WO2024014537A1 - 積層型光起電ブロック - Google Patents

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WO2024014537A1
WO2024014537A1 PCT/JP2023/026073 JP2023026073W WO2024014537A1 WO 2024014537 A1 WO2024014537 A1 WO 2024014537A1 JP 2023026073 W JP2023026073 W JP 2023026073W WO 2024014537 A1 WO2024014537 A1 WO 2024014537A1
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Inventor
信明 小松
朋子 伊藤
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国際先端技術総合研究所株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/043—Mechanically stacked PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a stacked photovoltaic block.
  • Patent Document 1 a solar cell module including, in this order, a glass plate located on the light-receiving surface side, a solar cell, and a glass plate located on the back side, A solar cell module in which a low-emission film is formed on at least one surface of the back side is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a solar cell window panel that can change the solar heat gain rate without performing mechanical operations.
  • the solar cell window glass 10 is arranged in an opening of a building.
  • the solar cell window glass 10 includes a glass panel 12 having translucency, an indoor side surface 12a and an outdoor side surface 12b of the glass panel 12. and a plurality of solar cell modules 14 arranged alternately in the height direction.'''
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 both assume that the light-receiving surface of the solar cell is arranged at an angle as close to perpendicular to the incident angle of light as possible. Further, Patent Document 2 discloses that the solar cell is laminated in N layers, but the window glass with solar cells in Patent Document 2 has an aperture ratio due to the solar cell modules arranged in multiple layers. However, the aperture ratio is 0% at the midsummer altitude during the summer solstice, and is over 40% at the midsummer altitude during the winter solstice. For this reason, the solar cell module of Patent Document 2 has a large restriction on its arrangement area, and has a problem in power generation efficiency due to the solar cells.
  • the present invention aims to provide a stacked photovoltaic block technology that has stacked photovoltaic layers and has high photovoltaic efficiency.
  • one of the typical laminated photovoltaic blocks of the present invention is a block body in which flat photovoltaic cells are laminated, and the height dimension of the block body is , the same as or greater than either the depth or width dimension.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a stacked photovoltaic block.
  • FIG. 1B is a top view of a stacked photovoltaic block.
  • FIG. 1C is a side view of a stacked photovoltaic block.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of an example configuration of a photovoltaic cell.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of an example configuration of a photovoltaic cell.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view of an example configuration of a photovoltaic cell.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view of an example configuration of a photovoltaic cell.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship of the light receiving angle for a single photovoltaic cell.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the light receiving angle and the laminated photovoltaic block.
  • FIG. 5 is a graph showing oblique incident light characteristics (cosine characteristics) of illuminance.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between oblique incident light characteristics and conversion efficiency.
  • FIG. 7A is a top view illustrating the photovoltaic cell of the second embodiment.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the photovoltaic cell of the second embodiment.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view illustrating the stacked photovoltaic block of the second embodiment.
  • FIG. 8A is a schematic diagram of a frame housing stacked photovoltaic blocks.
  • FIG. 8A is a schematic diagram of a frame housing stacked photovoltaic blocks.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating the process of accommodating photovoltaic cells in a frame.
  • FIG. 8C is a schematic diagram of the window member and exterior material housed in the frame.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the extraction electrode of the laminated photovoltaic block.
  • window and exterior members refer to windows installed in buildings and structures, all translucent members that partition the interior space of buildings and structures, and automobile bodies.
  • it refers to various forms such as members used for inner layers.
  • the laminated photovoltaic block of the present disclosure can be used as a window member, exterior material, or other member by combining the laminated photovoltaic block with a frame or the like.
  • the stacked photovoltaic block of the present disclosure can be used for various purposes such as objects, power generation devices, and charging devices.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a stacked photovoltaic block.
  • a stacked photovoltaic block 10 includes a plurality of photovoltaic cells stacked together, including an upper transparent substrate 1, a lower transparent substrate 2, and a power generation section sandwiched between these two transparent substrates. .
  • the dimension in the z direction of the laminated photovoltaic block 10 is H, the dimension in the x direction is L, and the dimension in the y direction is W, then H is the same as one of L and W, or The photovoltaic cells are stacked to such an extent that the dimensions are larger than that.
  • the dimension in the z direction is the height
  • the dimension in the x direction is the depth
  • the dimension in the y direction is the width
  • the height is the same as or greater than either the depth or the width. ing.
  • the "height direction” may be referred to as the "stacking direction” hereinafter.
  • the +z direction is sometimes referred to as upward
  • the -z direction is sometimes referred to as downward.
  • FIG. 1A is a block body in which five layers of flat photovoltaic cells are laminated, it is desirable that the number of laminated layers is five or more.
  • the photovoltaic cell does not necessarily have to be a flat plate, and may have a plate shape with a curved surface.
