KR20130100961A - 광전 변환 소자의 봉지 구조, 광전 변환 소자 및 광전 변환 소자 모듈 - Google Patents

광전 변환 소자의 봉지 구조, 광전 변환 소자 및 광전 변환 소자 모듈 Download PDF

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요시히로 야마구치
겐이치 후지노
도시히사 후지타카
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신닛테츠 수미킨 가가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

간이한 구조로 광전 변환 소자의 개방측 단부를 확실히 또한 높은 내구성으로 지속적으로 봉지할 수가 있음과 아울러, 취출 전극의 씰 부족의 문제도 해소할 수가 있는 광전 변환 소자의 봉지 구조를 제공한다. 광전 변환 소자의 일례로서의 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)는, 원통상의 색소 증감 태양전지 본체(12)와 색소 증감 태양전지 본체(12)의 양단을 봉지하는 봉지부(14a, 14b)로 구성된다. 투명 유리관(16)의 양단부에 도전성 금속 부재로 형성되는 덮개체(26a, 26b)가 설치되고, 색소 증감 태양전지 본체(12)를 봉지함과 아울러, 색소 증감 태양전지 본체(12)의 한 쌍의 전극부와 전기적으로 접속된 한 쌍의 취출 전극으로 된다.

Description

광전 변환 소자의 봉지 구조, 광전 변환 소자 및 광전 변환 소자 모듈{SEALING STRUCTURE FOR PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, AND PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT MODULE}
본 발명은 광전 변환 소자의 봉지 구조와 그 봉지 구조를 가지는 광전 변환 소자 및 광전 변환 소자 모듈에 관한 것이다.
색소 증감(增感) 태양전지는 습식 태양전지 혹은 그래첼(Graetzel) 전지 등으로 불리고, 실리콘 반도체를 이용하지 않고 요오드 용액으로 대표되는 전기 화학적인 셀 구조를 가지는 점에 특징이 있다. 예를 들면, 투명한 도전성 유리판 등의 애노드(anode) 전극에 이산화티탄 분말 등을 소부(燒付)하고, 이것에 색소를 흡착시켜 형성한 티타니아층 등의 다공질 반도체층과 도전성 유리판(도전성 기판)으로 이루어지는 대극(對極)(캐소드(cathode) 전극) 사이에 전해질로서 요오드 용액 등을 배치한 간이한 구조를 가진다.
색소 증감 태양전지는 재료가 염가이고, 제작에 대규모 설비를 필요로 하지 않기 때문에, 저비용의 태양전지로서 주목되고 있다.
그러나, 종래의 색소 증감 태양전지는 주로 평판상의 구조이기 때문에 넓은 설치 면적이 필요하였다. 또, 태양전지의 에너지원인 태양광이 시각이나 계절에 의해 광량이나 입사 각도가 변화하기 때문에 발전량이 안정되지 않는 문제가 있었다.
그래서, 종래의 색소 증감 태양전지에 있어서의 상기의 결점을 감안하여, 투명 재료로 이루어지는 관의 내면에 애노드 전극층, 색소 증감 다공질 반도체층 및 전해질층이 순차 설치되고, 관의 중앙부에 캐소드 전극이 삽입된 원통 구조를 가지는 색소 증감 태양전지가 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
이러한 원통 구조를 가지는 색소 증감 태양전지에 의하면, 광의 입사 각도에 대한 발전량의 변화를 대폭 저감할 수가 있고, 또한 평판상의 구조와 비교하여 고강도이고 봉지 개소도 적고, 내구성이 높은 색소 증감 태양전지를 제공할 수 있다.
상기의 예를 포함하여 원통 구조의 색소 증감 태양전지는 양측 개방단을 수지 접착제에 의해 봉지하는 것이 행해지고 있다.
그러나, 일반적으로 수지 접착제는 환경 변화나 열화에 의해 내구성이 부족하여 봉지 부분으로부터의 전해질의 누설이 일어나기 쉽다고 하는 문제가 있다.
상기의 문제를 해소하기 위해, 원통 소자의 개구 단부를 나사 구조에 의해 봉지하고, 더 바람직하게는 개구 단부에 ○링을 배치한 봉지 구조를 가지는 광전 변환 소자가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
이 경우 문헌에는 명기되어 있지 않지만, 상기의 다른 예와 마찬가지로, 애노드 전극 및 캐소드 전극으로 이루어지는 한 쌍의 전극의 각각에 접속되는 한 쌍의 취출(取出) 전극은, 각각 봉지 부분으로부터 노출되어 설치되고, 그 때문에 봉지 부분에 관통공을 설치하는 등 하여 취출 전극을 인출할 필요가 있는 것이라고 생각된다. 이 때문에 전해질의 누설의 관점에서는 관통공 등의 봉지 구조에 불안이 남는다.
이 점을 개선하는 것으로서, 전지 블록이 봉입된 프레임에 관통공을 설치하고, 관통공의 외측에 글래스 프릿을 이용하여 부착된 금속 너트와, 너트에 나합하는 금속 볼트를 설치하고, 금속 볼트에 형성한 인출공에 프레임 내로부터 인출된 전극 리드 와이어를 삽통하고, 인출공의 공극을 글래스 프릿으로 메우는 봉지 구조를 가지는 색소 증감 태양전지 모듈이 제안되어 있지만, 제작 기술이 번잡하다(특허문헌 3 참조).
일본 특허공개 2003－77550호 공보 일본 특허공개 2010－40391호 공보 일본 특허공개 2010－114034호 공보
해결하려고 하는 문제점은, 종래의 원통상 색소 증감 태양전지 등의 광전 변환 소자의 양측 개방단의 봉지 구조의 씰(seal)성이 충분하지 않고, 또는 경시 변화에 대한 봉지 구조의 내구성이 반드시 충분하지 않고, 혹은 봉지 구조의 제작 기술이 번잡한 점이다.
