JP5483391B2 - Dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell system - Google Patents
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Description
本発明は、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池システムに関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell and a dye-sensitized solar cell system.
近年、環境に対して配慮する人々の関心や、従来の電気エネルギー取得手段の代替用途という側面から、太陽電池が注目されている。太陽電池の主要な種類としては、Si系太陽電池や色素や導電性高分子を用いた有機半導体系太陽電池などが知られている。反射性を有するSi系太陽電池は20%の光電効率を有するが、半導体装置のような大掛かりな設備が必要となるため、製造コストが高価なものとなる。 2. Description of the Related Art In recent years, solar cells have attracted attention from the viewpoints of people who consider the environment and alternative uses of conventional means for acquiring electrical energy. As main types of solar cells, Si-based solar cells, organic semiconductor-based solar cells using pigments and conductive polymers, and the like are known. Although the Si-based solar cell having reflectivity has a photoelectric efficiency of 20%, a large-scale facility such as a semiconductor device is required, so that the manufacturing cost is high.
一方、製造コストの高いSi系太陽電池に代わる材料を用いた太陽電池として、反射性及び透過性の双方の特性を有する色素増感型太陽電池が注目されている。色素増感型太陽電池はSi系太陽電池と比べると構造も単純なため、製造コストを安価にすることができる反面、光電効率も10%程度と低い。 On the other hand, a dye-sensitized solar cell having both reflective and transmissive characteristics has attracted attention as a solar cell using a material that replaces a Si-based solar cell with high manufacturing cost. Since the dye-sensitized solar cell has a simple structure as compared with the Si solar cell, the manufacturing cost can be reduced, but the photoelectric efficiency is as low as about 10%.
このように、光電効率が高いと製造コストが高価なものとなり、製造コストが低いと光電効率が低いものとなることが、未だに太陽電池が十分に普及していない理由のひとつである。 Thus, if the photoelectric efficiency is high, the manufacturing cost is expensive, and if the manufacturing cost is low, the photoelectric efficiency is low. This is one of the reasons why the solar cells are not yet widespread.
そこで、近年、太陽電池の発電効率を向上させるため、レンズやミラーによる集光装置を用い、一日の時間帯や季節の変動による影響を低減して集光効率を高め、発電効率の向上を図ろうとした集光型太陽電池が研究されている。 Therefore, in recent years, in order to improve the power generation efficiency of solar cells, a condensing device using lenses and mirrors has been used to reduce the influence of daily time zones and seasonal fluctuations to increase the light collection efficiency and improve the power generation efficiency. A concentrating solar cell to be designed has been studied.
例えば、特許文献1に開示の技術では、シリンドリカル状集光曲面群の背面に直線スリット状光透過孔群を有する光反射層を設けて、太陽電池の光電変換に寄与しなかった反射光を再度反射させることにより、光反射層と光電変換層との間で光を多重反射できるようにして、太陽電池の光電変換効率を向上させようとしている。
しかしながら、特許文献1に開示の技術では、集光素子がシリンドリカル状集光曲面群であるため、光反射層に設けられている孔(直線スリット状光透過孔群)は直線スリット状であり、シリンドリカル状集光曲面群を構成する各シリンドリカルレンズの山部に対応して長細く構成されている。そのため、光電変換層で反射した光の相当量が多重反射には寄与せずに直線スリット状光透過孔群を通過して逃げてしまい、光電変換効率が不十分であるという不具合がある。
However, in the technique disclosed in
また、光反射層はシリンドリカル状集光曲面群の背面に設けられているだけである。太陽電池がSi系太陽電池であるときは反射性を有するため、光反射層はシリンドリカル状集光曲面群の背面に設けられているだけでも光反射層と光電変換層との間に十分な多重反射が生じるかもしれないが、太陽電池が色素増感型太陽電池であるときは透過性も有するため、光反射層はシリンドリカル状集光曲面群の背面に設けるだけでは光電変換層を光が透過してしまい、十分な多重反射が発生せず、光電変換効率が不十分であるという不具合もある。 Further, the light reflection layer is only provided on the back surface of the cylindrical condensing curved surface group. When the solar cell is a Si-based solar cell, it has reflectivity, so even if the light reflecting layer is provided on the back surface of the cylindrical condensing curved surface group, sufficient multiplexing between the light reflecting layer and the photoelectric conversion layer is sufficient. Reflection may occur, but when the solar cell is a dye-sensitized solar cell, it also has transparency, so that the light reflection layer can be transmitted through the photoelectric conversion layer simply by providing it on the back of the cylindrical condensing curved surface group. As a result, sufficient multiple reflection does not occur and the photoelectric conversion efficiency is insufficient.
