JP6541174B2 - Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell - Google Patents
Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP6541174B2 JP6541174B2 JP2015049322A JP2015049322A JP6541174B2 JP 6541174 B2 JP6541174 B2 JP 6541174B2 JP 2015049322 A JP2015049322 A JP 2015049322A JP 2015049322 A JP2015049322 A JP 2015049322A JP 6541174 B2 JP6541174 B2 JP 6541174B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- cells
- divided
- dye
- division
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、少なくとも2以上のセルが直列接続されるとともに、そのうちの2以上のセルは、互いに異なる色素、又は、同じ色素でかつ互いに異なる濃淡を有して構成された色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池セルの接続方法に関する。 The present invention is a dye-sensitized solar cell in which at least two or more cells are connected in series, and two or more of the cells are different from each other or different dyes, or the same dye and different shades. And a method of connecting a dye-sensitized solar cell.
近年、デザイン性の観点から、色素増感型太陽電池の利用が進められている。色素増感型太陽電池の例としては、特許文献1及び特許文献2に開示されている。
In recent years, the use of dye-sensitized solar cells has been promoted from the viewpoint of design. Examples of dye-sensitized solar cells are disclosed in
しかしながら、同じ大きさで異なる色素の複数のセルを直列接続して使用する場合、色素により、発生する動作電流(最大電力点における動作電流Ipm)にばらつきがあり、直列接続時に大きな電力(又は出力)ロスが発生してしまうといった問題があった。また、複数のセルが同じ色素であっても濃淡が異なる場合には、発生する動作電流(最大電力点における動作電流Ipm)にセル間でばらつきがあり、同様の問題が発生する。 However, when using a plurality of cells of the same size but different dyes connected in series, the operating current (operating current Ipm at the maximum power point) generated varies depending on the dye, and a large power (or output) is obtained in the series connection. There was a problem that a loss would occur. Also, even if the cells are the same dye, if the density is different, the generated operating current (operating current Ipm at the maximum power point) varies among cells, and the same problem occurs.
従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、色素又は濃淡の違いにより発生する最大電力点における動作電流のばらつきを小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくすることができる、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池セルの接続方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to reduce the variation of the operating current at the maximum power point generated due to the difference of the dye or the density, thereby reducing the power (or output) loss. It is an object of the present invention to provide a dye-sensitized solar cell and a method for connecting a dye-sensitized solar cell.
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の1つの態様によれば、少なくとも2以上のセルが直列接続されるとともに、そのうちの2以上のセルは、互いに異なる色素、又は、同じ色素でかつ互いに異なる濃淡を有する、色素増感型太陽電池セルの接続方法において、
全てのセルの動作電流(最大電力点における動作電流Ipm)のうち、動作電流が最低のセルを基準に、各セルの比率を求め、
前記求めた比率が閾値以上である比率を有するセルを選択し、
前記選択したセルを複数個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続する、
色素増感型太陽電池セルの接続方法を提供する。
According to one aspect of the present invention, a dye-sensitized type in which at least two or more cells are connected in series, and two or more of the cells have different dyes or the same dyes and different shades of each other In the solar cell connection method,
Of the operating current of all cells (operating current Ipm at the maximum power point), the ratio of each cell is determined based on the cell with the lowest operating current,
Select a cell having a ratio that is equal to or greater than a threshold value;
The selected cell is divided into a plurality of divided cells, and the divided cells are connected in series.
Provided is a method of connecting a dye-sensitized solar cell.
本発明の別の態様によれば、前記態様に記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法により前記セルと前記分割セルとが互いに直列接続されて構成される色素増感型太陽電池を提供する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell comprising the cell and the divided cell connected in series with each other by the method for connecting a dye-sensitized solar cell according to the above aspect. Do.
本発明の前記態様によれば、最低の動作電流(最大電力点における動作電流Ipm)のセルを基準として求めたセルの動作電流の比率の値が閾値以上であるとき、当該セルを選択して複数個の分割セルに分割して、前記分割セル同士を直列接続するようにしている。このような構成のため、色素又は濃淡の違いにより発生する動作電流のばらつきを小さくすることができ、電力(又は出力)ロスを少なくすることができる。 According to the above aspect of the present invention, when the value of the ratio of the operating current of the cell determined based on the cell of the lowest operating current (the operating current Ipm at the maximum power point) is equal to or more than the threshold, the cell is selected The divided cells are divided into a plurality of divided cells, and the divided cells are connected in series. Such a configuration makes it possible to reduce variations in operating current caused by differences in dye or light and shade, and to reduce power (or output) loss.
本明細書及び特許請求の範囲において、動作電流とは、最大電力点における動作電流Ipmを意味する。 In the present specification and claims, the operating current means the operating current Ipm at the maximum power point.
(本発明の知見)
例えば、同一面積ではあるが異なる色素の第1セルと第2セルとでは最大電力点における動作電流が異なることが、一般的に知られている。このような場合、第1セルと第2セルとを直列して接続すると、動作電流が大きい第1セルの電流は、動作電流の小さい第2セルに起因して当該第2セルの電流に律速されることになり、電力(又は出力)ロスが多くなるといった問題がある。
(Findings of the Invention)
For example, it is generally known that the operating current at the maximum power point is different between the first cell and the second cell of the same area but different dyes. In such a case, when the first cell and the second cell are connected in series, the current of the first cell having a large operating current is limited to the current of the second cell due to the second cell having a small operating current. And there is a problem that power (or output) loss increases.
そこで、このような問題を解決する1つの方法として、小さい動作電流側のセルに注目して、小さい動作電流の第2セルの面積を、第1セルの面積よりも大きくして、第1セルと第2セルとでの動作電流の差を小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくすることが考えられる。 Therefore, as a method of solving such a problem, focusing on the cell on the small operating current side, the area of the second cell of the small operating current is made larger than the area of the first cell, and the first cell It is conceivable to reduce the power (or output) loss by reducing the difference between the operating currents of the second cell and the second cell.
しかしながら、このような方法では、小さい動作電流の色素を有するセルの面積を常に大きくする必要がある一方、大きい動作電流の色素を有するセルの面積は常に小さくする必要があることになる。すると、色素によりセルの面積の大きさが限定されることになり、デザインの自由度が大きく制限されることになる。 However, in such a method, the area of a cell having a dye with a small operating current must always be large, while the area of a cell having a dye with a large operating current must always be small. Then, the size of the area of the cell is limited by the dye, and the degree of freedom in design is greatly limited.
そこで、本発明者らは、直列接続される2以上のセルにおいて、互いに異なる色素、又は、同じ色素でかつ互いに異なる濃淡を有する複数のセル間では、動作電流(最大電力点における動作電流Ipm)の小さい方のセルに注目するのではなく、逆に、動作電流の大きい方のセルに注目して、動作電流の大きい方のセルを複数の分割セルに分割して、分割した分割セルの動作電流の値を、動作電流の小さい方のセルの動作電流の値に近づけるようにした上で直列接続している。このように構成することにより、両者の差を小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくするようにしたものである。すなわち、前記した「動作電流の小さい方のセル」に対して工夫を行うのではなく、「動作電流の大きい方のセル」に対して工夫を行うことにより、本発明の課題である「色素又は濃淡の違いにより発生する動作電流にばらつきを小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくすること」を達成したものである。この解決策により、色素又は濃淡により面積の大きさが限定されることが無くなり、デザインの自由度が大きく制限されることもない。 Therefore, the present inventors have found that, in two or more cells connected in series, operating current (operating current Ipm at the maximum power point) between a plurality of different dyes or a plurality of cells having the same dye and different shades. The operation of the divided cells divided into a plurality of divided cells by focusing on the cell having the larger operating current instead of focusing on the smaller cell of the cell. The value of the current is made close to the value of the operating current of the smaller one of the operating currents, and then connected in series. By configuring in this manner, the difference between the two is reduced, and power (or output) loss is reduced. That is, instead of devising the above-mentioned "cell with smaller operating current", by devising the "cell with larger operating current", the "pigment or the subject of the present invention" is produced. It is intended to achieve “a reduction in power (or output) loss” by reducing variations in operating current generated due to differences in density. By this solution, the size of the area is not limited by the dye or the shade, and the degree of freedom of design is not greatly restricted.
