JP4520142B2 - 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール - Google Patents
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具体的には、個々の色素増感型太陽電池は、短冊形にパターニングした透明導電膜(電極)を形成したガラス基板上に、酸化チタン層、絶縁性多孔質層及び対極を順次積層した構造を有している。また、1つの色素増感型太陽電池の導電層を、隣接する色素増感型太陽電池と対極を接触するように配置することで、色素増感型太陽電池が直列接続されている。
更に、本発明によれば、前記第二導電層が、集電体と触媒層から構成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池が提供される。
更に、本発明によれば、前記直列接続させた色素増感型太陽電池を複数群有し、隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュールが提供される。
第一支持体は、多孔性光電変換層を、製造から製品使用段階まで、機能的に支持することのできる基板であり、光透過性を有し、かつ耐熱性の高い材料からなるものが好適である。ただし、第一支持体は、少なくとも後述の色素に実効的な感度を有する波長の光を、実質的に透過するものであればよく、必ずしも全ての光に対して透過性を有することは要求されない。
この触媒層は、酸化還元反応を促進させるために設けられる。
多孔性光電変換層は、半導体層とそれに吸着した色素とからなる。
具体的には、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンサー等の基板上に半導体粒子を含有する懸濁液を塗布・焼成する手法等が挙げられる。この内、厚膜化や製造コストの低減を図るには、上記半導体粒子の懸濁液を用いたスクリーン印刷法が好ましい。
この乾燥及び焼成は、単一の温度で1回又は温度を変化させて2回以上行ってもよい。
(1)太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、太陽電池を直列接続させて集積化させた太陽電池モジュール、
(2)直列接続させた太陽電池を複数群有し、隣接する太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させた太陽電池モジュール、
(3)隣接する太陽電池の第一導電層同士を接触させ、かつ、隣接する色素増感太陽電池の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を並列接続させて集積化させた太陽電池モジュール
が挙げられる。
図1に太陽電池の概略断面図の一例を示す。
図中1は第一支持体、2は第一導電層、3は多孔性光電変換層、4はキャリア輸送層、5は触媒層、6は集電体(触媒層と集電体を合わせて第二導電層7という)、8は第二支持体である。
更に、そのコロイド溶液をエバポレーターにて、酸化チタンが15wt%の濃度になるまで緩やかに濃縮を行い、市販の酸化チタン粒子(酸化チタンB)(日本アエロジル社製、商品名P−25、アナターゼ型:ルチル型(7:3)混合、平均一次粒径20nm)を添加し、コロイド溶液の2倍のエタノールを加え、5000rpmにて遠心分離を行った。
その後、第二導電層7を構成する触媒層5は、カーボンペーストを用いてスクリーン印刷によってペースト層を形成し、ペースト層を約100℃で乾燥させることで得た。
また、上記のカーボン粒子のほかに白金等を用いてもよい。
具体的には、色素は、下記(1)の化学構造を有するルテニウム色素(Solaronix社製、商品名Ruthenium535−bisTBA)を用いた。
更にその後、キャリア輸送層4である高分子電解質形成用の前駆体を全体に注入した。
反応容器中にポリテトラメチレングリコール(三菱化成工業社製、商品名PTMG2000)100重量部に対して、トリレンジイソシアネート18重量部と触媒としてのジブチルチンジラウレート0.05重量部を加え、80℃で反応を行い、分子量2350の化合物Aを作製した。
図2は、太陽電池モジュールの概略断面図の一例を示す。
図2の太陽電池モジュールは、3つの単位セルが、第一支持体201と第二支持体207とに挟持・集積化して構成されている。
第一支持体として、1cm×4cm×1mmのガラス基板上に、スクリーン印刷機により、酸化チタンペースト(酸化チタンAに対して酸化チタンBを10wt%添加したもの)を1mm(図1中B)×3cm、膜厚15μmとなるように多孔性光電変換層3形成用のペースト層を形成した。その後、ペースト層にレベリングを行った後、80℃で30分乾燥を行った。
第1支持体として、2.5cm×4cm×1mmのガラス基板上に、スクリーン印刷機により、酸化チタンペースト(酸化チタンAに対して酸化チタンBを10wt%添加したもの)を1mm×3cm、膜厚15μmとなるように多孔性光電変換層213、223、233形成用のペースト層を形成した。その後、各ペースト層のレベリングを行った後、80℃で30分乾燥した。
第二導電層を構成する触媒層に白金を用いたこと以外は、実施例2に準じて作製した。ただし、白金による触媒層の形成方法は、スパッタリング法によった。上記の工程によって作製した太陽電池モジュールを、実施例1同様、AM1.5の擬似太陽光照射下で動作特性を測定した結果、短絡電流密度12.1mA/cm2、開放電圧値2.13V、FF0.64、変換効率5.5%であった。
