WO2017099136A1 - 色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物 - Google Patents

色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物 Download PDF

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solar cell
dye
sensitized solar
cell module
protective member
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尊士 鈴木
山口　文治
俊介 功刀
泰博 稲垣
博之 井川
大輔 時田
壮一郎 鈴木
悠 長原
篤 生駒
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積水化学工業株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module including a dye-sensitized solar cell and a structure including the solar cell module.
  • a transparent substrate on which a transparent electrode is formed a counter electrode substrate on which a counter electrode is formed, and a porous substrate formed on the transparent electrode.
  • a semiconductor layer formed by supporting a sensitizing dye on a high-quality semiconductor material, a liquid or quasi-liquid electrolyte provided between the semiconductor layer and the counter electrode, and sealing the electrolyte with the transparent substrate A structure including a sealing material for fixing the counter electrode substrate is known.
  • the installation location of the dye-sensitized solar cell is limited even under conditions of high heat environment or when it is exposed to water, so the installation location is limited and there is room for improvement in that respect. there were. Furthermore, for example, there is a possibility that the design property due to mounting the dye-sensitized solar cell on the interior material of a building may be deteriorated. In addition, when a dye-sensitized solar cell is attached to a glass window of a room, there is a problem that the room becomes dark.
  • a solar cell module including a dye-sensitized solar cell that can improve durability and maintain the function of the battery, and the solar cell module. It aims at providing the structure provided with.
  • a solar cell module provided with a dye-sensitized solar cell according to the present invention has a transparent substrate on which a transparent electrode is formed on one surface and a counter electrode formed on one surface.
  • a solar cell module including a dye-sensitized solar cell (solar cell unit cell) having a counter electrode substrate, wherein the transparent substrate and the counter electrode substrate are arranged so that the transparent electrode and the counter electrode face each other.
  • the said transparent substrate is covered with the protective member which has a light transmittance in the surface on the opposite side to the surface in which the said transparent electrode was formed, It is characterized by the above-mentioned.
  • the solar cell module is formed by electrically connecting a plurality of the dye-sensitized solar cells (solar cell unit cells).
  • the dye-sensitized solar cells can be connected to each other by a known wiring.
  • the structure provided with the solar cell module according to the present invention is characterized in that the above-described solar cell module is mounted.
  • the protective member can be provided with impact absorbing performance, and the load applied to the dye-sensitized solar cell can be prevented or reduced, so that the load resistance can be improved.
  • a protection member it becomes possible by providing a protection member to improve waterproofness, insulation, abrasion resistance, and fire spread resistance as a solar cell module.
  • the designability can be improved by using the translucent film suitable for the surrounding color tone for a protection member. Then, by setting the color of the protective member to, for example, white, the room can have a bright atmosphere.
  • the protective member has flexibility.
  • the protective member can be provided with shock absorbing performance, and the burden of external physical impact load received by the dye-sensitized solar cell can be reduced.
  • the protective member is supported in a state of being separated from the transparent substrate.
  • the separation portion between the transparent substrate and the protective member By providing the separation portion between the transparent substrate and the protective member in this way, when the protective member is deformed by receiving a physical impact load, the deformed protective member is prevented from contacting the transparent substrate. be able to. Thereby, the physical impact load which a transparent substrate receives can be reduced, and durability of a dye-sensitized solar cell can be improved. In this case, since the transparent substrate and the protective member are separated from each other, it is possible to prevent the heat of the protective member from being directly transmitted to the transparent substrate.
  • the separated state between the protective member and the transparent substrate is maintained in a state where the protective member is pressed from the outside with an arbitrary force. It is preferable.
  • the deformed protective member can be reliably prevented from coming into contact with the transparent substrate.
  • the protective member is provided so as to cover a surface opposite to the surface on which the counter electrode is formed of the counter electrode substrate. Is preferred.
  • substrate can be mounted
  • the protection member is supported via a column member with respect to a base member that supports the counter electrode substrate.
  • the base member is a flat or curved material that supports the counter electrode substrate, and by providing the column member, it can function as a base member.
  • the impact load or heat received by the protective member is transmitted to the base member via the column member. That is, it is possible to suppress the impact load, heat, and the like from being transmitted directly from the protective member to the dye-sensitized solar cell.
  • a protection member can be easily provided in a dye-sensitized solar cell.
  • the solar cell module can be easily mounted on the structure and used by bonding the base member to the mounted portion of the structure.
  • the base member dark it is possible to suppress a change in color when the dye-sensitized solar cell itself is viewed from the transparent substrate side, and it is possible to improve the design as a solar cell module. .
  • the protective member is supported by a column member provided in the dye-sensitized solar cell.
  • a pillar material is provided in the dye-sensitized solar cell and the protective member is supported by the pillar material, a plurality of pillar materials can be provided. That is, as the support position of the protection member by the column member, it can be provided not only at the outer peripheral edge but also at the intermediate position in plan view, so that the protection member can be reliably supported.
  • the pressing force is applied to the transparent substrate through the pillar material in advance, so that when the solar cell module is arranged vertically on the mounting surface such as the wall surface, the pressing force is set.
  • a weir is formed at a portion where pressure acts, and the electrolyte region can be partitioned in the vertical direction. Therefore, it can suppress that the electrolyte in a dye-sensitized solar cell sinks into the lowest part of this electrolyte area
  • the dye-sensitized solar cell has a sealing material for sealing an electrolyte, and the column material is the sealing material. It is preferable that it is provided adjacent to the sealing material.
  • the impact load received by the protective member is received by the portion where the sealing material is disposed via the column member, and it is possible to prevent the load from being applied to the portion where the electrolyte is sealed. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte from flowing out along with the breakage of the transparent substrate. Further, in this case, since the column material is not disposed on the electrode portion of the dye-sensitized solar cell, the power generation area is not reduced, and the decrease in the power generation amount can be suppressed.
  • the protective member covers the dye-sensitized solar cell in a sealed state over the entire circumference.
  • the protective member is formed of a member having water repellency or waterproofness.
  • the protective member can be waterproof and water repellent, and even if water adheres to the solar cell module, the water does not come into direct contact with the dye-sensitized solar cell, thus maintaining the battery function. can do.
  • the protective member is formed of a member having an insulating property.
  • the protective member that covers the transparent substrate has a multilayer structure in which insulation is provided, and the structure is such that the dye-sensitized solar cell is electrically isolated from the outside. be able to.
  • the protective member covering the transparent substrate is formed from a translucent film.
  • the color tone of the protective member white translucent or blue translucent, it is possible to improve design, make it difficult to visually recognize discoloration, or prevent the room from becoming dark.
  • the protective member is formed of a flame retardant member.
  • the flame retardance of the solar cell module can be increased by using, for example, a flame retardant film as the protective member, the risk of the solar cell module igniting in a high heat environment can be suppressed. .
  • the protective member and the dye-sensitized solar cell are formed to be curved with substantially the same curvature.
  • a dye-sensitized solar cell and a protective member can be mounted on a structure having a curved surface such as a cylinder or a curtain along the curved surface.
  • region of a battery can be increased by making a dye-sensitized solar cell into a curved surface, and it becomes possible to take a large light-receiving area and to increase electric power generation amount.
  • the incident angle of light incident on the dye-sensitized solar cell changes, some elements of the dye-sensitized solar cell easily face the incident light. It can suppress that electric power generation amount changes with an angle.
  • the protection member has a curved shape
  • the dye-sensitized solar cell has a planar shape
  • the column It is preferable that a plurality of materials are provided and set to height dimensions corresponding to the curved surface of the protection member.