(実施形態)
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
(構成)
本発明の第1実施形態にかかる色素増感型太陽電池は、少なくとも2以上のセルを有する少なくとも1つのモジュールで構成されている。図1に1つのモジュールの概略断面側面図を示し、図2に1つのモジュールの一部の構成要素を取り除いた状態での概略断面平面図を示している。図3及び図4は、複数のモジュールが直列接続された色素増感型太陽電池の概略断面側面図、及び、一部の構成要素を取り除いた状態での概略断面平面図を示している。図5は、第1実施形態にかかる色素増感型太陽電池の1つのセルの分割の処理を説明するためのフローチャートである。図6及び図7は、分割前の1つのセルの酸化チタン及び色素層12より下層の断面平面図及び詳細な断面側面図を示している。図8及び図9は、分割前の1つのセルの触媒電極層14より上層の断面平面図及び詳細な断面側面図を示している。図10及び図11は、分割前の1つのセルの触媒電極層14より下層の断面平面図及び分割前の1つのセルの詳細な断面側面図を示している。
First Embodiment
(Constitution)
The dye-sensitized solar cell according to the first embodiment of the present invention is composed of at least one module having at least two or more cells. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional side view of one module, and FIG. 2 shows a schematic cross-sectional plan view with some components of one module removed. FIG. 3 and FIG. 4 show a schematic cross-sectional side view of a dye-sensitized solar cell in which a plurality of modules are connected in series and a schematic cross-sectional plan view with some components removed. FIG. 5 is a flowchart for explaining the process of dividing one cell of the dye-sensitized solar cell according to the first embodiment. 6 and 7 show a cross-sectional plan view and a detailed cross-sectional side view of the titanium oxide and
色素増感型太陽電池のモジュール11は、最低2個のセル1,2で構成されている。モジュール11のより具体的な例を図3及び図4に示している。図3及び図4では、1つのモジュール11Aは4個のセル1,2で構成され、複数のモジュール11A同士が接続線20で接続された色素増感型太陽電池21を示している。
The
各モジュール11は、異なる色素、又は、同じ色素でかつ異なる濃淡を有する少なくとも2以上のセル1,2が直列接続されて構成されている。
Each
各セル1,2のモジュール構成は、Z型集積構造である。すなわち、各セル1,2は、それぞれ、1枚の絶縁性のガラス等の第1透明基板3上に少なくとも1個の太陽電池素子4を作製し、別の一枚の絶縁性のガラス等の第2透明基板5をさらに太陽電池素子4の上に配置している。よって、第1透明基板3と各太陽電池素子4と第2透明基板5とで、各セル1,2をそれぞれ構成している。
The module configuration of each of the
隣接するセル1,2の間には、導電性の内部接続部(インターコネクト)6を配置し、一方のセル1の第1透明基板側の第1電極7と、他方のセル2の第2透明基板側の第2電極8とを電気的に接続することにより、隣接するセル1,2同士が直列接続されるように構成している。
A conductive internal connection portion (interconnect) 6 is disposed between the
ここで、本明細書で、セルとは、太陽の光エネルギーを吸収して直接電気に変えるエネルギー変換器で、単体の構成単位を意味する。 Here, in the present specification, a cell is an energy converter that absorbs solar light energy and converts it directly into electricity, and means a single unit.
各太陽電池素子4は、一例として、下から上に向けて、順に、第1電極7の一例として機能する第1透明導電層7と、酸化チタン及び色素層12と、電界液13と、触媒電極層14と、第2電極8の一例として機能する第2透明導電層8とが積層されている。これらの層のうち、酸化チタン及び色素層12から触媒電極層14までの3つの層の側部のすべての周囲は、絶縁性の封止部15で封止されている。封止部15内には、集電線16a,16bが配置されている。
Each
第1透明導電層7と第2透明導電層8とは、それぞれ、封止部15で密閉された酸化チタン及び色素層12から触媒電極層14までの3つの層に対して、横方向(セル同士を互いに直列接続する方向)かつ反対方向に突出して接続端子部7a,8aを構成している。例えば、図1では、第1透明導電層7が左向きに突出して接続端子部7aを構成し、第2透明導電層8が右向きに突出して接続端子部8aを構成している。そして、第1セル1の第2透明導電層8の接続端子部8aと、第2セル2の第1透明導電層7の接続端子部7aとが、導電性の内部接続部(インターコネクト)6を介して電気的に接続されている。
The first transparent
第1透明導電層7及び第2透明導電層8の各透明導電層の例としては、それぞれ、ITO、FTO、ATO、SnO2、ZnO、又は、インジウム−亜鉛複合酸化物(IZO)などで形成することができる。
Examples of the respective transparent conductive layers of the first transparent
酸化チタン(TiO2)及び色素層12は、光電極となるTiO2以外の半導体として、MgO、ZnO、WO3、Nb2O5、TiSrO3、又は、SnO2などの金属酸化物半導体が挙げられる。また、酸化チタン(TiO2)及び色素層12の色素の例としては、ルテニウム金属錯体色素、白金、亜鉛、パラジウムなどの金属錯体色素、メチン色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、アゾ系色素、クマリン系色素、又は、ポリエン系色素などの有機色素が挙げられる。なお、これらの色素は、2種類以上混合して用いてもよい。
Examples of titanium oxide (TiO 2 ) and
電界液13は、例えば、電解質中に、少なくとも1種類の可逆的に酸化/還元の状態変化を起こす物質系(酸化還元系)が溶解されたものである。酸化還元系の例としては、例えば、I−/I3 −、Br−/Br2などのハロゲン類、キノン/ハイドロキノン、SCN−/(SCN)2などの擬ハロゲン類、鉄(II)イオン/鉄(III)イオン、又は、銅(I)イオン/銅(II)イオンが挙げられるが、これらに限られるものではない。電解質は、液体電解質でもよいし、これを高分子物質中に含有させた高分子電解質(ゲル電解質)、又は、高分子固体電解質又は無機固体電解質でもよい。具体的には、電解質としては、ヨウ素(I2)と金属ヨウ化物あるいは有機ヨウ化物との組合せ、臭素(Br2)と金属臭化物あるいは有機臭化物との組合せ、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩あるいはフェロセン/フェリシニウムイオン等のイオウ化合物、ビオロゲン色素、又は、ヒドロキノン/キノンが挙げられる。金属化合物のカチオンとしては、Li、Na、K、Mg、Ca、又は、Cs等が好適であり、有機化合物のカチオンとしては、テトラアルキルアンモニウム類、ピリジニウム類、又は、イミダゾリウム類などの4級アンモニウム化合物が好適であるが、これらに限定されるものではなく、また、これらを2種類以上混合して用いてもよい。中でも、I2とLiI、NaI、イミダゾリウムヨーダイド、又は、4級アンモニウムヨーダイド等のイオン性液体とを組合せた電解質が好ましい。なお、開放電圧を向上させる目的で、4−tert−ブチルピリジン又はカルボン酸などの各種添加剤を電解質に加えていてもよい。
The
封止部15は、それぞれ、例えば、熱可塑性樹脂であるハイミラン(登録商標)(三井・デュポン ポリケミカル社製)、エポキシ系熱硬化性樹脂、エポキシ系紫外線硬化型樹脂、又は、シリコンゴム等で形成することができる。
The sealing
集電線16a,16bは、例えば、抵抗率の低い銀、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル、及び、クロムのうちの少なくとも1つを含む金属から選んで形成することができる。集電線16a,16bの形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、メッキ法、あるいはスクリーン印刷法などが用いられる。
The collecting
触媒電極層14は、例えば、白金、カーボン電極、又は、導電性ポリマーなどを用いることができる。
The
なお、18は第1透明導電層7の接続端子7a又は第2透明導電層8の接続端子8aと外部の端子又は素子とを電気的に接続するための引き出し線である。
第1実施形態では、少なくとも2以上のセル、例えば第1セル1と第2セル2とは、一例として、構造が同じで色素のみ異なり、かつ、平面的に見て同じ面積及び同じ形状で構成されているが、これに限られるものではない。例えば、第1セル1と第2セル2とは、構造が同じで濃淡のみが異なり、かつ、平面的に見て同じ面積及び同じ形状で構成されていてもよい。また、第1セル1と第2セル2との形状は、それぞれ、一例として、正方形としているが、これに限られるものではなく、長方形、三角形、5角形、6角形、円形、又は、楕円形など、任意の形状でもかまわない。もちろん、第1セル1と第2セル2との形状又は面積は、互いに異なっていてもよい。
In the first embodiment, at least two or more cells, for example, the
(分割処理)
このように構成されたモジュール11において、第1セル1と第2セル2とでは色素が異なるため、発電出力の能力、例えば、最大電力点における動作電流Ipm1,Ipm2にばらつきが発生している。そこで、色素増感型太陽電池の設計段階において、この動作電流Ipm1,Ipm2のばらつきを抑制するために、第1実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法として、以下のように、動作電流Ipm(又は、発電出力の能力)の大きい方のセルを2以上の整数で分割して分割セルとすることにより、モジュール11の再構成処理を実施する。以下の分割処理について、図5のフローチャートを基に説明する。
(Split processing)
In the
まず、ステップS1では、モジュール11内のすべてのセル1,2のそれぞれの発電出力の能力(又は、動作電流の値(Ipm))を測定などにより取得する。各セル1,2の発電出力の能力を取得する方法の一例としては、疑似太陽光を照射するソーラシミュレータ(例えば、JIS C8912:結晶系太陽電池測定用ソーラシミュレータ又はJIS C8933:アモルファス太陽電池測定用ソーラシミュレータ)を用いて測定することができる。ソーラシミュレータを用いて測定する具体的な実例については、後述する。
