JPH11288745A - フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法 - Google Patents
フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法Info
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- JPH11288745A JPH11288745A JP10091636A JP9163698A JPH11288745A JP H11288745 A JPH11288745 A JP H11288745A JP 10091636 A JP10091636 A JP 10091636A JP 9163698 A JP9163698 A JP 9163698A JP H11288745 A JPH11288745 A JP H11288745A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 曲面をもった構造物上に設置可能なフレキシ
ブルでかつ変換効率の高い湿式太陽電池及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】厚さが5μm〜0.5mmの導電性の箔状
基板の一方の面に形成された増感色素を担持させた半導
体電極と、厚さ5μm〜0.5mmのガラス板又はプラ
スチックフィルムの一方の面に形成された透明導電膜と
を内側にして、その四辺を接合することにより閉じた領
域を形成してなり、その閉じた領域には電解液を有する
ことを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池。
ブルでかつ変換効率の高い湿式太陽電池及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】厚さが5μm〜0.5mmの導電性の箔状
基板の一方の面に形成された増感色素を担持させた半導
体電極と、厚さ5μm〜0.5mmのガラス板又はプラ
スチックフィルムの一方の面に形成された透明導電膜と
を内側にして、その四辺を接合することにより閉じた領
域を形成してなり、その閉じた領域には電解液を有する
ことを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光エネルギーを電気
エネルギーに直接変換する湿式太陽電池に関する。
エネルギーに直接変換する湿式太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光エネルギーを電気エネルギーに
直接変換する方法としては、シリコン半導体や色素を用
いた光化学電池が知られている。中でも半導体シリコン
のp-n接合を用いた太陽電池はよく知られており、す
でに微弱電力消費の分野や独立電源さらには宇宙用電源
として利用されている。しかしながらシリコン太陽電池
は理論効率が低く、しかも必ず変換効率が劣化するとい
う問題がある。また、シリコン単結晶はもちろんのこと
アモルファスシリコンを製造するにあたっては多大なエ
ネルギーを必要とするので、電池を作るのに費やしたエ
ネルギ−を回収するには、数十年という長期間にわたっ
て発電を続ける必要がある。
直接変換する方法としては、シリコン半導体や色素を用
いた光化学電池が知られている。中でも半導体シリコン
のp-n接合を用いた太陽電池はよく知られており、す
でに微弱電力消費の分野や独立電源さらには宇宙用電源
として利用されている。しかしながらシリコン太陽電池
は理論効率が低く、しかも必ず変換効率が劣化するとい
う問題がある。また、シリコン単結晶はもちろんのこと
アモルファスシリコンを製造するにあたっては多大なエ
ネルギーを必要とするので、電池を作るのに費やしたエ
ネルギ−を回収するには、数十年という長期間にわたっ
て発電を続ける必要がある。
【0003】また、古くから半導体電極を色素増感した
光化学電池について研究されてきたが、最近半導体電極
の表面積を大きくして多量の色素を吸着させ、利用効率
を飛躍的に高くすることができるようになった。1991年
にグレッツェルらが発表した色素増感太陽電池は、シリ
コン半導体のp−n接合による太陽電池とは異なるメカ
ニズムによって作動し、変換効率が高くしかも製造コス
トが安いという利点がある。このタイプの太陽電池で
は、電子の授受のために一般的にはヨウ素電解液が必要
であり、内部に封入されているため、湿式太陽電池とも
呼ばれる。多孔質な酸化チタン皮膜に、ルテニウム錯体
など太陽光を効率的に吸収することのできる増感色素を
コ−ティングすると、光によって励起された電子が酸化
チタンの伝導帯に注入されて電気を流すことができる。
光化学電池について研究されてきたが、最近半導体電極
の表面積を大きくして多量の色素を吸着させ、利用効率
を飛躍的に高くすることができるようになった。1991年
にグレッツェルらが発表した色素増感太陽電池は、シリ
コン半導体のp−n接合による太陽電池とは異なるメカ
ニズムによって作動し、変換効率が高くしかも製造コス
トが安いという利点がある。このタイプの太陽電池で
は、電子の授受のために一般的にはヨウ素電解液が必要
であり、内部に封入されているため、湿式太陽電池とも
呼ばれる。多孔質な酸化チタン皮膜に、ルテニウム錯体
など太陽光を効率的に吸収することのできる増感色素を
コ−ティングすると、光によって励起された電子が酸化
チタンの伝導帯に注入されて電気を流すことができる。
【0004】また、近年、自動車や船舶などの曲面を有
する構造物上に、変換効率が高く、安価な湿式太陽電池
を設置して使用したいという社会的要請があり、この要
請を満たすために基板をプラスチックフィルムにし、そ
の表面にチタン皮膜を形成して、薄くて折り曲げること