  • the curved surface can be formed only with the protective member without bending the dye-sensitized solar cell. Therefore, the dye-sensitized solar cell can be mounted on the mounted portion having a curved surface without being affected by the bending of the protective member.
  • the protective member is integrally provided as a member of a mounted portion on which the solar cell module is mounted.
  • a seat surface having a cushioning property (a member of the mounted portion) of the chair can be formed as a protective member, and can be integrally provided on a part of the seat surface portion.
  • the solar cell module can be used by being integrated into a part of the structure.
  • the solar cell module including the dye-sensitized solar cell of the present invention and the structure including the solar cell module, durability can be improved and the function of the battery can be maintained.
  • the solar cell module 1 includes a plurality of dye-sensitized solar cells (solar cell unit cells) 2 and a protective member 31 that protects the dye-sensitized solar cell 2. And a protective frame 3 provided.
  • the structure having a mounted portion on which the solar cell module 1 of the present embodiment is mounted include indoor fittings and interior materials, and specifically, chairs, shelves, desks, partitions (partitions), wallpaper, and curtains. It can be applied to blinds, shutters, ceilings, floors, pillars, lighting, posters, etc.
  • the dye-sensitized solar cell 2 includes a transparent electrode 24 composed of a transparent conductive film 22 and a semiconductor layer 23 stacked on a transparent substrate 21, and a counter electrode stacked on a counter electrode substrate 25.
  • a transparent electrode 24 composed of a transparent conductive film 22 and a semiconductor layer 23 stacked on a transparent substrate 21, and a counter electrode stacked on a counter electrode substrate 25.
  • 26 and an electrolyte 27, and a sensitizing dye and lithium ions or zinc ions are adsorbed on the surface of the semiconductor layer 23 constituting the transparent electrode 24 in advance.
  • the surface of the semiconductor layer 23 means a surface in contact with the electrolyte 27, and the surface includes an inner surface (inner wall) constituting a porous structure.
  • the transparent substrate 21 is not particularly limited as long as it has a suitable flexibility applicable to continuous production by, for example, a roll-to-roll method and can be formed into a large area film.
  • a material having visible light permeability is preferable, and examples thereof include transparent resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), acrylic, polycarbonate, polyethylene naphthalate (PEN), and polyimide.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • a transparent conductive film 22 is formed on the transparent substrate 21 by sputtering or printing.
  • tin oxide (ITO) or zinc oxide is used as the transparent conductive film 22.
  • a semiconductor layer 23 is laminated on the transparent conductive film 22.
  • the semiconductor layer 23 constitutes the transparent electrode 24 together with the transparent conductive film 22.
  • the semiconductor layer 23 is made of, for example, a metal oxide having a function of receiving and transporting electrons from a sensitizing dye. Examples of such metal oxides include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), and tin oxide (SnO 2 ).
  • the semiconductor layer 23 carries a sensitizing dye (not shown).
  • the sensitizing dye is composed of an organic dye or a metal complex dye.
  • the organic dye for example, various organic dyes such as coumarin, polyene, cyanine, hemicyanine, and thiophene can be used.
  • a ruthenium complex is preferably used as the metal complex dye.
  • wiring (not shown) is provided between the semiconductor layers 23 via a sealing material 28.
  • the wiring is, for example, a conductive material such as copper or a paste containing the conductive material.
  • the sealing material 28 include, but are not limited to, a resin material containing at least one thermoplastic resin, thermosetting resin, or ultraviolet curable resin.
  • the counter electrode substrate 25 is made of a transparent film-like resin material or the like.
  • a counter electrode 26 is formed on the plate surface of the counter electrode substrate 25 by sputtering or printing.
  • the counter electrode 26 for example, tin oxide (ITO), platinum, polyaniline, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), carbon and the like are used, but are not particularly limited thereto.
  • ITO tin oxide
  • platinum platinum
  • polyaniline polyaniline
  • PEDOT polyethylenedioxythiophene
  • carbon and the like are used, but are not particularly limited thereto.
  • the portion where the transparent conductive film 22 and the counter electrode 26 of the transparent electrode 24 are formed is also a portion to be insulated, it may be formed discontinuously.
  • the electrolyte 27 filled between the semiconductor layer 23 and the counter electrode 26 may be, for example, a liquid component such as ionic liquid such as acetonitrile, dimethylpropylimidazolium iodide or butylmethylimidazolium iodide, or iodide.
  • a liquid such as a solution (non-aqueous solvent such as propionitrile) in which a supporting electrolyte such as lithium and iodine are mixed is used, but is not particularly limited thereto.
  • Such an electrolyte 27 can be filled by, for example, vacuum injection, ODF method (liquid crystal dropping method), or the like.
  • the sealing material 28 forms a power generation unit (cell) including the transparent electrode 24, the counter electrode 26, and the electrolyte 27 so as to surround the semiconductor layer 23, and seals by dividing (separating) adjacent cells. It is provided for. A gap is formed between the transparent electrode 24 and the counter electrode 26 by the sealing material 28, and the electrolyte 27 is sealed in the gap.
  • the transparent substrate 21 and the counter electrode substrate 25 are not limited to film-like resins, and may be glass substrates.
  • glass what has the transmittance
  • the protective frame 3 includes a protective member 31 that is provided so as to cover the transparent substrate 21 and has light transmittance and flexibility, and a base member 33 that supports the protective member 31 via a pillar member 32.
  • the base member 33 is supported in contact with the counter electrode substrate 25.
  • the height dimension of the column member 32 is set larger than the thickness dimension of the dye-sensitized solar cell 2.
  • the protection member 31 is supported in a state of being separated from the transparent substrate 21 (a state in which the separation portion 10 is formed in the thickness direction of the battery). The state where the protection member 31 and the transparent substrate 21 are separated from each other is maintained in a state where the protection member 31 is pressed from the outside with an arbitrary force.
  • the space between the protection member 31 and the transparent substrate 21 at this time is referred to as a separation portion 10.
  • the dimension of the separation portion 10 in the thickness direction varies depending on the pressing state of the protection member 31 (the position of the protection member 31).
  • the outer shape of the protective frame 3 is set to a size larger than that of the dye-sensitized solar cell 2.
  • the counter electrode substrate 25 of the dye-sensitized solar cell 2 and the base member 33 are bonded, and the column member 32 is provided at an appropriate position of the base member 33. Then, it manufactures by adhering the protection member 31 to the edge part of the pillar material 32.
  • the base member 33 may be provided with the column member 32 in advance before the dye-sensitized solar cell 2 is bonded.
  • the material of the protective member 31 examples include plastic, hard, elastic material (rubber), cloth, semi-permeable membrane, resin, metal mesh, paper, glass, flame retardant plastic, water repellent plastic paint, polarizing plastic, and fluorine processing. Resins, gel-like materials, wood and the like can be mentioned.
  • the shape of the protective member 31 is, for example, a mesh, one (sheet or plate-like), porous (sponge), embossed, or uneven (formed in stripes). And curved surface.
  • the base member 33 can be made of the same material as the protection member 31.
  • the material of the column member 32 examples include hard plastic, resin, insulating material (rubber), metal, and glass.
  • a shape of the pillar material 32 a spring, pillar shape, etc. are mentioned, for example.
  • the height dimension of the pillar material 32 is the insulation property of the grade which does not touch the dye-sensitized solar cell 2 when the protection member 31 bends by the press by applying force from the outside from a load-proof viewpoint. Is set to be maintained.
  • the height dimension of the column member 32 is appropriately set depending on the arrangement interval of the column members 32 and the voltage (voltage and air insulation distance). For example, it is sufficient that an insulation distance of 20 to 30 ⁇ m is secured at a voltage of 5V.
