JP5080018B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Description
1.透光性基板1と、該透光性基板1の一面に対向して配置された対極基板2と、
該透光性基板1の該一面に設けられた透光性導電層31、該透光性導電層31の表面に設けられ且つ増感色素を有する半導体電極32、該対極基板2の一面に該半導体電極32に対向して設けられた触媒電極33、該対極基板2の該一面又は他面に設けられ、該触媒電極33と離間し且つ該透光性導電層31と接続された負極側集電電極34、並びに該半導体電極32及び該触媒電極33の各々の少なくとも一部に含有され且つ該半導体電極32と該触媒電極33との間に充填された電解液35を有する少なくとも1個の単セル構成体3と、を備えることを特徴とする色素増感型太陽電池。
2.上記対極基板2がセラミック基板2であり、上記負極側集電電極34が該セラミック基板2の上記透光性基板1の上記一面に対向する一面に設けられ且つタングステンを含有する上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
3.上記負極側集電電極34の厚さが10〜100μmである上記2.に記載の色素増感型太陽電池。
4.上記透光性導電層31と上記負極側集電電極34とが、導電性接着剤層36を介して接続されている上記2.又は3.に記載の色素増感型太陽電池。
5.上記導電性接着剤層36には導電性フィラーが含有されており、該導電性フィラーはカーボンフィラー、タングステンフィラー、チタンフィラー及びニッケルフィラーのうちの少なくとも1種である上記4.に記載の色素増感型太陽電池。
6.上記導電性接着剤層36は、未硬化導電性接着剤層が、上記透光性基板1を透過して照射されたレーザー光により硬化されてなる上記4.又は5.に記載の色素増感型太陽電池。
7.上記負極側集電電極34が上記対極基板2の上記他面に設けられ、上記透光性導電層31の上記表面と該対極基板2の上記一面との間に複数のインターコネクタ37が介装され、且つ複数の該インターコネクタ37の各々と該負極側集電電極34とが、該対極基板2に形成されたビア導体38により接続されている上記1.に記載の色素増感型太陽電池。
8.上記インターコネクタ37の横断面の面積が0.15〜5.0mm2であり、複数の上記インターコネクタ37のそれぞれの離間距離が4.0〜11.0mmである上記7.に記載の色素増感型太陽電池。
9.上記インターコネクタ37は、アルカリケイ酸塩を含有する未硬化導電性接着剤層が硬化されてなる上記7.又は8.に記載の色素増感型太陽電池。
10.上記対極基板2がセラミック基板2である上記7.乃至9.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
11.上記負極側集電電極34の厚さが0.5〜100μmである上記7.乃至10.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
12.上記透光性基板1の上記一面と、上記セラミック基板2の上記一面との間に、各々が有する、透光性導電層31間、半導体電極32間、触媒電極33間、負極側集電電極34間及び電解液35間が、それぞれ電気的に絶縁された複数の上記単セル構成体3が設けられ、且つ複数の該単セル構成体3の各々が直列に接続されている上記2.乃至6.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
13.上記透光性基板1の上記一面と、上記セラミック基板2の上記一面との間が、上記単セル構成体3の各々が有する負極側集電電極34の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて上記絶縁がなされている上記12.に記載の色素増感型太陽電池。
14.上記透光性基板1の上記一面と、上記対極基板2の上記一面との間に、各々が有する、透光性導電層31間、半導体電極32間、触媒電極33間、負極側集電電極34間、電解液35間及びインターコネクタ37間、がそれぞれ電気的に絶縁された複数の上記単セル構成体3が設けられ、且つ複数の該単セル構成体3の各々が直列に接続されている上記7.乃至11.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
15.上記透光性基板1の上記一面と、上記対極基板2の上記一面との間が、上記単セル構成体3の各々が有する半導体電極32の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて上記絶縁がなされている上記14.に記載の色素増感型太陽電池。
16.上記対極基板2と上記触媒電極33との間に正極側集電電極39が設けられた上記1.乃至15.のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
