WO2015005031A1 - Photovoltaic generator - Google Patents
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Definitions
- FIG. 5 to 10 are diagrams schematically showing the photoelectric conversion layer by paying attention only to the structure of the photoelectric conversion layer formed on the transparent conductive layer of the translucent substrate 21, and are dye-sensitized solar cells.
- the components other than the photoelectric conversion layers of the modules 20S, 20E, and 20W are substantially the same as the configuration shown in FIG.
- a photosensitizer (dye) to be adsorbed on the porous semiconductor a commercially available dye (manufactured by Solaronix, trade name: Ruthenizer520 DN) is used.
- the structure of the photoelectric conversion layer 3S4 is different in that the layer R is formed without forming the layer S when compared with the structure of the photoelectric conversion layer 3S1.
- the photoelectric conversion layer 3S4 is formed by applying the above-described titanium oxide paste 3P once on the layer T and drying it, and then baking the substrate.
- the photoelectric conversion layers 3W4 and 3E4 are thicker than the photoelectric conversion layer 3S4 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the fourth example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
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Abstract
This photovoltaic generator (100) comprises at least two types of dye-sensitized solar cell modules (20S, 20E, 20W) which are arranged facing different directions and which have different spectral sensitivities by virtue of having photoelectric conversion layers of different structures.
Description
本発明は、太陽光発電装置に関し、互いに異なる方位に色素増感太陽電池モジュールが設置された太陽光発電装置に関する。
The present invention relates to a solar power generation device, and more particularly to a solar power generation device in which dye-sensitized solar cell modules are installed in different directions.
化石燃料に代わるエネルギー源として、太陽光を電力に変換する太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が実用化されている。しかし、前者には、シリコン基板の作製コストが高いという問題があり、後者には、多種の半導体製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。このため、いずれのシリコン系太陽電池においても光電変換の高効率化による発電出力あたりのコストを低減する努力が続けられている。しかしながら、上記の問題を解決するには至っていない。
As an alternative energy source to fossil fuels, solar cells that convert sunlight into electric power are attracting attention. Currently, solar cells using crystalline silicon substrates and thin-film silicon solar cells have been put into practical use. However, the former has a problem that the manufacturing cost of the silicon substrate is high, and the latter has a problem that the manufacturing cost becomes high because it is necessary to use various semiconductor manufacturing gases and complicated apparatuses. For this reason, in any silicon-based solar cell, efforts are being made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion. However, the above problem has not been solved.
上記の太陽電池に代えて新しいタイプの太陽電池として、たとえば特開平1-220380号公報(特許文献1)には、金属錯体の光誘起電子移動を応用した色素増感太陽電池が開示されている。特許文献1に開示の色素増感太陽電池は、表面上に電極(第1電極および第2電極)を形成した2枚のガラス基板の電極間に、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換層と電解液とを挟持した構造を有する。
As a new type of solar cell instead of the above-described solar cell, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-220380 (Patent Document 1) discloses a dye-sensitized solar cell to which photoinduced electron transfer of a metal complex is applied. . In the dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1, a photosensitizing dye is adsorbed between the electrodes of two glass substrates on which electrodes (first electrode and second electrode) are formed on the surface, and is in a visible light region. The structure has a structure in which a photoelectric conversion layer having an absorption spectrum and an electrolytic solution are sandwiched.
このような構成とすることにより、光電変換層で発生した電子が繰り返し移動することによって電気エネルギーを取り出すことが可能となる。具体的には、透明な第1電極側から光電変換素子に光が照射された場合には、光電変換層で電子が発生して、当該電子が、第1電極から外部電気回路を通って第2電極に移動する。続いて、第2電極に移動した電子は、電解質中のイオンにより運ばれて光電変換層に戻る。
By adopting such a configuration, it becomes possible to take out electric energy by repeatedly moving electrons generated in the photoelectric conversion layer. Specifically, when light is irradiated onto the photoelectric conversion element from the transparent first electrode side, electrons are generated in the photoelectric conversion layer, and the electrons pass through the external electric circuit from the first electrode. Move to 2 electrodes. Subsequently, the electrons that have moved to the second electrode are carried by the ions in the electrolyte and return to the photoelectric conversion layer.
色素増感太陽電池を実用化するために、色素増感太陽電池を大面積化することが提案されている。たとえば、特開2012-178297号公報(特許文献2)、WO2012/053327号公報(特許文献3)および特開2006-24574号公報(特許文献4)には、短冊状の光電変換素子(色素増感太陽電池)を直列接続することにより大面積化された色素増感太陽電池モジュールが開示されている。また、特開2006-302907号公報(特許文献5)には、集電のためのグリッド電極を形成することにより大面積化された単体の光電変換素子(色素増感太陽電池)あるいは並列接続された当該光電変換素子を用いて大面積化された色素増感太陽電池モジュールが開示されている。大面積化された単体の光電変換素子と、光電変換素子を直列あるいは並列に接続してなるものを合わせて色素増感太陽電池モジュールと記載する。またこれら色素増感太陽電池モジュールが複数枚同じ方位に設置されたものを太陽光発電パネルとし、複数の方位に太陽光発電パネルとインバータにより構成されるものを太陽光発電装置と記載する。
In order to put the dye-sensitized solar cell into practical use, it has been proposed to increase the area of the dye-sensitized solar cell. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-178297 (Patent Document 2), WO2012 / 053327 (Patent Document 3) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-24574 (Patent Document 4) disclose a strip-like photoelectric conversion element (dye increase). A dye-sensitized solar cell module having a large area by connecting in series a solar cell) is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 2006-302907 (Patent Document 5) discloses a single photoelectric conversion element (a dye-sensitized solar cell) that is enlarged by forming a grid electrode for collecting current or connected in parallel. In addition, a dye-sensitized solar cell module having a large area using the photoelectric conversion element is disclosed. A single photoelectric conversion element having a large area and a structure obtained by connecting photoelectric conversion elements in series or in parallel are collectively referred to as a dye-sensitized solar cell module. A plurality of the dye-sensitized solar cell modules installed in the same direction is referred to as a solar power generation panel, and a solar power generation device including a solar power generation panel and an inverter in a plurality of directions is described.
また、既存のシリコン系太陽電池によって構成されるシリコン系太陽電池モジュールは、発電量が最も大きくなる方位(北半球においては南)を中心に、その受光面を水平面から30度程度傾斜させた状態で設置されている場合が多い。このような太陽電池モジュールは、当該太陽電池モジュールを向けた方位に太陽が来たときに発電量が大きくなるように設置されているため、正午前後に発電量が大きくなる。一方、朝方や夕方等の正午前後以外の時間帯においては、当該太陽電池モジュールを向けた方位から太陽がそれるため、発電量が小さくなってしまう。
In addition, a silicon-based solar cell module composed of existing silicon-based solar cells has a light-receiving surface inclined at about 30 degrees from a horizontal plane around the direction (south in the northern hemisphere) where the amount of power generation is the largest. Often installed. Since such a solar cell module is installed so that the amount of power generation increases when the sun comes in the direction toward the solar cell module, the amount of power generation increases after noon. On the other hand, in a time zone other than after noon, such as in the morning or evening, the sun deviates from the direction in which the solar cell module is directed, and thus the amount of power generation becomes small.
一方で、フジクラ技報 2011 Vol.1 第120号(非特許文献1)には、色素増感太陽電池は、太陽電池に照射される太陽光の入射方向が受光面に対して水平に近づいた場合でも、既存のシリコン系太陽電池と比較して発電割合が高くなり、これによって一日の発電量が高くなることが報告されている。
Meanwhile, Fujikura Technical Report 2011 Vol. 1 In No. 120 (Non-Patent Document 1), a dye-sensitized solar cell is an existing silicon-based solar cell even when the incident direction of sunlight irradiated on the solar cell approaches to the light receiving surface. It has been reported that the power generation rate is higher than that of the power generation, which increases the daily power generation.
つまり、色素増感太陽電池モジュールは、上記シリコン系太陽電池モジュールと比較して光の入射角度に対する発電割合の依存性が少ないことから、同じ一方位に向けて設置されている場合でも、朝方や夕方における発電割合がシリコン系太陽電池モジュールよりも高く、よって、朝方や夕方を含む一日の発電量が大きくなる。
That is, since the dye-sensitized solar cell module has less dependency on the incident angle of light as compared to the silicon-based solar cell module, the morning or The power generation ratio in the evening is higher than that of the silicon-based solar cell module, and thus the amount of power generation per day including in the morning and evening increases.
ところで、太陽光発電パネルに入射する太陽光のスペクトルは時間とともに変動する。しかしながら、既存のシリコン系太陽電池では、入射する太陽光スペクトルに合わせた光電変換層を設計することは困難であり、よって、既存のシリコン系太陽電池によって構成されるシリコン系太陽電池モジュールでは、太陽エネルギーを十分に利用できていない。
By the way, the spectrum of sunlight incident on the photovoltaic power generation panel varies with time. However, with existing silicon solar cells, it is difficult to design a photoelectric conversion layer that matches the incident solar spectrum. Therefore, in a silicon solar cell module composed of existing silicon solar cells, The energy is not fully utilized.
このことはこれまでの色素増感太陽電池でも同様であり、例えば、特許文献1から5に開示されている色素増感太陽電池モジュールにあっては、入射する太陽光スペクトルが時間帯によって変動することについては十分に考慮されておらず、その設置態様によっては、十分な発電量が得られないという問題がある。
The same applies to conventional dye-sensitized solar cells. For example, in the dye-sensitized solar cell modules disclosed in Patent Documents 1 to 5, the incident solar spectrum varies depending on the time zone. There is a problem that sufficient power generation cannot be obtained depending on the installation mode.
そのため、このような、パネルに入射する太陽光スペクトルの変動を十分に考慮せずに設置された色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置にあっても、十分な発電量が得られないという問題がある。
Therefore, even in such a solar power generation apparatus configured by a dye-sensitized solar cell module installed without sufficiently considering the fluctuation of the solar spectrum incident on the panel, a sufficient power generation amount is obtained. There is a problem that can not be.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、効率的に発電量を得ることができる太陽光発電装置を容易かつ簡便に提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar power generation apparatus capable of efficiently obtaining a power generation amount easily and simply.