First, in step S1, the capability (or the value (Ipm) of the operating current) of the power generation output of each of all the
次いで、ステップS2では、モジュール11内で最低の発電出力(又は、動作電流値Ipm)を有するセルを基準セルとして選定し、基準セルの発電能力(又は、動作電流値Ipm)を、例えば1であると仮定する。そして、前記基準セルの発電能力(又は、動作電流値Ipm)が1の前記基準セルに対して、その他の残りのセルの発電出力(又は、動作電流値Ipm)が何倍大きいかの比率(動作電流の比率)の値を算出する。ここでは、動作電流の比率を算出するための基準として、全てのセルの動作電流のうちの最低の動作電流の値を一例として使用しているが、これに限らず、詳しくは後述するが、例えば、最低から2番目の動作電流の値を基準として使用してもよい。
Next, in step S2, a cell having the lowest generated output (or operating current value Ipm) in the
次いで、ステップS3では、発電出力のセルの能力において、モジュール11内で、閾値として2倍以上の差が生じているセルを選択する。ここで、閾値を2倍以上と設定しているのは、少なくとも2倍以上であれば分割に伴う効果を発揮できるため、及び、少なくとも2倍以上であれば2以上の整数で分割出来るためである。この第1実施形態では、モジュール11内で、2倍以上の差が生じているセルが無い場合には、モジュール11の再構成は不要と判断して、再構成処理を終了する。なお、閾値は2倍に限定されるものではなく、2倍以下でもよいことについては、後述する。
Next, in step S3, a cell in which a difference of 2 times or more occurs as a threshold is selected in the
次いで、ステップS4では、選択したセルを複数個の領域(分割セル)に分割して、分割セル同士を直列接続するように設計し直す。ここでは、例えば、図3及び図4の発電出力の能力が高い方のセルは、2倍程度高いため、発電出力の能力が高い方のセルの面積を2分割して、図12〜図17に示すように、2つの分割セル1−1,1−2同士を接続部24で直列接続するように設計し直す。
Next, in step S4, the selected cell is divided into a plurality of areas (divided cells), and the divided cells are redesigned to be connected in series. Here, for example, since the cell with the higher power generation capacity shown in FIGS. 3 and 4 is approximately twice as high, the area of the cell with the higher power generation capacity is divided into two, and FIGS. As shown in FIG. 5, the two divided cells 1-1 and 1-2 are redesigned to be connected in series at the
なお、もし、発電出力の能力が高い方のセルが、低い方のセルに比べて、3倍程度高いならば、3分割し、もし4倍程度高いならば、4分割する。 Note that if the cell with higher power generation capacity is about three times higher than the lower cell, it is divided into three, and if it is about four times higher, it is divided into four.
次に、セルの分割の具体的な方法として、例えば、2分割する方法について、以下に説明する。 Next, as a specific method of dividing the cell, for example, a method of dividing into two will be described below.
図6〜図11の分割前の1つのセルに対して、図12及び図13は、分割後の2つの分割セル1−1,1−2の酸化チタン及び色素層12−1,12−2より下層の断面平面図及び詳細な断面側面図を示している。図14及び図15は、分割後の2つの分割セル1−1,1−2の触媒電極層14−1,14−2より上層の断面平面図及び詳細な断面側面図を示している。なお、図12及び図14においては、レーザ加工箇所25を明確に示すため、太い線で図示している。図16及び図17は、分割後の2つの分割セル1−1,1−2の触媒電極層14−1,14−2より下層の断面平面図及び分割後の2つの分割セル1−1,1−2の詳細な断面側面図を示している。
12 and 13 show the titanium oxide and dye layers 12-1 and 12-2 of the two divided cells 1-1 and 1-2 after the division with respect to one cell before the division of FIGS. FIG. 5 shows a cross-sectional plan view and a detailed cross-sectional side view of a lower layer. FIG.14 and FIG.15 has shown the cross-sectional top view and detailed cross-sectional side view of the upper layer more than catalyst electrode layer 14 -1,14-2 of two division cell 1-1,1-2 after a division | segmentation. In FIG. 12 and FIG. 14, in order to clearly show the
図12〜図17に示すように、1つのセル1を面積的に2分割して、2つの分割セル1−1,1−2とするように、例えば図16の中央で2分割する。より具体的には、図12及び図14において、レーザ加工箇所25で示すように、レーザ加工で触媒電極層14−1,14−2と酸化チタン及び色素層12−1,12−2とをそれぞれ2分割にする。それぞれ分割された触媒電極層14−1,14−2と酸化チタン及び色素層12−1,12−2との全周囲を封止部15−1,15−2で互いに絶縁して封止するとともに、各分割セル1−1,1−2では、封止部15−1,15−2内に矩形状の集電線16a−1,16a−2,16b−1,16b−2が形成されるようにする。特に、中央部において、上下左右に隣接する集電線16a−1,16a−2及び隣接する集電線16b−1,16b−2間には、封止部15−1,15−2が一体的に配置されて、集電線同士が互いに絶縁されている。一方の端部、例えば、平面図である図12、図14、及び、図16の上端部には、接続部24を形成している。この接続部24は、第2透明基板5の下面に配置された矩形状の集電線16b−1(図17の断面図の中央部の右上側に配置された集電線16b−1)と、第1透明基板3の上面に配置された矩形状の集電線16a−2(図17の中央部の左下側に配置された集電線16a−2)とを直列的に接続するものである。接続部24は、以下のような構成となっている。第2透明基板5の下面に配置された矩形状の集電線16b−1から外向きに突出した張出部16b−3を形成し、かつ、張出部16b−3の先端に、第2透明基板5の側面に折り曲げられて張り付けられた折曲部16b−4を形成している。折曲部16b−4の近傍には、第1透明基板3の上面に配置された矩形状の集電線16a−2から外向きに突出した張出部16a−3を形成している。接続部24では、第2透明基板5よりも第1透明基板3の端部が張り出すように位置をずらせて配置されている。折曲部16b−4と張出部16b−3とは90度位相が異なっているが、近接しているため、ハンダ部16eを両者に電気的に接触するように形成すれば、電気的接続を行うことができる。この結果、分割セル1−1の上側の集電線16b−1が、張出部16b−3と折曲部16b−4とハンダ部16eを介して、分割セル1−2の下側の集電線16a−2の張出部16a−3と接続されて、分割セル1−1と分割セル1−2とが直列接続することができる。
As shown in FIGS. 12 to 17, one
この結果、図16及び図17に示すように、1つのセル1が直列接続された2つの分割セル1−1,1−2で構成されることになる。各分割セル1−1,1−2は、下側の第1透明基板3側から上側の第2透明基板5側に向けて、順に、第1透明導電層7−1,7−2と、酸化チタン及び色素層12−1,12−2と、電界液13−1,13−2と、触媒電極層14−1,14−2と、第2透明導電層8−1,8−2とで構成されている。これらは、それぞれ、分割前の第1透明導電層7と、酸化チタン及び色素層12と、電界液13と、触媒電極層14と、第2透明導電層8とに対応する。
As a result, as shown in FIG. 16 and FIG. 17, one
第1実施形態によれば、少なくとも2つ以上のセル、例えば、第1セル1の動作電流(Ipm1)と第2セル2の動作電流(Ipm2)とのうち最低の動作電流を基準として、他のセルの動作電流の比率を求め、その比率が閾値以上であるとき、当該セルを複数個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続するようにしている。このような構成のため、色素又は濃淡の違いにより発生する動作電流のばらつきを小さくすることができ、電力(又は出力)ロスを少なくすることができる。
According to the first embodiment, with reference to the lowest operating current of at least two or more cells, for example, the operating current (Ipm1) of the
従って、第1実施形態では、一例として、分割前のセル1同士は、互いに同じ面積であり、各セル自体の大きさ及び形状(外形)は一定で、各セルの内部が分割された分割セル1−1,1−2で構成されるだけで、分割の前後では各セル全体の大きさ及び形状(外形)は変化しない。よって、デザイン性を無視して、発電能力に応じてセルの大きさ又は形状(外形)を強制的に変更する必要はなく、デザイン性を損なうことがなく、デザインの自由度が大きく制限されることもない。
Therefore, in the first embodiment, as an example, divided
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法として、3つ以上のセルが直列接続される場合に適用する例について、説明する。ここでは、セルに応じて、非分割、2分割、3分割、4分割している。
Second Embodiment
As a connection method of the dye-sensitized solar cell according to the second embodiment of the present invention, an example applied to a case where three or more cells are connected in series will be described. Here, according to the cell, non-division, division into two, division into three, and division into four are performed.