更に、上記対極基板2がセラミック基板2であり、上記負極側集電電極34が該セラミック基板2の上記透光性基板1の上記一面に対向する一面に設けられ且つタングステンを含有する場合は、耐久性に優れた太陽電池とすることができ、且つ集電効率に優れるとともに、電解液に対する耐腐食性が高い集電電極とすることができ、発電効率も向上する。
また、負極側集電電極34の厚さが10〜100μmである場合は、十分に抵抗の低い集電電極とすることができる。
更に、透光性導電層31と負極側集電電極34とが、導電性接着剤層36を介して接続されている場合は、透光性導電層31と負極側集電電極34との密着性を高めることができる。
また、導電性接着剤層36には導電性フィラーが含有されており、導電性フィラーがカーボンフィラー、タングステンフィラー、チタンフィラー及びニッケルフィラーのうちの少なくとも1種である場合は、電解液に対する耐腐食性に優れた導電性接着剤層36とすることができる。
更に、導電性接着剤層36が、未硬化導電性接着剤層が、透光性基板1を透過して照射されたレーザー光により硬化されてなる場合は、導電性接着剤層36を容易に形成することができる。
また、負極側集電電極34が対極基板2の他面に設けられ、透光性導電層31の表面と対極基板2の一面との間に複数のインターコネクタ37が介装され、且つ複数のインターコネクタ37の各々と負極側集電電極34とが、対極基板2に形成されたビア導体38により接続されている場合は、透光性基板における半導体電極の面積の低減がより抑えられ、発電効率もより向上する。
更に、インターコネクタ37の横断面の面積が0.15〜5.0mm2であり、複数のインターコネクタ37のそれぞれの離間距離が4.0〜11.0mmである場合は、透光性基板における半導体電極の面積の低減が抑えられるとともに、十分な集電効率を有する負極側集電電極34とすることができる。
また、インターコネクタ37が、アルカリ珪酸塩及び導電性フィラーを含有する無機導電性接着剤層が硬化してなる場合は、インターコネクタ37を容易に形成することができる。
更に、対極基板2がセラミック基板2である場合は、耐久性に優れた太陽電池とすることができる。
また、負極側集電電極34の厚さが0.5〜100μmである場合は、集電電極の面積と厚さとを調整することにより、十分に抵抗の低い集電電極とすることができる。
更に、透光性基板1の一面と、セラミック基板2の一面との間に、各々が有する、透光性導電層31間、半導体電極32間、触媒電極33間、負極側集電電極34間及び電解液35間が、それぞれ電気的に絶縁された複数の単セル構成体3が設けられ、且つ複数の単セル構成体3の各々が直列に接続されている場合は、太陽電池の出力電圧を高くすることができる。
また、透光性基板1の一面と、セラミック基板2の一面との間が、少なくとも、2個以上の単セル構成体3の各々が有する負極側集電電極34の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて絶縁がなされている場合は、各々の単セル構成体3をそれぞれ電気的に確実に絶縁することができる。
更に、透光性基板1の一面と、対極基板2の一面との間に、各々が有する、透光性導電層31間、半導体電極32間、触媒電極33間、負極側集電電極34間、電解液35間及びインターコネクタ37間、がそれぞれ電気的に絶縁された複数の単セル構成体3が設けられ、且つ複数の単セル構成体3の各々が直列に接続されている場合は、太陽電池の出力電圧を高くすることができる。
また、透光性基板1の一面と、対極基板2の一面との間が、単セル構成体3の各々が有する半導体電極32の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて絶縁がなされている場合は、各々の単セル構成体3をそれぞれ電気的に確実に絶縁することができる。
更に、対極基板2と触媒電極33との間に正極側集電電極39が設けられた場合は、正極側での集電効率も向上し、より発電効率に優れた太陽電池とすることができる。
本発明の色素増感型太陽電池は、透光性基板1と、この透光性基板1の一面に対向して配置された対極基板2と、透光性基板1の一面に設けられた透光性導電層31、透光性導電層31の表面に設けられ且つ増感色素を有する半導体電極32、対極基板2の一面に半導体電極32に対向して設けられた触媒電極33、対極基板2の一面又は他面に設けられ、触媒電極33と離間し且つ透光性導電層31と接続された負極側集電電極34、並びに半導体電極32及び触媒電極33の各々の少なくとも一部に含有され且つ半導体電極32と触媒電極33との間に充填された電解液35を有する少なくとも1個の単セル構成体3と、を備える。
この透光性基板1の「透光性」とは、下記式により表される可視光透過率が10%以上であることを意味する。
可視光透過率(%)=(透光性基板を透過した光量/透光性基板に入射した光量)×100