本発明に基づく太陽光発電装置は、異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールが、異なる方位に向けて設置されている。
In the photovoltaic power generation apparatus according to the present invention, at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities by being provided with photoelectric conversion layers having different structures are installed in different directions.
上記本発明に基づく太陽光発電装置にあっては、同じ方位に設置された複数の色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電パネルを備えることが好ましく、この場合には、上記太陽光発電パネルに含まれる上記複数の色素増感太陽電池モジュールは、同じ構造の光電変換層を具備することが好ましい。ただし同じ方位であっても、設置する位置により反射光の影響などによりスペクトルが異なってくる可能性などがあることから、場合によっては一部の色素増感太陽電池モジュールが各方位で同じ光電変換層を具備していてもよい。
The solar power generation device according to the present invention preferably includes a solar power generation panel configured by a plurality of dye-sensitized solar cell modules installed in the same direction. The plurality of dye-sensitized solar cell modules included in the power generation panel preferably include photoelectric conversion layers having the same structure. However, even if the orientation is the same, the spectrum may differ depending on the location of the reflected light depending on the installation location.In some cases, some dye-sensitized solar cell modules have the same photoelectric conversion in each orientation. A layer may be provided.
上記本発明に基づく太陽光発電装置にあっては、上記少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールあるいは上記太陽光発電パネルのうち、1年のうちで太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルよりも、その他の方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルが、長波長側で高い感度を呈する分光感度を有していることが好ましい。ここで正中する方位とは、設置場所の子午線上に太陽が来るときの方位で、極上正中する方位を示す。
In the solar power generation device according to the present invention, in the at least two or more types of the dye-sensitized solar cell modules or the solar power generation panels, in the direction closest to the direction in which the sun is most median in one year. A dye-sensitized solar cell module or photovoltaic panel installed in a different direction than a dye-sensitized solar cell module or photovoltaic panel installed toward the It is preferable to have sensitivity. Here, the azimuth direction is the azimuth when the sun comes on the meridian of the installation location, and indicates the azimuth that is the highest midline.
上記本発明に基づく太陽光発電装置にあっては、上記少なくとも2種類以上のあるいは上記太陽光発電パネルのうち、1年のうちで太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルよりも、その他の方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルが、厚みの大きい光電変換層を具備していることが好ましい。正中する方位に最も近い方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルにおいては、壁面等に設置した場合に、光電変換層面に対して仰角が小さい方向から光が入射することになり、薄い膜厚でも吸収のための十分な光路長を確保できる。また膜厚が薄い方がリーク電流の減少などにより電圧が向上するため、結果として発電量が増加するものと考えられる。これに対して正中する方位に最も近い方位以外の方位に向けて設置される色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルについては、光電変換層面に対してより垂直に近い方向から光が入射することになるため、光を十分に吸収するためには膜圧の厚い光電変換層が必要となる。更には正中する方位に最も近い方位以外の方位は朝日や夕日など長波長側の光の割合が高いため、これらの光を有効に吸収するためにも膜圧の厚い光電変換層が必要となる。
In the solar power generation device according to the present invention, among the at least two types or the solar power generation panels, the pigment is installed in the direction closest to the direction in which the sun is most median in one year It is preferable that the dye-sensitized solar cell module or the solar power generation panel installed in the other direction is provided with a thick photoelectric conversion layer rather than the sensitized solar cell module or the solar power generation panel. In a dye-sensitized solar cell module or photovoltaic power generation panel installed in the direction closest to the median direction, light enters from a direction with a small elevation angle with respect to the photoelectric conversion layer surface when installed on a wall surface or the like. In other words, a sufficient optical path length for absorption can be secured even with a thin film thickness. In addition, the thinner the film thickness, the higher the voltage due to a decrease in leakage current, and as a result, the power generation amount is considered to increase. On the other hand, for dye-sensitized solar cell modules or photovoltaic power generation panels installed in directions other than the direction closest to the median direction, light enters from a direction closer to the photoelectric conversion layer surface. Therefore, a photoelectric conversion layer having a thick film pressure is necessary to sufficiently absorb light. Furthermore, since the ratio of light on the long wavelength side such as the morning sun or sunset is high in directions other than the direction closest to the midline direction, a photoelectric conversion layer having a thick film pressure is required to effectively absorb these lights. .
上記本発明に基づく太陽光発電装置にあっては、上記少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールあるいは太陽光発電パネルが、建物が有する異なる方位を向いた壁面に亘って設置されていることが好ましい。
In the solar power generation apparatus according to the present invention, the at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules or solar power generation panels are installed across wall surfaces facing different directions of the building. Is preferred.
本発明に基づく太陽光発電装置の設置方法は、異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールを、異なる方位に向けて設置する。
The solar power generation apparatus installation method according to the present invention includes installing at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities by providing photoelectric conversion layers having different structures in different directions.
本発明によれば、効率的に発電量を得ることができる太陽光発電装置を容易かつ簡便に提供することができる。
According to the present invention, it is possible to easily and simply provide a solar power generation apparatus that can efficiently obtain a power generation amount.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or common parts are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態)
図1は、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュールに含まれる光電変換素子を示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュールに含まれる光電変換素子10について説明する。 (Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photoelectric conversion element included in a dye-sensitized solar cell module provided in the solar power generation device according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, thephotoelectric conversion element 10 contained in the dye-sensitized solar cell module comprised in the solar power generation device concerning this Embodiment is demonstrated.
図1は、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュールに含まれる光電変換素子を示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュールに含まれる光電変換素子10について説明する。 (Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photoelectric conversion element included in a dye-sensitized solar cell module provided in the solar power generation device according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the
図1に示すように、光電変換素子10は、透光性基板1と、透光性基板1に対向して配置される支持基板7と、封止材8と、透光性基板1と支持基板7との間に封止材8によって封止されたキャリア輸送材料9と、透光性基板1上に形成された積層体11とを備える。
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 10 includes a translucent substrate 1, a support substrate 7 disposed to face the translucent substrate 1, a sealing material 8, and the translucent substrate 1 and support. The carrier transport material 9 sealed with the sealing material 8 between the board | substrates 7 and the laminated body 11 formed on the translucent board | substrate 1 are provided.
積層体11は、透光性基板1上に形成された透明導電層2と、透明導電層2上に形成され、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層3と、光電変換層3を覆うように形成された多孔性絶縁層4と、多孔性絶縁層4上に形成された触媒層5と、触媒層5上に形成された対極導電層6とを有する。
The laminate 11 includes a transparent conductive layer 2 formed on the translucent substrate 1, a photoelectric conversion layer 3 formed on the transparent conductive layer 2 and made of a porous semiconductor adsorbing a dye, and a photoelectric conversion layer 3. It has a porous insulating layer 4 formed so as to cover, a catalyst layer 5 formed on the porous insulating layer 4, and a counter electrode conductive layer 6 formed on the catalyst layer 5.
透明導電層2は、所定の形状にパターニングされており、これにより透明導電層2には、所定の方向に沿って延在する分離ライン2aが設けられている。分離ライン2aは、多孔性絶縁層4によって埋め込まれている。また、透明導電層2の端部は、封止材8よりも外側に位置し、取り出し電極としても機能する。
The transparent conductive layer 2 is patterned into a predetermined shape, whereby the transparent conductive layer 2 is provided with a separation line 2a extending along a predetermined direction. The separation line 2 a is embedded with the porous insulating layer 4. Moreover, the edge part of the transparent conductive layer 2 is located outside the sealing material 8, and functions also as an extraction electrode.
対極導電層6は、触媒層5の表面および分離ライン2a側に位置する多孔性絶縁層4の側面を覆い、分離ライン2aによって分離された一方の透明導電層2に接続されている。キャリア輸送材料9は、透光性基板1と支持基板7との間に充填されるだけでなく、光電変換層3や多孔性絶縁層4の内部にも浸透している。
The counter electrode conductive layer 6 covers the surface of the catalyst layer 5 and the side surface of the porous insulating layer 4 located on the separation line 2a side, and is connected to one transparent conductive layer 2 separated by the separation line 2a. The carrier transport material 9 is not only filled between the translucent substrate 1 and the support substrate 7 but also penetrates into the photoelectric conversion layer 3 and the porous insulating layer 4.
当該光電変換素子10にあっては、透光性基板1の表面を受光面とすることができ、透明導電層2が負極となり、対極導電層6が正極となる。透光性基板1の受光面に光が照射されると、光電変換層3で電子が発生する。光電変換層3で発生した電子は、分離ライン2aによって分離された他方側の透明導電層2から外部電気回路を通って一方側の透明導電層2へ移動した後、一方側の透明導電層2へ接続された対極導電層6に移動する。対極導電層6に移動した電子は、多孔性絶縁層4内のキャリア輸送材料9中のイオンにより運ばれて光電変換層3に移動する。これにより、電気エネルギーを取り出すことができる。
In the photoelectric conversion element 10, the surface of the translucent substrate 1 can be a light receiving surface, the transparent conductive layer 2 is a negative electrode, and the counter electrode conductive layer 6 is a positive electrode. When light is irradiated onto the light receiving surface of the translucent substrate 1, electrons are generated in the photoelectric conversion layer 3. The electrons generated in the photoelectric conversion layer 3 move from the transparent conductive layer 2 on the other side separated by the separation line 2a to the transparent conductive layer 2 on the one side through the external electric circuit, and then the transparent conductive layer 2 on the one side. It moves to the counter electrode conductive layer 6 connected to. The electrons that have moved to the counter electrode conductive layer 6 are carried by the ions in the carrier transport material 9 in the porous insulating layer 4 and move to the photoelectric conversion layer 3. Thereby, electric energy can be taken out.