本発明の目的は、色素増感型太陽電池について光電変換効率を十分に向上させることである。 An object of the present invention is to sufficiently improve the photoelectric conversion efficiency of a dye-sensitized solar cell.
(1)本発明は、第1の透明電極と、第2の透明電極と、前記第1の透明電極と第2の透明電極との間に設けられた電解質層と、前記電解質層と前記第1の透明電極との間に設けられ、光を吸収して励起する色素を含んでいる多孔質層と、前記第1の透明電極の外部からの前記多孔質層への光の入射側に配列され、当該光を集光する複数の凸レンズと、前記第1の透明電極と前記複数の凸レンズとの間に設けられ、前記第1の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第1の反射部材と、前記第1の反射部材に設けられ前記複数の凸レンズのそれぞれで集光された光が通過する前記複数の凸レンズのそれぞれに対応する複数の孔と、前記第2の透明電極の前記電解質層側とは反対側に設けられ、前記第2の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第2の反射部材と、前記第1の透明電極、前記第2の透明電極、前記電解質層及び前記多孔質層の側面の周囲に設けられ、当該側面側の面が反射面となっている板状の第3の反射部材と、を備え、前記複数の凸レンズは前記第1の反射部材と離間して配置され、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極と前記電解質層と前記多孔質層とを有する太陽電池本体が、前記第1の反射部材と前記第2の反射部材と前記第3の反射部材とにより覆われている色素増感型太陽電池である。 (1) The present invention provides a first transparent electrode, a second transparent electrode, an electrolyte layer provided between the first transparent electrode and the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the first A porous layer provided between the first transparent electrode and containing a dye that absorbs and excites light, and is arranged on the light incident side from the outside of the first transparent electrode to the porous layer A plurality of convex lenses for condensing the light, and a plate provided between the first transparent electrode and the plurality of convex lenses, the first transparent electrode side surface being a light reflecting surface A first reflecting member having a shape, a plurality of holes corresponding to each of the plurality of convex lenses through which light collected by each of the plurality of convex lenses is provided on the first reflecting member, and the second The transparent electrode is provided on the side opposite to the electrolyte layer side, and the second transparent electrode side surface is a light reflecting surface. The plate-like second reflecting member, the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer are provided around the side surfaces thereof, and the side surface side is reflected. A plate-like third reflecting member that is a surface, and the plurality of convex lenses are arranged apart from the first reflecting member, and the first transparent electrode and the second transparent electrode A solar cell body having the electrolyte layer and the porous layer is a dye-sensitized solar cell covered with the first reflecting member, the second reflecting member, and the third reflecting member. .
(2)さらに、前記複数の凸レンズは、球面レンズであり、前記複数の孔は、前記球面レンズで集光された光の光束に合った丸孔であるようにしてもよい。 ( 2 ) Further, the plurality of convex lenses may be spherical lenses, and the plurality of holes may be round holes that match a light beam condensed by the spherical lens.
(3)さらに、前記複数の凸レンズは、非球面レンズであり、前記複数の孔は、前記非球面レンズで集光された光の光束に合った丸孔であるようにしてもよい。 ( 3 ) Further, the plurality of convex lenses may be aspherical lenses, and the plurality of holes may be round holes that match a light beam condensed by the aspherical lens.
(4)前記複数の孔は、前記反射面側が最も狭くなっていて、対応する前記凸レンズに向けて漸次広くなっており、前記複数の凸レンズは、その焦点が、対応する前記孔の最も狭くなっている位置に合っているようにしてもよい。 (4) the plurality of holes, said reflecting surface side has become narrowest, and wider gradually toward said corresponding convex lenses, the plurality of convex lenses, the focal point, of the corresponding hole narrowest You may make it match the position.