分割対象となるモジュールの具体的な例として、分割前の状態を図18に示し、分割後の状態を図19に示す。ここでは、12個のセル31a〜31lが引き出し線18で直列接続されている。各セル31a〜31lの四角枠内の数値は、発電能力を示し、高い数値ほど、高い発電能力を示すものとする。
As a specific example of the module to be divided, the state before division is shown in FIG. 18 and the state after division is shown in FIG. Here, twelve
一例として、これらを濃度で表すと、
第1番目のセル31a:2番目に濃厚 [発電能力=3]、
第2番目のセル31b:最も薄い [発電能力=1]、
第3番目のセル31c:最も薄い [発電能力=1]、
第4番目のセル31d:2番目に濃厚 [発電能力=3]、
第5番目のセル31e:3番目に濃厚 [発電能力=2]、
第6番目のセル31f:最も薄い [発電能力=1]、
第7番目のセル31g:最も薄い [発電能力=1]、
第8番目のセル31h:最も濃い [発電能力=4.4]、
第9番目のセル31i:3番目に濃厚 [発電能力=2]、
第10番目のセル31j:最も薄い [発電能力=1]、
第11番目のセル31k:4番目に濃厚 [発電能力=1.5]、
第12番目のセル31l:最も薄い [発電能力=1]、
となる。
As an example, if these are expressed as concentration,
9th cell 31i: third rich [power generation capacity = 2],
12th cell 31 l: thinnest [power generation capacity = 1],
It becomes.
比率を求めるにあたり、基準となる発電能力を最低の1と仮定して、以下、この発電能力1を基準として、各セルの比率を順番に求めていく。 よって、第1番目のセル31aの発電能力は3であるのに対して、第2番目のセル31bの発電能力は1であり、隣接するセル31a,31bの発電能力の比率は3/1=3であり、隣接するセルで2倍以上の差が発生している。よって、隣接するセル31a,31bのうちの発電能力の高い方の第1番目のセル31aは、分割対象のセルとなり、一例として、第1番目のセル31aの分割数は、3/1=3より、図19に示すように3個の分割セル23に分割することにする。
In order to obtain the ratio, assuming that the power generation capacity as the reference is 1 as the lowest, the ratio of each cell is sequentially obtained based on the
同様に、第3番目のセル31cの発電能力は1であるのに対して、第4番目のセル31dの発電能力は3であり、隣接するセル31c,31dの発電能力の比率は3/1=3であり、隣接するセルで2倍以上の差が発生している。よって、隣接するセル31c,31dのうちの発電能力の高い方の第4番目のセル31dは、分割対象のセルとなり、一例として、第4番目のセル31dの分割数は、3/1=3より、図19に示すように3個の分割セル23に分割することにする。第4番目のセル31dの発電能力は3であり、これを3個に分割するので、分割後の各分割セル23の発電能力は1となる。
Similarly, while the power generation capacity of the
また、第5番目のセル31eの発電能力は2であるのに対して、第6番目のセル31f(又は、第4番目のセル31dの分割セル23)の発電能力は1であり、隣接するセル31e,31f(又は、第4番目のセル31dの分割セル23)の発電能力の比率は2/1=2であり、隣接するセルで2倍以上の差が発生している。よって、隣接するセル31e,31f(又は、第4番目のセル31dの分割セル23)のうちの発電能力の高い方の第5番目のセル31eは、分割対象のセルとなり、一例として、第5番目のセル31eの分割数は、2/1=2より、図19に示すように2個の分割セル23に分割することにする。第5番目のセル31eの発電能力は2であり、これを2個に分割するので、分割後の各分割セル23の発電能力は1となる。
Also, while the power generation capacity of the
また、第7番目のセル31gの発電能力は1であるのに対して、第8番目のセル31hの発電能力は4.4であり、隣接するセル31g,31hの発電能力の比率は4.4/1=4.4であり、隣接するセルで2倍以上の差が発生している。よって、隣接するセル31g,31hのうちの発電能力の高い方の第8番目のセル31hは、分割対象のセルとなり、一例として、第8番目のセル31hの分割数は、4.4/1=4.4より、図19に示すように4個の分割セル23に分割することにする。第8番目のセル31hの発電能力は4.4であり、これを4個に分割するので、分割後の各分割セル23の発電能力は1.1となる。
The power generation capacity of the
また、第9番目のセル31iの発電能力は2であるのに対して、第10番目のセル31jの発電能力は1であり、隣接するセル31i,31jの発電能力の比率は2/1=2であり、隣接するセルで2倍以上の差が発生している。よって、隣接するセル31i,31jのうちの発電能力の高い方の第9番目のセル31iは、分割対象のセルとなり、一例として、第9番目のセル31iの分割数は、2/1=2より、図19に示すように2個の分割セル23に分割することにする。第9番目のセル31iの発電能力は2であり、これを2個に分割するので、分割後の各分割セル23の発電能力は1となる。
Further, while the power generation capacity of the ninth cell 31i is 2, the power generation capacity of the
一方、前記した以外の隣接するセル同士の組み合わせにおいては、発電能力の比率は2未満となるので、分割対象とはならない。例えば、第2番目のセル31bの発電能力は1であるのに対して、第3番目のセル31cの発電能力も1であり、隣接するセル31b,31cの発電能力の比率は1/1=1であり、隣接するセル間で2倍以上の差が発生しておらず、分割対象とはならない。また、第4番目のセル31dの分割セル23の発電能力は1であるのに対して、第5番目のセル31eの分割セル23の発電能力も1であり、隣接する分割セル23の発電能力の比率は1/1=1であり、隣接する分割セル23間で2倍以上の差が発生しておらず、分割対象とはならない。また、第8番目のセル31hの分割セル23の発電能力は1.1であるのに対して、第9番目のセル31iの分割セル23の発電能力は1であり、隣接する分割セル23の発電能力の比率は1.1/1=1.1であり、隣接する分割セル23間で2倍以上の差が発生しておらず、分割対象とはならない。また、第11番目のセル31kの発電能力は1.5であるのに対して、第10番目又は第12番目のセル31j又は31lの発電能力は1であり、隣接するセルの発電能力の比率は1.5/1=1.5であり、隣接するセル間で2倍以上の差が発生しておらず、分割対象とはならない。
On the other hand, in combinations of adjacent cells other than those described above, since the ratio of power generation capacity is less than 2, it is not a division target. For example, while the power generation capacity of the
従って、図19に示すように、分割処理後のモジュールでは、隣接するセル又は隣接する分割セル23間での発電能力の比率は2倍未満となり、色素又は濃度の違いにより発生する動作電流Ipm1,・・・,Ipm12のばらつきを小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 19, in the module after division processing, the ratio of the power generation capacity between adjacent cells or
なお、比率の求め方は、直列接続順に順番に求めたが、必ずしも順番に求める必要は無く、例えば、基準となる発電能力を決めたのち、全てのセルの比率を同時的に演算して求めるようにしてもよいことは、言うまでもない。 The ratio is determined in order of serial connection, but it is not necessary to determine in order. For example, after determining the power generation capacity as a reference, the ratios of all cells are calculated simultaneously and determined It goes without saying that it is possible to do so.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法では、閾値として2未満の場合も考えられることを説明する。
Third Embodiment
Next, in the connection method of the dye-sensitized solar cell according to the third embodiment of the present invention, it will be described that a case where the threshold value is less than 2 can be considered.