본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 측면을 수광면으로 하고, 당해 투명 부재의 내부에 직경 방향으로 층상으로 광전 변환 셀 구성 부재가 배열되어 이루어지고, 당해 투명 부재의 양단부에 한 쌍의 덮개체가 설치되고, 당해 한 쌍의 덮개체는 각각 당해 투명 부재의 축방향으로 뻗어나가는 도전성 금속부를 가지고, 당해 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 한 쌍의 전극의 어느 일방에 전기적으로 접속되어 취출 전극으로 되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 일단측이 폐색된 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 측면을 수광면으로 하고, 당해 투명 부재의 내부에 직경 방향으로 층상으로 광전 변환 셀 구성 부재가 배열되어 이루어지고, 당해 투명 부재의 개방측 단부에 덮개체부가 설치되고, 당해 덮개체부는 서로 절연되어 축방향으로 관통하여 뻗어나가는 2개의 도전성 금속부를 가지고, 하나의 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 하나의 전극에 전기적으로 접속됨과 아울러 다른 하나의 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 다른 하나의 전극에 전기적으로 접속되어, 각각 취출 전극으로 되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 바람직하게는 상기 광전 변환 소자가 색소 증감 태양전지이고, 상기 광전 변환 셀 구성 부재가, 색소를 포함하는 다공질 반도체층, 전해질층 및 한 쌍의 전극층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 바람직하게는 상기 광전 변환 소자가 색소 증감 태양전지이고, 상기 광전 변환 셀 구성 부재가, 색소를 포함하는 다공질 반도체층, 전해질층 및 한 쌍의 전극층을 포함하고, 당해 한 쌍의 전극층 중의 대극층을 최내층으로 하고, 당해 대극층의 내측에 절연재를 삽통하여 당해 대극층을 지지하고, 당해 한 쌍의 전극층 중의 애노드 전극의 일단부를 수속(收束)하여 수속부를 형성하고, 당해 한 쌍의 덮개체를 각각 내덮개부와 외덮개부의 2체 구조로 하고, 하나의 덮개체의 내덮개부를 당해 대극층의 내측에 미끄럼 접합하여 당해 대극층에 전기적으로 접속함과 아울러 당해 하나의 덮개체의 외덮개부에 형성하는 개구로부터 노출되고, 다른 하나의 덮개체의 내덮개부를 당해 애노드 전극의 수속부에 눌러 당해 애노드 전극에 전기적으로 접속함과 아울러 당해 다른 하나의 덮개체의 외덮개부에 형성하는 개구로부터 노출되고, 당해 한 쌍의 덮개체의 각각의 외덮개부로 당해 광전 변환 셀 구성 부재의 최외층의 단부를 봉지하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 바람직하게는 상기 덮개체가 상기 전해질층에 연통하여 축방향으로 관통하는 관통공을 가지고, 당해 관통공에 체크 밸브(check valve)가 부착되고, 캡(cap)에 의해 봉지되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자는 상기의 광전 변환 소자의 봉지 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자 모듈은, 상기의 광전 변환 소자의 복수개를, 상기 취출 전극에 접속되는 전극 리드를 개재하여 직렬로 또는 병렬로 배열하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관계되는 광전 변환 소자의 봉지 구조는, 원통상 등에 형성되는 광전 변환 소자의 개방측 단부를 봉지하는 덮개체 또는 덮개체부가 설치되고, 덮개체 등은 축방향으로 뻗어나가는 도전성 금속부를 가지고, 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 전극에 전기적으로 접속되어 취출 전극으로 되기 때문에, 간이한 구조로 광전 변환 소자의 개방측 단부를 확실히 또한 높은 내구성으로 지속적으로 봉지할 수가 있음과 아울러, 취출 전극의 씰 부족의 문제도 해소할 수가 있다.
또, 본 발명에 관계되는 광전 변환 소자 및 광전 변환 소자 모듈은 상기의 봉지 구조를 가지기 때문에 상기의 봉지 구조의 효과를 매우 적합하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조의 제2의 변형예를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조를 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조에 이용하는 봉지 부품의 조립 분해 단면도이다.
도 5는 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조의 제1의 변형예를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조의 제1의 변형예의 조립 분해도이다.
도 7은 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조의 제3의 변형예의 조립 분해도이다.
도 8은 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조의 제4의 변형예를 설명하기 위한 도이다.
본 발명의 실시의 형태(이하 본 실시의 형태예라고 한다)에 대해서 도를 참조하여 이하에 설명한다.
본 실시의 형태에 관계되는 봉지 구조를 가지는 광전 변환 소자의 기본 구성은, 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 측면을 수광면으로 하고, 투명 부재의 내부에 직경 방향으로 층상으로 광전 변환 셀 구성 부재가 배열되는 것이다.
광전 변환 셀 구성 부재는 적당한 구성으로 할 수가 있다. 광전 변환 셀 구성 부재의 광전 전환부는 예를 들면, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 박막 실리콘, 각종 박막 및 색소 증감 재료 등을 들 수가 있다.
말하자면 파이버형 혹은 튜브형의 상기 광전 변환 소자는 종래의 평판형, 바꾸어 말하면 플랫 패널형의 광전 변환 소자에 비해, 대형화하는 경우의 전극층 등의 셀 구성 부재의 제작이 용이하고 또한 전기적 특성도 유리하다. 또, 광의 입사 각도에 대한 발전량의 변화를 대폭 저감할 수가 있고, 또한 평판상의 구조와 비교하여 고강도이고 봉지 개소도 적고 내구성이 높다.
광전 변환 소자의 봉지 구조의 기본 원리는 이하와 같다.
봉지 구조는 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 일방 또는 쌍방의 해방단을 봉지하는 덮개체(덮개체부)가 설치된다. 덮개체는 투명 부재의 축방향으로 뻗어나가는 도전성 금속부를 가지고, 도전성 금속부의 일단이 광전 변환 셀 구성 부재의 전극에 전기적으로 접속된다. 덮개체의 도전성 금속부는 취출 전극으로 된다.
이하, 광전 변환 소자로서 색소 증감 태양전지를 예로 취하여 실시의 형태를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조를 설명한다.
도 1에 나타내는 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)는, 원통상의 색소 증감 태양전지 본체(12)와 색소 증감 태양전지 본체(12)의 양단을 봉지하는 봉지부(14a, 14b)로 구성된다.
색소 증감 태양전지 본체(12)는 원통상의 투명 유리관(투명 부재)(16)의 내측에 직경 방향으로, 색소를 흡착한 다공질 반도체층(18), 집전 전극(애노드 전극, 전극층, 도전성 금속층)(20), 절연층(22), 대극층(전극층)(24)이 이 순으로 적층된다. 집전 전극(20)은 예를 들면, 구멍 있는 도전체 금속층을 구멍 있는 판상으로 설치한 것 등의 적당한 정도의 강성을 가지는 것을 이용한다. 또, 대극층(24)은 적당한 정도의 강성을 가지는 것이면, 도시하는 것 같은 중공통(中空筒)이라도 좋고, 또 중실통(中實筒)이라도 좋다. 또, 대극층(24)은 시트상 재료를 감은 것이라도 좋다. 집전 전극(20) 및 절연층(22)은 모두 다공질로 형성된다.
또한, 도시하지 않지만, 집전 전극(애노드 전극)(20)과 대극층 사이에 전해질이 충전된다(전해질층).
투명 유리관(16)의 양단부는 상기 전지의 각 구성 부재를 수용한 부분에 비해 단차상으로 넓은 직경으로 형성됨과 아울러, 양단부의 외주에는 수나사의 나사산(21a, 21b)이 형성된다.
색소 증감 태양전지 본체(12)의 구성은 특히 한정하는 것은 아니고 주지의 적당한 구성을 채용할 수가 있다.
예를 들면, 투명 유리관(16)은 내구성이 뛰어나기 때문에 매우 적합하지만, 이 대신에 투명 경질 수지관을 이용하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또, 예를 들면, 이른바 입체 전극인 집전 전극(20) 대신에 투명 유리관(16)의 내측에 투명 전극을 설치하는 TCO 전극으로 해도 좋다.
또, 각 부재는 주지의 재료 중에서 적당히 선택하여 이용할 수가 있다.
투명 유리관(16)의 양단부(개방단부)에는 각각 덮개체(26a, 26b)가 설치되고, 투명 유리관(16)의 양단부 및 덮개체(26a, 26b)가 봉지 구조(봉지부)를 구성한다.
