JP5728864B2 - Solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、色素増感型の太陽電池に関し、特に、太陽電池セルの構造および配置、に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, and more particularly to the structure and arrangement of solar cells.

近年、太陽電池に対する期待が高まっているが、その中でも色素増感型太陽電池(DSC:Dye Sensitized Solar Cell)は注目されている。色素増感型太陽電池は、印刷技術の延長で製造できる、成形しやすい、多様な色彩を実現できるためデザイン性に優れる、といったさまざまな利点を有する。色素増感型太陽電池のセル(以下、単に「セル」とよぶ)に光を当てると、セル内の色素が励起され、色素は電子を放出する。放出された電子は作用極とよばれる陰極から取り出される。電子は、外部負荷を経由して、対極とよばれる陽極に戻る。色素が電子放出と電子吸収を繰り返すことにより、電池としての機能が発揮される。   In recent years, expectations for solar cells have increased, and among them, dye-sensitized solar cells (DSCs) have attracted attention. The dye-sensitized solar cell has various advantages such as being able to be manufactured by extending printing technology, being easy to mold, and being excellent in design because various colors can be realized. When light is applied to a cell of a dye-sensitized solar cell (hereinafter simply referred to as “cell”), the dye in the cell is excited and the dye emits electrons. The emitted electrons are taken out from a cathode called a working electrode. The electrons return to the anode called the counter electrode via an external load. The function of the battery is exhibited when the dye repeats electron emission and electron absorption.

特開2004−119082号公報JP 2004-119902 A 特開2009−238583号公報JP 2009-238583 A

セルの発電効率を高めるためには、セルが光を受け取る部分の面積(以下、「有効発電面積」とよぶ)を大きくする必要がある。また、色素増感型太陽電池を利用するさまざまな製品の外表面にセルを効率的に配置できることも重要もある。そのためにはさまざまなサイズや形状のセルを用意できることが望ましい。   In order to increase the power generation efficiency of the cell, it is necessary to increase the area of the portion where the cell receives light (hereinafter referred to as “effective power generation area”). It is also important to be able to efficiently place cells on the outer surfaces of various products that utilize dye-sensitized solar cells. For that purpose, it is desirable to be able to prepare cells of various sizes and shapes.

色素増感型太陽電池のセルの起電力は、通常、0.3〜0.7(V)程度である。一つのセルの起電力で足りないときには、複数のセルを直列接続する。この直列回路の発電効率を高めるためには、各セルの内部抵抗やインピーダンスといった電気的特性を一致させる必要がある。   The electromotive force of the cell of the dye-sensitized solar cell is usually about 0.3 to 0.7 (V). When the electromotive force of one cell is insufficient, a plurality of cells are connected in series. In order to increase the power generation efficiency of this series circuit, it is necessary to match the electrical characteristics such as the internal resistance and impedance of each cell.

本発明は、上記課題に鑑みて完成された発明であり、その主たる目的は、色素増感型太陽電池の発電効率とデザイン性の双方を両立させやすいセルの構造および配置を提案することにある。   The present invention has been completed in view of the above-mentioned problems, and its main object is to propose a cell structure and arrangement that can easily achieve both power generation efficiency and design of a dye-sensitized solar cell. .

本発明にかかる太陽電池サブモジュールは、採光面側に設けられる作用極から電子を発生させ、非採光面側に設けられる対極から電子を取り込む色素増感型太陽電池の複数のセルと、第1のセルの作用極と第1のセルとは異なる第2のセルの対極を接続することにより、複数のセルを直列接続する連結導体を備える。各セルは第1の軸に対して回転対称に配置され、複数のセルにより放射形状体の全部または一部が形成される。   A solar cell submodule according to the present invention includes a plurality of cells of a dye-sensitized solar cell that generates electrons from a working electrode provided on a daylighting surface side and takes electrons from a counter electrode provided on a non-lighting surface side. A connection conductor for connecting a plurality of cells in series is provided by connecting a working electrode of the second cell and a counter electrode of a second cell different from the first cell. Each cell is arranged rotationally symmetrically with respect to the first axis, and the plurality of cells form all or part of the radial shape body.

第1の軸に対して複数のセルを回転対称に配列することにより、第1の軸を中心とした放射形状型太陽電池の全部または一部となる太陽電池サブモジュールが形成される。このような構成によれば、色素増感型太陽電池のデザインの自由度を拡げることができる。また、各セルの第1の軸に対する中心角をそろえることにより、セルのサイズ、ひいては、電気的特性を均一化させやすくなる。   By arranging a plurality of cells rotationally symmetrically with respect to the first axis, a solar cell sub-module that forms all or part of the radial solar cell centering on the first axis is formed. According to such a structure, the freedom degree of design of a dye-sensitized solar cell can be expanded. In addition, by aligning the central angle of each cell with respect to the first axis, it becomes easy to equalize the cell size, and thus the electrical characteristics.

