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Patent Searching and Data


Title:
INTEGRATION TYPE DYE-SENSITIZED SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/044786
Kind Code:
A1
Abstract:
To provide an integrated module of a dye sensitized solar cell having a structure in which a plurality of solar cell units are connected in series on one transparent conductive substrate and a method for manufacturing the same. In the integrated module of the dye sensitized solar cell in which a plurality of transparent conductive substrate units that are isolated from each other are formed and arranged on one transparent conductive substrate and a dye sensitized solar cell unit is formed and arranged on each of the transparent conductive substrate units, a cut-off portion is formed and arranged to either of a transparent conductive film oreach counter electrode of the each transparent conductive substrate unit, a terminal portion of a photoelectrode or the counter electrode of another adjacent solar cell unit that have to be connected in series is arranged in the cut-off portion and the terminals to be connected are arranged so as to be easily connect with each other in series in a state in which the terminals are arranged one above the other and face-to face.

Inventors:
KANAYAMA, Masahiro (1 Hokuryou-cho, Matsue-sh, Shimane 16, 6900816, JP)
金山 真宏 (〒16 島根県松江市北陵町1番地 島根県産業技術センター内 Shimane, 6900816, JP)
Application Number:
JP2008/067863
Publication Date:
April 09, 2009
Filing Date:
October 01, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SHIMANE PREFECTURAL GOVERNMENT (1 Tono-machi, Matsue-shi Shimane, 01, 6908501, JP)
島根県 (〒01 島根県松江市殿町1番地 Shimane, 6908501, JP)
KANAYAMA, Masahiro (1 Hokuryou-cho, Matsue-sh, Shimane 16, 6900816, JP)
International Classes:
H01M14/00; H01L31/04; H01M2/22
Foreign References:
JP2006032110A
JP2007265635A
JP2004119305A
JP2006049268A
JP2007115649A
Attorney, Agent or Firm:
TANI, Yoshikazu et al. (6-20, Akasaka 2-chome Minato-k, Tokyo 52, 1070052, JP)
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Claims:
 単一の透明導電基板上に配置された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールであって、
 前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
 前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
 前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
 前記各透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部の上方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュール。
 単一の透明導電基板上に配置された複数の色素増感太陽電池ユニットが直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールであって、
 前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを備え、
 前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極を備え、
 前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、色素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電基板ユニット側が前記光電極側となるように配置され、
 前記各太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に配置された太陽電池ユニットの光電極の端子部分が、該切り欠き部の下方に位置するように配置されているとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、該切り欠き部内に配置され、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続されていることを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュール。
 前記対極及び前記光電極がそれぞれ複数の端子部分を有し、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットと複数の端子で直列接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の集積型色素増感太陽電池モジュール。
 前記各光電極上に集電配線パターンが形成され、前記光電極の端子部分が、該集電配線パターンに含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の集積型色素増感太陽電池モジュール。
 少なくとも前記光電極の端子部分が、スクリーン印刷により形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の集積型色素増感太陽電池モジュール。
 前記複数の色素増感太陽電池ユニットが、互いに並置された複数の列を形成し、各列は直列接続された複数の該太陽電池ユニットからなり、隣接する各列は互いに逆方向に並置され、各列同士は前記単一の透明導電基板上の一方の端で直列接続されていることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の集積型色素増感太陽電池モジュール。
 請求項1~6に記載の集積型色素増感太陽電池モジュールを複数、直列接続してなる色素増感太陽電池。
  複数の色素増感太陽電池ユニットが、単一の透明導電基板上で直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法であって、
  (1)単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
  (2)前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
  (3)各太陽電池ユニットの対極の端子部分と隣接する他の太陽電池の光電極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
 とを順に含み、
 前記透明導電基板ユニットは透明導電膜に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部の上方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
  複数の色素増感太陽電池ユニットが、単一の透明導電基板上で直列接続されてなる集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法であって、
  (1)単一の透明導電基板上に互いに絶縁された複数の透明導電基板ユニットを形成する工程、
  (2)前記各透明導電基板ユニット上に、対極及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニットをそれぞれ形成する工程、及び
  (3)各太陽電池ユニットの光電極の端子部分と隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分とを電気的に直列接続する工程、
 とを順に含み、
 前記太陽電池ユニットは対極に切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット上に形成される太陽電池ユニットの光電極の端子部分を、該切り欠き部の下方に位置するように形成するとともに、直列接続すべき隣接する他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切り欠き部内に形成し、もって前記他の太陽電池ユニットの対極の端子部分を前記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上下に向かい合った状態で、電気的に直列接続することを特徴とする集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
 前記工程(2)が光電極の端子部分を含む集電配線パターンを形成する工程をも含むものである請求項8または9に記載の集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
 前記集電配線パターンの形成をスクリーン印刷により行うことを特徴とする請求項10に記載の集積型色素増感太陽電池モジュールの製造方法。
Description:
集積型色素増感太陽電池モジュ ル及びその製造方法