덮개체(26a, 26b)는 각각 도전성 금속 부재로 형성된다(도전성 금속부). 이 경우 덮개체(26a, 26b)는 각각 투명 유리관(16)의 축방향으로 뻗어나가는 일부만을 도전성 금속 부재로 형성해도 좋다. 덮개체(26a, 26b)의 도전성 금속 부재의 재료는 양호한 도전성을 가지고, 또한 전해질에 용출하지 않는 것이면 특히 한정하는 것은 아니고, 예를 들면, Ti, W, Ni, Pt, Ta, Nb, Zr, Fe, Cu, Cr 및 Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 재료 또는 이들의 화합물을 매우 적합하게 이용할 수가 있다. 또, 전해질에 의해 부식 우려가 있는 금속 재료를 이용하는 경우는, 금속 재료 표면에 내식성이 양호한 금속 재료를 스퍼터링(sputtering), 도금, 증착 등을 해도 좋다.
덮개체(26a, 26b)는 각각 암나사 부착의 캡이고, 일단부가 폐색된 원통 부재의 측면의 내측에 나사산(21a, 21b)과 맞물리는 나사산(27a, 27b)이 형성된다. 덮개체(26a, 26b)의 내측의 중앙에는 선단이 서로 직경이 다른 오목부(29a, 29b)로 형성된 돌기(28a, 28b)가 설치되고, 한편 덮개체(26a, 26b)의 외측의 중앙에도 돌기(30a, 30b)가 설치된다. 다만, 돌기(30a, 30b)는 후술하는 다른 목적을 위해 필요하게 되지만, 기본적으로는 불필요하다. 또한, 덮개체(26a, 26b)는 내측 단면 형상이 원형이면, 외측 단면 형상은 원형이라도 다각형이라도 좋다. 이 점은 다른 예에 대해서도 마찬가지다. 또, 덮개체(26a, 26b)는 투명 유리관(16)에 안으로 끼워지는 구조라도 좋고, 이 경우 덮개체(26a, 26b)에 수나사가 설치되고, 투명 유리관(16)에 암나사가 설치되게 된다.
덮개체(26a)측의 전지의 각 구성 부재 중 색소를 흡착한 다공질 반도체층(18)을 제외한 다른 부재는, 단부가 뻗어나가 돌기(28a)의 오목부(29a)에 수용되어 미끄럼 접합하는 치수로 형성된다. 한편, 덮개체(26b)측의 전지의 각 구성 부재 중의 대극층(24)의 단부가 뻗어나가 돌기(28b)의 오목부(29b)에 수용되어 미끄럼 접합하는 치수로 형성된다.
색소 증감 태양전지 본체(12)에의 덮개체(26a, 26b)의 설치는 이하의 수순으로 행해진다.
대극층(24)의 단부에 절연 패킹(32)을 배치하고, 또 돌기(28a)의 외주에 패킹(34a)을 배치한 상태에서, 덮개체(26a)를 투명 유리관(16)의 도 1 중 좌측 단부에 바깥으로 끼우고, 색소를 흡착한 다공질 반도체층(18)을 제외한 다른 부재의 단부를 돌기(28a)의 오목부(29a)에 수용하여 미끄럼 접합시킨다. 또한, 패킹(34a)은 시트 개스킷이나 ○링 등의 적당한 것을 이용할 수가 있다. 패킹의 형상에 대해서는 이하에 설명하는 다른 예의 패킹에 대해서도 마찬가지다. 여기서, 절연 패킹(32) 및 패킹(34a) 등(패킹(34b)을 포함한다)은 테플론(테플론은 등록상표), 발포 테플론(테플론은 등록상표), 니트릴 고무, 실리콘재, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 이용할 수가 있지만, 전해질에 대한 내식성이 뛰어난 테플론 코팅을 한 재료가 특히 바람직하다. 이 점은 이하에 설명하는 다른 예의 패킹에 대해서도 마찬가지다.
또, 투명 유리관(16)의 수나사의 나사산(21a, 21b)과 덮개체(26a, 26b)의 암나사의 나사산(27a, 27b)의 맞물림 개소로부터 그 부근의 투명 유리관(16)과 덮개체(26a, 26b)의 닿는 면에 걸쳐 씰테이프를 이용해도 좋다. 씰테이프의 재질은 전해질에 대한 내식성이 뛰어난 것이면 특히 한정되지 않지만, 테플론이 바람직하다.
이에 의해 투명 유리관(16)의 단부가 덮개체(26a)에 의해 밀폐됨과 아울러, 덮개체(26a)의 돌기(28a)의 오목부(29a)와 집전 전극(20)이 접촉함으로써 덮개체(26a)가 집전 전극(20)에 전기적으로 접속되어, 덮개체(26a)는 집전 전극(20)의 인출 전극으로 된다. 덮개체(26a)의 예컨대 돌기(30a)를 단자로 하여 이것에 전극 리드를 접속할 수가 있다. 또한, 대극층과 덮개체(26a)의 단락은 절연 패킹(32)에 의해 방지된다.
한편, 돌기(28b)의 외주에 패킹(34b)을 배치한 상태에서, 덮개체(26b)를 투명 유리관(16)의 도 1 중 우측 단부에 바깥으로 끼우고, 대극층 및 절연층(24)의 단부를 돌기(28b)의 오목부(29b)에 수용하여 미끄럼 접합시킨다.
이에 의해 투명 유리관(16)의 단부가 덮개체(26b)에 의해 밀폐됨과 아울러, 덮개체(26b)의 돌기(28b)의 오목부(29b)와 대극층이 접촉함으로써 덮개체(26b)가 대극에 전기적으로 접속되어, 덮개체(26b)는 대극의 인출 전극으로 된다. 덮개체(26b)의 예컨대 돌기(30b)를 단자로 하여 이것에 전극 리드를 접속할 수가 있다.
이상 설명한 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)는, 간이한 구조로 색소 증감 태양전지의 개방측 단부를 확실히 또한 높은 내구성으로 지속적으로 봉지할 수가 있음과 아울러, 취출 전극의 씰 부족의 문제도 해소할 수가 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)의 제1의 변형예에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
도 5의 개략 구성도 및 도 6의 조립 분해도에 나타내는 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)는, 봉지부(14e, 14f)의 한 쌍의 덮개체(26c, 26d)가 각각 내덮개부(60a, 60b) 및 내덮개부(60a, 60b)를 덮는 외덮개부(62a, 62b)의 2개의 부재로 구성되는 2체 구조인 점 외에는, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 거의 같은 구조이다. 이 때문에 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 중복된 설명은 생략한다. 또한, 도 6에서는 도 5에 나타내는 투명 유리관(16b)의 표시는 생략하고 있다.
이하, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)의 구조를 그 조립하는 방법과 함께 설명한다.
색소 증감 태양전지 본체(12b)는, 투명 유리관(16b)을 제외하고 구성되는 셀 부재(도 5 및 도 6 중 화살표 A로 나타낸다)가 집전 전극(애노드 전극)(20a), 절연층(22a) 및 대극층(24a)을 가진다. 또한, 색소를 흡착한 다공질 반도체층 및 전해질은 도시를 생략하고 있다.