各セルの形状は、第1の軸に対する中心角が同一の扇形であってもよい。ここでいう同一とは、たとえば、5%前後のずれは許容できる程度の同一性をいう。以下における「略」という用語の意味についても同様である。

The shape of each cell may be a sector having the same central angle with respect to the first axis. The term “ identical” here means, for example, the degree of identity that allows a deviation of around 5%. The same applies to the meaning of the term “abbreviated” below.

各セルの有効発電面積は略同一であってもよい。有効発電面積をそろえることにより、各セルの起電力を均一化させやすくなる。   The effective power generation area of each cell may be substantially the same. By aligning the effective power generation area, the electromotive force of each cell can be easily made uniform.

複数のセルそれぞれに含まれる電解質を分離する内部隔壁を、電解質と外界を分離する外部隔壁よりも薄く形成してもよい。セルの内部隔壁を薄くすることにより、有効発電面積をいっそう拡大しやすくなる。また、外部隔壁を厚くすることにより、外界のストレスからセルを守りやすくなる。   The inner partition that separates the electrolyte contained in each of the plurality of cells may be formed thinner than the outer partition that separates the electrolyte from the outside. By reducing the inner partition wall of the cell, the effective power generation area can be further increased. Further, by increasing the thickness of the external partition, it becomes easier to protect the cell from external stress.

本発明にかかる太陽電池モジュールは、上述の太陽電池サブモジュールを複数備える。この太陽電池モジュールにおいては、第1の太陽電池サブモジュールの正極端子と第2の太陽電池サブモジュールの負極端子を接続することにより、複数の太陽電池サブモジュールが直列接続される。   The solar cell module according to the present invention includes a plurality of the solar cell submodules described above. In this solar cell module, a plurality of solar cell submodules are connected in series by connecting the positive terminal of the first solar cell submodule and the negative terminal of the second solar cell submodule.

複数の太陽電池サブモジュールを直列接続することにより、太陽電池モジュールが形成される。このような構成によれば、太陽電池モジュールの使用数に応じて太陽電池モジュールの起電力や形状を柔軟に変更できる。   A solar cell module is formed by connecting a plurality of solar cell submodules in series. According to such a configuration, the electromotive force and shape of the solar cell module can be flexibly changed according to the number of solar cell modules used.

各太陽電池サブモジュールは太陽電池モジュールの中心軸である第2の軸に対して回転対称に配置される。複数の太陽電池サブモジュールにより放射形状体の全部または一部が形成される。このような構成によれば、色素増感型太陽電池のデザインの幅を拡げることができる。   Each solar cell submodule is disposed rotationally symmetrically with respect to a second axis that is the central axis of the solar cell module. All or part of the radial shape body is formed by the plurality of solar cell submodules. According to such a configuration, the range of design of the dye-sensitized solar cell can be expanded.

各太陽電池サブモジュールの形状は、第2の軸に対する中心角が略同一の扇形であってもよい。   The shape of each solar cell sub-module may be a fan shape having substantially the same central angle with respect to the second axis.

外部隔壁の幅をW1、内部隔壁の幅をW2としたとき、第1の軸は、第2の軸に対して、W1−(W2/2)分だけオフセットされた位置に設定されてもよい。   When the width of the outer partition wall is W1 and the width of the inner partition wall is W2, the first axis may be set at a position offset from the second axis by W1- (W2 / 2). .

このようなオフセットを設けることにより、設計上、各セルの有効発電面積を均一化させやすくなる。詳細については後述する。   By providing such an offset, the effective power generation area of each cell can be easily made uniform in design. Details will be described later.

本発明にかかる時計においては、上述の太陽電池モジュールの採光面上にアナログ時計の文字盤が形成される。また、文字盤の中心に第2の軸を設定し、かつ、第1の軸に対する各セルの中心角をいずれも略30度に設定してもよい。   In the timepiece according to the present invention, the dial of the analog timepiece is formed on the daylighting surface of the solar cell module. Alternatively, the second axis may be set at the center of the dial, and the center angle of each cell with respect to the first axis may be set to approximately 30 degrees.

本発明によれば、色素増感型太陽電池の発電効率とデザイン性を両立させやすくなる。   According to the present invention, it becomes easy to achieve both the power generation efficiency and the design of the dye-sensitized solar cell.

色素増感型太陽電池のセルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the cell of a dye-sensitized solar cell. 色素増感型太陽電池のサブモジュールの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the submodule of a dye-sensitized solar cell. 作用極導電膜および対極導電膜の連結方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the connection method of a working electrode electrically conductive film and a counter electrode electrically conductive film. 色素増感型太陽電池のモジュールの平面図である。It is a top view of the module of a dye-sensitized solar cell. 中心点近辺におけるモジュールの拡大平面図である。It is an enlarged plan view of the module in the vicinity of the center point. モジュールにおけるセルの作図方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the drawing method of the cell in a module. 図6の作図方法にしたがって描いたモジュールの設計図である。FIG. 7 is a design drawing of a module drawn according to the drawing method of FIG. 6. 本実施形態におけるモジュールを応用した時計の外観図である。It is an external view of the timepiece which applied the module in this embodiment.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、色素増感型太陽電池のセルの概略断面図である。図1では、1つ分のセル100について、その構造と原理を説明する。同図右方向をx軸の正方向、上方向をz軸の正方向、同図紙面から奥に向かう方向をz軸の正方向とする。図1のセル100は、同図下方向からの光200によって発電する。光200は、z軸の正方向に照射される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a cell of a dye-sensitized solar cell. In FIG. 1, the structure and principle of one cell 100 will be described. The right direction in the figure is the positive direction of the x-axis, the upward direction is the positive direction of the z-axis, and the direction from the paper surface to the back is the positive direction of the z-axis. The cell 100 in FIG. 1 generates power by the light 200 from the lower direction in the figure. The light 200 is emitted in the positive direction of the z axis.