この可視光透過率は60%以上、特に85%以上であることが好ましい。
透光性基板1の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、上記の可視光透過率が60〜99%、特に85〜99%となる厚さであることが好ましい。
上記「透光性導電層31」は、透光性基板1の一面に設けられる。透光性導電層31は、透光性及び導電性を有しておればよく、その材質は特に限定されない。この透光性導電層31としては、導電性酸化物からなる薄膜、炭素薄膜等が挙げられる。導電性酸化物としては、酸化インジウム、スズドープ酸化インジウム、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)等が挙げられる。この透光性導電層31の厚さは材質によっても異なり、特に限定されないが、表面抵抗が100Ω/cm2以下、特に1〜10Ω/cm2となる厚さであることが好ましい。
この透光性導電層31の透光性の意味及び好ましい可視光透過率は、透光性基板1の場合と同様である。
尚、負極側集電電極341と透光性導電層31との間にインターコネクタとして介在させる導電性接着剤層は、後記の無機導電性接着剤を用いて同様に硬化させて形成することもできる。
このように、負極側集電電極342の場合は、材質及び厚さ等に何ら制限はなく、従って、対極基板2の材質も特に限定されないが、太陽電池の耐久性の面からはセラミック基板2であることが好ましい。
上記「インターコネクタ37」は、その一端面が透光性導電層31に接触し、又は接合され、他端面がビア導体38の一端側に接触し、又は接合されている。その材質は特に限定されず、負極側集電電極341の形成に用いられているのと同様の金属からなるインターコネクタ37とすることができる。また、導電性ゴム、異方導電性ゴム、加圧導電性ゴム等からなるインターコネクタ37とすることもできる。更に、前記の導電性接着剤層36の場合と同様の未硬化導電性接着剤及び導電性ホットメルト接着剤からなるインターコネクタ37とすることもできる。金属を用いたときは、透光性導電層31との密着性を高め、安定して導通させるため、透光性導電層31とインターコネクタ37との間に導電性接着剤層を介在させることが好ましい。この導電性接着剤層の材質及び形成方法は特に限定されないが、例えば、前記の導電性接着剤層36の場合と同様の光硬化性接着剤を用いて、同様にレーザー光を照射することにより形成させることができる。ゴムを用いたときは、その弾性により、透光性導電層31と対極基板2との間に安定して介装させることができ、各々の界面において十分に密着させることもできる。尚、ゴムを用いたときも、透光性導電層31とインターコネクタ37との間に上記と同様にして導電性接着剤層を介在させてもよい。
半導体電極を形成することができる面積割合(95%)=[36−{(3.14×0.75×0.75)×1/4}×4]/36(×100)
上記式における各々の数値の意味は以下のとおりである。
上記式において、36(mm2)は4個のインターコネクタ37のそれぞれの中心間を結んで形成される正方形の面積であり、3.14×0.75×0.75(mm2)は透光性導電層31及び触媒電極33が設けられていない4個の円形部分の各々の面積である。また、それぞれの正方形の面積のうち、半導体電極32を形成することができない部分は、各々の円形部分の面積のうちの1/4であり、円形部分が4個あるため、半導体電極32を形成することができない部分の合計面積は、その4倍になる。
尚、負極側集電電極341,342には取り出し電極を連設することもでき、この取り出し電極から電力を取り出すことができる。この取り出し電極は、負極側集電電極の形成時に同時に一体に形成することができる。
実施例1
以下のようにして図3に示す色素増感型太陽電池102を製造した。
(1)セラミック基板2の一部となるアルミナグリーンシート及び未焼成正極側集電電極の形成
90.5質量%のアルミナ粉末と、焼結助剤として1質量%のマグネシア粉末及び4質量%のシリカ粉末とを混合し、ボールミルにより12時間湿式粉砕し、その後、脱水し、乾燥した。次いで、この混合粉末と、有機バインダとして3質量%のメタクリル酸イソブチルエステル、1質量%のニトロセルロース及び0.5質量%のジオクチルフタレート、更には溶剤としてトリクロルエチレン及びn−ブタノールを配合し、ボールミルにより混合してアルミナ粉末を含有するスラリーを調製した。このスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、徐冷して溶剤を揮発させ、セラミック基板2の一部となるアルミナグリーンシートを形成した。