대극층(24a)의 내부에는 대극층(24a)을 지지하는 봉상의 절연체(64)가 삽입되어 있다. 절연체(64)의 좌측 단부에는 플랜지(66a) 부착의 돌기(66)가 설치된다. 절연체(64)의 우측 단부는 대극층(24a)의 단부보다도 후퇴해 있다. 집전 전극(20a)은 플랜지(66a) 부착의 돌기(66)측이 수속되어 수속부를 형성한다.
돌기(66)의 선단에 도전성 재료로 형성되는 코일 스프링(68)이 감겨진다. 집전 전극(20a)의 좌측 단부는 수속되어 코일 스프링(68)의 일단측에 접합된다.
덮개체(26c)의 내덮개부(60a)는 도전성 재료로 형성되고, 플랜지(72a)를 사이에 두고 우측에 돌기(72b)가 설치된다. 플랜지(72a)의 좌측에는 단차상의 돌기(72c, 72d)가 설치된다. 외덮개부(62a)는 절연 재료 등의 적당한 재료로 형성되는, 일단부가 폐색된 원통 부재이다. 외덮개부(62a)의 폐색된 저면에는 관통공(75)이 형성된다. 또한, 참조 부호 73은 패킹을 나타낸다.
덮개체(26d)의 내덮개부(60b)는 도전성 재료로 형성되고, 플랜지(74a)를 사이에 두고 좌측에 돌기(74b)가 설치된다. 플랜지(74a)의 우측에는 단차상의 돌기(74c, 74d)가 설치된다. 돌기(74d)의 외주에는 수나사의 나사산(74e)이 설치된다. 돌기(74b), 플랜지(74a) 및 돌기(74c, 74d)를 관통하는 관통공(74f)이 형성되고, 관통공(74f)은 돌기(74b)의 측면에 설치한 구멍(74g)에 의해 돌기(74b)의 측면으로부터 외부로 연통한다. 내덮개부(60b)는 돌기(74d)를 덮는 도전성 재료로 형성되는 캡(76)을 더 가지고, 캡(76)의 내면에는 암나사의 나사산(76a)이 설치된다. 외덮개부(62b)는 일단부가 폐색된 원통 부재이다. 외덮개부(62b)의 폐색된 저면에는 관통공(72b)이 형성된다. 또한, 참조 부호 78, 80은 패킹을 나타낸다.
색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)의 조립 상태에 있어서, 내덮개부(60a)의 돌기(72b)로 플랜지(66a)에 코일 스프링(68)을 누른다. 한편, 돌기(72c, 72d)를 관통공(75)으로부터 돌출시킨다. 외덮개부(62a)로 내덮개부(60a)를 덮음과 아울러, 외덮개부(62a)는 투명 유리관(16b)에 나사 고정된다(나사 고정 구조는 도시를 생략). 이에 의해 집전 전극(20a)은 코일 스프링(68)을 개재하여 내덮개부(60a)에 전기적으로 접속되고, 내덮개부(60a)는 취출 전극으로서 작용한다. 또한, 내덮개부(60a), 외덮개부(62a) 및 투명 유리관(16b) 사이는 패킹(73)으로 씰된다.
한편, 내덮개부(60b)의 돌기(74b)가 대극층(24a)의 내측에 삽입되어 대극층(24a)에 미끄럼 접합하고, 대극층(24a)은 내덮개부(60b)에 전기적으로 접속된다. 내덮개부(60b)의 돌기(74d)에 캡(76)이 부착되고, 내덮개부(60b)는 캡(76)에 전기적으로 접속된다. 외덮개부(62b)가 내덮개부(60b)를 덮어 부착되고, 내덮개부(60b)의 돌기(74c, 74d) 및 캡(76)이 관통공(72b)을 통하여 외덮개부(62b)로부터 돌출한다. 외덮개부(62b)는 투명 유리관(16b)에 나사 고정된다(나사 고정 구조는 도시를 생략). 이에 의해 내덮개부(60b)는 취출 전극으로서 작용한다. 또한, 내덮개부(60b), 외덮개부(62) 및 투명 유리관(16b)의 사이는 패킹(78)으로 씰되고, 돌기(74d)와 캡(76) 사이는 패킹(80)으로 씰된다. 투명 유리관(16b)과 돌기(74b) 사이에 공간부(도 5 중 화살표 B로 나타낸다)가 구획되고, 공간부(B)는 관통공(74g)을 통하여 관통공(74f)에 연통하기 때문에, 온도 변동에 의해 팽창하는 전해질의 액 빼기 등의 완충 기능을 가져온다.
제1의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)는, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)의 효과를 매우 적합하게 가져올 수가 있다.
또, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)는 조립시의 비틀림 등의 힘에 의한 집전 전극이나 대극층의 변형, 손상, 또 이것에 기인하는 봉지 불량 등의 우려가 전무하다. 또, 덮개체를 모두 도전성 금속 부재로 형성하는 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)에 비해, 경량화 및 재료비의 저감을 도모할 수가 있다. 또, 내덮개부(60b)의 선단은 나사 구조이고 관통공(74f)이 형성되어 있기 때문에 체크 밸브를 탑재하는 것도 가능하다.
또한, 덮개체를 내덮개부와 외덮개부의 2체로 구성하는 제1의 변형예의 봉지 구조는 다른 예에도 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)의 제2의 변형예에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 나타내는 제2의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10a)는, 봉지 구조(10)의 덮개체(26a, 26b)에 관통공(36), 체크 밸브(35), 패킹(80), 캡(76)을 설치하는 점 외에는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 거의 같은 구조이다.
이 때문에 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 도 2에는 봉지 구조(10)의 덮개체(26b)측만을 나타내고 그 내용을 이하에 설명하지만, 덮개체(26a)측에 대해서도 마찬가지다.
대극층(24)은 구멍(37)을 가진다.
봉지부(14c)의 덮개체(26b)는 축선을 따라 관통공(36)이 형성된다. 관통공(36)은 대극층(24)의 내부 공간과 연통한다. 이에 의해 전해질은 관통공(37)을 통하여 대극층(24)의 내부 공간 및 관통공(36)으로 유통한다. 덮개체(26b)의 돌기(30b)의 선단부의 외주에는 수나사의 나사산(38)이 형성된다. 덮개체(26b)는 관통공(36)이 대극층의 중공(25)과 연통하도록 하여 투명 유리관(16)에 바깥으로 끼워진다.
체크 밸브(35)는 돌기(30b)의 관통공(36) 부분에 바깥으로 끼워져 삽입된다. 또 돌기(30b)에는 수나사의 나사산(40)이 설치되고, 캡(76)의 내측에 암나사의 나사산(76a)이 설치된다.