このような光電変換素子10を製造する際にあっては、まず、所定の形状にパターニングされ、分離ライン2aによって分離された透明導電層2が形成された透光性基板1を準備する。
When manufacturing such a photoelectric conversion element 10, first, a translucent substrate 1 that is patterned into a predetermined shape and on which a transparent conductive layer 2 separated by a separation line 2 a is formed is prepared.
透光性基板1としては、一般に太陽電池に使用されている材料であれば特に限定されず、たとえばソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、テフロン(登録商標)などの可撓性フィルムを用いることができる。なお、透光性基板1は、光電変換層3に含まれる色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよく、上記に限定されない。
The translucent substrate 1 is not particularly limited as long as it is a material generally used for solar cells. For example, a glass substrate such as soda glass, fused silica glass, or crystal quartz glass, or a flexible material such as Teflon (registered trademark). Can be used. In addition, the translucent board | substrate 1 should just be a material which permeate | transmits the light of the wavelength which has an effective sensitivity to the pigment | dye contained in the photoelectric converting layer 3, and is not limited to the above.
透明導電層2としては、たとえばインジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、フッ素をドープした酸化錫(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)、タンタルあるいはニオブをドープした酸化チタンなどを採用することができる。なお、透明導電層2は、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法により、透光性基板1上に形成することができる。
As the transparent conductive layer 2, for example, indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO2), tin oxide doped with fluorine (FTO), zinc oxide (ZnO), titanium oxide doped with tantalum or niobium, etc. are adopted. can do. The transparent conductive layer 2 can be formed on the translucent substrate 1 by a known method such as a sputtering method or a spray method.
次に、たとえば酸化チタン、酸化亜鉛などの半導体微粒子を含有させた溶液を、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法などの公知の方法を用いて透明導電層2上の所定の場所に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なうことによって多孔性半導体を形成する。
Next, for example, a solution containing semiconductor fine particles such as titanium oxide and zinc oxide is applied to a predetermined surface on the transparent conductive layer 2 using a known method such as a doctor blade method, a squeegee method, a spin coating method, or a screen printing method. A porous semiconductor is formed by applying to a place and performing at least one of drying and baking.
この際、異なる半導体微粒子を含有させた溶液を調製し、塗布、乾燥、および焼成の少なくともいずれかの工程が2回以上繰り返される。これにより、複数層が積層された多孔性半導体を形成することができる。
At this time, a solution containing different semiconductor fine particles is prepared, and at least one of coating, drying, and baking is repeated twice or more. Thereby, a porous semiconductor in which a plurality of layers are laminated can be formed.
半導体粒子は、上記に限定されず、一般に光電変換材料に使用されるものであれば適宜選択することが可能である。安定性および安全性の点から、酸化チタンを用いることが特に好ましい。また、半導体微粒子を含有させた溶液としては、市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製、Ti-nanoxide、T、D、T/SP、D/SP)などを採用することができる。
The semiconductor particles are not limited to the above, and can be appropriately selected as long as they are generally used for photoelectric conversion materials. From the viewpoint of stability and safety, it is particularly preferable to use titanium oxide. Further, as the solution containing semiconductor fine particles, a commercially available titanium oxide paste (for example, Ti-nanoxide, T, D, T / SP, D / SP, manufactured by Solaronix) can be used.
続いて、多孔性半導体を色素吸着用溶液に浸漬させることにより、多孔性半導体に光増感剤(色素)を吸着させる。これにより、色素が吸着された光電変換層3が作製される。光増感剤は、光電変換素子10に入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する。光増感剤としては、可視光領域や赤外光領域に吸収をもつ種々の有機色素の他、金属錯体色素などを採用することができ、これらの色素の1種または2種以上を組み合わせてもよい。
Subsequently, the photosensitizer (dye) is adsorbed on the porous semiconductor by immersing the porous semiconductor in the dye adsorption solution. Thereby, the photoelectric converting layer 3 in which the pigment | dye was adsorbed is produced. The photosensitizer converts light energy incident on the photoelectric conversion element 10 into electrical energy. As a photosensitizer, in addition to various organic dyes having absorption in the visible light region and infrared light region, metal complex dyes and the like can be employed, and one or more of these dyes are combined. Also good.
次に、微粒子状の絶縁物を適当な溶剤に分散し、さらにエチルセルロース、ポリエチレングリコール(PEG)などの高分子化合物を混合して作製されたペーストを光電変換層3上に塗布する。その後、乾燥および焼成の少なくとも一方を行なう。これにより、光電変換層3上に多孔性絶縁層4を形成することができる。
Next, a paste prepared by dispersing a fine-particle insulator in an appropriate solvent and further mixing a polymer compound such as ethyl cellulose and polyethylene glycol (PEG) is applied onto the photoelectric conversion layer 3. Thereafter, at least one of drying and baking is performed. Thereby, the porous insulating layer 4 can be formed on the photoelectric conversion layer 3.
続いて、スパッタ法などを用いて、多孔性絶縁層4上に触媒層5を形成する。触媒層5としては、たとえば白金、パラジウムなどの貴金属材料、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボン系材料を採用することができる。
Subsequently, a catalyst layer 5 is formed on the porous insulating layer 4 using a sputtering method or the like. As the catalyst layer 5, for example, a noble metal material such as platinum or palladium, or a carbon-based material such as carbon black, ketjen black, carbon nanotube, or fullerene can be employed.
次に、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法を用いて触媒層5上に対極導電層6を形成する。対極導電層6としては、たとえばインジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)などを採用することができる。
Next, the counter electrode conductive layer 6 is formed on the catalyst layer 5 using a known method such as a sputtering method or a spray method. As the counter electrode conductive layer 6, for example, indium tin composite oxide (ITO), tin oxide (SnO 2), tin oxide doped with fluorine (FTO), zinc oxide (ZnO), or the like can be used.
続いて、透光性基板1の外周に封止材8を塗布して、支持基板7を貼り合わせる。封止材8としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料などを採用することができ、これらの2種類以上を用いて積層構造にしてもよい。支持基板7としては、強化ガラスなどを採用することができる。
Subsequently, the sealing material 8 is applied to the outer periphery of the translucent substrate 1 and the support substrate 7 is bonded. As the sealing material 8, a silicone resin, an epoxy resin, a polyisobutylene resin, a hot melt resin, a glass material, or the like can be adopted, and a laminated structure may be formed using two or more of these. As the support substrate 7, tempered glass or the like can be employed.
次に、支持基板7に設けられた注入口から真空注入法や真空含浸法などを用いてキャリア輸送材料9を支持基板7と透光性基板1との間に注入する。キャリア輸送材料9としては、イオンを輸送できる導電性材料を採用することができ、一般に太陽電池の分野に使用される液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質などを採用することができる。
Next, the carrier transport material 9 is injected between the support substrate 7 and the translucent substrate 1 from the injection port provided in the support substrate 7 using a vacuum injection method, a vacuum impregnation method, or the like. As the carrier transport material 9, a conductive material capable of transporting ions can be employed, and a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, a molten salt gel electrolyte, etc., generally used in the field of solar cells can be employed. .
図2は、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュールを示す断面図である。図2を参照して、本実施の形態に係る太陽光発電装置に具備される色素増感太陽電池モジュール20について説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the dye-sensitized solar cell module provided in the solar power generation device according to the present embodiment. With reference to FIG. 2, the dye-sensitized solar cell module 20 provided in the solar power generation device according to the present embodiment will be described.
図2に示すように、色素増感太陽電池モジュール20は、光電変換素子10が直列に接続されたものであり、具体的には、透光性基板21と、透光性基板21に対向して配置される支持基板27と、これらの間に直列に接続された4つの積層体11と、集電電極23とを有する。
As shown in FIG. 2, the dye-sensitized solar cell module 20 is obtained by connecting the photoelectric conversion elements 10 in series. Specifically, the dye-sensitized solar cell module 20 faces the translucent substrate 21 and the translucent substrate 21. Support substrate 27, four laminated bodies 11 connected in series between these, and current collecting electrode 23.
透光性基板21と支持基板27との間に位置する空間は、封止材8によって4つに分割されており、これら4つに分割された空間のそれぞれに、キャリア輸送材料9が充填されるとともに積層体11のそれぞれが配置されている。
The space located between the translucent substrate 21 and the support substrate 27 is divided into four by the sealing material 8, and each of the four divided spaces is filled with the carrier transport material 9. In addition, each of the laminates 11 is disposed.
集電電極23は、透光性基板21上に形成された透明導電層2のうち封止材8よりも外側に位置する端部に設けられている。
The current collecting electrode 23 is provided at an end portion located outside the sealing material 8 in the transparent conductive layer 2 formed on the translucent substrate 21.
図3は、本実施の形態に係る太陽光発電装置を構成するために異なる方位に設置された色素増感太陽電池モジュールを示す概略図である。図3を参照して、本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置を構成するために異なる方位に設置された色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wについて説明する。
FIG. 3 is a schematic view showing a dye-sensitized solar cell module installed in different directions in order to constitute the solar power generation device according to the present embodiment. With reference to FIG. 3, dye-sensitized solar cell modules 20 </ b> S, 20 </ b> E, and 20 </ b> W installed in different directions in order to configure the solar power generation device according to the embodiment of the present invention will be described.
図3に示すように、本実施の形態に係る太陽光発電装置を構成するために色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wを異なる方位に設置する場合にあっては、少なくとも2つの異なる方位に、上述の光電変換層の構造が異なることによって分光感度が異なる色素増感太陽電池モジュールを設置する。
As shown in FIG. 3, in the case where the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W are installed in different directions in order to configure the solar power generation device according to the present embodiment, at least two different directions are used. In addition, a dye-sensitized solar cell module having a different spectral sensitivity due to a difference in the structure of the photoelectric conversion layer described above is installed.
