焼成することによって得ることができる。また、作用極1が導電ガラスなどの場合には、上述のペーストに低融点ガラスフリットを混合させることで、集電配線11は作用極1と強固に接着する。
The
配線保護層12は、例えば、上述した低融点ガラスフリットなどの無機絶縁材料に、必要に応じて増粘剤、結合剤、分散剤、溶剤などを配合してなるペーストを、スクリーン印刷法などにより集電配線11の全体を被覆するように塗布し、加熱し焼成することによって得ることができる。
The wiring
なお、配線保護層12は、より長期間に渡って電解質3と集電配線11との接触を防止するため、また、電解質3が配線保護層12と接触した場合の配線保護層12の溶解成分の発生を防ぐために、ポリイミド、フッ素樹脂、又は上記第2の樹脂等の耐薬品性の樹脂層13で被覆されることが好ましい。樹脂層13による無機封止部4Aの被覆は例えば以下のようにして行うことができる。樹脂層13が熱可塑性樹脂である場合は、溶融させた第2の樹脂を配線保護層12に塗布した後に室温で自然冷却するか、フィルム状の第2の樹脂を配線保護層12に接触させ、外部の熱源によってフィルム状の第2の樹脂を加熱溶融させた後に室温で自然冷却することによって樹脂層13を得ることができる。熱可塑性の第2の樹脂としては、例えばアイオノマーやエチレン−メタクリル酸共重合体が用いられる。第2の樹脂が紫外線硬化樹脂である場合は、第2の樹脂の前駆体である紫外線硬化性樹脂を配線保護層12に塗布した後、紫外線により、上述した紫外線硬化性樹脂を硬化させることにより樹脂層13を得ることができる。第2の樹脂が水溶性樹脂である場合は、第2の樹脂を含む水溶液を配線保護層12上に塗布することにより樹脂層13を得ることができる。水溶性の第2の樹脂として、例えばビニルアルコール重合体が用いられる。
The wiring
次に、光増感色素を作用極1の多孔質酸化物半導体層8に担持させるために、通常は、透明導電膜7上に多孔質酸化物半導体層8を形成した作用極1を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を多孔質酸化物半導体層8に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に吸着させる。但し、光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層8に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に吸着させても、光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に担持させることが可能である。
Next, in order to carry the photosensitizing dye on the porous
一方、対極2は次のようにして準備する。例えば、チタン、白金、ニッケル又はこれらの2種以上の合金からなる厚さ5〜35μmの可撓性を有する対極基板9を準備する。あるいは、対極基板9として樹脂に導電膜を形成したものを用いる場合には、厚さ5〜300μmのものを準備する。そして、対極基板9の上に触媒膜10を形成する。触媒膜10の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などが用いられる。これらのうちスパッタ法が膜の均一性の点から好ましい。こうして、可撓性を有する対極2を準備する。
On the other hand, the
次に、対極2の触媒膜10側の表面上に、無機封止部4Aと対極2とを連結するための第1の樹脂またはその前駆体を形成する。第1の樹脂が熱可塑性樹脂である場合は、溶融させた第1の樹脂を対極2上に塗布した後に室温で自然冷却するか、フィルム状の第1の樹脂を対極2に接触させ、外部の熱源によってフィルム状の第2の樹脂を加熱溶融させた後に室温で自然冷却することにより第1の樹脂を得ることができる。熱可塑性の第1の樹脂としては、例えばアイオノマーやエチレン−メタクリル酸共重合体が用いられる。第1の樹脂が紫外線硬化樹脂である場合は、第1の樹脂の前駆体である紫外線硬化性樹脂を対極2上に塗布する。但し、紫外線硬化性樹脂を用いる場合には、作用極1又は対極2のいずれか一方において紫外線硬化性樹脂を塗布した部分が紫外線を透過する必要がある。第1の樹脂が水溶性樹脂である場合は、第1の樹脂を含む水溶液を対極2上に塗布する。水溶性の第1の樹脂として、例えばビニルアルコール重合体が用いられる。
Next, a first resin or a precursor thereof for connecting the
そして、作用極1と対極2とを対向させ、第1の樹脂と無機封止部4Aとを重ね合わせ、積層体を形成する。第1の樹脂が熱可塑性樹脂である場合は、第1の樹脂を加熱溶融させ、無機封止部4Aと対極2とを接着させる。こうして無機封止部4Aと対極2との間に、これらを連結する樹脂封止部4Bが得られる。第1の樹脂が紫外線硬化樹脂である場合は、積層体を形成した後に紫外線により、上述した紫外線硬化性樹脂を硬化させ、無機封止部4Aと対極2との間に、これらを連結する樹脂封止部4Bが得られる。第1の樹脂が水溶性樹脂である場合は、積層体を形成した後に室温にて触指乾燥させた後、低湿環境下で乾燥させ、無機封止部4Aと対極2との間に、これらを連結する樹脂封止部4Bが得られる。こうして作用極1と対極2との間に封止部4を形成する。そして、対極2は、固定部2Bと非固定部2Aとで構成されることになる。