(5)別の本発明は、第1の透明電極と、第2の透明電極と、前記第1の透明電極と第2の透明電極との間に設けられた電解質層と、前記電解質層と前記第1の透明電極との間に設けられ光を吸収して励起する色素を含んでいる多孔質層と、前記第1の透明電極の外部からの前記多孔質層への光の入射側に配列され当該光を集光する複数の凸レンズと、前記第1の透明電極と前記複数の凸レンズとの間に設けられ前記第1の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第1の反射部材と、前記第1の反射部材に設けられ前記複数の凸レンズのそれぞれで集光された光が通過する前記複数の凸レンズのそれぞれに対応する複数の孔と、前記第2の透明電極の前記電解質層側とは反対側に設けられ前記第2の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第2の反射部材と、前記第1の透明電極、前記第2の透明電極、前記電解質層及び前記多孔質層の側面の周囲に設けられ当該側面側の面が反射面となっている板状の第3の反射部材と、を備え、前記複数の凸レンズは前記第1の反射部材と離間して配置され、前記第1の透明電極と前記第2の透明電極と前記電解質層と前記多孔質層とを有する太陽電池本体が、前記第1の反射部材と前記第2の反射部材と前記第3の反射部材とにより覆われているパネル状の色素増感型太陽電池と、太陽の位置を検出するセンサと、前記複数の凸レンズ及び前記第1の反射部材の向きを可変する移動機構と、このセンサの検出に基づいて前記移動機構で前記複数の凸レンズ及び前記第1の反射部材の向きを前記複数の凸レンズを透過した太陽光が第1の反射部材を透過するように制御する制御手段と、を備えている色素増感型太陽電池システムである。 (5) Another aspect of the present invention relates to a first transparent electrode, a second transparent electrode, an electrolyte layer provided between the first transparent electrode and the second transparent electrode, and the electrolyte layer. A porous layer provided between the first transparent electrode and containing a dye that absorbs and excites light; and on the incident side of light from the outside of the first transparent electrode to the porous layer A plurality of convex lenses arranged to collect the light, and a plate shape provided between the first transparent electrode and the plurality of convex lenses, the first transparent electrode side surface being a light reflecting surface A plurality of holes corresponding to each of the plurality of convex lenses through which light collected by each of the plurality of convex lenses is provided, and the second reflection member is provided on the first reflection member. Provided on the opposite side of the transparent electrode from the electrolyte layer side, the surface on the second transparent electrode side is a light reflecting surface The plate-like second reflecting member, the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer are provided around the side surface of the porous layer, and the side surface is a reflecting surface. A plate-like third reflecting member, wherein the plurality of convex lenses are spaced apart from the first reflecting member, and the first transparent electrode, the second transparent electrode, and the electrolyte A panel-shaped dye-sensitized solar cell in which a solar cell body having a layer and the porous layer is covered with the first reflecting member, the second reflecting member, and the third reflecting member; A sensor for detecting the position of the sun, a moving mechanism for changing the directions of the plurality of convex lenses and the first reflecting member, and the plurality of convex lenses and the first by the moving mechanism based on the detection of the sensor. The sun that has passed through the plurality of convex lenses in the direction of the reflecting member There is a first dye-sensitized solar cell system you are provided with control means, the controlling to transmit the reflecting member.
(1)の発明によれば、電解質層、多孔質層を透過した光は第2の反射部材で反射され、第1の反射部材と第2の反射部材との間で多重反射を繰返すので、色素増感型太陽電池について光電変換効率を向上させることができる。 According to the invention of (1), the light transmitted through the electrolyte layer and the porous layer is reflected by the second reflecting member, and multiple reflection is repeated between the first reflecting member and the second reflecting member. Photoelectric conversion efficiency can be improved for the dye-sensitized solar cell.
