TWI665808B - 色素增感太陽電池單元之積體結構及發電百葉用板條 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種色素增感太陽電池單元之積體結構，其特徵在於：具有該色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間的結構而成，該色素增感太陽電池單元至少具有光電極及與該光電極相對向地設置之對向電極，該一對基材中之至少一內面側被設為具有導電性之導電層，該導電層與該光電極或該對向電極電連接。

Description

色素增感太陽電池單元之積體結構及發電百葉用板條
本發明係關於一種色素增感太陽電池單元之積體結構及發電百葉用板條。
本申請案係基於在2014年3月28日於日本提出申請之日本專利特願2014-068327號並主張優先權，將其內容引用於本文中。
近年來，作為代替化石燃料之清潔能源之發電裝置，太陽電池備受矚目，並不斷推進矽系太陽電池、色素增感太陽電池或有機薄膜太陽電池等之開發。
尤其是色素增感太陽電池由於具有高光電轉換效率，並且因價格便宜而容易量產，故而其結構及製造方法被廣泛研究。又，於太陽電池之低成本化亦於全世界正活躍地進行之期間，色素增感太陽電池被期待作為下一代之太陽電池。
如上述之色素增感太陽電池一般具備光電極、對向電極、及電解液或電解質層而構成，又，一般情況下，作為光電極，至少具有透明 導電層、半導體層、色素而構成。於此種色素增感太陽電池中，例如若對光電極側照射光，則吸附於半導體層之色素吸收光，色素分子內之電子被激發，並將該電子傳遞至半導體。而且，於光電極側產生之電子通過外部電路移動至對向電極側，該電子通過電解質返回至光電極側。藉由反覆進行此種過程，而成為產生電能之構成。
於如上述之背景下，近年來，提出有將色素增感太陽電池應用於遮陽用之百葉(例如參照非專利文獻1)。然而，於非專利文獻1中，並未揭示將色素增感太陽電池應用於百葉時之具體之構成。
又，提出有於百葉之葉片板(板條)上配置有複數個色素增感太陽電池之單元之結構(例如參照專利文獻1)。根據專利文獻1所記載之技術，如圖3A及圖3B之模式圖所示，於百葉之板條100之表面，排列安裝複數個色素增感太陽電池單元101，此處雖省略圖示，但設為複數個色素增感太陽電池單元101各者之間經接線而電連接之構成。
然而，於專利文獻1所揭示之結構中，需要色素增感太陽電池單元所產生之電流於該色素增感太陽電池單元所具備之導電性基板中沿板條的長條方向流動，故而於該導電性基板之電阻值高之情形時，或板條之長條方向尺寸長之情形時，存在電流之電阻損失大、發電性能降低之問題。又，若為如專利文獻1般將色素增感太陽電池單元以露出狀態配置於板條上之構成，則實際情況為不僅自發電性能之觀點，而且自耐久性或美觀之觀點而言，均難言適於實用化。
[專利文獻1]日本特開2007-113365號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]NEDO成果報告書(獨立行政法人 新能源-產業技術綜合開發機構)；http：//WWW.nedo.go.jp/content/100507018.pdf
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種能以具有與習知以來使用之設備所具備者相同的形狀之構件進行發電，發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異之色素增感太陽電池單元之積體結構及應用該積體結構而成之發電百葉用板條。
請求項1所記載之發明係色素增感太陽電池單元之積體結構，其特徵在於：具有該色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間的結構而成，該色素增感太陽電池單元至少具有光電極及與該光電極相對向地設置之對向電極，該一對基材之內面側被設為具有導電性之導電層，該光電極係半導體層及色素依序積層於導電性樹脂基板上而成，該對向電極係觸媒層積層於金屬箔上而成，該導電層與該光電極係藉由該一對基材中之一者所具備的該導電層與該導電性樹脂基板連接而電連接，該導電層與該對向電極係藉由該一對基材中之另一者所具備的該導電層與該金屬箔面連接而電連接。
根據本發明，由於為如下構成，故而能以具有與既有之設備所具備者同樣之形狀之構件進行利用光之發電：具有色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間之結構，且設置於一對基材之至少一者之導電層與 光電極或對向電極連接。又，由於為如下構成，故而使色素增感太陽電池單元所產生之電流通過導電層供給至外部時之電阻降低，而發電性能提高：於基材之內面側配置導電層，將色素增感太陽電池單元所具備之電極連接於導電層。
進而，藉由具有色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間之結構，可利用一對基材將色素增感太陽電池單元、進而色素增感太陽電池單元之周圍密封，故而對風雨或設置環境等之耐久性提高。又，由於為色素增感太陽電池單元不露出而被一對基材覆蓋之結構，故而美觀特性亦優異。
並且，藉由尤其是由金屬箔構成色素增感太陽電池單元之對向電極中與導電層之連接部，而可降低與導電層之間的接觸電阻，故可進一步顯著地獲得上述發電性能提高之效果。又，各電極使用導電性樹脂基板或金屬箔，藉此色素增感太陽電池單元之總膜厚變薄，應用於百葉或天遮(awning)等時之美觀特性提高。
請求項2所記載之發明係請求項1之色素增感太陽電池單元之積體結構，其特徵在於：於該一對基材中與該光電極側接觸之基材的至少一部分，形成有至少1個透光用之開口部。
根據本發明，藉由於與光電極側接觸之基材之至少一部分形成開口部，例如即便是由遮光膜等構成一對基材之情形時，亦可使光高效率地入射至色素增感太陽電池單元之光電極，故而可同時實現優異之發電性能及美觀特性。