Then, the working
次に、作用極1と対極2と封止部4とによって囲まれたセル空間に電解質3を充填する。電解質3の充填は、例えば作用極1に予め形成された電解質注入口(図示せず)を通して電解質3を注入し、最後に電解質注入口を上記第1の樹脂で封止することにより行うことができる。
Next, an
他方、開口20aが形成された補強部20を準備する。このとき、補強部20としては、固定部2Bの全体を覆う寸法を有し且つ対極2よりも高い剛性を有するものを準備する。そして、補強部20と固定部2Bとで熱可塑性樹脂からなるシートを挟み、固定部2Bの全体を覆うように補強部20を配置する。そして、熱可塑性樹脂からなるシートを加熱溶融する。こうして、補強部20が接着剤21を介して固定部2Bに接着されることとなる。こうして、光電変換素子100が得られ、光電変換素子100の製造が完了する。
On the other hand, the
なお、本実施形態の光電変換素子100では、補強部20は、固定部2Bの全体を覆ってはいても、第1可動部分2A1を覆っていないが、図3に示すように、補強部20は、第1固定部2Bの全体を覆うだけでなく、第1可動部分2A1をも覆っていることが好ましい。この場合、補強部20により固定部2Bの撓みが十分に抑制される。加えて、セル空間の内圧上昇により非固定部2Aが大きく撓んで、第1可動部分2A1が電解質3と反対側へ移動しても、第1可動部分2A1が補強部20に当接され、その移動が補強部20によって規制される。このため、封止部4と固定部2Bとの界面にかかる応力をより緩和することができる。なお、図3において、補強部20は、接着剤21を介して固定部2B及び第1可動部分2A1に接着されているが、補強部20は、接着剤21を介して少なくとも固定部2Bと接着されていればよく、補強部20は、接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着されていてもよい。
In the
また図1では、補強部20は、固定部2Bの全体を覆っているが、図4に示すように、補強部20は、固定部2Bの一部のみを覆い且つ第1可動部分2A1を覆っていてもよい。なお、図4において、補強部20は、接着剤21を介して固定部2B及び第1可動部分2A1に接着されているが、補強部20は、接着剤21を介して少なくとも固定部2Bと接着されていればよく、補強部20は、接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着されていてもよい。
In FIG. 1, the reinforcing
また図1では、補強部20は固定部2Bの全体を覆っているが、図5に示すように、補強部20は固定部2Bの一部のみを覆うものであってもよい。この場合、補強部20は接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着される。さらに本実施形態の光電変換素子100では、補強部20が開口20aを有しているが、図6に示すように、補強部20は開口20aを有しないもので構成することもできる。この場合、補強部20は、固定部2Bのみならず、非固定部2Aをも覆うことになる。なお、図6において、補強部20は、接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着されているが、補強部20は、接着剤21を介して固定部2Bのみならず第1可動部分2A1に接着されていてもよい。
In FIG. 1, the reinforcing
(第2実施形態)
次に、本発明の光電変換素子の第2実施形態について図7を参照して詳細に説明する。図7は、本発明の光電変換素子の第2実施形態を示す断面図である。なお、図7において、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. In FIG. 7, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図7に示すように、本実施形態の光電変換素子200は、補強部20に代えて補強部220が用いられる点で第1実施形態の光電変換素子100と相違する。
As shown in FIG. 7, the
ここで、補強部220は、板状部材の周縁部が盛り上がって肉厚となった形状をなしている。即ち補強部220は、環状の肉厚部220Aと、肉厚部220Aによって包囲される薄肉部220Bとで構成され、肉厚部220Aは、薄肉部220Bよりも大きい厚さを有している。ここで、肉厚部220Aは、固定部2Bよりも高い剛性を有している。そして、この肉厚部220Aが固定部2Bと接着剤21を介して接着されている。また補強部220は、非固定部2Aに対向する位置に凹部220Cを有している。補強部220を構成する材料としては、補強部20を構成する材料と同様のものを用いることができる。なお、補強部220の薄肉部220Bには、貫通穴(図示せず)が形成されている。この貫通穴は、補強部220と対極2と接着剤21とによって囲まれる空間の空気を逃がすためのものである。
Here, the
