WO2008075584A1 - 太陽光発電集熱ユニット - Google Patents

Abstract

集熱効率と光電変換効率とを共に高く保つことができ、少ない面積で設置が可能な太陽光発電集熱ユニットを提供する。この太陽光発電集熱ユニット１０は、色素増感型太陽電池１１と、この色素増感型太陽電池１１に重ねて設けられる集熱パネル１２とから構成されており、この集熱パネル１２の上面から太陽光が入射する。

Description

明 細 書

太陽光発電集熱ユニット

技術分野

[0001] この発明は、太陽光から集熱および光電変換を行なう太陽光発電集熱ユニットに 関する。

本願 (ま、 2006年 12月 20曰 ίこ、 曰本国 ίこ出願された特願 2006— 343025号 ίこ基 づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 近年、建造物の屋根等に太陽電池や集熱パネル (太陽熱温水器など）を設置し、 太陽光を有効に利用することで、ガスや電力の使用量を削減することが広く行なわれ ている。従来、こうした太陽光の利用にあたって、太陽光の熱を利用する集熱パネル と、光電変換によって太陽光を電力として利用する太陽電池とが、その構造が互いに 全く異なっているために、どちらかを選択的に設置するか、または、両者を並列して 設置する必要があった。

[0003] しかし、太陽光が良く当たる建造物の屋根などは、その面積が限られているので、 これら集熱パネルと太陽電池とを並列して設置できるほど広い屋根等を有する建造 物は少ないのが現状である。その一方で、地球環境の維持の面からも、太陽光の熱 と光を両方とも効率よく利用することが望まれてレ、る。

[0004] このような課題に対応するために、シリコン型太陽電池と集熱パネルとをハイブリッド に構成することにより、太陽光の光エネルギー及び熱エネルギーの両方を有効に利 用できるようにした太陽光発電集熱ユニットも知られている。例えば、特許文献 1には

、シリコン型太陽電池の裏面に集熱パネルを設置し、シリコン型太陽電池を熱媒体で 冷却すると共に、太陽光の熱を熱媒体と熱交換を行なうことによって回収し、この熱 媒体を集熱パイプを介して流通させるハイブリッド型の太陽光発電集熱ユニットが記 載されている。

[0005] 特許文献 1に記載されたハイブリッド型の太陽光発電集熱ユニットでは、シリコン型 太陽電池の裏面に集熱パイプを敷設し、太陽電池の熱と集熱パイプ内に通流する 熱媒体との熱交換を行い、太陽電池を冷却して光電変換効率を上げるとともに、熱 媒体を介して太陽光の熱エネルギーを取り出す構成とされている。更に、太陽電池 の上面にも、光を透過可能な形態で熱媒体を流通させ、太陽光の熱エネルギーを取 り出す構成が記載されて!、る。

特許文献 1：特開昭 56— 64474号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、シリコン型太陽電池は、その表面が光沢に富み、光の反射率が高レ、 ために、熱を吸収する特性に乏しぐ太陽光の長波長側の光吸収特性が良くないと いう欠点があった。つまり、シリコン型太陽電池自体が赤外線 (熱線)領域の吸収性 能が低!/、ために、その裏面に配された熱媒体に赤外線領域の熱量を伝達できず、 熱媒体から太陽光の熱エネルギーを取り出す効率が極端に悪いという課題があった

[0007] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、集熱効率と光電変換効率とを 共に高く保つことができ、少ない面積で設置が可能な太陽光発電集熱ユニットを提 供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明では太陽光を長波長域ま で吸収する色素増感型太陽電池を用いることで、太陽電池の熱吸収性能を改善す ることができ、ハイブリッドパネルとしての集熱特性を改善できることを見出した。 即ち、本発明の太陽光発電集熱ユニットは、太陽光から光電変換によって電力を 取り出す色素増感型太陽電池と、この色素増感型太陽電池に重ねて配され、太陽 光の熱エネルギーによって熱媒体を加熱する集熱パネルとを備えたことを特徴とする

[0009] 前記熱媒体は、前記色素増感型太陽電池との間で熱交換を行うのが好ましい。前 記太陽光発電集熱ユニットは、前記熱媒体との熱交換によって、 60°C以下に保たれ 、かつ、前記熱媒体は、太陽光発電集熱ユニットの外部で、 2次熱媒体との間で更に 熱交換を行う構成が好ましレ、。 [0010] 前記色素増感型太陽電池または集熱パネルのいずれか一方は、他方が主に吸収 する波長域の太陽光を透過させるのが好ましい。前記集熱パネルは、太陽光発電集 熱ユニットに入射した太陽光のうち赤外線域を主体として吸収し、前記色素増感型太 陽電池は前記赤外線域以外の波長域の太陽光を主体として吸収して光電変換を行 うのが好ましい。前記色素増感型太陽電池を構成する色素増感型太陽電池の負極 を成す多孔質電極膜の厚みは、 5ミクロン以上であるのが好ましぐさらに好ましくは 5 〜30ミクロンである。

発明の効果

[0011] 本発明によれば、太陽光に含まれる赤外線域 (熱線）の光によって集熱パネルに流 れる熱媒体を加熱し、主に紫外線域の光によって色素増感型太陽電池で光電変換 により発電を行う。これにより、太陽光を幅広い波長域に渡って、有効に利用でき、熱 、および電力を取り出すことができる。

[0012] また、色素増感型太陽電池に集熱パネルを重ねて太陽光発電集熱ユニットを形成 することによって、集熱パネルを流れる熱媒体に色素増感型太陽電池の熱を吸収さ せ、色素増感型太陽電池を冷却することができる。色素増感型太陽電池は、高温に なると電解液の劣化、蒸発、および発電効率の低下等が生じるが、色素増感型太陽 電池に接して集熱パネルを形成することによって、こうした電解液の温度上昇を防止 して、発電効率を良好に維持するとともに、色素増感型太陽電池の劣化を防止する こと力 Sでさる。

[0013] さらに、色素増感型太陽電池に重ねて集熱パネルを形成することによって、色素増 感型太陽電池と集熱パネルとを個別に並列して設置した場合と比較して、半分以下 の設置面積で済み、建造物の限られた面積の屋根等を有効に利用して、太陽光か ら熱および電力を効率よく得ることができる。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]本発明の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル)を示す斜視図である。

[図 2]図 1の A— A線における断面図である。

[図 3]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す断面図である。

[図 4]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す断面図である。 [図 5]集熱パネルの構成例を示す斜視図である。