請求項3所記載之發明係請求項2之色素增感太陽電池單元之積體結構，其特徵在於：於具有該開口部之基材的內面側及外面側之至 少一側，設置有覆蓋該開口部之透明基板。
根據本發明，藉由於基材上設置覆蓋開口部之透明基板，可將色素增感太陽電池單元確實地密封於一對基材之間，故而可確保優異之耐久性。
請求項4所記載之發明係請求項1至3中任一項之色素增感太陽電池單元之積體結構，其特徵在於：該導電層之片電阻小於連接於該導電層之該光電極或該對向電極的片電阻。
根據本發明，藉由設為導電層之片電阻小於該導電層所連接之光電極或對向電極之片電阻之構成，而色素增感太陽電池單元所產生之電流通過導電層供給至外部時之電阻被更有效地降低，從而發電性能進一步提高。
請求項5所記載之發明係發電百葉用板條，其特徵在於：具有請求項1至4中任一項之色素增感太陽電池單元之積體結構而成。
根據本發明，由於為應用上述構成之色素增感太陽電池單元的積體結構之發電百葉用板條，故而與上述同樣，發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異。
根據本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構，藉由上述之解決手段發揮以下之效果。
即，根據本發明，由於具有色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間之結構，且設置於一對基材之至少一者之導電層與光電極或對向電極連接，故而能以具有與既有之設備所具備者同樣之形狀的構件進行利用光之 發電。又，由於為將色素增感太陽電池單元所具備之電極連接於基材之內面側所配置之導電層的構成，故而使色素增感太陽電池單元所產生之電流通過導電層供給至外部時之電阻降低，而發電性能提高。進而，由於為色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間之結構，故而可利用一對基材將色素增感太陽電池單元，進而色素增感太陽電池單元之周圍密封，而耐久性提高，並且由於為色素增感太陽電池單元被一對基材覆蓋之結構，故而美觀特性亦提高。
因此，藉由將上述結構應用於習知以來使用之設備所具備之構件，而發揮可實現發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異之色素增感太陽電池單元之積體結構的效果。
又，根據本發明之發電百葉用板條，由於為應用上述構成之色素增感太陽電池單元的積體結構之發電百葉用板條，故而可構成發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異之百葉。
A‧‧‧色素增感太陽電池單元之積體結構(發電百葉用板條)
1‧‧‧色素增感太陽電池單元
5‧‧‧一對基材
5A‧‧‧一基材
5B‧‧‧另一基材
5a‧‧‧外面
5b‧‧‧內面
51‧‧‧導電層
52‧‧‧開口部
53‧‧‧透明基板
54‧‧‧密封堰部
10‧‧‧光電極
11‧‧‧導電性樹脂基板(光電極)
11a‧‧‧透明基材(光電極)
11b‧‧‧導電材料層(光電極)
12‧‧‧半導體層
13‧‧‧色素
20‧‧‧對向電極
21‧‧‧導電性樹脂基板(對向電極)
21a‧‧‧基材(對向電極)
21b‧‧‧導電材料層(對向電極)
22‧‧‧觸媒層
30‧‧‧電解質
40‧‧‧單元密封材
6A、6B‧‧‧接線部
7‧‧‧積體密封材
圖1A係對作為本發明之一實施形態的色素增感太陽電池單元之積體結構進行說明之圖，係表示將上述色素增感太陽電池單元之一部分進行分解之狀態之立體圖。
圖1B係對作為本發明之一實施形態的色素增感太陽電池單元之積體結構進行說明之圖，係組裝狀態下之圖1A中所示之A-A剖面圖。
圖2係就作為本發明之一實施形態之色素增感太陽電池單元的積體結構，對將該積體結構應用於發電百葉用板條之例進行說明之圖，係表示將 圖1A及圖1B所示之色素增感太陽電池單元之積體結構應用於將色素增感太陽電池單元組入製成長條之百葉之例的俯視圖。
圖3A係表示習知之色素增感太陽電池單元的安裝結構之立體圖。
圖3B係表示習知之色素增感太陽電池單元的安裝結構之圖，係圖3A中所示之B-B剖面圖。
以下，參照圖式對本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構及應用該積體結構而成之發電百葉用板條之一實施形態，一面適當參照圖1及圖2一面說明其構成。再者，關於以下之說明中所使用之圖式，存在為了容易理解其特徵，為方便起見，而將成為特徵之部分放大表示之情況，存在各構成要素之尺寸比率等與實際不同之情況。又，以下之說明中所例示之材料、尺寸等為一例，本發明並不限定於其等，可於不變更其主旨之範圍內，適當進行變更而實施。
<色素增感太陽電池單元之積體結構(發電百葉用板條)>
本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A如圖1A及圖1B所示，係具有如下結構而成：至少具有光電極10、及與該光電極10相對向地設置之對向電極20之色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5(5A、5B)之間。而且，本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A係將一對基材5A、5B中之至少一內面5b側、於圖示例中為一對基材5A、5B兩者之內面5b設為具有導電性之導電層51、51，該導電層51、51與光電極10及對向電極20電連接而被大致構成。又，於圖示例中，光電極10所具備之 導電性樹脂基板11、及對向電極20所具備之導電性樹脂基板21藉由接線部6A、6B而分別電連接於一對基材5A、5B之內表面5b側所設置之導電層51、51。