特に、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wを建屋30の壁面に設置する場合は、南に向く壁面30sに色素増感太陽電池モジュール20Sを設置し、東に向く壁面30eに色素増感太陽電池モジュール20Eを設置し、西に向く壁面30wに色素増感太陽電池モジュール20Wを設置する。
In particular, when the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W are installed on the wall surface of the building 30, the dye-sensitized solar cell module 20S is installed on the wall surface 30s facing south and the dye-sensitized cell wall 30e facing east. The solar cell module 20E is installed, and the dye-sensitized solar cell module 20W is installed on the wall surface 30w facing west.
南に向く壁面30sに設置された色素増感太陽電池モジュール20Sの分光感度と、東に向く壁面30eに設置された色素増感太陽電池モジュール20Eおよび西に向く壁面30wに設置された色素増感太陽電池モジュール20Wの分光感度とは、色素増感太陽電池モジュール20Sの光電変換層の構造と、色素増感太陽電池モジュール20Eおよび色素増感太陽電池モジュール20Wの光電変換層の構造とが異なるために、異なっている。
Spectral sensitivity of the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the wall surface 30s facing south, dye-sensitized solar cell module 20E installed on the wall surface 30e facing east, and dye sensitization installed on the wall surface 30w facing west The spectral sensitivity of the solar cell module 20W is different from the photoelectric conversion layer structure of the dye-sensitized solar cell module 20S and the photoelectric conversion layer structures of the dye-sensitized solar cell module 20E and the dye-sensitized solar cell module 20W. Is different.
太陽は時間により位置を変えることから、その仰角および太陽光の波長が変動する。具体的には、朝方(日の出から正午前までの時間帯)においては、太陽は東側に位置し、太陽の仰角は小さく、赤色等の長波長側の波長領域を有する太陽光の割合が多くなる。また、夕方(正午後から日没までの時間帯)においては、太陽は西側に位置し、太陽の仰角は小さく、赤色等の長波長側の領域を有する太陽光の割合が多くなる。さらに、正午を中心とする時間帯においては、太陽は南側に位置し、太陽の仰角は大きく、朝方および夕方と比較して長波長側への偏りが少ない太陽光が得られる。
Since the sun changes its position with time, its elevation angle and sunlight wavelength will fluctuate. Specifically, in the morning (time zone from sunrise to noon), the sun is located on the east side, the elevation angle of the sun is small, and the proportion of sunlight having a wavelength region on the long wavelength side such as red increases. . Further, in the evening (time zone from noon to sunset), the sun is located on the west side, the elevation angle of the sun is small, and the proportion of sunlight having a long wavelength region such as red increases. Furthermore, in the time zone centered around noon, the sun is located on the south side, the sun's elevation angle is large, and sunlight with less bias toward the long wavelength side than in the morning and evening is obtained.
ここで、色素増感太陽電池モジュール20は、太陽の仰角が変動して太陽光の入射角が変動することにより受光面に対する太陽光の入射方向が水平に近づいた場合でも発電割合が低下しにくいという性質を有する。このため、色素増感太陽電池モジュール20にあっては、従来屋上等に南向きに設置されていたシリコン系太陽電池モジュールと比較して、壁面に設置した場合であっても十分な発電量を確保することができる。
Here, in the dye-sensitized solar cell module 20, even when the incident angle of sunlight with respect to the light receiving surface approaches horizontal due to variation in the elevation angle of the sun and variation in the incident angle of sunlight, the power generation rate is unlikely to decrease. It has the property. For this reason, the dye-sensitized solar cell module 20 has a sufficient amount of power generation even when installed on a wall surface, compared to a silicon-based solar cell module that has been installed southward on a conventional rooftop or the like. Can be secured.
さらに、色素増感太陽電池モジュール20を屋上のみならず壁面にも設置することによって設置面積を増加させることができ、この結果、発電量をさらに確保することができる。
Furthermore, the installation area can be increased by installing the dye-sensitized solar cell module 20 not only on the roof but also on the wall surface. As a result, the amount of power generation can be further secured.
本実施の形態に係る太陽光発電装置100(図4参照)においては、所定の方位に分光感度を異なる色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wを設置することにより、上述のように太陽の方位によって変化する太陽光の波長を効率的に吸収できるため、さらに大きな発電量を確保することができる。
In the photovoltaic power generation apparatus 100 (see FIG. 4) according to the present embodiment, by installing the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W having different spectral sensitivities in a predetermined direction, Since the wavelength of sunlight that changes depending on the orientation can be efficiently absorbed, a larger amount of power generation can be ensured.
色素増感太陽電池モジュールの分光感度は、光電変換層の膜厚または光電変換層の積層構造を変化させることにより変化させることができる。具体的には、上述の製造過程において、同一または異なる半導体化合物からなる2種類以上の粒子サイズの半導体微粒子の混合割合を変化させた層を積層することにより、光電変換層の構造を変化させる。
The spectral sensitivity of the dye-sensitized solar cell module can be changed by changing the film thickness of the photoelectric conversion layer or the laminated structure of the photoelectric conversion layer. Specifically, in the manufacturing process described above, the structure of the photoelectric conversion layer is changed by stacking layers in which the mixing ratio of semiconductor fine particles having two or more kinds of particle sizes made of the same or different semiconductor compounds is changed.
2種類以上の粒子サイズの異なる半導体微粒子を用いて光電変換層を作製した場合には、粒子サイズの大きな半導体微粒子は入射光を散乱させることによって光捕捉率を向上させることができ、粒子サイズの小さな半導体微粒子は吸着点を多くすることにより色素の吸着量の向上させることができる。
When a photoelectric conversion layer is produced using two or more kinds of semiconductor fine particles having different particle sizes, the semiconductor fine particles having a large particle size can improve the light capture rate by scattering incident light. Small semiconductor fine particles can improve the amount of dye adsorbed by increasing the number of adsorption points.
この際、異なる粒子サイズの平均粒径の比率は10倍以上が好ましく、粒子サイズの大きな半導体微粒子の平均粒径は100~500nm程度が適当であり、粒子サイズの小さな半導体微粒子の平均粒径は5nm~50nm程度が適当である。また、吸着作用の強い半導体化合物を粒子サイズの小さな半導体微粒子とするのが効果的である。
At this time, the ratio of the average particle size of different particle sizes is preferably 10 times or more, the average particle size of semiconductor fine particles having a large particle size is suitably about 100 to 500 nm, and the average particle size of semiconductor fine particles having a small particle size is A thickness of about 5 nm to 50 nm is appropriate. It is also effective to use semiconductor particles having a strong adsorbing action as semiconductor particles having a small particle size.
上記の方法によって、光電変換層3の膜厚を増加させたり、光電変換層において入射側から遠い所に粒径の大きな半導体微粒子を添加したりすることにより、太陽光の閉じ込め効果を高めることができるとともに、色素増感太陽電池モジュール20の長波長側の分光感度を高くすることができる。
By increasing the film thickness of the photoelectric conversion layer 3 or adding semiconductor fine particles having a large particle size to a position far from the incident side in the photoelectric conversion layer by the above method, the solar confinement effect can be enhanced. In addition, the spectral sensitivity on the long wavelength side of the dye-sensitized solar cell module 20 can be increased.
この結果、長波長側で高い感度を呈する分光感度を有する色素増感太陽電池モジュール20Wおよび20Eを1年のうちで、太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位と異なるその他の方位としての西側および東側に設置することにより、当該色素増感太陽電池モジュール20Wおよび20Eによって長波長側の太陽光を効率よく吸収させることができる。
As a result, the dye-sensitized solar cell modules 20W and 20E having a spectral sensitivity exhibiting high sensitivity on the long wavelength side can be used as other azimuths different from the azimuth closest to the azimuth in which the sun is most median in one year. By installing in, it can absorb the sunlight of a long wavelength side efficiently by the said dye-sensitized solar cell modules 20W and 20E.
また、1年のうちで、太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位としての南側には、当該南側と異なる方位としての西側および東側に設置される太陽電池モジュール20Wおよび20Eの光電変換層3の膜厚よりも光電変換層3の膜厚が薄い色素増感太陽電池モジュール20Sが設置されている。
Moreover, the film | membrane of the photoelectric conversion layer 3 of the solar cell modules 20W and 20E installed in the west side and east side as an azimuth | direction different from the said south side in the south side as the azimuth | direction nearest to the direction which the sun is the most median in one year A dye-sensitized solar cell module 20S in which the film thickness of the photoelectric conversion layer 3 is thinner than the thickness is installed.
光電変換層3の膜厚を薄くすることにより、光電変換層3からキャリア輸送材料9中へ電子が移動する逆電子反応が発生する表面積を小さくすることができる。このため、大きな電圧を得ることができ、この結果、発電量を増加させることができる。
By reducing the film thickness of the photoelectric conversion layer 3, it is possible to reduce the surface area in which a reverse electron reaction in which electrons move from the photoelectric conversion layer 3 into the carrier transport material 9 occurs. For this reason, a large voltage can be obtained, and as a result, the amount of power generation can be increased.
太陽が南側に来た場合には、太陽の仰角が大きくなるため色素増感太陽電池モジュール20Sへの入射角が朝方および夕方と比較して小さくなる。入射角が小さくなる場合には、入射角が大きい場合と比較して斜め方向に太陽光が入射されるため、光電変換層3内での光路長が長くなる。これにより、光電変換層3の膜厚が薄い色素増感太陽電池モジュール20Sを南側に設置する場合であっても、効果的に太陽光を吸収することができる。
When the sun comes to the south side, the elevation angle of the sun is increased, so that the incident angle to the dye-sensitized solar cell module 20S is smaller than in the morning and evening. When the incident angle is small, sunlight enters in an oblique direction as compared with the case where the incident angle is large, so that the optical path length in the photoelectric conversion layer 3 is long. Thereby, even if it is a case where the dye-sensitized solar cell module 20S with the thin film thickness of the photoelectric converting layer 3 is installed in the south side, sunlight can be absorbed effectively.
図4は、図3に示す太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置を示す概略図である。図4を参照して、図3に示す太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100について説明する。
FIG. 4 is a schematic view showing a solar power generation device constituted by the solar cell module shown in FIG. With reference to FIG. 4, the solar power generation device 100 comprised by the solar cell module shown in FIG. 3 is demonstrated.