(1)の発明によれば、第1の透明電極、第2の透明電極、電解質層及び多孔質層の側面から漏れる光は第3の反射部材で戻されるので、第1の反射部材、第2の反射部材、第3の反射部材の間で多重反射を繰返し、光電変換効率をさらに向上させることができる。 According to the invention of ( 1 ), light leaking from the side surfaces of the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer is returned by the third reflecting member, so that the first reflecting member, Multiple reflections can be repeated between the second reflecting member and the third reflecting member to further improve the photoelectric conversion efficiency.
(2)(3)の発明によれば、凸レンズが球面レンズ又は非球面レンズであり、球面レンズ又は非球面レンズが集光した光が通過する孔は球面レンズ又は非球面レンズで集光された光の光束に合った丸孔であるため、球面レンズ又は非球面レンズが集光した光が通過する孔の広さが最小限となり、第1の反射部材の孔から漏れる光を最低限に抑制して、光電変換効率をさらに向上させることができる。 ( 2 ) According to the invention of ( 3 ), the convex lens is a spherical lens or an aspheric lens, and the hole through which the light collected by the spherical lens or the aspheric lens passes is condensed by the spherical lens or the aspheric lens Because it is a round hole that matches the luminous flux of light, the size of the hole through which the light collected by the spherical lens or aspherical lens passes is minimized, and the light leaking from the hole of the first reflecting member is minimized. Thus, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.
(4)の発明によれば、孔は反射面側が最も狭くなっていて、凸レンズは、その焦点が前記孔の最も狭くなっている位置に合っているので、凸レンズが集光した光が通過する孔の広さをさらに小さくし、第1の反射部材の孔から漏れる光をさらに抑制して、光電変換効率をさらに向上させることができる。 According to the invention of (4), the holes have reflecting surface side narrowest, convex lens, since the focal point matches the narrowest and have the position of the hole, the light projecting lens is condensed It is possible to further improve the photoelectric conversion efficiency by further reducing the size of the hole passing therethrough and further suppressing light leaking from the hole of the first reflecting member.
(5)の発明によれば、季節や時間帯に関係なく太陽光が孔を通って多孔質層に入射するようにできるので、季節や時間帯に関わらず光電変換効率の高い太陽光発電を行うことができる。 According to the invention of ( 5 ), since sunlight can enter the porous layer through the hole regardless of the season or time zone, solar power generation with high photoelectric conversion efficiency can be achieved regardless of the season or time zone. It can be carried out.