  • the operation of the solar cell module including the above-described dye-sensitized solar cell and the structure including the solar cell module will be described in detail with reference to the drawings.
  • FIGS. 1 and 2 in the present embodiment, since articles or the like do not directly touch the transparent substrate 21, resistance to a physical impact load or heat in the dye-sensitized solar cell 2. Can be improved. That is, the protective member 31 can be provided with impact absorbing performance, and the load applied to the dye-sensitized solar cell 2 can be prevented or reduced, so that the load resistance can be improved. Moreover, it becomes possible by providing the protection member 31 to improve the waterproofness, insulation, abrasion resistance, and fire spread resistance as the solar cell module 1.
  • the design can be improved by using a translucent film suitable for the surrounding color tone for the protective member. Then, by setting the color of the protective member to, for example, white, the room can have a bright atmosphere.
  • the protection member 31 since the protection member 31 has flexibility, the protection member 31 can have an impact absorption performance, and the physical impact load from the outside that the dye-sensitized solar cell 2 receives. Can be reduced.
  • the solar cell module 1 of the present embodiment by providing the separation portion 10 between the transparent substrate 21 and the protective member 31, when the protective member 31 is elastically deformed by receiving a physical impact load, The deformed protection member 31 can be prevented from contacting the transparent substrate 21. Thereby, the physical impact load which the transparent substrate 21 receives can be reduced, and durability of the dye-sensitized solar cell 2 can be improved. In this case, since the transparent substrate 21 and the protection member 31 are separated from each other, it is possible to prevent the heat of the protection member 31 from being directly transmitted to the transparent substrate 21.
  • the transparent substrate 21 and the protection member 31 are set by setting the separation
  • the protection member 31 since the protection member 31 is supported via the pillar material 32 with respect to the base member 33 that supports the counter electrode substrate 25, the impact load, heat, etc. received by the protection member 31 are the pillar material 32. It is transmitted to the base member 33 via. That is, it is possible to suppress the impact load or heat from being transmitted directly from the protective member 31 to the dye-sensitized solar cell 2. Moreover, in this Embodiment, since it becomes a simple structure which does not support the column material 32 in the dye-sensitized solar cell 2, the protection member 31 can be easily provided in the dye-sensitized solar cell 2. FIG. For example, the solar cell module 1 can be easily mounted and used on the structure by bonding the base member 33 to the mounted portion of the structure. Furthermore, by making the base member 33 dark, it becomes possible to suppress a change in color when the dye-sensitized solar cell 2 itself is viewed from the transparent substrate 21 side, and the design as the solar cell module 1 is improved. Can be made.
  • the protective member 31 can be formed from a member having water repellency or waterproofness.
  • the protective member 31 can be waterproof and water repellent, and even if water adheres to the solar cell module 1, water does not directly contact the dye-sensitized solar cell 2. The function can be maintained.
  • the protective member 31 can be formed from an insulating member.
  • the protective member 31 that covers the transparent substrate 21 has a multilayer structure in which an insulating property is provided. Therefore, the dye-sensitized solar cell 2 is electrically isolated from the outside. Can be suppressed.
  • the color tone of the region covering the transparent substrate 21 of the protective member 31 can be formed from, for example, a white translucent or blue translucent translucent film.
  • a white translucent or blue translucent translucent film it is possible to improve design properties, make it difficult to visually recognize discoloration, and prevent the room from becoming dark.
  • a blue translucent film for the protection member 31 it is possible to suppress a decrease in the amount of power generation to a minimum.
  • the protection member 31 can be formed from a flame retardant member.
  • the flame retardance of the solar cell module 1 can be increased by using, for example, a flame retardant film for the protective member 31, the risk of the solar cell module igniting in a high heat environment is suppressed. Can do.
  • the solar cell module 1 of this Embodiment can be made into the structure mounted
  • the solar cell module including the dye-sensitized solar cell according to the present embodiment and the structure including the solar cell module durability can be improved and the function of the battery can be maintained.
  • the electric power generated by the solar cell can be used for, for example, a USB power supply, illumination, emergency light, temperature control, sensor power supply, display power supply, and the like.
  • the solar cell module 1A includes a first protective member 31 that covers the transparent substrate 21 in the dye-sensitized solar cell 2, and a second protective member 34 that covers the counter electrode substrate 25.
  • Each of the protection members 31 and 34 is supported by a column member 32 provided in the dye-sensitized solar cell 2.
  • the pillar material 32 is provided in the arrangement part of the sealing material 28 (broken line part shown in FIG. 4) which seals the electrolyte 27 in the dye-sensitized solar cell 2 shown in FIG.
  • the separation portion 10 is provided between the transparent substrate 21 and the second protective member 31 and between the counter electrode substrate 25 and the second protective member 34.
  • FIG. 5 shows an example in which the solar cell module 1A according to the second embodiment is applied to a chair 5 (structure).
  • the chair 5 includes a wooden seat portion 51 (attached portion) having a rectangular shape in a top view and leg portions 52 extending downward from the four corners of the seat portion 51.
  • the solar cell module 1 ⁇ / b> A is attached to the seat portion 51 in an integrated state.
  • the protective member 31 provided on the transparent substrate 21 side is made of light transmissive glass.
  • FIG. 6 shows a case where the solar cell module 1A according to the second embodiment is applied to a vertical surface 4 (attachment portion of a structure) such as a wall surface, a picture, or a poster.
  • a vertical surface 4 attachment portion of a structure
  • the present invention can be similarly applied to vertical surfaces such as windows, curtains, shelves, and partitions.
  • it is not necessarily limited to a vertical plane, and can be applied to an inclined plane or a curved plane that intersects the vertical direction.
  • the counter electrode substrate 25 attached to the structure is also covered with the second protective member 34, the durability on the counter electrode substrate 25 side can also be improved.
  • the counter electrode substrate 25 can be mounted directly via the second protective member 34 without adhering to the mounted portion of the structure.
  • the pillar material 32 is provided in the dye-sensitized solar cell 2, and the protection member 31 is supported by the pillar material 32, the several pillar material 32 can be provided. That is, as the support position of the protection member 31 by the column member 32, the protection member 31 can be reliably supported because it can be provided not only at the outer peripheral edge but also at the intermediate position in plan view. And by arranging so that a pressing force acts on the transparent substrate 21 in advance through the column member 32, the solar cell module 1 is arranged vertically on the mounting surface such as a wall surface as shown in FIG. In this case, a weir is formed at the portion where the pressing force acts, and the region of the electrolyte 27 (see FIG. 3) can be partitioned in the vertical direction. Therefore, it can suppress that the electrolyte 27 in the dye-sensitized solar cell 2 sinks in the lowest part of this electrolyte area
  • the protection member 31 is provided.
  • the impact load that is received is received by the portion where the sealing material 28 is disposed via the column member 32, and it is possible to prevent the load from being applied to the portion where the electrolyte 27 is sealed. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte 27 from flowing out with the breakage of the transparent substrate 21.
  • the column member 32 since the column member 32 is not disposed at the electrode portion of the dye-sensitized solar cell 2, the power generation area is not reduced, and the reduction in the power generation amount can be suppressed.
  • the pillar material 32 may have a function as the sealing material 28, and the sealing material 28 and the pillar material 32 may be provided adjacent to each other.
  • a solar cell module 1B according to the third embodiment shown in FIG. 7 is obtained by bending the solar cell module 1A according to the second embodiment described above into an appropriate shape as a whole. That is, in the solar cell module 1B, the protection members 31 and 34 and the dye-sensitized solar cell 2 are formed to be curved with substantially the same curvature.