図4に示すように、太陽光発電装置100は、たとえば南側の壁面、東側の壁面および西側の壁面に設置された太陽光発電パネル40S、40Eおよび40Wと、太陽光発電パネル40S,40E,40Wから出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ101とを備える。太陽光発電装置100は、建屋に備えられている電子機器103に対して電力を供給する。太陽光発電パネル40S、40Eおよび40Wは、並列に接続されている。
As shown in FIG. 4, the photovoltaic power generation apparatus 100 includes, for example, photovoltaic power generation panels 40S, 40E, and 40W installed on a south wall, an east wall, and a west wall, and photovoltaic panels 40S, 40E, 40W. And an inverter 101 that converts the DC power output from AC into AC power. The solar power generation device 100 supplies electric power to the electronic device 103 provided in the building. The photovoltaic power generation panels 40S, 40E, and 40W are connected in parallel.
また、太陽光発電パネル40Sは、複数の色素増感太陽電池モジュール20Sが相互に直列または並列に接続されることによって構成されており、太陽光発電パネル40Eは、複数の色素増感太陽電池モジュール20Eが相互に直列または並列に接続されることによって構成されており、太陽光発電パネル40Wは、複数の色素増感太陽電池モジュール20Wが相互に直列または並列に接続されることによって構成されている。
The solar power generation panel 40S is configured by connecting a plurality of dye-sensitized solar cell modules 20S in series or in parallel to each other, and the solar power generation panel 40E includes a plurality of dye-sensitized solar cell modules. 20E is configured by being connected to each other in series or in parallel, and the photovoltaic power generation panel 40W is configured by a plurality of dye-sensitized solar cell modules 20W being connected to each other in series or in parallel. .
また、同じ方位に設置された複数の色素増感太陽電池モジュールは、それぞれ同じ構造の光電変換層を具備することが好ましく、たとえば、太陽光発電パネル40Sを構成する全ての色素増感太陽電池モジュール20Sは、それぞれ同じ構造の光電変換層を具備する。
In addition, the plurality of dye-sensitized solar cell modules installed in the same orientation preferably include photoelectric conversion layers having the same structure, for example, all the dye-sensitized solar cell modules constituting the solar power generation panel 40S. 20S includes photoelectric conversion layers having the same structure.
ただし同じ方位であっても、設置する位置により反射光の影響などによりスペクトルが異なってくる可能性などがあることから、場合によっては、同じ方位に設置された複数の色素増感太陽電池モジュールのうち、一部の色素増感太陽電池モジュールが同じ構造の光電変換層を具備していてもよい。この場合には、同じ方位に設置される複数の色素太陽電池モジュールが全て並列に接続されていてもよいし、上記一部の色素増感太陽電池モジュールが並列または直列に接続されたものと、その他の色素増感太陽電池モジュールとが並列または直列に接続されたものとが並列に接続されていてもよい。
However, even if the orientation is the same, the spectrum may be different due to the influence of reflected light, etc. depending on the installation location, so in some cases, multiple dye-sensitized solar cell modules installed in the same orientation may be used. Among them, some of the dye-sensitized solar cell modules may include a photoelectric conversion layer having the same structure. In this case, a plurality of dye solar cell modules installed in the same orientation may be all connected in parallel, or the above-mentioned part of the dye-sensitized solar cell modules connected in parallel or in series, Other dye-sensitized solar cell modules connected in parallel or in series may be connected in parallel.
このように、本実施の形態に係る太陽光発電装置100にあっては、太陽光発電装置100を構成する複数の色素増感太陽電池モジュールが、異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールを含んでおり、異なる分光感度を有する2種類の色素増感太陽電池モジュールが、異なる方位に設置されている。すなわち、太陽光発電装置100を構成する複数の色素増感太陽電池モジュールが、互いに異なる方位に向けて設置され、かつ、互いに異なる構造の光電変換層を具備することにより互いに異なる分光感度を有するものを含んでいる。
As described above, in the photovoltaic power generation apparatus 100 according to the present embodiment, the plurality of dye-sensitized solar cell modules constituting the photovoltaic power generation apparatus 100 differ depending on the provision of photoelectric conversion layers having different structures. Two or more types of dye-sensitized solar cell modules having spectral sensitivity are included, and two types of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities are installed in different directions. That is, a plurality of dye-sensitized solar cell modules constituting the solar power generation device 100 are installed in different directions and have different spectral sensitivities by including photoelectric conversion layers having different structures. Is included.
上述のように太陽の仰角および入射される太陽光の波長が変動することによって、各方位および各時間帯において色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wからの発電量が異なるが、インバータへの入力を適宜制御することにより、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの最適動作点で効率よく電力を取り出すことができる。
As described above, the amount of power generated from the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W differs in each azimuth and each time zone due to fluctuations in the elevation angle of the sun and the wavelength of incident sunlight. By appropriately controlling the input, it is possible to efficiently extract power at the optimum operating point of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W.
なお、本実施の形態においては、南側の壁面、東側の壁面および西側の壁面のそれぞれに、1つの太陽光発電パネル40S、40Eおよび40Eが設置されている場合を例示して説明したが、これに限定されず、複数の太陽光発電パネルが設置されていてもよい。また、太陽光発電装置100は、必要に応じて直流電流を蓄える蓄電池を備えていてもよい。
In the present embodiment, the case where one solar power generation panel 40S, 40E, and 40E is installed on each of the south wall surface, the east wall surface, and the west wall surface has been described as an example. It is not limited to, A plurality of photovoltaic power generation panels may be installed. Moreover, the solar power generation device 100 may be provided with the storage battery which stores a direct current as needed.
図5から図10は、異なる方位に配置された色素増感太陽電池モジュールにおける光電変換層の構造の第1例から第6例を示す図である。図5から図10を参照して、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第1例から第6例について説明する。
FIGS. 5 to 10 are diagrams showing first to sixth examples of the structure of the photoelectric conversion layer in the dye-sensitized solar cell module arranged in different directions. The first to sixth examples of the structure of the photoelectric conversion layers of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W will be described with reference to FIGS.
なお、図5から図10は、透光性基板21の透明導電層上に形成された光電変換層の構造のみに着目し、光電変換層を模式的に示す図であり、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層以外の構成は、上述の図3に示す構成とほぼ同様である。また、多孔性半導体に吸着させる光増感剤(色素)としては、市販の色素(Solaronix社製、商品名:Ruthenizer520 DN)を用いている。
5 to 10 are diagrams schematically showing the photoelectric conversion layer by paying attention only to the structure of the photoelectric conversion layer formed on the transparent conductive layer of the translucent substrate 21, and are dye-sensitized solar cells. The components other than the photoelectric conversion layers of the modules 20S, 20E, and 20W are substantially the same as the configuration shown in FIG. As a photosensitizer (dye) to be adsorbed on the porous semiconductor, a commercially available dye (manufactured by Solaronix, trade name: Ruthenizer520 DN) is used.
図5に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第1例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S1を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W1を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E1を有する。
As shown in FIG. 5, in the first example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W having 3S1 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W1, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E1.
光電変換層3S1は、市販の酸化チタンペースト1P(Solaronix社製、商品名:T/SP)によって形成された層T上に、市販の酸化チタンペースト2P(Solaronix社製、商品名:D/SP)によって形成された層Sが積層されることによって構成されている。
The photoelectric conversion layer 3S1 is a commercially available titanium oxide paste 2P (manufactured by Solaronix, product name: D / SP) on the layer T formed by a commercially available titanium oxide paste 1P (manufactured by Solaronix, product name: T / SP). ) Is formed by laminating the layers S formed by (1).
酸化チタンペースト1P(Solaronix社製、商品名:T/SP)は、平均粒子13nmの酸化チタン粒子を含む。当該酸化チタン粒子は、アナターゼ型の結晶構造を有する。
Titanium oxide paste 1P (manufactured by Solaronix, trade name: T / SP) includes titanium oxide particles having an average particle size of 13 nm. The titanium oxide particles have an anatase type crystal structure.
また、酸化チタンペースト2P(Solaronix社製、商品名:D/SP)は、平均粒子13nmの酸化チタン粒子と平均粒子400nmの光学分散粒子を含む。当該酸化チタン粒子は、アナターゼ型の結晶構造を有する。
Moreover, titanium oxide paste 2P (product name: D / SP, manufactured by Solaronix) includes titanium oxide particles having an average particle size of 13 nm and optical dispersion particles having an average particle size of 400 nm. The titanium oxide particles have an anatase type crystal structure.
光電変換層3S1を形成する際には、まず、市販の酸化チタンペースト1Pを基板の主表面上に形成された透明導電膜上に1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成する。これにより形成された層Tが形成される。次に、層T上に市販の酸化チタンペースト2Pを1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成する。これにより層T上に層Sが積層されることになり、多孔質半導体層である光電変換層3S1が形成される。
When forming the photoelectric conversion layer 3S1, first, a commercially available titanium oxide paste 1P is applied once on a transparent conductive film formed on the main surface of the substrate and dried, and then the substrate is baked. Thereby, the formed layer T is formed. Next, after the commercially available titanium oxide paste 2P is applied once on the layer T and dried, the substrate is baked. Thereby, the layer S is laminated on the layer T, and the photoelectric conversion layer 3S1 that is a porous semiconductor layer is formed.
光電変換層3W1および3E1は、上述の層T上に、上述の層Sおよび層Rが順に積層されることによって構成されている。層Rは、平均粒径15nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液Iと平均粒径310nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液IIIとを各50wt%の割合で混合して作成した酸化チタンペースト3Pによって形成される。
The photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1 are configured by sequentially stacking the above-described layer S and layer R on the above-described layer T. The layer R is formed by a titanium oxide paste 3P prepared by mixing a colloid solution I containing titanium oxide particles having an average particle diameter of 15 nm and a colloid solution III containing titanium oxide particles having an average particle diameter of 310 nm at a ratio of 50 wt%. Is done.