又，於本實施形態中，插入於一對基材5A、5B之間之色素增感太陽電池單元1藉由俯視觀察一對基材5A、5B時設置於周緣部附近之積體密封材7而密封。再者，於圖1A之局部分解立體圖中，為便於圖示，而省略積體密封材7之圖示。
又，關於圖1A及圖1B所示之色素增感太陽電池單元之積體結構A，為便於圖示，將色素增感太陽電池單元之積體結構A以短條之色素增感太陽電池單元1被設置1處之狀態表示。此處，如圖2所示，於將色素增感太陽電池單元之積體結構A以長條構成之情形時，可將一對基材5A、5B以長條之形式構成，進而亦可將色素增感太陽電池單元1以長條之形式構成。或者於本實施形態中，亦可設為於一對基材5A、5B之間配置有複數個短條之色素增感太陽電池單元1之構成，於此情形時，可藉由於一對基材5A、5B所設置之導電層51、51將色素增感太陽電池單元1各者之間電連接，故而可將配置有複數個之色素增感太陽電池單元1各者之間於不用接線連接之情況下電連接。
關於本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A，例如圖2所示般應用於發電百葉用之板條(羽片)，藉此可使用具有與習知以來之板條相同之形狀的色素增感太陽電池單元之積體結構A構成百葉。又，關於此種色素增感太陽電池單元之積體結構A，藉由用作與習知相同之百葉，而可於作為設置場所之高樓或房屋內之窗邊等進行光發電。又， 關於本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A，除如圖示例之作為百葉之用途以外，例如即便於應用於塑膠溫室之屋頂部或車棚(garage)之頂板、或遮陽板(sunshade)、天遮、車庫(carport)、建築物之壁面等之情形中，亦可與上述同樣地發揮各個通常之功能並且進行光發電。
以下，對形成色素增感太陽電池單元之積體結構A之各構成進行詳細敍述。
[色素增感太陽電池單元]
如上所述，色素增感太陽電池單元1至少具有：光電極10、及以與該光電極10之間具有一定厚度尺寸的方式相對向地配置之對向電極20。
又，於圖1A及圖1B中，在光電極10與對向電極20之間設置有電解質30，該電解質30被單元密封材40密封。
(光電極)
如圖1A及圖1B所示之例般，光電極10係依序將導電性樹脂基板11、半導體層12及色素13積層而成。於圖示例中，將光電極10之導電性樹脂基板11設為上側，與一基材5A相對向地配置。又，圖示例之導電性樹脂基板11係於透明基材11a之表面積層導電材料層11b而構成，與一基材5A之內面5b側所設置之導電層51重疊，並且導電材料層11b藉由接線部6A而與導電層51電連接。
導電性樹脂基板11係成為光電極10之基板之透明構件，具有導電性並且可應用於光電極以及使用光電極之色素增感太陽電池等之製造及利用，且只要由相對於可見光為透明之材質構成，則其材質等並無特別限定。例如，自提高對於具有彎曲部或凹凸部等場所之設置自由度之方 面而言，作為導電性樹脂基板11，較佳使用由透明之導電性樹脂材料構成之膜基材。作為此種樹脂材料，例如可列舉將由ITO(摻錫氧化銦)或FTO(摻氟氧化錫)、ATO(摻銻氧化錫)、GZO(摻鎵氧化鋅)、AZO(摻鋁氧化鋅)構成之導電材料層11b於由PET(聚對苯二甲酸乙二酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二酯)、聚碳酸酯、丙烯酸等樹脂構成之透明基材11a上成膜而得者。又，作為導電性樹脂基板11，可列舉將銀、銅、鋁、鐵、鈦、不鏽鋼、鎳、錳、鋅等金屬，或合金以網狀之形式製成導電材料層11b，並將其於由上述樹脂構成之透明基材11a上成膜而得之膜等。藉由將此種樹脂材料用於導電性樹脂基板11，可製造使用輕量、薄且可撓性之光電極而成之色素增感太陽電池等。
可將導電性樹脂基板11設為如上述般將導電材料層11b積層於透明基材11a的表面之構成，於此情形時，如圖1B所示之例般，可藉由利用接線部6A將導電材料層11b與導電層51連接，從而電連接。
再者，亦可將基材11a著色。著色較佳使本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構不妨礙與發電所需之光波長對應之光之透射。
構成光電極10之半導體層12形成於導電性樹脂基板11上，其材料並無特別限定，可無任何限制地使用可吸附下述色素13之習知以來色素增感太陽電池的光電極所使用之半導體材料。作為此種半導體材料，例如可使用由氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、鈦酸鍶(SrTiO3)等金屬氧化物構成之多孔質材料等。
於藉由金屬氧化物半導體之微粒子構成半導體層12之情形時，半導體層12亦可為藉由將含有金屬氧化物半導體的微粒子之公知之焊 膏於導電性樹脂基板11上燒成而形成者。又，亦可藉由將金屬氧化物半導體之微粒子利用搬送氣體吹附至導電性樹脂基板11上，而以於微粒子彼此接合之狀態下形成的多孔質結構之形式構成半導體層12。作為如上述之將金屬氧化物半導體之微粒子吹附至導電性樹脂基板11上而形成多孔質結構之半導體層12的方法，例如可列舉氣溶膠沈積法(aerosol deposition method，AD法)。
此處，作為構成半導體層12之金屬氧化物半導體的微粒子之一次粒徑，存在根據將該微粒子於導電性樹脂基板11上成膜之方法而較佳範圍不同之情況，但通常較佳為1nm~500μm，更佳為1nm~250μm，進而較佳為5nm~100μm，尤佳為10nm~10μm。再者，作為求得金屬氧化物半導體之微粒子之一次粒徑的方法，例如可列舉根據藉由使用雷射繞射式粒度分佈測量裝置之測量而獲得之體積平均直徑的分佈之峰值而決定的方法；或藉由SEM觀察而測量複數個(至少30個)微粒子之長徑方向的尺寸之後、算出其平均值之方法等。該等之中，較佳藉由SEM觀察而測量金屬氧化物半導體之微粒子之一次粒徑。