[図 6]集熱パネルの構成例を示す斜視図である。

[図 7]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す断面図である。

[図 8]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す断面図である。

[図 9]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す平面図である。

[図 10]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す斜視図である。

[図 11]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す斜視図である。

[図 12]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す要部破断斜視図である。

[図 13]本発明のハイブリッドパネルの設置例を模式的に示す模式図である。

[図 14]集熱パネルの構成例を示す断面図である。

[図 15]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す斜視図である。

[図 16]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す斜視図である。

[図 17]本発明のハイブリッドパネルの他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

[0015] 10 太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル）、 11 色素増感型太陽電池、 12 集熱パネル、 15 熱媒体。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 以下、本発明に係る太陽光発電集熱ユニットの一実施形態を図面に基づいて説明 する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説 明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部 分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じである とは限らない。

[0017] 図 1は、本発明の太陽光発電集熱ユニットの基本構成を模式的に示す斜視図であ る。また、図 2は、図 1に示す太陽光発電集熱ユニットの A— A線における断面図であ る。本発明の太陽光発電集熱ユニット（以下、ノ、イブリツドパネルと称する） 10は、色 素増感型太陽電池 11と、この色素増感型太陽電池 11に重ねて設けられる集熱パネ ル 12とから構成されている。このハイブリッドパネル 10は、集熱パネノレ 12の上面 12a から太陽光が入射する。 [0018] [集熱パネル]

集熱パネル 12は、光透過性の透明な枠体 13の中に、透明ないし有色の媒体パイ プ 14が、例えば蛇腹状に配管されている。そして、この媒体パイプ 14の中には、熱 媒体 15が流され、太陽光に含まれる赤外線 (熱線）および色素増感型太陽電池 11 の熱との間で熱交換が行なわれる。

[0019] 媒体パイプ 14は、例えば、熱可塑性樹脂を用いても良ぐ例えば ABS樹脂、 PP (ポ リプロピレン）、 PE (ポリエチレン）、 PS (ポリスチレン）、 PMMA (アタリノレ）、 PET (ポリエ チレンテレフタレート）、 PPE (ポリフエ二レンエーテル） 、 PA (ナイロン/ポリアミド）、 P C (ポリカーボネイト）、 POM (ポリアセタール）、 PBT (ポリブチレンテレフタレート）、 PPS (ポリフエ二レンサルファイド）、 PEEK (ポリエーテルエーテルケトン）、フッ素樹脂、ウレ タン樹脂、ポリ塩化ビュル樹脂などから形成されていれば良い。媒体パイプ 14は、太 陽光に含まれる赤外線 (熱線)を効率よく吸収する色、例えば黒色に着色されていて もよぐまた、下層に配された色素増感型太陽電池 11に効率よく太陽光が届くように 、透明であってもよい。媒体パイプ 14が着色されている場合には、互いに隣接する媒 体パイプ 14どうしの間隔を広げて、媒体パイプ 14どうしの間から太陽光が色素増感 型太陽電池 11に向けて十分に照射されるようにすればよ!/、。

[0020] 後ほど詳述する色素増感型太陽電池 11の光電変換において、色素増感型太陽電 池 11は、入射する太陽光のうち紫外線領域の光を利用する。そのため、媒体パイプ 14に流される熱媒体 15を色素増感型太陽電池 11の受光面に流す場合には、熱媒 体 15は、紫外線に対して吸収性の少な!/、ものを用いるのが好ましレ、。

[0021] 熱媒体 15として好ましい材料を列記すれば、例えば、水、エタノール、メタノーノレ、 プロパノーノレ、グリセリン、エチレングリコーノレ、プロピレングリコーノレ、ジプロピレング リコール等炭素数 1〜6の低分子アルコールゃジメチルエーテル、メチルェチルエー テル、ジェチルエーテル等の炭素数 1〜4の低分子エーテル等、代替フロンが挙げ られる。太陽光に含まれる赤外線の吸収や、色素増感型太陽電池 11を冷却するに あたって、熱媒体 15は特に液体である必要はない。液体の温度変化による熱の吸収 でも良レ、が、沸点の低レ、液体を用いて気化熱などの相変化に基づ!/、て熱の吸収を 行い、外部に別途設けられる熱交換器にて熱媒体 15を構成する液体、もしくは気体 から熱を回収しても良い。

[0022] ノ、イブリツドパネル 10を屋外に設置する際に、寒冷地等で熱媒体 15の凍結を防ぐ ために、熱媒体に無機塩や有機塩を添加して凝固点を下げることも可能である。また 、熱媒体 15が循環する系内に金属管が使用される箇所がある場合、防鯖効果のあ る有機系材料として、例えば飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸を用いるのが好ましレ、。 飽和脂肪酸としては、例えば、力プリル酸、カプロン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチ ン酸、ノ^レミチン酸、ステアリン酸が好ましく挙げられる。また、不飽和脂肪酸としては 、例えば、ォレイン酸、リノール酸、リノレイン酸が好ましく挙げられる。さらに、ダルコ ースゃグルコースを構成単位とする多糖類ダルカンとしてオリゴ糖ゃ多糖類を用いる のも好ましく、例えばセルロースゃブドウ糖が挙げられる。一方、無機材料で防鯖効 果のある添加剤としては、ヒドラジン、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等リン酸 塩が挙げられる。

[0023] なお、ハイブリッドパネル 10の構成が、集熱パネル 12の下面側に色素増感型太陽 電池 11が配される場合には、太陽光に含まれる紫外線領域の光を色素増感型太陽 電池 11まで十分に到達させるために、熱媒体 15は、紫外線吸収率が 10パーセント 以下の材料を用いることが望ましレ、。

[0024] [色素増感型太陽電池]

色素増感型太陽電池 11は、正極 21および負極 22を対面させ、側縁部分を封止材 23によって封止したものである。負極 22は、支持基板 24の一面に多孔質層 25を形 成したものである。また、正極 21は、支持基板 26の一面に電極層 27を形成したもの である。そして、多孔質層 25に色素を吸着させると共に、対向する正極 21と負極 22 との間に電解液を満たした構成となって!/、る。

[0025] この色素増感型太陽電池 11は、光電変換には寄与しない波長域、例えば赤外線 域を熱として集熱パネル 12に吸収させることが望ましい。このため、色素増感型太陽 電池 11の多孔質層 25に吸着させる色素としては、吸収スペクトルの範囲が広い方が 良ぐまた色素増感型太陽電池 11からの反射光や透過光を抑制させることが望まし い。

[0026] こうした色素増感型太陽電池 11の背面側の透過光を抑制させるために、色素増感 型太陽電池 11の背面に金属板等の反射板 29を形成しても良い。あるいは、色素増 感型太陽電池 11の正極 21を成す支持基板 25を金属基板とし、全波長域での透過 を減らしてもよレ、。