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態にかかる色素増感型太陽電池パネルの一部を示す部分拡大縦断面図である。この色素増感型太陽電池パネル1は、太陽電池本体21を備えている。この太陽電池本体21は基板2、基板3、透明電極4、透明電極5、電解質層6及び多孔質層7から構成されている。すなわち、太陽電池本体21は、透明なガラスやプラスチックなどから構成され、互いに対向している基板2及び基板3を備えている。基板2の内側にはPt蒸着などで形成された透明電極4が設けられ、基板3の内側には同じくPt蒸着などで形成された透明電極(対向電極)5が設けられている。透明電極4と透明電極5との間には電解質層6が設けられている。電解質層6は例えばホウ素を溶かした電解液である。
FIG. 1 is a partially enlarged longitudinal sectional view showing a part of a dye-sensitized solar cell panel according to the present embodiment. The dye-sensitized
電解質層6と透明電極4との間には多孔質層7が形成されている。この多孔質層7は、例えば酸化チタン層であり、ルテニウム錯体など、光を吸収して励起する色素を含んでいる。この多孔質層7において光電変換が行なわれる。
A
透明電極4の外部からの多孔質層7への光の入射側(基板2側)には、多数の凸レンズ8aが連続的に形成されたマイクロレンズアレイ8が設けられている。この色素増感型太陽電池パネル1では、太陽光Lを上方から入射させることを想定していて、マイクロレンズアレイ8は太陽光Lを集光して多孔質層7に入射させる。
On the incident side (
透明電極4と凸レンズ8との間で基板2の外側には、透明電極4側の面が光の反射面(ミラー面)11aとなっている板状の反射部材11が設けられている。この反射部材11には複数の孔12が貫通している。この孔12は、凸レンズ8aで集光された光Lを通過させて多孔質層7に入射させる。
Between the
透明電極5の電解質層7側とは反対側で基板3の外側には、透明電極5側の面が光の反射面(ミラー面)13aとなっている反射部材13が設けられている。
On the opposite side of the
透明電極2、透明電極3、電解質層6及び多孔質層7の側面の周囲には、これらの側面の全体を取り囲むように側面側の面が反射面(ミラー面)14aとなっている反射部材14が設けられている。
A reflective member having a reflective surface (mirror surface) 14a around the side surfaces of the
図2は、マイクロレンズアレイ8の平面図(a)と斜視図(b)である。このマイクロレンズアレイ8では、凸レンズ8aは球面レンズであり、凸レンズ8aの縦方向の並びからそれぞれ構成される各縦列は隣接する縦列と凸レンズ8aの直径の1/2分だけずれていて、各凸レンズ8aの中心(光軸)を結んだ線が正三角形又は正六角形を構成するように配置されている。
FIG. 2 is a plan view (a) and a perspective view (b) of the
図3は、このマイクロレンズアレイ8に対応する反射部材11の平面図である。反射部材11に形成されている各孔12は、各凸レンズ8aの中心(光軸)に対応する位置に形成されている。マイクロレンズアレイ8から見た各孔12の位置は図2にも破線で示している。
FIG. 3 is a plan view of the reflecting
図4は、マイクロレンズアレイ8の他の例の平面図(a)と斜視図(b)である。このマイクロレンズアレイ8の例は、凸レンズ8aは同じく球面レンズであり、凸レンズ8aの縦方向の並びからそれぞれ構成される各縦列は隣接する縦列と凸レンズ8aの位置が合っていて、各凸レンズ8aは碁盤の目のように配列されている。
FIG. 4 is a plan view (a) and a perspective view (b) of another example of the
図5は、このマイクロレンズアレイ8に対応する反射部材11の平面図である。反射部材11に形成されている各孔12は、各凸レンズ8aの中心(光軸)に対応する位置に形成されている。マイクロレンズアレイ8から見た各孔12の位置は図4にも破線で示している。
FIG. 5 is a plan view of the reflecting
ここで、図2、図3の凸レンズ8aの配置と図4、図5の凸レンズ8aの配置とを比較すると、図2、図3の凸レンズ8aの配置の方が同一面積内での凸レンズ8aの集積度を高めることができるので望ましいといえる。
Here, when the arrangement of the
図6は、凸レンズ8aと反射部材11との配置を示す縦断面図である。反射部材11の孔12は、球面レンズ又は非球面レンズである凸レンズ8aで集光されて横断面がほぼ円形である光束Lが通過するに際して、この光束Lに合った丸孔になっている。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the arrangement of the