較佳將半導體層12製成多孔質結構。如此，藉由至少將半導體層12之表面製成多孔質結構，可使下述色素13可吸附於半導體層12上之面積增加，從而增加色素之吸附量。藉此，可提高轉換效率，獲得高電池特性。
色素13係於光電極10中以吸附於半導體層12的方式形成之由增感色素構成之層。該色素13具有被所照射之光激發而釋出電子之作用。而且，自色素13釋出之電子被傳輸至能隙寬之半導體層12，並於該半 導體層12內擴散，從而順利地移動至導電性樹脂基板11。
構成光電極10之色素13較佳以吸附於半導體層12之方式設置，且較佳以半導體層12之表面(亦包含內面)被色素13覆蓋之方式形成。
作為如上述般藉由所照射之光而釋出電子之色素13，例如可列舉釕錯合物，或花青及葉綠素等有機色素。又，作為色素13，自吸收之波長區域寬之方面及光激發之壽命長、傳輸至半導體層12之電子穩定之方面而言，較佳為釕錯合物，更具體而言，較佳為順式-二(硫氰酸基)-雙(2,2'-聯吡啶-4,4'-二羧酸)釕(II)(有時被稱為N3)、該順式-二(硫氰酸基)-雙(2,2'-聯吡啶-4,4'-二羧酸)釕(II)之雙-四丁基銨鹽(有時被稱為N719)、三(硫氰酸基)-(4,4',4"-三羧基-2,2'：6',2"-三聯吡啶)釕之三-四丁基銨鹽等。
(對向電極)
如圖1A及圖1B所示之例般，對向電極20係於導電性樹脂基板21上積層觸媒層22而構成，於圖示例中，將對向電極20之導電性樹脂基板21設為下側，與另一基材5B相對向地配置。又，圖示例之導電性樹脂基板21係於基材21a之表面積層導電材料層21b而構成，與另一基材5B之內表面5b側所設置之導電層51重疊，並且導電材料層21b藉由接線部6B與導電層51電連接。
導電性樹脂基板21係成為對向電極20之基台之構件，只要由可應用於色素增感太陽電池單元1之製造及利用之材質構成，則其材質等並無特別限定，但自可實現光電極10側與對向電極20之兩面受光之觀點 而言，較佳與上述之光電極10之情形同樣地由具有導電性之透明構件構成，且相對於可見光為透明之材質。又，與光電極10所具備之導電性樹脂基板11同樣地，自提高對於具有彎曲部或凹凸部等之場所的設置自由度之方面而言，作為導電性樹脂基板21，較佳使用由透明之導電性樹脂材料構成之膜基材，例如可列舉將由ITO、FTO、ATO、GZO、AZO構成之導電材料層21b於由PET、PEN、聚碳酸酯、丙烯酸等樹脂構成之基材21a上成膜而得者。又，作為導電性樹脂基板21，可列舉將銀、銅、鋁、鐵、鈦、不鏽鋼、鎳、錳、鋅等金屬，或合金以網狀之形式製成導電材料層21b，並將其於由上述樹脂構成之基材21a上成膜而得之膜等。
藉由將如上述之樹脂材料用於導電性樹脂基板21，可製造使用輕量、薄且可撓性之光電極而成之色素增感太陽電池等。
又，導電性樹脂基板21未必有具有透明性之必要性，例如除使用將由鐵、鋁、不鏽鋼、銅、銀、鈦、鉑、金、鉬、錳、鉻、鎳等金屬，或合金構成之導電材料層21b於由PET、PEN、聚碳酸酯、丙烯酸等樹脂構成之基材23上成膜而得者以外，亦可使用由上述金屬材料構成之金屬箔等代替導電性樹脂基板21。
此處，於作為基材21a，例如使用與光電極10所使用之透明基材11a同樣的材料之情形時，藉由利用接線部6B將導電性樹脂基板21與導電層51之間連接，可將該等電連接。另一方面，於基材21a使用金屬箔等導電材料之情形時，在不使用上述之接線部6B之情況下將導電性樹脂基板21與導電層51之間電連接。即，於此情形時，由於為導電性樹脂基板21與導電層51直接電連接之構成，故而接觸電阻得以降低。藉此，可將色 素增感太陽電池單元1所產生之電流高效率地向外部送出，故而更顯著地獲得發電性能提高之效果。
再者，於導電性樹脂基板21之基材21a使用金屬箔之情形，或使用金屬箔代替導電性樹脂基板21之情形時，例如可採用由厚度為0.1~800μm、較佳為0.2~200μm之金屬材料構成之金屬箔。
觸媒層22例如藉由濺鍍法或印刷法而形成於導電性樹脂基板21之板面上。作為該觸媒層22，選擇對於下述電解質30之氧化還原反應具有觸媒性能之材料，例如可列舉金(Au)、鉑(Pt)等金屬觸媒，此外可列舉奈米碳管、石墨(graphite)等導電性碳，或聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等導電性高分子等。或者作為觸媒層22，亦可使用於導電性樹脂基板21板面上成膜具有導電性之ITO膜或FTO膜之後，於其上將Pt等金屬觸媒成膜而得者。
再者，對於照射至色素增感太陽電池之光，導電性樹脂基板21及觸媒層22亦可並非透明，例如自確保光照射方向之自由度之觀點而言，較佳為透明。
(電解質)
電解質30填充於在光電極10與對向電極20之間且被單元密封材40包圍之空間。電解質30係由用以使電流於色素增感太陽電池單元1中連續地流動且含有產生氧化還原反應的氧化還原電對之物質構成。作為此種氧化還原電對，例如可列舉碘氧化還原(iodine redox)等。於含有碘氧化還原之電解質30中，例如使用於乙腈或丙腈等非水系溶劑，或碘化二甲基丙基咪唑鎓或碘化丁基甲基咪唑鎓等離子性液體等中混合碘化鋰與碘而成之溶 液。又，亦可於不脫離本發明之宗旨之範圍內，於電解質30中含有填料或增黏劑等其他添加劑。
再者，電解質30中氧化還原電對之濃度並無特別限制，但於電解質30為液體狀之電解液之情形時，較佳為0.1~10mol/L，更佳為0.2~2mol/L。又，向電解質30之溶劑中添加碘之情形時的碘濃度之較佳範圍為0.01~1mol/L。
又，電解質30亦可含有習知公知之導電性高分子。
又，於本實施形態中，電解質30亦可使用半固體狀(凝膠狀)或固體狀者代替液體狀之電解質。作為此種電解質30，例如可應用藉由向電解液中添加膠化劑或增黏劑，視需要去除溶劑，而使電解液凝膠化或固體化而得者。如此，藉由使用凝膠狀或固體狀之電解質30代替液體狀之電解質，而消除電解液自色素增感太陽電池單元1，進而自色素增感太陽電池單元之積體結構A洩漏之風險。