ができる(いわゆるフレキシブル)ようにしたフレキシ
ブル湿式太陽電池が考え出された。
する構造物上に、変換効率が高く、安価な湿式太陽電池
を設置して使用したいという社会的要請があり、この要
請を満たすために基板をプラスチックフィルムにし、そ
の表面にチタン皮膜を形成して、薄くて折り曲げること
ができる(いわゆるフレキシブル)ようにしたフレキシ
ブル湿式太陽電池が考え出された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化チ
タン皮膜は400〜700℃付近の高い温度で加熱処理
しないと、酸化チタン粒子同士の電気的な接触が不足す
るため、抵抗が高くなってしまう。このため、変換効率
が非常に低いという問題がある。一方、変換効率を上げ
ようとして、400〜700℃付近で加熱処理をした場
合、プラスチックフィルムが融けるという問題が生じ
る。
タン皮膜は400〜700℃付近の高い温度で加熱処理
しないと、酸化チタン粒子同士の電気的な接触が不足す
るため、抵抗が高くなってしまう。このため、変換効率
が非常に低いという問題がある。一方、変換効率を上げ
ようとして、400〜700℃付近で加熱処理をした場
合、プラスチックフィルムが融けるという問題が生じ
る。
【0006】そこで、本発明は、このような問題に鑑み
てなされたものであり、曲面をもった構造物上に設置可
能なフレキシブルでかつ変換効率の高い湿式太陽電池及
びその製造方法を提供することを目的とする。
てなされたものであり、曲面をもった構造物上に設置可
能なフレキシブルでかつ変換効率の高い湿式太陽電池及
びその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らは鋭意研究の結
果、基板として導電性金属を折り曲げることが可能な厚
さまで薄くした箔状基板を用いればその基板上に形成さ
れた金属酸化膜を高い温度で加熱処理することができ、
対極の透明の導電性基板にはプラスチックフィルムまた
は非常に薄いガラス板を用いることにより、フレキシブ
ルな湿式太陽電池を作製できることを見い出した。
果、基板として導電性金属を折り曲げることが可能な厚
さまで薄くした箔状基板を用いればその基板上に形成さ
れた金属酸化膜を高い温度で加熱処理することができ、
対極の透明の導電性基板にはプラスチックフィルムまた
は非常に薄いガラス板を用いることにより、フレキシブ
ルな湿式太陽電池を作製できることを見い出した。
【0008】本発明は、第一に「厚さが5μm〜0.5
mmの導電性の箔状基板の一方の面に形成された増感色
素を担持させた半導体電極と、厚さ5μm〜0.5mm
のガラス板又はプラスチックフィルムの一方の面に形成
された透明導電膜とを内側にして、その四辺を接合する
ことにより閉じた領域を形成してなり、その閉じた領域
には電解液を有することを特徴とするフレキシブル湿式
太陽電池(請求項1)」を提供する。
mmの導電性の箔状基板の一方の面に形成された増感色
素を担持させた半導体電極と、厚さ5μm〜0.5mm
のガラス板又はプラスチックフィルムの一方の面に形成
された透明導電膜とを内側にして、その四辺を接合する
ことにより閉じた領域を形成してなり、その閉じた領域
には電解液を有することを特徴とするフレキシブル湿式
太陽電池(請求項1)」を提供する。
【0009】また、本発明は第二に「2枚のプラスチッ
クフィルムをその一方の面に形成された透明導電膜を内
側にしてその四辺を接合することにより閉じた領域を形
成してなり、その閉じた領域には増感色素を担持させた
半導体電極が形成された厚さが5μm〜0.5mmの導
電性の箔状基板及び電解液を有することを特徴とするフ
レキシブル湿式太陽電池(請求項2)」を提供する。
クフィルムをその一方の面に形成された透明導電膜を内
側にしてその四辺を接合することにより閉じた領域を形
成してなり、その閉じた領域には増感色素を担持させた
半導体電極が形成された厚さが5μm〜0.5mmの導
電性の箔状基板及び電解液を有することを特徴とするフ
レキシブル湿式太陽電池(請求項2)」を提供する。
【0010】また、本発明は第三に「前記導電性の箔状
基板が、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜
鉛であることを特徴とする請求項1又は2いずれかに記
載のフレキシブル湿式太陽電池(請求項3)」を提供す
る。また、本発明は第四に「前記プラスチックフィルム
の材質が、ポリエステル、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−
テルスルフォンであることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか記載のフレキシブル湿式太陽電池(請求項
4)」を提供する。
基板が、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、亜
鉛であることを特徴とする請求項1又は2いずれかに記
載のフレキシブル湿式太陽電池(請求項3)」を提供す
る。また、本発明は第四に「前記プラスチックフィルム
の材質が、ポリエステル、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−
テルスルフォンであることを特徴とする請求項1〜3の
いずれか記載のフレキシブル湿式太陽電池(請求項
4)」を提供する。
【0011】また、本発明は第五に「一方の面に透明導
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、前記透明性
の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記導電性の箔
状基板に形成された増感色素を担持した金属酸化膜とを
向かいあわせて両基板の周囲一ヶ所を除いて接合して袋