  • the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 may be made of a light-transmitting material such as glass or acrylic.
  • FIG. 1B is a top view of the stacked photovoltaic block, in which the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 are arranged offset in the y direction, and the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 are overlapped in the z direction.
  • a photovoltaic region 3 and a sealing part 4 for sealing the photovoltaic region 3 are arranged in the area where the photovoltaic region 3 is located.
  • the sealing portion 4 is arranged to surround the photovoltaic region. Note that the photovoltaic region 3 and the sealing portion 4 do not necessarily have to coincide with the region where the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 overlap in the z direction.
  • the photovoltaic region 3 and the sealing part 4 only need to be present inside the region where the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 overlap in the z direction.
  • the photovoltaic region 3 has a light brown color, but the photovoltaic region 3 does not necessarily have to be colored and can be transparent. There may be. It is desirable that the other members be made of substantially transparent material.
  • FIG. 1C is a side view schematically showing the cross-sectional structure of the laminated photovoltaic block.
  • An upper electrode 5 and a lower electrode 6 are arranged on the surfaces of the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 that are in contact with the photovoltaic region 3, respectively.
  • These upper electrode 5 and lower electrode 6 may be transparent conductive films such as FTO and ITO formed on the surfaces of the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2, respectively.
  • the upper transparent substrate 1 and the lower transparent substrate 2 are arranged offset in the y direction, so that the upper electrode 5 and the lower electrode 6 can be connected from the outside.
  • the electric power generated by the photovoltaic cell can be taken out to the outside through the portions of the upper electrode 5 and lower electrode 6 that can be connected to the outside.
  • the photovoltaic cell that can be used in the present invention includes any form of photovoltaic cell, photovoltaic element, or solar cell as long as the photovoltaic region can be surrounded by a transparent substrate. be able to.
  • examples of photovoltaic cells are shown in FIGS. 2A to 2D, but these do not limit the applicability of the technology of the present disclosure in any way.
  • the photovoltaic cell 7 shown in FIGS. 2A to 2D is a cross-sectional view in the xz plane of the photovoltaic cell 7 that constitutes the stacked photovoltaic block shown in FIG. 1A.
  • the photovoltaic cell of FIG. 2A is a wet photovoltaic element using a layer of titanium dioxide as the photovoltaic layer.
  • an upper transparent substrate 1 is a transparent substrate made of glass or resin, and an upper electrode 5 made of a transparent conductive film such as FTO is formed on one surface.
  • a lower electrode 6 and a charge exchange layer 15 are arranged above the lower transparent substrate 2, and a porous titanium dioxide 12 as a photovoltaic layer is arranged below the upper electrode 5.
  • An electrolytic solution 14 is sealed between the upper electrode 5 and the lower electrode 6.
  • This electrolytic solution is generally an iodine-based electrolyte in which iodine is dissolved in an aqueous potassium iodide solution.
  • the sealing part 4 is in close contact with the upper and lower transparent substrates so that the electrolytic solution 14 does not leak to the outside.
  • the photovoltaic cell in FIG. 2B differs from that in FIG. 2A in that the photovoltaic region employs dye-sensitized porous titanium dioxide 13 in which a sensitizing dye such as a ruthenium complex dye is solidified.
  • the photovoltaic cell in FIG. 2B is a general dye-sensitized photovoltaic element (DSSC). Since the other configurations are the same as in FIG. 2A, the same or equivalent components as in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
  • the photovoltaic cell in FIG. 2C does not use porous titanium dioxide as a photovoltaic layer, but uses silicon dioxide particles 20 with a particle size of 500 nm or less, and is mixed with ethanol. It differs from the photovoltaic cell shown in FIG. 2B in that it is coated on a charge exchange layer 15 made of platinum or the like and dried. Since the other configurations are the same as in FIG. 2A, the same or equivalent components as in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
  • the photovoltaic cell of FIG. 2D differs from FIGS. 2A to 2C in that it uses two layers of dye-sensitized porous titanium dioxide 13 and a layer of silicon dioxide particles 20 as the photovoltaic layer. There is. Since the other configurations are the same as in FIG. 2A, the same or equivalent components as in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
  • photovoltaic elements can be employed as the photovoltaic cell 7 in the present disclosure.
  • a photovoltaic element in which a photovoltaic layer is provided with silicon dioxide as disclosed in Japanese Patent No. 5,848,324, is suitable, but the invention is not necessarily limited thereto.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the light receiving angles of a single photovoltaic cell 7 when the surface direction of the light receiving surface is 90° and the normal direction is 0°.
  • FIG. 4 shows the respective light receiving angles when the surface direction of the light receiving surface is 90° and the normal direction is 0° for a stacked photovoltaic block in which five layers of single photovoltaic cells 7 are stacked.