(單元密封材)
作為單元密封材40，較佳可將電解質30保持在電池單元內部之構件。作為此種單元密封材40，例如可應用習知公知之由熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂或紫外線硬化性樹脂等合成樹脂構成者。
[積體結構]
如上所述，本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A具有如圖1A及圖1B所示之上述構成的色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5A、5B之間的結構。而且，色素增感太陽電池單元之積體結構A將一對基材5A、5B中之至少一內面5b側設為具有導電性之導電層51，並將該導電 層51與光電極10及/或對向電極20電連接。
(一對基材)
本實施形態中所說明之一對基材5A、5B例如可由膜狀之透明樹脂材料等構成，作為色素增感太陽電池單元之積體結構A中之支持基板或殼體發揮功能。又，一對基材5A、5B藉由以與百葉之板條或塑膠溫室之屋頂部，或車棚之頂板或遮陽板、天遮、車庫、建築物之壁面等所例示之既有設備所具備者相同的板狀構件之形式構成，從而色素增感太陽電池單元之積體結構A可應用於上述之各部位。
作為形成一對基材5A、5B之材料，可使用如上述例示之與應用色素增感太陽電池單元之積體結構A的既有構件相同者，例如可無任何限制地採用透明、兼具耐熱性及耐候性等之樹脂材料等。作為此種材料，例如可例示上述膜狀之透明樹脂材料等，此外可例示氯乙烯等不透明樹脂材料，或鋁、不鏽鋼、鎳、鎂、錳、金、銀、銅、鈦薄板等金屬板、樹木等各種材料。
再者，亦可將基材5A著色。著色較佳使本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構不妨礙與發電所需之光波長對應之光之透射。
於本實施形態中例示之色素增感太陽電池單元之積體結構A中，如圖1A及圖1B所示，於一對基材5A、5B中之與光電極10側接觸之一基材5A之大致中央附近，形成有透光用之開口部52。又，於圖2所示之長條之色素增感太陽電池單元之積體結構A中，在一基材5A之寬度方向上大致中心附近，跨及長條方向設置有細長地形成之開口部52。
如此，藉由於與光電極10側接觸之基材(一基材5A)之至 少一部分形成開口部52，而即便為例如由遮光膜或金屬板等構成一對基材5A、5B之情形，亦可使光高效率地入射至光電極10。
藉此，即便為將色素增感太陽電池單元之積體結構A應用於遮光構件之情形時，亦可維持優異之發電性能，並且亦獲得優異之美觀特性。
再者，於由透明材料構成一對基材5A、5B之情形時，上述開口部52並非必需，亦可設置該開口部52。又，關於設置開口部52之情形，假設無開口部52之情形之基材5A或5B之總面積中的開口部52之開口面積的比例，只要可使光高效率地入射至電極，則並無特別限制，較佳為30~98%，更佳為45~90%。
進而，於本實施形態中，更佳如圖1B所示，於一基材5A上，設置有覆蓋開口部52之透明基板53。於圖示例中，於一基材5A之外表面5a側設置有透明基板53，該透明基板53利用由熱塑性樹脂或熱硬化性樹脂等構成之密封堰部54而固定於一基材5A上。
如此，藉由設置覆蓋開口部52之透明基板53，可將色素增感太陽電池單元1確實地密封於一對基材5A、5B之間，故而可確保更優異之耐久性。再者，於圖1A之局部分解立體圖中，為便於圖示，省略密封堰部54及透明基板53之圖示。
於本實施形態中，在一對基材5A、5B之任一內面5b側、圖1A及圖1B所示之例中為一對基材5A、5B之兩者之內面5b側，設置有由導電材料構成之導電層51、51。導電層51藉由如上所般與色素增感太陽電池單元1之各電極電連接，可將色素增感太陽電池單元1所產生之電流向外部送出，例如於圖2所示之長條之色素增感太陽電池單元的積體結構A 中，自其長條方向上之任一位置均可輸出電流。
作為導電層51所使用之材料，只要為具有高導電性且片電阻低之金屬材料等，則並無特別限定，例如可藉由利用濺鍍法等使由鈦等構成之金屬材料沈積於一對基材5A、5B之內面5b上而形成。
於本實施形態中，導電層51之片電阻較佳小於與導電層51連接之光電極10或對向電極20之片電阻，即導電性樹脂基板11或導電性樹脂基板21之片電阻。具體而言，導電層51之片電阻相對於光電極10或對向電極20之片電阻之比較佳為1/2~1/10000，更佳為1/10~1/1000。如此，藉由製成導電層51之片電阻小於導電性樹脂基板11或導電性樹脂基板21之片電阻之構成，而獲得如下效果：色素增感太陽電池單元1所產生之電流通過導電層51供給至外部時之電阻被更有效地降低，從而發電性能進一步提高。
再者，例如於由金屬材料等導電性材料構成一對基材5A、5B之情形時，由於各基材本身具有導電性，故而存在即便不設置導電層51，亦可進行自色素增感太陽電池單元1之集電。作為此種實例，例如可列舉將本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構A應用於百葉之板條，由金屬材料構成該板條之後，不對夾入色素增感太陽電池單元之內面側施加塗裝之情形等。然而，即便於由金屬材料構成一對基材5A、5B之情形時，亦藉由於其等之內面5b側設置由導電性高且片電阻低於基材5A、5B之導電材料構成之導電層，而獲得與使基材本體具有導電性進行集電之情形相比，電阻得以降低，從而發電性能顯著提高之效果。
再者，於由不具有透明性之金屬材料等構成一對基材5A、5B之情形 時，必須設置上述開口部52。
(接線部)
