JP5656910B2 - 太陽電池モジュール及びその接続方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池モジュール及びその接続方法に関し、特に色素増感型の太陽電池モジュール及びその接続方法に関する。
従来から、色素増感型の太陽電池セルを少なくとも２つ以上接続して太陽電池モジュールを形成することがある。このような例として、例えば、特許文献１に記載されているような太陽電池セルの接続方法が知られている。特許文献１の図２には太陽電池モジュールが示されている。特許文献１の太陽電池モジュールは、一方の太陽電池セルにおいて透明基板側の外界に露出された導電性被膜と、他方の太陽電池セルにおいて対向基板側の外界の露出された導電性被膜とを上下方向に重ね合わせ、導電性被膜間を導電性接着剤により接着して接続される。
一般的な導電性接着剤は、導電性と接着性がバランスよく保たれるよう、導電フィラーと樹脂成分とを所定の割合で配合して形成される。導電性接着剤中の導電フィラーの割合を高めると電気抵抗値が下がり、反対に樹脂成分の割合を高めると接着強度が上がる。
一般的な導電性接着剤は、導電性と接着性がバランスよく保たれるよう、導電フィラーと樹脂成分とを所定の割合で配合して形成される。導電性接着剤中の導電フィラーの割合を高めると電気抵抗値が下がり、反対に樹脂成分の割合を高めると接着強度が上がる。
上記の太陽電池モジュールの接続方法のように導電性接着剤を用いる場合、導電性接着剤中の樹脂成分によって太陽電池セル間の電気抵抗値が高くなるおそれがある。
また、導電性接着剤はその厚みによって電気抵抗値が変化するため、導電性接着剤の厚みにバラつきがある場合、太陽電池モジュールによって電気抵抗値にバラつきが生じることも想定される。
さらに、導電性接着剤を用いた接続方法では、導電性接着剤を塗布する工程と硬化させる工程が必要となり、工数が増えるという可能性も懸念される。
また、導電性接着剤はその厚みによって電気抵抗値が変化するため、導電性接着剤の厚みにバラつきがある場合、太陽電池モジュールによって電気抵抗値にバラつきが生じることも想定される。
さらに、導電性接着剤を用いた接続方法では、導電性接着剤を塗布する工程と硬化させる工程が必要となり、工数が増えるという可能性も懸念される。
本発明の目的は、色素増感型の太陽電池セルが少なくとも２つ以上接続された太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セル間の電気抵抗値を低くすることにより、優れた変換効率の太陽電池モジュールを提供することであり、そのような太陽電池モジュールの接続方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、第１の発明は、少なくとも２つの色素増感型の太陽電池セルが接続された太陽電池モジュールであって、太陽電池セルは、第１基材と、その一方面に順次形成された第１導電層と光電極層とを有する光電極基板と、第２基材と、その一方面に形成された第２導電層とを有し、第１導電層が形成された面に対向するように、光電極基板に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部と第２導電層の露出部が形成されるようにずらして配置された対極基板と、所定の間隔に設定された電荷輸送層とを含み、１の太陽電池セルの第１導電層の露出部と、他の太陽電池セルの第２導電層の露出部とに接触するように配置された粘着性を有さない導電部材と、導電部材が接触するように１の太陽電池セルと他の太陽電池セルとを接続する接続部材とを備えたものである。
このように構成すると、太陽電池モジュールの接続に導電性接着剤が不要になるため、太陽電池セル間の電気抵抗値が低くなる。また、導電性接着剤を塗布する工程と硬化させる工程が不要となるため、工数が少なくなる。
第２の発明は、第１の発明の構成において、第１導電層は、第１導電性被膜と、その上の光電極層が形成されていない部分に形成された第１集電線とを含み、第１導電層の露出部は第１集電線である、太陽電池モジュールである。
このように構成すると、第１集電線から電力を導出することができるため、第１導電性被膜の電気抵抗による発電効率の低下を低減させることができる。
第３の発明は、第１又は第２の発明の構成において、第２導電層は、第２導電性被膜と、その上に形成された第２集電線とを含み、第２導電層の露出部は第２集電線である太陽電池モジュールである。
このように構成すると、第２集電線から電力を導出することができるため、第２導電性被膜の電気抵抗による発電効率の低下を低減させることができる。
第４の発明は、第１又は第２の発明の構成において、第２基材と、その一方面に形成された第２導電層とは金属板である、太陽電池モジュールである。
このように構成すると、対極基板が金属板になるため、対極基板の電気抵抗値を下げることができる。また、対極基板の構成が簡単になる。
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明の構成において、導電部材は金属板又は金属テープである、記載の太陽電池モジュールである。
このように構成すると、金属板又は金属テープを太陽電池セルの第１導電層の露出部と、他の太陽電池セルの第２導電層の露出部とに接触するように配置するだけでよいため、工数が少なくなる。また、金属板又は金属テープは簡単に入手することができるため、製造コストが下がる。
第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明の構成において、接続部材は、１の太陽電池セルと他の太陽電池セルとの基板同士の接続線を覆うように貼り付けられた絶縁テープである、太陽電池モジュールである。
このように構成すると、絶縁テープを１の太陽電池セルと他の太陽電池セルとの基板同士の接続線を覆うように貼り付けるだけでよい。その結果、基板への特別な加工を必要とせず太陽電池モジュールを接続できるため、工数が少なくなる。