 本発明は、単一の透明導電基板上に形成 れた複数の色素増感太陽電池ユニットが直 接続されてなる集積型色素増感太陽電池モ ュール及びその製造方法に関する。

 1991年にスイス、ローザンヌ大学のグレッ ツェルらによって発表された新しいタイプの 色素増感太陽電池は光電変換効率が10~11%に達 してきており、また従来のシリコン型太陽電 池と比較して使用する材料が安価であること 、製造工程が比較的単純であることから、製 造コストを大幅に削減できる可能性があり、 実用化が期待されている。

 また、単一の太陽電池セルで得られる起 力には限界があることから、複数の太陽電 セルを直列接続し、太陽電池モジュールと ての大型化の試みもなされているが、特に 素増感太陽電池においては、Si系太陽電池 は異なり、基板に透明導電基板を用いてお 、この透明導電基板自体の抵抗値に制約が るため、適切なモジュール設計が必要とな 。すなわち、一般的なモジュール構造とし は、W型モジュール、Z型モジュール、モノリ シック型モジュール(文献1及び2参照)等が報 されているが、モジュール内の単一セルを 列接続する構造であるため、高電圧が得ら る反面、電流量が少なくなる傾向があると ろ、色素増感太陽電池は光電変換効率の面 らも、使用する基板の面からも、もともと 流値が少なくなる傾向にあるため、先に挙 たモジュール構造は必ずしも適していると いえない。

 また、文献2のようなモノリシック型の集 積型モジュール構造においては、片側の電極 にスクリーン印刷により光電極から対極まで 、すべての電池構造をもたせているが、この 際、対極導電層も、その材料粒子(カーボン 子、FTO粒子等)を分散させたペーストから、 クリーン印刷を経て形成することになり、 成する導電層も必然的に粒界(粒子同士の点 接触の状態)を有することになり、一般的に いられるFTO導電層と同程度の低抵抗を得る とが困難である。さらに、工程の都合上、 解質層に多孔質絶縁体を用いる必要があり これが電解質における電子輸送を妨げる可 性がある。以上の2点により、電池の直列抵 成分を増加することによるフィルファクタ の低下を招き、その結果、高い変換効率を ることが困難となる。

 これに対して、グリッド配線モジュール 呼ばれる構造は、単一セルを並列接続する 造であるため、得られる電流量が大きい。 かし、該モジュールを直列接続するのに、 般的なSi系太陽電池のようにアセンブリ工 で配列・接続するような工程を採用するこ は、色素増感太陽電池の特性上、あまり適 ていない。そのため、色素増感太陽電池の 性を生かした集積モジュールの設計・工程 必要になる。

 この点、特許文献3では、光極側集電電極 を透明ガラスの一端面に形成するとともに対 極側集電電極を透明ガラスの他端面に形成さ れた太陽電池セルを複数用い、一方の太陽電 池の光極側集電電極と他方の太陽電池の集電 電極とを互いに向かい合わせて電気的に接続 することで、該光極側集電電極と該対極側集 電電極との距離を必要不可欠の厚みにまで短 縮でき、もって接続に必要な占有面積を小さ くして太陽エネルギーの損失をより低減でき るとしている。しかし、この技術は、別個独 立の複数の太陽電池を直列接続する技術であ って、単一の透明導電基板上に形成された複 数の太陽電池ユニットを直列接続するもので はない。それゆえ、接続の機械的強度も高度 に要求され、光極側集電電極と対極側集電電 極とを左右に向かい合わせて、側面全体同士 を導電性接着剤等により直接接続するもので あり、光電極の有効占有面積の観点からはな お改良の余地が残る。

 また、特許文献4では、単一の透明導電基 板上に並べて配置された複数の太陽電池セル の直列接続を、セル境界領域の外で行うこと により、太陽電池セルの間に外部配線を収め るための一定の間隔を設ける必要をなくし、 もって集光効率を高めた色素増感型太陽電池 モジュールが開示されている。しかし、直列 接続のための領域を透明導電基板上に別途、 設ける必要があり、その分の集光面積の可能 性を減らすことになる。

国際公開第97/016838号パンフレット

国際公開第2004/036683号パンフレット(再公 表公報)

特開2002-094087号公報

特開2006-244954号公報

 そこで、本発明は、色素増感太陽電池の 性を生かし、接続に必要な占有面積をより さくして太陽エネルギーの損失をより低減 き、さらに連続生産にも適した、単一の透 導電基板上に形成された複数の色素増感太 電池ユニットが直列接続されてなる集積型 素増感太陽電池モジュール及びその製造方 を提供することを目的とする。