  • the dye-sensitized solar cell 2 and the protection members 31 and 34 are attached to a structure having a curved surface such as a column, a curtain, or a chair along the curved surface. Can do.
  • the area of a battery can be increased by making the dye-sensitized solar cell 2 into a curved surface, and it becomes possible to increase a light-receiving area and to increase electric power generation amount. .
  • FIG. 8 shows an example in which the solar cell module 1B according to the third embodiment is applied to a so-called office chair 6 (structure) that supports the seat portion 61 (attached portion) with one leg portion 62.
  • the seat 61 has a curved surface in which the central portion 61a is recessed in a plan view so that it is easy to sit down, and a seat surface 61b having a cushioning property (a member of the mounted portion) is formed as the first protection member 31. A part of the seat surface is provided integrally. Therefore, the solar cell module 1B is curved along the curved surface of the seat portion 61 as a whole.
  • a metal mesh, a translucent elastic material (rubber), a translucent cushion material, or the like can be used as the first protective member 31 constituting the seat surface 61a at this time.
  • the second protective member 34 hard plastic can be employed.
  • the upper column member 32 between the first protective member 31 and the dye-sensitized solar cell 2 it is preferable to use a spring in order to improve the cushioning property of the first protective member 31.
  • the lower column member 32 between the second protective member 34 and the dye-sensitized solar cell 2 it is preferable to employ a metal in order to firmly support the hard second protective member 34.
  • it is possible to provide the function of an electric massager by taking out a weak voltage generated by the dye-sensitized solar cell 2 and applying it to the backrest.
  • the protection member 31 is formed in a curved shape, the dye-sensitized solar cell 2 is formed in a planar shape, and a plurality of column members 32 are provided.
  • the height dimension corresponding to the curved surface of the protection member 31 is set.
  • the column member 32A located at the center of the protection member 31 has a smaller height than the column member 32B provided on both sides, and the protection member 31 is made of a transparent column 7 (a structure mounting portion, FIG. 9 can be attached by an adhesive along the peripheral surface of the two-dot chain line shown in FIG.
  • the curved surface can be formed only by the protective member 31 without bending the dye-sensitized solar cell 2. Therefore, the dye-sensitized solar cell 2 can be attached to the cylindrical column 7 having a curved surface without being affected by the bending of the protective member 31.
  • the protection member 31 is formed in a curved surface shape, and the dye-sensitized solar cell 2 is formed in a flat shape, but the opposite is also possible. That is, the protective member 31 may be formed in a flat shape, and the dye-sensitized solar cell 2 may be formed in a curved shape.
  • the light receiving area of the dye-sensitized solar cell 2 can be increased to increase the amount of power generation, and the dye-sensitized solar cell 2 can easily face the incident light. Therefore, it is possible to suppress the change in the power generation amount.
  • the solar cell module 1D according to the fifth embodiment shown in FIG. 10 has a configuration in which the protective member 35 covers the dye-sensitized solar cell 2 in a sealed state over the entire circumference via the pillar material 32.
  • the protection member 35 a member having waterproofness or water repellency is employed. In this case, since the entire dye-sensitized solar cell 2 is surrounded by the protective member 35, the influence of water and heat can be suppressed, and durability can be improved.
  • a solar cell module 1E according to the sixth embodiment shown in FIG. 11 has a configuration in which an outer peripheral sealing material 29 that covers the entire circumference of the dye-sensitized solar cell 2 is used as the column members of the protection members 31 and 34. That is, the first protective member 31 is provided on the transparent substrate 21 via the outer peripheral sealing material 29, and the second protective member 34 is provided on the counter electrode substrate 25 via the outer peripheral sealing material 29.
  • the outer peripheral sealing material 29 also serves as a pillar material, it is not necessary to provide a pillar material, and the pillar material can be omitted, so that the cost can be reduced.