上記(1)で調製したアルミナ粉末を含有するスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、徐冷して溶剤を揮発させた。その後、上記(1)における正極側集電電極39となる導電塗膜に対応する位置に長方形の開口部を打ち抜き法により4個形成した。次いで、この4個の開口部が形成されたセラミック基板2の他部となる未焼成アルミナ成形体の一面に、上記(1)で調製したタングステン粉末を含有するメタライズインクを用いて、スクリーン印刷法により負極側集電電極341となる導電塗膜を形成した。
上記(1)で作製したアルミナグリーンシートの一面のうちの正極側集電電極39となる導電塗膜が形成されていない部分に、上記(2)で作製した未焼成アルミナ成形体の他面を積層させた。その後、アルミナグリーンシート、正極側集電電極39となる導電塗膜、未焼成アルミナ成形体及び負極側集電電極341となる導電塗膜を、還元雰囲気にて1500℃で同時焼成し、図3のように(図1参照)、100mm×100mm×平板部(図1参照、図1において符号22により示す部分である。)の厚さ1mm、凸状部(図1参照、図1において符号21により示す部分である。)の厚さ60μmのアルミナ基板2、平板部の一面に形成された78mm×18mm×厚さ50μmの4個のタングステンからなる正極側集電電極39、及びアルミナ基板2の凸状部の上面に形成された幅2mm×厚さ30μmの負極側集電電極341を有する積層体を作製した。次いで、スパッタ法により、正極側集電電極39の表面に白金を堆積させ、厚さ1μmの触媒電極33を形成した。
上記(3)で作製した積層体の負極側集電電極341の表面に、熱硬化性樹脂に98質量%のタングステン粉末を含有させた導電性接着剤をスクリーン印刷法により塗布し、導電性接着剤層36となる未硬化導電性接着剤層を形成した。
透光性導電層31が形成された100mm×100mm×厚さ4mmのガラス基板1(透光性基板1、日本板硝子社製)の透光性導電層31の表面に、市販のチタニアペースト(Solaronix社製、商品名「Ti−Nanoxide D/SP」)を用いてスクリーン印刷法により半導体電極32となる平面形状が長方形の塗膜を4個形成した。その後、150℃で30分予備乾燥し、次いで、マッフル炉(モトヤマ社製、型式「SK−2030D」)により500℃で30分保持して焼成し、半導体電極32を作製するための多孔質電極基体を形成した。一方、ルテニウム有機錯体[Ru2,2−bipyridil−4,4−dicarboxylate(TBA)2(NCS)2](小島化学社製、商品名「N−719」)を、アセトニトリルとtert−ブタノールとの混合溶媒に溶解させ、3×10−4モル/リットル濃度のアセトニトリル/tert−ブタノール溶液を調製した。次いで、このルテニウム有機錯体溶液に、多孔質電極基体及びガラス基板を12時間浸漬し、多孔質電極基体に増感色素であるルテニウム有機錯体を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(4)で作製した、負極側集電電極341の表面に未硬化導電性接着剤層が形成された積層体と、上記(5)で作製した、半導体電極32が形成されたガラス基板とを、半導体電極32と触媒電極33とが対向するようにして、且つ厚さ100μmの接着性樹脂シート(三井デュポンポリケミカル社製、商品名「ハイミラン1702」)に、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて91mm×91mmの開口部を設け、これを透光性導電層31とセラミック基板2との間にスペーサーとして介装させて、積層した。その後、ホットプレートを用いて上記のスペーサーを100℃に加熱し、透光性導電層31とセラミック基板2とを接合した。次いで、ガラス基板の側から未硬化導電性接着剤層にYAGレーザーを照射して硬化させ、導電性接着剤層36を形成した。その後、形成された空間内に、ブチロニトリルに、0.05モルのI2、0.1モルのLiI、0.6モルのDimethylpropylimidazolium iodide及び0.5モルの4−tert−butylpyridineを混入させて調製した電解液35を注射器により、セラミック基板2に設けられた注入口から注入し、注入後、直ちに隙間を紫外線硬化性樹脂により封止し、色素増感型太陽電池102を製造した。
上記(6)で製造した色素増感太陽電池に、ハロゲンランプを用いて20mW/cm2の光を照射し、スタンダードボルタンメトリーツール(北斗電工社製、型式「HSV−100」)を用いて電流−電圧曲線を測定し、光電変換効率(η)を求めた。その結果、ηは8.2%であった。
以下のようにして図6に示す色素増感型太陽電池104を製造した。
(1)セラミック基板2となるアルミナグリーンシート及び未焼成負極側集電電極の形成