コロイド溶液Iを作製する際においては、まずチタンイソプロポキシド(キシダ化学株式会社製)125mLおよびpH調製剤である0.1M硝酸水溶液(キシダ化学株式会社製)750mLを混合し、80℃にて8時間加熱することにより、チタンイソプロポキシドの加水分解反応を進行させ、ゾル液を調製する。次に、チタン製オートクレーブを用いて230℃の温度条件で11時間、酸化チタン粒子を成長させる。その後、超音波分散を30分間行う。これにより平均粒径15nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液Iを作製することができる。
In preparing the colloidal solution I, first, 125 mL of titanium isopropoxide (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) and 750 mL of 0.1M aqueous nitric acid solution (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) as a pH adjusting agent are mixed, and at 80 ° C. By heating for 8 hours, the hydrolysis reaction of titanium isopropoxide proceeds to prepare a sol solution. Next, titanium oxide particles are grown for 11 hours under a temperature condition of 230 ° C. using a titanium autoclave. Thereafter, ultrasonic dispersion is performed for 30 minutes. As a result, a colloidal solution I containing titanium oxide particles having an average particle diameter of 15 nm can be produced.
また、コロイド溶液IIIを作製する際においては、コロイド溶液Iを作製する場合と比較して、チタン製オートクレーブを用いた処理条件が相違し、その他の手順については、コロイド溶液Iを作製する場合と同様である。具体的には、コロイド溶液IIIを作製する際においては、チタン製オートクレーブを用いて210℃の温度条件で17時間、酸化チタン粒子を成長させる。この際、酸化チタンがアナターゼ型の結晶構造を有するように酸化チタン粒子を成長させる。これにより、平均粒径315nmの酸化チタン粒子を含むコロイド溶液IIIを作製することができる。
Also, when preparing the colloidal solution III, the processing conditions using the titanium autoclave are different compared to the case of preparing the colloidal solution I, and other procedures are the same as when preparing the colloidal solution I. It is the same. Specifically, when preparing the colloid solution III, titanium oxide particles are grown for 17 hours under a temperature condition of 210 ° C. using a titanium autoclave. At this time, the titanium oxide particles are grown so that the titanium oxide has an anatase type crystal structure. Thereby, the colloidal solution III containing the titanium oxide particles having an average particle diameter of 315 nm can be produced.
なお、コロイド溶液に含まれる酸化チタン粒子の平均粒径は、光散乱光度計(大塚電子社製)を用いて、レーザー光の動的光散乱を解析することにより計測することができる。
The average particle diameter of the titanium oxide particles contained in the colloidal solution can be measured by analyzing the dynamic light scattering of the laser light using a light scattering photometer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
光電変換層3W1および3E1を形成する際には、上述の光電変換層3S1を形成する手順に従って形成された層Tと層Sの積層体上に、上述の酸化チタンペースト3Pを1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成する。これにより、当該積層体上に層Rが積層されることとなり、多孔質半導体層である光電変換層3W1および3E1が形成される。
When the photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1 are formed, the above-described titanium oxide paste 3P is applied once on the layered body of the layer T and the layer S formed according to the above-described procedure for forming the photoelectric conversion layer 3S1. After drying, the substrate is baked. Thereby, the layer R is laminated | stacked on the said laminated body, and the photoelectric converting layers 3W1 and 3E1 which are porous semiconductor layers are formed.
以上のような第1例に示す構造とすることにより、光電変換層3W1および3E1は、光電変換層3S1と比較して、膜厚が厚くなるとともに入射側から離れた部分に粒径の大きい半導体微粒子が含有されることとなり、長波長側において分光感度が高くなる。
By adopting the structure shown in the first example as described above, the photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1 are thicker than those of the photoelectric conversion layer 3S1 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side.
これにより、光電変換層3W1および3E1を具備する色素増感太陽電池モジュール20Wおよび20Eは、光電変換層3S1を具備する色素増感太陽電池モジュール20Sと比較して、長波長側において分光感度が高くなる。
Thereby, the dye-sensitized solar cell modules 20W and 20E including the photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1 have higher spectral sensitivity on the long wavelength side than the dye-sensitized solar cell module 20S including the photoelectric conversion layer 3S1. Become.
したがって、色素増感太陽電池モジュール20Wおよび20Eは、赤色等の長波長側の波長領域を有する割合が多い太陽光を効率的に吸収することができる。
Therefore, the dye-sensitized solar cell modules 20W and 20E can efficiently absorb sunlight having a large proportion of a wavelength region on the long wavelength side such as red.
以上のように、色素増感太陽電池モジュールにおいては、多孔質半導体層を形成する材料の種類の変更や塗布回数などによる膜厚制御を行うことにより、容易に分光感度を変更させることができる。さらには上記プロセスは同一の印刷プロセスにより達成できるものであるため、他の太陽電池と比較して異なる分光感度を有する色素増感太陽電池モジュールを容易、簡便に作製することができる。
As described above, in the dye-sensitized solar cell module, the spectral sensitivity can be easily changed by changing the type of material forming the porous semiconductor layer and controlling the film thickness by the number of coatings. Furthermore, since the above process can be achieved by the same printing process, a dye-sensitized solar cell module having a spectral sensitivity different from that of other solar cells can be easily and easily produced.
このように、作製された分光感度が異なる色素増感太陽電池モジュールが異なる方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
Thus, the photovoltaic power generation apparatus 100 configured by installing the prepared dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities in different orientations has the same spectral sensitivity in each azimuth. Compared with a solar power generation device configured by being installed in, a large amount of power generation can be ensured.
また、分光感度が異なる色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法にあっては、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールを各方位に設置する方法と比較して、大きな発電量を確保することができる。
In addition, in the installation method in which the dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities are installed in different directions, compared with the method in which the dye-sensitized solar cell modules having the same spectral sensitivity are installed in each direction, the power generation is large. The amount can be secured.
図6に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第2例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S2を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W2を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E2を有する。
As shown in FIG. 6, in the second example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W having 3S2 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W2, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E2.
光電変換層3S2、3W2および3E2の構造は、光電変換層3S1、3W1および3E1の構造と比較した場合に、層Tが厚く形成される点においてそれぞれ相違し、それ以外の構造については、光電変換層3S1、3W1および3E1に準じた構造である。
The structures of the photoelectric conversion layers 3S2, 3W2, and 3E2 are different from each other in that the layer T is formed thicker than the structures of the photoelectric conversion layers 3S1, 3W1, and 3E1, and the other structures are photoelectrically converted. The structure conforms to the layers 3S1, 3W1 and 3E1.
より具体的には、光電変換層3S2、3W2および3E2にあっては、酸化チタンペースト1Pの塗布および乾燥ならびに基板の焼成が2回繰り返されることによって層Tが厚く形成されている。
More specifically, in the photoelectric conversion layers 3S2, 3W2, and 3E2, the layer T is formed thick by repeating the application and drying of the titanium oxide paste 1P and the baking of the substrate twice.
以上のような第2例に示す構造とすることにより、光電変換層3W2および3E2は、光電変換層3S2と比較して、膜厚が厚くなるとともに入射側から離れた部分に粒径の大きい半導体微粒子が含有されることとなり、長波長側において分光感度が高くなる。したがって、第2例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
By adopting the structure shown in the second example as described above, the photoelectric conversion layers 3W2 and 3E2 are thicker than the photoelectric conversion layer 3S2 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the second example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
また、第2例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法においても、第1例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法とほぼ同様の効果が得られる。
Also, in the installation method of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the second example in different directions, the installation of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the first example in different directions The effect similar to the method can be obtained.
図7に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第3例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S3を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W3を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E3を有する。
As shown in FIG. 7, in the third example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W having 3S3 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W3, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E3.
光電変換層3S3の構造は、光電変換層3S1の構造と同様である。光電変換層3W3および3E3の構造は、光電変換層3W1および3E1の構造と比較した場合に層Rが形成されずに層Sが厚く形成されている点において相違し、それ以外の構造については、光電変換層3W3および3E3に準じた構造である。
The structure of the photoelectric conversion layer 3S3 is the same as the structure of the photoelectric conversion layer 3S1. The structures of the photoelectric conversion layers 3W3 and 3E3 are different in that the layer S is formed thickly without forming the layer R when compared with the structures of the photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1, and other structures are as follows. The structure conforms to the photoelectric conversion layers 3W3 and 3E3.
具体的には、光電変換層3W3および3E3にあっては、層Tを形成した後に酸化チタンペースト2Pの塗布および乾燥ならびに基板の焼成が2回繰り返されることにより、層Sが層T上に厚く形成されている。
Specifically, in the photoelectric conversion layers 3W3 and 3E3, after the layer T is formed, the application and drying of the titanium oxide paste 2P and the baking of the substrate are repeated twice, so that the layer S becomes thicker on the layer T. Is formed.
以上のような第3例に示す構造とすることにより、光電変換層3W3および3E3は、光電変換層3S3と比較して、膜厚が厚くなることによって長波長側において分光感度が高くなる。したがって、第3例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
By adopting the structure shown in the third example as described above, the photoelectric conversion layers 3W3 and 3E3 have higher spectral sensitivity on the longer wavelength side due to the increase in film thickness compared to the photoelectric conversion layer 3S3. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the third example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
また、第3例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法においても、第1例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法とほぼ同様の効果が得られる。
Also, in the installation method of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the third example in different directions, the installation of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the first example in different directions The effect similar to the method can be obtained.
図8に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第4例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S4を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W4を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E4を有する。
As shown in FIG. 8, in the fourth example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W having 3S4 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W4, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E4.
光電変換層3S4の構造は、光電変換層3S1の構造と比較した場合に層Sが形成されずに層Rが形成されている点において相違する。具体的には、光電変換層3S4は、層T上に上述の酸化チタンペースト3Pを1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成することにより形成される。
The structure of the photoelectric conversion layer 3S4 is different in that the layer R is formed without forming the layer S when compared with the structure of the photoelectric conversion layer 3S1. Specifically, the photoelectric conversion layer 3S4 is formed by applying the above-described titanium oxide paste 3P once on the layer T and drying it, and then baking the substrate.