於本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A中，如圖1A及圖1B所示之例般，藉由使導電性樹脂基板11所具備之導電材料層11b，及導電性樹脂基板21所具備之導電材料層21b分別經由接線部6A、6B而與導電層51、51連接，從而進行光電極10及對向電極20與導電層51、51之電連接。另一方面，於本實施形態中，於如上所述般由金屬箔等導電材料構成設置於對向電極20之基材21a之情形時，由於在對向電極20與導電層51之間實現直接電連接，故而無需接線部6B。
作為如上述之接線部6A、6B，可採用習知以來該領域中所使用之線材。
於本實施形態中，藉由將導電性樹脂基板11及導電性樹脂基板21與導電層51、51之間分別用接線部6A、6B連接，而獲得輸送出色素增感太陽電池單元1所產生之電流時之電阻被進一步降低，從而發電性能進一步提高之效果。
又，於本實施形態中，即便於將光電極10及對向電極20所具備之各基材設為不具有導電性之基材之情形時，藉由於光電極10及對向電極20與導電層51、51之間將上述接線部6A、6B適當正確地配線，亦可將色素增感太陽電池單元1所產生之電流確實地傳輸至導電層51、51。
(積體密封材)
於本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A中，如圖1A及圖1B所示，具備俯視觀察一對基材5A、5B時設置於周緣部附近，且插入於 一對基材5A、5B之間之積體密封材7。色素增感太陽電池單元之積體結構A藉由設置此種積體密封材7，而製成可於一對基材5A、5B之間密封色素增感太陽電池單元1之構成。
作為積體密封材7之材料，可使用與色素增感太陽電池單元1中電解質30之密封所使用的單元密封材40相同之材料，例如可應用習知公知之由熱塑性樹脂、熱硬化性樹脂或紫外線硬化性樹脂等合成樹脂構成者。
[製造方法]
於製造上述構成之色素增感太陽電池單元1、及色素增感太陽電池單元之積體結構A之情形時，例如可設為以下之方法。
首先，藉由使用上述AD法，而於導電性樹脂基板11上積層TiO2而形成半導體層12之後，進而，利用常規方法使色素13吸附於半導體層12上，藉此製作光電極10。
又，於導電性樹脂基板21上，利用濺鍍法，於導電性樹脂基板21上積層鉑(Pt)而形成觸媒層22，藉此製作對向電極20。
之後，於光電極10與導電性樹脂基板21上所形成之觸媒層22之間配置電解質30，並利用單元密封材40密封，藉此製造色素增感太陽電池單元1。
又，於由透明之樹脂材料等構成之一對基材5A、5B的單面上，分別積層金屬材料，藉此形成具有導電性之導電層51、51。
然後，以將另一基材5B之外面5a設為下側，並於內面5b上，即導電層51重疊對向電極20所具備之導電性樹脂基板21之方式載置色素增感太 陽電池單元1而進行連接。其後，以於色素增感太陽電池單元1之光電極10所具備的導電性樹脂基板11上連接導電層51之方式使一基材5A重疊，並藉由積體密封部7進行固定密封。
再者，視需要安裝用以將導電性樹脂基板11及導電性樹脂基板21與各導電層51、51連接之接線部6A、6B。
利用如上述所例示之方法，可製造本實施形態之色素增感太陽電池單元之積體結構A，該積體結構A係具有色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5A、5B之間之結構，將一對基材5A、5B之內表面5b側設為具有導電性之導電層51、51，並將該導電層51、51與光電極10及對向電極20電連接而成。
[色素增感太陽電池單元之積體結構之用途]
上述構成之色素增感太陽電池單元之積體結構A藉由如圖2所示之例般以長條之形式構成，而容易應用於習知以來使用的設備所具備之構件。於此情形時，自光之發電效率之觀點而言，主要應用於處於暴露在太陽光或照明光之環境下之構件，作為此種構件，例如可列舉：百葉之板條、塑膠溫室之屋頂部、車棚之頂板、遮陽板、天遮、車庫、建築物之壁面等。另一方面，由於色素增感太陽電池單元1即便於例如對太陽光形成影子之場所或壁面等原本不利於發電之狀況下，亦可發揮充分之性能，故而色素增感太陽電池單元之積體結構A之應用對象涉及多個方面。
此處，於將如圖2所示之長條之色素增感太陽電池單元之積體結構A應用於例如設置在高樓或房屋之窗邊等之百葉之情形時，對複數個板條(色素增感太陽電池單元之積體結構A)照射太陽光，於獲得利用 板條之遮光效果之同時，藉由該板條之內部所組入之色素增感太陽電池單元1進行光發電。而且，藉由將色素增感太陽電池單元1所產生之電流經由板條內部之導電層51、51輸出至外部，而電阻得以降低，從而可進行高效率之集電。
藉由應用本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構A，而使輸出色素增感太陽電池單元1所產生之電流時之電阻降低，作為其原因，考慮如下理由。
首先，可列舉藉由使對向電極20分別具備之導電性樹脂基板21與導電層51面連接，而接觸面積變大，接觸電阻被充分降低。
又，亦可舉於製成長條之色素增感太陽電池單元之積體結構A中，藉由使導電性樹脂基板21與各導電層51面連接，而於該連接面之多處進行色素增感太陽電池單元1所產生之電流之傳輸。
又，藉由製成使導電層51之片電阻小於導電性樹脂基板11及導電性樹脂基板21之片電阻之構成，可進一步降低該等之間之電阻，從而發電性能進一步提高。
進而，藉由具有色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5A、5B之間之結構，可利用一對基材5A、5B將色素增感太陽電池單元1之周圍密封，故而對風雨或設置環境等之耐久性亦提高。
又，本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構A由於色素增感太陽電池單元1被一對基材5A、5B夾入，進而周緣部被積體密封材7密封，故而與色素增感太陽電池單元1本身之密封結構一併製成雙重密封，而獲得高耐久性。