색소 증감 태양전지는 광이 조사됨으로써 전지 내의 온도가 상승한다. 그 결과 전해액의 열팽창에 의해 내압이 상승하여 전해액 누출의 원인으로 된다. 또 일단 전해액 누출이 생기면 그 누출된 간극으로부터 공기나 수분이 혼입하기 쉬워져 전지 수명을 크게 저하시킨다. 이 관통공과 체크 밸브에 의해, 상승한 내압을 간편하게 감소시켜 외부로부터의 혼입을 방지할 수가 있다. 예를 들면, 전해액의 주입에 의해 상승한 내압을 감소시키는 것이나, 전지의 사용 중에 상승한 내압을, 사용 중 또는 사용 후에 감소시키는 것이 가능하므로, 장기간 전지를 사용할 수가 있다.
제2의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10a)에 대해서 구체적인 제작예를 설명한다.
세로 30mm, 가로 100mm, 두께 40㎛의 스테인리스강 메쉬(집전 전극)의 양면에, 두께 300nm로 되도록 티탄을 스퍼터링하고, 그 메쉬의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성한다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 스테인리스강 메쉬를 72시간 침지한다.
한편, 세로 31mm, 가로 110mm, 두께 40㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 32mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비한다.
내경 10.4mm×직관(直管)부 길이 90mm의 양단을 나사 가공한 유리관의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣는다. 또한 유리관의 일측에 집전 전극, 절연 시트 및 대극층을 가까이 대고, 타측에 대극층을 가까이 댄다.
또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 한다. 유리관의 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측 및 대극층을 가까이 댄 측 각각에, 티탄제 나사캡(덮개체)으로 강하게 마개를 한다. 요오드　40mM, 　LiI 500mM, 　t-Butylpyridine　580mM의 3－메톡시프로피오니트릴 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 덮개체의 관통공에 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)를, 관통공의 내측에서 외측으로는 기체 또는 전해액이 흐르고 외측에서 내측으로는 역류하지 않는 방향으로 끼워넣고, 체크 밸브의 머리를 나무망치로 두드려 고정한다. 체크 밸브 부분에 패킹을 대고 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(전지셀)를 제작한다.
이상 설명한 제2의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10a)는, 광조사에 의해 전지의 온도가 올라가고, 전해질의 열팽창으로 전지의 내압이 상승했을 때 캡을 느슨하게 함으로써, 체크 밸브(35)가 압 빼기로서 작용하기 때문에 투명 유리관(16)의 파손을 방지할 수가 있다.
또한, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10a)는 이하에 설명하는 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10b)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)의 제3의 변형예에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다. 제3의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10d)는, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 거의 같은 원통상의 색소 증감 태양전지 본체와 색소 증감 태양전지 본체의 개방단을 봉지하는 봉지부(14g)로 구성된다.
도 7에 나타내는 제3의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10d)는, 집전 전극(120a)과 돌기(172b)를 접속할 때에 봉지 구조(10c)와 같은 코일 스프링(68)을 사용하지 않고 직접 접속시켜, 나사산(82, 85)을 가지는 로드로 당해 접속 부분을 집전 전극 누르개(83) 및 볼트상 부재(81)로 고정하고 있는 점 외에는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)와 동일한 구조이다. 이 때문에 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)와 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 도 7에서는 도 5에 나타내는 것 같은 투명 유리관(16b)의 표시는 생략하고 있다.
또한, 도 7 중 참조 부호 122a는 절연층을, 참조 부호 26e는 덮개체를, 참조 부호 172c, 172d는 돌기를, 참조 부호 60c는 내덮개부를, 참조 부호 62e는 외덮개부를, 참조 부호 172a는 플랜지를 각각 나타낸다.
제3의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10d)에 대해서 구체적인 제작예를 설명한다.
세로 30mm, 가로 100mm, 두께 36㎛의 스테인리스강 메쉬(집전 전극)의 양면에, 두께 300nm로 되도록 티탄을 스퍼터링하고, 그 메쉬의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성한다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 스테인리스강 메쉬를 72시간 침지한다.
한편, 세로 31mm, 가로 110mm, 두께 40㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 32mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비한다.
내경 10.4mm×직관부 길이 90mm의 양단을 나사 가공한 유리관의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣는다. 그때 절연 시트의 단부가 대극의 내측으로 꺾어넣어지도록 한다. 또한 대극의 내측에 테플론제의 원기둥형의 절연체를 삽입한다. 또한 유리관의 일측에 집전 전극, 절연 시트 및 대극층을 가까이 대고, 타측에 대극층을 가까이 댄다.
또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 한다. 유리관의 집전 전극을 가까이 댄 측에는 집전 전극을 내덮개와 집전 전극 누르개로 끼워넣고 육각 나사로 고정한다. 대극층을 가까이 댄 측은 티탄제 나사캡(덮개체)으로 마개를 한다. 요오드　40mM, LiI 500mM, t-Butylpyridine 580mM의 γ부티롤락톤 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 덮개체의 관통공에 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)를, 관통공의 내측에서 외측으로는 기체 또는 전해액이 흐르고 외측에서 내측으로는 역류하지 않는 방향으로 끼워넣고, 체크 밸브의 머리를 나무망치로 두드려 고정한다. 체크 밸브 부분에 패킹을 대고 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(전지셀)를 제작한다.
이상 설명한 제3의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10d)는, 집전 전극과 내덮개부가 직접 접촉함으로써, 전지 내부의 저항이 작아지고, 효율적으로 발전을 할 수 있다. 또한, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10d)는 이하에 설명하는 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10b)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)의 제4의 변형예에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 제4의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10e)는, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 거의 같은 원통상의 색소 증감 태양전지 본체와 색소 증감 태양전지 본체의 개방단을 봉지하는 봉지부(14i, 14j)로 구성된다.
도 8에 나타내는 제4의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10e)는, 내덮개부(62c)와 투명 유리관(16c) 사이가 패킹(173a)으로 씰되고, 내덮개부(62d)와 투명 유리관(16c) 사이가 패킹(178a)으로 씰되고, 각각의 씰 부분을 외덮개부(도시하지 않음)에 의해 단단히 조여 봉지하는 점 외에는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)와 동일한 구조이다. 이 때문에 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)와 중복되는 설명은 생략한다. 본 봉지 구조(10e)는, 투명 유리관의 봉지 부분이 나사 고정 구조가 아니고 플랜지인 것을 특징으로 하고, 봉지 부분 구조가 단순하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있다. 본 봉지 구조(10e)의 경우는 봉지 부분을 클램프 체인 등 적당한 고정구로 단단히 조여 씰하는 것이 바람직하다. 이 경우 당해 고정구는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10c)에 있어서의 외덮개부(62a 및 62b)에 상당한다. 또, 클램프 체인 등 적당한 고정구로 단단히 조여 씰하는 대신에, 플랜지(16g, 16e, 60h, 60j)에 구멍을 뚫어 볼트로 단단히 조여 씰할 수도 있다. 이 경우 패킹 대신에 개스킷을 사용하여 씰한다.
또한, 봉지 구조(10c)의 돌기(74d)의 나사산(74e)과 마찬가지인 돌기(174d)의 나사산(274e), 및 캡(76)의 나사산(76a)이 설치된다.
도 8 중 참조 부호 124a는 대극층을, 참조 부호 26g, 26h는 덮개체를, 참조 부호 174f는 돌기를, 참조 부호 276은 캡을, 참조 부호 16d, 16f, 60g, 60i는 슬로프를, 참조 부호 274f, 274g는 관통공을, 280은 패킹을 각각 나타낸다.