光電変換素子200によれば、肉厚部220Aは固定部2Bよりも高い剛性を有し、この肉厚部220Aが固定部2Bと接着剤21を介して接着されている。このため、肉厚部220Aは固定部2Bよりもより一層撓みにくくなっている。従って、固定部2Bが大きく撓もうとしても、肉厚部220Aによって、固定部2Bの撓みがより十分に抑制される。また補強部220は、非固定部2Aと対向する位置に凹部220Cを有している。このため、セル空間の内圧上昇により第2可動部分2A2が電解質3と反対側に移動しても、補強部220に凹部220Cが形成されているため、第2可動部分2A2は凹部220C内に入り込むことが可能となる。即ち、補強部220が凹部220Cを有しない場合に比べて、セル空間の膨張可能容積を増大させることができる。しかも、このとき、補強部220と対極2と接着剤21とによって囲まれる空間の空気を薄肉部220Bに形成された貫通穴を通して逃がすことができるため、第2可動部分2A2の電解質3と反対側への移動が容易となる。その結果、補強部220が凹部220Cを有しない場合に比べて、セル空間の内圧上昇による封止部4と固定部2Bとの界面への応力集中を十分に緩和させることができる。
According to the
なお、本実施形態の光電変換素子200では、補強部220の肉厚部220Aは、固定部2Bの全体を覆ってはいても、第1可動部分2A1を覆っていないが、図8に示すように、補強部220の肉厚部220Aは、固定部2Bの全体を覆うだけでなく、第1可動部分2A1をも覆っていることが好ましい。この場合、補強部220の肉厚部220Aにより固定部2Bの撓みが十分に抑制される。加えて、セル空間の内圧上昇により非固定部2Aが大きく撓んで、第1可動部分2A1が電解質3と反対側へ移動しても、第1可動部分2A1が肉厚部220Aに当接され、その移動が肉厚部220Aによって規制される。このため、封止部4と固定部2Bとの界面にかかる応力をより緩和することができる。なお、図8において、補強部220は、接着剤21を介して固定部2B及び第1可動部分2A1に接着されているが、補強部220は、接着剤21を介して少なくとも固定部2Bと接着されていればよく、補強部20は、接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着されていてもよい。
In the
また図7では、肉厚部220Aは、固定部2Bの全体を覆っているが、図9に示すように、肉厚部220Aは、固定部2Bの一部のみを覆い且つ第1可動部分2A1を覆っていてもよい。なお、図9において、補強部220は、接着剤21を介して固定部2B及び第1可動部分2A1に接着されているが、補強部220は、接着剤21を介して少なくとも固定部2Bと接着されていればよく、補強部220は、接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着されていてもよい。また図7では、肉厚部220Aは、固定部2Bの全体を覆っているが、図10に示すように、肉厚部220Aは、固定部2Bの一部のみを覆うものであってもよい。この場合、補強部220は接着剤21を介して固定部2Bにのみ接着される。
In FIG. 7, the
(第3実施形態)
次に、本発明の光電変換素子の第3実施形態について図11を参照して詳細に説明する。図11は、本発明の光電変換素子の第3実施形態を示す部分断面図である。なお、図11において、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a third embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. In FIG. 11, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図11に示すように、本実施形態の光電変換素子300は、対極2の固定部2Bに対する撓み抑制手段として、対極2の固定部2Bを押圧する押圧部材320が用いられる点で第2実施形態の光電変換素子200と相違する。
As shown in FIG. 11, the
ここで、押圧部材320は、補強部220と、補強部220の肉厚部220Aに設けられる押圧部320Cとで構成されている。押圧部320Cは、環状をなし、肉厚部220Aより狭い幅を有している。押圧部材320は、固定部2Bと接着剤で接着されておらず、単に固定部2Bを押圧部320Cで押圧している点で補強部220と異なる。また押圧部材320によって固定部2Bに押圧力を加えるためには押圧部材320を固定部2B側へ押圧することが必要である。そのためには、例えば押圧部材320と作用極1とを断面U字状の板ばね(図示せず)で挟んだり、全体を筐体(図示せず)内に収容させたりすればよい。
Here, the pressing
光電変換素子300によれば、この押圧部材320によっても固定部2Bの撓みを抑制することが可能であり、封止部4からの固定部2Bの剥離を十分に抑制でき、光電変換効率の経時的な低下を十分に抑制できる。また光電変換素子300では、補強部320は、肉厚部220Aよりも固定部2Bに接触する面積の小さい押圧部320Cを有しているため、固定部2Bに加わる圧力を肉厚部220Aで押圧するよりも大きくすることができ、固定部2Bを押圧部材320によって効果的に押圧できる。