第７の発明は、少なくとも２つの色素増感型の太陽電池セルが接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池セルは、第１基材と、その一方面に順次形成された第１導電層と光電極層とを有する光電極基板と、第２基材と、その一方面に形成された第２導電層とを有し、第１導電層が形成された面に対向するように、光電極基板に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部と第２導電層の露出部が形成されるようにずらして配置された対極基板と、所定の間隔に設定された電荷輸送層とを含み、１の太陽電池セルの第１導電層の露出部または第２導電層の露出部に導電部材を配置する工程と、他の太陽電池セルの第２導電層の露出部又は第１導電層の露出部が、配置された導電部材に重なるように、他の太陽電池セルを配置する工程と、導電部材が互いの露出部に接触するように、１の太陽電池セルと他の太陽電池セルとを接続部材により接続する工程とを備えたものである。
このように構成すると、太陽電池モジュールの接続に導電性接着剤が不要になるため、太陽電池セル間の電気抵抗値が低くなる。また、導電性接着剤を塗布する工程と硬化させる工程が不要となるため、工数が少なくなる。
本発明によれば、色素増感型の太陽電池セルが少なくとも２つ以上接続された太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セル間の電気抵抗値を低くすることにより、優れた変換効率の太陽電池モジュールを提供することができる。
次に、発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。
[第１実施形態]
図１（１）を参照して、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士の接続線及び対極基板４０同士の接続線を覆うように絶縁テープ５３が貼り付けられて構成されている。
図１（１）を参照して、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士の接続線及び対極基板４０同士の接続線を覆うように絶縁テープ５３が貼り付けられて構成されている。
（１）太陽電池セル
太陽電池セル２０について図２及び図３を参照して説明する。
太陽電池セル２０は、光電極基板３０と、光電極基板３０に対向する対極基板４０と、それらが対向する領域に設定された電荷輸送層５０と、それらが対向する領域を塞ぐように配置された封止剤５１とを備えている。
光電極基板３０は、光の入射面側の基板である。光電極基板３０は、第１基材３１と、第１導電性被膜３２と、光照射により増感色素から生じた電荷を伝導する光電極層３３と、発生した電子を効率よく集めるための第１集電線３４とを有している。第１導電性被膜３２と光電極層３３とは、第１基材３１の一方面に順次形成されている。第１集電線３４は、第１導電性被膜３２の電気抵抗による損失を少なくするため、第１導電性被膜３２上の光電極層３３が形成されていない部分に例えば櫛形状に形成される。第１導電性被膜３２と第１集電線３４とは第１導電層を構成する。
対極基板４０は、第２基材４１と、第２導電性被膜４２と、発電効率をより向上させる触媒層４３と、発生した電子を効率よく集めるための第２集電線４４とを有している。第２導電性被膜４２と、触媒層４３とは、第２基材４１の一方面に順次形成されている。第２集電線４４は、第１集電線３４と同様に、第２導電性被膜４２の電気抵抗による損失を少なくするため、第２導電性被膜４２の上の触媒層４３が形成されていない部分に例えば櫛形状に形成される。第２導電性被膜４２と第２集電線４４とは第２導電層を構成する。なお、第１集電線３４及び第２集電線４４は、発電に寄与する領域を出来るだけ広く確保するため、対向する位置に形成されることが好ましい。また、第１集電線３４及び第２集電線４４は、絶縁層３６で被覆されることが好ましい。それは、電荷輸送層５０である電解質による腐食を防止し、光電極基板３０と対極基板４０とが第1集電線３４及び第２集電線４４を介しショートするのを防止するためである。
対極基板４０は、第１導電層が形成された面と第２導電層が形成された面とが対向するように、光電極基板３０に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部３５と第２導電層の露出部４５が形成されるようにずらして配置されている。第１導電層の露出部３５は第１集電線３４で構成され、第２導電層の露出部４５は第２集電線４４で構成される。
太陽電池セル２０について図２及び図３を参照して説明する。
太陽電池セル２０は、光電極基板３０と、光電極基板３０に対向する対極基板４０と、それらが対向する領域に設定された電荷輸送層５０と、それらが対向する領域を塞ぐように配置された封止剤５１とを備えている。
光電極基板３０は、光の入射面側の基板である。光電極基板３０は、第１基材３１と、第１導電性被膜３２と、光照射により増感色素から生じた電荷を伝導する光電極層３３と、発生した電子を効率よく集めるための第１集電線３４とを有している。第１導電性被膜３２と光電極層３３とは、第１基材３１の一方面に順次形成されている。第１集電線３４は、第１導電性被膜３２の電気抵抗による損失を少なくするため、第１導電性被膜３２上の光電極層３３が形成されていない部分に例えば櫛形状に形成される。第１導電性被膜３２と第１集電線３４とは第１導電層を構成する。
対極基板４０は、第２基材４１と、第２導電性被膜４２と、発電効率をより向上させる触媒層４３と、発生した電子を効率よく集めるための第２集電線４４とを有している。第２導電性被膜４２と、触媒層４３とは、第２基材４１の一方面に順次形成されている。第２集電線４４は、第１集電線３４と同様に、第２導電性被膜４２の電気抵抗による損失を少なくするため、第２導電性被膜４２の上の触媒層４３が形成されていない部分に例えば櫛形状に形成される。第２導電性被膜４２と第２集電線４４とは第２導電層を構成する。なお、第１集電線３４及び第２集電線４４は、発電に寄与する領域を出来るだけ広く確保するため、対向する位置に形成されることが好ましい。また、第１集電線３４及び第２集電線４４は、絶縁層３６で被覆されることが好ましい。それは、電荷輸送層５０である電解質による腐食を防止し、光電極基板３０と対極基板４０とが第1集電線３４及び第２集電線４４を介しショートするのを防止するためである。