  • the solar cell module provided with the dye-sensitized solar cell by this invention and the structure provided with the solar cell module was described, this invention is not limited to said embodiment. It can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
  • the protective members 31 and 34 are provided on both sides of the dye-sensitized solar cell 2 in the second embodiment.
  • the present invention is not limited to this and is transparent. Only the first protective member 31 that covers the substrate 21 may be provided via the column member 32.
  • the protection member 31 is supported by the dye-sensitized solar cell 2 or the base member 33 by the column member 32, but the column member 32 may be omitted.

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Abstract

一方の面上に透明電極を形成させた透明基板と、一方の面上に対向電極を形成させた対極基板と、を有する色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールであって、　透明基板及び対極基板は、前記透明電極と前記対向電極とが対向するように配置されており、前記透明基板は、前記透明電極が形成された面と反対の面において、光透過性を有する保護部材で覆われていることを特徴とする色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。

Description

色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物
　本発明は、色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物に関する。本願は、２０１５年１２月７日に、日本に出願された特願２０１５－２３８９６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、色素増感型太陽電池として、例えば特許文献１、２に示されるように、透明電極を形成させた透明基板と、対向電極を形成させた対極基板と、前記透明電極上に形成させ多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成させた半導体層と、前記半導体層と対向電極との間に設けられる液状又は擬液状の電解質と、前記電解質を封止して前記透明基板と前記対極基板とを固着させる封止材と、を備えた構造が知られている。
　このような色素増感太陽電池では、色素増感太陽電池に光が照射されると、半導体層に吸着された増感色素が光を吸収し、色素分子内の電子が励起され、その電子が半導体へ渡される。そして、透明電極側で電子が発生し、この電子が電気回路を通じて、対向電極に移動し、対向電極に移動した電子は、電解質層を通じて透明電極に戻る。このような過程が繰り返されることで、電気エネルギーが生じる構成となっている。
特開２０１１－２５８５１４号公報 特開２０１３－９７９２０号公報
　しかしながら、上述したような色素増感太陽電池を所望の部材に装着して使用する場合には、以下のような問題があった。
　例えば、椅子の座面や背凭れなどの場所に色素増感太陽電池を装着すると、人の荷重による物理的な衝撃荷重が色素増感太陽電池にかかるため、破損したりや傷がつき、電池として機能しなくなるという問題があった。
　また、色素増感太陽電池の設置箇所が高熱環境の条件であったり、水がかかる条件の場合にも電池の機能が低下するため、設置箇所が制限されており、その点で改善の余地があった。
　さらに、例えば建物の内装材に色素増感太陽電池を装着することによる意匠性が低下するおそれがあった。また、部屋のガラス窓に色素増感太陽電池を装着する場合には、室内が暗くなるという課題があった。
　本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、耐久性を向上させることができ、電池の機能を維持することができる色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールは、一方の面上に透明電極を形成させた透明基板と、一方の面上に対向電極を形成させた対極基板と、を有する色素増感太陽電池（太陽電池単位セル）を備えた太陽電池モジュールであって、透明基板及び対極基板は、前記透明電極と前記対向電極とが対向するように配置されており、前記透明基板は、前記透明電極が形成された面と反対の面において、光透過性を有する保護部材で覆われていることを特徴としている。前記太陽電池モジュールは、前記色素増感太陽電池（太陽電池単位セル）が複数電気的に接続されてなる。色素増感太陽電池同士の接続は、公知の配線により行うことができる。
　また、本発明に係る太陽電池モジュールを備えた構造物では、上述した太陽電池モジュールが装着されていることを特徴としている。
　本発明では、透明基板に対して物品等が直接触れることがなくなるため、色素増感太陽電池における物理的な衝撃荷重や熱等への耐性を向上させることができる。つまり、保護部材に衝撃吸収性能をもたせることができ、色素増感太陽電池が受ける荷重の負担を防止、又は低減することができるので、耐荷重性を向上させることができる。また、保護部材を設けることで、太陽電池モジュールとして防水性、絶縁性、耐摩耗性、及び耐延焼性を高めることが可能となる。
　また、本発明では、透明基板を覆うように保護部材を設ける構成であるので、保護部材に周囲の色調に合った半透明フィルムを用いることで、意匠性を向上させることができる。そして、保護部材の色を例えば白色にすることで、室内を明るい雰囲気とすることができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、可撓性を有することが好ましい。
　この場合には、保護部材に衝撃吸収性能をもたせることができ、色素増感太陽電池が受ける外部からの物理的な衝撃荷重の負担を低減することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、前記透明基板と離間した状態で支持されていていることが好ましい。
　このように透明基板と保護部材との間に離間部を設けることで、保護部材が物理的な衝撃荷重を受けて変形したときに、その変形した保護部材が透明基板に接触することを抑制することができる。これにより、透明基板が受ける物理的な衝撃荷重を低減することができ、色素増感太陽電池の耐久性を向上させることができる。
　また、この場合には、透明基板と保護部材とが離間しているので、保護部材の熱が直接的に透明基板に伝わることを防ぐことができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材が外部から任意の力で押圧された状態で、前記保護部材と前記透明基板との離間した状態が維持されていることが好ましい。
　この場合には、保護部材の変形量に合わせて離間を設定することで、保護部材が物理的な衝撃荷重を受けて変形しても、透明基板と保護部材との間が離間した状態で維持されるので、その変形した保護部材が透明基板に接触することを確実に防止することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、さらに前記対極基板の前記対向電極が形成された面と反対の面を覆うように設けられていることが好ましい。
　この場合には、構造物に装着する対極基板も保護部材によって覆われているので、対極基板側の耐久性も向上させることができる。
　そして、本発明では、対極基板を直接、構造物の被装着部に接着することなく保護部材を介して装着することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、前記対極基板を支持する下地部材に対して柱材を介して支持されていることが好ましい。ここで、下地部材とは、前記対極基板を支持する平面または曲面材であり、前記柱材を設けることで、下地部材として機能させることが出来る。
　この場合には、保護部材が受ける衝撃荷重や熱などが柱材を介して下地部材に伝達することになる。つまり、衝撃荷重や熱などが保護部材から直接的に色素増感太陽電池に伝わることを抑えることができる。
　また、柱材を色素増感太陽電池に支持させない簡単な構造となるので、色素増感太陽電池に保護部材を容易に設けることができる。そして、例えば、下地部材を構造物の被装着部に接着することで、太陽電池モジュールを構造物に簡単に装着して使用することができる。
　また、下地部材を暗色にすることで、色素増感太陽電池自体を透明基板側から見たときの色の変化を小さく抑えることが可能となり、太陽電池モジュールとしての意匠性を向上させることができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、前記色素増感太陽電池に設けられる柱材に支持されていることが好ましい。
　この場合には、色素増感太陽電池に柱材を設けて、その柱材に保護部材が支持されるので、複数の柱材を設けることができる。つまり、柱材による保護部材の支持位置として、平面視で外周縁のみではなく中間位置にも設けることができるので、保護部材を確実に支持することができる。
　また、本発明では、予め柱材を介して透明基板に押圧力が作用するように構成しておくことで、太陽電池モジュールを壁面などの被装着面に縦置きに配置した場合に、前記押圧力が作用する部分で堰が形成され、電解質の領域を縦方向に区画することができる。そのため、色素増感太陽電池内の電解質がこの電解質領域の最下部に沈み込み、電解質溜まりが生じることを抑制することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記色素増感太陽電池は、電解質を封止する封止材を有しており、前記柱材は、前記封止材としての機能を有しているか、又は前記封止材に隣接して設けられていることが好ましい。
　この場合には、保護部材が受ける衝撃荷重が柱材を介して封止材の配置部分で受けることになり、電解質が封入されている部分に荷重がかかることを防ぐことができる。そのため、透明基板の破損に伴って電解質が流出することを防止することができる。
　また、この場合、色素増感太陽電池の電極部分に柱材が配置されない構造となるため、発電面積が小さくなることがなく、発電量の低下を抑制することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、前記色素増感太陽電池を全周にわたって密封状態に覆っていることが好ましい。
　この場合には、色素増感太陽電池が保護部材によって全体が囲繞されているので、水や熱の影響を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、撥水性又は防水性を有する部材から形成されていることが好ましい。
　この場合には、保護部材に防水性、撥水性をもたせることができ、太陽電池モジュールに水が付着しても色素増感太陽電池に水が直接接触することがないので、電池の機能を維持することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、絶縁性を有する部材から形成されていることが好ましい。
　この場合には、透明基板を覆う保護部材に絶縁性をもたせた複層構造となるので、色素増感太陽電池を外部から電気的に隔離する構造となることから、感電の発生等を抑制することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材の少なくとも前記透明基板を覆う領域は、半透明フィルムから形成されていることが好ましい。
　この場合には、保護部材の色調を白色半透明や青色半透明にすることで、意匠性を高めたり、変色を視認しにくくしたり、室内が暗くなるのを防止することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、難燃性を有する部材から形成されていることが好ましい。
　この場合には、保護部材に例えば難燃性フィルムを用いることで、太陽電池モジュールの難燃性を高めることができるので、高熱環境下において太陽電池モジュールが発火する危険性を抑制することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材と前記色素増感太陽電池とが、略同一の曲率をもって湾曲して形成されていることが好ましい。
　この場合には、例えば円柱やカーテン等の被装着面が曲面を有する構造物に対して、その曲面に沿って色素増感太陽電池および保護部材を湾曲させて装着することができる。
　そして、本発明によれば、色素増感太陽電池を曲面とすることで電池の面積を増大することができ、受光面積を大きく取って発電量を増やすことが可能となる。
　また、本発明の場合には、色素増感太陽電池に入射する光の入射角度が変化しても色素増感太陽電池の一部の要素が入射する光に対向しやすくなるため、光の入射角度により発電量が変化するのを抑制することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、曲面状の形状を有し、前記色素増感太陽電池は、平面状の形状を有し、前記柱材は、複数設けられ、それぞれ前記保護部材の曲面に対応した高さ寸法に設定されていることが好ましい。
　この場合には、色素増感太陽電池を曲げることなく、保護部材のみで曲面を形成することができる。そのため、色素増感太陽電池は、保護部材の曲げの影響を受けずに、曲面からなる被装着部に装着することができる。
　また、本発明に係る色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールでは、前記保護部材は、当該太陽電池モジュールが装着される被装着部の部材として一体的に設けられていることが好ましい。
　この場合には、例えば椅子のクッション性を有する座面（被装着部の部材）を保護部材として形成して、この座面部分の一部に一体的に設けることができる。このように、太陽電池モジュールを構造物の一部に一体的に組み込んで利用することができる。
　本発明の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物によれば、耐久性を向上させることができ、電池の機能を維持することができる。
本発明の第１の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールを示した一部破断した斜視図である。 図１に示す太陽電池モジュールの断面図である。 図２に示す色素増感太陽電池の構成の断面図である。 第２の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールの断面図であって、図２に対応する図である。 図４に示す太陽電池モジュールを椅子の座面に組み込んだ状態の斜視図である。 図４に示す太陽電池モジュールを壁面に装着した状態の縦断面図である。 第３の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールの断面図であって、図４に対応する図である。 図７に示す太陽電池モジュールを椅子の座面に組み込んだ状態の斜視図である。 第４の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールの断面図である。 第５の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールの断面図である。 第６の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールの断面図である。
　以下、本発明の実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率、電池の構成・構造等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。
（第１の実施の形態）
　図１及び図２に示すように、本実施の形態による太陽電池モジュール１は、複数の色素増感太陽電池（太陽電池単位セル）２と、色素増感太陽電池２を保護する保護部材３１を備えた保護枠３と、を備えている。
　本実施の形態の太陽電池モジュール１を装着する被装着部を有する構造物として、例えば屋内用建具や内装材などがあり、具体的には椅子、棚、机、パーテーション（仕切り）、壁紙、カーテン、ブラインド、雨戸、天井、床、柱、照明、ポスター等に適用することができる。
　図３に示すように、色素増感太陽電池２は、透明基板２１上に積層された透明導電膜２２及び半導体層２３によって構成される透明電極２４と、対極基板２５上に積層された対向電極２６と、電解質２７と、を有し、透明電極２４を構成する半導体層２３の表面に予め増感色素及びリチウムイオン若しくは亜鉛イオンが吸着されている。
　ここで、半導体層２３の表面とは、電解質２７と接触する表面を意味し、前記表面には多孔構造を構成する内面（内壁）も含まれる。
　透明基板２１は、例えばロール・ツー・ロール方式等で連続生産に適用可能な適度な柔軟性を有し、大面積フィルム状に形成可能な材質であれば特に限定されない。このような材質としては、可視光の透過性を有するものが好ましく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等の透明の樹脂材料が挙げられる。
　透明基板２１には、スパッタリング法や印刷法により、透明導電膜２２が成膜されている。透明導電膜２２としては、例えば、酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が用いられる。
　透明導電膜２２の上には、半導体層２３が積層されている。半導体層２３は、透明導電膜２２とともに透明電極２４を構成するものである。半導体層２３は、例えば、増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有する金属酸化物からなる。このような金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、等が挙げられる。
　半導体層２３には、不図示の増感色素が担持されている。増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素として、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、等の各種有機色素を用いることができる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等、が好適に用いられる。
　透明導電膜２２の上には、半導体層２３同士の間に、封止材２８を介して配線（図示省略）が設けられている。なお、色素増感太陽電池２の配線パターンとして配線が不要な箇所では、半導体層２３同士の間には封止材２８のみが設けられている。
　配線は、例えば銅等の導電材、或いは前記導電材を含むペーストである。
　封止材２８は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂の樹脂を少なくとも一種含んだ樹脂材料が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
　対極基板２５は、透明基板２１と同様に透明のフィルム状の樹脂材料等から構成されている。対極基板２５の板面には、スパッタリング法や印刷法により、対向電極２６が成膜されている。対向電極２６として、例えば、酸化スズ（ＩＴＯ）、プラチナ、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、カーボン等が用いられるが、特にこれらに限定されることはない。
　また、透明電極２４の透明導電膜２２及び対向電極２６が成膜する部分は、絶縁処理をする部分でもあることから、非連続で成膜されていていても構わない。
　なお、半導体層２３と対向電極２６との間に充填される電解質２７としては、例えば、アセトニトリル、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムまたはヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解質とヨウ素とが混合された溶液（プロピオニトリル等の非水系溶剤）等の液体が挙げられるが、特にこれらに限定されることはない。このような電解質２７は、例えば、真空注入、ＯＤＦ工法（液晶滴下工法）等により充填することができる。
　封止材２８は、半導体層２３を囲むように、透明電極２４、対向電極２６、及び電解質２７からなる発電部（セル）を形成し、隣接するセル同士を分割（分離）して封止するために設けられている。封止材２８によって、透明電極２４と対向電極２６との間に間隙を形成し、その間隙内に電解質２７を封止している。
　なお、透明基板２１及び対極基板２５は、フィルム状の樹脂であることに限定されず、ガラス製の基板であってもかまわない。前記ガラスとしては、可視光の透過性を有するものが好ましく、ソーダライムガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、バイコールガラス、無アルカリガラス、青板ガラス、白板ガラス等が挙げられる。
　保護枠３は、透明基板２１を覆うように設けられ光透過性及び可撓性を有する保護部材３１と、保護部材３１を柱材３２を介して支持する下地部材３３と、を備えている。下地部材３３は、対極基板２５に接した状態で支持している。柱材３２の高さ寸法は、色素増感太陽電池２の厚さ寸法よりも大きく設定されている。保護部材３１は、透明基板２１と離間した状態（電池の厚さ方向に離間部１０を形成した状態）で支持されている。保護部材３１が外部から任意の力で押圧された状態で、保護部材３１と透明基板２１との離間した状態が維持されている。このときの保護部材３１と透明基板２１との間を離間部１０という。離間部１０の厚さ方向の寸法は、保護部材３１の押圧状態（保護部材３１の位置）によって変化する。
　保護枠３の外形は、色素増感太陽電池２よりも大きな寸法に設定されている。
　太陽電池モジュール１は、先ず、色素増感太陽電池２の対極基板２５と下地部材３３とを接着し、下地部材３３の適宜な位置に柱材３２を設ける。その後、柱材３２の端部に保護部材３１を固着することにより製造される。なお、下地部材３３には、色素増感太陽電池２の接着前に予め柱材３２を設けておいても良い。
　保護部材３１の材質としては、例えば、プラスチック、硬質、弾性材（ゴム）、布、半透過膜、樹脂、金属メッシュ、紙、ガラス、難燃剤入プラスチック、撥水性プラスチック塗料、偏光プラスチック、フッ素加工樹脂、ゲル状の材料、木などが挙げられる。
　また、保護部材３１の形状としては、例えば、メッシュ、１枚もの（シート状や板状のもの）、多孔質（スポンジ）、エンボスが形成されたもの、凹凸（ストライプ状に形成されたもの）、曲面などが挙げられる。
　なお、下地部材３３としては、保護部材３１と同様の材質とすることができる。
　柱材３２の材質としては、例えば、硬質プラスチック、樹脂、絶縁材（ゴム）、金属、ガラスなどが挙げられる。
　また、柱材３２の形状としては、例えば、ばね、柱状などが挙げられる。
　そして、柱材３２の高さ寸法は、耐荷重性の観点で、保護部材３１が外部から力がかかることによる押圧によって撓んだときに、色素増感太陽電池２に接しない程度の絶縁性が維持されるように設定されている。なお、柱材３２の高さ寸法は、柱材３２の配置間隔や電圧（電圧と空気の絶縁距離）によっても適宜設定される。例えば、５Ｖの電圧で２０～３０μｍの絶縁距離が確保されていればよい。
　次に、上述した色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物の作用について、図面を用いて詳細に説明する。
　図１及び図２に示すように、本実施の形態では、透明基板２１に対して物品等が直接触れることがなくなるため、色素増感太陽電池２における物理的な衝撃荷重や熱等への耐性を向上させることができる。つまり、保護部材３１に衝撃吸収性能をもたせることができ、色素増感太陽電池２が受ける荷重の負担を防止、又は低減することができるので、耐荷重を向上させることができる。また、保護部材３１を設けることで、太陽電池モジュール１としての防水性、絶縁性、耐摩耗性、及び耐延焼性を高めることが可能となる。
　また、本実施の形態では、透明基板を覆うように保護部材を設ける構成であるので、保護部材に周囲の色調に合った半透明フィルムを用いることで、意匠性を向上させることができる。そして、保護部材の色を例えば白色にすることで、室内を明るい雰囲気とすることができる。
　また、本実施の形態では、保護部材３１が可撓性を有するので、保護部材３１に衝撃吸収性能をもたせることができ、色素増感太陽電池２が受ける外部からの物理的な衝撃荷重の負担を低減することができる。
　また、本実施の形態の太陽電池モジュール１では、透明基板２１と保護部材３１との間に離間部１０を設けることで、保護部材３１が物理的な衝撃荷重を受けて弾性変形したときに、その変形した保護部材３１が透明基板２１に接触することを抑制することができる。これにより、透明基板２１が受ける物理的な衝撃荷重を低減することができ、色素増感太陽電池２の耐久性を向上させることができる。
　また、この場合には、透明基板２１と保護部材３１とが離間しているので、保護部材３１の熱が直接的に透明基板２１に伝わることを防ぐことができる。
　また、本実施の形態では、保護部材３１の変形量に合わせて離間部１０を設定することで、保護部材３１が物理的な衝撃荷重を受けて変形しても、透明基板２１と保護部材３１との間が離間した状態で維持されるので、その変形した保護部材３１が透明基板２１に接触することを確実に防止することができる。
　また、本実施の形態では、保護部材３１が対極基板２５を支持する下地部材３３に対して柱材３２を介して支持されているので、保護部材３１が受ける衝撃荷重や熱などが柱材３２を介して下地部材３３に伝達することになる。つまり、衝撃荷重や熱などが保護部材３１から直接的に色素増感太陽電池２に伝わることを抑えることができる。
　また、本実施の形態では、柱材３２を色素増感太陽電池２に支持させない簡単な構造となるので、色素増感太陽電池２に保護部材３１を容易に設けることができる。そして、例えば、下地部材３３を構造物の被装着部に接着することで、太陽電池モジュール１を構造物に簡単に装着して使用することができる。
　さらに、下地部材３３を暗色にすることで、色素増感太陽電池２自体を透明基板２１側から見たときの色の変化を小さく抑えることが可能となり、太陽電池モジュール１としての意匠性を向上させることができる。
　また、本実施の形態の太陽電池モジュール１では、保護部材３１を撥水性又は防水性を有する部材から形成することが可能である。この場合には、保護部材３１に防水性、撥水性をもたせることができ、太陽電池モジュール１に水が付着しても色素増感太陽電池２に水が直接接触することがないので、電池の機能を維持することができる。
　さらに、本実施の形態の太陽電池モジュール１では、保護部材３１を絶縁性を有する部材から形成することが可能である。この場合には、透明基板２１を覆う保護部材３１に絶縁性をもたせた複層構造となるので、色素増感太陽電池２を外部から電気的に隔離する構造となることから、感電の発生等を抑制することができる。
　さらにまた、本実施の形態の太陽電池モジュール１では、保護部材３１の透明基板２１を覆う領域の色調を例えば白色半透明や青色半透明の半透明フィルムから形成することが可能である。この場合には、意匠性を高めたり、変色を視認しにくくしたり、室内が暗くなるのを防止することができる。とくに、保護部材３１に青色半透明膜を採用することで、発電量の低下を最低限に抑制することができる。
　また、保護部材３１として、例えばメッシュや多数の小孔を形成した白色フィルムを使用することで、背面の色素増感太陽電池２の色調を変えて見えるようにすることも可能である。
　また、本実施の形態の太陽電池モジュール１では、保護部材３１を難燃性を有する部材から形成することが可能である。この場合には、保護部材３１に例えば難燃性フィルムを用いることで、太陽電池モジュール１の難燃性を高めることができるので、高熱環境下において太陽電池モジュールが発火する危険性を抑制することができる。
　そして、本実施の形態の太陽電池モジュール１を例えば建物の壁面や建具（椅子や棚）等の図示しない被装着部に装着した構造物とすることができる。
　上述のように本実施の形態による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物では、耐久性を向上させることができ、電池の機能を維持することができる。
　太陽電池で生じた電力は例えばＵＳＢ電源、照明、非常灯、温度調節、センサー用電源、表示器の電源等に利用することが出来る。
　次に、本発明の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
（第２の実施の形態）
　図４に示す第２の実施の形態による太陽電池モジュール１Ａは、色素増感太陽電池２における透明基板２１を覆う第１保護部材３１と、対極基板２５を覆う第２保護部材３４とを備え、それぞれの保護部材３１、３４が色素増感太陽電池２に設けられる柱材３２に支持された構成となっている。柱材３２は、図３に示す色素増感太陽電池２における電解質２７を封止する封止材２８（図４に示す破線部分）の配置部分に設けられている。透明基板２１と第２保護部材３１との間、および対極基板２５と第２保護部材３４との間には、離間部１０が設けられている。
　図５は、第２の実施の形態による太陽電池モジュール１Ａを椅子５（構造物）に適用した一例を示したものである。
　椅子５は、上面視矩形をなす木製の座部５１（被装着部）と、座部５１の四隅から下方に向けて延びる脚部５２と、を有している。座部５１には、太陽電池モジュール１Ａが一体的に組み込まれた状態で装着されている。ここでは、透明基板２１側に設けられる保護部材３１は光透過性を有するガラスが採用されている。
　図６は、第２の実施の形態による太陽電池モジュール１Ａを、例えば壁面や絵画、あるいはポスター等の鉛直面４（構造物の被装着部）に適用したものである。
　なお、この他、窓、カーテン、棚、パーテーション等の鉛直面にも同様に適用することが可能である。また、必ずしも鉛直面であることに限定されず、鉛直方向に対して交差する傾斜面や湾曲面であっても適用することができる。
　このように第２の実施の形態による太陽電池モジュール１Ａでは、構造物に装着する対極基板２５も第２保護部材３４によって覆われているので、対極基板２５側の耐久性も向上させることができる。
　そして、この場合には、対極基板２５を直接、構造物の被装着部に接着することなく第２保護部材３４を介して装着することができる。
　また、本実施の形態では、色素増感太陽電池２に柱材３２を設けて、その柱材３２に保護部材３１が支持されるので、複数の柱材３２を設けることができる。つまり、柱材３２による保護部材３１の支持位置として、平面視で外周縁のみではなく中間位置にも設けることができるので、保護部材３１を確実に支持することができる。
　そして、予め柱材３２を介して透明基板２１に押圧力が作用するように構成しておくことで、図６に示すように、太陽電池モジュール１を壁面などの被装着面に縦置きに配置した場合に、押圧力が作用する部分で堰が形成され、電解質２７（図３参照）の領域を縦方向に区画することができる。そのため、色素増感太陽電池２内の電解質２７がこの電解質領域の最下部に沈み込み、電解質溜まりが生じることを抑制することができる。
　また、本実施の形態では、柱材３２が平面視で色素増感太陽電池２における電解質２７（図３参照）を封止する封止材２８の配置部分に設けられているので、保護部材３１が受ける衝撃荷重が柱材３２を介して封止材２８の配置部分で受けることになり、電解質２７が封入されている部分に荷重がかかることを防ぐことができる。そのため、透明基板２１の破損に伴って電解質２７が流出することを防止することができる。
　また、この場合、色素増感太陽電池２の電極部分に柱材３２が配置されない構造となるため、発電面積が小さくなることがなく、発電量の低下を抑制することができる。なお、ここで、柱材３２に封止材２８としての機能を持たせてもよく、封止材２８と柱材３２とを別途隣接させて設けてもよい。
（第３の実施の形態）
　図７に示す第３の実施の形態による太陽電池モジュール１Ｂは、上述した第２の実施の形態の太陽電池モジュール１Ａを全体的に適宜な形状に湾曲させたものである。つまり、太陽電池モジュール１Ｂは、保護部材３１、３４と色素増感太陽電池２とが、略同一の曲率をもって湾曲して形成されている。
　この場合には、例えば円柱、カーテン、椅子等の被装着面が曲面を有する構造物に対して、その曲面に沿って色素増感太陽電池２および保護部材３１、３４を湾曲させて装着することができる。
　そして、本第３の実施の形態によれば、色素増感太陽電池２を曲面とすることで電池の面積を増大することができ、受光面積を大きく取って発電量を増やすことが可能となる。
　また、本実施の形態では、色素増感太陽電池２に入射する光の入射角度が変化しても色素増感太陽電池２の一部の要素が入射する光に対向しやすくなるため、光の入射角度により発電量が変化するのを抑制することができる。
　図８は、第３の実施の形態による太陽電池モジュール１Ｂは、１本の脚部６２で座部６１（被装着部）を支持するいわゆるオフィスチェア６（構造物）に適用した一例を示している。
　座部６１は、座り易いように平面視で中央部分６１ａが窪んだ曲面を形成しており、クッション性を有する座面６１ｂ（被装着部の部材）を第１保護部材３１として形成し、この座面部分の一部に一体的に設けられている。そのため、太陽電池モジュール１Ｂは、全体として座部６１の曲面に沿って湾曲している。
　このときの座面６１ａを構成する第１保護部材３１として、金属メッシュ、半透明の弾性材（ゴム）、半透明なクッション材等を採用することができる。第２保護部材３４として、硬質プラスチックを採用することができる。そして、第１保護部材３１と色素増感太陽電池２との間の上側の柱材３２としては、第１保護部材３１のクッション性を高めるためにばねを用いることが好ましい。また、第２保護部材３４と色素増感太陽電池２との間の下側の柱材３２としては、硬質の第２保護部材３４を強固に支持するために金属を採用することが好ましい。
　なお、このようなオフィスチェア６の場合には、色素増感太陽電池２で発電した微弱な電圧を取り出して背凭れに付与することで、電気マッサージ器の機能をもたせることも可能である。
（第４の実施の形態）
　図９に示す第４の実施の形態による太陽電池モジュール１Ｃは、保護部材３１が曲面状に形成され、色素増感太陽電池２が平面状に形成され、柱材３２が複数設けられて、それぞれ保護部材３１の曲面に対応した高さ寸法に設定されている。この場合、保護部材３１の中央に位置する柱材３２Ａが両側に設けられる柱材３２Ｂよりも高さ寸法が小さくなっており、保護部材３１を透明の円柱７（構造物の被装着部、図９に示す二点鎖線）の周面に沿って接着材によって装着することができる。
　本第４の実施の形態では、色素増感太陽電池２を曲げることなく、保護部材３１のみで曲面を形成することができる。そのため、色素増感太陽電池２は、保護部材３１の曲げの影響を受けずに、曲面からなる円柱７に装着することができる。
なお、本第４の実施の形態では、保護部材３１を曲面状に形成し、色素増感太陽電池２を平面状に形成しているが、反対にすることも可能である。すなわち、保護部材３１を平面状に形成し、色素増感太陽電池２を曲面状に形成するようにしてもよい。この場合には、色素増感太陽電池２における受光面積を大きく取って発電量を増やすことが可能となるとともに、色素増感太陽電池２が入射する光に対向しやすくなるため、光の入射角度により発電量が変化するのを抑制することができる。
（第５の実施の形態）
　図１０に示す第５の実施の形態による太陽電池モジュール１Ｄは、保護部材３５が柱材３２を介して色素増感太陽電池２を全周にわたって密封状態に覆っている構成となっている。保護部材３５は、防水性又は撥水性を有する部材が採用されている。
　この場合には、色素増感太陽電池２が保護部材３５によって全体が囲繞されているので、水や熱の影響を抑えることができ、耐久性を向上させることができる。
（第６の実施の形態）
　図１１に示す第６の実施の形態による太陽電池モジュール１Ｅは、色素増感太陽電池２の全周を覆う外周封止材２９を保護部材３１、３４の柱材とした構成である。つまり、第１保護部材３１は、外周封止材２９を介して透明基板２１に設けられ、第２保護部材３４は、外周封止材２９を介して対極基板２５に設けられている。
　この場合、外周封止材２９が柱材を兼ねるので、柱材を設ける必要がなく、柱材を省略することができるので、コストの低減を図ることができる。
　以上、本発明による色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを備えた構造物の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、上述の本実施の形態では、第２の実施の形態において、色素増感太陽電池２の両側に保護部材３１、３４を設けた構成としているが、これに限定されることはなく、透明基板２１を覆う第１保護部材３１のみが柱材３２を介して設けられていてもよい。
　また、本実施の形態では、保護部材３１が柱材３２によって色素増感太陽電池２、又は下地部材３３に支持された構成としているが、柱材３２を省略することも可能である。
　その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
　１、１Ａ～１Ｅ　太陽電池モジュール
　２　色素増感太陽電池
　３　保護枠
　４　鉛直面（構造物の被装着部）
　５　椅子（構造物）
　６　オフィスチェア（構造物）
　７　円柱（構造物の被装着部）
　１０　離間部
　２１　透明基板
　２４　透明電極
　２５　対極基板
　２６　対向電極
　２７　電解質
　２８　封止材
　３１、３４、３５　保護部材
　３２　柱材
　３３　下地部材

Claims (17)

  1. 　一方の面上に透明電極を形成させた透明基板と、一方の面上に対向電極を形成させた対極基板と、を有する色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュールであって、
    　透明基板及び対極基板は、前記透明電極と前記対向電極とが対向するように配置されており、
    　前記透明基板は、前記透明電極が形成された面と反対の面において、光透過性を有する保護部材で覆われていることを特徴とする色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  2. 　前記保護部材は、可撓性を有することを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  3. 　前記保護部材は、前記透明基板と離間した状態で支持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  4. 　前記保護部材が外部から任意の力で押圧された状態で、前記保護部材と前記透明基板との離間した状態が維持されていることを特徴とする請求項３に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  5. 　前記保護部材は、さらに前記対極基板の前記対向電極が形成された面と反対の面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  6. 　前記保護部材は、前記対極基板を支持する下地部材に対して柱材を介して支持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  7. 　前記保護部材は、前記色素増感太陽電池に設けられる柱材に支持されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  8. 　前記色素増感太陽電池は、電解質を封止する封止材を有しており、前記柱材は、前記封止材としての機能を有しているか、又は前記封止材に隣接して設けられていることを特徴とする請求項７に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  9. 　前記保護部材は、前記色素増感太陽電池を全周にわたって密封状態に覆っていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  10. 　前記保護部材は、撥水性又は防水性を有する部材から形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  11. 　前記保護部材は、絶縁性を有する部材から形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  12. 　前記保護部材の少なくとも前記透明基板を覆う領域は、半透明フィルムから形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  13. 　前記保護部材は、難燃性を有する部材から形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  14. 　前記透明基板及び前記対極基板は、可撓性を有するフィルム材から形成され、
    　前記保護部材と前記色素増感太陽電池とが略同一の曲率をもって湾曲して形成されていることを特徴とする請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  15. 　前記保護部材は、曲面状の形状を有し、
    　前記色素増感太陽電池は、平面状の形状を有し、
    　前記柱材は、複数設けられ、それぞれ前記保護部材の曲面に対応した高さ寸法に設定されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  16. 　前記保護部材は、当該太陽電池モジュールが装着される被装着部の部材として一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の色素増感太陽電池を備えた太陽電池モジュール。
  17. 　請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールが装着されていることを特徴とする太陽電池モジュールを備えた構造物。
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