  • FIG. 3 and FIG. 3 shows the respective light receiving angles when the surface direction of the light receiving surface is 90° and the normal direction is 0° for a stacked photovoltaic block in which five layers of single photovoltaic cells 7 are stacked.
  • the photovoltaic cell 7 is a dye-sensitized photovoltaic element comprising silicon dioxide and dye-containing titanium dioxide as a photovoltaic layer as explained in FIG. ing.
  • the maximum output shown in Table 1 could be obtained. (Unit: ⁇ W/cm 2 )
  • the laminated photovoltaic block can exhibit a considerable photovoltaic ability even if light is not necessarily incident from the normal line of the light-receiving surface.
  • FIG. 5 is a graph showing oblique incident light characteristics (cosine characteristics) of illuminance.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between oblique incident light characteristics and conversion efficiency.
  • the dotted line single crystal silicon-1 shows the results of measurements of similar conversion efficiency characteristics using a single crystal silicon photovoltaic element. This dotted line also shows the conversion efficiency at each angle, so it is shown using the left vertical axis.
  • the conversion efficiency increases as ⁇ increases in the solid line (DSSC-1) due to wall reflection in the measurement environment, light wraparound from the side of the glass, and an increase in the angle. This is thought to be caused by the influence of incident light from the back side.
  • DSSC-1 solid line
  • the photovoltaic efficiency increases as ⁇ increases in the solid line (DSSC-1) due to wall reflection in the measurement environment, light wraparound from the side of the glass, and an increase in the angle. This is thought to be caused by the influence of incident light from the back side.
  • Conventional photovoltaic cells such as single-crystal silicon and amorphous silicon require the light-receiving surface to face the direction of sunlight incidence.
  • the photovoltaic element provided, as shown in the present disclosure, it is also possible to achieve high photovoltaic efficiency by using a stacked photovoltaic block in which multiple layers of light-transmitting substrates are stacked.
  • FIGS. 7A to 7C a second embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7C, based on the fact that the photovoltaic ability of the stacked photovoltaic block has little dependence on the incident angle.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the photovoltaic cells are shaped laterally.
  • FIG. 7A is a top view of the photovoltaic cell viewed from the z direction
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of the photovoltaic cell in the yz plane
  • FIG. 7C is a schematic cross-sectional view in the yz plane of the stacked photovoltaic block in the second embodiment.
  • components that are the same or equivalent to those of the first embodiment described above will be denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
  • the photovoltaic cells are set in a horizontally elongated shape, when formed as a stacked photovoltaic block, as expressed in FIG. 7C, , a large area can be obtained. Since most of the area in the yz plane is occupied by the upper transparent substrate and the lower transparent substrate, the entire stacked photovoltaic block appears as a nearly transparent planar block when viewed from the x-axis direction. Become.
  • FIG. 8A is a schematic diagram of a frame 16 for securing and accommodating a stacked photovoltaic block as a fixed-sized member.
  • the frame 16 can be made of metal such as aluminum as a sash structure so that the laminated photovoltaic block can be accommodated inside the frame 16.
  • the periphery is surrounded by a frame made of aluminum or the like and the entire surface is made of glass, as shown in FIG. 8C. It is possible to obtain a window member or exterior material having photovoltaic ability, which is formed from a transparent conductive substrate such as the following.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an extraction electrode installed on the side where the upper electrode 5 or lower electrode 6 of the laminated photovoltaic block is exposed to the outside.
  • the extraction electrode 17 is formed on one surface into a shape that engages with the unevenness on the side surface of the laminated photovoltaic block where the upper electrode 5 or the lower electrode 6 is exposed to the outside, and the extraction electrode base 18 and an extraction electrode contact portion 19 that contacts the upper electrode 5 or the lower electrode 6.
  • the extraction electrode base 18 is made of plastic, rubber, glass, etc., and the extraction electrode contact portion 19 is subjected to conductive processing such as silver plating to ensure conductivity.
  • an extraction electrode By using such an extraction electrode, electric power can be easily extracted from the laminated photovoltaic block.
  • an extraction electrode 17 as a member that absorbs the uneven shape of the stacked photovoltaic block on the uneven side surface of the stacked photovoltaic block, the stacked light inside the frame 16 can be removed. It also becomes possible to eliminate rattling of the electromotive block and stably hold the laminated photovoltaic block within the frame.
  • ⁇ Action/Effect> Conventional solar cell modules assume that the light-receiving surface of the solar cell is placed as close to perpendicular to the angle of incidence of light as possible, which blocks light from entering the room from outdoors. .
  • the laminated photovoltaic block of the present disclosure is used as a window member, since the photovoltaic region is formed horizontally and in an extremely thin film, it does not block light from outdoors to indoors. Sufficient photovoltaic generation can be achieved by utilizing incident light from multiple directions.