対極基板４０は、第１導電層が形成された面と第２導電層が形成された面とが対向するように、光電極基板３０に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部３５と第２導電層の露出部４５が形成されるようにずらして配置されている。第１導電層の露出部３５は第１集電線３４で構成され、第２導電層の露出部４５は第２集電線４４で構成される。
次に、太陽電池セル２０を構成する各部材について説明する。
第１基材
第１基材３１は光の入射面となるため透光性に優れていることが望ましく、例えば透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を用いることができる。また、後述する電荷輸送層５０に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
第１基材３１は光の入射面となるため透光性に優れていることが望ましく、例えば透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を用いることができる。また、後述する電荷輸送層５０に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
第１導電性被膜
第１導電性被膜３２の材料としては、導電性に優れたものであれば特に限定はされないが、例えばスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたもので形成される。第１導電性被膜３２は、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等により形成される。
第１導電性被膜３２の材料としては、導電性に優れたものであれば特に限定はされないが、例えばスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたもので形成される。第１導電性被膜３２は、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等により形成される。
光電極層
光電極層３３は、金属酸化物の微粒子に増感色素が担持されて形成される。金属酸化物の微粒子は、増感色素が担持されることから、連通孔を有する多孔質であることが好ましい。
光電極層３３は、金属酸化物の微粒子に増感色素が担持されて形成される。金属酸化物の微粒子は、増感色素が担持されることから、連通孔を有する多孔質であることが好ましい。
第１集電線及び第２集電線
第１集電線３４及び第２集電線４４の材料としては、例えば銀などの金属材料を含むペーストを用いることができる。また、第１集電線３４及び第２集電線４４を被覆する絶縁層３６としては、例えばガラスフリットや樹脂を用いることができ、ガラスフリット等のペーストを第１集電線３４及び第２集電線４４に塗布し焼成して形成される。
第１集電線３４及び第２集電線４４の材料としては、例えば銀などの金属材料を含むペーストを用いることができる。また、第１集電線３４及び第２集電線４４を被覆する絶縁層３６としては、例えばガラスフリットや樹脂を用いることができ、ガラスフリット等のペーストを第１集電線３４及び第２集電線４４に塗布し焼成して形成される。
第２基材
第２基材４１は、第１基材３１と同様の材料を用いて形成することができる。
第２基材４１は、第１基材３１と同様の材料を用いて形成することができる。
第２導電性被膜
第２導電性被膜４２は、第１導電性被膜３２と同様の材料を用いて、第１導電性被膜と同様の方法で形成することができる。また、第２導電性被膜４２の上に触媒層４３を形成する場合、触媒層４３の材料としては、例えば白金を蒸着した層や、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機物を用いることができる。
第２導電性被膜４２は、第１導電性被膜３２と同様の材料を用いて、第１導電性被膜と同様の方法で形成することができる。また、第２導電性被膜４２の上に触媒層４３を形成する場合、触媒層４３の材料としては、例えば白金を蒸着した層や、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機物を用いることができる。
電荷輸送層
電荷輸送層５０はイオンを輸送できる導電性材料を用いて形成することができる。好適な材料として、例えば液体電解質、固体電解質、ゲル電解質等が挙げられる。液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池や太陽電池等において使用することができるものであれば特に限定されない。固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料であり、太陽電池の電解質として用いることができて流動性がないものであればよい。ゲル電解質は通常、電解質とゲル化剤とで構成され、電解質としては上記固体電解質を用いることができる。
電荷輸送層５０はイオンを輸送できる導電性材料を用いて形成することができる。好適な材料として、例えば液体電解質、固体電解質、ゲル電解質等が挙げられる。液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池や太陽電池等において使用することができるものであれば特に限定されない。固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料であり、太陽電池の電解質として用いることができて流動性がないものであればよい。ゲル電解質は通常、電解質とゲル化剤とで構成され、電解質としては上記固体電解質を用いることができる。
次に、太陽電池セル２０の製造方法について説明する。