第二導電層を構成する触媒層に導電性高分子材料PEDOT−OTsを用いたこと以外は、実施例2に準じて作製した。なお、PEDOT−OTsは、Bayer社製BaytronM−V2とBayer社製BaytronCB−40を体積1:4で混合し、100℃で1時間重合し、その後、p−トルエンスルホン酸で洗浄することにより作製した。また、この触媒層の形成方法は、ドクターブレード法によった。
第一導電層と多孔性光電変換層の接触部分を図3に記載のように、それぞれの第一導電層312、322、332の一部が第二支持体307とそれぞれの多孔性光電変換層313、323、333の間に延在した構造としたこと以外は、実施例2に準じて作製した。
図4に記載したように、隣接する太陽電池の接続方法を並列接続したこと以外は、実施例2に準じて作製した。ただし、第二導電層の触媒層と集電体に、白金のみを用いてスパッタリングにより形成した。また、モジュールの外部電極取り出しは、第一導電層412、422、442及び第二導電層415と435はモジュール外部でそれぞれ接続した。
図5に記載したように、隣接する太陽電池の接続方法を並列接続したこと以外は、実施例2及び実施例6に準じて作製した。第二導電層を構成する触媒層515、525、545は白金を用いてスパッタリングにより形成した。
2、212、222、232、312、322、332、412、422、442、512、522、532、542 第一導電層
3、63、213、223、233、313、323、333、413、423、433、443、513、523、533、543 多孔性光電変換層
4、214、224、234、314、324、334、414、424、434、444、514、524、534、544 キャリア輸送層
5、215、225、235、315、325、335、415、435、515、525、545 触媒層
7 第二導電層
8、207、307、407、507 第二支持体
61 透明基板
62 透明導電膜
64 多孔性絶縁層
65 導電層
66 絶縁層
67 電気絶縁性液体密閉用トップカバー
68、69 端子
Claims (9)
- 第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備え、前記4つの層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行になるように、並列して配置された構造を有し、かつ前記第一導電層と前記第二導電層とが、前記第一支持体面に対して垂直方向にオーバーラップしないように配置された構造を有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
- 第一支持体と第二支持体間に、第一導電層、色素を吸着させた多孔性光電変換層、キャリア輸送層及び第二導電層を順次備え、前記4つの層は、第一導電層と第二導電層を結ぶキャリア移動方向が第一支持体面と平行になるように、並列して配置された構造を有し、かつ前記第二導電層が、集電体と触媒層から構成されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
- 前記触媒層が少なくとも白金、カーボン又は導電性高分子を含むことを特徴する請求項2に記載の色素増感型太陽電池。
- 前記第一導電層の一部が、第二支持体と多孔性光電変換層の間に延在していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池。
- 前記第一導電層と前記第二導電層とが、それぞれ前記第一支持体及び前記第二支持体に接する請求項1〜4のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、色素増感型太陽電池を直列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層とを接触させることにより、色素増感型太陽電池を直列接続させ、かつ前記直列接続させた色素増感型太陽電池を複数群有し、隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感型太陽電池群の端部の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を直並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池を複数個配置した色素増感型太陽電池モジュールであって、隣接する色素増感型太陽電池の第一導電層同士を接触させ、かつ隣接する色素増感太陽電池の第二導電層同士を接触させることにより、色素増感太陽電池を並列接続させて集積化させたことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
- 色素増感型太陽電池の第一導電層と、それに隣接する他の色素増感型太陽電池の第二導電層を構成する集電体が同一材料及び/又は同一工程にて作製されたことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
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