 本発明の第一の態様は、単一の透明導電基 上に配置された複数の色素増感太陽電池ユ ットが直列接続されてなる集積型色素増感 陽電池モジュールであって、
 前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁さ た複数の透明導電基板ユニットを備え、
 前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極 備え、
 前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、 素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電 板ユニット側が前記光電極側となるように 置され、
 前記各透明導電基板ユニットは透明導電膜 切り欠き部を有し、該透明導電基板ユニッ 上に配置された太陽電池ユニットの対極の 子部分が、該切り欠き部の上方に位置する うに配置されているとともに、直列接続す き隣接する他の太陽電池ユニットの光電極 端子部分が、該切り欠き部内に配置され、 って前記太陽電池ユニットの対極の端子部 が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の 子部分と上下に向かい合った状態で、電気 に直列接続されていることを特徴とする集 型色素増感太陽電池モジュールである。

 本発明の第二の態様は、単一の透明導電基 上に配置された複数の色素増感太陽電池ユ ットが直列接続されてなる集積型色素増感 陽電池モジュールであって、
 前記単一の透明導電基板は、互いに絶縁さ た複数の透明導電基板ユニットを備え、
 前記太陽電池ユニットは、対極及び光電極 備え、
 前記透明導電基板ユニット上にそれぞれ、 素増感太陽電池ユニットが、前記透明導電 板ユニット側が前記光電極側となるように 置され、
 前記各太陽電池ユニットは対極に切り欠き を有し、該透明導電基板ユニット上に配置 れた太陽電池ユニットの光電極の端子部分 、該切り欠き部の下方に位置するように配 されているとともに、直列接続すべき隣接 る他の太陽電池ユニットの対極の端子部分 、該切り欠き部内に配置され、もって前記 の太陽電池ユニットの対極の端子部分が、 記太陽電池ユニットの光電極の端子部分と 下に向かい合った状態で、電気的に直列接 されていることを特徴とする集積型色素増 太陽電池モジュールである。

 本発明の第三の態様は、複数の色素増感太 電池ユニットが、単一の透明導電基板上で 列接続されてなる集積型色素増感太陽電池 ジュールの製造方法であって、
  (1)単一の透明導電基板上に互いに絶縁さ た複数の透明導電基板ユニットを形成する 程、
  (2)前記各透明導電基板ユニット上に、対 及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニ トをそれぞれ形成する工程、及び
  (3)各太陽電池ユニットの対極の端子部分 隣接する他の太陽電池の光電極の端子部分 を電気的に直列接続する工程、
 とを順に含み、
 前記透明導電基板ユニットは透明導電膜に り欠き部を有し、該透明導電基板ユニット に形成される太陽電池ユニットの対極の端 部分を、該切り欠き部の上方に位置するよ に形成するとともに、直列接続すべき隣接 る他の太陽電池ユニットの光電極の端子部 を、該切り欠き部内に形成し、もって前記 陽電池ユニットの対極の端子部分を前記他 太陽電池ユニットの光電極の端子部分と上 に向かい合った状態で、電気的に直列接続 ることを特徴とする集積型色素増感太陽電 モジュールの製造方法である。

 本発明の第四の態様は、複数の色素増感太 電池ユニットが、単一の透明導電基板上で 列接続されてなる集積型色素増感太陽電池 ジュールの製造方法であって、
  (1)単一の透明導電基板上に互いに絶縁さ た複数の透明導電基板ユニットを形成する 程、
  (2)前記各透明導電基板ユニット上に、対 及び光電極を備える色素増感太陽電池ユニ トをそれぞれ形成する工程、及び
  (3)各太陽電池ユニットの光電極の端子部 と隣接する他の太陽電池ユニットの対極の 子部分とを電気的に直列接続する工程、
 とを順に含み、
 前記太陽電池ユニットは対極に切り欠き部 有し、該透明導電基板ユニット上に形成さ る太陽電池ユニットの光電極の端子部分を 該切り欠き部の下方に位置するように形成 るとともに、直列接続すべき隣接する他の 陽電池ユニットの対極の端子部分を、該切 欠き部内に形成し、もって前記他の太陽電 ユニットの対極の端子部分を前記太陽電池 ニットの光電極の端子部分と上下に向かい った状態で、電気的に直列接続することを 徴とする集積型色素増感太陽電池モジュー の製造方法である。
 第一または第二の態様は、特定の直列接続 式を採った集積型色素増感太陽電池モジュ ルであり、第三または第四の態様は、かか 第一または第二の態様それぞれの太陽電池 ジュールを製造する方法に相当する。

 第一及び第三の態様においては、各透明 電基板ユニットの透明導電膜に切り欠き部 有し、該透明導電基板ユニット上に形成・ 置される太陽電池ユニットの対極の端子部 が、該切り欠き部の上方に位置するように 成・配置するとともに、直列接続すべき隣 する他の太陽電池ユニットの光電極の端子 分が、該切り欠き部内に形成・配置され、 って前記太陽電池ユニットの対極の端子部 が、前記他の太陽電池ユニットの光電極の 子部分と上下に向かい合った状態で、電気 に直列接続する点に特徴を有し、他方、第 および第四の態様においては、各太陽電池 ニットの対極に切り欠き部を有し、該透明 電基板ユニット上に形成・配置される太陽 池ユニットの光電極の端子部分を、該切り き部の下方に位置するように形成・配置す とともに、直列接続すべき隣接する他の太 電池ユニットの対極の端子部分を、該切り き部内に形成・配置し、もって前記他の太 電池ユニットの対極の端子部分を前記太陽 池ユニットの光電極の端子部分と上下に向 い合った状態で、電気的に直列接続する点 特徴を有する。