状にする工程と、その袋に電解液を入れ、残りの一ヶ所
を封止する工程とを有するフレキシブル湿式太陽電池の
製造方法(請求項5)」を提供する。
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、前記透明性
の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記導電性の箔
状基板に形成された増感色素を担持した金属酸化膜とを
向かいあわせて両基板の周囲一ヶ所を除いて接合して袋
状にする工程と、その袋に電解液を入れ、残りの一ヶ所
を封止する工程とを有するフレキシブル湿式太陽電池の
製造方法(請求項5)」を提供する。
【0012】また、本発明は第六に「一方の面に透明導
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着させて、半導体電極を製
作する工程と、2枚の前記透明性の薄状基板に形成され
た透明導電膜を互いに向かいあわせてその周囲一ヶ所を
除いて接合して袋状にする工程と、その袋の中に前記半
導体電極が形成された導電性の箔状基板及び電解液を入
れる工程と、前記残りの一ヶ所を封止する工程とを有す
ることを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池の製造方
法(請求項6)」を提供する。
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着させて、半導体電極を製
作する工程と、2枚の前記透明性の薄状基板に形成され
た透明導電膜を互いに向かいあわせてその周囲一ヶ所を
除いて接合して袋状にする工程と、その袋の中に前記半
導体電極が形成された導電性の箔状基板及び電解液を入
れる工程と、前記残りの一ヶ所を封止する工程とを有す
ることを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池の製造方
法(請求項6)」を提供する。
【0013】また、本発明は第七に「一方の面に透明導
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、前記透明性
の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記導電性の箔
状基板に形成された増感色素を担持した金属酸化膜とを
向かいあわせて両基板が吸い付く程度にその間に電解液
を含ませる工程と、前記両基板の四辺を封止する工程と
を有することを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池の
製造方法(請求項7)」を提供する。
電膜が形成された透明性の薄状基板を用意する或いは透
明性の薄状基板の一方の面に透明導電膜を形成する工程
と、導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜
を形成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、前
記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、前記透明性
の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記導電性の箔
状基板に形成された増感色素を担持した金属酸化膜とを
向かいあわせて両基板が吸い付く程度にその間に電解液
を含ませる工程と、前記両基板の四辺を封止する工程と
を有することを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池の
製造方法(請求項7)」を提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態としての
湿式太陽電池を図面を参照しながら説明する。図1は、
本発明の第1の実施形態の湿式太陽電池の概略断面図で
ある。本発明の第1の実施形態の湿式太陽電池は、透明
性薄状基板1の一方の面に形成された導電膜2と、導電
性の箔状基板4に形成された増感色素を担持させた半導
体電極3とを内側にして、その四辺を接合することによ
り閉じた領域を形成している。
湿式太陽電池を図面を参照しながら説明する。図1は、
本発明の第1の実施形態の湿式太陽電池の概略断面図で
ある。本発明の第1の実施形態の湿式太陽電池は、透明
性薄状基板1の一方の面に形成された導電膜2と、導電
性の箔状基板4に形成された増感色素を担持させた半導
体電極3とを内側にして、その四辺を接合することによ
り閉じた領域を形成している。
【0015】その閉じた領域には、電解液5を有してい
る。導電性の箔状基板としては、表面に数μm程度の厚
さの陽極酸化膜を形成しやすいチタン、タンタル、ニオ
ブ、ジルコニウム、亜鉛等が用いられるが、これらに限
定されるものではない。また、導電性の箔状基板の厚さ
は、フレキシブルにするため5μm〜0.5mm程度が
好ましい。5μm以下であると、薄すぎるため破れやす
くなるからである。
る。導電性の箔状基板としては、表面に数μm程度の厚
さの陽極酸化膜を形成しやすいチタン、タンタル、ニオ
ブ、ジルコニウム、亜鉛等が用いられるが、これらに限
定されるものではない。また、導電性の箔状基板の厚さ
は、フレキシブルにするため5μm〜0.5mm程度が
好ましい。5μm以下であると、薄すぎるため破れやす
くなるからである。
【0016】透明性薄状基板としては、5μm〜0.1
mm程度のガラス基板、5μm〜0.5mm程度のプラ
スチックフィルムが用いられる。このプラスチックフィ
ルムの材質としては、電解液として用いられるヨウ素電
解液の溶媒であるアセトニトリルに溶解しないものであ
れば、特に限定されないが、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリエーテルスルフォンが好ましい。