光電変換層3W4および3E4の構造は、光電変換層3W1および3E1の構造と同様である。
The structure of the photoelectric conversion layers 3W4 and 3E4 is the same as the structure of the photoelectric conversion layers 3W1 and 3E1.
以上のような第4例に示す構造とすることにより、光電変換層3W4および3E4は、光電変換層3S4と比較して、膜厚が厚くなるとともに入射側から離れた部分に粒径の大きい半導体微粒子が含有されることとなり、長波長側において分光感度が高くなる。したがって、第4例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
By adopting the structure shown in the fourth example as described above, the photoelectric conversion layers 3W4 and 3E4 are thicker than the photoelectric conversion layer 3S4 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the fourth example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
また、第4例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法においても、第1例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法とほぼ同様の効果が得られる。
Also, in the installation method of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the fourth example in different directions, the installation of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the first example in different directions The effect similar to the method can be obtained.
図9に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第5例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S5を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W5を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E5を有する。
As shown in FIG. 9, in the fifth example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W having 3S5 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W5, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E5.
光電変換層3S5および3E5の構造は、光電変換層3S1および3E1の構造と同様である。
The structure of the photoelectric conversion layers 3S5 and 3E5 is the same as the structure of the photoelectric conversion layers 3S1 and 3E1.
光電変換層3W5の構造は、光電変換層3W1の構造と比較した場合に、層Sが厚く形成されている点において相違し、それ以外の構造については、光電変換層3W1に準じた構造である。
The structure of the photoelectric conversion layer 3W5 is different in that the layer S is formed thicker than the structure of the photoelectric conversion layer 3W1, and the other structures are structures according to the photoelectric conversion layer 3W1. .
具体的には、光電変換層3W5にあっては、T層上に酸化チタンペースト2Pの塗布および乾燥ならびに基板の焼成が2回繰り返されることによって層Sが厚く形成されている。厚く形成された層S上に酸化チタンペースト3Pを1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成することにより光電変換層3W5が形成される。
Specifically, in the photoelectric conversion layer 3W5, the layer S is formed thick by repeating application and drying of the titanium oxide paste 2P and baking of the substrate twice on the T layer. The titanium oxide paste 3P is applied once on the thick layer S and dried, and then the substrate is baked to form the photoelectric conversion layer 3W5.
以上のような第5例に示す構造とすることにより、光電変換層3W5および3E5は、光電変換層3S5と比較して、膜厚が厚くなるとともに入射側から離れた部分に粒径の大きい半導体微粒子が含有されることとなり、長波長側において分光感度が高くなる。したがって、第5例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
By adopting the structure shown in the fifth example as described above, the photoelectric conversion layers 3W5 and 3E5 are larger in thickness than the photoelectric conversion layer 3S5 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the fifth example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
また、第5例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法においても、第1例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法とほぼ同様の効果が得られる。
Also, in the installation method of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the fifth example in different directions, the installation of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the first example in different directions The effect similar to the method can be obtained.
図10に示すように、色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wの光電変換層の構造の第6例にあっては、南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sは、光電変換層3S6を有し、西側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wは、光電変換層3W6を有し、東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eは、光電変換層3E6を有する。
As shown in FIG. 10, in the sixth example of the structure of the photoelectric conversion layer of the dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W, the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side has a photoelectric conversion layer. The dye-sensitized solar cell module 20W provided with 3S6 and installed on the west side has a photoelectric conversion layer 3W6, and the dye-sensitized solar cell module 20E installed on the east side has a photoelectric conversion layer 3E6.
光電変換層3S6および3W6の構造は、光電変換層3S1および3W1の構造と同様である。
The structure of the photoelectric conversion layers 3S6 and 3W6 is the same as the structure of the photoelectric conversion layers 3S1 and 3W1.
光電変換層3E6の構造は、光電変換層3E1の構造と比較した場合に、層Sが厚く形成されている点において相違し、それ以外の構造については、光電変換層3E1に準じた構造である。
The structure of the photoelectric conversion layer 3E6 is different in that the layer S is formed thicker than the structure of the photoelectric conversion layer 3E1, and the other structures are structures according to the photoelectric conversion layer 3E1. .
具体的には、光電変換層3E6にあっては、T層上に酸化チタンペースト2Pの塗布および乾燥ならびに基板の焼成が2回繰り返されることによって層Sが厚く形成されている。厚く形成された層S上に酸化チタンペースト3Pを1回塗布して乾燥させた後に当該基板を焼成することにより光電変換層3E6が形成される。
Specifically, in the photoelectric conversion layer 3E6, the layer S is formed thick by repeating application and drying of the titanium oxide paste 2P and baking of the substrate twice on the T layer. After the titanium oxide paste 3P is applied once on the thick layer S and dried, the substrate is baked to form the photoelectric conversion layer 3E6.
以上のような第6例に示す構造とすることにより、光電変換層3W6および3E6は、光電変換層3S6と比較して、膜厚が厚くなるとともに入射側から離れた部分に粒径の大きい半導体微粒子が含有されることとなり、長波長側において分光感度が高くなる。したがって、第6例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電装置100は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができる。
By adopting the structure shown in the sixth example as described above, the photoelectric conversion layers 3W6 and 3E6 are larger in thickness than the photoelectric conversion layer 3S6 and have a large particle size in a portion away from the incident side. Fine particles are contained, and the spectral sensitivity is increased on the long wavelength side. Therefore, the solar power generation device 100 configured by the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the sixth example is configured by installing the dye-sensitized solar cell module having the same spectral sensitivity in each direction. Compared with a solar power generation apparatus, a large amount of power generation can be ensured.
また、第6例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法においても、第1例に示す構造を具備する色素増感太陽電池モジュールを異なる方位に設置する設置方法とほぼ同様の効果が得られる。
Also, in the installation method of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the sixth example in different directions, the installation of installing the dye-sensitized solar cell module having the structure shown in the first example in different directions The effect similar to the method can be obtained.
図11は、本発明の効果を検証するために行なった検証実験の結果を示す表である。図11を参照して上述の実施の形態に関して行なった検証実験について説明する。
FIG. 11 is a table showing the results of verification experiments conducted to verify the effects of the present invention. A verification experiment performed on the above-described embodiment will be described with reference to FIG.
図11に示すように、実施例1から8および比較例1から8に係る色素増感太陽電池モジュールの発電量を各方位において測定した。実施例1から6においては、上述の光電変換層の構造の第1例から第6例に準じた構造を有する色素増感太陽電池モジュール20S,20E,20Wを準備し、それぞれ南側、西側、東側に配置した。比較例1から6においては、光電変換層の構造の第1例から第6例に準じた構造を有する色素増感太陽電池モジュール20Sを準備し、それぞれ南側、西側、東側に配置した。
As shown in FIG. 11, the power generation amount of the dye-sensitized solar cell modules according to Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 8 was measured in each direction. In Examples 1 to 6, dye-sensitized solar cell modules 20S, 20E, and 20W having structures according to the first to sixth examples of the structure of the photoelectric conversion layer described above were prepared, and the south side, the west side, and the east side, respectively. Arranged. In Comparative Examples 1 to 6, dye-sensitized solar cell modules 20S having structures according to the first to sixth examples of the structure of the photoelectric conversion layer were prepared and arranged on the south side, the west side, and the east side, respectively.
具体的には、実施例1から6においては、色素増感太陽電池モジュール20Sよりも長波長側の分光感度の高い色素増感太陽電池モジュール20Eおよび20Wが西側、東側に配置し、比較例1から6においては、同一の分光感度を有する色素増感太陽電池モジュール20Sをそれぞれ南側、西側、東側に配置した。
Specifically, in Examples 1 to 6, the dye-sensitized solar cell modules 20E and 20W having higher spectral sensitivity on the longer wavelength side than the dye-sensitized solar cell module 20S are arranged on the west side and the east side, and Comparative Example 1 To 6, the dye-sensitized solar cell modules 20S having the same spectral sensitivity are arranged on the south side, the west side, and the east side, respectively.
また、実施例7には、実施例1における南側、西側のみに色素増感太陽電池モジュールを設置し、実施例8には、実施例1における南側、東側のみに色素増感太陽電池モジュールを設置した。これに対する比較例7については、南側、西側に南側と同じ色素増感太陽電池モジュールを設置し、比較例8については、南側、東側に南側と同じ色素増感太陽電池モジュールを設置した。
In Example 7, dye-sensitized solar cell modules are installed only on the south side and west side in Example 1, and in Example 8, dye-sensitized solar cell modules are installed only on the south side and east side in Example 1. did. In contrast to this, in Comparative Example 7, the same dye-sensitized solar cell module as in the south side was installed on the south side and west side, and in Comparative Example 8, the same dye-sensitized solar cell module as in the south side was installed on the south side and east side.
実施例1から8における南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sの発電量は、比較例1から8における南側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sの発電量とそれぞれ同一であった。
The power generation amount of the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side in Examples 1 to 8 was the same as the power generation amount of the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the south side in Comparative Examples 1 to 8, respectively. .
また、実施例1から6における西側および東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Wおよび20Eの発電量は、比較例1から6における西側および東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sの発電量よりもそれぞれ多くなった。
In addition, the power generation amount of the dye-sensitized solar cell modules 20W and 20E installed on the west side and the east side in Examples 1 to 6 is the same as that of the dye-sensitized solar cell module 20S installed on the west side and the east side in Comparative Examples 1 to 6. Each increased more than the amount of power generation.
また、実施例7、8と比較例7,8の比較においても実施例1~6と同様に西側または東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Eまたは20Wの発電量が、西側および東側に設置された色素増感太陽電池モジュール20Sの発電量よりも多くなることが確認された。
In comparison between Examples 7 and 8 and Comparative Examples 7 and 8, as in Examples 1 to 6, the power generation amount of the dye-sensitized solar cell module 20E or 20W installed on the west side or the east side is It was confirmed that the amount of power generation exceeded that of the installed dye-sensitized solar cell module 20S.