セル100の構造は以下の通りである。セル100において、非採光面側の対極側基板108上に対極導電膜110が設置される。対極側基板108と対極導電膜110をまとめて「対極」とよぶ。対極側基板108の材質は、ガラスやプラスチック等である。対極導電膜110の材料としては、金属、導電性酸化物等を用いることができる。対極側基板108は、非採光面側の基板であるため、光透過性の材質でなくてもよい。対極導電膜110の表面には触媒層126が設けられる。触媒として白金(Pt)を用いることが好ましい。   The structure of the cell 100 is as follows. In the cell 100, the counter electrode conductive film 110 is provided on the counter electrode side substrate 108 on the non-lighting surface side. The counter electrode side substrate 108 and the counter electrode conductive film 110 are collectively referred to as “counter electrode”. The material of the counter electrode side substrate 108 is glass, plastic or the like. As a material of the counter electrode conductive film 110, a metal, a conductive oxide, or the like can be used. Since the counter electrode side substrate 108 is a non-lighting surface side substrate, it may not be a light-transmitting material. A catalyst layer 126 is provided on the surface of the counter electrode conductive film 110. It is preferable to use platinum (Pt) as the catalyst.

採光面側の作用極側基板102の上には作用極導電膜104が設置される。作用極導電膜104の材質は、スズドープ酸化インジウム(ITO:Indium Tin Oxide)、または、フッ素ドープ酸化スズ(FTO:Fluorine doped tin oxide)等の光透過性の導電材料が好ましい。作用極側基板102は、ガラス、または、プラスチックなどの光透過性の材料を用いる必要がある。   A working electrode conductive film 104 is disposed on the working electrode side substrate 102 on the light-collecting surface side. The material of the working electrode conductive film 104 is preferably a light-transmitting conductive material such as tin-doped indium oxide (ITO) or fluorine-doped tin oxide (FTO). The working electrode side substrate 102 needs to use a light transmissive material such as glass or plastic.

作用極導電膜104、対極導電膜110および隔壁112によって仕切られた空間には電解質116が満たされ、作用極導電膜104の表面には金属酸化物層114が形成される。電解質116は、ヨウ素(I2)を溶かした電解液である。金属酸化物層114の材料は、酸化チタン(TiO2)および酸化亜鉛(ZnO)を用いることができる。金属酸化物層114は多孔質に形成され、色素118が吸着される。隔壁112の材料は樹脂、ガラスなどである。金属酸化物層114、作用極導電膜104および作用極側基板102をまとめて「作用極」とよぶ。作用極導電膜104から対極導電膜110までの距離、すなわち、空間の厚みは1〜300μm程度である。   A space partitioned by the working electrode conductive film 104, the counter electrode conductive film 110, and the partition 112 is filled with an electrolyte 116, and a metal oxide layer 114 is formed on the surface of the working electrode conductive film 104. The electrolyte 116 is an electrolytic solution in which iodine (I2) is dissolved. As the material of the metal oxide layer 114, titanium oxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) can be used. The metal oxide layer 114 is formed to be porous, and the dye 118 is adsorbed. The material of the partition 112 is resin, glass, or the like. The metal oxide layer 114, the working electrode conductive film 104, and the working electrode side substrate 102 are collectively referred to as a “working electrode”. The distance from the working electrode conductive film 104 to the counter electrode conductive film 110, that is, the thickness of the space is about 1 to 300 μm.

セル100の動作原理は以下の通りである。作用極側基板102および作用極導電膜104を透過した光200により、金属酸化物層114の色素118が励起され、色素118は電子を放出する。電子は、作用極導電膜104に放出される。詳細は後述するが、作用極導電膜104に放出された電子は、隣のセル100の対極導電膜110に供給される。隣のセル100から供給された電子は、対極導電膜110から電解質116内に到達する。電子は電解質116中のヨウ素イオンを酸化し、ヨウ素イオンは色素118により還元される。以下、本実施形態において、1個のセル100の起電力は0.5(V)であるとして説明する。   The operating principle of the cell 100 is as follows. The light 200 transmitted through the working electrode side substrate 102 and the working electrode conductive film 104 excites the dye 118 of the metal oxide layer 114, and the dye 118 emits electrons. Electrons are emitted to the working electrode conductive film 104. Although details will be described later, the electrons emitted to the working electrode conductive film 104 are supplied to the counter electrode conductive film 110 of the adjacent cell 100. Electrons supplied from the adjacent cell 100 reach the electrolyte 116 from the counter electrode conductive film 110. The electrons oxidize iodine ions in the electrolyte 116, and the iodine ions are reduced by the dye 118. Hereinafter, in the present embodiment, description will be made assuming that the electromotive force of one cell 100 is 0.5 (V).