mm程度のガラス基板、5μm〜0.5mm程度のプラ
スチックフィルムが用いられる。このプラスチックフィ
ルムの材質としては、電解液として用いられるヨウ素電
解液の溶媒であるアセトニトリルに溶解しないものであ
れば、特に限定されないが、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリエーテルスルフォンが好ましい。
【0017】次に、本発明の実施形態の湿式太陽電池の
製造方法について説明する。まず、導電性の箔状基板を
用意し、一方の面に金属酸化膜を形成する。その形成方
法としては、陽極酸化法、コロイド溶液等を塗布する方
法のいずれの方法も用いられる。陽極酸化法とは、電解
質中で、例えばチタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウ
ム等から選択された金属を陽極、任意の金属を陰極と
し、電界をかけることにより、陽極側の金属の表面上に
厚さ数μmの酸化皮膜を形成する技術である。
製造方法について説明する。まず、導電性の箔状基板を
用意し、一方の面に金属酸化膜を形成する。その形成方
法としては、陽極酸化法、コロイド溶液等を塗布する方
法のいずれの方法も用いられる。陽極酸化法とは、電解
質中で、例えばチタン、ニオブ、タンタル、ジルコニウ
ム等から選択された金属を陽極、任意の金属を陰極と
し、電界をかけることにより、陽極側の金属の表面上に
厚さ数μmの酸化皮膜を形成する技術である。
【0018】陽極酸化に用いる電解液としては、リン
酸、硫酸あるいはこれらの混酸、グリセロリン酸塩と金
属酢酸塩を溶解した水溶液などが好ましい。グリセロリ
ン酸塩としては、グリセロリン酸ナトリウム、グリセロ
リン酸カルシウム等があるが、水に非常に溶けやすいこ
とから、グリセロリン酸ナトリウムが最も好ましい。金
属酢酸塩ならば何でも良いが、特にアルカリ金属(リチ
ウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム)
の酢酸塩、アルカリ土類金属(マグネシウム、カルシウ
ム、ストロンチウム、バリウム)の酢酸塩、さらに酢酸
ランタンなどはグリセロリン酸塩の水溶液に非常に良く
溶け、しかも高い電圧まで安定した陽極酸化できるので
最も好ましい。
酸、硫酸あるいはこれらの混酸、グリセロリン酸塩と金
属酢酸塩を溶解した水溶液などが好ましい。グリセロリ
ン酸塩としては、グリセロリン酸ナトリウム、グリセロ
リン酸カルシウム等があるが、水に非常に溶けやすいこ
とから、グリセロリン酸ナトリウムが最も好ましい。金
属酢酸塩ならば何でも良いが、特にアルカリ金属(リチ
ウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム)
の酢酸塩、アルカリ土類金属(マグネシウム、カルシウ
ム、ストロンチウム、バリウム)の酢酸塩、さらに酢酸
ランタンなどはグリセロリン酸塩の水溶液に非常に良く
溶け、しかも高い電圧まで安定した陽極酸化できるので
最も好ましい。
【0019】これらの電解液を用いて例えば、チタンを
陽極酸化すると、リン酸やグリセロリン酸塩からリンイ
オンあるいはリン酸イオンが取り込まれ、また金属酢酸
塩から金属イオンが取り込まれたチタン陽極酸化膜が形
成される。これらの電解液を用いて陽極酸化を始める前
には、あらかじめ最高到達電圧を設定しておく。陽極酸
化を開始すると、電圧は徐々に上昇し、その最高電圧に
到達すると電流が流れなくなり、陽極酸化が終了するよ
うにする。陽極酸化にかかる時間は、電流密度を高くし
て速く昇圧するほど短時間で終了させることができる
が、およそ5〜10分程度と比較的短くする。膜の厚さ
は電圧に比例するので、陽極酸化膜の表面積を増大させ
るには、高電圧で陽極酸化して膜厚を大きくするとよ
い。しかし、電圧が大きすぎると安定して陽極酸化がで
きなくなるので、500V程度が限界である。電圧が1
00Vを越えたあたりから、陽極酸化膜の表面で火花放
電が発生し、酸化皮膜が局所的に高い温度に加熱され
る。このような膜に対する加熱が無数に繰り返された結
果、陽極酸化膜全体が結晶化され、結晶性の高い陽極酸
化膜が形成される。
陽極酸化すると、リン酸やグリセロリン酸塩からリンイ
オンあるいはリン酸イオンが取り込まれ、また金属酢酸
塩から金属イオンが取り込まれたチタン陽極酸化膜が形
成される。これらの電解液を用いて陽極酸化を始める前
には、あらかじめ最高到達電圧を設定しておく。陽極酸
化を開始すると、電圧は徐々に上昇し、その最高電圧に
到達すると電流が流れなくなり、陽極酸化が終了するよ
うにする。陽極酸化にかかる時間は、電流密度を高くし
て速く昇圧するほど短時間で終了させることができる
が、およそ5〜10分程度と比較的短くする。膜の厚さ
は電圧に比例するので、陽極酸化膜の表面積を増大させ
るには、高電圧で陽極酸化して膜厚を大きくするとよ
い。しかし、電圧が大きすぎると安定して陽極酸化がで
きなくなるので、500V程度が限界である。電圧が1
00Vを越えたあたりから、陽極酸化膜の表面で火花放
電が発生し、酸化皮膜が局所的に高い温度に加熱され
る。このような膜に対する加熱が無数に繰り返された結
果、陽極酸化膜全体が結晶化され、結晶性の高い陽極酸
化膜が形成される。
【0020】また、陽極酸化は他のセラミックス膜の製
造方法に比べて成膜速度が速く、大面積であっても均一
な厚さに成膜できるという利点がある。しかも基板表面
に激しい凹凸が形成されていたり、基板が複雑な形状を
していても成膜できるので、大面積のセラミックス膜の
成膜方法としては工業的に有用な方法である。さらに、
湿式太陽電池の変換効率をさらに向上させるために、半
導体電極の表面に色素を吸着させた色素増感半導体電極
を用いる。色素増感半導体電極の単位面積当たりの色素