[0027] 更には、色素増感型太陽電池 11からの反射光を減らすために、熱媒体 15が直接 、色素増感型太陽電池 11の受光面 11aで接触している場合には、熱媒体 15と受光 面 11 aの支持基板 24との屈折率差をなくし、境界部での反射を抑制するのが好まし い。熱媒体 15が間接的に流路形成物を通して接触している場合には、流路形成物 と受光面 1 laの支持基板 24との屈折率差をなくし、境界部での反射を抑制するのが 好ましい。

[0028] また、色素増感型太陽電池 11の内部からの戻り光がないように、色素増感型太陽 電池 11の負極 22を成す多孔質層 25の色素吸着の金属酸化物層の膜厚を増やす 力、、色素の吸収波長範囲が広いものを用いて光の吸収特性を改善することが好まし ぐ例えば色素としてブラックダイ、 N3等が好ましく挙げられる。また、正極 21の電極 層 27としてカーボン系の材料に Ptを担持させたものを用いれば、色素増感型太陽電 池 11の長波長域の吸収特性を改善することが可能である。色素増感型太陽電池 11 の光吸収性能を上げ、吸熱体としての特性を上げるためには、負極 22の多孔質層 2 5の厚みを少なくとも 1 m以上、好ましくは 5 m以上にすることが好ましい。

[0029] 上述したような色素増感型太陽電池 11の構成によって、色素増感型太陽電池 11 の受光部 11aからの光反射率が、波長 200nmから 800nmにおいて入射光（太陽光 )の 10%以下であることが好ましい。また、色素増感型太陽電池 11の光吸収率が波 長 800nm力、ら 1200nmにおいて入射光の 30%以上であることカ好ましい。

[0030] 色素増感型太陽電池 11の負極 22を成す支持基板 24としては、透明性の高いもの が好ましぐ例えば、ガラス系材料としてソーダライムガラスや石英基板、鉛ガラス、プ ラスチック系材料としてポリカーボネイトやアクリル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ス チロール樹脂、 AS樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、テトラァセチル セルロース、ポリフエニルスルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、フエノキシ 樹脂等のプラスチック基板が挙げられる。

[0031] こうした支持基板 24にスクリーン印刷法、スプレー法、スパッター法、 MOCVD法 等により、フッ素ドープ酸化錫 (FTO)、酸素欠損の酸化亜鉛、 ITO等を成膜し、シー ト抵抗として大きくとも 100 Ω以下、好ましくは 30 Ω以下にしたものを作製する。 これらの厚みとしては少なくとも 0. ； 1 m以上が好ましい。

[0032] 支持基板 24の上に形成する多孔質層 25は、例えば金属酸化物の半導体から構 成されていれば良い。多孔質層 25の形成方法としては、ドクターブレード、ダイコー ター、スクリーン印刷、スプレー印刷、グラビア印刷、スピンコート法などの各種印刷 法を用いればよい。これらの印刷方法に応じて、用いるスラリーやペーストの粘度を 変える必要がある。このスラリーやペーストは、アナターゼ型結晶構造の酸化チタン 粉にルチル型結晶構造の酸化チタン粉、また、その他、酸化珪素や酸化亜鉛等の 金属酸化物、場合によつては添加した粉末にセル口一ス系ゃポリビュルアルコール 系等のバインダー樹脂を、粉末に対して;!〜 10重量％程度含ませ、溶媒としてアル コール、または水等を用いて混練し、粘度を l〜1000cPa ' sの範囲になるように溶媒 量で制御して作製する。

[0033] 支持基板 24の上に塗布した膜は、乾燥後の厚みが 1 μ m以上、好ましくは 5〜30 m程度に成膜する。この後、支持基板 24がソーダライムガラス基板の場合には、こ れを 350〜550°Cにて焼成し、酸化チタンを含んだ多孔質層 25を形成する。支持基 板 24がプラスチックフィルムの場合には、チタンのアルコキシド、例えばテトラエトキシ チタン (Ti (C H O) )をエタノールに溶解し、これを吹き付けて 100°C程度で乾燥

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することにより酸化チタンからなる多孔質層 25を形成しても良い。

[0034] また、チタンのアルコキシドを希釈したアルコール溶液に水を加えて作製したゾル 溶液を用いて、スプレー法により塗布し 100°C程度で乾燥して多孔質層 25を形成し ても良い。また、有機金属チタンを予めペーストやスラリーに混ぜておき、スクリーン 印刷法、またはスプレー法により塗布して 100°C程度で乾燥して多孔質層 25を形成 しても良い。

[0035] 多孔質層 25に用いる酸化チタン粉としては、アナターゼ型結晶構造のものであり、 直径 5〜400nmであり、好ましくは直径 10〜100nmである。この酸化チタン粉にル チル型結晶構造の酸化チタン粉を含ませたもの、またはアナターゼ型結晶構造の酸 化チタンに部分的にルチル型結晶構造のものや他の結晶相を含ませたものであって も良い。

[0036] この多孔質層 25の中に酸化亜鉛や酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化アルミユウ ム等の酸化物を粒子サイズとして 0. 2から 5 mにして混ぜることにより透過光の乱 反射成分として光電変換効率を改善させることも可能である。また、酸化チタンを含 んだ多孔質層 25の上に、透過光の乱反射成分として粒子サイズが 0. 2〜5 111の 酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化珪素、あるいは酸化アルミニウム等を積層させて あよい。

[0037] 多孔質層 25の空隙量としては、触針式の膜厚計で厚みを測定し、 20°Cで水を含 浸させて乾燥後の重量変化から測定した多孔質層の空隙率として、 20〜80パーセ ントが好ましい。

[0038] また、多孔質層 25には色素を吸着させる必要があり、色素を吸着させる前後に逆 電子移動用に、例えばケトン系、カルボン酸系、エーテル系等や金属アルコキシド、 金属錯体、金属塩等を用いて、酸化チタンの表面に高い抵抗膜や吸着層を 5nm以 下で形成することにより、光電変換効率を改善することが可能である。

[0039] 支持基板 24として、耐熱性が低い樹脂基板、例えば、 PC, PE, PVCやテフロン（ 登録商標）系フィルムを用いる場合は、スパッター法や蒸着法、 CVD法等の成膜法 により、例えば PC基板の上に導電膜を形成する。この際、樹脂基板に成膜する導電 膜にピンホールが発生すると、電解液の溶媒により樹脂基板が膨潤あるいは溶解し て導電膜の剥離を生じさせるため、クリーンルーム中にて成膜するのが好ましい。

[0040] また、導電膜の形成方法の中でも、管理や量産性の面から、通常はスパッター法が 良ぐチャンバ一中で連続スパッターによりフィルムを成膜することが望ましい。導電 膜の成膜材料としては ITOが成膜環境の影響を受けにくいために管理がしゃすい。 また、導電膜の成膜材料が酸化亜鉛や酸化錫の場合でも n型や p型にするためのド ープがしやす!/、ために、特に ITOに限定するものではな!/、。