  • the basic size of a photovoltaic cell is that the thickness of the upper and lower transparent substrates is about 1 mm, and the thickness of the photovoltaic region can also be made less than 1 mm. They can be combined to form laminated photovoltaic blocks of various shapes.
  • the horizontally long photovoltaic cell described in the second embodiment has one horizontally long photovoltaic section, but the horizontally long photovoltaic section is divided into multiple photovoltaic sections. It may also be provided.
  • the photovoltaic cell and the photovoltaic portion are described as having rectangular shapes, but these are not limited to rectangular shapes, and may adopt various shapes such as circular, elliptical, and polygonal shapes. be able to.
  • the shape of the laminated photovoltaic block is not limited to a plate shape, but can be made into various shapes, including a cylindrical shape. Furthermore, although the upper and lower transparent substrates have been described as having a flat plate shape, the transparent substrates are not limited to flat plates, and may have curved surfaces.

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Abstract

本発明では、積層された光起電層を有し、光起電効率の高い積層型光起電ブロック技術を提供することを目的とする。 上記の課題を解決するために、代表的な本発明の積層型光起電ブロックの一つは、平板状の光起電セルを積層したブロック体であって、前記ブロック体の高さ寸法は、奥行き寸法又は幅寸法のいずれか一方の寸法と同じかあるいはそれ以上とする。　あるいは、平板状の光起電セルを少なくとも５層以上積層したブロック体であって、積層された光起電セルの端面を略平面状に揃えた積層型光起電ブロックとすることもできる。　さらに、これらの積層型光起電ブロックをフレームを用いて囲い込むことにより、窓・外装材として用いることができる。

Description

積層型光起電ブロック
　本発明は積層型光起電ブロックに関する。
　サステナブルな社会を目指す動きが急速に高まる中、住宅やビル等の構造物についても省エネやＣＯ２削減など環境負荷低減が求められている。こうした中、建築構造物の屋根、窓などに太陽電池を設置し、光発電を行うための技術開発が進展している。
　例えば、特許文献１においては、「受光面側に位置するガラス板と、太陽電池セルと、背面側に位置するガラス板とを、この順に含む太陽電池モジュールであって、前記受光面側と前記背面側の少なくともいずれか一方の側の表面に低放射膜が形成された太陽電池モジュール」が開示されている。
　また、特許文献２においては、機械的操作を行うことなく日射熱取得率を変化させることのできる太陽電池窓パネルが開示されている。これによれば、「太陽電池窓ガラス１０は、建物の開口部に配置される。太陽電池窓ガラス１０は、透光性を有するガラスパネル１２と、ガラスパネル１２の室内側面１２ａと室外側面１２ｂに高さ方向において交互に配置された複数の太陽電池モジュール１４と、を備える」との構成が開示されている。
特開２０２１-１５９３９号公報 特開２０２１-１１８０９号公報
　しかし、特許文献1及び特許文献２では、いずれも太陽電池の受光面を光の入射角に対して可能な限り垂直近い角度で配置することを想定している。また、特許文献２では、太陽電池セルをＮ層に積層した構造とする点を開示しているが、特許文献２における太陽電池付き窓ガラスは、複数層に配置された太陽電池モジュールによる開口率が、夏至の南中高度において開口率が０％となり、冬至の南中高度において開口率が４０％以上となっている。このため、特許文献２の太陽電池モジュールは、その配置面積に制約が大きく、太陽電池により発電効率に課題を有する。