まず、第１基材３１の一方面に形成された第１導電性被膜３２の上に、金属酸化物の微粒子からなる多孔性半導体層を形成する。その多孔性半導体層に増感色素を担持させ、光電極層３３を形成する。さらに、第１導電性被膜３２の上の光電極層３３が形成されていない部分に銀などの金属材料を含むペーストを塗布し焼成して、第１集電線３４を形成する。第１集電線３４にガラスフリット等のペーストを塗布し焼成して絶縁層３６を形成する。上記のようにして光電極基板３０が得られる。
次に、第２基材４１の一方面に形成された第２導電層４２の上に白金膜などの触媒層４３をコーティングする。さらに、第１集電線３４と同様に、第２導電性被膜４２の上の触媒層４３が形成されていない部分に銀などの金属材料を含むペーストを塗布し焼成して、第２集電線４４を形成する。第２集電線４４にガラスフリット等のペーストを塗布し焼成して絶縁層３６を形成する。上記のようにして対極基板４０が得られる。
続いて、光電極基板３０と対極基板４０とを、第１導電性被膜３２の形成面と、第２導電性被膜４２の形成面とが対向するよう配置する。その時、第１集電線３４で構成される第１導電層の露出部３５と、第２集電線４４で構成される第２導電層の露出部４５とが形成されるようにずらして配置する。
第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５を構成する第１集電線３４及び第２集電線４４は、後述する金属板又は金属テープ５２との導通を確保するため、絶縁層３６が形成されていない。もっとも、図３に示すように、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５を構成する第１集電線３４及び第２集電線４４の両端は絶縁層３６で被覆してもよい。これは、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５の両端から後述の電解質を注入する際に、電解質による腐食から第１集電線３４及び第２集電線４４を保護する目的である。
なお、第１集電線３４及び第２集電線４４は、第１導電性被膜３２及び第２導電性被膜４２の電気抵抗が製品特性上許容される範囲内である場合は、必ずしも形成されていなくてもよい。第１集電線３４及び第２集電線４４が形成されない場合は、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５は、第１導電性被膜３２及び第２導電性被膜４２で構成される。
最後に、光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域に電解質を注入し電荷輸送層５０を形成する。光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域の側面をエポキシ樹脂等の封止剤５１で封止する。なお、電荷輸送層５０が液体電解質である場合は、液体電解質の液漏れを防止するため、光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域を塞ぐ封止剤５１を設けるとよいが、固体電解質やゲル電解質の場合は、封止剤５１は必ずしも形成されなくてもよい。上記のようにして太陽電池セル２０が得られる。
次に、第２基材４１の一方面に形成された第２導電層４２の上に白金膜などの触媒層４３をコーティングする。さらに、第１集電線３４と同様に、第２導電性被膜４２の上の触媒層４３が形成されていない部分に銀などの金属材料を含むペーストを塗布し焼成して、第２集電線４４を形成する。第２集電線４４にガラスフリット等のペーストを塗布し焼成して絶縁層３６を形成する。上記のようにして対極基板４０が得られる。
続いて、光電極基板３０と対極基板４０とを、第１導電性被膜３２の形成面と、第２導電性被膜４２の形成面とが対向するよう配置する。その時、第１集電線３４で構成される第１導電層の露出部３５と、第２集電線４４で構成される第２導電層の露出部４５とが形成されるようにずらして配置する。
第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５を構成する第１集電線３４及び第２集電線４４は、後述する金属板又は金属テープ５２との導通を確保するため、絶縁層３６が形成されていない。もっとも、図３に示すように、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５を構成する第１集電線３４及び第２集電線４４の両端は絶縁層３６で被覆してもよい。これは、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５の両端から後述の電解質を注入する際に、電解質による腐食から第１集電線３４及び第２集電線４４を保護する目的である。
なお、第１集電線３４及び第２集電線４４は、第１導電性被膜３２及び第２導電性被膜４２の電気抵抗が製品特性上許容される範囲内である場合は、必ずしも形成されていなくてもよい。第１集電線３４及び第２集電線４４が形成されない場合は、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５は、第１導電性被膜３２及び第２導電性被膜４２で構成される。
最後に、光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域に電解質を注入し電荷輸送層５０を形成する。光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域の側面をエポキシ樹脂等の封止剤５１で封止する。なお、電荷輸送層５０が液体電解質である場合は、液体電解質の液漏れを防止するため、光電極基板３０と対極基板４０とが対向する領域を塞ぐ封止剤５１を設けるとよいが、固体電解質やゲル電解質の場合は、封止剤５１は必ずしも形成されなくてもよい。上記のようにして太陽電池セル２０が得られる。
（２）太陽電池モジュール
上記の製造方法によって製造される太陽電池セル２０を少なくとも２つ接続して得られる太陽電池モジュール１０について図１、図２、図３を用いて説明する。