前記したステップS3は、1つのモジュール内の2つのセルのうち、第1セルの動作電流I1(例えば動作電流Ipm1)と第2セルの動作電流I2(例えば動作電流Ipm2)との比率の値が閾値以上であるときには、セルを分割することを意味している。この閾値は、先の実施形態のステップS3では、2倍としているが、これに限られるものではなく、例えば、1.33倍でもよい。これについて、以下に説明する。 The above-mentioned step S3 is the ratio of the operating current I 1 (for example, operating current Ipm1) of the first cell to the operating current I 2 (for example, operating current Ipm2) of the second cell among the two cells in one module. When the value is equal to or greater than the threshold, it means that the cell is divided. The threshold is doubled in step S3 of the previous embodiment, but is not limited to this, and may be, for example, 1.33. This will be described below.
前記ステップS3で説明したように、複数個の分割セル1−1,1−2に分割するか否かの判断は、第1セルの動作電流I1と第2セルの動作電流I2との比率の値が閾値以上であるか否かで判断している。このような閾値を使用して分割するか否かを判断することに代えて、図20に示すような、以下のような手順で分割するか否かを判断してもよい。 As described in step S3, determination of whether or not divided into a plurality of divided cells 1-1 and 1-2, the operation current I 2 of the operating current I 1 and the second cell of the first cell It is judged whether the value of the ratio is equal to or more than a threshold. Instead of determining whether or not to divide using such a threshold, it may be determined whether to divide in accordance with the following procedure as shown in FIG.
すなわち、第1セルの動作電流I1と第2セルの動作電流I2とのうち、第1セルの動作電流I1が第2セルの動作電流I2より低いときは、全体の動作電流は、第1セルの動作電流I1に律速される。ここで、電圧を共にVとすると、分割していない状態での、第1セルと第2セルとを合わせた合計の出力PはP={2・I1・V}となる(図20のステップS11参照)。 That is, the operating current I 1 of the first cell of the operating current I 2 of the second cell, when the operating current I 1 of the first cell is lower than the operating current I 2 of the second cell, the entire operating current , And the operating current I 1 of the first cell. Here, assuming that both voltages are V, the total output P of the first cell and the second cell in the undivided state is P = {2 · I 1 · V} (see FIG. 20). See step S11).
次いで、動作電流が高い方の第2セルをn個の分割セルに分割したときの1個の分割セルの動作電流(I2/n)と、第1セルの動作電流I1とを比較し、いずれか低い方の動作電流をIdとする。このとき、第1セルと第2セルのすべての分割セルとを合わせた合計の出力P’はP’={(n+1)・Id・V}となる(図20のステップS12参照)。 Next, the operating current (I 2 / n) of one divided cell when dividing the second cell with higher operating current into n divided cells is compared with the operating current I 1 of the first cell. The lower operating current is I d . At this time, the total output P ′ of the first cell and all the divided cells of the second cell is P ′ = {(n + 1) · Id · V} (see step S12 in FIG. 20).
このとき、分割前の合計出力P={2・I1・V}よりも、分割後の合計出力P’={(n+1)・Id・V}が大きい場合(P<P’)が、分割が有効になる場合である(図20のステップS13及びステップS14参照)。逆に言えば、分割前の合計出力P={2・I1・V}が、分割後の合計出力P’={(n+1)・Id・V}以上の場合(P≧P’)は、分割が有効ではない場合である(図20のステップS12及びステップS15参照)。 At this time, if the total output P ′ = {(n + 1) · I d · V} after division is larger than the total output P = {2 · I 1 · V} before division (P <P ′), This is the case where the division becomes effective (see step S13 and step S14 in FIG. 20). Conversely, if the total output before division P = {2 · I 1 · V} is greater than or equal to the total output after division P ′ = {(n + 1) · I d · V} (P ≧ P ′), , Division is not effective (see step S12 and step S15 in FIG. 20).
具体的には、例えば、第1セルの動作電流I1と第2セルの動作電流I2との比がI2/I1=1.8で、第2セルをn=2で2分割すると仮定した場合、(I2/2)<I1とすると、
分割前の合計出力Pは、
P=I1・V+I1・V
=2・I1・V
である。
Specifically, for example, if the ratio of the operating current I 1 of the first cell to the operating current I 2 of the second cell is I 2 / I 1 = 1.8 and the second cell is divided into two by n = 2 assuming, when the (I 2/2) <I 1,
The total output P before division is
P = I 1 · V + I 1 · V
= 2 · I 1 · V
It is.
分割後の合計出力P’は、
P’=2・(I2/2・V)+I2/2・V
=3・(I2/2)V
=3・(1.8・I1/2)V
=2.7・I1・V
である。
The total output P 'after division is
P '= 2 · (I 2 /2 · V) + I 2/2 · V
= 3 · (I 2/2 ) V
= 3 · (1.8 · I 1 /2) V
= 2.7 · I 1 · V
It is.
よって、P<P’となり、比I2/I1が2以下であっても分割したほうが、合計出力は高くなる場合があり、分割は有効であることがわかる。 Therefore, P <P ′, and even if the ratio I 2 / I 1 is 2 or less, the total output may be higher if divided, and it is understood that the division is effective.
これを、以下に、一般的な式に書き直して説明する。 This will be described below as a general expression.
まず、I2>I1であり、その比率をI2/I1=m、分割数をnとすると、
分割前の合計出力Pは、
P=2・I1・V
である。
First, if I 2 > I 1 and the ratio is I 2 / I 1 = m and the number of divisions is n, then
The total output P before division is
P = 2 · I 1 · V
It is.
分割後の合計出力P’は、
P’=(n+1)(I2/n・V)
=(n+1)(m/n・I1・V)
である。よって、分割により合計出力が向上するためには、P<P’となる必要があるから、
{2・I1・V}<{(n+1)(m/n・I1・V)}
∴m>{2n/(n+1)}
この式を満たす分割数nが求められる場合には、分割する場合のほうが、分割しない場合よりも、合計出力が高くなることになる。このため、この式が、分割すべきか否かの判断基準(閾値)となる。言い換えれば、閾値である2n/(n+1)より大きい比率を有するセルを選択し、選択したセルをn個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続すればよい。
The total output P 'after division is
P '= (n + 1) (I 2 / n · V)
= (N + 1) (m / n · I 1 · V)
It is. Therefore, in order to improve the total output by division, it is necessary to satisfy P <P ′.
{2 · I 1 · V} <{(n + 1) (m / n · I 1 · V)}
∴ m> {2 n / (n + 1)}
When the number of divisions n satisfying this equation is determined, the total output is higher in the case of division than in the case of no division. For this reason, this equation serves as a criterion (threshold) for determining whether or not to divide. In other words, a cell having a ratio larger than the threshold value 2n / (n + 1) may be selected, the selected cell may be divided into n divided cells, and the divided cells may be connected in series.
以下、この式に基づいて、分割数nと、閾値{2n/(n+1)}とを例示すると、以下のような表1になる。 Hereinafter, when the division number n and the threshold value {2n / (n + 1)} are illustrated based on this equation, Table 1 below is obtained.
従って、ステップS3の説明では、閾値を2倍以上としているが、この表1より、閾値を2倍以上に代えて、1.33倍以上としてもよいことがわかる。言い換えれば、この第3実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法では、閾値を1.33倍として先の実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法を行う場合と同じ結果になることを意味している。従って、この第3実施形態でも、先の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 Therefore, in the description of step S3, although the threshold value is set to 2 or more, it is understood from Table 1 that the threshold value may be set to 1.33 or more instead of 2 or more. In other words, the method of connecting the dye-sensitized solar cells according to the third embodiment is the same as the method of connecting the dye-sensitized solar cells according to the previous embodiment with the threshold value set to 1.33 times. It is meant to be the result. Therefore, also in the third embodiment, the same function and effect as those of the previous embodiment can be obtained.
