JP5966132B2 - 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、色素増感太陽電池および色素増感太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、一般に柔軟性に乏しい材料で構成されることが多い。柔軟性の高い材料としては、合成繊維等が存在するが、高温に弱い傾向にある。例えば色素増感太陽電池等の製造工程では高温での処理が必要となるため、合成繊維等が太陽電池の材料として採用されにくい原因であると考えられる。

例えば、特許文献１には、金属メッシュを用いた色素増感太陽電池が開示されている。
また、特許文献２には、ガラス繊維を用いた色素増感太陽電池が開示されている。

特開２００１−２８３９４５号公報 特開２０１２−０９４４６９号公報

比較的柔軟性の高い太陽電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る色素増感太陽電池は、繊維で構成された第１の電極シートと、前記電極シートに化学吸着された半導体層と、電解質層と、繊維で構成された第２の電極シートとを有し、前記電解質層は、前記第１の電極シート及び前記半導体層と、前記第２の電極シートとの間に挟み込まれている。

好適には、前記電解質層は、絶縁体の繊維で構成されたスペーサに、電解質を担持させてなる。

好適には、前記半導体層は、前記第１の電極シート上に金属酸化物ナノ粒子をアルコキシシラン化合物で化学吸着させてなり、前記半導体層に吸着された色素層をさらに有する。

好適には、前記第１の電極シート及び前記第２の電極シートは、導電性を有する合成繊維で構成され、前記スペーサは、絶縁体の合成繊維で構成される。

また、本発明に係る色素増感太陽電池の製造方法は、アルコキシシラン化合物と、金属酸化物ナノ粒子との混合溶液に導電性繊維を浸漬させる浸漬工程と、前記アルコキシシラン化合物が浸漬させた前記導電性繊維を乾燥させる乾燥工程とを有する。

好適には、乾燥させた第１の導電性繊維と、第２の導電性繊維との間に、絶縁性繊維を挟み込んだ状態で、これらの繊維を互いに貼り合せる貼り合せ工程と、貼り合せられた前記絶縁性繊維に、電解質を滴下して担持させる滴下工程とをさらに有する。

本発明によれば、比較的柔軟性の高い太陽電池を提供することができる。

実施形態にかかるカーテン１の外側面を例示する図である。 図１の太陽電池１００をより詳細に説明するための図である。 太陽電池１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図３の製造工程における製造工程を模式的に例示する図である。 太陽電池１００の発電特性を示すグラフである。 導電性繊維１０２の透過率を示すグラフである。 アルコキシシラン化合物の具体例を示す図である。 透明なシート状の合成樹脂の袋１１０を用いた太陽電池１００を説明するための図である。 透明なシート状合成樹脂の袋１１０を用いた太陽電池１００の写真である。 透明なシート状合成樹脂の袋１１０を用いた太陽電池１００の発電特性を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（カーテン）
図１は、実施形態にかかるカーテン１の外側面を例示する図である。
図１に例示するように、本例のカーテン１は、遮光シート１０と、吊り下げ部材２０とを有する。カーテン１は、本発明に係る遮光品の一例である。遮光品としては、光を遮るものであればよく、例えば、ロールスクリーン又はブラインド等であってもよい。また、本願における遮光は、光の全部又は一部を遮ることを意味し、一部の光を透過させる場合も含む概念である。
遮光シート１０は、外光の一部又は全部を遮断するための繊維シートである。
吊り下げ部材２０は、遮光シート１０を窓枠に吊り下げた状態で固定する部材である。吊り下げ部材２０は、例えば、カーテンレールに吊り下げるためのフック又はリングなどである。
遮光シート１０の一部は、太陽電池１００となっている。本例の太陽電池１００は、遮光シート１０と共に合成繊維の織物によって構成されている。なお、太陽電池１００の配置は、図1の例に限定されるものではない。

（太陽電池）
図２は、図１の太陽電池１００をより詳細に説明するための図である。
図２に例示するように、太陽電池１００は、導電性繊維１０２（第１の電極シートの一例）と半導体層１０４と色素層１０６とからなる第１シート、電解質を含有する絶縁性繊維１０８、及び、導電性繊維１０２（第２の電極シートの一例）からなる第２シートを積層してなる。
第１シートは、導電性繊維１０２と、この導電性繊維１０２に金属酸化物を化学吸着させた半導体層１０４と、半導体層１０４に吸着させた色素層１０６とを含む。
導電性繊維１０２は、例えば、金属でメッキされた合成繊維をシート状に織り上げた織物シートである。本例の導電性繊維１０２は、ニッケルでメッキされたＰＥＴ繊維を平織した織物シートである。
本例の半導体層１０４は、酸化チタンのナノ粒子を、アルコキシシラン化合物で導電性繊維１０２に化学吸着させた酸化チタン層である。
本例の色素層１０６は、半導体層１０４に吸着させたルテニウム化合物である。