実施例1の(1)と同様にして調製したアルミナ粉末を含有するスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、徐冷して溶剤を揮発させ、セラミック基板2となるアルミナグリーンシートを形成した。その後、実施例1の(1)と同様にして調製したタングステン粉末を含有するメタライズインクを用いて、アルミナグリーンシートの表面に、スクリーン印刷法により正極側集電電極39となる平面形状が長方形の導電塗膜を4個形成した。また、上記のタングステン粉末を含有するメタライズインクを用いて、スクリーン印刷法により、アルミナグリーンシートの表面に、正極側集電電極39となる導電塗膜を取り囲むように、且つこの導電塗膜と離間させて、負極側集電電極341となる導電塗膜を形成した。
上記(1)で形成したアルミナグリーンシート、正極側集電電極39となる導電塗膜、及び負極側集電電極341となる導電塗膜を、還元雰囲気にて1500℃で同時焼成し、図6のように(図4参照)、100mm×100mm×厚さ1mmのアルミナ基板2、その一面に形成された78mm×18mm×厚さ10μmの4個のタングステンからなる正極側集電電極39、及び幅2mm×厚さ50μmの負極側集電電極341を有する積層体を作製した。
上記(2)で形成した正極側集電電極39の表面に、スパッタ法により、白金からなる78mm×18mm×厚さ1μmの触媒電極33を形成した。
上記(2)で形成した負極側集電電極341の表面に、実施例1の(4)と同様にして調製した導電性接着剤を同様にして塗布し、導電性接着剤層36となる未硬化導電性接着剤層を形成した。
実施例1の(5)と同様にして多孔質電極基体を形成し、同様にして増感色素を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(4)で作製した、負極側集電電極341の表面に未硬化導電性接着剤層が形成された積層体と、上記(5)で作製した、半導体電極32が形成されたガラス基板とを、半導体電極32と触媒電極33とが対向するようにして、且つ実施例1の(6)に記載の接着性樹脂シートに、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて91mm×91mmの開口部を設け、これを透光性導電層31とセラミック基板2との間にスペーサーとして介装させて、積層した。その後、実施例1の(6)と同様にして接着性樹脂シートを加熱し、透光性導電層31とセラミック基板2とを接合した。また、未硬化導電性接着剤層を硬化させて導電性接着剤層36を形成した。次いで、実施例1の(6)と同様にして調製した電解液35を同様にして設けられた注入口から注射器により注入し、注入後、同様にして封止し、色素増感型太陽電池104を製造した。
実施例1の(7)と同様にして求めたηは8.2%であった。
以下のようにして図9に示す色素増感型太陽電池106を製造した。
(1)セラミック基板2となるアルミナグリーンシート、未焼成負極側集電電極、未焼成ビア導体及び未焼成正極側集電電極の作製
実施例1の(1)と同様にして調製したアルミナ粉末を含有するスラリーを減圧脱泡させ、その後、流延させてシートとし、次いで、徐冷して溶剤を揮発させ、セラミック基板2となるアルミナグリーンシートを形成した。その後、このアルミナグリーンシートに、穴開けパンチを用いて、横断面が円形で直径が0.25mm(面積が0.05mm2)であり、且つ各々の離間距離が8mmのビアホールを121個等間隔に形成した。次いで、実施例1の(1)と同様にして調製したタングステン粉末を含有するメタライズインクを、アルミナグリーンシートの他面にスクリーン印刷法により塗布して負極側集電電極342となる導電塗膜を形成し、同時に一面側から吸引してメタライズインクをビアホールの内部に充填させ、未焼成ビア導体を形成した。また、メタライズインクを、アルミナグリーンシートの一面に、配設されるインターコネクタ37の周囲の焼成後直径1.5mmとなる部分を除いてスクリーン印刷法により塗布し、正極側集電電極39となる導電塗膜を形成した。
上記(1)で作製したアルミナグリーンシート、負極側集電電極342となる導電塗膜、未焼成ビア導体及び正極側集電電極39となる導電塗膜を、還元雰囲気にて1500℃で同時焼成し、図9のように(図7参照)、100mm×100mm×厚さ1mmのアルミナ基板2、その一面に形成された100mm×100mm×厚さ10μmのタングステンからなる負極側集電電極342、ビア導体38、及びアルミナ基板2の他面に形成された外寸100mm×100mm×厚さ10μmの正極側集電電極39を有する積層体を作製した。
上記(2)で作製した正極側集電電極39の表面に、スパッタ法により、白金からなる厚さ1μmの触媒電極33を形成した。
導電材料としてタングステン粉末を含有する導電性シリコンゴムを用いて、直径500μm、長さ200μmの導電性ゴムからなるインターコネクタ37を形成した。