[0041] このような成膜プロセスにより、導電膜を構成するフィルムのシート抵抗が最大でも 1 00 Ω以下になるように導電性を持たせる。そして、この透明導電膜の上に、チタンの アルコキシドゃ金属塩、またはチタンのゾル液をアナターゼ型結晶構造の酸化チタン 粉と混ぜて塗布し、例えば 100°C程度で乾燥して多孔質の金属酸化物からなる多孔 質層 25を形成する。この時の温度は 100°Cに限定されず、フィルム材質の耐熱温度 以下で行う。この際、金属アルコキシドゃチタンゾル液を用いて、アナターゼ型結晶 構造の酸化チタン粉を混ぜてスクリーン印刷法またはスプレー法にて塗布し、室温か ら 50°C程度でゲル化反応により固定化することにより、支持基板 24の熱膨張による 多孔質層 25の剥離や、支持基板 24への熱ダメージを減らすことができる。

[0042] PC, PE, PVCやテフロン (登録商標）系フィルムを用いて色素増感型太陽電池 11 を作製する場合に、多孔質層 25の下地に透明導電膜を形成するが、更にこの下地 としてフィルム表面に緻密な膜を作りやすくするため、あるいは酸素や水分に対する ノ リヤー性を高めるために酸化アルミニウムや酸化珪素等を成膜することも耐久性の 改善において効果がある。また、対極の正極 21においても同様に適用できる。例え ば正極 21では、 PCフィルム上に酸素や水分に対するバリヤ一膜を形成して、この上 に透明導電膜を形成し、更にスパッター法等により Ptを lOnm以上に成膜した電極 層 27を用いる。

[0043] 酸化チタンからなる多孔質層 25に吸着させる色素としては、例えばルテニウムビピ リジン系色素、ァゾ系色素、キノン系色素、キノンィミン系色素、キナクリドン系色素、 スクァリリウム系色素、シァニン系色素、メロシアニン系色素、トリフエニルメタン系色 素、キサンテン系色素、ポリフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ベリレン系色素、 インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素、クマリン系色素などが挙げられる。

[0044] 酸化チタンからなる多孔質層 25に色素を吸着させる方法としては、例えば、支持基 板 24上に形成された多孔質層 25を、色素を溶解した溶液（色素吸着用溶液）に浸 漬する方法が挙げられる。色素を溶解させる溶剤としては、色素を溶解するものであ ればよぐ具体的には、エタノールなどのアルコール類、アセトンなどのケトン類、ジェ チルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、ァセトニトリルなどの窒素化合物 類、クロ口ホルムなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、へキサンなどの脂肪族炭化水 素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、酢酸ェチルなどのエステル類が挙げられる。

[0045] これらの溶剤は 2種類以上を混合して用いることもできる。溶液中の色素濃度は、 使用する色素および溶剤の種類により適宜調整することができるが、吸着機能を向 上させるためにはできるだけ高濃度である方が好ましい。ただし、高濃度であると多 孔質層 25を構成する酸化チタン表面に過剰に吸着した層が形成されるので、濃度 が好ましくは 3 X 10_⁴モル/リットル以上であればよい。

[0046] 正極 21と負極 22との間に満たされる電解液の酸化還元対としては、 I—/厂系の

3

電解質、 Br—/Br_系の電解質などのレドックス電解質等が挙げられる力 S、酸化還

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元対を構成する酸化体が I—であり、かつ、前記酸化還元対を構成する還元体が厂

3

である I ー系の電解質が好ましぐ Lil、 Nal、 KI、 Csl、 Cal などの金属ヨウ化物

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、およびテトラアルキルアンモニゥムョーダイド、ピリジニゥムョーダイド、イミダゾリゥム ョーダイドなど 4級アンモニゥム化合物のヨウ素塩などのヨウ化物と、 I との組み合わ

2

せが挙げられる。このような電解質において、ヨウ素系レドックス溶液からなる電解質 が用いられる場合には、正極側は白金又は導電性炭素材料からなること、及び、触 媒粒子が白金又は導電性炭素材料からなることが好ましい

[0047] 電解質の溶剤としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカー ボネート化合物； 3—メチルー 2—ォキサゾリジノンなどの複素環化合物；ジォキサン、 ジェチルエーテルなどのエーテル化合物；エチレングリコールジアルキルエーテル、 プロピレングリコーノレジァノレキノレエーテノレ、ポリエチレングリコーノレジァノレキノレエーテ ノレ、ポリプロピレングリコーノレジァノレキノレエーテノレ、エチレングリコーノレモノァノレキノレ エーテノレ、プロピレングリコーノレモノァノレキノレエーテノレ、ポリエチレングリコーノレモノァ ノレキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのエーテル類； メタノーノレ、エタノーノレなどのァノレコーノレ類；エチレングリコーノレ、プロピレングリコー ノレ、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコー ル類；ァセトニトリル、グルタロジニトリル、メトキシァセトニトリル、プロピオ二トリル、ベ ンゾニトリルなどの二トリル化合物；ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロト ン極性物質などが挙げられる。

[0048] 電解質の濃度は、電解質や溶剤の種類などにより適宜設定すればよぐ例えば、 0 • 01— 1. 5モノレ/リットノレ、好ましく (ま 0· 01—0. 7モノレ/リットノレである。具体白勺な 電解液の一例としては、リチウムアイオダイド 0· 06モノレ/リットノレ、ヨウ素 0. 06モル /リットル、ターシャルブチルピリジン 0. 3モル/リットルの濃度となるようにそれぞれ をァセトニトリルに溶解させたものが挙げられる。 [0049] 正極 21を構成する支持基板 26と負極 22を構成する支持基板 24とを封止材 23に よって接合する方法としては、例えば、色素を吸着させた酸化チタンからなる多孔質 層 25を形成した支持基板 24と、透明導電膜に白金を担持させた電極層 27を備えた 支持基板 26を対面させ、アイオノマー樹脂、例えばハイミラン（商品名）等の有機材 料を用いて支持基板 24と支持基板 26とを熱融着させて封止固定し、更に外周部を ガスノ リヤー性のある材料で封止する方法が挙げられる。封止材 23の接合部分をブ チルゴムや弗素樹脂、シリコン樹脂等からなるパッキンを用いて、加圧して固定化す ることでも同様な ¾]果が得られる。

[0050] 以上、詳細に説明したような構成の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル） 1 0によれば、太陽光 Nに含まれる赤外線域 (熱線）の光によって集熱パネル 12を流れ る熱媒体 15を加熱し、主に紫外線域の光 Vによって色素増感型太陽電池 11で光電 変換により発電を行う。これにより、太陽光を幅広い波長域に渡って、有効に利用で き、熱、および電力を取り出すことができる。