図２を参照して、太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部である第１集電線３５と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部である第２集電線４５とに接触するように配置された粘着性を有さない導電部材である金属板又は金属テープ５２と、金属板又は金属テープ５２が接触するように１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを接続する接続部材である絶縁テープ５３とを備えている。
導電部材である金属板又は金属テープ５２は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを導通させるもので、粘着性を有さない薄い板状又は帯状の金属が用いられる。金属板又は金属テープ５２は、その一方の面が１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部である第１集電線３５に接触し、その他方の面が他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部である第２集電線４５に接触するように配置される。金属板又は金属テープを用いることで、厚みを均一に形成しやすくなり、太陽電池モジュール１０の電気抵抗値にバラつきがなくなる。また、金属板又は金属テープは簡単に入手できる材料であるため、安価に製造することができる。
接続部材である絶縁テープ５３は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを接続するものである。絶縁テープ５３は、一方の面に粘着層を有しており、その粘着層側を太陽電池セル２０の表面に向けて、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士の接続線及び対極基板同士４０同士の接続線を覆うように貼り付けられる。絶縁テープ５３を用いることで、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０に貼るだけで太陽電池モジュールを接続することができるため、基板に特別な加工を必要とせず、工数を減らすことができる。
なお、図２では１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士及び対極基板４０同士が隙間を空けて接続されているが、密着させ接続してもよい。
上記の製造方法によって製造される太陽電池セル２０を少なくとも２つ接続して得られる太陽電池モジュール１０について図１、図２、図３を用いて説明する。
図２を参照して、太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部である第１集電線３５と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部である第２集電線４５とに接触するように配置された粘着性を有さない導電部材である金属板又は金属テープ５２と、金属板又は金属テープ５２が接触するように１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを接続する接続部材である絶縁テープ５３とを備えている。
導電部材である金属板又は金属テープ５２は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを導通させるもので、粘着性を有さない薄い板状又は帯状の金属が用いられる。金属板又は金属テープ５２は、その一方の面が１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部である第１集電線３５に接触し、その他方の面が他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部である第２集電線４５に接触するように配置される。金属板又は金属テープを用いることで、厚みを均一に形成しやすくなり、太陽電池モジュール１０の電気抵抗値にバラつきがなくなる。また、金属板又は金属テープは簡単に入手できる材料であるため、安価に製造することができる。
接続部材である絶縁テープ５３は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを接続するものである。絶縁テープ５３は、一方の面に粘着層を有しており、その粘着層側を太陽電池セル２０の表面に向けて、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士の接続線及び対極基板同士４０同士の接続線を覆うように貼り付けられる。絶縁テープ５３を用いることで、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０に貼るだけで太陽電池モジュールを接続することができるため、基板に特別な加工を必要とせず、工数を減らすことができる。
なお、図２では１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士及び対極基板４０同士が隙間を空けて接続されているが、密着させ接続してもよい。
次に、太陽電池モジュール１０を構成する各部材について説明する。
金属板又は金属テープ
粘着性を有さない導電部材である金属板又は金属テープ５２の材料は、例えば銅、アルミ、鉄等の各種の金属を用いることができる。金属板又は金属テープ５２の厚みは、光電極基板３０と対極基板４０との間隔と同程度の厚みに形成されることが好ましい。それより厚いと１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを面一に接続できない。金属板又は金属テープ５２は、光電極基板３０と対極基板４０との間隔に合わせて、例えば５０〜２００μｍの程度の厚みで形成することができる。
また、金属板又は金属テープ５２の長さと幅は、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５に収まるものであればよく、特に限定されない。図３に示すように、電解質の注入による腐食を防止するために、第１導電層の露出部３５である第１集電線３４及び第２導電層の露出部４５である第２集電線４４の両端を絶縁層３６で被覆した場合は、金属板又は金属テープ５２は絶縁層３６が形成されていない部分に収まる長さに形成する。