제4의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10e)에 대해서 구체적인 제작예를 설명한다.
세로 50mm, 가로 120mm, 두께 36㎛의 텅스텐 메쉬(집전 전극)의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성한다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 텅스텐 메쉬를 72시간 침지한다.
한편, 세로 51mm, 가로 110mm, 두께 50㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 70mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비한다.
내경 25mm×직관부 길이 100mm의 양단이 플랜지 구조로 된 유리관(스풀 NW25)의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣는다. 그때 절연 시트의 단부가 대극의 내측으로 꺾어넣어지도록 한다. 또한 대극의 내측에 테플론제의 원기둥형의 절연체를 삽입한다. 또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 한다. 유리관의 집전 전극을 가까이 댄 측은 패킹(씰아우터링 NW25)을 붙인 유리관의 티탄제 플랜지형 캡(덮개체)을 삽입하고, 유리관의 플랜지면과 덮개체의 플랜지면 사이에 패킹을 끼워넣도록 맞춘다. 덮개체와 유리관의 슬로프에 원주 방향으로 클램프(클램프 체인　NW25)를 걸어 마개를 한다. 또한, 유리관에 삽입된 덮개체에 집전 전극을 집전 전극 누르개로 끼워 육각 나사로 고정한다. 대극층을 가까이 댄 측은 집전 전극을 가까이 댄 측과 마찬가지로, 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)가 붙은 티탄제 플랜지형 캡(덮개체)을 유리관에 삽입하고, 유리관의 플랜지면과 덮개체의 플랜지면 사이에 패킹을 끼워넣도록 맞춘다. 덮개체와 유리관의 슬로프에 원주 방향으로 클램프(클램프체인　NW25)를 걸어 마개를 한다. 이때 유리관 내벽에는 대극이 있기 때문에, 유리 내벽과 삽입된 덮개체의 간극에 대극이 끼워지게 되어 대극과 덮개체가 접촉하게 된다. 요오드　40mM, LiI 500mM, t-Butylpyridine 580mM의 γ부티롤락톤 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(전지셀)를 제작한다.
이상 설명한 제4의 변형예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10e)는, 투명 유리관의 봉지 부분이 나사 고정 구조가 아니라 플랜지이고 구조가 단순하기 때문에 저비용으로 제조할 수 있다. 또한, 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10e)는 이하에 설명하는 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10b)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
다음에, 도 3의 봉지 구조의 개략 단면도 및 도 4의 봉지 부품(덮개체부)의 조립 분해 단면도를 참조하여, 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조를 설명한다.
도 3 및 도 4에 나타내는 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10b)는, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 거의 같은 원통상의 색소 증감 태양전지 본체(12a)와 색소 증감 태양전지 본체(12a)의 개방단을 봉지하는 봉지부(14d)로 구성된다.
색소 증감 태양전지 본체(12a)는 투명 유리관(16a)의 일단부가 개방됨과 아울러 타단부가 폐색된 시험관상으로 형성된다. 또한, 투명 유리관(16a)은 확장 수축이 있는 투명 유리관(16)과 달리 스트레이트관이다. 다만, 이러한 형상의 차이는 덮개체의 형상, 치수와의 관계에서 적당히 설정할 수 있는 것이다.
색소 증감 태양전지 본체(12a)는 대극(42)이 봉상의 도전성 금속 재료로 형성됨과 아울러, 대극(42)의 일단부에 오목부(43)가 설치된다. 오목부(43)에는 암나사의 나사산(45)이 형성된다. 색소를 흡착한 다공질 반도체층(18)을 제외한 다른 전지 구성 부재는 대극(42)의 오목부(43)의 외주까지 뻗어나가 설치된다. 이러한 점을 제외하고, 색소 증감 태양전지 본체(12a)의 구성요소는 색소 증감 태양전지 본체(12)와 마찬가지기 때문에 중복되는 설명은 생략한다.
봉지부(14d)는 투명 유리관(16a)의, 수나사의 나사산(21b)을 가지는 일단부와, 봉지 부품으로 구성된다.
봉지 부품은 취출 전극으로 되는, 볼트상 부재(44) 및 덮개체부(46)와, 씰 부재인 복수의 패킹(48, 50, 52, 54)과, 너트(56)로 구성된다. 또한, 패킹(48, 50, 54)은 절연 패킹을 이용하지만, 패킹(52)은 적당한 패킹재를 이용할 수가 있다.
볼트상 부재(44)는 도전성 금속 재료로 형성되고, 봉상의 본체의 축방향 거의 중앙에 원반 플랜지상의 돌출부(44a)가 설치된다. 볼트상 부재(44)의 양단 외주에는 각각 수나사의 나사산(44b, 44c)이 설치된다.
덮개체부(46)는 도전성 금속 재료로 형성되는 일단부가 폐색된 원통 부재이다. 덮개체부(46)의 폐색된 저면에는 관통공(46a)이 형성된다. 덮개체(46)의 내측에는 원통상의 돌기부(46c)가 설치된다. 덮개체부(46)의 측면(외주벽)의 내측에 암나사의 나사산(46b)이 형성된다
너트(56)는 적당한 금속 부재 등으로 형성된다. 참조 부호 56a는 너트(56)의 내측에 형성되는 나사산을 나타낸다.
색소 증감 태양전지 본체(12a)에의 봉지 부품의 설치는 이하의 수순으로 행해진다.
패킹(48)을 개재하여 볼트상 부재(44)의 나사산(44b)측을 대극(42)의 오목부(43)에 틀어박는다. 이에 의해 볼트상 부재(44)는 대극(42)에 접촉하고, 볼트상 부재(44)는 대극(42)에 전기적으로 접속된다.
이어서, 볼트상 부재(44)의 돌출부(44a)의 나사산(44c)의 면에 맞닿도록 패킹(50)을 볼트상 부재(44)에 끼움과 아울러, 덮개체부(46)의 내측에 패킹(52)을 배치한 상태에서, 덮개체부(46)를 투명 유리관(16a)에 바깥으로 끼운다. 이때 덮개체부(46)의 돌기부(46c)가 집전 전극(20) 등이 외주에 설치된 대극(42)을 덮도록 미끄럼 접합하여, 덮개체부(46)는 집전 전극(20)에 전기적으로 접속된다. 또, 볼트상 부재(44)의 나사산(44b)측이 덮개체부(46)의 관통공(46a)을 삽통한다. 또한, 이때 볼트상 부재(44)의 돌출부(44a)의 외주와 덮개체부(46)의 돌기부(46c)의 내주 사이에는 충분한 간극이 설치되어 있지만, 양자의 접촉을 보다 확실히 막는 관점에서는, 돌출부(44a)의 외주와 덮개체부(46)의 돌기부(46c)의 내주 사이에 절연 스페이서를 배치하고, 혹은 또 양자가 근접하는 개소에 절연 피복을 설치하는 등 해두면 보다 바람직하다.