絶縁性繊維１０８は、第１シートと第２シートとを互いに離間させるスペーサとしての機能と、電解質を担持する機能とを有する。絶縁性繊維１０８は、例えば、絶縁性及び吸水性を有する合成繊維からなるシートである。本例の絶縁性繊維１０８は、ナイロン又はレーヨンの織物シートである。

第２シートは、導電性繊維１０２であり、金属メッキされた合成繊維をシート状に織り上げた織物シートである。本例の第２シートは、ニッケルでメッキされたＰＥＴ繊維を平織した織物シートである。

（製造方法）
図３は、太陽電池１００の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図４は、図３の製造工程における製造工程を模式的に例示する図である。
図３に示すように、ステップ５００（Ｓ５００）において、作業者は、酸化チタンのナノ粒子と、一般式 ＨＳ（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＣＨ３）３ （ｎは整数）で示されるアルコキシシラン化合物とを混合して、酸化チタン混合溶液を調整し、調整された酸化チタン混合溶液に、シート状に織られた導電性繊維１０２を浸す。酸化チタンのナノ粒子は、例えば、粒径４ｎｍ以下である。アルコキシシラン化合物は、図７に例示する、（３−メルカプトプロピル）トリメトキシシラン、又は、（３−メルカプトプロピル）トリエトキシシランである。
導電性繊維１００は、常温（５℃〜３５℃）で一定時間、酸化チタン混合液に浸される。浸漬する時間は、１２０分以下であり、好適には９０分〜１２０分である。つまり、従来のように高額な蒸着装置は必要なく、高温処理も必要ではないためコストが軽減され、従来例（３時間以上）と比較して短時間の処理で実現される。

ステップ５０５（Ｓ５０５）において、作業者は、酸化チタン混合液から導電性繊維１０２を取り出して乾燥させ、アルコキシシラン化合物を介して酸化チタンを表面に吸着した導電性繊維１０２を得る。導電性繊維１０２の表面には、図４（Ａ）に例示するように、酸化チタンの層（すなわち、半導体層１０４）が形成される。

ステップ５１０（Ｓ５１０）において、作業者は、半導体層１０４により被覆された導電性繊維１０２を、色素溶液に一定時間浸し、色素溶液から取り出した導電性繊維１０２（半導体層１０４で被覆されたもの）を取り出し乾燥させる。色素溶液は、ルテニウム化合物の溶液である。これにより、図４（Ｂ）に例示するように、半導体層１０４の表面に、ルテニウム化合物からなる色素層１０６が形成される。

ステップ５１５（Ｓ５１５）において、作業者は、半導体層１０４及び色素層１０６で被覆された導電性繊維１０２（第１シート）の一方の面に、シート状に織られた絶縁性繊維１０８を貼り付ける。

ステップ５２０（Ｓ５２０）において、作業者は、絶縁性繊維１０８のシートうち、第１シートとは反対側の面に、別の導電性繊維１０２（第２シート）を貼り付ける。これにより、絶縁性繊維１０８のシートが、図４（Ｃ）に例示するように、第１シートと、第２シートとに挟まれた状態となる。

ステップ５２５（Ｓ５２５）において、作業者は、図４（Ｄ）に例示するように、第２シートの方から絶縁性繊維１０８に向けて、電解質の溶液を滴下して、絶縁性繊維１０８に電解質溶液を浸み込ませる。電解質溶液は、例えば、メチルエチルケトン溶媒、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、及びヨウ化リチウムの混合溶液である。絶縁性繊維１０８に浸み込んだ電解質溶液は、溶媒の揮発によって固体電解質となる。

以上の製造方法によって、合成繊維で構成された太陽電池１００が製造される。このように製造された太陽電池１００が、遮光シート１０に多数配置されて、カーテン１が製造される。

図５は、太陽電池１００の発電特性を示すグラフである。
図５のグラフは、疑似太陽（１０００Ｗ／ｍ２）の下、ルテニウム錯体を色素とした太陽電池１００の発電特性を示す。発電効率は、２．１％である。
この発電効率に基づいて試算すると、１０ｃｍ角の太陽電池１００は、約０．２Ｗ発電し、その製造コストは約７千円である。１ワット当たりの製造コストは、約３万５千円であり、ガラス基板で製造された色素増感太陽電池と同程度である。

図６は、導電性繊維１０２の透過率を示すグラフである。
図６のグラフは、ニッケルめっきＰＥＴ短繊維平織物（３０番）の光透過率と、ＩＴＯ塗布ＰＥＴの光透過率とを示す。本例の導電性繊維１０２（ニッケルめっきＰＥＴ短繊維平織物）は、透明電極として採用されるＩＴＯ塗布ＰＥＴと比較して、波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を波長に寄らず満遍なく遮光し、かつ、透過させる。つまり、上記導電性繊維を用いることにより、所望の透光性又は遮光性を有する太陽電池を製造することができる。
なお、ニッケルめっきＰＥＴ短繊維平織物のシート抵抗は、０．２３Ω／□であり、十分な導電性を有する。