図2は、サブモジュール130の概略斜視図である。本実施形態における色素増感型太陽電池のサブモジュール130(以下、単に「サブモジュール130」とよぶ)は、3つのセル100a、100bおよび100cを含む。各セル100の形状は中心角30度の扇形であり、サブモジュール130の形状は中心角90度の扇形である。すなわち、全てのセル100は、仮想的な第1軸132に対して回転対称に配置される。xy平面における第1軸132の位置を集約点Pとよぶ。同図左側から、セル100a、100b、100cの順に連結される。   FIG. 2 is a schematic perspective view of the submodule 130. The sub-module 130 (hereinafter simply referred to as “sub-module 130”) of the dye-sensitized solar cell in the present embodiment includes three cells 100a, 100b, and 100c. Each cell 100 has a fan shape with a central angle of 30 degrees, and the submodule 130 has a fan shape with a central angle of 90 degrees. That is, all the cells 100 are arranged in rotational symmetry with respect to the virtual first axis 132. The position of the first axis 132 in the xy plane is called an aggregation point P. From the left side of the figure, cells 100a, 100b, and 100c are connected in this order.

セル100aの同図上側、すなわち、採光面側の作用極導電膜104からは負極端子134が引き出される。セル100aの対極導電膜110は、セル100bの作用極導電膜104と連結導体(図示せず)を介して接続される。セル100bの対極導電膜110は、セル100cの作用極導電膜104と接続される。セル100cの対極導電膜110からは正極端子136が引き出される。   A negative electrode terminal 134 is drawn from the working electrode conductive film 104 on the upper side of the cell 100a, that is, on the daylighting surface side. The counter electrode conductive film 110 of the cell 100a is connected to the working electrode conductive film 104 of the cell 100b via a connecting conductor (not shown). The counter electrode conductive film 110 of the cell 100b is connected to the working electrode conductive film 104 of the cell 100c. A positive electrode terminal 136 is drawn from the counter electrode conductive film 110 of the cell 100c.

この結果、負極端子134と正極端子136の間において、3つのセル100が直列接続されることになる。1個あたりのセル100の起電力が0.5(V)の場合、サブモジュール130全体としての起電力は0.5×3=1.5(V)となる。なお、各セル100の有効発電面積は略同一にそろえられている。これは、インピーダンス等の電気的特性のばらつきを抑制し、サブモジュール130全体としての発電効率を高めるためである。詳細については、図5等に関連して後述する。   As a result, the three cells 100 are connected in series between the negative terminal 134 and the positive terminal 136. When the electromotive force of one cell 100 is 0.5 (V), the electromotive force of the submodule 130 as a whole is 0.5 × 3 = 1.5 (V). Note that the effective power generation areas of the cells 100 are substantially the same. This is to suppress variation in electrical characteristics such as impedance and increase the power generation efficiency of the submodule 130 as a whole. Details will be described later with reference to FIG.

図3は、作用極導電膜104および対極導電膜110の連結方法を示す模式図である。作用極導電膜104と対極導電膜110の形状は共に、扇形である。対極導電膜110aの外周部分の一端には突起部122a、他端には切片部124aが設けられる。同様に、作用極導電膜104aの外周部分の一端には突起部140a、他端には切片部142aが設けられる。セル100aの作用極導電膜104aの切片部142aには、隣のセル100bの作用極導電膜104bの突起部140aが入り込む。また、セル100aの対極導電膜110aの突起部122aは、隣のセル100bの作用極導電膜104bの突起部140bと対向する。ここで、対極導電膜110aの突起部122aと作用極導電膜104bの突起部140bを導体(連結導体)で接続することにより、金属酸化物層114から作用極導電膜104bに流入した自由電子を、隣のセル100aの対極導電膜110aに供給できる。このような連結方法により、複数のセル100を直列接続させた「電池」を形成できる。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a method of connecting the working electrode conductive film 104 and the counter electrode conductive film 110. Both the working electrode conductive film 104 and the counter electrode conductive film 110 have a sector shape. A protrusion 122a is provided at one end of the outer peripheral portion of the counter electrode conductive film 110a, and a section 124a is provided at the other end. Similarly, a protrusion 140a is provided at one end of the outer peripheral portion of the working electrode conductive film 104a, and a section 142a is provided at the other end. The protrusion 140a of the working electrode conductive film 104b of the adjacent cell 100b enters the segment 142a of the working electrode conductive film 104a of the cell 100a. Further, the protrusion 122a of the counter electrode conductive film 110a of the cell 100a faces the protrusion 140b of the working electrode conductive film 104b of the adjacent cell 100b. Here, by connecting the protrusion 122a of the counter electrode conductive film 110a and the protrusion 140b of the working electrode conductive film 104b with a conductor (connecting conductor), free electrons flowing into the working electrode conductive film 104b from the metal oxide layer 114 can be obtained. , Can be supplied to the counter electrode conductive film 110a of the adjacent cell 100a. By such a connection method, a “battery” in which a plurality of cells 100 are connected in series can be formed.