마지막으로, 패킹(54)을 개재하여 볼트상 부재(44)의 나사산(44b)측을 너트(56)로 나사 고정한다.
이에 의해 색소 증감 태양전지 본체(12a)의 개방측 단부가 확실히 밀폐됨과 아울러, 볼트상 부재(44)가 대극(42)의 취출 전극으로서, 그리고 덮개체부(46)가 집전 전극(20)의 취출 전극으로서 각각 기능한다.
또한, 상기와 같이 볼트상 부재(44) 및 덮개체(46)는 각각 도전성 금속 부재로 형성되지만, 이 대신에 이들 부재의 본체 혹은 외주부를 절연 재료로 형성하고, 예를 들면 그 중심에 축방향으로 관통하여 뻗어나가는 도전성 금속 부재를 설치하는 구성으로 해도 좋다.
이상 설명한 본 실시의 형태의 제2의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10b)는, 본 실시의 형태의 제1의 예에 관계되는 색소 증감 태양전지의 봉지 구조(10)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 특히 투명 유리관(16a)의 일단부가 폐색되어 있기 때문에 색소 증감 태양전지 본체를 보다 확실히 밀폐할 수가 있다. 또, 2개의 취출 전극이 색소 증감 태양전지 본체의 일단측에 집적하여 설치되어 있기 때문에 전극 리드를 배선하는데 편리하다.
다음에, 본 실시의 형태에 관계되는 색소 증감 태양전지(광전 변환 소자)는 상기의 어느 것인가의 봉지 구조를 가진다.
이에 의해 상기의 봉지 구조의 효과를 매우 적합하게 얻을 수 있다.
다음에, 본 실시의 형태에 관계되는 색소 증감 태양전지(광전 변환 소자) 모듈은, 상기의 색소 증감 태양전지의 복수개를, 취출 전극에 접속되는 전극 리드를 개재하여 직렬로 또는 병렬로 배열한다.
이에 의해 상기의 봉지 구조의 효과를 매우 적합하게 얻을 수 있다.
이하에 태양전지 특성을 측정한 본 발명의 실시예에 대해서 더 설명한다. 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
세로 30mm, 가로 100mm, 두께 40㎛의 스테인리스강 메쉬(집전 전극)의 양면에, 두께 300nm로 되도록 티탄을 스퍼터링하고, 그 메쉬의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성하였다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 스테인리스강 메쉬를 72시간 침지하였다.
한편, 세로 31mm, 가로 110mm, 두께 50㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 50mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비하였다.
내경 10.4mm×직관부 길이 90mm의 양단을 나사 가공한 유리관의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣었다. 또한 유리관의 일측에 집전 전극, 절연 시트 및 대극층을 가까이 대고, 타측에 대극층을 가까이 대었다.
또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 하였다. 유리관의 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측 및 대극층을 가까이 댄 측 각각, 티탄제 나사캡(덮개체)으로 강하게 마개를 하였다. 요오드　40mM, 　LiI 500mM, 　t-Butylpyridine 580mM의 3－메톡시프로피오니트릴 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 덮개체의 관통공에 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)를, 관통공의 내측에서 외측으로는 기체 또는 전해액이 흐르고 외측에서 내측으로는 역류하지 않는 방향으로 끼워넣고, 체크 밸브의 머리를 나무망치로 두드려 고정한다. 체크 밸브 부분에 패킹을 대고 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(A)를 제작하였다. 이것을 23±2℃의 방에서 보관하였다.
제작한 색소 증감 태양전지(A)에, 솔라 시뮬레이터(solar simulator)를 이용하여 AM1.5, 100mW/cm2의 의사 태양광을 조사하여 태양전지 특성을 측정하였다. 보관 1개월 후의 변환 효율은 4.2%였다. 또, 보관 5개월 후의 변환 효율은 4.0%였다.
(실시예 2)
세로 30mm, 가로 100mm, 두께 36㎛의 텅스텐 메쉬(집전 전극)의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성하였다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 텅스텐 메쉬를 72시간 침지하였다.
한편, 세로 31mm, 가로 110mm, 두께 50㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 50mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비하였다.
내경 10.4mm×직관부 길이 90mm의 양단을 나사 가공한 유리관의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣었다. 그때 절연 시트의 단부가 대극의 내측으로 꺾어넣어지도록 하였다. 또한 대극의 내측에 테플론제의 원기둥형의 절연체를 삽입하였다. 또한 유리관의 일측에 집전 전극, 절연 시트 및 대극층을 가까이 대고, 타측에 대극층을 가까이 대었다.
또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 하였다. 유리관의 집전 전극을 가까이 댄 측에는 집전 전극을 내덮개와 집전 전극 누르개로 끼워넣어 육각 나사로 고정하였다. 대극층을 가까이 댄 측은 티탄제 나사캡(덮개체)으로 강하게 마개를 하였다. 요오드　40mM, 　LiI 500mM, 　t-Butylpyridine 580mM의 3－메톡시프로피오니트릴 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 덮개체의 관통공에 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)를, 관통공의 내측에서 외측으로는 기체 또는 전해액이 흐르고 외측에서 내측으로는 역류하지 않는 방향으로 끼워넣고, 체크 밸브의 머리를 나무망치로 두드려 고정한다. 체크 밸브 부분에 패킹을 대고 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(도 7 중 화살표 B로 나타낸다)를 제작하였다. 이것을 23±2℃의 방에서 보관하였다.
제작한 색소 증감 태양전지(B)에, 솔라 시뮬레이터를 이용하여 AM1.5, 100mW/cm2의 의사 태양광을 조사하여 태양전지 특성을 측정하였다. 보관 1개월 후의 변환 효율은 4.4%였다. 또, 보관 5개월 후의 변환 효율은 4.5%였다.
(실시예 3)
세로 50mm, 가로 120mm, 두께 36㎛의 텅스텐 메쉬(집전 전극)의 일측에 티타니아 페이스트를 건조 막 두께가 15㎛의 두께로 되도록 도포하고, 500℃에서 30분 소성하여 티타니아(다공질 반도체층)를 형성하였다. 그리고 0.05wt%의 색소 용액(블랙다이, 솔라로닉스사제, 아세토니트릴：t부틸알코올=1:1)에 상기의 티타니아 부착의 텅스텐 메쉬를 72시간 침지하였다.
한편, 세로 51mm, 가로 110mm, 두께 50㎛의 티탄박(순도 99.5% 이하)을 백금으로 스퍼터링한 대극과, 세로 70mm, 가로 110mm, 두께 32㎛의 절연 시트(절연층)를 준비하였다.