透光性導電層31の表面のうちの、配設されるインターコネクタ37の周囲の直径1.5mmの部分を除く他部に、実施例1の(5)と同様にして多孔質電極基体を形成し、同様にして増感色素を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(3)で作製した、セラミック基板2の一面に正極側集電電極39と触媒電極33、他面に負極側集電電極342が形成され、セラミック基板2にビア導体38が形成された積層体の、各々のビア導体38の一端側に上記(4)で作製したインターコネクタ37を配設した。その後、実施例1の(6)に記載の接着性樹脂シートに、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて81mm×81mmの開口部を設け、これをセラミック基板2の周縁に配設し、次いで、上記(5)で作製された、半導体電極32が形成されたガラス基板1を、セラミック基板2に形成された触媒電極33と半導体電極32とが対向するように積層した。その後、実施例1の(6)と同様にして接着性樹脂シートを加熱し、透光性導電層31とセラミック基板2とを接合した。次いで、実施例1の(6)と同様にして調製した電解液35を同様にして設けられた注入口から注射器により注入し、注入後、同様にして封止し、色素増感型太陽電池106を製造した。
実施例1の(7)と同様にして求めたηは8.5%であった。
以下のようにして対極基板がガラス基板である色素増感型太陽電池を製造した。
(1)負極側集電電極、ビア導体、正極側集電電極及び触媒電極の作製
透光性導電層31が形成された100mm×100mm×厚さ1mmのガラス基板2(対極基板2、日本板硝子社製)の全面に、ドリル加工により、直径0.25mmのビアホールを8mm間隔で形成した。その後、ボールミルを用いてタングステン粉末を含有する樹脂ペーストを調製し、この樹脂ペーストを穴埋め印刷によりビアホール内に充填し、未焼成ビア導体を形成した。次いで、ガラス基板2の他面に、スクリーン印刷法により上記の樹脂ペーストを塗布して負極側集電電極342となる導電塗膜を形成した。また、ガラス基板2の一面に、配設されるインターコネクタ37の周囲の直径1.5mmの部分を除いてスクリーン印刷法により上記の樹脂ペーストを塗布し、正極側集電電極39となる導電塗膜を形成した。その後、150℃で2時間保持して乾燥させ、負極側集電電極342、ビア導体38及び正極側集電電極39を形成した。次いで、正極側集電電極39の表面に、スパッタ法により、白金からなる厚さ1μmの触媒電極33を形成した。
実施例3の(4)と同様にしてインターコネクタ37を形成した。
透光性導電層31の表面のうちの、配設されるインターコネクタ37の周囲の直径1.5mmの部分を除く他部に、実施例1の(5)と同様にして多孔質電極基体を形成し、同様にして増感色素を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(1)で作製した、ガラス基板2の一面に正極側集電電極39と触媒電極33が形成され、他面に負極側集電電極342が形成され、且つガラス基板2にビア導体38が形成された積層体の、各々のビア導体38の一端側に上記(2)で作製したインターコネクタ37を配設した。その後、実施例1の(6)に記載の接着性樹脂シートに、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて82mm×82mmの開口部を設け、これをガラス基板2の周縁に配設し、次いで、上記(3)で作製した、半導体電極32が形成されたガラス基板1を、ガラス基板2に形成された触媒電極33と半導体電極32とが対向するように積層した。その後、実施例1の(6)と同様にして接着性樹脂シートを加熱し、透光性導電層31とガラス基板2とを接合した。次いで、実施例1の(6)と同様にして調製した電解液35を同様にして設けられた注入口から注射器により注入し、注入後、同様にして封止し、色素増感型太陽電池を製造した。
実施例1の(7)と同様にして求めたηは8.2%であった。
尚、この実施例4の色素増感型太陽電池は、対極基板2が透光性導電層31を有するガラス基板2であることを除いて実施例3の色素増感型太陽電池106と同一構造であり、図面としては図9を代用する。
以下のようにしてインターコネクタが導電性接着剤からなる色素増感型太陽電池を製造した。
(1)実施例3の(1)と同様にしてセラミック基板2となるアルミナグリーンシート、未焼成負極側集電電極、未焼成ビア導体及び未焼成正極側集電電極を作製した。
上記(3)で作製した積層体のアルミナ基板2の一面のうちのビア導体38の端面が露出している部分に、25質量%の珪酸カリウムと75質量%のニッケル粉末とを、純水に投入し、混合して調製した無機導電性接着剤をスクリーン印刷法により塗布し、ビア導体38の端面と同心円状になるように、直径1.5mm、長さ100μmのインターコネクタ37となる未硬化インターコネクタを形成した。