なお、隣接するセル同士で比率を求めているが、これに限られるものではない。すなわち、隣接する2つのセル同士で比率を求めるのではなく、1つのモジュール内の複数のセルの内の任意の2つのセル同士で比率を求めるようにしてもよい。2つのセルのうち、一方を基準のセルとして、当該基準のセルと、他のセルとの比率を順に求めるようにしてもよい。 In addition, although the ratio is calculated | required by adjacent cells, it is not restricted to this. That is, instead of determining the ratio between two adjacent cells, the ratio may be determined between any two cells among a plurality of cells in one module. The ratio of the reference cell to the other cells may be determined in order, with one of the two cells as the reference cell.
また、比率を求めるときの基準となるセルの発電能力は、最低の発電能力としているが、これに限られるものではない。例えば、少なくとも2以上のセルが、第1セルと第2セルと第3セルとの3個のセルで構成されている場合、3個のセルのうち最高の動作電流のセルを除くいずれかのセル(例えば、2番目に大きな動作電流のセル又は最低の動作電流のセル)の動作電流を、基準の動作電流とすればよい。そして、この基準の動作電流と、基準の動作電流にかかるセル以外のセルの動作電流との比率を求めて、求められた比率の値が閾値以上であるとき、基準の動作電流にかかるセル以外の当該セルを複数個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続すればよい。 In addition, although the power generation capacity of the cell, which is the basis for determining the ratio, is the lowest power generation capacity, it is not limited to this. For example, in the case where at least two or more cells are configured by three cells of a first cell, a second cell, and a third cell, any one of the three cells excluding the cell with the highest operating current The operating current of the cell (eg, the cell with the second largest operating current or the cell with the lowest operating current) may be used as the reference operating current. Then, the ratio between the reference operating current and the operating current of the cells other than the cells applied to the reference operating current is determined, and when the value of the determined ratio is equal to or greater than the threshold, the other than the cells applied to the reference operating current The cell may be divided into a plurality of divided cells, and the divided cells may be connected in series.
以下、隣接するセル同士に限らず、比率を求める例、及び、最低の発電能力のセル以外のセルを基準として比率を求める例について、それぞれ説明する。 Hereinafter, an example in which the ratio is determined as well as adjacent cells and an example in which the ratio is determined on the basis of cells other than the cell with the lowest power generation capacity will be described.
ここでは、例として8個のセルが直列接続される色素増感型太陽電池を考えてみる。 Here, consider, as an example, a dye-sensitized solar cell in which eight cells are connected in series.
それぞれのセルの出力(発電能力)は、表2に示す通りであるとする。なお、簡単のため、実際の数値ではなく、第1のセルの出力に対する各セルの出力比で表す。 The output (generation capacity) of each cell is as shown in Table 2. For the sake of simplicity, it is not an actual numerical value but represented by the output ratio of each cell to the output of the first cell.
このような場合について、隣接するセル同士で比率を求めてみると、すべて1.3倍となり、前記した閾値である1.33倍未満の値となり、この閾値を使用する場合には、分割は不要であると考えられる。 In such a case, when the ratios between adjacent cells are calculated, they all become 1.3 times, and become less than the above-described threshold value of 1.33 times. When this threshold value is used, division is It is considered unnecessary.
しかしながら、第1セルの発電能力1.0と第8セルの発電能力6.3との比率を求めると、6.3倍となり、前記した閾値である1.33倍以上であり、分割するほうが良いことがわかる。このように、隣接するセル同士を比較して比率を求めるのではなく、色素増感型太陽電池の全てのセルの内、例えば最低の発電能力のセルを基準として、他のセルの比率を求めて、分割の可否を検討するのがよい場合もある。その例として、表2に、「第1セルに対する比率」の欄を設けて、各比率を求めてみる。すると、第3セル〜第8セルは、全て分割するほうがよいことがわかる。 However, the ratio of the power generation capacity 1.0 of the first cell to the power generation capacity 6.3 of the eighth cell is 6.3 times, which is 1.33 times or more which is the above-mentioned threshold, and division is more I understand that it is good. Thus, instead of comparing adjacent cells with each other to determine the ratio, among all the cells of the dye-sensitized solar cell, for example, the ratio of the other cells is determined based on the cell with the lowest power generation capacity. In some cases, it may be desirable to consider the possibility of division. As an example thereof, a column of “ratio to first cell” is provided in Table 2 to obtain each ratio. Then, it is understood that it is better to divide all of the third to eighth cells.
また、最低の発電能力のセル(この例では第1セル)を基準として比率を求めているが、これに限られないことについて、以下に説明する。例えば、第3セルを基準として、他のセルの比率を求めて、分割の可否を検討する。その例として、表2に、「第3セルに対する比率」の欄を設けて、各比率を求めてみる。すると、第5セル〜第8セルは、全て分割するほうがよいことがわかる。 In addition, although the ratio is determined based on the cell with the lowest power generation capacity (the first cell in this example), the following description will be made of the fact that it is not limited to this. For example, on the basis of the third cell, the ratio of the other cells is determined, and the possibility of division is examined. As an example, in Table 2, a column of “ratio to third cell” is provided to calculate each ratio. Then, it is understood that it is better to divide all of the fifth to eighth cells.
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態にかかる色素増感型太陽電池セルの接続方法として、最適な分割数を求める方法について説明する。先の実施形態では、分割しない場合よりも、分割した方が良い場合について例示している。ただし、その場合、分割数は2以上であればよく、最適な分割数については、追求していない。この第4実施形態としては、最適な分割数を求める方法を説明することにより、最適な色素増感型太陽電池セルの接続方法を取得することができる。
Fourth Embodiment
Next, as a method of connecting the dye-sensitized solar cells according to the fourth embodiment of the present invention, a method of determining an optimal number of divisions will be described. The previous embodiment exemplifies a case where it is better to divide rather than not divide. However, in this case, the number of divisions may be two or more, and the optimal number of divisions is not pursued. In the fourth embodiment, by explaining a method of obtaining the optimum number of divisions, it is possible to obtain an optimum method of connecting dye-sensitized solar cells.
先の閾値の式は、分割しない場合より分割する場合の方が合計出力を高めることができるか否かの判断基準であり、最適な分割数の決定とは異なる。 The above-mentioned threshold equation is a criterion for determining whether the total output can be increased by dividing rather than not dividing, and is different from the determination of the optimal number of divisions.
一例として、最適な分割数は、以下のように考えることができる。ただし、第2セルの動作電流I2/nと第1セルの動作電流I1との大小関係により、条件が分岐する。 As an example, the optimal number of divisions can be considered as follows. However, the condition branches depending on the magnitude relationship between the operating current I 2 / n of the second cell and the operating current I 1 of the first cell.
(1) 分割後の第2セルの動作電流I2/nが第1セルの動作電流I1以上の場合(I2/n≧I1)、全体の動作電流は、第1セルの動作電流I1に律速される。 (1) When the operating current I 2 / n of the second cell after division is greater than or equal to the operating current I 1 of the first cell (I 2 / n I I 1 ), the entire operating current is the operating current of the first cell I is limited to 1
この場合の分割後の合計出力P’と分割前の合計出力Pとの出力差ΔPは、
ΔP=P’−P
={(n+1)・I1・V}−{2・I1・V}
={(n−1)・I1・V}
である。
In this case, the output difference ΔP between the total output P ′ after division and the total output P before division is
ΔP = P'-P
= {(N + 1) · I 1 · V}-{2 · I 1 · V}
= {(N-1) · I 1 · V}
It is.
(2) 分割後の第2セルの動作電流I2/nが第1セルの動作電流I1よりも低い場合(I2/n<I1)、全体の動作電流は、分割後の第2セルの動作電流I2/nに律速される。 (2) When the operating current I 2 / n of the second cell after division is lower than the operating current I 1 of the first cell (I 2 / n <I 1 ), the entire operating current is the second after division It is limited by the operating current I 2 / n of the cell.
この場合の分割後の合計出力P’と分割前の合計出力Pとの出力差ΔPは、
ΔP=P’−P
={(n+1)・(I2/n)・V}−{2・I1・V}
={(n+1)・m/n−2}・I1・V
である。
In this case, the output difference ΔP between the total output P ′ after division and the total output P before division is
ΔP = P'-P
= {(N + 1) (I 2 / n) V}-{2 · I 1 · V}
= {(N + 1) m / n-2} I 1 V
It is.