내경 25mm×직관부 길이 100mm의 양단이 플랜지 구조로 된 유리관(스풀 NW25)의 내부에 대극에 티타니아가 붙은 측을 외측을 향해 둥글게 한 집전 전극을 끼워넣고, 또 그 집전 전극의 내측에 절연 시트를 둥글게 하여 관상으로 하여 천천히 끼워넣고, 그 내측에 대극을 둥글게 하여 끼워넣었다. 그때 절연 시트의 단부가 대극의 내측으로 꺾어넣어지도록 하였다. 또한 대극의 내측에 테플론제의 원기둥형의 절연체를 삽입하였다. 또한 집전 전극과 절연층을 가까이 댄 측에는 절연 패킹을 대어, 대극층과 집전 전극이 접촉하여 단락하지 않게 하였다. 유리관의 집전 전극을 가까이 댄 측은 패킹(씰아우터링 NW25)을 붙인 유리관의 티탄제 플랜지형 캡(덮개체)을 삽입하고, 유리관의 플랜지면과 덮개체의 플랜지면 사이에 패킹을 끼워넣도록 맞추었다. 덮개체와 유리관의 슬로프에 원주 방향으로 클램프(클램프 체인 NW25)를 걸어 마개를 하였다. 또한, 유리관에 삽입된 덮개체에 집전 전극을 집전 전극 누르개로 끼워 육각 나사로 고정하였다. 대극층을 가까이 댄 측은 집전 전극을 가까이 댄 측과 마찬가지로, 티탄제 플랜지형 캡(덮개체)을 유리관에 삽입하고, 유리관의 플랜지면과 덮개체의 플랜지면 사이에 패킹을 끼워넣도록 맞추었다. 덮개체와 유리관의 슬로프에 원주 방향으로 클램프(클램프 체인　NW25)를 걸어 마개를 하였다. 이때 유리관 내벽에는 대극이 있기 때문에, 유리 내벽과 삽입된 덮개체의 간극에 대극이 끼워지게 되어 대극과 덮개체가 접촉하게 된다. 요오드　40mM, LiI 500mM, t-Butylpyridine 580mM의 γ부티롤락톤 용액으로 이루어지는 전해질을 주입 후, 덮개체의 관통공에 체크 밸브(Lee사제 CCRM2550269S)를, 관통공의 내측에서 외측으로는 기체 또는 전해액이 흐르고 외측에서 내측으로는 역류하지 않는 방향으로 끼워넣고, 체크 밸브의 머리를 나무망치로 두드려 고정한다. 체크 밸브 부분에 패킹을 대고 캡을 닫아 색소 증감 태양전지(C)를 제작하였다. 이것을 23±2℃의 방에서 보관하였다.
제작한 색소 증감 태양전지(C)에, 솔라 시뮬레이터를 이용하여 AM1.5, 100mW/cm2의 의사 태양광을 조사하여 태양전지 특성을 측정한 바, 보관 1개월 후의 변환 효율은 3.7%였다. 또, 보관 5개월 후의 변환 효율은 3.5%였다.
10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e　색소 증감 태양전지의 봉지 구조
12, 12a　색소 증감 태양전지 본체
14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14i, 14j　봉지부
16, 16a, 16b, 16c　투명 유리관
18　색소를 흡착한 다공질 반도체층
20, 20a, 120a　집전 전극
21a, 21b, 27a, 27b, 38, 40, 44b, 44c, 45, 46b, 56a, 74e, 76a, 82, 274e, 276a, 85　나사산
22, 22a, 122a　절연층
24, 24a, 124a　대극층
26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26g, 26h　덮개체
28a, 28b, 30a, 30b, 66, 72b, 72c, 72d, 74b, 74c, 74d, 172b, 172c, 172d, 174d, 174f　돌기
29a, 29b, 43　오목부
32　절연 패킹
34a, 34b, 48, 50, 52, 54, 73, 74a, 78, 80, 173a, 178a, 280　패킹
35　체크 밸브
42　대극
44, 81　볼트상 부재
44a　돌출부
46　덮개체부
46c　돌기부
56　너트
60a, 60b, 60c, 62c, 62d　내덮개부
62a, 62b, 62e　외덮개부
64　절연체　
16e, 16g, 60h, 60j, 66a, 72a, 74a, 172a　플랜지
68　코일 스프링
76, 276　캡
16d, 16f, 60g, 60i　슬로프
84, 172e, 274f, 274g　관통공
83　집전 전극 누르개

Claims (7)

  1. 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 측면을 수광면으로 하고, 당해 투명 부재의 내부에 직경 방향으로 층상으로 광전 변환 셀 구성 부재가 배열되어 이루어지고,
    당해 투명 부재의 양단부에 한 쌍의 덮개체가 설치되고,
    당해 한 쌍의 덮개체는 각각 당해 투명 부재의 축방향으로 뻗어나가는 도전성 금속부를 가지고, 당해 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 한 쌍의 전극의 어느 일방에 전기적으로 접속되어 취출(取出) 전극으로 되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 봉지 구조.
  2. 일단측이 폐색된 원통상 또는 원뿔대상의 투명 부재의 측면을 수광면으로 하고, 당해 투명 코어 부재의 내부에 직경 방향으로 층상으로 광전 변환 셀 구성 부재가 배열되어 이루어지고,
    당해 투명 부재의 개방측 단부에 덮개체부가 설치되고,
    당해 덮개체부는 서로 절연되어 축방향으로 관통하여 뻗어나가는 2개의 도전성 금속부를 가지고, 하나의 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 하나의 전극에 전기적으로 접속됨과 아울러 다른 하나의 도전성 금속부의 일단측이 광전 변환 셀 구성 부재의 다른 하나의 전극에 전기적으로 접속되어, 각각 취출 전극으로 되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 봉지 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,　
    상기 광전 변환 소자가 색소 증감 태양전지이고, 상기 광전 변환 셀 구성 부재가, 색소를 포함하는 다공질 반도체층, 전해질층 및 한 쌍의 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 봉지 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자가 색소 증감 태양전지이고, 상기 광전 변환 셀 구성 부재가, 색소를 포함하는 다공질 반도체층, 전해질층 및 한 쌍의 전극층을 포함하고,
    당해 한 쌍의 전극층 중의 대극층을 최내층으로 하고, 당해 대극층의 내측에 절연재를 삽통하여 당해 대극층을 지지하고, 당해 한 쌍의 전극층 중의 애노드 전극의 일단부를 수속(收束)하여 수속부를 형성하고,
    당해 한 쌍의 덮개체를 각각 내덮개부와 외덮개부의 2체 구조로 하고, 하나의 덮개체의 내덮개부를 당해 대극층의 내측에 미끄럼 접합하여 당해 대극층에 전기적으로 접속함과 아울러 당해 하나의 덮개체의 외덮개부에 형성하는 개구로부터 노출되고, 다른 하나의 덮개체의 내덮개부를 당해 애노드 전극의 수속부에 눌러 당해 애노드 전극에 전기적으로 접속함과 아울러 당해 다른 하나의 덮개체의 외덮개부에 형성하는 개구로부터 노출되고, 당해 한 쌍의 덮개체의 각각의 외덮개부로 당해 광전 변환 셀 구성 부재의 최외층의 단부를 봉지하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 봉지 구조.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개체가 상기 전해질층에 연통하여 축방향으로 관통하는 관통공을 가지고, 당해 관통공에 체크 밸브가 부착되고, 캡에 의해 봉지되는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 봉지 구조.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 광전 변환 소자의 봉지 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  7. 제6항에 기재된 광전 변환 소자의 복수개를, 상기 취출 전극에 접속되는 전극 리드를 개재하여 직렬로 또는 병렬로 배열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자 모듈.
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