実施例1の(5)と同様にして多孔質電極基体を形成し、同様にして増感色素を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(3)で作製した、セラミック基板2の一面に正極側集電電極39と触媒電極33、他面に負極側集電電極342が形成され、セラミック基板2にビア導体38が形成された積層体の、セラミック基板2の一面の周縁に、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて81mm×81mmの開口部を設けた実施例1の(6)に記載の接着性樹脂シートを配設し、その後、上記(5)で作製された、半導体電極32が形成されたガラス基板1を、セラミック基板2に形成された触媒電極33と半導体電極32とが対向するように積層した。次いで、実施例1の(6)と同様にして接着性樹脂シートを加熱し、透光性導電層31とセラミック基板2とを接合させた。同時に上記(4)で形成した未硬化インターコネクタは大気中において脱水縮合反応がおこることにより硬化し、その後、真空デシケーターに投入し、乾燥させ、インターコネクタ37を形成した。次いで、実施例1の(6)と同様にして調製した電解液35を同様にして設けられた注入口から注射器により注入し、注入後、同様にして封止し、色素増感型太陽電池を製造した。
実施例1の(7)と同様にして求めたηは8.2%であった。
尚、この実施例5の色素増感型太陽電池は、インターコネクタ37が導電性接着剤層からなることを除いて実施例3の色素増感型太陽電池106と同一構造であり、図面としては図9を代用する。
以下のようにして対極基板が樹脂基板である図10に示す色素増感型太陽電池107を製造した。
(1)ビア導体、正極側集電電極及び触媒電極の形成
100mm×100mm×厚さ120μmのポリエチレンナフタレート樹脂からなる樹脂基板2の中心部に、穴開けパンチを用いて、横断面が円形で直径が0.25mmであり、且つ各々の端縁間の距離が0.25mmのビアホールを3個等間隔に形成した。その後、スパッタ法により、樹脂基板2の一面にタングステンを堆積させ、この一面のうちのビアホールの周囲の直径1.5mmの円形部分にタングステンを堆積させて厚さ10μmのインターコネクタ37の一部となるインターコネクタ用導電層371を形成するとともに、ビアホールの壁面にビア導体38を形成し、同時に、樹脂基板2の一面のうちの導電層371が形成されていない他部に、導電層371と離間させて厚さ10μmの正極側集電電極39を形成した。次いで、スパッタ法により、正極側集電電極39の表面に白金を堆積させ、厚さ1μmの触媒電極33を形成した。
樹脂基板2の他面に、スクリーン印刷法により市販の銀ペーストを塗布して負極側集電電極342となる導電塗膜を形成した。次いで、150℃で30分加熱して負極側集電電極342を形成した。その後、ビアホールのビア導体38が形成されていない中空部に、樹脂基板2の一面側から樹脂封止剤を充填し、穴埋めして樹脂封止部373を形成した。次いで、上記(1)で形成したインターコネクタ37の一部となる導電層371の表面に、実施例1の(4)と同様にして調製した導電性接着剤を塗布し、インターコネクタ37の他部となる厚さ50μmのインターコネクタ用接着塗膜を形成した。
透光性導電層31の表面のうちの、配設されるインターコネクタ用接着剤層372の周囲の直径2.0mmの部分を除く部分に、スクリーン印刷法により市販の低温成膜用チタニアペーストを塗布し、150℃で乾燥させて多孔質電極基体を形成し、実施例1の(5)と同様にして増感色素を付着させて半導体電極32を形成した。
上記(1)で作製された、樹脂基板2の一面に正極側集電電極39と触媒電極33が形成され、他面に負極側集電電極342が形成され、且つ樹脂基板2にビア導体38が形成された積層体の樹脂基板2の周縁に、実施例1の(6)に記載の接着性樹脂シートに、半導体電極32の最外周の寸法に合わせて82mm×82mmの開口部を設け、これを樹脂基板2の周縁に配設し、その後、上記(3)で作製した、半導体電極32が形成されたガラス基板1を、樹脂基板2に形成されたインターコネクタ用接着塗膜と半導体電極32が形成されていない部分とが対向するように積層した。その後、乾燥機中にて120℃に加熱し、インターコネクタ用接着塗膜を硬化させてインターコネクタ用接着剤層372を形成して透光性導電層31に接着させるとともに、接着性樹脂シートにより透光性導電層31とガラス基板2とを接合した。次いで、実施例1の(6)と同様にして調製した電解液35を同様にして設けられた注入口から注射器により注入し、注入後、同様にして封止し、色素増感型太陽電池107を製造した。
実施例1の(7)と同様にして求めたηは7.0%であった。
Claims (16)
- 透光性基板と、
該透光性基板の一面に対向して配置された対極基板と、