もし、比率mが既知の場合には、出力差ΔPが最大を取るときの分割数nの値(整数)が、最適な分割数となる。以下に、一例として、比率mの値が2,2.2,2.4,などのときに分割数をn=2,3,4,...と順に代入して出力差ΔPを求め、出力差ΔPが最大を取るときの分割数nの値(整数)を決定すると、以下のような表3となる。 If the ratio m is known, the value (integer) of the division number n when the output difference ΔP takes the maximum is the optimum division number. In the following, as an example, when the value of the ratio m is 2, 2.2, 2.4, etc., the number of divisions is substituted in the order of n = 2, 3, 4,. If the value (integer) of the division number n when the output difference ΔP takes the maximum is determined, the following Table 3 is obtained.
もちろん、これは、一例としての最適な分割数の求め方であり、例えば比率m=2.6のときは、分割数n=3が最適であるが、分割数n=2では分割の効果が無いことを意味するものではない。言い換えれば、分割数n=2でも分割すれば、分割しない場合よりも合計出力の増加が見込まれるので、本発明としては有効である。 Of course, this is a method of determining the optimal number of divisions as an example. For example, when the ratio m = 2.6, the number of divisions n = 3 is optimum, but when the number of divisions n = 2, the effect of division is It does not mean that there is no. In other words, even if the division number n = 2, the total output is expected to increase compared to the case where the division is not performed, which is effective as the present invention.
第4実施形態によれば、(分割可否判断対象のセルの動作電流I2/基準となるセルの動作電流I1)の比率に応じて最適な分割数を求めることができて、色素又は濃淡の違いにより発生する動作電流のばらつきを小さくすることができ、電力(又は出力)ロスを少なくすることができる。この結果、色素増感型太陽電池セルの接続方法を、より効率的に実施することができる。このように最適な分割数で分割した場合、電力(又は出力)ロスを最も少なくすることができる。 According to the fourth embodiment, the optimum number of divisions can be determined according to the ratio of (the operation current I 2 of the target cell for division determination judgment / the operation current I 1 of the reference cell) Can reduce the variation in operating current caused by the difference in power, and can reduce power (or output) loss. As a result, the method of connecting the dye-sensitized solar cells can be implemented more efficiently. When the division is performed with the optimum number of divisions in this manner, the power (or output) loss can be minimized.
前記第1〜第4実施形態に記載したように、1つのモジュールを構成する複数のセルのうち、どのセルを基準として比率を求めていくらの閾値と比較するかによって、分割すべきセルの個数が変わってくる。最終的には、製品の設計又は製造の費用又は手間などの観点から、当該製品に最適と思われる分割数を選択して接続するのがよい。 As described in the first to fourth embodiments, the number of cells to be divided among a plurality of cells constituting one module, depending on which cell is used to obtain a ratio and to compare with a threshold value. Will change. Finally, it is preferable to select and connect the number of divisions that is considered optimal for the product in terms of the cost or labor of product design or manufacture.
(分割処理による効果を実証するための試験)
以下に、前記した実施形態の分割処理による効果を説明するため、試験を行った。
(Test to demonstrate the effect of split processing)
A test was conducted to explain the effect of the division process of the above-described embodiment.
試験においては、各条件につき5枚のセルを使用するとともに、JIS C 8912:2011に規定された結晶系太陽電池測定用ソーラシミュレータを使用した。試験に使用した5枚のセルは、それぞれ、同じ大きさの正方形であって、緑色のセル、赤色のセル、緑色のセル、赤色のセル、緑色のセルの合計5枚のセルを直列接続した。これらのセルのそれぞれを分割前のセルを含む分割前モジュールとする。分割前のセルと同じ構成の合計5枚のセルを、もう一組用意し、そのうち、2枚の赤色のセルを縦に2つに分割して直列接続し、緑色のセル、赤色の分割セル、赤色の分割セル、緑色のセル、赤色の分割セル、赤色の分割セル、緑色のセルの合計7枚のセルを直列接続した。これらのセルを分割後のセルを含む分割後モジュールとする。この分割前のモジュールと分割後のモジュールとをそれぞれのモジュール毎に7回、最大出力を測定した。 In the test, 5 cells were used for each condition, and a solar simulator for measuring a crystal solar cell defined in JIS C 8912: 2011 was used. Each of the five cells used in the test was a square of the same size, and a total of five cells of a green cell, a red cell, a green cell, a red cell, and a green cell were connected in series. . Let each of these cells be a pre-division module including cells before division. A total of five cells of the same configuration as the cells before division are prepared, and among them, two red cells are divided vertically into two and connected in series, green cells, red divided cells , A red divided cell, a green cell, a red divided cell, a red divided cell, and a green cell, for a total of seven cells in series. Let these cells be post-division modules including the post-division cells. The maximum output was measured seven times for each of the modules before and after this division.
具体的には、JIS C 8912:2011に規定された結晶系太陽電池測定用ソーラシミュレータを使用して、分割前のモジュールと分割後のモジュールとをそれぞれのセルの発電能力を測定して評価した。このシミュレータは、キセノンランプを利用したソーラシミュレータで、太陽光パネルの公称最大出力を表すときの、ある決まった共通の測定条件[基準状態(Standard Test Condition:STC)]としての、エアマス(Air Mass)(太陽光が地上に届くまでの大気の量)1.5、25℃、1kW/平方メートルの条件の下に、2〜3分程度、各セルを照射して、所定範囲内で電圧を変動させるときの電流の変化を測定した。そして、測定結果を基に、電圧と電流との曲線グラフを求め、さらに、その曲線グラフの縦軸と横軸と曲線グラフとで囲まれる領域内で、最大の正方形が取れる点を、最大出力点Pmaxとして求めた。この最大出力点Pmaxを各測定毎に求めて、棒グラフで示したのが図21である。図21の縦軸は最大出力Pmax、横軸は分割前のセルと分割後のセルとである。 Specifically, using the solar simulator for crystal-based solar cell measurement defined in JIS C 8912: 2011, the power generation capacity of each cell was measured and evaluated for the module before division and the module after division. . This simulator is a solar simulator using a xenon lamp, and the air mass (Air Mass) as a certain common measurement condition (Standard Test Condition (STC)) when representing the nominal maximum output of the solar panel ) (Amount of air until sunlight reaches the ground) Irradiate each cell for 2 to 3 minutes under the conditions of 1.5, 25 ° C, 1 kW / square meter, and change the voltage within the predetermined range The change in current was measured. Then, based on the measurement result, a curve graph of voltage and current is determined, and further, the maximum output power is obtained at the point where the largest square can be obtained in the region surrounded by the vertical axis, horizontal axis and curve graph of the curve graph. It calculated | required as point Pmax. This maximum output point Pmax is determined for each measurement, and is shown by a bar graph in FIG. The vertical axis of FIG. 21 is the maximum output Pmax, and the horizontal axis is the cell before division and the cell after division.
図21より、分割前のセルに対して分割後のセルの方が、全体的に3割程度、最大出力Pmaxが向上している。これは、隣接したセルの発電量に合わせる様な形でセルを分割することで、発電による電力(又は出力)ロスが少なくなり、分割後のセルの方が、太陽電池として、効率の良い発電をしていることがわかる。 From FIG. 21, the maximum output Pmax is improved by about 30% overall in the cells after division with respect to the cells before division. This is because the power (or output) loss due to power generation is reduced by dividing the cells in such a way as to match the power generation amount of the adjacent cells, and the cells after division are more efficient power generation as solar cells. Know that you are
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various other aspects.
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。 In addition, the effect which each has can be show | played by combining suitably the arbitrary embodiment or modification of said various embodiment or modification. Further, a combination of the embodiments or a combination of the embodiments or a combination of the embodiments and the embodiments is possible, and a combination of the features in different embodiments or the embodiments is also possible.
本発明にかかる色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池セルの接続方法は、色素の違いにより発生する動作電流のばらつきを小さくして、電力(又は出力)ロスを少なくすることができて、色素増感型太陽電池の構成を設計するときなどにおいて有用である。 The connection method of the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell according to the present invention can reduce the variation of the operating current generated due to the difference of the dye and can reduce the power (or output) loss. It is useful, for example, when designing the configuration of a dye-sensitized solar cell.