[0051] また、色素増感型太陽電池 11に重ねて集熱パネル 12を形成することによって、集 熱パネル 12を流れる熱媒体 15に色素増感型太陽電池 11の熱を吸収させ、色素増 感型太陽電池 11を、例えば 60°C以下になるように冷却することができる。色素増感 型太陽電池 11は、高温になると電解液の劣化、蒸発、および発電効率の低下等が 生じる力 色素増感型太陽電池 11に接して集熱パネル 12を形成することによって、 こうした電解液の温度上昇を防止して、発電効率を良好に維持するとともに、色素増 感型太陽電池 11の劣化を防止することができる。

[0052] さらに、色素増感型太陽電池 11に重ねて集熱パネル 12を形成することによって、 色素増感型太陽電池と集熱パネルとを個別に並列して設置した場合と比較して、半 分以下の設置面積で済み、建造物の限られた面積の屋根等を有効に利用して、太 陽光から熱および電力を効率よく得ることができる。

[0053] 以下、本発明の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル）の様々な実施形態を 例示する。図 3に示すハイブリッドパネル 31のように、集熱パネル 33の上に重ねて色 素増感型太陽電池 32を設置し、色素増感型太陽電池 32を裏面側から集熱パネル 3 3によって冷却しつつ、色素増感型太陽電池 32を透過した赤外線によって集熱パネ ル 33を加熱してもよい。また、図 4に示すハイブリッドパネル 35のように、色素増感型 太陽電池 36を挟んで上下それぞれに集熱パネル 37を重ねて設置し、色素増感型 太陽電池 36の冷却能力を一層高めるとともに、熱の取り出しをより効率的に行なえる 構成であっても良い。

[0054] 集熱パネルの構成例としては、図 5に示すように、集熱パネル 41の枠体 42の面に 沿って、一方の側面から他方の側面に向けて蛇腹状に媒体パイプ 43を配管したり、 図 6に示すように、集熱パネル 45の枠体 46の面に沿って、複数に枝分かれした柵状 に媒体パイプ 47を配管し、傾斜させて配置した際に全体的に上から下、あるいは下 力も上に向けて熱媒体が流れるようにしてもよい。

[0055] 他にも、集熱パネルの構成として、集熱パネルの枠体の中に熱媒体を流す媒体パ イブなどを独立して設けずに、集熱パネルに重ねて設けられる色素増感型太陽電池 の支持基板に直接、接するように熱媒体が流される構成であっても良い。例えば、図 7に示すように、集熱パネル 51の枠体を構成する上部プレート 52と、色素増感型太 陽電池 53の電極を構成する支持基板 54との間で熱媒体 55の流路 (媒体パイプ） 56 を形成してもよい。また、図 8に示すように、集熱パネル 61の枠体を構成する上部プ レート 62と下部プレート 63との間で熱媒体 64の流路（媒体パイプ） 65を形成し、下 部プレート 63に対して、色素増感型太陽電池 66の支持基板 67が接する構成であつ てもよい。

[0056] 集熱パネルの内部を流れる熱媒体は、これを直接利用する形態、即ち、熱媒体とし て冷水を流し、熱交換によって温水としてそのまま利用する形態であっても良い。ま た、集熱パネルの内部を流れる熱媒体を一次熱媒体として閉鎖系の流路に流し、こ の一次熱媒体で吸収した熱を、外部に備えた別な熱交換器にお!/、て二次熱媒体と 熱交換を行なうといった、間接的な利用形態であっても良い。この二次熱媒体として は、熱貯蓄槽に貯めた水などが挙げられる。この際、場合によっては一次熱媒体から 熱交換器を通じて水等の二次熱媒体に熱量を放出させるのではなぐ建造物の床や 壁等に循環式のパイプを敷設して、このパイプに通して床や壁を暖めても良い。熱の 回収方法としては、自然回収とポンプを用いた強制回収の二通りがある力 本発明で は限定されるものではなレ、。 [0057] ノ、イブリツドパネルにおける必要強度として、色素増感型太陽電池の受光面が最上 面となり、色素増感型太陽電池の背面側に重ねて集熱パネルを設置する場合は、色 素増感型太陽電池の受光面を成す支持基板は、風雨に強ぐ且つ雹や霰に対する 強度、耐光性、光透過性に優れている材料で形成する必要がある。

[0058] このような支持基板の材料として、例えば、強度のある無着色のガラスとしてソーダ ライムガラスが挙げられ、プラスチック系材料としてはポリカーボネイトやアクリル樹脂 、ポリ塩化ビニリデン樹脂、スチロール樹脂、 AS樹脂、メタクリル樹脂、ポリエチレンテ レフタレート、テトラァセチルセルロース、ポリフエニルスルファイド、ポリアリレート、ポ リエーテルイミド、フエノキシ樹脂等のプラスチック基板が挙げられる。これらのプラス チック基板の表面にハードコート等で被覆することにより、更に傷が付きに《すること も可能である。色素増感型太陽電池の上に集熱パネルが設置される場合にお!/、ても 、集熱パネルの最上部は、上述したものと同様な素材で構成されるのが好ましい。

[0059] 遠赤外線の吸収特性の観点からでは、ガラス基板は吸収率が高!/、ために、色素増 感型太陽電池の支持基板としてハイブリッドパネルの受光部側の最上面に設置した 場合には、最表面のガラス基板での輻射熱や空気への熱拡散による損失が発生す る懸念があるので、ガラス基板を用いる場合にはガラス表面に熱伝導率の低いもの で被覆すること力望ましい。または、最上面の支持基板は、樹脂系の基板を用いて赤 外線領域の吸収を減らすことが望ましレ、。

[0060] ノ、イブリツドパネルに用いられる色素増感型太陽電池は、一つの筐体に形成された 大型の色素増感型太陽電池から構成され、これに集熱パネルを重ねた構成であつ ても良いが、例えば、図 9に示すように、一つの筐体 71に多数の小さな色素増感型 太陽電池 72を配列し、互いの色素増感型太陽電池 72どうしをリード線 73で接続して 構成されても良い。この際、色素増感型太陽電池 72どうしは直並列接続された状態 にし、 目的の電圧や電流値になるように設定すれば良い。

[0061] ハイブリッドパネルを構成する色素増感型太陽電池から出力される電力を用いて、 インバーター等に出力して安定化電源として用いても良い。また、コンデンサーや二 次電池、もしくは水分解により発生させた水素エネルギーとして保存して、必要に応 じて取り出すような構成であっても良い。 [0062] 以下、更に、本発明の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル）の構成例を列 記する。図 10に示すハイブリッドパネル 80では、集熱パネル 81の上に重ねて色素 増感型太陽電池 82を一体的に形成したものであり、色素増感型太陽電池 82が太陽 光により暖められて昇温すると、集熱パネル 81を循環する熱媒体によって色素増感 型太陽電池 82の温度が高温にならないように構成されている。このように、集熱パネ ノレ 81と色素増感型太陽電池 82とを一体的に形成すれば、建造物の屋根などに設 置する際の施工が容易である。こうした集熱パネル 81と色素増感型太陽電池 82の 一体化は、予め製造工場にて行なっておくのが好ましい。