 かかる特徴を備えることにより、以下の うな利点を得る可能性がある。

  i.単一の透明導電基板上に複数の太陽電 池ユニットを形成するため、該基板の面積に 依存することなく作製できる。また、さらに 得られたモジュール同士を組み合わせること で、任意の面積で太陽電池を形成することも 可能である。

  ii.直列接続すべき端子同士が上下に向 い合った状態で形成・配置されるため、は だ付け等、簡便な方法により、単一の透明 電基板上において容易に、複数の太陽電池 ニットの直列接続を実現できるため、一般 なSi系太陽電池のようなアセンブリ工程での 配列・接続工程も不要となり材料も削減され 、トータルコストの削減に寄与できる。

  iii.直列接続は、各透明導電基板ユニッ の透明導電膜の切り欠き部を底面、対極の 子部分を上面とする空間内(第一の態様)、 るいは各太陽電池の対極の切り欠き部を上 、光電極の端子部分を底面とする空間内(第 の態様)で行われ、切り欠き部は端子を配置 するのに必要充分な面積で形成すれば足りる ので、ユニット間隔を狭めることが可能とな り、集積率を向上させ、集光面積の損失を最 小限に抑えるように光電極の配置・形状を設 計調整することが可能になる。

  iv.スクリーン印刷等の印刷技術を用い ことで、単一の透明導電基板上に複数の太 電池ユニットを簡便に作製することができ 。特に本発明の第三の態様においては、透 導電基板ユニットの切り欠き部も印刷技術 同時に簡便に形成できる点で第四の態様よ 好ましい態様である。

図1は、本発明の第一の態様における、 太陽電池ユニットの対極の端子部分と、他の 太陽電池ユニットの光電極の端子部分との上 下に向かい合った状態を示す分解斜視図。 図2は、本発明の第二の態様における、 太陽電池ユニットの光電極の端子部分と、他 の太陽電池ユニットの対極の端子部分との上 下に向かい合った状態を示す分解斜視図。 図3は、図1のIII-IIIの水平線を通過する 直面での断面を図1の紙面表側から見た場合 に相当する端子間接続の状態を示す、互いに 電気的に接続された太陽電池ユニットの端子 接続部分の断面図。 図4は、図2のIV-IVの水平線を通過する鉛 直面での断面を図2の紙面表側から見た場合 相当する端子間接続の状態を示す、互いに 気的に接続された太陽電池ユニットの端子 続部分の断面図。 図5は、本発明の第一の態様の直列接続 された3つの太陽電池ユニットからなる太陽 池ユニットの列を2つ直列接続して並置して る集積型太陽電池モジュールの光電極の配 を示す正面全体図及び端子接続部分の正面 大図。

符号の説明

 0:透明基板
 1:透明導電基板ユニットの透明導電膜切り き部
 2:対極の端子部分
 3:他の太陽電池ユニットの光電極の端子部
 4:透明導電基板ユニット中の透明導電膜
 4’:透明導電膜
 4'’:透明導電膜(任意)
 5:対極
 6:他の太陽電池ユニットの光電極
 7:対極を除いた太陽電池ユニット残部
 8:導電性接着成分(はんだ等)
 9:封止材からなる隔壁(UV硬化樹脂等)
10:電解液
11:絶縁保護層(ガラスフリット等)
12:集電配線(銀線など)
20:透明基板
21:対極の切り欠き部
22:他の太陽電池ユニットの対極の端子部分
23:光電極の端子部分
24:対極
25:他の太陽電池ユニットの対極
26:透明導電基板ユニット上の光電極
27:透明導電基板ユニット中の透明導電膜
27’:透明導電膜
27'':透明導電膜(任意)
28:導電性接着成分(はんだ等)
29:封止材からなる隔壁(UV硬化樹脂等)
30:電解液
31:絶縁保護層(ガラスフリット等)
32:集電配線(銀線など)

  (a)本発明の第一及び第二の態様について
 本発明の第一及び第二の態様につき、図1~5 用いて以下に説明する。なお、これらの図 、あくまで本発明を説明するための一例を すものにすぎず、何ら本発明を限定するこ を意図するものではない。

 図1は、本発明の第一の態様における互い に隣接する2つの太陽電池ユニットの配置を す斜視図であり、配置がわかりやすいよう 分解して示してある。また、光電極の端子 分3がわかりやすいように、他の太陽電池ユ ットについては、光電極6のみを示し、その 他の要素は省略してある。

 図2は、本発明の第二の態様における互い に隣接する2つの太陽電池ユニットの配置を す斜視図であり、配置がわかりやすいよう 分解して示してある。また、対極の端子部 22がわかりやすいように、他の太陽電池ユニ ットについては、対極25のみを示し、その他 要素は省略してある。