以上の検証実験の結果から、異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールが、異なる方位に向けて設置されることによって構成される太陽光発電装置は、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールが各方位に設置されることによって構成される太陽光発電装置と比較して、大きな発電量を確保することができるが実験的にも確認されたと言える。
As a result of the above verification experiment, it is configured by installing at least two or more kinds of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities by being provided with photoelectric conversion layers having different structures and facing in different directions. The solar power generation device can ensure a large amount of power generation compared with the solar power generation device configured by installing dye-sensitized solar cell modules having the same spectral sensitivity in each direction, but is experimental. It can be said that it was confirmed.
同様に、異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールを、異なる方位に向けて設置する設置方法にあっては、分光感度が同一の色素増感太陽電池モジュールを各方位に設置する方法と比較して、大きな発電量を確保することができることが実験的にも確認されたと言える。
Similarly, in the installation method in which at least two types of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities by having photoelectric conversion layers having different structures are installed in different directions, the spectral sensitivities are the same. It can be said that it was confirmed experimentally that a large amount of power generation can be ensured as compared with the method of installing the dye-sensitized solar cell module in each direction.
上述のように本実施の形態においては、4つの光電変換素子10を直列に接続することにより色素増感太陽電池モジュールを形成する場合を例示して説明したが、これに限定されず、2つ、3つ、または5つ以上の光電変換素子を直列に接続することにより色素増感太陽電池モジュールを形成してもよい。
As described above, in the present embodiment, the case where the dye-sensitized solar cell module is formed by connecting the four photoelectric conversion elements 10 in series has been described as an example, but the present invention is not limited to this. A dye-sensitized solar cell module may be formed by connecting three or five or more photoelectric conversion elements in series.
また、上述のように本実施の形態においては、光電変換素子が、透光性基板1から順に透明導電層2、光電変換層3、多孔性絶縁層4、触媒層5、対極導電層6が積層された積層体11を含む場合を例示して説明したが、これに限定されず、光電変換素子が、透光性基板から順に光電変換層、透明導電層、多孔性絶縁層、対極導電層が積層された積層体を含むように構成されていてもよい。
As described above, in the present embodiment, the photoelectric conversion element includes the transparent conductive layer 2, the photoelectric conversion layer 3, the porous insulating layer 4, the catalyst layer 5, and the counter electrode conductive layer 6 in order from the translucent substrate 1. Although the case where the laminated body 11 was laminated | stacked was illustrated and demonstrated, it is not limited to this, A photoelectric conversion element is a photoelectric converting layer, a transparent conductive layer, a porous insulating layer, a counter electrode conductive layer in order from a translucent board | substrate. May be configured to include a laminated body in which are stacked.
この場合においては、積層体の両側には絶縁部が形成され、透明導電層が一方の絶縁部を覆うことにより透光性基板上に引き出され、対極導電層6が他方の絶縁部を覆うことにより透光性基板上に引き出されるとともに、絶縁部上に封止材が設けられる。
In this case, insulating portions are formed on both sides of the laminate, and the transparent conductive layer is drawn on the translucent substrate by covering one insulating portion, and the counter electrode conductive layer 6 covers the other insulating portion. Is pulled out on the translucent substrate, and a sealing material is provided on the insulating portion.
また、上述のように本実施の形態においては、同一の構造を有する光電変換素子が直列に接続されることによって色素増感太陽電池モジュールが形成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、異なる構造を有する光電変換素子が直列に接続されることによって色素増感太陽電池モジュールが形成されてもよい。
Further, as described above, in the present embodiment, the case where a dye-sensitized solar cell module is formed by connecting photoelectric conversion elements having the same structure in series has been described. Without being limited thereto, a dye-sensitized solar cell module may be formed by connecting photoelectric conversion elements having different structures in series.
この場合においては、透光性基板上に透明導電層、光電変換層、キャリア輸送材料、触媒層、対極導電層が順次積層されてなる第1の光電変換素子と、同一の透光性基板上に透光性導電層、触媒層、キャリア液輸送材料、光電変換層、対極導電層が順次積層されてなる第2の光電変換素子が交互に直列に接続されることにより色素増感太陽電池モジュールが形成される。
In this case, the first photoelectric conversion element in which a transparent conductive layer, a photoelectric conversion layer, a carrier transport material, a catalyst layer, and a counter electrode conductive layer are sequentially stacked on the light transmitting substrate, and the same light transmitting substrate. A dye-sensitized solar cell module is formed by alternately connecting in series a second photoelectric conversion element in which a translucent conductive layer, a catalyst layer, a carrier liquid transporting material, a photoelectric conversion layer, and a counter electrode conductive layer are sequentially stacked. Is formed.
なお、本実施の形態においては、緯度が北回帰線より以北となる場所に、太陽光発電装置を設置する場合を例示して説明したが、これに限定されず、当該太陽光発電装置は、緯度が北回帰線と南回帰線との間に位置する場所、緯度が南回帰線よりも以南となる場所に設定されてもよい。
In addition, in this Embodiment, although the case where a solar power generation device was installed in the place where latitude becomes north from a north regression line was demonstrated, it is not limited to this, The said solar power generation device is , The latitude may be set between the north return line and the south return line, and the latitude may be set to the south of the south return line.
北回帰線より以北となる場所においては、太陽が1年間を通して北回帰線と南回帰線との間を移動した場合であっても太陽が正中する方位は、1年間を通して常に南となり、南回帰線より以南となる場所においては、太陽が1年間を通して北回帰線と南回帰線との間を移動した場合であっても太陽が正中する方位は、1年間を通して常に北となる。
In locations north of the North Return Line, the mid-direction of the Sun is always south throughout the year, even if the Sun moves between the North and South Return Lines throughout the year. At locations south of the regression line, the mid-direction of the sun is always north throughout the year, even when the sun moves between the north and south regression lines throughout the year.
一方、緯度が北回帰線と南回帰線との間に位置する場所にあっては、太陽が1年間を通して北回帰線と南回帰線との間を移動することによって、太陽が正中する方位が変化し、北か南かのいずれかになる。この場合には、1年のうちで、太陽が最も多く正中する方位は、年間を通して太陽が正中する方位として北が多くなる場合には、北となり、年間を通して太陽が正中する方位として南が多くなる場合には、南となる。
On the other hand, in a place where the latitude is between the north and south return lines, the sun moves between the north and south return lines throughout the year, so that Change and become either north or south. In this case, the direction in which the sun is the most median of the year is north when the sun is in the middle as the center of the year throughout the year, and the south is the direction in which the sun is in the middle throughout the year. To the south.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and includes meanings equivalent to the terms of the claims and all changes within the scope.
1 透光性基板、2 透明導電層、2a 分離ライン、3 光電変換層、4 多孔性絶縁層、5 触媒層、6 対極導電層、7 支持基板、8 封止材、9 キャリア輸送材料、10 光電変換素子、11 積層体、20 色素増感太陽電池モジュール、23 集電電極、30 建屋、30e,30s,30w 壁面、100 太陽光発電装置、101 インバータ、103 電子機器。
1 translucent substrate, 2 transparent conductive layer, 2a separation line, 3 photoelectric conversion layer, 4 porous insulating layer, 5 catalyst layer, 6 counter electrode conductive layer, 7 support substrate, 8 encapsulant, 9 carrier transport material, 10 Photoelectric conversion element, 11 laminate, 20 dye-sensitized solar cell module, 23 collector electrode, 30 building, 30e, 30s, 30w wall surface, 100 solar power generation device, 101 inverter, 103 electronic device.
Claims (5)
- 異なる構造の光電変換層を具備することにより異なる分光感度を有する少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールが、異なる方位に向けて設置されている、太陽光発電装置。 A photovoltaic power generation apparatus in which at least two types of dye-sensitized solar cell modules having different spectral sensitivities by being provided with photoelectric conversion layers having different structures are installed in different directions.
- 同じ方位に向けて設置された複数の色素増感太陽電池モジュールによって構成される太陽光発電パネルを備え、前記太陽光発電パネルに含まれる前記複数の色素増感太陽電池モジュールのそれぞれが、同じ構造の光電変換層を具備する、請求項1に記載の太陽光発電装置。 Each of the plurality of dye-sensitized solar cell modules included in the solar power generation panel includes a solar power generation panel configured by a plurality of dye-sensitized solar cell modules installed in the same direction, and has the same structure. The solar power generation device according to claim 1, comprising the photoelectric conversion layer.
- 前記少なくとも2種以上の色素増感太陽電池モジュールのうち、1年のうちで太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールよりも、その他の方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールが、長波長側で高い感度を呈する分光感度を有している、請求項1または2に記載の太陽光発電装置。 Of the at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules, toward the other direction rather than the dye-sensitized solar cell module installed in the direction closest to the direction in which the sun is most median in one year The solar power generation device according to claim 1 or 2, wherein the installed dye-sensitized solar cell module has spectral sensitivity exhibiting high sensitivity on a long wavelength side.
- 前記少なくとも2種以上の色素増感太陽電池モジュールのうち、1年のうちで太陽が最も多く正中する方位に最も近い方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールよりも、その他の方位に向けて設置された色素増感太陽電池モジュールが、厚みの大きい光電変換層を具備している、請求項3に記載の太陽光発電装置。 Of the at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules, toward the other direction rather than the dye-sensitized solar cell module installed in the direction closest to the direction in which the sun is most median in one year The solar power generation device according to claim 3, wherein the installed dye-sensitized solar cell module includes a photoelectric conversion layer having a large thickness.
- 前記少なくとも2種類以上の色素増感太陽電池モジュールが、建物が有する異なる方位を向いた壁面に亘って設置されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の太陽光発電装置。 The solar power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the at least two or more types of dye-sensitized solar cell modules are installed across wall surfaces facing different directions of a building.
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