以上説明したように、本実施形態のカーテン１は、合成繊維で構成された太陽電池１００を有し、遮光すると共に、太陽光によって発電することができる。太陽電池１００の部分も合成繊維で構成されており、繊維の着色が可能であると共に、柔軟で曲げに強いため、カーテンの風合いが保たれる。また、製造工程において高温処理が不要であり、製造コストも抑えられる。

（変形例）
電解質は、上記の他、ヨウ化リチウム、ヨウ素及びＰＥＧの混合物、ヨウ化銅、あるいは、スピローなどの高分子電解質であってもよい。

また、上記実施形態では、電解質溶液を、絶縁性繊維１０８に浸み込ませ、その後、溶媒の揮発により、電解質溶液が固体電解質となった状態で太陽電池１００を構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、液体電解質を透明なシート状合成樹脂の袋１１０に封入し、太陽電池１００を構成してもよい。
具体的には、図８（Ａ）に例示するように、従来の太陽電池は、内部に電解質溶液を注入し、封止を行っているが、本発明では、図８（Ｂ）に例示するように、半導体層１０４、色素層１０６、及び絶縁性繊維１０８を透明なシート状合成樹脂の袋１１０に入れた後に、透明なシート状合成樹脂の袋１１０に電解質溶液を注入し、シーラーにより封止し、太陽電池１００を構成する。透明なシート状合成樹脂の袋１１０を構成するシート状合成樹脂の例としては、ポリエチレン、塩化ビニル、及びウレタン等が挙げられる。
図９は、透明なシート状合成樹脂の袋１１０を用いた太陽電池１００の写真である。
図１０は、透明なシート状合成樹脂の袋１１０を用いた太陽電池１００の発電特性を示すグラフであり、図１０に示すように、この変形例における太陽電池１００の電流―電圧測定を行った結果、電流が確認できた。
以上より、透明なシート状合成樹脂の袋１１０を用いることにより、基材が繊維状でメッシュである太陽電池１００を用いても、液体電解質を内部に保持することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態及び変形例について説明したが、本発明はかかる実施形態又は変形例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…カーテン
１０…遮光シート
２０…吊り下げ部材
１００…太陽電池
１０２…導電性繊維
１０４…半導体層
１０６…色素層
１０８…絶縁性繊維
１１０…透明なシート状合成樹脂の袋

Claims (5)

1. 金属によりメッキされている合成繊維で構成された第１の電極シートと、
   前記電極シートにアルコキシシラン化合物で化学吸着されている半導体層と、
   合成繊維で構成されたスペーサに電解質が担持された電解質層と、
   金属によりメッキされている合成繊維で構成された第２の電極シートと
   を有し、
   前記電解質層は、前記第１の電極シート及び前記半導体層と、前記第２の電極シートとの間に挟み込まれている
   色素増感太陽電池。
2. 前記半導体層は、前記第１の電極シート上に金属酸化物ナノ粒子をアルコキシシラン化合物で化学吸着されてなり、
   前記半導体層に吸着された色素層
   をさらに有する
   請求項１に記載の色素増感太陽電池。
3. 前記第１の電極シート及び前記第２の電極シートは、導電性を有する合成繊維で構成され、
   前記スペーサは、絶縁体の合成繊維で構成される
   請求項２に記載の色素増感太陽電池。
4. 金属によりメッキされている合成繊維で構成された第１の電極シートと、前記電極シートにアルコキシシラン化合物で化学吸着されている半導体層と、合成繊維で構成されたスペーサに電解質が担持された電解質層と、金属によりメッキされている合成繊維で構成された第２の電極シートとを有し、前記電解質層は、前記第１の電極シート及び前記半導体層と、前記第２の電極シートとの間に挟み込まれている色素増感太陽電池の製造方法であって、
   アルコキシシラン化合物と、金属酸化物ナノ粒子との混合溶液に導電性を有する合成繊維からなる前記第１の電極シートを常温で浸漬させる浸漬工程と、
   前記混合溶液から前記導電性を有する合成繊維からなる前記第１の電極シートを取り出して乾燥させる乾燥工程と
   を有する色素増感太陽電池の製造方法。
5. 前記乾燥工程を経て形成された導電性を有する合成繊維からなる前記第１の電極シートと、導電性を有する合成繊維からなる前記第２の電極シートとの間に、絶縁体の合成繊維で構成されたスペーサを挟み込んだ状態で、これらの繊維を互いに貼り合せる貼り合せ工程と、
   貼り合せられた前記絶縁性繊維に、電解質を滴下して担持させる滴下工程と
   をさらに有する請求項４に記載の製造方法。

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