粘着性を有さない導電部材である金属板又は金属テープ５２の材料は、例えば銅、アルミ、鉄等の各種の金属を用いることができる。金属板又は金属テープ５２の厚みは、光電極基板３０と対極基板４０との間隔と同程度の厚みに形成されることが好ましい。それより厚いと１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを面一に接続できない。金属板又は金属テープ５２は、光電極基板３０と対極基板４０との間隔に合わせて、例えば５０〜２００μｍの程度の厚みで形成することができる。
また、金属板又は金属テープ５２の長さと幅は、第１導電層の露出部３５及び第２導電層の露出部４５に収まるものであればよく、特に限定されない。図３に示すように、電解質の注入による腐食を防止するために、第１導電層の露出部３５である第１集電線３４及び第２導電層の露出部４５である第２集電線４４の両端を絶縁層３６で被覆した場合は、金属板又は金属テープ５２は絶縁層３６が形成されていない部分に収まる長さに形成する。
絶縁テープ
絶縁テープ５３の材料は、絶縁性を有する粘着テープであれば特に限定はされないが、例えばポリイミドフィルム、エポキシフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ガラスクロス等の基材上に、アクリル系粘着剤、熱硬化型シリコーン系粘着剤、熱硬化型ゴム系粘着剤等からなる粘着層が積層された粘着テープを用いることができる。絶縁性の材料を用いることで１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士及び対極基板４０同士がショートすることを確実に防止できる。
また、絶縁テープ５３の幅は、発電の妨げにならないよう、配置した時に光電極層３３と重ならない幅で形成することが好ましい。
絶縁テープ５３の材料は、絶縁性を有する粘着テープであれば特に限定はされないが、例えばポリイミドフィルム、エポキシフィルム、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ガラスクロス等の基材上に、アクリル系粘着剤、熱硬化型シリコーン系粘着剤、熱硬化型ゴム系粘着剤等からなる粘着層が積層された粘着テープを用いることができる。絶縁性の材料を用いることで１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との光電極基板３０同士及び対極基板４０同士がショートすることを確実に防止できる。
また、絶縁テープ５３の幅は、発電の妨げにならないよう、配置した時に光電極層３３と重ならない幅で形成することが好ましい。
次に、２つの太陽電池セル２０が接続された太陽電池モジュール１０の製造方法について図１（２）を用いて説明する。
まず、太陽電池セル２０を２つ準備する。１の太陽電池セル２０において、第１導電層の露出部３５である第１集電線３４の上に、金属板又は金属テープ５２の一方面が接触するよう配置する。なお、図１（２）では金属板又は金属テープ５２は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４の上に配置されているが、第２導電層の露出部４５である第２集電線４４の上に配置されてもよい。
次に、金属板又は金属テープ５２が配置された１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５である第１集電線３４又は第２導電層の露出部４５である第２集電線４４と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４とを、金属板又は金属テープ５２を介して重ね合わせる。これにより、１の太陽電池セル２０に配置された金属板又は金属テープ５２の他方面が、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４と接触され、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との導通が確保される。
最後に、金属板又は金属テープ５２の両面が、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５である第１集電線３４又は第２導電層の露出部４５である第２集電線４４と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４とに接触した状態を保つように、２つの太陽電池セル２０の光電極基板３０同士の接続線と対極基板４０同士の接続線を絶縁テープ５３で覆う。上記のようにして太陽電池モジュール１０が得られる。太陽電池セル２０を３つ以上接続する場合も上記と同様の方法で接続することができる。
まず、太陽電池セル２０を２つ準備する。１の太陽電池セル２０において、第１導電層の露出部３５である第１集電線３４の上に、金属板又は金属テープ５２の一方面が接触するよう配置する。なお、図１（２）では金属板又は金属テープ５２は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４の上に配置されているが、第２導電層の露出部４５である第２集電線４４の上に配置されてもよい。
次に、金属板又は金属テープ５２が配置された１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５である第１集電線３４又は第２導電層の露出部４５である第２集電線４４と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４とを、金属板又は金属テープ５２を介して重ね合わせる。これにより、１の太陽電池セル２０に配置された金属板又は金属テープ５２の他方面が、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４と接触され、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との導通が確保される。