の吸着量及び光吸収量を多くするには、電極表面に微細
な凹凸を付けて、見かけの表面積をできるだけ大きくす
ることが有効となる。
造方法に比べて成膜速度が速く、大面積であっても均一
な厚さに成膜できるという利点がある。しかも基板表面
に激しい凹凸が形成されていたり、基板が複雑な形状を
していても成膜できるので、大面積のセラミックス膜の
成膜方法としては工業的に有用な方法である。さらに、
湿式太陽電池の変換効率をさらに向上させるために、半
導体電極の表面に色素を吸着させた色素増感半導体電極
を用いる。色素増感半導体電極の単位面積当たりの色素
の吸着量及び光吸収量を多くするには、電極表面に微細
な凹凸を付けて、見かけの表面積をできるだけ大きくす
ることが有効となる。
【0021】金属の基板は高電圧で陽極酸化すると、表
面で発生する火花放電によって多数の放電痕が形成さ
れ、多孔質になることがわかっている。しかし、このよ
うな放電痕直径は数μm程度と大きいため、陽極酸化膜
の表面積を大きくするのにはあまり寄与しない。膜の表
面積を増大させるには膜に数10nm程度の非常に微細
な細孔を形成して多孔質にすることが極めて効果的であ
る。
面で発生する火花放電によって多数の放電痕が形成さ
れ、多孔質になることがわかっている。しかし、このよ
うな放電痕直径は数μm程度と大きいため、陽極酸化膜
の表面積を大きくするのにはあまり寄与しない。膜の表
面積を増大させるには膜に数10nm程度の非常に微細
な細孔を形成して多孔質にすることが極めて効果的であ
る。
【0022】このような多孔質構造とするためには、ま
ず、陽極酸化の際に火花放電による加熱によって電解液
から陽極酸化膜へイオンの取り込みを行わせ、次に、陽
極酸化膜に取り込まれた、液体に可溶な物質(イオン)
を溶出させればよい。その可溶性物質が溶出したあとに
は細孔が無数に形成され、陽極酸化膜は多孔質となり、
表面積は著しく増大する。
ず、陽極酸化の際に火花放電による加熱によって電解液
から陽極酸化膜へイオンの取り込みを行わせ、次に、陽
極酸化膜に取り込まれた、液体に可溶な物質(イオン)
を溶出させればよい。その可溶性物質が溶出したあとに
は細孔が無数に形成され、陽極酸化膜は多孔質となり、
表面積は著しく増大する。
【0023】溶出方法しては、オートクレーブのような
密閉容器中の液体又は蒸気の中で陽極酸化膜を100−
500℃の範囲で加熱する、いわゆる水熱法が有効であ
る。加熱温度が100℃より低いと、可溶性物質はほと
んど溶出しない。また。オートクレーブを500℃より
高い温度に加熱することは、装置が非常に大がかりにな
り一般的でない。液体としては一般に純水が用いられる
が、それだけに限定されるものではなく、陽極酸化膜か
ら可溶性物質の溶出を促進させるために、酸性又はアル
カリ性にすることもある。また、液体を攪拌しながら加
熱処理すると溶出が促進される。
密閉容器中の液体又は蒸気の中で陽極酸化膜を100−
500℃の範囲で加熱する、いわゆる水熱法が有効であ
る。加熱温度が100℃より低いと、可溶性物質はほと
んど溶出しない。また。オートクレーブを500℃より
高い温度に加熱することは、装置が非常に大がかりにな
り一般的でない。液体としては一般に純水が用いられる
が、それだけに限定されるものではなく、陽極酸化膜か
ら可溶性物質の溶出を促進させるために、酸性又はアル
カリ性にすることもある。また、液体を攪拌しながら加
熱処理すると溶出が促進される。
【0024】また、コロイド溶液を塗布する方法を用い
て多孔質酸化皮膜を形成する場合は、基板材料としてチ
タンや安価な金属、例えばステンレスなどを用いること
が好ましい。これらの導電性の箔状基板に酸化物微粒子
と少量の有機高分子を含有するコロイド溶液を塗布し、
乾燥させ、その後、約400〜700℃で加熱処理をし
て有機高分子を揮発させて、表面に微細な細孔(多孔質
酸化皮膜)を形成する。
て多孔質酸化皮膜を形成する場合は、基板材料としてチ
タンや安価な金属、例えばステンレスなどを用いること
が好ましい。これらの導電性の箔状基板に酸化物微粒子
と少量の有機高分子を含有するコロイド溶液を塗布し、
乾燥させ、その後、約400〜700℃で加熱処理をし
て有機高分子を揮発させて、表面に微細な細孔(多孔質
酸化皮膜)を形成する。
【0025】即ち、400〜700℃で加熱処理するこ
とにより、酸化物粒子同士が部分的に結合し導電性が得
られる。しかし、400℃以下の低温で熱処理すると、
粒子同士の導通が十分得られず、700℃以上の高温で
熱処理すると粒子同士が焼結しすぎて多孔質でなくな
り、増感色素を吸着できなくなってしまう。これらの方
法により形成した多孔質酸化皮膜を増感色素の溶液に浸
漬して、その皮膜表面に増感色素を吸着させ、色素増感
半導体電極を形成する。
とにより、酸化物粒子同士が部分的に結合し導電性が得
られる。しかし、400℃以下の低温で熱処理すると、
粒子同士の導通が十分得られず、700℃以上の高温で
熱処理すると粒子同士が焼結しすぎて多孔質でなくな
り、増感色素を吸着できなくなってしまう。これらの方
法により形成した多孔質酸化皮膜を増感色素の溶液に浸
漬して、その皮膜表面に増感色素を吸着させ、色素増感
半導体電極を形成する。
【0026】さらに、ITOやフッ素ドープされた酸化
スズなどの透明導電膜とその透明導電膜上に透明導電膜
と色素増感半導体電極との間の電子の授受を促進させる
ために、透過率を低下させない程度の膜厚の白金又は炭
素膜が形成された透明性の薄状基板を用意する。この透
明性の薄状基板と色素増感半導体電極とを用いて湿式太
陽電池を組み立てる方法として以下の2通りがある。
スズなどの透明導電膜とその透明導電膜上に透明導電膜
と色素増感半導体電極との間の電子の授受を促進させる
ために、透過率を低下させない程度の膜厚の白金又は炭
素膜が形成された透明性の薄状基板を用意する。この透