この孔12は、反射面11a側の部分12aが最も狭くなっていて凸レンズ8aに向けて漸次広くなっている。そして、凸レンズ8aは、その焦点が孔12の最も狭くなっている反射面11aの位置に合っている。
The
このように、色素増感型太陽電池パネル1によれば、電解質層6、多孔質層7を透過した光は反射部材13で反射され、反射部材11と反射部材13との間で多重反射を繰返すので、色素増感型太陽電池パネル1について光電変換効率を向上させることができる。
As described above, according to the dye-sensitized
また、透明電極2、透明電極3、電解質層6及び多孔質層7の側面から漏れる光は反射部材14で戻されるので、反射部材11、反射部材12、反射部材13の間で多重反射を繰返し、光電変換効率をさらに向上させることができる。
Further, since light leaking from the side surfaces of the
さらに、凸レンズ8aは球面レンズであり、この凸レンズ8aが集光した光が通過する孔12は凸レンズ8aで集光された光の光束に合った丸孔であるため、凸レンズ8aが集光した光が通過する孔12の広さは最小限となり、反射部材11の孔12から漏れる光を最低限に抑制して、光電変換効率をさらに向上させることができる。
Further, the
そのうえ、孔12は反射面11a側の部分12aが最も狭くなっていて、凸レンズ8aは、その焦点が孔12の最も狭くなっている位置に合っているので、球面レンズが集光した光が通過する孔の広さをさらに小さくし、反射部材11の孔12から漏れる光をさらに抑制して、光電変換効率をさらに向上させることができる。
In addition, since the
次に、色素増感型太陽電池パネル1を用いた色素増感型太陽電池システム101について説明する。図7は、色素増感型太陽電池システム101の色素増感型太陽電池パネル1部分を上から見た斜視図、図8は、同色素増感型太陽電池パネル1部分を下から見た斜視図、図9は、色素増感型太陽電池システム101の正面図、図10は、同右側面図である。
Next, the dye-sensitized
図7に示すように、前述の色素増感型太陽電池パネル1はマイクロレンズアレイ8側の面を上にして支持板111上に固定されている。支持板111の底面112の両側部には2本のシャフト113の各一端部が固定されていて、この2本のシャフト113の各中間部にはそれぞれ駆動ギア114が取り付けられている。2本のシャフト113の各他端部は台座部115上に設けられた2つの軸支部116に回転自在に軸支されている。また、台座部115上には2つで一組の駆動軸抑え117が2組設けられていて、この駆動軸抑え117の各組にはそれぞれ駆動モータ118と、この駆動モータ118により正逆両方向に回転可能な駆動軸119とが支持されている。各駆動軸119の歯と各駆動ギア114の歯とはそれぞれ噛み合っており、2つの駆動モータ118により各駆動軸119を回転すると、各駆動ギア114が回転し、シャフト113を中心に、支持板111ひいては色素増感型太陽電池パネル1が回転して、色素増感型太陽電池パネル1の向きが変わる。なお、図8においては、1組の駆動軸抑え117については便宜上図示を省略している。
As shown in FIG. 7, the above-described dye-sensitized
台座部115の底面121の両側部には2本のシャフト122の各一端部が固定されていて、この2本のシャフト122の各中間部にはそれぞれ駆動ギア123が取り付けられている。2本のシャフト122の各他端部は台座部124上に設けられた2つの軸支部125に回転自在に軸支されている。また、台座部124上には2つで一組の駆動軸抑え126が2組設けられていて、この駆動軸抑え126の各組には駆動モータ127と、この駆動モータ127により正逆両方向に回転可能な駆動軸128とがそれぞれ支持されている。各駆動軸128の歯と各駆動ギア123の歯とは噛み合っており、2台の駆動モータ127により各駆動軸128を回転すると、各駆動ギア123が回転し、シャフト122を中心に、支持板111ひいては色素増感型太陽電池パネル1が回転して、色素増感型太陽電池パネル1の向きが変わる。
One end portions of the two
シャフト113の軸方向とシャフト122の軸方向とは互いに直角に交差しており、シャフト113を中心に色素増感型太陽電池パネル1が回転する方向とシャフト122を中心に色素増感型太陽電池パネル1が回転する方向とは異なる。このように2軸(2自由度)により色素増感型太陽電池パネル1を回転することができるので、色素増感型太陽電池パネル1の周囲360度いかなる方向にも色素増感型太陽電池パネル1を傾けることができる。
The axial direction of the
また、支持板111上には、樹脂、ガラスの円柱あるいは水等の透明な液体が満たされた透明な円筒管等により構成される円柱状の位置検出用集光レンズ42が設けられている。この位置検出用集光レンズ42の焦点近傍の円周上には、位置検出センサ43が配列されている。
Further, on the