[0063] また、図 11に示すハイブリッドパネル 85では、例えば一般住宅の屋根に敷設する 場合に、屋根にハイブリッドパネル 85を固定するための冶具を形成した後、色素増 感型太陽電池 86を乗せ、その上に集熱パネル 87を重ねて設置する。この設置状態 で一体化したものの周終部に、 SUSやアルミ等の金属からなる枠体 88設けて周縁 部分を強化すれば、耐久性に優れ、かつ設置も容易なハイブリッドパネル 85を実現 すること力 Sでさる。

[0064] 図 12に示すハイブリッドパネル 90では、集熱パネル 91は、上部プレート 92と下部 プレート 93とを接合した板状の熱コレクタからなり、この上部プレート 92および/また は下部プレート 93には、熱媒体を流通させるための溝 94が蛇腹状 (メアンダ形状）に 形成され、熱媒体の流路を成している。上部プレート 92と下部プレート 93は、例えば 透明な強化プラスチック等から形成されている。例えば、下部プレート 93の上面に予 め両端開口の蛇腹状の溝を設け、この溝の上面を覆う上部プレート板 92を被せ、両 者をその当接部位の箇所で接着又は溶着して一体化すればよい。この場合の熱媒 体の流路の入口端 94a及び出口端 94bは、集熱パネル 91の短辺側であって同一の 端面に設けられ、継手を介して熱媒体循環用の配管に連結可能となっている。

[0065] 図 12に示すハイブリッドパネル 90を組み立てる際には、色素増感型太陽電池 95 の上に集熱パネル 91を重ねて設置し、この際、集熱パネル 91と色素増感型太陽電 池 95の間には空間ができないように密着させる。この後、周縁部分を軟質性ポリウレ タンフォーム等の緩衝性封止材で封止し、最後に、縦枠、横枠を組み立てたパネル 全体の各辺（周縁端部）に嵌め込んで組み付ければよい。 [0066] 図 13は、ハイブリッドパネルを一般の住宅に設置した時の概念図である。住宅 101 の屋根 102にハイブリッドパネル 103を設置し、地上には貯湯槽 104や熱媒体を循 環させるポンプ 105などを設置している。この貯湯槽 104では、ハイブリッドパネル 10 3を構成する集熱パネル 106によって暖められた熱媒体との間で熱交換を行なうこと により、貯留された冷水を温水にして、住宅内の給湯設備や温水床暖房設備に供給 するものである。一方、ハイブリッドパネル 103を構成する色素増感型太陽電池 107 によって得られた電力は、インバーター 108などを介して住宅内に給電される。

実施例

[0067] 以下、本発明の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル）のより具体的な構成 例と、本発明の効果を検証した検証結果を説明する。

[0068] [検証 1]

ノ、イブリツドパネルを構成する色素増感型太陽電池は、支持基板としてソーダライ ムガラス板に透明導電膜を形成したガラス板（日本板硝子製）を切断して厚み 3mm、 10cm角にしたガラス板を用いた。このガラス基板において透明導電膜が形成されて いる面にスクリーン印刷法により酸化チタンペースト（SOLARONIX 製品名: Nano xide HT)を 20 mの厚みで塗布した。塗布した膜を 450°Cで 1時間焼成した。更 にこの上に酸化チタンペースト（SOLARONIX 製品名: Nanoxide D)を 20〃111 の厚みで塗布した。塗布した膜を 450°Cで 1時間焼成した。もう一枚の正極用のガラ ス基板の透明導電膜のない裏面にアルミニウムを蒸着法で 1 m成膜して鏡面加工 した。

[0069] この後、酸化チタン電極膜を形成したガラス基板をルテニウム錯体系の色素ルテニ ゥム 535 (SOLARONIX 製品名：ルテニウム 535)を濃度 5 X 10 ⁴モル/リットル にしたエタノール溶液に浸漬して 8時間保持した。そして無水エタノールに浸漬して 過剰の色素を取り除き、 100°Cにて乾燥した。前記の電極膜を形成する際にはガラ ス板の周端部から 3mmの部分には酸化チタンペーストが付かないように印刷を行い 、このガラス板の周端部には外側から内側に厚み 60 mのハイミラン（三井デュポン ポリケミカル社製のスぺーサ S (商品名：ハイミラン)以下同様）を幅 3mmで付着させ た。 [0070] 対極となる導電性膜を形成したガラス基板の一枚には透明導電膜にスパッター法 により Ptを 200nm成膜し、ドリルにより直径 lmmの穴を二箇所、対角線方向に両端 に形成した。この 2枚のガラス基板間に 10gf/cm²の荷重を掛けた。この状態にお いて 120°Cでハイミラン（商品名）により熱融着させた。作製したセルに Lilと I²を溶か したァセトニトリル電解液を注入口より入れて、色素増感型太陽電池の全体に均一に なるように注入し、色素増感型太陽電池を作製した。

[0071] 一方、ハイブリッドパネルを構成する集熱パネルは、図 14に示すように、上部プレ ート 111として紫外線透過率の高!/、アクリル樹脂プレートを用い、厚み 2mmの 10cm 角のものを用いた。これに熱媒体の流路 112を形成した厚み 2mmのアクリル樹脂プ レートからなる下部プレート 113を張り合わせた。貝占り合わせには瞬間接着剤を用い た。

この流路 112を形成した下部プレート 113の流路の出入り口に冷却媒体を循環させ るためのジョイントを形成し、集熱パネル 1 10を作製した。

[0072] 作製した集熱パネル 121を色素増感型太陽電池 122の受光部側に重ねて、接着 面にはエポキシ樹脂系の接着剤を塗布して設置し、冷却媒体の漏洩がないように封 止して、ハイブリッドパネル 120を作製した。このハイブリッドパネル 120の裏側、色素 増感型太陽電池 122の背面に厚さ lcmの多孔質ウレタンフォーム 123を貼り付け、 保温性を持たせた。更にこの上にポリエチレンフィルム 124を接着剤で取り付けた。 また、集熱パネル 121には、媒体パイプ 125が蛇腹状に配管され、その集熱パネル の側縁部分に熱媒体出入り口 126が設けられる。そして色素増感型太陽電池 122の 側縁部分には、電力出力線 127が接続される。このようにして作製したハイブリッドパ ネル 120の全体の概略を図 15に示した。このハイブリッドパネルを実施例 1とする。