図4は、モジュール150の平面図である。本実施形態における色素増感型太陽電池モジュール150(以下、単に「モジュール150」とよぶ)は、4つのサブモジュール130a〜130dを含む。サブモジュール130は中心角90度の扇形物体であるため、モジュール150の形状は真円となる。サブモジュール130aの正極端子136は、隣接するサブモジュール130bの負極端子134と接続される。同様に、サブモジュール130bの正極端子136はサブモジュール130cの負極端子134、サブモジュール130cの正極端子136はサブモジュール130dの負極端子134と接続される。モジュール150全体としての負極端子134および正極端子136は、サブモジュール130a、130dからそれぞれ引き出される。   FIG. 4 is a plan view of the module 150. The dye-sensitized solar cell module 150 (hereinafter simply referred to as “module 150”) in the present embodiment includes four sub modules 130a to 130d. Since the submodule 130 is a fan-shaped object having a central angle of 90 degrees, the shape of the module 150 is a perfect circle. The positive terminal 136 of the submodule 130a is connected to the negative terminal 134 of the adjacent submodule 130b. Similarly, the positive terminal 136 of the submodule 130b is connected to the negative terminal 134 of the submodule 130c, and the positive terminal 136 of the submodule 130c is connected to the negative terminal 134 of the submodule 130d. The negative terminal 134 and the positive terminal 136 of the module 150 as a whole are drawn from the sub modules 130a and 130d, respectively.

サブモジュール130においては3個のセル100が直列接続されるため、モジュール150全体としては3×4=12個のセル100が直列接続されることになる。1個あたりのセル100の起電力が0.5(V)の場合、モジュール150全体の起電力は0.5×12=6.0(V)となる。   Since three cells 100 are connected in series in the submodule 130, 3 × 4 = 12 cells 100 are connected in series in the entire module 150. When the electromotive force of one cell 100 is 0.5 (V), the electromotive force of the entire module 150 is 0.5 × 12 = 6.0 (V).

サブモジュール130の動作安定性を確保するためには、外界の水分や酸素等のセル100内部への進入や、セル100内部の電解質116の漏出を防止する必要がある。各セル100は、隔壁112によって分離されている。本実施形態においては、セル100の外壁部分に位置する隔壁112(外部隔壁)は厚く、セル100とセル100の接続部分に位置する隔壁112(内部隔壁)はそれよりも薄い。外部隔壁には外界からのストレスがかかりやすく、内部隔壁にはこういったストレスがかかりにくいためである。したがって、内部隔壁を外部隔壁より薄くしても、セル100の堅牢性はそれほど損なわれない。また、内部隔壁を薄くすれば、金属酸化物層114の面積、いいかえれば、有効発電面積を拡大させやすくなる。外部隔壁の厚さをW1、内部隔壁の厚さをW2とすると、W1>W2であることが望ましい。   In order to ensure the operational stability of the submodule 130, it is necessary to prevent entry of moisture and oxygen from the outside into the cell 100 and leakage of the electrolyte 116 inside the cell 100. Each cell 100 is separated by a partition 112. In the present embodiment, the partition 112 (external partition) located on the outer wall portion of the cell 100 is thick, and the partition 112 (internal partition) located on the connection portion between the cell 100 and the cell 100 is thinner. This is because the external partition wall is easily subjected to external stress, and the internal partition wall is not easily subjected to such stress. Therefore, even if the inner partition wall is made thinner than the outer partition wall, the robustness of the cell 100 is not so much impaired. Further, if the inner partition wall is made thinner, the area of the metal oxide layer 114, in other words, the effective power generation area can be easily increased. When the thickness of the external partition wall is W1 and the thickness of the internal partition wall is W2, it is desirable that W1> W2.

モジュール150の中心点をOとする。いうまでもなく、各サブモジュール130はこの中心点Oを通る第2軸に対して回転対称となるように配置されている。ただし、モジュール150の中心点Oと、各サブモジュール130の集約点Pには若干のずれ(オフセット)が設けられる。詳細については次の図5に関連して後述する。   The center point of the module 150 is O. Needless to say, the submodules 130 are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the second axis passing through the center point O. However, a slight deviation (offset) is provided between the center point O of the module 150 and the aggregation point P of each submodule 130. Details will be described later with reference to FIG.

