JP5561293B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents

Description

この発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する色素増感型太陽電池に関するものである。

従来から、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、環境にやさしく、クリーンなエネルギー源として積極的な研究開発が進められている。中でも、光電変換効率が高く、低コストの太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されて、各種の提案がなされている。

この色素増感型太陽電池では、半導体層に増感色素を担持させて負電極とし、対向する正電極との間に電解液を封入して、該負電極に太陽光を入射させてこれを励起して、電気エネルギーとして取出すものであり、国際公開ＷＯ２０１１／０６８０５８号公報（特許文献１）などがこれである。

図３にかかる構造の太陽電池が示されていて、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）その一部の平面断面図である。
図において、色素増感型太陽電池は、透明なガラスよりなる管状容器１の本体部２の内面に、透明導電膜５と、増感色素が吸着された半導体層からなる光電極６とを積層形成し、前記管状容器１内で光電極６と離間してコイル状の対向電極８が配置されるとともに、前記管状容器１内に電解質物質を備えた電解液７が密封されて構成されている。
前記管状容器１の本体部２の両端は、ランプ技術におけるピンチシールのように、ガラスが加熱・溶融されて圧潰された扁平な封止部３、４が形成されて密閉されており、その一端側の封止部３内には金属箔１１が埋設され、対向電極８からの内部リード９と外部リード１３とが該金属箔１１に接続されている。
また、同様に、他端側の封止部４内にも金属箔１２が埋設され、該金属箔１２に内部リード１０と外部リード１４とが接続されている。そして、前記管状容器１の本体部２の内面に形成した透明導電膜５が、この封止部４内にまで延在していて、前記内部リード１０、金属箔１２および外部リード１４を覆うようにピンチシールされ、これらを電気的に接続している。
ここで、前記内部リード１０は、絶縁部材１５を介して電気的に絶縁された状態で対向電極８に接続している。

この構成により、一方の封止部３においては、対向電極８−内部リード９−金属箔１１−外部リード１３と電気的接続が形成され、他方の封止部４においては、光電極６−透明導電膜５−金属箔１２−外部リード１４と電気的接続が形成されている。
上記構成において、管状容器１の両端部の封止部３、４は、前記したように、ランプ技術におけるピンチシール構造を採用するものであって、管状容器１の両端部を加熱溶融して、これを圧潰することにより扁平状の封止部３、４とするものである。

その製造方法を図４にもとづいて簡単に説明する。
１．管状容器１を構成する透明なガラス製の管１ａの内面に、透明導電膜５を形成し、この導電膜５の上に多孔質の酸化物半導体層を積層して光電極６を形成する。（Ａ）
２．対向電極８および内外部リード等からなる電極マウントＭを、前記管１ａの内部に挿入する。対向電極８は、金属からなる素線をコイル状に巻回して構成したものであり、このコイル状の対向電極８の一端部は、内部リード９−金属箔１１−外部リード１３の順に電気的に導通して接続されている。一方、多端側は、絶縁部材１５−内部リード１０−金属箔１２−が部１４の順に電気的に絶縁されて接続されている。（Ｂ）
３．その後、管１ａの両端部をバーナーでガラスの軟化点を越えるまで加熱する。
両端部において軟化した部分を金属箔１１、１２の上下方向から圧潰することによりいわゆるピンチシール部を形成して、液密に封止された封止部３、４を形成する。（Ｃ）
４．こうして形成された管状容器１に排気管１６を取り付け、該排気管１６を通じて電解液７を注入する。最後に排気管１６を封止して密閉する。（Ｃ）（Ｄ）

このようにして形成された封止部４においては、図５に示すように、管状容器１の本体部２内面に形成された透明導電膜５が前記封止部４内まで延在し、これが外部リード１４および金属箔１２を挟むようにピンチシールされて、透明導電膜５−金属箔１２−外部リード１４という電気的接続がなされるようにしたものである。
ところがこの従来技術では、封止部３、４をピンチシールする際には、管状容器１を高温に加熱して軟化・溶融させることが必要であり、この高温加熱によって透明導電膜５が蒸発してしまい、破断を起こすという不具合を時々発生することが分かった。
特に、液密な封止がなされる金属箔１２部分は最も高温に加熱されるので、該金属箔１２部分での透明導電膜５の蒸発・破損が深刻となっている。
図６にその状態が示されていて、透明導電膜５が蒸発し、部分的に破断して電気的な導通が十分に確保できなくなり、外部リード１４に電荷を導出することができなくなるという問題が起こった。

国際公開ＷＯ２０１１／０６８０５８号公報

この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ガラス製の管状容器を備え、両端にピンチシールされた封止部を有する色素増感型太陽電池において、管状容器内の光電極と、封止部から外部に導出された外部リードとの間の電気的接続が確保され、光電極からの電荷を確実に外部リードに導出することのできる構造を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明に係る色素増感型太陽電池では、前記光電極に積層形成された透明導電膜と、封止部内の金属箔とが、前記管状容器の本体部内に設けられた導電性部材よりなる集電端子を介して電気的に接続され、前記光電極と外部リードが電気的に接続していることを特徴とする。

また、前記本体内に配設された対向電極が、前記両端の封止部における金属箔にそれぞれ接続された内部リードに接続されていて、前記集電端子は、前記封止部の一方の前記金属箔に接続された前記内部リードに設けられていることを特徴とする。
また、前記集電端子は、コイルバネからなり、該コイルバネの外周が前記透明導電膜に当接していることを特徴とする。

この発明の色素増感型太陽電池によれば、管状容器の本体部内において、金属箔に電気的接続がなされた集電端子によって透明導電膜からの電気的導通をとるので、封止部内での透明導電膜に依存することなく、光電極と外部リードの電気的接続を確実に確保することができるという効果を奏するものである。
また、集電端子をコイルバネにより構成することにより、コイルバネの放射方向への付勢力により、透明導電膜との接続が確実になるとともに、該コイルバネがコイル状の対向電極のサポーターとしての機能も果たすことができる。

本発明の太陽電池の断面図。 他の実施例の断面図（Ａ）および一部詳細図（Ｂ）。 従来の太陽電池の全体断面図（Ａ）および部分平面断面図（Ｂ）。 その製造工程の説明図。 図４のＸ部の拡大断面図。 その不具合の説明図。

図１は、本発明の色素増感型太陽電池の全体を示す断面図である。
管状容器１の本体部２の内面に設けられた透明導電膜５は、封止部４にまで延在することなく、本体部２内のみに形成されている。そして、該透明導電膜５の上には、光電極６が積層されているが、前記透明導電膜５は、その封止部４側の端部５ａにおいて光電極６を設けられることなく、露出している。
そして、管状容器１の本体部２内にはコイル状の対向電極８が、光電極６と当接することなく配設されている。
この対向電極８は、一端部において前記封止部３に埋設された金属箔１１に電気的に接続された内部リード９に接続されるとともに、他端部においては前記封止部４に埋設された金属箔１２に接続された内部リード１０に絶縁部材１５を介して電気的に絶縁されて接続されている。
そして、前記管状容器1の本体部2内において、前記内部リード１０には集電端子２０が設けられていて、該集電端子２０は前記透明導電膜５の露出端部５ａに当接している。

この実施例では、前記集電端子２０は、前記内部リード８の一部に形成されたコイルバネ２１からなり、該コイルバネ２１の外周が、バネの半径方向への付勢力により透明導電膜５に当接している。
なお、該コイルバネ２１は内部リード１０の一部に一体形成したものを示したが、内部リード１０とは別体に形成したものを該内部リード１０に固着する構造であってもよい。
上記構成により、前記対向電極８からは、内部リード９−金属箔１１−外部リード１３という経路で電気的接続がなされ、一方、光電極６からは、透明導電膜５−コイルバネ２１（集電端子２０）−内部リード１０−金属箔１２−外部リード１４という経路で電気的接続がなされる。

図２に集電端子２０の別の実施例が示されていて、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）は集電端子の拡大斜視図である。
図において、集電端子２０は、渦巻状に巻回された平板バネ２２からなり、渦巻状の基端部２２ａが内部リード１０に取り付けられ、その外周端２２ｂ周辺が前記透明導電膜５に当接されるものである。
なお、集電端子２０はこれらの例に限られず、種々の形態であってよく、例えば、図示しないが、内部リード１０と透明導電膜５とを結ぶ導電性線状体であってもよい。

また、管状容器内に形成する透明導電膜は、本体部内にのみ形成するとして説明したが、膜成形工程の都合等により、従来技術と同様に封止部内にまで延在していても構わない。その場合にあっても、該封止部内での透明導電膜が破断して導通が遮断されても、集電端子からの導通があるので、光電極から外部リードへの電気的導通が確保されるものである。

以上説明したように、本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、ピンチシールされた一方の封止部内の金属箔から管状容器の本体部内に伸びる内部リードに、本体部内で集電端子を設け、該集電端子を本体部内面の透明導電膜に当接する構成としたので、封止部をピンチシールする際に発生する透明導電膜の蒸発・破断という影響を受けずに、確実に光電極から外部リードへの電気的導通を図ることができるという効果を奏するものである。
また、前記集電端子をコイルバネによって形成することにより、コイルバネの半径方向へのバネ付勢力によって透明導電膜への当接がより確実なものとなる。
しかも、コイルバネが、管状容器内のコイル状の対向電極のサポーターとしても機能して、対向電極を安定した位置に保持できる。

１ 管状容器
１ａ 管（管状容器成形用）
２ 本体部
３、４ 封止部
５ 透明導電膜
５ａ 露出端部
６ 光電極
７ 電解液
８ 対向電極
９、１０ 内部リード
１１、１２ 金属箔
１３、１４ 外部リード
１５ 絶縁部材
２０ 集電端子
２１ コイルバネ（集電端子）
２２ 平板バネ（集電端子）
Ｍ 電極マウント

Claims (3)

1. 電解液が封入された本体部の両端に、ピンチシールによって扁平な封止部が形成された管状容器と、
   前記封止部に埋設され、外部リードが接続された金属箔と、
   前記管状容器の本体部の内面に接して設けられた透明導電膜と、
   該透明導電膜上に設けられ、色素を担持した酸化物半導体層を備えた光電極と、
   前記本体部内において前記光電極と内側で対向配置された対向電極とを備え、
   該対向電極は、前記一方の封止部に埋設された前記金属箔に電気的に接続されるとともに、前記他方の封止部に埋設された前記金属箔に絶縁部材を介して電気的に絶縁されて接続されてなる色素増感型太陽電池において、
   前記透明導電膜と、前記他方の封止部に埋設された前記金属箔とが、前記本体部内に設けられた導電性部材よりなり前記透明導電膜に付勢力により当接されるバネ状集電端子を介して電気的に接続され、前記光電極と前記他方の封止部の前記外部リードが電気的に接続されている
   ことを特徴とする色素増感型太陽電池。
2. 前記対向電極は、前記両端の封止部における前記金属箔にそれぞれ接続された内部リードに接続されていて、
   前記集電端子は、前記他方の封止部の前記金属箔に接続された前記内部リードに設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
3. 前記集電端子が、コイルバネからなり、該コイルバネの外周が前記透明導電膜に当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の色素増感型太陽電池。
   

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