[0073] 以上のような本発明のハイブリッドパネルに対する、従来の比較例として、色素増感 型太陽電池に代えて、多結晶シリコン太陽電池を用いて同様な構成で作製した。こ のハイブリッドパネルを比較例 1とする。そして、受光する部分を同じ面積の 10cm角 になるように遮光して、両者の特性を比較した。集熱パネルに流す冷却媒体としては エチレングリコール液を用い、熱媒体を 20ccに固定し、マイクロポンプにより 5cc/m inの流速で循環させた。循環には発泡スチロールに穴を開けた部分に 50ccの蓋付 きサンプル瓶を用い、サンプル瓶の中に温度センサーを入れ、またシリコーンチュー ブを用いてマイクロポンプを経由させて集熱パネルの熱媒体の出入り口に繋ぎ、熱 媒体を循環させた。そして、光電変換効率、および熱媒体の温度上昇について測定 を fiつた。

[0074] 測定にあたっては、実施例 1および比較例 1のハイブリッドパネルにおける色素増 感型太陽電池の短絡電流密度 (Jsc)、開放電圧 (Voc)、フィルファクタ（F. F. )、及 びエネルギー変換効率（ (%) )を測定した。なお、色素増感型太陽電池のェネル ギー変換効率（ 7] (%) )は、下記の式 (Α)で表される。ここで、式 (Α)中、 Ρ0は入射 光強度 [mWcm— ²]、 Vocは開放電圧 [V]、Jscは短絡電流密度 [mA'cm— ²]、 F. F .は曲線因子（Filling Factor)を示す。

7] = 100 X (Voc XJsc X F. F. ) /P0…式（A)

[0075] 電池特性評価試験は、ソーラーシミュレータ（山下電装製、商品名；「YS— 100H 型」）を用い、 AMフィルター（AMI . 5)を通したキセノンランプ光源からの疑似太陽 光の照射条件を、 lOOmW/cm²とする（レ、わゆる「 1 Sun」の照射条件）測定条件の 下で行った。光電変換効率の結果を表 1に示す。また、 5時間後の熱媒体の液温の 変化を測定した結果を表 2に示す。

[0076] [表 1]

[0077] [表 2]

この結果から、色素増感型太陽電池を用いた実施例 1の光電変換効率は、ややシ リコン型太陽電池を用いた比較例 1に比べて小さいが、一方で液温の上昇量は大き ぐシリコン型太陽電池を用いた比較例 1のものに比べて良いことが分かった。したが つて、ハイブリッドパネルとして用いた場合には、色素増感型太陽電池の上に集熱パ ネルを重ねた構成の実施例 1のほうが、より集熱特性が向上することが分力、つた。

[0079] [検証 2]

次に、実施例 1における色素増感型太陽電池と集熱パネルとの積層順番を逆にし た構成、即ち、集熱パネルの上に色素増感型太陽電池を重ねて設け、実施例 2とし た。その構成を図 16に示す。作製した集熱パネル 131の上に色素増感型太陽電池 132を重ねて、接着面にはエポキシ樹脂系の接着剤を塗布して設置し、冷却媒体の 漏洩がないように封止して、ハイブリッドパネル 130を作製した。このハイブリッドパネ ル 130の裏側、集熱パネル 131の背面に厚さ lcmの多孔質ウレタンフォーム 133を 貝占り付け、保温性を持たせた。更にこの上にポリエチレンフィルム 134を接着剤で取り 付けた。また、集熱パネル 131の側縁部分に熱媒体出入り口 135が設けられる。そし て色素増感型太陽電池 132の側縁部分には、電力出力線 136が接続される。また、 この実施例 2の色素増感型太陽電池に代えて、多結晶シリコン太陽電池を用いて同 様な構成を比較例 2とした。この実施例 2および比較例 2の光電変換効率、および熱 媒体の温度上昇について測定を行った。測定の条件は上述した実施例 1と同一とし た。この実施例 2および比較例 2における光電変換効率の結果を表 3に示す。また、 5時間後の熱媒体の液温の変化を測定した結果を表 4に示す。

[0080] [表 3]

[0081] [表 4]

この結果から、色素増感型太陽電池を用いた実施例 2の光電変換効率は、ややシ リコン型太陽電池を用いた比較例 2に比べて小さいが、一方で液温の上昇量は大き ぐシリコン型太陽電池を用いた比較例 2のものに比べて良いことが分かった。したが つて、ハイブリッドパネルとして用いた場合には、集熱パネルの上に色素増感型太陽 電池を重ねた構成の実施例 2のほうが、より集熱特性が向上することが分かった。

[0083] [検証 3]

実施例 1において、集熱パネルの下部プレートの表面にカーボン 10重量％を含ま せたエポキシ系接着剤を厚さ 10 m程度に塗布して硬化させた。この際、色素増感 型太陽電池の正極側となる Ptを担持したガラス基板にはアルミニウムの蒸着は行わ ず、透過光は集熱パネル側で吸収するようにした。この集熱パネルを色素増感型太 陽電池の背面に設置し、実施例 3とした。また、この実施 3の色素増感型太陽電池に 代えて、多結晶シリコン太陽電池を用いて同様な構成を比較例 3とした。この実施例 3および比較例 3の光電変換効率、および熱媒体の温度上昇につ!/、て測定を行った 。測定の条件は上述した実施例 1と同一とした。この実施例 3および比較例 3におけ る光電変換効率の結果を表 5に示す。また、 5時間後の熱媒体の液温の変化を測定 した結果を表 6に示す。

[0084] [表 5]

[0085] [表 6]

[0086] この結果から、色素増感型太陽電池を用いた実施例 3の光電変換効率は、ややシ リコン型太陽電池を用いた比較例 3に比べて小さいが、一方で液温の上昇量は大き ぐシリコン型太陽電池を用いた比較例 3のものに比べて良いことが分かった。また、 色素増感型太陽電池の背面に設置した集熱パネルに光吸収性の膜を形成すること により、集熱性が改善されることが判明した。 [0087] [検証 4]

ノ、イブリツドパネルを構成する色素増感型太陽電池は、支持基板としてソーダライ ムガラス板に透明導電膜を形成したガラス板（日本板硝子製）を切断して厚み 3mm、 10cm角にしたガラス板を用いた。このガラス基板において透明導電膜が形成されて いる面にスクリーン印刷法により酸化チタンペースト（SOLARONIX 製品名: Nano xide HT)を 5 mの厚みで塗布した。塗布した膜を 450°C、 1時間焼成した。更に この上に酸化チタンペースト（SOLARONIX 製品名: Nanoxide D)を適宜塗布し た。この際の厚みを段皆白勺 ίこ 1. 2 111、 3. 2 111、 5. 4 111、 8. 2 111、 15. 3 111、 19. 5 mとして、実施例 4〜9とした。そして、色素吸着の電極膜の厚みにより光の 吸収率を変えて集熱効果を調べた。