又，於將本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構A應用於作為遮光構件之百葉之情形時，藉由一對基材5A、5B覆蓋色素增感太陽電池單元1，而成為自外部無法視認之狀態，或為自開口部52僅能視認光電極10之程度，故而獲得美觀特性提高之效果。
再者，於本實施形態中，例如即便是於採用在一對基材之間插入有機薄膜太陽電池單元代替上述色素增感太陽電池單元1之構成之情形，亦獲得如上述之發電性能提高，並且耐久性或美觀特性亦提高之效果。關於有機薄膜太陽電池，例如可參照日本專利特開2006-344794號公報、日本專利第4120362號公報、Reese et al.,Adv.Funct.Mater.,20,3476-3483(2010)、WO2013/118794號公報等。
<作用效果>
如以上所說明般，根據本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構A，由於具有色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5A、5B之間之結構，且設置於一對基材5A、5B之至少一者之導電層51與光電極10或對向電極20連接，故而能以具有與既有之設備所具備者相同的形狀之構件進行利用光之發電。又，由於為在基材5A、5B之內面5b側所配置之導電層51、51連接色素增感太陽電池單元1所具備之電極之構成，故而將色素增感太陽電池單元1所產生之電流通過導電層51、51供給至外部時之電阻得以降低，而發電性能提高。進而，由於為色素增感太陽電池單元1插入於一對基材5A、5B之間之結構，故而可利用一對基材5A、5B將色素增感太陽電池單元1，進而色素增感太陽電池單元1之周圍密封，而耐久性提高，並且由於為色素增感太陽電池單元1被一對基材5A、5B覆蓋之結構，故而美觀特性 亦提高。
因此，根據本發明，藉由將上述結構應用於習知以來使用之設備所具備之構件、例如百葉之板條、塑膠溫室之屋頂部或車棚之頂板，或遮陽板、天遮、車庫、建築物之壁面等，而發揮可實現發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異之色素增感太陽電池單元之積體結構A的效果。
又，根據本發明之發電百葉用板條，由於為應用上述構成之色素增感太陽電池單元之積體結構A者，故而發揮可構成發電性能優異，並且耐久性、美觀特性優異之百葉之效果。
[實施例]
繼而，利用以下之實施例對本發明詳細地進行說明，但本發明不僅限定於該等實施例。
[實施例1]
於實施例1中，根據以下之條件及順序製作光電極及對向電極，製作於該等各電極之間填充有電解質之色素增感太陽電池單元，並且製作於單面側形成有導電層之一對基材，製作於該一對基材之間插入色素增感太陽電池單元而成之色素增感太陽電池單元之積體結構。再者，於本實施例中，作為本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構可應用之一例，製作組入有色素增感太陽電池單元之百葉。
(光電極之製作)
首先，作為導電性樹脂基板，準備15mm×214mm之由ITO(摻錫氧化銦)-PEN(聚萘二甲酸乙二酯)構成之膜材料(片電阻：15Ω/□)，於其單面側，使用AD法吹附下述之氧化鈦粒子，而形成半導體層。此時，作 為AD法中之成膜條件，使用氮氣作為搬送氣體，並且將氣體流量設為1L/min，將溫度設為25℃，將成膜室內之壓力設為100Pa。此時，作為氧化鈦粒子，使用將平均粒徑約為20nm及約為200nm之銳鈦礦型TiO2粒子以重量比50：50之比例混合而成之混合粉末。
又，半導體層係於導電性樹脂基板上以9mm×210mm之大小形成，並且自導電性樹脂基板之四角中之一角，於寬度方向上空出4mm之間隔，於長度方向上空出2mm之間隔而形成該半導體層之四角中之一角。又，將半導體層之膜厚調整為8μm。
繼而，於將增感色素N719以0.3mM之濃度溶解於乙腈與第三丁醇之1：1之混和液而成之色素溶液中，將形成有上述半導體層之基板浸漬20小時，藉此，使增感色素吸附於半導體層之表面，藉此製作光電極。
(對向電極之製作)
首先，與光電極之情形同樣，作為導電性樹脂基板，準備15mm×214mm之由ITO-PEN構成之膜材料(片電阻：15Ω/□)。
而且，藉由於上述導電性樹脂基板之單面側，使用濺鍍法沈積鉑(Pt)，而形成觸媒層，從而製作對向電極。此時，將觸媒層之膜厚調整為30nm。
(色素增感太陽電池單元之組裝、製作)
按照以下所示之順序組裝利用上述方法製作之光電極與對向電極，而製作色素增感太陽電池單元。
首先，於形成光電極之導電性樹脂基板之半導體層側，在基板上之半導體層之周緣部，以用於維持電極間距所必需之厚度形成由烯烴系熱塑性 樹脂構成之寬度2mm的單元密封材。此時，於單元密封材之側面之一部分，形成電解液(電解質)注入用孔。
繼而，以覆蓋上述單元密封材之方式，將對向電極以觸媒層面向光電極側之方式重疊之後，加熱單元密封材使其硬化，藉此進行熱密封。
繼而，自形成於單元密封材之電解液注入用孔注入電解液填充至內部之後，對該孔塗佈烯烴系熱塑性樹脂，使其加熱硬化，藉此將孔堵住。此時，作為電解液，使用將碘0.05M及碘化1,3-二甲基-2-丙基咪唑鎓1.0M溶解於γ-丁內酯而獲得之電解液。
利用如上之方法，製作色素增感太陽電池單元。
(百葉：一對基材之製作)
首先，藉由對鋁薄板進行裁切加工，製作2片構成與市售者相同之鋁製百葉(板條：25mm×240mm)之基材。
此處，一般而言，市售之鋁製百葉由於利用絕緣樹脂材料對表面進行塗佈，故而並未顯示出導電性。
又，於上述基材中之1片基材上，形成與上述光電極上所形成之半導體層(增感色素)成為相同面積之9mm×210mm之切口(開口部)。該開口部係自基材之四角中之一角，於寬度方向上空出8mm之間隔，於長度方向上空出15mm之間隔而形成。