図5は、中心点O近辺におけるモジュール150の拡大平面図である。図5は、特に、サブモジュール130aの集約点Pa近辺を示している。中心点Oの座標を原点(0,0)とすると、サブモジュール130aの集約点Paの座標は(W1−W2/2,W1−W2/2)に設定される。サブモジュール130bの集約点Pbの座標は(W1−W2/2,−W1+W2/2)、サブモジュール130cの集約点Pcの座標は(−W1+W2/2,−W1+W2/2)、サブモジュール130dの集約点Pdの座標は(−W1+W2/2,W1−W2/2)である。   FIG. 5 is an enlarged plan view of the module 150 in the vicinity of the center point O. FIG. FIG. 5 particularly shows the vicinity of the aggregation point Pa of the submodule 130a. If the coordinates of the center point O are the origin (0, 0), the coordinates of the aggregation point Pa of the submodule 130a are set to (W1-W2 / 2, W1-W2 / 2). The coordinates of the aggregation point Pb of the submodule 130b are (W1-W2 / 2, -W1 + W2 / 2), the coordinates of the aggregation point Pc of the submodule 130c are (-W1 + W2 / 2, -W1 + W2 / 2), and the aggregation of the submodule 130d. The coordinates of the point Pd are (−W1 + W2 / 2, W1−W2 / 2).

本実施形態においては、外部隔壁の厚みW1=2.5(mm)、内部隔壁の厚みW2=1.5(mm)、モジュール150自体の外径=87.5(mm)、内径=16.5(mm)であるとする。上記の位置に集約点Paを設定した場合、計算上、セル100a、セル100cの有効発電面積は共に326.6(平方mm)となり、セル100bの有効発電面積は323.1(平方mm)となった。   In the present embodiment, the outer partition wall thickness W1 = 2.5 (mm), the inner partition wall thickness W2 = 1.5 (mm), the outer diameter of the module 150 itself = 87.5 (mm), the inner diameter = 16. Suppose that it is 5 (mm). When the aggregation point Pa is set at the above position, the effective power generation areas of the cell 100a and the cell 100c are both 326.6 (square mm) and the effective power generation area of the cell 100b is 323.1 (square mm). became.

一方、集約点Paと中心点Oを一致させた場合には、セル100a、セル100cの有効発電面積は共に314.8(平方mm)となり、セル100bの有効発電面積は364.2(平方mm)となる。   On the other hand, when the aggregation point Pa and the center point O are matched, the effective power generation areas of the cells 100a and 100c are both 314.8 (square mm), and the effective power generation area of the cell 100b is 364.2 (square mm). )

すなわち、集約点Paを(W1−W2/2,W1−W2/2)だけ中心点Oからずらした方が、セル100a〜100cの有効発電面積を均一化しやすい。オフセットによりサブモジュール130a全体としての総有効発電面積は若干減少するものの、有効発電面積の均一化によりサブモジュール130a全体としての発電効率は高くなる。また、デザイン面においても、各セル100の形状・面積を統一できる方が好ましい。   That is, it is easier to make the effective power generation areas of the cells 100a to 100c uniform by shifting the aggregation point Pa from the center point O by (W1-W2 / 2, W1-W2 / 2). Although the total effective power generation area of the submodule 130a as a whole is slightly reduced due to the offset, the power generation efficiency of the submodule 130a as a whole is increased by making the effective power generation area uniform. In terms of design, it is preferable that the shape and area of each cell 100 can be unified.

図6は、モジュール150におけるセル100の作図方法を説明するための模式図である。モジュール150の外側半径をR1、内側半径をR4とする。また、中心点Oからセル100の有効発電領域の外周までの距離をR2、中心点Oからセル100の有効発電領域の内周までの距離をR3とする。外部隔壁の厚みはW1なので、R1=R2+W1、R4=R3−W1である。ここでは、第1象限のサブモジュール130aに関する作図方法について説明する。   FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a method of drawing the cell 100 in the module 150. The outer radius of the module 150 is R1, and the inner radius is R4. The distance from the center point O to the outer periphery of the effective power generation region of the cell 100 is R2, and the distance from the center point O to the inner periphery of the effective power generation region of the cell 100 is R3. Since the thickness of the external partition is W1, R1 = R2 + W1 and R4 = R3-W1. Here, a drawing method related to the sub-module 130a in the first quadrant will be described.

1.中心点Oからd=W1−W2/2だけずらした位置に集約点Paを設定する。
2.集約点Paを中心として、半径R1−s(2)×d、中心角90度の第1円弧160を描く。ここでs(2)は、2の平方根を表し、約1.414である。集約点Paと中心点0の距離がs(2)×dとなるため、集約点Paを中心として描く第1円弧160の半径は、R1−s(2)×dとなる。第1円弧160は、厳密には、モジュール150の外縁とは一致しない。
3.集約点Paを中心として、R1−s(2)×d−W1の第2円弧162を描く。
4.集約点Paを中心として、半径R4−s(2)×d、中心角90度の第4円弧166を描く。
5.集約点Paを中心として、半径R4−s(2)×d+W1の第3円弧164を描く。
6.中心角90度の各円弧を3等分する3等分直線168を描く。
7.3等分直線168の幅をW2に設定することにより、内部隔壁領域を決定する。
8.x軸およびy軸の幅を2×W1に設定することにより、外部隔壁領域を設定する。
1. The aggregation point Pa is set at a position shifted from the center point O by d = W1-W2 / 2.
2. A first arc 160 having a radius R1-s (2) × d and a central angle of 90 degrees is drawn with the aggregation point Pa as the center. Here, s (2) represents the square root of 2 and is about 1.414. Since the distance between the aggregation point Pa and the center point 0 is s (2) × d, the radius of the first arc 160 drawn around the aggregation point Pa is R1−s (2) × d. Strictly speaking, the first arc 160 does not coincide with the outer edge of the module 150.
3. A second arc 162 of R1−s (2) × d−W1 is drawn around the aggregation point Pa.
4). A fourth circular arc 166 having a radius R4-s (2) × d and a central angle of 90 degrees is drawn around the aggregation point Pa.
5. A third arc 164 having a radius R4-s (2) × d + W1 is drawn around the aggregation point Pa.
6). A trisection straight line 168 is drawn that divides each arc having a central angle of 90 degrees into three equal parts.
7.3 By setting the width of the equally dividing line 168 to W2, the inner partition wall region is determined.
8). By setting the x-axis and y-axis widths to 2 × W1, the external partition wall region is set.