 図3は、本発明の第一の態様における光電 極の端子部分と対極の端子部分を導電性接着 剤で電気的に接続した状態を示す断面図であ る。図1中、III-IIIで示される水平線を通る鉛 面で切断した場合の図1の紙面方向から見た 場合の断面図に相当する。

 図4は、本発明の第二の態様における光電 極の端子部分と対極の端子部分を導電性接着 剤で電気的に接続した状態を示す断面図であ る。図2中、IV-IVで示される水平線を通る鉛直 面で切断した場合の図2の紙面方向から見た 合の断面図に相当する。

 図5のうちの全体図は、図中、左右に本発 明の第一の態様にしたがって直列接続された 3つの太陽電池ユニットからなる列を図中、 下に2つ並置した集積型太陽電池の光電極部 を示すものである。この全体図では、前記2 つの列は互いに逆方向に並置され、図中の右 側で、本発明の第一の態様にしたがって更に 互いに直列接続される。図5には、全体図中 一点鎖線で形成される四角形で囲まれた透 導電膜の切り欠き部の拡大図も示している ここでは、光電極の集光面積をできるだけ きくすべく、光電極は透明導電基板ユニッ の切り欠き部の扇形形状にほぼ沿って形成 配置されている。なお、本発明の第二の態 では、図5の光電極を対極に置き換えて考え ばよい。

 a.透明導電基板ユニット
 透明導電基板ユニットは、単一の透明導電 板上に複数形成される。図1には、第一の態 様における透明導電基板ユニット中の透明導 電膜4が明示されており、図2には、第二の態 における透明導電基板ユニット中の透明導 膜27が明示されている。

 該透明導電基板としては、透明ガラスあ いは透明樹脂フィルム等の透明基板上に、 明導電膜として酸化チタン、酸化亜鉛(アン チモンまたはアルミニウムをドープしたもの でもよい)、酸化インジウム(スズまたは亜鉛 ドープしたものでもよい)、酸化スズ(アン モンまたはフッ素をドープしたものでもよ )等の膜を形成したものが用いられる。該単 の透明導電基板としてはその形状・大きさ ついて特に制約はない。その形状は、必ず も正方形の形状である必要もないし、その きさについても、たとえばスクリーン印刷 より作製する場合においては、スクリーン 刷機の対応寸法に依存するものの、スクリ ン印刷機が対応できるのであれば、1メート ル角もしくはそれ以上のものでもよい。

 該透明導電基板上に、互いに絶縁された 数の透明導電基板ユニットが形成される。 透明導電基板ユニットの形成には、たとえ レーザーによる直接的な透明導電膜[フッ素 ドープ酸化スズ膜(FTO膜)など]の昇華除去や酸 エッチング(たとえば、適切な樹脂により保 マスクをかけた後、亜鉛末を触媒に用いて 理)が挙げられるが、前者の方が安定してお 生産ライン向けにも適している。

 単一の透明導電基板上における各透明導 基板ユニットの配列や個数に特に制約はな が、電解液注入の観点からは、各透明導電 板ユニットが単一の透明導電基板の外辺の 部に接していることが好ましい。一般に単 の透明導電基板上における各透明導電基板 ニットの数を増やすことにより電圧を上げ ことができる一方で、少なくすれば電流を げることができ、用途に応じて望まれる電 ・電圧値に応じて個数を調整すればよい。

 この際、本発明の第一の態様においては 第二の態様と異なり、各透明導電基板ユニ トの透明導電膜が切り欠き部1を有するよう に形成する(図5参照)。該切り欠き部内は、隣 接する他の透明導電基板ユニットの透明導電 膜が入り込んでいてもよいし、透明導電膜が なくてもよい。該切り欠き部内に、隣接する 他の太陽電池ユニットの光電極の端子部分が 配置されれば足りるからである。また該切り 欠き部は、直列接続すべき隣接する他の太陽 電池ユニットの光電極端子部分が配置される のに必要充分な形状及び面積で(透明導電基 ユニット4に触れることなく対極の端子部分2 と電気的に接続できるように)形成すれば足 、ここにいう切り欠き部は、好ましくは略 形状に形成されるが、厳密に凹形状である 要はなく、扇形、半円状、楕円状、四角状 三角状といった形状をも包含する。通常、 径5mm程度の半円状ないし扇形状、もしくは1 5mm程度の四角状に形成することができる。

 本発明の第二の態様においては、各透明 電基板ユニットにではなく、後記するよう 、対極の方に切り欠き部21(図2)が形成され いる。該切り欠き部の好ましい形状、面積 は、前記第一の態様と同様である。切り欠 部の形成しやすさという観点からは、切り き部をスクリーン印刷等の印刷技術により 便に形成できる点で、第一の態様の方が好 しい。

 b.色素増感太陽電池ユニット
 前記各透明導電基板ユニット上にそれぞれ 素増感太陽電池ユニットが形成される。各 陽電池ユニットは、光電極及び対極を備え 前記透明導電基板ユニット側が該光電極側 なるように形成される。光電極と対極の間 封止材からなる隔壁によって絶縁され、両 極の間には電解質が満たされる。

 c.光電極
 光電極は、分光増感色素が担持された金属 化物半導体膜からなる。金属酸化物半導体 しては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ スズをドープした酸化インジウム、酸化ジ コニウム、酸化マグネシウム等の公知の多 質材料を用いることができ、スピンコート 、スプレー法、ディッピング法、スクリー 印刷法、ドクターブレード法、インクジェ ト法等により前記各透明導電基板ユニット に形成できるが、操作の簡便さの観点から スピンコート法、スプレー法、ディッピン 法が、量産化の観点からはスクリーン印刷 によるのが好ましい。分光増感色素として 、可視領域および/または赤外光領域に吸収 をもつ種々の金属錯体や有機色素を用いるこ とができ、任意の公知の方法、たとえば、二 酸化チタン等の金属酸化物半導体薄膜を色素 溶液に所定の温度で浸漬する方法(ディッピ グ法、ローラ法、エヤーナイフ法など)や、 素溶液を酸化物半導体層表面に塗布する方 (ワイヤーバー法、アプリケーション法、ス ピン法、スプレー法、オフセット印刷法、ス クリーン印刷法など)等により該金属酸化物 導体膜に吸着されている。

 本発明の光電極は、前記各透明導電基板 ニット上に形成される。

 また、該光電極の端子部分については、 発明の第一の態様(図1)においては、太陽電 ユニットの透明導電膜の切り欠き部内に、 接する他の太陽電池ユニットの光電極の端 部分が形成・配置され、本発明の第二の態 (図2)においては、太陽電池ユニットの対極 切り欠き部の下方、好ましくは、該切り欠 部の真下の光電極領域内に位置するように 成・配置される。

 該光電極の端子部分は本発明の第一の態 (図1)においては、前記透明導電膜の切り欠 部内に容易に形成できるように、好ましく 突起部分、より好ましくは略凸形状の突起 分として形成される。ここで、略凸形状と 、厳密に凸形状である必要はなく、前記太 電池ユニットの透明導電膜の切り欠き部内 配置・形成できるものであれば、扇形、半 状、楕円状、四角状、三角状といった形状 も包含する。通常は、図1や図5にあるよう 、前記太陽電池ユニットの透明導電膜の切 欠き部の形状に対応した形状が選択される これに対して、該光電極の端子部分は本発 の第二の態様(図2)においては、突起部分と て形成する必要はない。

 いずれの態様においても、集光面積を稼 観点から、第一の態様では切り欠き部に必 な面線以外の部分の面積、第二の態様では 電極の端子部分に必要な面積以外の部分の 積をできるだけ多く光電極の集光面積とし 利用することが好ましい。たとえば、図5に は本発明の第一の態様が示されているが、こ こでは光電極の集光面積部分(金属酸化物半 体層)も同様な形状の切り欠き部を有するよ に形成することで、端子部分に必要な面積 外はできるだけ集光面積として利用してお 、本発明のより好ましい態様である。

 該光電極の端子部分は一つの太陽電池ユ ットにつき複数個設けることもでき、この 合、そのうちの一部が破損しても残りの端 部分が機能しているため、信頼性が増すと う点で好ましい。複数の端子部分を設ける 合、お互いに異なった辺上に配置するので なく、図5に示すように同一の辺上に並置し た状態で配置することが隣接する太陽電池ユ ニットとの接続性の点で好ましい。

 該光電極には任意のパターンで集電配線 施されるのが好ましい。前記端子部分は、 の集電配線パターンの一部としてスクリー 印刷等の印刷技術を用いることで容易に作 可能である(図5参照)。また、該集電配線は 極との短絡を防止し、かつ電解質から保護 るため、絶縁保護層で被覆するのが好まし 。集電配線は、金属酸化物半導体膜の形成 後に形成してもよいし、前に形成してもよ 。

 d.対極としては、電解質中の腐食性成分 対する耐腐食性を有するものであれば特に 限されないが、白金やパラジウム等の触媒 を有する金属板(チタン、ステンレス等)や透 明導電性ガラス板、カーボン板等が例示され る。

 対極の端子部分は、たとえば対極板の端 を形成すべき位置に穴を開けることによっ 簡便に形成することができる。

 本発明の第一の態様(図1)についていえば 直列接続すべき他の太陽電池ユニットの光 極の端子部分3が、太陽電池ユニットの透明 導電膜の切り欠き部1内に形成・配置されて るため、対極の端子部分2を該切り欠き部1の 上方に、好ましくは真上に位置するように配 置することで、該光電極の端子部分3と上下 向かい合って形成・配置することを容易に うことができる。他の太陽電池ユニットの 電極の端子部分3は、前記透明導電膜の切り き部1内に容易に配置できるよう、好ましく は突起部分、より好ましくは略凸形状の突起 部分として形成される。ここで、略凸形状と は、厳密に凸形状である必要はなく、前記太 陽電池ユニットの対極の切り欠き部内に配置 できるものであれば、扇形、半円状、楕円状 、四角状、三角状といった形状をも包含する 。通常は、図1にあるように、前記太陽電池 ニットの透明導電膜の切り欠き部1の形状に 応した形状が選択される。この場合、太陽 池ユニットの対極の端子部分2は突起部分と して形成する必要はない。

 本発明の第二の態様(図2)についていえば 太陽電池ユニットの光電極の端子部分23が 同じく太陽電池ユニットの対極の切り欠き 21の下方に、好ましくは真下に配置されてい るため、直列接続すべき他の太陽電池ユニッ トの対極の端子部分22を、対極の切り欠き部2 1内に配置することで、該光電極の端子部分23 と上下に向かい合って形成・配置することを 容易に行うことができる。他の太陽電池ユニ ットの対極の端子部分22は、前記対極の切り き部21内に容易に配置できるよう、好まし は突起部分、より好ましくは略凸形状の突 部分として形成される。ここで、略凸形状 は、厳密に凸形状である必要はなく、前記 陽電池ユニットの対極の切り欠き部内に配 できるものであれば、扇形、半円状、楕円 、四角状、三角状といった形状をも包含す 。通常は、図2にあるように、前記太陽電池 ニットの対極の切り欠き部の形状に対応し 形状が選択される。この場合、太陽電池ユ ットの光電極の端子部分23は突起部分とし 形成する必要はない。

 e.光電極と対極との間は、封止材からなる 壁によって一定の間隔を維持すると同時に 電解質が封入される。電解質としては、I 2 /I 3- 系、Br - /Br 3- 系、キノン/ハイドロキノン系等の酸化還元 解質を含む電解液が例示される。封止材と ては、解質中の腐食性成分に対する耐腐食 を有するものであれば特に制限されないが 熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化 脂、電子線硬化樹脂、金属、ゴム等を例示 ることができるが、少なくとも表面は電気 縁性であることを要し、封止材が導電性の 合には表面を、各種樹脂やゴム等の電気絶 性材料で被覆する。

 電極間の間隔は一般には10~100μmの範囲を ることができる。

 f.隣接する他の太陽電池ユニットとの直 接続は、本発明の第一の態様においては、 記隣接する他の太陽電池ユニットの光電極 端子部分3が、前記太陽電池ユニットの透明 電膜の切り欠き部1内に形成・配置され、前 記対極の端子部分2と上下に向かい合った状 になっているため、電気的に直列接続しや い構造を採っている。同様に本発明の第二 態様においても、隣接する他の太陽電池ユ ットの対極の端子部分22が、前記対極の切り 欠き部21内に形成・配置され、前記光電極の 子部分23と上下に向かい合った状態になっ いるため、電気的に直列接続しやすい構造 採っている。

 電気的接続としては、はんだ等の導電性 着成分により簡便に行うことができる。図3 や図4の断面図では、導電性接着成分により 気的に接続された状態が示されている。

 g.上記f.のようにして形成されている直列 接続された太陽電池ユニットの列は、一つの 列の中に複数個の太陽電池ユニットを含んで いる(図5では一つの列に3個)。そして、単一 透明導電基板上に2列以上の前記太陽電池ユ ットの列を形成する場合、該太陽電池ユニ トの異なる2つの列同士を直列接続するため には、該2つの列が互いに順方向になるよう 並置するか、あるいは互いに逆方向になる うに並置することが考えられる。このうち 5に示されるように、互いに逆方向に並置す 方が、これら2つの列同士を直列接続するた めの配線をより短くできるため好ましい(図5 モジュールでは右端に上段の列と下段の列 をスクリーン印刷等の印刷技術等を用いて 列接続のための配線を施している)。図5に そのように複数の列が直列接続された一例 示している。

 h.さらに、上記のようにして単一透明導 基板上に形成された複数の太陽電池ユニッ が直列接続された太陽電池モジュールを複 組み合わせることで、任意により大面積の 陽電池を構成することも可能である。

(b)本発明の第三の態様について
 一般的な製造方法に関しては、すでに上記( a)であわせて説明している。ここでは、より 体的に好ましい製造方法の一例の概要を以 に示す。

 もっとも、これは単に本発明の一例を示 ものにすぎず、以下の記載は本発明の範囲 何等限定しようとするものではない。

 a. 光電極の作製(図5参照)
 ・ 導電基板ユニットの作製
 255mm×255mm×4mmの導電性ガラス基板(日本板硝 製)のFTO導電膜をレーザー照射によりエッチ ングして、1枚の導電性ガラス基板上に6つ(2× 3)の絶縁された導電基板ユニットを形成する

 この際、各導電基板ユニットのFTO導電膜 は、図5にあるような扇形形状の切り欠き部 (半径4mm)を形成するようにFTO導電膜をエッチ グする。図5では、この切り欠き部を有する FTO導電膜に隣接する他のユニットのFTO導電膜 は前記切り欠き部に入り込んだ形で扇形形状 の突起部を有する。

 もっとも、前記突起部の導電膜は必須のも ではなく、該突起部の導電膜もエッチング より除去してもよい[図3の4''参照]
 ・ 酸化チタン層の形成
 次いで、20~30μmの一次粒子径を有する酸化 タンペースト(触媒化成製 PST-18NR)をスクリ ン印刷機(ニューロング製 LS-25TV)を用いて、 基板上にスクリーン印刷し乾燥させる。この 工程を所定の膜厚が得られるまで繰り返した 後、400μm程度の粒子径の酸化チタンペースト (触媒化成 PST400C)を同じくスクリーン印刷し 燥させる。この後、基板をマッフル炉(アド バンテック製 FUW252PA)に移し、500℃、30分間 成を行い酸化チタン層を形成させる。焼成 の酸化チタンの膜厚は約12μmである。

 この際、酸化チタン層は、各導電基板ユ ットのFTO導電膜の上に形成する。また、こ 際、酸化チタン層の集光面積を最大にすべ 、次に形成される集電グリッド形成部分を いて各導電基板ユニットのFTO導電膜全面に 成する。このため、酸化チタン層もFTO導電 に対応した扇形形状の切り欠き部を有する

 ・ 集電グリッドの形成
 次いで、銀ペーストをスクリーン印刷によ 、基板上にグリッド状に塗付し、160℃、12 間乾燥後、マッフル炉にて500℃、30分間焼成 して集電配線を得る。この際に、集電配線の 一部として、光電極の端子部分も前記切り欠 き部内に形成される(図5において、図1では1 示される切り欠き部内に他の太陽電池ユニ トの光電極の端子部分3が形成されている)。

 なお、この集電グリッドの形成は、前記 化チタン層の形成の前に形成してもよい。

 ・ 集電グリッド絶縁保護層の形成
 次いで、ガラスフリットペーストをスクリ ン印刷により基板上に塗付し、160℃、12分 乾燥後、マッフル炉にて500℃、30分間焼成す る。

 なお、この絶縁保護層の形成も、前記酸 チタン層の形成の前に形成してもよい。

 ・ 色素吸着
 次いで、前記絶縁層を形成した基板をルテ ウム有機錯体色素溶液に浸漬し、16時間静 することにより、酸化チタン層に色素を吸 させる。

 b. 対極の作製
 ・ チタン板の輪郭形状加工
 0.2mm厚の純チタン板をワイヤー放電加工に り、規定の形状(122mm×81mm)に切断する。本態 では対極には、切り欠き部は形成しない。

 ・ 白金触媒層の形成
 次いで、電気メッキ法により、チタン板上 白金触媒層を形成する。

 c. アセンブリ
 ・ 封止材塗布
 各光電極上に、スクリーン印刷により、封 用紫外線硬化樹脂を塗布する。

 ・ 貼り合わせ
 次いで、アラインメント用ガラス(255mm×255mm ×4mm)上に6枚の対極を配置し、仮固定を行う このアラインメント用ガラス上の各対極を 対極の端子部分2が直接接続すべき他のユニ トの光電極の端子部分3と上下に向かい合う ように配置して対向させ(図1参照)、貼り合わ せる。電極間距離はたとえば約30μmに設定で る。

 ・ 封止材の硬化
 次いで、光電極側より、紫外線を照射し(300 0mJ/cm 2 、アイグラフィック製 ECS-601G-3)、封止材を 化させる。

 ・ 端子間接続
 次いで、各ユニットの対極端子部分を、隣 するユニットの集電配線グリッドの一部を す光電極の端子部分と電気的接続するため はんだ接続を行う。対極の端子部分が他の ニットの光電極の端子部分と上下に向かい って配置されているため、簡便に電気的接 できる。

 ・ 電解液注入
 次いで、真空注入装置(アユミ工業製 LC-35) 用いて、モジュールの電解液注入孔より、 解液を注入する。

 ・ 注入孔の封止
 次いで、電解液注入孔を、紫外線硬化樹脂 用いて封止する。

 得られる太陽電池は、図5からもわかるよ うに、有効集光面積が大きく、基板の全面積 のうち、集光面積として利用されない部分を 最小限にすることができる。

(c)本発明の第四の態様について
 本態様においては、光電極の作製における 電基板ユニットの作製においては、FTO導電 には、図5にあるような略凹形状の切り欠き 部は形成しない代わりに、対極の作製におい て、対極のうち、光電極の端子部分の上方に 配置されることになる部分に、同様な略凹形 状の切り欠き部を形成するという点を除き、 上記(b)と同様にして集積型色素増感太陽電池 モジュールを作製することができる。

 本発明は、より高い電圧の要求される用 にも経済的な色素増感太陽電池の使用を可 にするものである。




 
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