　そこで、本発明では、積層された光起電層を有し、光起電効率の高い積層型光起電ブロック技術を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、代表的な本発明の積層型光起電ブロックの一つは、平板状の光起電セルを積層したブロック体であって、前記ブロック体の高さ寸法は、奥行き寸法又は幅寸法のいずれか一方の寸法と同じかあるいはそれ以上である。
　本発明によれば、積層された光起電層を有し、光起電効率の高い積層型光起電ブロック技術を提供することができる。
　上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
図１Ａは、積層型光起電ブロックの概観図である。 図１Ｂは、積層型光起電ブロックの上面図である。 図１Ｃは、積層型光起電ブロックの側面図である。 図２Ａは、光起電セルの構成例の断面図である。 図２Ｂは、光起電セルの構成例の断面図である。 図２Ｃは、光起電セルの構成例の断面図である。 図２Ｄは、光起電セルの構成例の断面図である。 図３は、単一の光起電セルに対する受光角度の関係を説明する図である。 図４は、積層型光起電ブロックに対する受光角度の関係を説明する図である。 図５は、照度の斜入射光特性（コサイン特性）を示すグラフである。 図６は、斜入射光特性と変換効率の関係を示すグラフである。 図７Ａは、第２実施形態の光起電セルを説明する上面図である。 図７Ｂは、第２実施形態の光起電セルを説明する断面図である。 図７Ｃは、第２実施形態の積層型光起電ブロックを説明する断面図である。 図８Ａは、積層型光起電ブロックを収容するフレームの概略図である。 図８Ｂは、フレームに光起電セルを収容する工程を説明する図である。 図８Ｃは、フレームに収容された窓部材、外装材の概略図である。 図９は、積層型光起電ブロックの取り出し電極の断面概略図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
　本開示において、「窓・外装部材」とは、建築物や構造物に設置される窓、及び、建築物や構造物の内部の空間を区画する透光性を有するすべての部材、自動車の車体の内外などを仕切る部材であって、透光性を有するすべての部材、建築物や構造物の屋根や壁面を構成する部材のすべてを含み、建築物や構造物の最外層で外気と接する部材のみならず、内層に用いられる部材等、様々な形態のものを意味する。
　また、本開示の積層型光起電ブロック体は、積層型光起電ブロックを枠体などと組み合わせて、窓部材、外装材、その他の部材として用いることができる。
　また、本開示の積層型光起電ブロックは、オブジェや発電装置、充電装置など様々な用途に用いることができる。
［第１実施形態］
＜積層型光起電ブロック体＞
　以下、本開示の積層型光起電ブロックの第１実施形態について、図１Ａ～図１Ｃを用いて説明する。
　図１Ａは、積層型光起電ブロックの概観図である。図１Ａにおいて、積層型光起電ブロック１０は、上部透明基板１及び下部透明基板２、これら２枚の透明基板に挟まれた発電部などからなる光起電セルが、複数層積層されている。そして、積層型光起電ブロック１０のｚ方向の寸法をＨ、ｘ方向の寸法をＬ、ｙ方向の寸法をＷとした場合に、ＨがＬ及びＷのいずれか一方の寸法と同じかあるいはそれ以上の寸法となる程度に、光起電セルが積層された形態となっている。
　つまり、ｚ方向の寸法を高さ、ｘ方向の寸法を奥行き、ｙ方向の寸法を幅とした場合に、高さが奥行き又は幅のいずれか一方の寸法と同じかあるいはそれ以上の寸法となっている。
　なお、本開示においては、以下において、「高さ方向」を「積層方向」ということがある。また、+ｚ方向を上方、－ｚ方向を下方と称することもある。
　図１Ａに示した例は、平板状の光起電セルを５層積層したブロック体となっているが、積層の数は５層以上であることが望ましい。
　なお、光起電セルは、必ずしも平板である必要はなく、曲面を有した板形状であってもよい。また、上部透明基板１及び下部透明基板２は、ガラス、アクリルなどの透光性の材料で構成されていればよい。
　次に、図１Ｂを参照して、積層型光起電ブロック１０の平面的な構造について説明する。図１Ｂは、積層型光起電ブロックの上面図であり、上部透明基板１及び下部透明基板２はｙ方向にずれて配置されており、上部透明基板１及び下部透明基板２がｚ方向に重なっている領域に、光起電領域３及び光起電領域３を封止するための封止部４が配置されている。そして、封止部４は、光起電領域を取り囲むように配置されている。
　なお、光起電領域３及び封止部４は、必ずしも上部透明基板１及び下部透明基板２がｚ方向に重なっている領域と一致している必要はない。光起電領域３及び封止部４は、上部透明基板１及び下部透明基板２がｚ方向に重なっている領域の内側に存在していればよい。
　図１Ｂで示した、光起電セルは、光起電領域３は、薄褐色を有している例を記載しているが、光起電領域３は必ずしも有色である必要はなく、透明であってもよい。その他の部材はほぼ透明な材料で形成されていることが望ましい。
　次に、図１Ｃを参照して、積層型光起電ブロック１０の断面構造について説明する。図１Ｃは、積層型光起電ブロックの断面構造を模式的に表した側面図である。
　上部透明基板１及び下部透明基板２が光起電領域３と接する側の面には、それぞれ上部電極５、下部電極６が配置されている。これらの上部電極５、下部電極６は、それぞれ上部透明基板１及び下部透明基板２の表面に形成されているＦＴＯやＩＴＯなどの透明導電膜であって良い。
　一つの光起電セル７において、上部透明基板１及び下部透明基板２がｙ方向にずれて配置されていることにより、上部電極５、下部電極６が外部から接続可能となっている。この外部と接続可能となっている上部電極５、下部電極６の部分を通じて、光起電セルで起電した電力を外部に取り出すことが可能となる。
（光起電セルのバリエーション）
　次に、図２Ａから図２Ｄを参照して、光起電セル７の構成のいくつかの例を説明する。本発明に用いることができる光起電セルは、透光性の基板で光起電領域を囲むことができるものであれば、あらゆる形態の光起電セル、光起電素子、太陽電池を用いることができる。
　以下、図２Ａから図２Ｄに光起電セルの例を示すが、これらは何ら本開示の技術の適用性を限定するものではない。
　図２Ａから図２Ｄに示した光起電セル７は、図１Ａに示した積層型光起電ブロックを構成する光起電セル７のｘｚ面における断面図である。
　図２Ａの光起電セルは、光起電層として、２酸化チタンの層を用いた湿式の光起電素子である。
　図２Ａにおいて、上部透明基板１はガラスあるいは樹脂からなる透明な基板であり一方の面にＦＴＯ等の透明導電膜による上部電極５が形成されている。
　また、下部透明基板２の上方には、下部電極６，電荷交換層１５が配置されており、上部電極５の下方には、光起電層としての多孔質２酸化チタン１２が配置されている。
　そして、上部電極５と下部電極６との間には、電解液１４が封入されている。この電解液は、一般的には沃化カリウム水溶液に沃素を溶解した沃素系電解質が用いられる。
　また、封止部４は、電解液１４が外部に流出しないよう上下の透明基板と密着している。
　図２Ｂの光起電セルは、光起電領域がルテニウム錯体色素等の増感色素が固体化された色素増感多孔質２酸化チタン１３を採用している点で図２Ａと異なっている。つまり、図２Ｂの光起電セルは、一般的な色素増感型光起電素子（ＤＳＳＣ:Dye Sensitized Solar Cell)である。その他の構成は、図２Ａと同一であるので、図２Ａと同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
　次に、図２Ｃの光起電セルは、光起電層として、多孔質２酸化チタンを用いずに、粒径が５００ｎｍ以下である２酸化ケイ素粒子２０を採用しており、エタノールと混合して白金等からなる電荷交換層１５上に塗布し乾燥させている点で、図２Ｂの光起電セルと異なっている。
　その他の構成は、図２Ａと同一であるので、図２Ａと同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
　次に、図２Ｄの光起電セルは、光起電層として、色素増感多孔質２酸化チタン１３と２酸化ケイ素粒子２０の層の2層を用いる点で図２Ａから図２Ｃと異なっている。その他の構成は、図２Ａと同一であるので、図２Ａと同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
　なお、本開示における光起電セル７には、上述の通り、様々な光起電素子を採用することができる。特に、特許５８４８３２４号などに開示されている、二酸化ケイ素を光起電層に設けた光起電素子が適しているが、必ずしも、これに限定されるわけではない。
（光起電特性）
　次に、図１Ｃに示した光起電セル７を５層重ねた積層型光起電ブロックの光起電特性について、単一の光起電セル７と比較した角度特性を図３から図４を参照して説明する。
　図３は、単一の光起電セル７に対して、受光面の面方向を９０°、法線方向を０°とした場合のそれぞれの受光角度の関係を示した図である。
　また、図４は、単一の光起電セル７を５層積層した積層型光起電ブロックについて、受光面の面方向を９０°、法線方向を０°とした場合のそれぞれの受光角度の関係を示した図である。
　図３の場合も図４の場合もいずれも光起電セル７としては、図２おいて説明した二酸化ケイ素と色素含有二酸化チタンを光起電層として備える色素増感型光起電素子を用いている。そして、これに１ｓｕｎ（１，０００Ｗ／ｍ２）の光線を照射したところ、表１に示した最大出力を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　（単位：μＷ／ｃｍ２）
　上記のデータから判明するように、積層型光起電ブロックにおいては、必ずしも受光面の法線から光が入射されなくとも、相当程度の光起電能力を発揮することができる。
（斜め入射光特性）
　次に、透光性の基板で光起電領域を囲む形式の光起電セルについて、図５、図６を参照して、照度の斜入射光特性（コサイン特性）及び斜入射光特性と変換効率の関係を説明する。
　図５は、照度の斜入射光特性（コサイン特性）を示すグラフである。光起電素子の受光面における照度は、受光面に入射する光の入射角θのcosθに比例して変化し、斜めθ方向から照明した時の照度（E2）は、受光面の法線方向から照明した時の照度（E1）の cosθ 倍になる。このため、受光面の法線方向(θ＝0°)を「１」とした場合の、各角度入射光特性は、図５のグラフに示す通りとなる。
（斜め入射光の変換効率）
　次に、図６を参照して、斜入射光特性と変換効率の関係を説明する。図６は、斜入射光特性と変換効率の関係を示したグラフである。グラフにおいて、実線（ＤＳＳＣ－１）で示された線は、ＤＳＳＣの光起電セル（1枚）に法線方向(θ＝0°)を「１」とした場合の、各角度における変換効率を左縦軸を用いて示したものである。