明性の薄状基板と色素増感半導体電極とを用いて湿式太
陽電池を組み立てる方法として以下の2通りがある。
【0027】まず、第1に、この透明性の薄状基板と、
導電性の箔状基板に形成された色素増感半導体電極とを
透明導電膜及び色素増感半導体電極を内側にして2枚重
ね、一ヶ所を除いて接合し、袋状にする。この接合方法
として熱をかけてプラスチックフィルムを溶かして圧着
する方法、或いは樹脂等を用いて接着する方法が用いら
れる。
導電性の箔状基板に形成された色素増感半導体電極とを
透明導電膜及び色素増感半導体電極を内側にして2枚重
ね、一ヶ所を除いて接合し、袋状にする。この接合方法
として熱をかけてプラスチックフィルムを溶かして圧着
する方法、或いは樹脂等を用いて接着する方法が用いら
れる。
【0028】この袋状のものの中に電解液を少量注入し
て、残りの一ヶ所を接合して閉じる。第2に、この透明
性の薄状基板と、導電性の箔状基板に形成された色素増
感半導体電極とを透明導電膜及び色素増感半導体電極を
内側にして2枚重ね、その間に双方が吸い付く程度に電
解液を含ませて、四辺を樹脂で封止する。
て、残りの一ヶ所を接合して閉じる。第2に、この透明
性の薄状基板と、導電性の箔状基板に形成された色素増
感半導体電極とを透明導電膜及び色素増感半導体電極を
内側にして2枚重ね、その間に双方が吸い付く程度に電
解液を含ませて、四辺を樹脂で封止する。
【0029】この樹脂は電解液中に含まれるアセトニト
リルに対して安定であるエポキシ樹脂、シリコンゴム、
シリコン樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂を単独又は併用
して使用される。図2は、本発明の第2の実施形態の湿
式太陽電池の概略断面図である。本発明の第2の実施形
態の湿式太陽電池は、2枚のプラスチックフィルム11
を、その一方の面に形成された透明導電膜12を内側に
してその四辺を接合することにより閉じた領域を形成し
ている。その閉じた領域には増感色素を担持させた半導
体電極13が形成された厚さが5μm〜0.5mmの導
電性の箔状基板14及び電解液15を有する。
リルに対して安定であるエポキシ樹脂、シリコンゴム、
シリコン樹脂、フッ素ゴム、フッ素樹脂を単独又は併用
して使用される。図2は、本発明の第2の実施形態の湿
式太陽電池の概略断面図である。本発明の第2の実施形
態の湿式太陽電池は、2枚のプラスチックフィルム11
を、その一方の面に形成された透明導電膜12を内側に
してその四辺を接合することにより閉じた領域を形成し
ている。その閉じた領域には増感色素を担持させた半導
体電極13が形成された厚さが5μm〜0.5mmの導
電性の箔状基板14及び電解液15を有する。
【0030】導電性の箔状基板、及び透明性の薄状基板
は第1の実施形態のものと同様のものが用いられる。次
に、第2の実施形態の湿式太陽電池の製造方法を説明す
る。まず、第1の実施形態と同様な工程により、導電性
の箔状基板の少なくとも一方の面に色素増感半導体電極
を形成する。
は第1の実施形態のものと同様のものが用いられる。次
に、第2の実施形態の湿式太陽電池の製造方法を説明す
る。まず、第1の実施形態と同様な工程により、導電性
の箔状基板の少なくとも一方の面に色素増感半導体電極
を形成する。
【0031】次に、第1の実施形態と同様な一方の面に
透明導電膜等が形成されている透明性の薄状基板を2枚
用意し、透明導電膜を内側にして、透明性の薄状基板を
2枚重ね、一辺を除いて接合し、袋状にする。さらに、
その袋の中に色素増感半導体電極が形成された導電性の
箔状基板と電解液とを入れ、残りの一辺を接合して閉じ
る。
透明導電膜等が形成されている透明性の薄状基板を2枚
用意し、透明導電膜を内側にして、透明性の薄状基板を
2枚重ね、一辺を除いて接合し、袋状にする。さらに、
その袋の中に色素増感半導体電極が形成された導電性の
箔状基板と電解液とを入れ、残りの一辺を接合して閉じ
る。
【0032】
【実施例】[実施例1]実施例1の湿式太陽電池を以下
の様な手順で製作した。一辺の長さが5cmで厚さが
0.05mmのチタン箔を用意し、その片面をマスキン
グ剤(商品名:タ−コ5980-1A)で覆い、濃度が0.0
2mol/lのβ-グリセロリン酸ナトリウムと0.0
8mol/lの酢酸ストロンチウムからなる電解水溶液
中で、400Vまで陽極酸化することによって酸化チタ
ン皮膜を形成した。 電解質温度は40℃、電流密度は
50mA/cm2に設定した。
の様な手順で製作した。一辺の長さが5cmで厚さが
0.05mmのチタン箔を用意し、その片面をマスキン
グ剤(商品名:タ−コ5980-1A)で覆い、濃度が0.0
2mol/lのβ-グリセロリン酸ナトリウムと0.0
8mol/lの酢酸ストロンチウムからなる電解水溶液
中で、400Vまで陽極酸化することによって酸化チタ
ン皮膜を形成した。 電解質温度は40℃、電流密度は
50mA/cm2に設定した。
【0033】次に、マスキング剤を剥がした後、陽極酸
化されたチタン箔をオ−トクレ−ブを用いて、高圧水中
120℃で2日間加熱処置(水熱処理)して、陽極酸化
膜に含まれていたストロンチウムとリンを水中に溶出さ
せることによって、微細な細孔を形成し、皮膜を多孔質
にした。この多孔質皮膜は、粒径が約20nmの酸化チ
タン微粒子から構成されていた。
化されたチタン箔をオ−トクレ−ブを用いて、高圧水中
120℃で2日間加熱処置(水熱処理)して、陽極酸化
膜に含まれていたストロンチウムとリンを水中に溶出さ
せることによって、微細な細孔を形成し、皮膜を多孔質
にした。この多孔質皮膜は、粒径が約20nmの酸化チ
タン微粒子から構成されていた。
【0034】次に、多孔質酸化チタン皮膜を500〜6
00℃で1時間加熱処理し、100℃程度まで、温度が
下がってから、ただちに増感色素であるルテニウム錯体
のエタノ−ル溶液に浸漬し、エタノールの沸点である8