1…第1セル、1−1,1−2…分割セル、2…第2セル、3…第1透明基板、4…太陽電池素子、5…第2透明基板、6…内部接続部(インターコネクト)、7…第1電極(第1透明導電層)、7a…接続端子部、7−1,7−2…分割第1電極(分割第1透明導電層)、8…第2電極(第2透明導電層)、8a…接続端子部、8−1,8−2…分割第2電極(分割第2透明導電層)、11…モジュール、12,12a…酸化チタン及び色素層、12−1,12−2…分割酸化チタン及び色素層、13,13a…電界液、13−1,13−2…分割電界液、14,14a…触媒電極層、14−1,14−2…分割触媒電極層、15…封止部、15−1,15−2…分割封止部、16a,16b…集電線、16a−1,16a−2,16b−1,16b−2…分割集電線、16a−3,16b−3…張出部、16b−4…折曲部、16e…ハンダ部、18…引き出し線、20…接続線、21…色素増感型太陽電池、23…分割セル、24…接続部、25…レーザ加工箇所、31a〜31l…セル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st cell, 1-1, 1-2 ... division | segmentation cell, 2 ... 2nd cell, 3 ... 1st transparent substrate, 4 ... solar cell element, 5 ... 2nd transparent substrate, 6 ... internal connection part (interconnect (interconnect) 7) first electrode (first transparent conductive layer) 7a connection terminal portion 7-1, 7-2 split first electrode (split first transparent conductive layer) 8 second electrode (second Transparent conductive layer), 8a: connection terminal portion, 8-1, 8-2: split second electrode (split second transparent conductive layer), 11: module, 12, 12a: titanium oxide and dye layer, 12-1, 12-2 ... divided titanium oxide and pigment layer, 13, 13a ... electrolyte, 13 -1, 13-2 ... divided electrolyte, 14, 14 ... ... catalyst electrode layer, 14-1, 14-2 ... divided catalyst electrode layer , 15: Sealed portion, 15-1, 15-2: Divided sealed portion, 16a, 16b: Collected wire, 16a-1, 16a-2, 16b- , 16b-2 ... divided collecting wire, 16a-3, 16b-3 ... overhanging portion, 16b-4 ... bent portion, 16e ... solder portion, 18 ... lead wire, 20 ... connection wire, 21 ... dye-sensitized type Solar cell, 23: division cell, 24: connection portion, 25: laser processing point, 31a to 31l: cell.
Claims (7)
全てのセルの動作電流のうち、動作電流が最低のセルを基準に、各セルの比率を求め(S2)、
前記求めた比率が閾値以上である比率を有するセルを選択し(S3)、
前記選択したセルを同じ面積の複数個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続する(S4)、
色素増感型太陽電池セルの接続方法。 In a method of connecting dye-sensitized solar cells, at least two or more cells are connected in series, and two or more of the cells have different dyes or the same dye and different shades of light,
Of the operating currents of all the cells, the ratio of each cell is determined based on the cell with the lowest operating current (S2),
Select a cell having a ratio that is equal to or greater than a threshold (S3);
The selected cell is divided into a plurality of divided cells having the same area, and the divided cells are connected in series (S4).
Method of connecting dye-sensitized solar cells.
請求項1に記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法。 When selecting a cell having a ratio equal to or greater than the threshold, the threshold is 2.
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to claim 1.
前記分割セル同士を直列接続するとき(S4)、前記選択したセルをn個の分割セルに分割して、分割セル同士を直列接続する、
請求項1に記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法。 When selecting a cell having a ratio equal to or higher than the threshold (S3), select a cell having a ratio larger than the threshold 2n / (n + 1);
When the divided cells are connected in series (S4), the selected cell is divided into n divided cells, and the divided cells are connected in series.
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to claim 1.
前記選択したセルについて、分割前のセルの出力Pより分割後のn個の分割セルの合計出力P’が大きい場合、分割前後のセルの出力差ΔPが最大となるときの整数をnの値として分割する、
請求項3に記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法。 When the divided cells are connected in series (S4), the selected cell is divided into n divided cells, and the divided cells are connected in series:
When the total output P 'of the n divided cells after division is larger than the output P of the cell before division for the selected cell, the integer n is the integer when the output difference ΔP between the cells before and after the division is maximum Split as
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to claim 3.
請求項1に記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法。 When the ratio to each cell is determined based on the cell with the lowest operating current (S2), the cell with the lowest second operating current from the lowest operating current is used as the reference, instead of the cell with the lowest operating current. Find the ratio to each cell,
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to claim 1.
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セルの接続方法。 When the divided cells are connected in series (S4), the cells have the same area,
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか1つに記載の色素増感型太陽電池セルの接続方法。 Wherein when a division between cells connected in series (S4), a same shape,
The connection method of the dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015049322A JP6541174B2 (en) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015049322A JP6541174B2 (en) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016171175A JP2016171175A (en) | 2016-09-23 |
JP6541174B2 true JP6541174B2 (en) | 2019-07-10 |
Family
ID=56982528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015049322A Expired - Fee Related JP6541174B2 (en) | 2015-03-12 | 2015-03-12 | Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6541174B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018084317A1 (en) * | 2016-11-07 | 2018-05-11 | 積水化学工業株式会社 | Solar cell module and method for manufacturing solar cell module |
JP6912231B2 (en) * | 2016-11-07 | 2021-08-04 | 積水化学工業株式会社 | Solar cell module and manufacturing method of solar cell module |
TW201904083A (en) * | 2017-03-24 | 2019-01-16 | 日商積水化學工業股份有限公司 | Solar battery module and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004040034A (en) * | 2002-07-08 | 2004-02-05 | Hitachi Cable Ltd | Photoelectric conversion element module |
JP2016058445A (en) * | 2014-09-05 | 2016-04-21 | シャープ株式会社 | Photovoltaic power generation panel |
-
2015
- 2015-03-12 JP JP2015049322A patent/JP6541174B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016171175A (en) | 2016-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tang et al. | A microporous platinum counter electrode used in dye-sensitized solar cells | |
CN102396101B (en) | Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell module | |
US20120017967A1 (en) | Series and parallel dye-sensitized solar cell module | |
CN102369630B (en) | Dye-sensitized solar cell | |
JP2008130547A (en) | Vertically stacked dye sensitive solar cell module, and manufacturing method therefor | |
JP6541174B2 (en) | Dye-sensitized solar cell and method of connecting dye-sensitized solar cell | |
CN102543972A (en) | Solar battery module | |
JP5524081B2 (en) | Shielded monolithic electrochemical system | |
Guo et al. | Electrocatalytic properties of iron chalcogenides as low-cost counter electrode materials for dye-sensitized solar cells | |
US20150357123A1 (en) | Series/parallel mixed module structure of dye-sensitized solar cell and method of manufacturing the same | |
KR101050471B1 (en) | Potoelectric conversion module | |
CN102496635B (en) | Solar cell module | |
KR20110052518A (en) | Dye-sensitized solar cell electrode and dye-sensitized solar cell | |
Kurokawa et al. | Charge transfer and catalytic properties of various PEDOTs as Pt-free counter electrodes for dye-sensitized solar cells | |
JP5398441B2 (en) | Dye-sensitized photoelectric conversion element | |
EP2407986A1 (en) | Photoelectric conversion module and method of manufacturing the same | |
JP2013016435A5 (en) | ||
Jiang et al. | Vertically aligned Ni3Se2 arrays with dendritic-like structure as efficient counter electrode of dye-sensitized solar cells | |
KR101221260B1 (en) | Dye-Sensitized Solar Cell with adjacent anode and cathode electrode | |
KR20130083711A (en) | Dye-sensitized solar cell | |
KR101221154B1 (en) | Watch Using Dye-Sensitized Solar Cell with adjacent anode and cathode electrode | |
DK2652758T3 (en) | PHOTOVOLTAIC DSSC DEVICE INCLUDING PHOTO ELECTROCHEMICAL CELLS AND SUPPLIED WITH TRANSFER ORGAN AND UV FILTER | |
JP5460198B2 (en) | Dye-sensitized photoelectric conversion element | |
KR20110096783A (en) | Z-type dye-sensitized solar cell module | |
JP2023107206A (en) | Dye-sensitized solar cell and solar cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20180228 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180307 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181108 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190115 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190514 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190606 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6541174 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |