色素増感型太陽電池
【課題】電解質層を封止する封止部において、封止材以外の部材を用いず、また温度変化による基板の熱膨張などに対する耐久性の大きな色素増感型太陽電池を提供する。
【解決手段】封止材が固着される各基板の固着部に凹溝を対向して形成し、封止材をこの凹溝内に充填して固着させる。封止材が凹溝内に充填されているので、各々の基板の面方向に対向する力がかけられても、封止材に対して凹溝の側壁がアンカーの機能を果たし、封止材と各基板との接着部分の乖離が抑制される。このため、形成された色素増感型太陽電池が熱の変動などによって膨張や収縮しても電解質層からの液漏れが生じにくく、高い耐久性を得ることができる。
【解決手段】封止材が固着される各基板の固着部に凹溝を対向して形成し、封止材をこの凹溝内に充填して固着させる。封止材が凹溝内に充填されているので、各々の基板の面方向に対向する力がかけられても、封止材に対して凹溝の側壁がアンカーの機能を果たし、封止材と各基板との接着部分の乖離が抑制される。このため、形成された色素増感型太陽電池が熱の変動などによって膨張や収縮しても電解質層からの液漏れが生じにくく、高い耐久性を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層を封止材にて封止している色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状の電解質層を用いた色素増感型太陽電池は、封止材によって電解液を封止することが必須であり、電解液の液漏れなどを防止することが重要な課題の一つとなっている。このため、封止材による封止部の耐久性を向上させるための種々の発明が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、一方の面に透明導電膜が形成された透明基板と、前記透明基板と対極をなす色素増感半導体電極が形成された導電性基板とを重ね合わせ、その周囲に樹脂を塗って封止するとともに封止用固形物で固定してなる色素増感型太陽電池が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７３６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１の如き色素増感型太陽電池は、樹脂を塗って封止した封止部分を封止用固形物によって固定しているので、基板と異なる材質の封止用固形物を用いた場合は、熱膨張率の違いから昼夜や季節による温度変動によって基板と封止用固形物との間の変位の差が生じ、封止部分が破壊される恐れがあるという問題があった。また、基板と封止用固形物の材質を同じものとした場合でも、基板に用いられる材料は樹脂やガラスなど機械的強度の小さなものが多いため、封止用固形物を基板と別部材に形成することで、封止用固形物の幅や太さが小さく形成されその強度が弱くなるという問題もあった。
【０００６】
そこで本発明は、電解質層を封止する封止部において、封止材以外の部材を用いず、また温度変化による基板の熱膨張などに対する耐久性の大きな色素増感型太陽電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池は、透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対向基板とを固着させる封止材が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記封止材が固着される前記透明基板および対向基板の各々の固着部に凹溝が対向して形成されており、前記封止材が前記凹溝内に充填されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、透明基板と対向基板を固着させる封止材が各々の基板上に対向するように形成された凹溝内に充填されているので、各々の基板の面方向に対向する力がかけられても、封止材に対して凹溝の側壁がアンカーの機能を果たし、封止材と各基板との接着部分の乖離が抑制される。このため、形成された色素増感型太陽電池が熱の変動などによって膨張や収縮しても電解質層からの液漏れが生じにくく、高い耐久性を得ることができる。
【０００９】
また、前記凹溝の内部を開口縁よりも大きな幅に形成すれば、各々の基板にそれぞれを引き剥がすような力が厚さ方向にかけられても、封止材に対して凹溝の開口縁がアンカーの機能を果たし、封止材と各期板の接着部分の乖離が抑制され、色素増感型太陽電池からの液漏れや破壊が生じにくくなり好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、電解質層を封止する封止部において、封止材以外の部材を用いず、また温度変化による基板の熱膨張などに対し高い耐久性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す図である。
【００１２】
図面において、１は透明基板であり、２は対向基板である。
本実施形態に於ける色素増感型太陽電池は、互いに対向するように配された透明基板１と対向基板２と、各基板の間に電解質を含む電解質層４とを備え、電解質層４は周りの隙間に封止材５を充填することによって封止されている。また、透明基板１の表面には透明電極１１が積層され、対向基板２の表面には対向電極２１が積層され、これら２つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置されている。すなわち封止材５によって封止された電解質層４が透明基板１と対向基板２とに積層された透明電極１１と対向電極２１に接触することで、透明電極１１を負の電極とし、対向電極２１を正の電極とした太陽電池セルを構成している。また、このとき前記電解質層４内には電解質が充填されているとともに、透明電極１１側に半導体粒子層３が形成されている。
【００１３】
透明基板１の形成に用いられる材料としては、透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を用いることができる。対向基板２の形成に用いられる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合には透明基板１に挙げた材料を好適に用いることができる。また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
【００１４】
透明電極１１の形成については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板１表面に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板１に貼着したりする等して形成することができる。
【００１５】
対向電極２１の形成については、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用いて、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により対向基板２上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを対向基板２に貼着したりする等して形成することができる。
【００１６】
電解質層４の形成については、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
【００１７】
半導体粒子層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導錯体などが挙げられる。
【００１８】
封止材５の原料としては、電解質層４の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
【００１９】
封止材５が透明電極１１に固着している部位である封止部１２において、透明基板１に凹溝１５が形成されている。また、封止材５が対向電極２１に固着している部位である封止部２２において、対向基板２に凹溝２５が凹溝１５に対向するように形成されている。封止材５はこの凹溝１５および凹溝２５の内部を満たして透明基板１と対向基板２の間に充填されて、電解質層４を封止する。
【００２０】
透明基板１と対向基板２にそれぞれ面方向に対向する力がかかった場合、封止材５が凹溝１５および凹溝２５の内部に入り込んでいるので、この部分が引っ掛かり透明基板１と対向基板２の変位を妨げ、封止材５と透明基板１および対向基板２との接着部分の乖離を抑制する。透明基板１と対向基板２に対して面方向に対向する力がかかる状況としては、設置した色素増感型太陽電池が昼夜や季節の変化に伴う温度の変動によって、透明基板１と対向基板２が熱膨張を起こす際に、各々の熱膨張率の差から封止材５による封止部１２および封止部２２において反対方向の力がかかる場合があり、このような場合に良好な耐久性を得ることができる。また、上記のような熱膨張による場合以外でも、色素増感型太陽電池の固定方法や向きなどによって同様の力がかかるときに同様の高い耐久性を得ることができるので、透明基板１と対向基板２の熱膨張率が近似している場合でも有効である。
【００２１】
また本実施形態では、凹溝１５および凹溝２５を開口縁から底壁に至るほど溝の幅の大きさが大きくなるような台形状の断面に形成している。このように凹溝の開口縁の幅を内部よりも小さく形成することで、透明基板１と対向基板２にそれぞれを引き剥がすような力が厚さ方向にかけられても、各凹溝内に満たされた封止材５が凹溝の開口縁に引っ掛かり透明基板１と対向基板２の変位を妨げ、封止材５と透明基板１および対向基板２との接着部分の乖離を抑制し良好な耐久性を得ることができる。
【００２２】
透明基板１および対向基板２に凹溝１５と凹溝２５とをそれぞれ形成する方法については特に限定されるものではなく、射出成形や、プレス成形でもよいが、凹溝の内部の幅を開口縁より大きく形成するために切削加工するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 透明基板
１１ 透明電極
１２ 封止部
１５ 凹溝
２ 対向基板
２１ 対向電極
２２ 封止部
２５ 凹溝
３ 半導体粒子層
４ 電解質層
５ 封止材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質層を封止材にて封止している色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液状の電解質層を用いた色素増感型太陽電池は、封止材によって電解液を封止することが必須であり、電解液の液漏れなどを防止することが重要な課題の一つとなっている。このため、封止材による封止部の耐久性を向上させるための種々の発明が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、一方の面に透明導電膜が形成された透明基板と、前記透明基板と対極をなす色素増感半導体電極が形成された導電性基板とを重ね合わせ、その周囲に樹脂を塗って封止するとともに封止用固形物で固定してなる色素増感型太陽電池が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７３６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら特許文献１の如き色素増感型太陽電池は、樹脂を塗って封止した封止部分を封止用固形物によって固定しているので、基板と異なる材質の封止用固形物を用いた場合は、熱膨張率の違いから昼夜や季節による温度変動によって基板と封止用固形物との間の変位の差が生じ、封止部分が破壊される恐れがあるという問題があった。また、基板と封止用固形物の材質を同じものとした場合でも、基板に用いられる材料は樹脂やガラスなど機械的強度の小さなものが多いため、封止用固形物を基板と別部材に形成することで、封止用固形物の幅や太さが小さく形成されその強度が弱くなるという問題もあった。
【０００６】
そこで本発明は、電解質層を封止する封止部において、封止材以外の部材を用いず、また温度変化による基板の熱膨張などに対する耐久性の大きな色素増感型太陽電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。
すなわち本発明に係る色素増感型太陽電池は、透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対向基板とを固着させる封止材が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記封止材が固着される前記透明基板および対向基板の各々の固着部に凹溝が対向して形成されており、前記封止材が前記凹溝内に充填されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、透明基板と対向基板を固着させる封止材が各々の基板上に対向するように形成された凹溝内に充填されているので、各々の基板の面方向に対向する力がかけられても、封止材に対して凹溝の側壁がアンカーの機能を果たし、封止材と各基板との接着部分の乖離が抑制される。このため、形成された色素増感型太陽電池が熱の変動などによって膨張や収縮しても電解質層からの液漏れが生じにくく、高い耐久性を得ることができる。
【０００９】
また、前記凹溝の内部を開口縁よりも大きな幅に形成すれば、各々の基板にそれぞれを引き剥がすような力が厚さ方向にかけられても、封止材に対して凹溝の開口縁がアンカーの機能を果たし、封止材と各期板の接着部分の乖離が抑制され、色素増感型太陽電池からの液漏れや破壊が生じにくくなり好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る色素増感型太陽電池によれば、電解質層を封止する封止部において、封止材以外の部材を用いず、また温度変化による基板の熱膨張などに対し高い耐久性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。
図１は本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す図である。
【００１２】
図面において、１は透明基板であり、２は対向基板である。
本実施形態に於ける色素増感型太陽電池は、互いに対向するように配された透明基板１と対向基板２と、各基板の間に電解質を含む電解質層４とを備え、電解質層４は周りの隙間に封止材５を充填することによって封止されている。また、透明基板１の表面には透明電極１１が積層され、対向基板２の表面には対向電極２１が積層され、これら２つの電極は対向する各基板のそれぞれ内側となるように配置されている。すなわち封止材５によって封止された電解質層４が透明基板１と対向基板２とに積層された透明電極１１と対向電極２１に接触することで、透明電極１１を負の電極とし、対向電極２１を正の電極とした太陽電池セルを構成している。また、このとき前記電解質層４内には電解質が充填されているとともに、透明電極１１側に半導体粒子層３が形成されている。
【００１３】
透明基板１の形成に用いられる材料としては、透明性の高いガラス、強化ガラスや、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等の透明性の高い合成樹脂等を用いることができる。対向基板２の形成に用いられる材料としては、透明性が必要とされない場合には適宜の材料を用いて形成することができるが、透明性が必要とされる場合には透明基板１に挙げた材料を好適に用いることができる。また電解質層４に対する耐久性の高いポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂といったポリエステル合成樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン樹脂といったポリオレフィン系合成樹脂等も好適に用いることができる。
【００１４】
透明電極１１の形成については、透明性に優れると共に高い導電性を備えるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、金、白金等やそれらを複数組み合わせたものを真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により透明基板１表面に形成したり、またはそれらの薄膜が形成されたフィルムを透明基板１に貼着したりする等して形成することができる。
【００１５】
対向電極２１の形成については、白金、カーボン、導電性ポリマーや、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等の金属酸化物と前記物質との複合材料等を用いて、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、泳動電着法等の適宜の方法により対向基板２上に形成したり、またそれらの薄膜が形成されたフィルムを対向基板２に貼着したりする等して形成することができる。
【００１６】
電解質層４の形成については、アセトニトリルとエチレンカーボネートの混合溶液や、メトキシプロピオニトリル等の溶媒に、ヨウ化リチウム、金属ヨウ素等の電解質を加えたもの等の液体電解質や、高分子ゲル電解液等の擬固体化電解質といった液体電解質系、ｐ型半導体、ホール輸送剤等の固体電解質系などを用いることができる。
【００１７】
半導体粒子層３は、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３、ＰｂＯ、Ｖ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＺｎＯ、ＢａＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＫＴａＯ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２などの半導体材料を用いて形成された薄膜に増感色素を担持させることで形成でき、半導体材料としてはこれらの内、コストや作業性等から酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は透明性の薄層の形成性に優れ且つ電析が可能である酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適であるが、それに限定されるものではなく適宜のものを用いることができる。半導体粒子層３に担持される色素は、特に限定されるものではないが、例えば、ルテニウムビピリジウム錯体、キサンテン系色素、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導錯体などが挙げられる。
【００１８】
封止材５の原料としては、電解質層４の漏洩を防止できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、メラニン系樹脂、フォスファーゼン系樹脂等が挙げられる。
【００１９】
封止材５が透明電極１１に固着している部位である封止部１２において、透明基板１に凹溝１５が形成されている。また、封止材５が対向電極２１に固着している部位である封止部２２において、対向基板２に凹溝２５が凹溝１５に対向するように形成されている。封止材５はこの凹溝１５および凹溝２５の内部を満たして透明基板１と対向基板２の間に充填されて、電解質層４を封止する。
【００２０】
透明基板１と対向基板２にそれぞれ面方向に対向する力がかかった場合、封止材５が凹溝１５および凹溝２５の内部に入り込んでいるので、この部分が引っ掛かり透明基板１と対向基板２の変位を妨げ、封止材５と透明基板１および対向基板２との接着部分の乖離を抑制する。透明基板１と対向基板２に対して面方向に対向する力がかかる状況としては、設置した色素増感型太陽電池が昼夜や季節の変化に伴う温度の変動によって、透明基板１と対向基板２が熱膨張を起こす際に、各々の熱膨張率の差から封止材５による封止部１２および封止部２２において反対方向の力がかかる場合があり、このような場合に良好な耐久性を得ることができる。また、上記のような熱膨張による場合以外でも、色素増感型太陽電池の固定方法や向きなどによって同様の力がかかるときに同様の高い耐久性を得ることができるので、透明基板１と対向基板２の熱膨張率が近似している場合でも有効である。
【００２１】
また本実施形態では、凹溝１５および凹溝２５を開口縁から底壁に至るほど溝の幅の大きさが大きくなるような台形状の断面に形成している。このように凹溝の開口縁の幅を内部よりも小さく形成することで、透明基板１と対向基板２にそれぞれを引き剥がすような力が厚さ方向にかけられても、各凹溝内に満たされた封止材５が凹溝の開口縁に引っ掛かり透明基板１と対向基板２の変位を妨げ、封止材５と透明基板１および対向基板２との接着部分の乖離を抑制し良好な耐久性を得ることができる。
【００２２】
透明基板１および対向基板２に凹溝１５と凹溝２５とをそれぞれ形成する方法については特に限定されるものではなく、射出成形や、プレス成形でもよいが、凹溝の内部の幅を開口縁より大きく形成するために切削加工するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る色素増感型太陽電池の実施の一形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 透明基板
１１ 透明電極
１２ 封止部
１５ 凹溝
２ 対向基板
２１ 対向電極
２２ 封止部
２５ 凹溝
３ 半導体粒子層
４ 電解質層
５ 封止材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対向基板とを固着させる封止材が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記封止材が固着される前記透明基板および対向基板の各々の固着部に凹溝が対向して形成されており、前記封止材が前記凹溝内に充填されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記凹溝の内部が開口縁よりも大きな幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【請求項１】
透明電極が形成された透明基板と、対向電極が形成された対向基板と、透明電極上に形成され多孔質の半導体材料に増感色素を担持させて形成された半導体粒子層と、前記半導体粒子層と対向電極との間に液状又は擬液状の電解質からなる電解質層と、前記電解質層を封止して前記透明基板と対向基板とを固着させる封止材が設けられた色素増感型太陽電池であって、前記封止材が固着される前記透明基板および対向基板の各々の固着部に凹溝が対向して形成されており、前記封止材が前記凹溝内に充填されていることを特徴とする色素増感型太陽電池。
【請求項２】
前記凹溝の内部が開口縁よりも大きな幅に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２９５４０６（Ｐ２００９−２９５４０６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４７５２３（Ｐ２００８−１４７５２３）
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００２４６２）積水樹脂株式会社 (781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００２４６２）積水樹脂株式会社 (781)
【Ｆターム（参考）】
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