According to the
ここで、押圧部320Cは、環状の固定部2Bのうち非固定部2A側の縁部を押圧するように配置されていることが好ましい。この場合、押圧部320Cが、環状の固定部2Bのうち非固定部2A側の縁部以外の部分を押圧するように配置されている場合に比べて、固定部2B全体の撓みを抑制することができるという利点がある。
Here, it is preferable that the
なお、押圧部材320は、補強部220のみで構成してもよい。また押圧部材320は、固定部2Bよりも高い剛性を有する補強部220を有しているが、押圧部材320は、固定部2Bを押圧することにより固定部2Bの撓みを抑制するものであるため、必ずしも固定部2Bより高い剛性を有する補強部220を用いる必要はなく、補強部220の代わりに、例えば固定部2Bより低い剛性を有するものを使用してもよい。
Note that the
(第4実施形態)
次に、本発明の光電変換素子の第4実施形態について図12を参照して詳細に説明する。図12は、本発明の光電変換素子の第4実施形態を示す部分断面図である。なお、図12において、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a fourth embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. In FIG. 12, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図12に示すように、本実施形態の光電変換素子400は、対極2の固定部2Bに対する撓み抑制手段として、対極2の固定部2Bに直接接着され、接着剤21を構成する樹脂よりも固い樹脂420を用いる点で第1実施形態の光電変換素子100と相違する。
As shown in FIG. 12, the
この固い樹脂420によっても固定部2Bの撓みを抑制することが可能であり、封止部4からの固定部2Bの剥離を十分に抑制でき、光電変換効率の経時的な低下を十分に抑制できる。
The
固い樹脂420は、接着剤21を構成する樹脂よりも高温領域下で固い樹脂であればよく、固い樹脂420としては、例えばエポキシ系、オレフィン系、イソブチレン系のそれぞれの樹脂、これらの複合樹脂、又は適宜ゴムなどのエラストマー成分を添加させた樹脂などを用いることができる。特に接着剤21が熱可塑性樹脂を主成分とし、高温領域下で軟化する樹脂である場合は、固い樹脂420として用いることができる樹脂の範囲は広がり、接着剤21よりも軟化点が高い熱可塑性樹脂も幅広く用いることができる。固い樹脂420は、固定部2Bの全体を覆うことが、固定部2Bの一部のみを覆う場合に比べて撓みをより抑制できることから好ましい。
The
また固い樹脂420は第1可動部分2A1まで覆っていることが好ましい。この場合、固定部2Bを封止部4から剥離させる原因となる第1可動部分2A1の撓みまでもが抑制されることになり、封止部4からの固定部2Bの撓みを効果的に抑制できる。
Moreover, it is preferable that the
さらに固い樹脂420は、図12に示すように、対極2の固定部2Bの側面2D、封止部4と対極2との境界B1、封止部4、作用極1と封止部4との境界B2を覆い、さらには作用極1の表面1aに接着されていることが好ましい。この場合、電解質3が対極2と封止部4との界面を経て漏洩するとした場合、電解質3は対極2と樹脂封止部4Bとの界面のみならず、固い樹脂420と対極2の側面2Dとの界面、固い樹脂420と固定部2Bのうち封止部4と反対側の面との界面をも通ることになり、界面距離が延びる。加えて、電解質3が作用極1と封止部4との界面を経て漏洩するとした場合、電解質3は無機封止部4と樹脂層13との界面のみならず、固い樹脂420と樹脂層13との界面、固い樹脂420と作用極1との界面をも通ることになり、界面距離が延びる。このため、電解質3の漏洩をより十分に抑制することができ、光電変換効率の経時的低下をより十分に抑制することができる。さらに固い樹脂420は、作用極1の表面1aにも接着しているため、固定部2Bを封止部4から剥離しようとする力が加わっても、固い樹脂420によって固定部420を封止部4側へ引き戻そうとする力が働く。このため、封止部4からの固定部2Bの剥離をより十分に抑制することができる。
As shown in FIG. 12, the
本発明は、上述した第1〜第4実施形態に限定されるものではない。例えば上記第2実施形態では、補強部220の肉厚部220Aが接着剤21によって固定部2Bに接着されているが、図13に示す光電変換素子500のように、肉厚部220Aは接着剤21によって第1可動部分2A1に接着されていてもよい。この場合、補強部220は、第1可動部分2A1のみならず第2可動部分2A2をも覆うこととなる。この場合でも、セル空間の内圧が増加して非固定部2Aが電解質3と反対側に移動した際に、第1可動部分2A1の撓みが肉厚部220Aによって抑制される。一方、第2可動部分2A2の撓みは抑制されずに確保されている。このため、セル空間の内圧上昇による応力が第2可動部分2A2で吸収されるとともに、封止部4と固定部4Bとの界面にかかる応力が緩和されるため、封止部4からの固定部2Bの剥離を十分に抑制することができる。
The present invention is not limited to the first to fourth embodiments described above. For example, in the second embodiment, the
また上記第1〜第4実施形態の光電変換素子100,200,300,400では、固定部2Bの撓み抑制手段として、補強部20,220、押圧部材320、固い樹脂420が用いられているが、図14に示す光電変換素子600のように、固定部2Bの厚さを非固定部2Aよりも増大させて剛性を高くした剛性部520を固定部2Bの撓み抑制手段としてもよい。この場合、固定部2B自体が撓み抑制手段を兼ねることになる。
In the
さらに第1実施形態の光電変換素子100では、1つの補強部20が固定部2Bの全体を覆っているが、図15に示すように、互いに離間する複数の補強部20Aが固定部2Bに沿って配置され、各補強部20Aが接着剤21によって固定部2Bに接着されてもよい。
Furthermore, in the
さらまた上記第1〜第4実施形態の光電変換素子100,200,300,400では、封止部4が無機封止部4Aと樹脂封止部4Bとを有しているが、封止部4は樹脂封止部4Bのみで構成されてもよい。また無機封止部4Aは、集電配線11と配線保護層12とで構成されているが、無機材料で構成されていればよく、例えば非鉛系の透明な低融点ガラスフリットなどの無機絶縁材料だけで構成することも可能である。
Furthermore, in the
さらにまた上記第1〜第4実施形態の光電変換素子100,200,300,400では、対極2のみが可撓性電極となっているが、対極2および作用極1の両方が可撓性を有する可撓性電極であってもよい。作用極1に可撓性を付与するためには、例えば作用極1を構成する透明基板6の厚さを300μm以下とすれよい。この場合、対極2側だけでなく、作用極1側にも撓み抑制手段を設ける必要がある。また対極2が可撓性を有さず、作用極1のみが可撓性電極であってもよい。この場合は、撓み抑制手段は、作用極1側にのみ設ければよい。
Furthermore, in the
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
はじめに、10cm×10cm×4mmのFTO基板を準備した。続いて、FTO膜の上に、ドクターブレード法によって酸化チタンペースト(Solaronix社製、Ti nanoixide T/sp)を、その厚さが10μmとなるように塗布した後、熱風循環タイプのオーブンに入れて500℃で3時間焼成し、FTO膜上に多孔質酸化物半導体層を形成し、5cm×5cmの積層体を得た。次に、積層体に2つの貫通孔を形成し、作用極を得た。
Example 1
First, a 10 cm × 10 cm × 4 mm FTO substrate was prepared. Subsequently, a titanium oxide paste (Solaronix, Ti nanoixide T / sp) was applied on the FTO film by a doctor blade method so that its thickness became 10 μm, and then placed in a hot air circulation type oven. Baking was performed at 500 ° C. for 3 hours, a porous oxide semiconductor layer was formed on the FTO film, and a 5 cm × 5 cm laminate was obtained. Next, two through holes were formed in the laminate to obtain a working electrode.
次に、この作用極を、光増感色素であるN719色素を0.2mM溶かした脱水エタノール液中に一昼夜浸漬して作用極に光増感色素を担持させた。 Next, the working electrode was immersed in a dehydrated ethanol solution in which 0.2 mM of N719 dye, which is a photosensitizing dye, was dissolved for 24 hours to support the photosensitizing dye on the working electrode.
一方、6cm×6cm×35μmのチタン箔からなる金属基板を準備した。そして、金属基板上に、スパッタリング法により、厚さ10nmの白金触媒膜を形成し、対極を得た。 On the other hand, a metal substrate made of a titanium foil of 6 cm × 6 cm × 35 μm was prepared. Then, a platinum catalyst film having a thickness of 10 nm was formed on the metal substrate by sputtering to obtain a counter electrode.
そして、作用極と対極とで、アイオノマーであるハイミラン(商品名、三井・デュポンポリケミカル社製)からなる環状の熱可塑性樹脂シートを挟んだ。このとき、熱可塑性樹脂シートの内側に、多孔質酸化物半導体層が配置されるようにした。そして、熱可塑性樹脂シートを180℃で35分間加熱し溶融させ、作用極と対極とを接着した。 Then, an annular thermoplastic resin sheet made of Himiran (trade name, manufactured by Mitsui DuPont Polychemical Co., Ltd.), which is an ionomer, was sandwiched between the working electrode and the counter electrode. At this time, the porous oxide semiconductor layer was arranged inside the thermoplastic resin sheet. Then, the thermoplastic resin sheet was heated and melted at 180 ° C. for 35 minutes to bond the working electrode and the counter electrode.
次いで、作用極に形成した貫通孔を通して、アセトニトリル系電解質を、作用極と対極と封止部とによって包囲されるセル空間内に注入して充填させた。そして、作用極に形成した貫通孔を、上記シートと同様の熱可塑性樹脂を用いて封止した。 Next, the acetonitrile-based electrolyte was injected and filled into the cell space surrounded by the working electrode, the counter electrode, and the sealing portion through the through-hole formed in the working electrode. And the through-hole formed in the working electrode was sealed using the thermoplastic resin similar to the said sheet | seat.
次に、補強部として、6cm×6cmのガラス板を用意した。なお、このガラス板には、5cm×5cmの正方形の貫通孔をサンドブラスト法により形成した。続いて、ガラス板と対極の固定部とで、アイオノマーであるハイミランからなる熱可塑性樹脂シートに、5cm×5cmの開口を形成したものを挟み、対極全体を覆うようにガラス板を配置した。そして、熱可塑性樹脂シートを加熱溶融し、補強部を、接着剤を介して対極の固定部に接着した。こうして色素増感型太陽電池を得た。 Next, a 6 cm × 6 cm glass plate was prepared as a reinforcing part. In addition, the square through-hole of 5 cm x 5 cm was formed in this glass plate by the sandblast method. Subsequently, the glass plate and the fixing portion of the counter electrode were sandwiched between a thermoplastic resin sheet made of high milan as an ionomer and a 5 cm × 5 cm opening was formed, and the glass plate was disposed so as to cover the entire counter electrode. Then, the thermoplastic resin sheet was heated and melted, and the reinforcing portion was bonded to the fixed portion of the counter electrode via an adhesive. Thus, a dye-sensitized solar cell was obtained.
(実施例2及び3)
電解質として、表1に示すものを用いたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Examples 2 and 3)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolyte shown in Table 1 was used.
(比較例1)
ガラス板を対極に接着しなかったこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the glass plate was not bonded to the counter electrode.
(比較例2及び3)
ガラス板を対極に接着せず、電解質として、表1に示すものを用いたこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(Comparative Examples 2 and 3)
A dye-sensitized solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the glass plate was not adhered to the counter electrode and the electrolyte shown in Table 1 was used.
[熱サイクル試験による光電変換効率の変化についての評価:評価1]
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた色素増感太陽電池について、光電変換効率を測定した後、熱サイクル試験を行った。熱サイクル試験後、色素増感太陽電池について再度光電変換効率を測定し、光電変換効率の低下率を算出した。評価については、光電変換効率の低下率が5%以下である場合には「○」と表示し、光電変換効率の低下率が5%より大きく10%以下である場合には「×」と表示することとした。結果を表1に示す。
[Evaluation of change in photoelectric conversion efficiency by thermal cycle test: Evaluation 1]
About the dye-sensitized solar cell obtained in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3, after measuring photoelectric conversion efficiency, the heat cycle test was done. After the thermal cycle test, the photoelectric conversion efficiency was measured again for the dye-sensitized solar cell, and the decrease rate of the photoelectric conversion efficiency was calculated. Regarding the evaluation, “○” is displayed when the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency is 5% or less, and “X” is displayed when the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency is greater than 5% and 10% or less. It was decided to. The results are shown in Table 1.
なお、熱サイクル試験は、−50℃から100℃まで昇温させ、100℃で10分間保持し、その後、100℃から−50℃まで降温させ、−50℃で10分間保持するというサイクルを1サイクルとし、これを300回行った。このとき、昇温速度及び降温速度はいずれも5℃/minとした。 The thermal cycle test is a cycle in which the temperature is raised from −50 ° C. to 100 ° C., held at 100 ° C. for 10 minutes, then lowered from 100 ° C. to −50 ° C., and held at −50 ° C. for 10 minutes. A cycle was performed 300 times. At this time, the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease were both 5 ° C./min.