0℃で1時間還流した。その結果、皮膜を構成する酸化
チタン微粒子の表面に、ルテニウム錯体が吸着、コーテ
ィングされ、色素増感半導体電極が形成された。
00℃で1時間加熱処理し、100℃程度まで、温度が
下がってから、ただちに増感色素であるルテニウム錯体
のエタノ−ル溶液に浸漬し、エタノールの沸点である8
0℃で1時間還流した。その結果、皮膜を構成する酸化
チタン微粒子の表面に、ルテニウム錯体が吸着、コーテ
ィングされ、色素増感半導体電極が形成された。
【0035】厚さ0.1mmのポリエステルフィルムに
ITO透明導電膜をコ−ティングし、さらにその上に白
金を蒸着し、対極とした。チタン箔とポリエステルフィ
ルとをITO透明導電膜及び色素増感半導体電極を内側
にして重ね合わせ、その間に双方が吸い付く程度にテト
ラプロピルアンモニウムヨ−ジドとヨウ素を炭酸エチレ
ンとアセトニトリルの混合溶液に溶解したヨウ素電解液
を含ませて、四辺にフッ素ゴムを塗布し、乾燥、硬化し
て封止した。
ITO透明導電膜をコ−ティングし、さらにその上に白
金を蒸着し、対極とした。チタン箔とポリエステルフィ
ルとをITO透明導電膜及び色素増感半導体電極を内側
にして重ね合わせ、その間に双方が吸い付く程度にテト
ラプロピルアンモニウムヨ−ジドとヨウ素を炭酸エチレ
ンとアセトニトリルの混合溶液に溶解したヨウ素電解液
を含ませて、四辺にフッ素ゴムを塗布し、乾燥、硬化し
て封止した。
【0036】フッ素ゴム単独ではアセトニトリルがしみ
出してくるので、さらにその上にエポキシ樹脂を塗布
し、封止した。 [実施例2]実施例2の湿式太陽電池を以下の様な手順
で製作した。まず、実施例1と同様な工程により、チタ
ン箔の両面に色素増感半導体電極を形成した。
出してくるので、さらにその上にエポキシ樹脂を塗布
し、封止した。 [実施例2]実施例2の湿式太陽電池を以下の様な手順
で製作した。まず、実施例1と同様な工程により、チタ
ン箔の両面に色素増感半導体電極を形成した。
【0037】次に、実施例1と同じ対極を2枚用意し、
ITO導電膜がコ−ティングしてある面を内側にして2枚
重ね、3辺をエポキシ樹脂で接着し、袋状にした。その
袋の中に、両面に色素増感半導体電極が形成されたチタ
ン箔とヨウ素電解液を入れ、残りの1辺をエポキシ樹脂
で接着した。 [実施例3]実施例3の湿式太陽電池を以下の様な手順
で製作した。
ITO導電膜がコ−ティングしてある面を内側にして2枚
重ね、3辺をエポキシ樹脂で接着し、袋状にした。その
袋の中に、両面に色素増感半導体電極が形成されたチタ
ン箔とヨウ素電解液を入れ、残りの1辺をエポキシ樹脂
で接着した。 [実施例3]実施例3の湿式太陽電池を以下の様な手順
で製作した。
【0038】まず、実施例1と同様な工程により、チタ
ン箔の片面に色素増感半導体電極を形成した。次に、実
施例1と同様な対極を用意した。チタン箔とポリエステ
ルフィルとをITO透明導電膜及び色素増感半導体電極
を内側にして重ね合わせ、角を一ヶ所除き周囲をエポキ
シ樹脂により接着し、袋状にした。
ン箔の片面に色素増感半導体電極を形成した。次に、実
施例1と同様な対極を用意した。チタン箔とポリエステ
ルフィルとをITO透明導電膜及び色素増感半導体電極
を内側にして重ね合わせ、角を一ヶ所除き周囲をエポキ
シ樹脂により接着し、袋状にした。
【0039】その袋の中にヨウ素電解液を接着しなかっ
た角から減圧下で少量吸いこみ、最後にエポキシ樹脂で
封止した。実施例1〜3により完成した湿式太陽電池に
キセノンランプを照射して起電力を測定したところ、1
cm2あたりの短絡電流は約3mA、開放電圧は0.6
Vであった。
た角から減圧下で少量吸いこみ、最後にエポキシ樹脂で
封止した。実施例1〜3により完成した湿式太陽電池に
キセノンランプを照射して起電力を測定したところ、1
cm2あたりの短絡電流は約3mA、開放電圧は0.6
Vであった。
【0040】なお、このフレキシブル湿式太陽電池は、
曲げた状態でも同じ起電力を発生した。
曲げた状態でも同じ起電力を発生した。
【0041】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる湿式
太陽電池は、色素増感半導体電極を形成する基板を導電
性の箔状基板にしたので、フレキシブルになり、曲面を
有す構造体の上にも設置することができる。また、色素
増感半導体電極部分は、通常の湿式太陽電池と何等変わ
らないので、変換効率を維持することができる。
太陽電池は、色素増感半導体電極を形成する基板を導電
性の箔状基板にしたので、フレキシブルになり、曲面を
有す構造体の上にも設置することができる。また、色素
増感半導体電極部分は、通常の湿式太陽電池と何等変わ
らないので、変換効率を維持することができる。
【0042】さらに、この湿式太陽電池は、非常に薄く
て軽いため、落としても割れない。
て軽いため、落としても割れない。
【図1】本発明の第1の実施形態にかかる湿式太陽電池
の概略断面図である。
の概略断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態にかかる湿式太陽電池
の概略断面図である。
の概略断面図である。
1、11・・・透明性の薄状基板 2、12・・・透明導電膜 3、13・・・色素増感半導体電極 4、14・・・導電性の箔状基板 5、15・・・電解液 6、16・・・樹脂
Claims (7)
- 【請求項1】厚さが5μm〜0.5mmの導電性の箔状
基板の一方の面に形成された増感色素を担持させた半導
体電極と、厚さ5μm〜0.5mmのガラス板又はプラ
スチックフィルムの一方の面に形成された透明導電膜と
を内側にして、その四辺を接合することにより閉じた領
域を形成してなり、その閉じた領域には電解液を有する
ことを特徴とするフレキシブル湿式太陽電池。 - 【請求項2】2枚のプラスチックフィルムをその一方の