最後に、金属板又は金属テープ５２の両面が、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５である第１集電線３４又は第２導電層の露出部４５である第２集電線４４と、他の太陽電池セル２０の第２導電層の露出部４５である第２集電線４４又は第１導電層の露出部３５である第１集電線３４とに接触した状態を保つように、２つの太陽電池セル２０の光電極基板３０同士の接続線と対極基板４０同士の接続線を絶縁テープ５３で覆う。上記のようにして太陽電池モジュール１０が得られる。太陽電池セル２０を３つ以上接続する場合も上記と同様の方法で接続することができる。
以上から、上記のように製造される太陽電池モジュール１０は、太陽電池モジュール１０の接続に導電性接着剤を用いないため、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との間の電気抵抗値が低くなる。また、導電性接着剤を塗布する工程と硬化させる工程が不要となるため、工数が少なくなり製造が簡単になる。
[第２実施形態]
本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２が導電性を有する１つの部材で構成され、例えばチタンやアルミニウム等の各種の金属板が用いられて構成される。
図４を参照して、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２に用いられる金属板は抵抗値が低い材料であるため、第２集電線４４は形成しなくても良い。よって、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２そのものが、第２導電層の露出部４５を構成する。
また、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを隙間を空けて接続しなければならない。これは、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０同士が接触してショートすることを防ぐためである。
なお、上記の図２に示された太陽電池セル２０の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付している。また、上記の図２に示された太陽電池セル２０の構成要素及び太陽電池モジュール１０の製造方法と重複する点については、説明を省略する。
本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１０では、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２が導電性を有する１つの部材で構成され、例えばチタンやアルミニウム等の各種の金属板が用いられて構成される。
図４を参照して、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２に用いられる金属板は抵抗値が低い材料であるため、第２集電線４４は形成しなくても良い。よって、第２基材４１及び第２導電層である第２導電性被膜４２そのものが、第２導電層の露出部４５を構成する。
また、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１０は、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０とを隙間を空けて接続しなければならない。これは、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０同士が接触してショートすることを防ぐためである。
なお、上記の図２に示された太陽電池セル２０の構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付している。また、上記の図２に示された太陽電池セル２０の構成要素及び太陽電池モジュール１０の製造方法と重複する点については、説明を省略する。
なお、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、導電部材として金属板又は金属テープ５２を挙げたが、形状は薄い板状又は帯状に特に限定されない。例えば、糸状の金属線を用いてもよい。
また、上記の第１実施形態及び第２実施形態では、接続部材として絶縁テープ５３を挙げて説明したが、接続部材は、特に絶縁テープ５３に限定されない。太陽電池セル２０の基板同士を接続できる部材であれば、本発明の接続部材に含まれる。
例えば図５（１）を参照して、光電極基板３０と対極基板４０とにねじ穴を形成し、ねじとナット５４を用いて接続してもよい。また、図５（２）を参照して、１の太陽電池セル２０の光電極基板３０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０とに凸部と凹部とで構成される嵌合部５５を形成し、嵌め合わせてもよい。この場合、１の太陽電池セル２０の光電極基板３０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０のどちらに凸部と凹部が形成されていてもよい。さらに、図５（３）を参照して、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との基板同士を環状のバンド５６で接続してもよい。図５（４）を参照して、バンド５６に代えてコの字型のクリップ５７を用いることもできる。また、図５（５）を参照して、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５に配置された金属板又は金属テープ５２の周囲に厚さ数十μｍのガラスリボン５８を配置し加熱し溶着して、他の太陽電池セル２０と接続することもできる。また、ガラスリボン５８を接着剤に代えることもできる。なお、図５（５）では１の太陽電池セル１０の第１導電層の露出部３４に金属板又は金属テープ５２が配置され、その周囲にガラスリボン５８が配置されているが、金属板５２が第２導電層の露出部４５に配置されている場合は、ガラスリボン５８も第２導電層の露出部４５に配置される。