[熱サイクル試験による電解質残存率の評価:評価2]
実施例1〜3及び比較例1〜3で得られた色素増感太陽電池について、上記と同様の熱サイクル試験を行い、その後、色素増感太陽電池(セル)の容積、即ち作用極と対極と封止部とによって囲まれるセル空間の容積に占める電解質の残存量の割合を測定した。そして、その電解質残存割合が95%以上である場合には「○」とし、90%以上95%未満である場合には「△」と表示し、90%未満である場合には「×」と表示することとした。結果を表1に示す。
The dye-sensitized solar cells obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were subjected to the same thermal cycle test as described above, and then the volume of the dye-sensitized solar cell (cell), that is, the working electrode and the counter electrode. The ratio of the remaining amount of the electrolyte to the volume of the cell space surrounded by the sealing portion was measured. When the electrolyte remaining ratio is 95% or more, “◯” is displayed, when it is 90% or more and less than 95%, “△” is displayed, and when it is less than 90%, “×” is displayed. I decided to display it. The results are shown in Table 1.
表1に示す結果より、実施例1〜3の色素増感型太陽電池は、比較例1〜3の色素増感型太陽電池に比べて、熱サイクル試験後による光電変換効率の低下が十分小さいことが分かった。 From the results shown in Table 1, in the dye-sensitized solar cells of Examples 1 to 3, the decrease in photoelectric conversion efficiency after the heat cycle test is sufficiently smaller than the dye-sensitized solar cells of Comparative Examples 1 to 3. I understood that.
よって、本発明の光電変換素子によれば、周囲の環境温度の変化が大きい場所で使用されても、光電変換効率の経時的な低下を十分に抑制できることが確認された。 Therefore, according to the photoelectric conversion element of the present invention, it has been confirmed that even if it is used in a place where the ambient temperature changes greatly, it is possible to sufficiently suppress the temporal deterioration of the photoelectric conversion efficiency.
1…作用極(電極)、2…対極(電極)、2A…非固定部、2A1…第1可動部分、2A2…第2可動部分、2B…固定部、3…電解質、4…封止部、4A…無機封止部、4B…樹脂封止部、20,20A,220…補強部(撓み抑制手段)、220A…肉厚部、220B…薄肉部、320…押圧部材(撓み抑制手段)、420…固い樹脂、100,200,300,400,500,600…光電変換素子。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記一対の電極を連結する封止部と、
前記一対の電極、及び前記封止部によって包囲されるセル空間に充填される電解質とを備える光電変換素子であって、
前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、可撓性を有する可撓性電極であり、
前記可撓性電極は、
前記封止部によって固定される環状の固定部と、
前記固定部によって囲まれる非固定部とから構成され、
前記非固定部は、
前記固定部の内周に沿って隣接する環状の第1可動部分と、
前記第1可動部分によって囲まれる第2可動部分とで構成され、
前記光電変換素子は、前記可撓性電極の前記固定部又は前記第1可動部分の撓みを抑制する撓み抑制手段を備え、
前記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、
前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部および前記非固定部を覆うように配置され、少なくとも前記固定部と接着されていること、
を特徴とする光電変換素子。 A pair of electrodes facing each other;
A sealing portion connecting the pair of electrodes;
A photoelectric conversion element comprising the pair of electrodes and an electrolyte filled in a cell space surrounded by the sealing portion,
At least one of the pair of electrodes is a flexible electrode having flexibility,
The flexible electrode is
An annular fixing part fixed by the sealing part;
A non-fixed part surrounded by the fixed part,
The non-fixed part is
An annular first movable part adjacent along the inner periphery of the fixed part;
A second movable part surrounded by the first movable part;
The photoelectric conversion element includes a bending suppression unit that suppresses bending of the fixed portion or the first movable portion of the flexible electrode ,
The deflection suppressing means has a reinforcing portion having higher rigidity than the flexible electrode,
The reinforcing portion is arranged to cover the fixed portion and the non-fixed portion on the opposite side of the electrolyte with respect to the flexible electrode, and is bonded to at least the fixed portion;
A photoelectric conversion element characterized by the above.