[0088] この酸化チタンペースト（SOLARONIX 製品名: Nanoxide D)を塗布した膜を 4 50°C、 1時間焼成した。更にこの上に平均粒径 200nmの酸化珪素と酸化珪素のゲ ルを等量で混ぜた粉をペースト化して塗布して 10 mの厚みにして、 450°C、 1時間 焼成した。この後、有機色素（ケミクレア 製品名: D120)を濃度 5 X 10_⁴モル/リット ルにしたエタノール溶液に浸漬して 8時間保持した。そして無水エタノールに浸漬し て過剰の色素を取り除き、 100°Cにて乾燥した。この電極膜を形成する際にはガラス 板の周端部から 3mmの部分には酸化チタンペーストが付かないように印刷を行い、 このガラス板の周端部には外側から内側に厚み 60 mのハイミラン（三井デュポンポ リケミカル社製のスぺーサ S (商品名：ハイミラン） )を幅 3mmで付着させた。

[0089] 対極となる導電性膜を形成したガラス基板の一枚には、透明導電膜にスパッター法 により Ptを 50nm成膜し、ドリルにより直径 lmmの穴を 4箇所、各角に形成した。この 二枚のガラス基板間に lOgf/cm²の荷重を掛けた。この状態において 120°Cでハイ ミラン（商品名）により熱融着させた。作製したセルに Lilと I を溶力、したァセトニトリル

2

電解液を注入口より入れて、色素増感型太陽電池の全体に均一になるように注入し 、色素増感型太陽電池を作製した。

[0090] 一方、ハイブリッドパネルを構成する集熱パネルは、図 14に示すように、上部プレ ート 111として紫外線透過率の高!/、アクリル樹脂プレートを用い、厚み 2mmの 10cm 角のものを用いた。これに熱媒体の流路 112を形成した厚み 2mmのアクリル樹脂プ レートからなる下部プレート 113を張り合わせた。貝占り合わせには瞬間接着剤を用い た。この流路 112を形成した下部プレート 113の流路の出入り口に冷却媒体を循環 させるためのジョイントを形成し、集熱パネル 110を作製した。

[0091] 作製した集熱パネル 141を色素増感型太陽電池 142の受光部側に重ねて、接着 面にはエポキシ樹脂系の接着剤を塗布して設置し、冷却媒体の漏洩がないように封 止した。この作製したハイブリッドパネル 140の裏側、色素増感型太陽電池の背面に 厚さ lcmの多孔質ウレタンフォーム 143を貼り付け、保温性を持たせた。更にこの上 にポリエチレンフィルム 144を接着剤で取り付けた。また、集熱パネル 141には、媒体 パイプ 145が蛇腹状に配管され、その集熱パネルの側縁部分に熱媒体出入り口 14 6が設けられる。そして色素増感型太陽電池 142の側縁部分には、電力出力線 147 が接続される。なお、色素増感型太陽電池の背面にアルミはく 148が成膜されてい てもよい。このようにして作製したハイブリッドパネル 140の全体の概略を図 17に示す

〇

[0092] 集熱パネルに流す冷却媒体としてはエチレングリコール液を用い、熱媒体を 20cc に固定し、マイクロポンプにより 5cc/minの流速で循環させた。循環には発泡スチロ ールに穴を開けた部分に 50ccの蓋付きサンプル瓶を用い、サンプル瓶の中に温度 センサーを入れ、またシリコーンチューブを用いてマイクロポンプを経由させて集熱 パネルの熱媒体の出入り口に繋ぎ、熱媒体を循環させた。そして、光電変換効率、 および熱媒体の温度上昇について測定を行った。

[0093] 電池特性評価試験は、ソーラーシミュレータ（山下電装製、商品名；「YS— 100H 型」）を用い、 AMフィルター（AMI . 5)を通したキセノンランプ光源からの疑似太陽 光の照射条件を、 lOOmW/cm²とする（レ、わゆる「 1 Sun」の照射条件）測定条件の 下で行った。酸化チタン膜厚を段階的に変えた実施例 4〜9における光電変換効率 の結果を表 7に示す。また、 5時間後の熱媒体の液温の変化を測定した結果を表 8に 示す。

[0094] [表 7]

[0095] [表 8]

[0096] この結果から、色素増感型太陽電池の光電変換効率は光吸収性の多孔質電極膜 の膜厚を変えることにより改善されることが分かり、且つ膜厚を厚くするほど光吸収性 が改善されて集熱効果も改善されることが分かった。

産業上の利用可能性

[0097] 本発明の太陽光発電集熱ユニット (ハイブリッドパネル）によれば、太陽光に含まれ る赤外線域 (熱線）の光によって集熱パネルに流れる熱媒体を加熱し、主に紫外線 域の光によって色素増感型太陽電池で光電変換により発電を行うので、太陽光を幅 広い波長域に渡って有効に利用でき、熱、および電力を取り出すことができる。また、 集熱パネルを流れる熱媒体に色素増感型太陽電池の熱を吸収させ、色素増感型太 陽電池を冷却することができるため、発電効率を良好に維持するとともに、色素増感 型太陽電池の劣化を防止することができる。さらに、建造物の限られた面積の屋根等 を有効に利用して、太陽光から熱および電力を効率よく得ることができる。よって、産 業上極めて有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 太陽光から光電変換によって電力を取り出す色素増感型太陽電池と、この色素増 感型太陽電池に重ねて配され、太陽光の熱エネルギーによって熱媒体を加熱する 集熱パネルとを備えた太陽光発電集熱ユニット。

[2] 前記熱媒体は、前記色素増感型太陽電池との間で熱交換を行う請求項 1に記載の 太陽光発電集熱ユニット。

[3] 前記太陽光発電集熱ユニットは、前記熱媒体との熱交換によって、 60°C以下に保 たれ、かつ、前記熱媒体は、太陽光発電集熱ユニットの外部で、 2次熱媒体との間で 更に熱交換を行う請求項 2に記載の太陽光発電集熱ユニット。

[4] 前記色素増感型太陽電池または集熱パネルのいずれか一方は、他方が主に吸収 する波長域の太陽光を透過させる請求項 1に記載の太陽光発電集熱ユニット。

[5] 前記集熱パネルは、太陽光発電集熱ユニットに入射した太陽光のうち赤外線域を 主体として吸収し、前記色素増感型太陽電池は前記赤外線域以外の波長域の太陽 光を主体として吸収して光電変換を行う請求項 4に記載の太陽光発電集熱ユニット。

[6] 前記色素増感型太陽電池を構成する色素増感型太陽電池の負極を成す多孔質 電極膜の厚みは、 5ミクロン以上である請求項 1に記載の太陽光発電集熱ユニット。