繼而，使用濺鍍法使鈦沈積於上述形成有開口部之基材(上側之一基材)、及無開口部之基材(下側之另一基材)之各自的整個單面側，藉此形成導電層(片電阻：<1Ω/□)。
(色素增感太陽電池單元之積體結構之組裝、製作)
根據以下所示之順序，於利用上述方法製作之一對基材之間插入色素增感太陽電池單元，藉此製作作為色素增感太陽電池單元之積體結構的一例之百葉。
首先，於形成有開口部之一基材(百葉)之導電層側，以大致沿周緣部之方式，形成由烯烴系熱塑性樹脂構成之寬度2mm之積體密封材。此時，積體密封材係自一基材之四角中之一角，於寬度方向上不空間隔，於長度方向上空出10mm之間隔而形成。
繼而，於光電極側之導電性樹脂基板、及對向電極側之導電性樹脂基板之各者，配置用以與各基材上所形成之導電層連接之導電性膠帶。
繼而，以形成有開口部之一基材成為光電極側，另一基材成為對向電極側之方式，利用一對基材夾入色素增感太陽電池單元。此時，將一對基材分別以導電層側面向色素增感太陽電池單元之方式進行配置。而且，藉由使積體密封材加熱硬化，而密封被一對基材夾入之色素增感太陽電池單元。
繼而，於形成有開口部之一基材上，以大致沿周緣部之方式形成由烯烴系熱塑性樹脂構成之寬度2mm之密封堰部。此時，密封堰部係自一基材之四角中之一角，於寬度方向上不空間隔，於長度方向上空出10mm之間隔而形成。
繼而，以覆蓋開口部之方式於密封堰部上覆蓋由PEN構成之膜，並使之加熱硬化，藉此由PEN膜密封開口部。
按照如上順序，完成作為本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構之一例的實施例1之百葉。
(評價方法)
對利用上述方法獲得之應用本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構之百葉，進行如下評價試驗。
首先，關於實施例1中製作之百葉之發電性能，使用太陽模擬器(三永電機製作所製造)，測量光強度為100mW/cm2之模擬太陽光照射下之發電效率(光電轉換效率)，並且測量填充因數(fill factor)。將此時之測量值示於下述表1中。
又，關於完成後之百葉之美觀，將無法目視確認色素增感太陽電池單元之密封材之部分及對向電極之部分之情形評價為「A」，將無法確認該等之情形評價為「B」，並將結果示於下述表1中。
[實施例2]
於實施例2中，於成為百葉之板條之一對基材的單面側蒸鍍鋁作為導電層，除此以外，利用與實施例1同樣之順序，製造作為本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構的一例之百葉，並利用同樣之方法進行評價。此時，以使導電層之片電阻成為3Ω/□之方式調整導電層的膜厚。
[比較例]
於比較例中，利用與實施例1、2同樣之方法製造色素增感太陽電池單元(不插入於上述一對基材之間者)之後，使用雙面膠帶將該色素增感太陽電池單元直接貼附於市售之鋁製百葉之板條而製造百葉之後，利用同樣之方法進行評價。該鋁製百葉由於經絕緣樹脂材料塗佈表面，故而並未顯 示出導電性。
將實施例1、2及比較例中之評價試驗結果示於下述表1中。
[評價結果]
如表1之結果所示，明確可知應用具有本發明之構成的色素增感太陽電池單元之積體結構的百葉與作為僅於鋁製百葉之板條之表面貼附色素增感太陽電池單元的構成之比較例相比，發電效率高，美觀亦優異。
此處，表1中所示之填充因數係最能對基材之電阻造成影響者，但認為於實施例1、2中，根據上述各基材(基板)之片電阻亦明確可知，由於各基材之電阻被降低，故而填充因數得以改善，發電效率成為良好之結果。
另一方面，認為於比較例中，由於是在市售之為長條之板條的表面貼附色素增感太陽電池單元，使電流於板條長條方向上流動之構成，故而自發電部位至電流輸出位置之距離變大，因而導致填充因數變得非常小，發電效率降低。
以上所說明之各實施形態及各實施例中之各構成及其等之組合等為一例，可於不脫離本發明之宗旨之範圍內，進行構成之附加、省略、替換、及其他變更。又，本發明並非被各實施形態及各實施例限定，而僅由申請專利範圍限定。
[產業上之可利用性]
本發明之色素增感太陽電池單元之積體結構藉由組入太陽電池之結構，而可廣泛地應用於除既有功能以外亦具有獲得光發電功能之可能性之設備，例如百葉之板條、塑膠溫室之屋頂部、車棚之頂板、遮陽板、天遮、車庫、建築物之壁面等。

Claims (5)

  1. 一種色素增感太陽電池單元之積體結構，具有該色素增感太陽電池單元插入於一對基材之間的結構而成，該色素增感太陽電池單元至少具有光電極及與該光電極相對向地設置之對向電極，該一對基材之內面側被設為具有導電性之導電層，該光電極係半導體層及色素依序積層於導電性樹脂基板上而成，該對向電極係觸媒層積層於金屬箔上而成，該導電層與該光電極係藉由該一對基材中之一者所具備的該導電層與該導電性樹脂基板連接而電連接，該導電層與該對向電極係藉由該一對基材中之另一者所具備的該導電層與該金屬箔面連接而電連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之色素增感太陽電池單元之積體結構，其中，於該一對基材中與該光電極側接觸之基材的至少一部分，形成有透光用之開口部。
  3. 如申請專利範圍第2項之色素增感太陽電池單元之積體結構，其中，設置有覆蓋該開口部之透明基板。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之色素增感太陽電池單元之積體結構，其中，該導電層之片電阻小於連接於該導電層之該光電極或該對向電極的片電阻。
  5. 一種發電百葉用板條，具有申請專利範圍第1至4項中任一項之色素增感太陽電池單元之積體結構而成。
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