例えば図５（１）を参照して、光電極基板３０と対極基板４０とにねじ穴を形成し、ねじとナット５４を用いて接続してもよい。また、図５（２）を参照して、１の太陽電池セル２０の光電極基板３０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０とに凸部と凹部とで構成される嵌合部５５を形成し、嵌め合わせてもよい。この場合、１の太陽電池セル２０の光電極基板３０と他の太陽電池セル２０の対極基板４０のどちらに凸部と凹部が形成されていてもよい。さらに、図５（３）を参照して、１の太陽電池セル２０と他の太陽電池セル２０との基板同士を環状のバンド５６で接続してもよい。図５（４）を参照して、バンド５６に代えてコの字型のクリップ５７を用いることもできる。また、図５（５）を参照して、１の太陽電池セル２０の第１導電層の露出部３５に配置された金属板又は金属テープ５２の周囲に厚さ数十μｍのガラスリボン５８を配置し加熱し溶着して、他の太陽電池セル２０と接続することもできる。また、ガラスリボン５８を接着剤に代えることもできる。なお、図５（５）では１の太陽電池セル１０の第１導電層の露出部３４に金属板又は金属テープ５２が配置され、その周囲にガラスリボン５８が配置されているが、金属板５２が第２導電層の露出部４５に配置されている場合は、ガラスリボン５８も第２導電層の露出部４５に配置される。
１０ 太陽電池モジュール
２０ 太陽電池セル
３０ 光電極基板
３１ 第１基材
３２ 第１導電性被膜
３３ 光電極層
３４ 第１集電線
３５ 第１導電層の露出部
３６ 絶縁層
４０ 対極基板
４１ 第２基材
４２ 第２導電性被膜
４３ 触媒層
４４ 第２集電線
４５ 第２導電層の露出部
５０ 電荷輸送層
５１ 封止剤
５２ 金属板又は金属テープ
５３ 絶縁テープ
５４ ねじとナット
５５ 嵌合部
５６ バンド
５７ クリップ
５８ ガラスリボン
２０ 太陽電池セル
３０ 光電極基板
３１ 第１基材
３２ 第１導電性被膜
３３ 光電極層
３４ 第１集電線
３５ 第１導電層の露出部
３６ 絶縁層
４０ 対極基板
４１ 第２基材
４２ 第２導電性被膜
４３ 触媒層
４４ 第２集電線
４５ 第２導電層の露出部
５０ 電荷輸送層
５１ 封止剤
５２ 金属板又は金属テープ
５３ 絶縁テープ
５４ ねじとナット
５５ 嵌合部
５６ バンド
５７ クリップ
５８ ガラスリボン
Claims (7)
- 少なくとも２つの色素増感型の太陽電池セルが接続された太陽電池モジュールであって、前記太陽電池セルは、
第１基材と、その一方面に順次形成された第１導電層と光電極層とを有する光電極基板と、
第２基材と、その一方面に形成された第２導電層とを有し、前記第１導電層が形成された面に対向するように、前記光電極基板に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部と第２導電層の露出部が形成されるようにずらして配置された対極基板と、
前記所定の間隔に設定された電荷輸送層とを含み、
１の前記太陽電池セルの前記第１導電層の露出部と、他の前記太陽電池セルの前記第２導電層の露出部とに接触するように配置され、接触した前記露出部の各々と接着しない導電部材と、
前記導電部材が、１の前記太陽電池セルの前記第１導電層の露出部と、他の前記太陽電池セルの前記第２導電層の露出部とに接触するように、１の前記太陽電池セルと他の太陽電池セルとを接続する、絶縁性の材料である接続部材とを備えた、太陽電池モジュール。 - 前記第１導電層は、第１導電性被膜と、その上の前記光電極層が形成されていない部分に形成された第１集電線とを含み、
前記第１導電層の露出部は前記第１集電線である、
請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第２導電層は、第２導電性被膜と、その上に形成された第２集電線とを含み、
前記第２導電層の露出部は前記第２集電線である、
請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第２基材と、その一方面に形成された前記第２導電層とは金属板である、
請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。 - 前記導電部材は金属板又は金属テープである、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記接続部材は、１の前記太陽電池セルと他の前記太陽電池セルとの基板同士の接続線を覆うように貼り付けられた絶縁テープである、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 少なくとも２つの色素増感型の太陽電池セルが接続された太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記太陽電池セルは、
第１基材と、その一方面に順次形成された第１導電層と光電極層とを有する光電極基板と、
第２基材と、その一方面に形成された第２導電層とを有し、前記第１導電層が形成された面に対向するように、前記光電極基板に対して所定の間隔をあけ、第１導電層の露出部と第２導電層の露出部が形成されるようにずらして配置された対極基板と、
前記所定の間隔に設定された電荷輸送層とを含み、
１の前記太陽電池セルの前記第１導電層の露出部または前記第２導電層の露出部に、前記露出部の各々と接着しない導電部材を配置する工程と、
他の前記太陽電池セルの前記第２導電層の露出部又は前記第１導電層の露出部が、配置された前記導電部材に重なるように、他の前記太陽電池セルを配置する工程と、
前記導電部材が互いの露出部に接触するように、１の前記太陽電池セルと他の前記太陽電池セルとを絶縁性の材料である接続部材により接続する工程とを備えた、太陽電池モジュールの製造方法。
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