前記一対の電極を連結する封止部と、A sealing portion connecting the pair of electrodes;
前記一対の電極、及び前記封止部によって包囲されるセル空間に充填される電解質とを備える光電変換素子であって、A photoelectric conversion element comprising the pair of electrodes and an electrolyte filled in a cell space surrounded by the sealing portion,
前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、可撓性を有する可撓性電極であり、At least one of the pair of electrodes is a flexible electrode having flexibility,
前記可撓性電極は、The flexible electrode is
前記封止部によって固定される環状の固定部と、An annular fixing part fixed by the sealing part;
前記固定部によって囲まれる非固定部とから構成され、A non-fixed part surrounded by the fixed part,
前記非固定部は、The non-fixed part is
前記固定部の内周に沿って隣接する環状の第1可動部分と、An annular first movable part adjacent along the inner periphery of the fixed part;
前記第1可動部分によって囲まれる第2可動部分とで構成され、A second movable part surrounded by the first movable part;
前記光電変換素子は、前記可撓性電極の前記固定部又は前記第1可動部分の撓みを抑制する撓み抑制手段を備え、The photoelectric conversion element includes a bending suppression unit that suppresses bending of the fixed portion or the first movable portion of the flexible electrode,
前記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、The deflection suppressing means has a reinforcing portion having higher rigidity than the flexible electrode,
前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部の少なくとも一部を覆うように配置され且つ少なくとも前記非固定部と対向する位置に開口を有し、少なくとも前記固定部と接着されていることThe reinforcing portion is disposed so as to cover at least a part of the fixing portion on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode, and has an opening at a position facing at least the non-fixing portion, and at least the Bonded to the fixed part
を特徴とする光電変換素子。A photoelectric conversion element characterized by the above.
前記一対の電極を連結する封止部と、A sealing portion connecting the pair of electrodes;
前記一対の電極、及び前記封止部によって包囲されるセル空間に充填される電解質とを備える光電変換素子であって、A photoelectric conversion element comprising the pair of electrodes and an electrolyte filled in a cell space surrounded by the sealing portion,
前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、可撓性を有する可撓性電極であり、At least one of the pair of electrodes is a flexible electrode having flexibility,
前記可撓性電極は、The flexible electrode is
前記封止部によって固定される環状の固定部と、An annular fixing part fixed by the sealing part;
前記固定部によって囲まれる非固定部とから構成され、A non-fixed part surrounded by the fixed part,
前記非固定部は、The non-fixed part is
前記固定部の内周に沿って隣接する環状の第1可動部分と、An annular first movable part adjacent along the inner periphery of the fixed part;
前記第1可動部分によって囲まれる第2可動部分とで構成され、A second movable part surrounded by the first movable part;
前記光電変換素子は、前記可撓性電極の前記固定部又は前記第1可動部分の撓みを抑制する撓み抑制手段を備え、The photoelectric conversion element includes a bending suppression unit that suppresses bending of the fixed portion or the first movable portion of the flexible electrode,
前記撓み抑制手段は、前記可撓性電極よりも高い剛性を有する補強部を有し、The deflection suppressing means has a reinforcing portion having higher rigidity than the flexible electrode,
前記補強部は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記第1可動部分の少なくとも一部を覆うように配置され、前記第1可動部分と接着されていることThe reinforcing portion is disposed on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode so as to cover at least a part of the first movable portion, and is bonded to the first movable portion.
を特徴とする光電変換素子。A photoelectric conversion element characterized by the above.
前記一対の電極を連結する封止部と、A sealing portion connecting the pair of electrodes;
前記一対の電極、及び前記封止部によって包囲されるセル空間に充填される電解質とを備える光電変換素子であって、A photoelectric conversion element comprising the pair of electrodes and an electrolyte filled in a cell space surrounded by the sealing portion,
前記一対の電極のうちの少なくとも一方の電極は、可撓性を有する可撓性電極であり、At least one of the pair of electrodes is a flexible electrode having flexibility,
前記可撓性電極は、The flexible electrode is
前記封止部によって固定される環状の固定部と、An annular fixing part fixed by the sealing part;
前記固定部によって囲まれる非固定部とから構成され、A non-fixed part surrounded by the fixed part,
前記非固定部は、The non-fixed part is
前記固定部の内周に沿って隣接する環状の第1可動部分と、An annular first movable part adjacent along the inner periphery of the fixed part;
前記第1可動部分によって囲まれる第2可動部分とで構成され、A second movable part surrounded by the first movable part;
前記光電変換素子は、前記可撓性電極の前記固定部又は前記第1可動部分の撓みを抑制する撓み抑制手段を備え、The photoelectric conversion element includes a bending suppression unit that suppresses bending of the fixed portion or the first movable portion of the flexible electrode,
前記撓み抑制手段は、前記可撓性電極に対して前記電解質と反対側に前記固定部及び前記非固定部を覆うように配置され且つ前記固定部又は前記第1可動部分を押圧する押圧部材を備えることThe bending suppression means is a pressing member that is arranged to cover the fixed portion and the non-fixed portion on the side opposite to the electrolyte with respect to the flexible electrode and presses the fixed portion or the first movable portion. To prepare
を特徴とする光電変換素子。A photoelectric conversion element characterized by the above.
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