第2〜第4象限についても同様である。中心点Oと各集約点Paが不一致となるため、中心部の貫通孔は真円である必要はない。図7は、以上の作図方法により描いたモジュール150の設計図である。   The same applies to the second to fourth quadrants. Since the center point O and each aggregation point Pa do not coincide with each other, the through hole in the center portion does not need to be a perfect circle. FIG. 7 is a design diagram of the module 150 drawn by the above drawing method.

図8は、本実施形態におけるモジュール150を応用した時計170の外観図である。時計170の時計盤表面は、採光面となっている。このため、時計盤のほぼ全面から光を取り込むことが可能である。また、セル100の中心角はいずれも30度に統一されている。内部隔壁の位置がちょうど時間の区切りに対応するため、デザイン上の違和感が生じにくいというメリットもある。また、内部隔壁をシンメトリーに配置することは美観の面からも好ましい。   FIG. 8 is an external view of a timepiece 170 to which the module 150 according to this embodiment is applied. The surface of the watch 170 is a daylighting surface. For this reason, it is possible to capture light from almost the entire surface of the watch face. The central angles of the cells 100 are all unified at 30 degrees. Since the position of the internal partition wall corresponds to the time interval, there is also an advantage that it does not cause a sense of incongruity in design. In addition, it is preferable from the viewpoint of aesthetics to arrange the inner partition walls symmetrically.

一般的には、色素増感型太陽電池のセルは矩形状に形成されることが多い(特許文献1参照)。特許文献2では円形のセルを提案するが、単一のセルであるため十分な起電力を確保しにくい。これに対して、本実施形態における色素増感型太陽電池のモジュール150は、扇形のセルを多数組み合わせることにより円形のモジュール150を形成している。これにより、十分な起電力の確保しつつデザインのバリエーションを拡大できる。本実施形態におけるモジュール150は円形であるが、多角形などその他の放射形状であってもよい。この場合には、セル100の形状を台形や三角形とすればよい。本実施形態におけるモジュール150によれば、従来の矩形型に限らず、さまざまな放射形状にも色素増感型太陽電池を対応させることが可能となる。   In general, the cells of a dye-sensitized solar cell are often formed in a rectangular shape (see Patent Document 1). Patent Document 2 proposes a circular cell, but it is difficult to secure a sufficient electromotive force because it is a single cell. On the other hand, the dye-sensitized solar cell module 150 in this embodiment forms a circular module 150 by combining a large number of fan-shaped cells. Thereby, the variation of a design can be expanded, ensuring sufficient electromotive force. The module 150 in this embodiment is circular, but may have other radial shapes such as a polygon. In this case, the shape of the cell 100 may be a trapezoid or a triangle. According to the module 150 in the present embodiment, the dye-sensitized solar cell can be adapted to various radiation shapes as well as the conventional rectangular type.

また、モジュール150は複数のサブモジュール130により構成され、サブモジュール130は複数のセル100により構成される。サブモジュール130の組み合わせによりモジュール150を形成するため、可搬性に優れるという特徴がある。1つのモジュール150に含まれるサブモジュール130の数は任意である。触媒層126を構成するときには真空成膜装置が使用される。サブモジュール130が大きい場合には真空成膜装置も大規模なものを使用する必要がある。したがって、サブモジュール130の製造プロセスの観点からは、サブモジュール130は小さい方が好ましい。一方、サブモジュール130の組立プロセスの観点からは、サブモジュール130は大きい方が好ましい。したがって、サブモジュール130の数やサイズについては、製造条件や作業条件に基づいて最適値を決定すればよい。   The module 150 includes a plurality of submodules 130, and the submodule 130 includes a plurality of cells 100. Since the module 150 is formed by the combination of the submodules 130, it has a feature of excellent portability. The number of submodules 130 included in one module 150 is arbitrary. When forming the catalyst layer 126, a vacuum film forming apparatus is used. When the submodule 130 is large, it is necessary to use a large-scale vacuum film forming apparatus. Therefore, from the viewpoint of the manufacturing process of the submodule 130, it is preferable that the submodule 130 is small. On the other hand, from the viewpoint of the assembly process of the submodule 130, the submodule 130 is preferably larger. Therefore, the optimum values for the number and size of the submodules 130 may be determined based on manufacturing conditions and work conditions.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。   The present invention has been described based on the embodiments. It will be understood by those skilled in the art that the embodiments are illustrative, and that various modifications and changes are possible within the scope of the claims of the present invention, and that such modifications and changes are also within the scope of the claims of the present invention. By the way. Accordingly, the description and drawings herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive.