該透光性基板の該一面に設けられた透光性導電層、該透光性導電層の表面に設けられ且つ増感色素を有する半導体電極、該対極基板の一面に該半導体電極に対向して設けられた触媒電極、該対極基板の該一面又は他面に設けられ、該触媒電極と離間し且つ該透光性導電層と接続された負極側集電電極、並びに該半導体電極及び該触媒電極の各々の少なくとも一部に含有され且つ該半導体電極と該触媒電極との間に充填された電解液を有する少なくとも1個の単セル構成体と、を備えることを特徴とする色素増感型太陽電池。 - 上記対極基板がセラミック基板であり、上記負極側集電電極が該セラミック基板の上記透光性基板の上記一面に対向する一面に設けられ且つタングステンを含有する請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記負極側集電電極の厚さが10〜100μmである請求項2に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性導電層と上記負極側集電電極とが、導電性接着剤層を介して接続されている請求項2又は3に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記導電性接着剤層には導電性フィラーが含有されており、該導電性フィラーはカーボンフィラー、タングステンフィラー、チタンフィラー及びニッケルフィラーのうちの少なくとも1種である請求項4に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記導電性接着剤層は、未硬化導電性接着剤層が、上記透光性基板を透過して照射されたレーザー光により硬化されてなる請求項4又は5に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記負極側集電電極が上記対極基板の上記他面に設けられ、上記透光性導電層の上記表面と該対極基板の上記一面との間に複数のインターコネクタが介装され、且つ複数の該インターコネクタの各々と該負極側集電電極とが、該対極基板に形成されたビア導体により接続されている請求項1に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記インターコネクタの横断面の面積が0.15〜5.0mm2であり、複数の上記インターコネクタのそれぞれの離間距離が4.0〜11.0mmである請求項7に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記インターコネクタは、アルカリケイ酸塩を含有する未硬化導電性接着剤層が硬化されてなる請求項7又は8に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記対極基板がセラミック基板である請求項7乃至9のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記負極側集電電極の厚さが0.5〜100μmである請求項7乃至10のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性基板の上記一面と、上記セラミック基板の上記一面との間に、各々が有する、透光性導電層間、半導体電極間、触媒電極間、負極側集電電極間及び電解液間が、それぞれ電気的に絶縁された複数の上記単セル構成体が設けられ、且つ複数の該単セル構成体の各々が直列に接続されている請求項2乃至6うちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性基板の上記一面と、上記セラミック基板の上記一面との間が、上記単セル構成体の各々が有する負極側集電電極の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて上記絶縁がなされている請求項12に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性基板の上記一面と、上記対極基板の上記一面との間に、各々が有する、透光性導電層間、半導体電極間、触媒電極間、負極側集電電極間、電解液間及びインターコネクタ間、がそれぞれ電気的に絶縁された複数の上記単セル構成体が設けられ、且つ複数の該単セル構成体の各々が直列に接続されている請求項7乃至11のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記透光性基板の上記一面と、上記対極基板の上記一面との間が、上記単セル構成体の各々が有する半導体電極の周囲においてそれぞれ樹脂又はガラスにより封着されて上記絶縁がなされている請求項14に記載の色素増感型太陽電池。
- 上記対極基板と上記触媒電極との間に正極側集電電極が設けられた請求項1乃至15のうちのいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池。
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