面に形成された透明導電膜を内側にしてその四辺を接合
することにより閉じた領域を形成してなり、その閉じた
領域には増感色素を担持させた半導体電極が形成された
厚さが5μm〜0.5mmの導電性の箔状基板及び電解
液を有することを特徴とするフレキシブル湿式太陽電
池。 - 【請求項3】前記導電性の箔状基板が、チタン、タンタ
ル、ニオブ、ジルコニウム、亜鉛であることを特徴とす
る請求項1又は2いずれかに記載のフレキシブル湿式太
陽電池。 - 【請求項4】前記プラスチックフィルムの材質が、ポリ
エステル、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルフォン
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか記載の
フレキシブル湿式太陽電池。 - 【請求項5】一方の面に透明導電膜が形成された透明性
の薄状基板を用意する或いは透明性の薄状基板の一方の
面に透明導電膜を形成する工程と、 導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜を形
成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、 前記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、 前記透明性の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記
導電性の箔状基板に形成された増感色素を担持した金属
酸化膜とを向かいあわせて両基板の周囲一ヶ所を除いて
接合して袋状にする工程と、 その袋に電解液を入れ、残りの一ヶ所を封止する工程と
を有するフレキシブル湿式太陽電池の製造方法。 - 【請求項6】一方の面に透明導電膜が形成された透明性
の薄状基板を用意する或いは透明性の薄状基板の一方の
面に透明導電膜を形成する工程と、 導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜を形
成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、 前記金属酸化膜に増感色素を付着させて、半導体電極を
製作する工程と、 2枚の前記透明性の薄状基板に形成された透明導電膜を
互いに向かいあわせてその周囲一ヶ所を除いて接合して
袋状にする工程と、 その袋の中に前記半導体電極が形成された導電性の箔状
基板及び電解液を入れる工程と、 前記残りの一ヶ所を封止する工程とを有することを特徴
とするフレキシブル湿式太陽電池の製造方法。 - 【請求項7】一方の面に透明導電膜が形成された透明性
の薄状基板を用意する或いは透明性の薄状基板の一方の
面に透明導電膜を形成する工程と、 導電性の箔状基板を用意し、その基板に金属酸化膜を形
成し、該金属酸化膜を多孔質構造にする工程と、 前記金属酸化膜に増感色素を付着する工程と、 前記透明性の薄状基板に形成された透明導電膜と、前記
導電性の箔状基板に形成された増感色素を担持した金属
酸化膜とを向かいあわせて両基板が吸い付く程度にその
間に電解液を含ませる工程と、 前記両基板の四辺を封止する工程とを有することを特徴
とするフレキシブル湿式太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10091636A JPH11288745A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10091636A JPH11288745A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11288745A true JPH11288745A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=14032030
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10091636A Pending JPH11288745A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11288745A (ja) |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001273937A (ja) * | 2000-03-27 | 2001-10-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光電変換素子および光電池 |
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JP2005516364A (ja) * | 2002-01-25 | 2005-06-02 | コナルカ テクノロジーズ インコーポレイテッド | 太陽電池の相互接続 |
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WO2005074068A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Teijin Dupont Films Japan Limited | 色素増感型太陽電池用積層フィルム ならびに色素増感型太陽電池用電極およびその製造方法 |
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-
1998
- 1998-04-03 JP JP10091636A patent/JPH11288745A/ja active Pending
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