　また、同様な変換効率特性を単結晶シリコン光起電素子で測定した結果を点線（単結晶シリコン-１）で示している。この点線についても各角度における変換効率を示したものであるから、左縦軸を用いて示したものである。
　図６のグラフにおいて
変換効率ηは以下の計算式によって求めた値である。
　　η＝Ｐｍａｘ÷（Ｅ×Ａ）×１００
　　　　　η：変換効率［％］
　　　　　Ｐｍａｘ：最適動作点での出力［Ｗ］
　　　　　Ｅ(Eθ)：放射照度［Ｗ/ｍ２］
　　　　　Ａ：受光面積［ｍ２］
　図６のグラフにおいて、実線（ＤＳＳＣ－１）において、θの増大にともなって変換効率が上昇しているのは、測定環境の壁面反射や、ガラス側面からの光の回り込み、角度が上がることにより、裏側面からの入射光の影響などが影響していることが原因と考えられる。
　いずれにしても、透光性の基板によって挟まれた光起電セルについては、光受光面を必ずしも光入射方向と垂直に設定しなくとも、相当程度の光起電効率を上げることが可能であることがわかる。
　従来の単結晶シリコンやアモルファスシリコン等の光起電セルは、受光面を太陽光の入射方向に向けて設定することが必要であったが、透光性の基板によって挟まれる光起電領域を備える光起電素子においては、本開示で示すように、透光性の基板を複数層重ねる積層型光起電ブロックによっても大きな光起電効率を実現することが可能となる。
［第２実施形態］
　次に、積層型光起電ブロックの光起電能力の入射角度依存性が少ないことを踏まえた、第２実施形態について、図７Ａから図７Ｃを参照して説明する。
　第２実施形態には、光起電セルと横長の形状にしている点で第１の実施形態と異なる。　図７Ａは、光起電セルのｚ方向から視認した上面図であり、図７Ｂは、光起電セルのｙｚ面における断面概略図である。そして、図７Ｃは、第２実施形態における積層型光起電ブロックのｙｚ面における断面概略図である。
　以下の説明において、上述の第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
　第２実施形態の積層型光起電ブロックにおいては、光起電セルを横長の形状に設定したことにより、積層型光起電ブロックとして形成すると、図７Ｃに表現されるように、ｙｚ面において、大きな面積を得ることができる。そして、ｙｚ面の面積において、大部分の面積は、上部透明基板及び下部透明基板が占めることとなるため、積層型光起電ブロック全体はｘ軸方向から視認するとほぼ透明な面状のブロックとなる。
　次に、図８Ａから図８Ｃを参照して、第２実施形態の積層型光起電ブロックの窓部材や外装材として活用する場合の例について説明する。
　図８Ａは、積層型光起電ブロックを一定の大きさの部材として固定し、収容するためのフレーム１６の概略図である。フレーム１６はアルミ等の金属を用いてサッシ構造としてフレーム１６の内側に積層型光起電ブロックが収容可能なように作成することができる。
　このようなフレーム１６に対して、図８Ｂに示すように、横長の光起電セル７を順次挿入することによって、図８Ｃに示すような、周囲がアルミ等のフレームで囲まれ、全面がガラス等の透明導電基板で形成された、光起電能力を有する窓部材又は外装材を得ることができる。
　次に、積層型光起電ブロックから電力を取り出すため取り出し電極１７の例について、図の図９を参照して説明する。図９は、積層型光起電ブロックの上部電極５又は下部電極６が外部に露出している側に設置する取り出し電極の断面概略図である。
　取り出し電極１７は、その一面において、上部電極５又は下部電極６が外部に露出している積層型光起電ブロックの側面の凹凸に係合するような形状に形成されており、取り出し電極基部１８と上部電極５又は下部電極６と接する取り出し電極接点部１９から構成されている。
　取り出し電極基部１８は、プラスチック、ゴム、ガラス等で形成されており、取り出し電極接点部１９は、導電性を確保できるよう銀メッキなどの導電性加工がなされている。
　このような取り出し電極を用いることにより、積層型光起電ブロックから簡便に電力を取り出すことができる。また、積層型光起電ブロックの側面の凹凸が存在する面に、積層型光起電ブロックの凹凸形状を吸収する部材としてこのような取り出し電極１７を設けることにより、フレーム１６内の積層型光起電ブロックのがたつきをなくし、フレーム内で安定的に積層型光起電ブロックを保持することも可能となる。
＜作用・効果＞
　従来の太陽電池モジュールは、太陽電池の受光面を光の入射角に対して可能な限り垂直近い角度で配置することを想定していることから、室外から室内への光を遮断することとなる。
　しかし、本開示の積層型光起電ブロックは、窓部材として用いる場合、光起電領域を水平方向に、しかも極めて薄膜に形成しているため、室外から室内への光を遮断することなく、多方向からの入射光を活用して十分な光起電を達成することができる。
　しかも、基本的な光起電セルの大きさは、上下の透明基板の厚さが１ｍｍ程度であり、光起電領域の厚さも１ｍｍ以下とすることが可能であるため、光起電セルを組み合わせて様々な形状の積層型光起電ブロックとすることができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、第２実施形態で説明した横長形状の光起電セルは、横長形状の光起電部を1つ備えているが、横長形状の光起電部を分割し、複数の光起電部を備えることとしてもよい。