100 セル、102 作用極側基板、104 作用極導電膜、108 対極側基板、110 対極導電膜、112 隔壁、114 金属酸化物層、116 電解質、118 色素、122 突起部、124 切片部、126 触媒層、130 サブモジュール、132 第1軸、134 負極端子、136 正極端子、140 突起部、142 切片部、150 モジュール、160 第1円弧、162 第2円弧、164 第3円弧、166 第4円弧、168 3等分直線、170 時計、200 光。   100 cells, 102 working electrode side substrate, 104 working electrode conductive film, 108 counter electrode side substrate, 110 counter electrode conductive film, 112 partition, 114 metal oxide layer, 116 electrolyte, 118 dye, 122 protrusion, 124 slice, 126 catalyst Layer, 130 sub-module, 132 first axis, 134 negative terminal, 136 positive terminal, 140 protrusion, 142 section, 150 module, 160 first arc, 162 second arc, 164 third arc, 166 fourth arc, 168 Trisection straight line, 170 clock, 200 light.

Claims (8)

採光面側に設けられる電極である作用極から電子を発生させ、非採光面側に設けられる電極である対極から電子を取り込む色素増感型太陽電池の複数のセルを有する太陽電池サブモジュールを複数有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池サブモジュールは、第1のセルの作用極と前記第1のセルとは異なる第2のセルの対極を接続することにより前記複数のセルを直列接続する連結導体を備え、かつ、各セルは前記作用極と垂直な第1の軸に対して回転対称に配置され、
前記太陽電池サブモジュールは前記太陽電池モジュールの中心点を通り、前記作用極と垂直な第2の軸に対して回転対称に配置され、
各太陽電池サブモジュールに対応する前記第1の軸は前記第2の軸とずれていることを特徴とする太陽電池モジュール。
A plurality of solar cell submodules having a plurality of cells of a dye-sensitized solar cell that generates electrons from a working electrode that is an electrode provided on the daylighting side and takes in electrons from a counter electrode that is an electrode provided on the non-lighting side A solar cell module comprising:
The solar cell submodule includes a connection conductor that connects the plurality of cells in series by connecting a working electrode of the first cell and a counter electrode of a second cell different from the first cell, and each The cell is rotationally symmetric with respect to a first axis perpendicular to the working electrode;
The solar cell submodule passes through the center point of the solar cell module and is arranged rotationally symmetrically with respect to a second axis perpendicular to the working electrode.
The solar cell module, wherein the first axis corresponding to each solar cell submodule is offset from the second axis.
各セルの形状は、前記第1の軸に対する中心角が同一の扇形であることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池モジュール。   2. The solar cell module according to claim 1, wherein the shape of each cell is a sector having the same central angle with respect to the first axis. 各セルの有効発電面積は同一であることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1 or 2, wherein the effective power generation area of each cell is the same. 前記太陽電池サブモジュールの形状は、前記第2の軸に対する中心角が同一の扇形であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池モジュール。   4. The solar cell module according to claim 1, wherein the shape of the solar cell submodule is a fan shape having the same central angle with respect to the second axis. 5. 前記太陽電池モジュールは、前記太陽電池サブモジュール中心点を中心とする円形であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。 The solar cell module, the solar cell module according to any of claims 1 4, characterized in that said circular around the central point of the solar cell submodule. 前記複数のセルそれぞれに含まれる電解質を分離する内部隔壁は、電解質と外界を分離する外部隔壁よりも薄く形成されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の太陽電池モジュール。   6. The solar cell module according to claim 1, wherein an inner partition that separates an electrolyte contained in each of the plurality of cells is formed thinner than an outer partition that separates the electrolyte and the outside. 6. 第1の太陽電池サブモジュールの正極端子と前記第1の太陽電池サブモジュールとは異なる第2の太陽電池サブモジュールの負極端子を接続することにより、複数の太陽電池サブモジュールが直列接続されることを特徴とする請求項1から6に記載の太陽電池モジュール。   A plurality of solar cell submodules are connected in series by connecting a positive electrode terminal of the first solar cell submodule and a negative electrode terminal of a second solar cell submodule different from the first solar cell submodule. The solar cell module according to claim 1, wherein: 前記外部隔壁の幅をW1、前記内部隔壁の幅をW2としたとき、
前記第1の軸は、前記第2の軸に対して、W1−(W2/2)分だけオフセットされた位置に設定されることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池モジュール。
When the width of the outer partition is W1, and the width of the inner partition is W2,
The solar cell module according to claim 6, wherein the first axis is set at a position offset by W1- (W2 / 2) with respect to the second axis.
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