図11は、位置検出用集光レンズ42と位置検出センサ43の構成例を示す説明図である。図11(a)では、位置検出用集光レンズ42として、屈折率が1.5程度の円柱が利用されている。この場合には、位置検出用集光レンズ42の焦点は、自分の円周面に一致するので、位置検出用集光レンズ42の周囲に位置検出センサ43が貼り付けられている。位置検出用集光レンズ42に入射した太陽光Lは、位置検出用集光レンズ42の円周上の位置検出センサ43の上に集光され、これによって太陽の位置を検出することができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration example of the position
一方、図11(b)では、位置検出用集光レンズ42として、屈折率が1.3〜1.4程度のものが使用された例が示される。これは、例えばガラスの円筒の中に水を満たして実現することができる。水の屈折率は1.338であるので、この場合の位置検出用集光レンズ42の焦点は、自分の円周面よりも外側に存在する。従って、位置検出用集光レンズ42の外側に、ガラス等の材質からなる透明円筒管44を、その円周が位置検出用集光レンズ42の焦点に一致するように配置し、ここに位置検出センサ43を貼り付けている。この場合にも、位置検出用集光レンズ42に入射した太陽光Lは、位置検出センサ43の上に集光され、これによって太陽の位置を検出することができる。
On the other hand, FIG. 11B shows an example in which the position detecting
図12は、上記位置検出用集光レンズ42の配置例を示す平面図であり、位置検出センサ43については省略されている。図12において、位置検出用集光レンズ42は2つ用意され、互いに軸が直交するように置かれている。これらを、例えば、一方の位置検出用集光レンズ42の軸が南北方向を向き、他方が東西方向を置くように配置する。これにより、軸が南北方向を向いた位置検出用集光レンズ42により太陽の一日の動きが検出でき、軸が東西方向を向いた位置検出用集光レンズ42により太陽の高さの季節変化を検出することができる。なお、これらの太陽の位置は、位置検出センサ43上に太陽光Lが集光される位置の角度の情報として検出され、位置検出センサ43から角度信号として出力される。
FIG. 12 is a plan view showing an arrangement example of the position
図13は、色素増感型太陽電池システム101の電気的な接続のブロック図である。制御部41は、マイクロコンピュータを備え、色素増感型太陽電池システム101の各部を集中的に制御する。制御部41は、位置検出センサ43から太陽光Lが集光される位置を示す角度信号を受けて太陽光Lの入射方向、入射角度を判断する。そして、その判断に応じて2台の駆動モータ118、2台の駆動モータ127を駆動して、色素増感型太陽電池パネル1の向きを制御する。
FIG. 13 is a block diagram of electrical connection of the dye-sensitized
駆動ギア114,123と、駆動軸119,128とはウォームホイールとウォームギアとの関係になっており、例えば風が吹いて屋外に設置されている色素増感型太陽電池システム101に風圧が作用しても、駆動ギア114,123を逆回転させて色素増感型太陽電池パネル1の向きを補正する必要はない。
The drive gears 114 and 123 and the
また、駆動ギア114,123は全周に渡りギアを切ってあるが、駆動ギア114,123の回転駆動により支持板111や台座部115が移動するので、これらの動きが大きいときは、支持板111、台座部115、台座部124が互いにぶつかる可能性があり、これらを防止するため、予め切り欠きや逃げを作っておくべきである。
Further, although the drive gears 114 and 123 are cut over the entire circumference, the
色素増感型太陽電池システム101は、予め太陽の南中高度をその稼動範囲内に含むように、北半球においては南の方角に色素増感型太陽電池パネル1を向けて設置する。図14は、このような制御により支持板111を傾けた状態を示し、図15は、台座部115を傾けた状態を示し、図16は、支持板111と台座部115の双方を傾けた状態を示す。前述のような制御を行うことにより、色素増感型太陽電池システム101は、太陽光Lが色素増感型太陽電池パネル1に対して常に垂直に入射するように制御し、もって、季節や時間帯に関係なく凸レンズ8aで集光された太陽光Lが孔12を通って多孔質層7に入射するようにできるので、季節や時間帯に関わらず光電変換効率の高い太陽光発電を行うことができる。
The dye-sensitized
なお、太陽の追尾用駆動機構としては、望遠鏡などで用いられる経緯台や赤道儀を使用してもよい。 As the sun tracking drive mechanism, a graticule or an equator used in a telescope may be used.