　また、上記の実施形態においては、光起電セル及び光起電部の形状を矩形形状で説明したが、これらは矩形形状に限らず、円形、楕円形、多角形など様々な形状を採用することができる。このため、積層型光起電ブロックの形状も板形状に限定されるものではなく、円柱状であってもよい、さまざまな形状とすることができる。
　また、上下の透明基板についても、平板形状で説明したが、透明基板は平板に限定されるものではなく、曲面を有するものであってもよい。
１：上部透明基板
２：下部透明基板
３：光起電領域
４：封止部
５：上部電極
６：下部電極
７：光起電セル
１０：積層型光起電ブロック
１２：多孔質２酸化チタン
１３：色素増感多孔質２酸化チタン
１４：電解液
１５：電荷交換層
１６：フレーム
１７：取り出し電極
１８：取り出し電極基部
１９：取り出し電極接点部
２０：２酸化ケイ素粒子

Claims (6)

  1. 　平板状の光起電セルを積層したブロック体であって、前記ブロック体の高さ寸法は、奥行き寸法又は幅寸法のいずれか一方の寸法と同じかあるいはそれ以上である積層型光起電ブロック。
  2. 　平板状の光起電セルを少なくとも５層以上積層したブロック体であって、積層された光起電セルの端面が略平面状に揃っている積層型光起電ブロック。
  3. 　請求項１または２に記載の積層型光起電ブロックにおいて、
    　前記光起電セルは、光起電領域が透光性の基板によって挟まれた構造である積層型光起電ブロック。
  4. 　請求項１または２に記載の積層型光起電ブロックが、前記積層型光起電ブロックを取り囲むフレームに覆われている窓・外装部材。
  5. 　請求項４に記載の窓・外装部材であって、前記積層型光起電ブロックと、前記積層型光起電ブロックの積層方向と平行なフレームとの間には、前記積層型光起電ブロックから電力を取り出すための取り出し電極が配置されている窓・外装部材。
  6. 　請求項５に記載の窓・外装部材であって、前記取り出し電極は、前記積層型光起電ブロックに接する面が、前記積層型光起電ブロックの側面の凹凸に係合する形状を備えており、前記取り電極の前記積層型光起電ブロックの側面と接する部分には、導電性加工がなされている窓・外装部材。

     
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000200921A (ja) * 1999-01-06 2000-07-18 Takashi Saito ソ―ラ―発電の増量装置
JP2008130547A (ja) * 2006-11-21 2008-06-05 Korea Electronics Telecommun 垂直積層型の色素感応太陽電池モジュール及びその製造方法
JP2009152223A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Kobe Steel Ltd 太陽電池セルパネル、太陽電池モジュール、太陽電池セルパネルの製造方法、および、太陽電池モジュールの製造方法
JP2010262793A (ja) * 2009-04-30 2010-11-18 Bridgestone Corp 半導体電極、半導体電極を用いた太陽電池、及び半導体電極の製造方法
JP2014165061A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Rohm Co Ltd 色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器
WO2015029415A1 (ja) * 2013-08-26 2015-03-05 日本ゼオン株式会社 光発電デバイスおよびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000200921A (ja) * 1999-01-06 2000-07-18 Takashi Saito ソ―ラ―発電の増量装置
JP2008130547A (ja) * 2006-11-21 2008-06-05 Korea Electronics Telecommun 垂直積層型の色素感応太陽電池モジュール及びその製造方法
JP2009152223A (ja) * 2007-12-18 2009-07-09 Kobe Steel Ltd 太陽電池セルパネル、太陽電池モジュール、太陽電池セルパネルの製造方法、および、太陽電池モジュールの製造方法
JP2010262793A (ja) * 2009-04-30 2010-11-18 Bridgestone Corp 半導体電極、半導体電極を用いた太陽電池、及び半導体電極の製造方法
JP2014165061A (ja) * 2013-02-26 2014-09-08 Rohm Co Ltd 色素増感太陽電池およびその製造方法、および電子機器
WO2015029415A1 (ja) * 2013-08-26 2015-03-05 日本ゼオン株式会社 光発電デバイスおよびその製造方法

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