1 色素増感型太陽電池パネル
2 基板
3 基板
4 透明電極
5 透明電極
6 電解質層
7 多孔質層
8 レンズアレイ
8a 凸レンズ
11 反射部材
11a 反射面
12 孔
13 反射部材
13a 反射面
14 反射部材
14a 反射面
41 制御部
42 位置検出用集光レンズ
43 位置検出センサ
101 色素増感型太陽電池システム
114 駆動ギア
118 駆動モータ
119 駆動軸
123 駆動ギア
127 駆動モータ
128 駆動軸
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第2の透明電極と、
前記第1の透明電極と第2の透明電極との間に設けられた電解質層と、
前記電解質層と前記第1の透明電極との間に設けられ、光を吸収して励起する色素を含んでいる多孔質層と、
前記第1の透明電極の外部からの前記多孔質層への光の入射側に配列され、当該光を集光する複数の凸レンズと、
前記第1の透明電極と前記複数の凸レンズとの間に設けられ、前記第1の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第1の反射部材と、
前記第1の反射部材に設けられ前記複数の凸レンズのそれぞれで集光された光が通過する前記複数の凸レンズのそれぞれに対応する複数の孔と、
前記第2の透明電極の前記電解質層側とは反対側に設けられ、前記第2の透明電極側の面が光の反射面となっている板状の第2の反射部材と、
前記第1の透明電極、前記第2の透明電極、前記電解質層及び前記多孔質層の側面の周囲に設けられ、当該側面側の面が反射面となっている板状の第3の反射部材と、
を備え、
前記複数の凸レンズは前記第1の反射部材と離間して配置され、
前記第1の透明電極と前記第2の透明電極と前記電解質層と前記多孔質層とを有する太陽電池本体が、前記第1の反射部材と前記第2の反射部材と前記第3の反射部材とにより覆われている色素増感型太陽電池。 A first transparent electrode;
A second transparent electrode;
An electrolyte layer provided between the first transparent electrode and the second transparent electrode;
A porous layer provided between the electrolyte layer and the first transparent electrode and containing a dye that absorbs and excites light;
A plurality of convex lenses arranged on the incident side of light from the outside of the first transparent electrode to the porous layer, and condensing the light;
A plate-like first reflecting member provided between the first transparent electrode and the plurality of convex lenses, the first transparent electrode side surface being a light reflecting surface;
A plurality of holes corresponding to each of the plurality of convex lenses through which light collected by each of the plurality of convex lenses is provided in the first reflecting member;
A plate-like second reflecting member provided on the side opposite to the electrolyte layer side of the second transparent electrode, wherein the surface on the second transparent electrode side is a light reflecting surface;
A plate-like third reflecting member provided around the side surfaces of the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer, and the side surface side being a reflecting surface When,
With
The plurality of convex lenses are spaced apart from the first reflecting member,
The solar cell main body having the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer includes the first reflecting member, the second reflecting member, and the third reflecting member. Dye-sensitized solar cell covered with
前記複数の孔は、前記球面レンズで集光された光の光束に合った丸孔である、
請求項1に記載の色素増感型太陽電池。 The plurality of convex lenses are spherical lenses;
The plurality of holes are round holes that match a light beam condensed by the spherical lens.
The dye-sensitized solar cell according to claim 1.
前記複数の孔は、前記非球面レンズで集光された光の光束に合った丸孔である、
請求項1に記載の色素増感型太陽電池。 The plurality of convex lenses are aspheric lenses,
The plurality of holes are round holes that match the light flux collected by the aspheric lens.
The dye-sensitized solar cell according to claim 1.
前記複数の凸レンズは、その焦点が、対応する前記孔の最も狭くなっている位置に合っている、
請求項1〜3の何れかの一項に記載の色素増感型太陽電池。 The plurality of holes are narrowest on the reflecting surface side and gradually widen toward the corresponding convex lens;
The plurality of convex lenses are aligned with the narrowest position of the corresponding hole.
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3.
太陽の位置を検出するセンサと、
前記複数の凸レンズ及び前記第1の反射部材の向きを可変する移動機構と、
このセンサの検出に基づいて前記移動機構で前記複数の凸レンズ及び前記第1の反射部材の向きを前記複数の凸レンズを透過した太陽光が第1の反射部材を透過するように制御する制御手段と、
を備えている色素増感型太陽電池システム。 A first transparent electrode; a second transparent electrode; an electrolyte layer provided between the first transparent electrode and the second transparent electrode; and between the electrolyte layer and the first transparent electrode. A porous layer containing a dye that absorbs and excites light and is arranged on the incident side of light from the outside of the first transparent electrode to the porous layer, and collects the light A plate-like first reflecting member provided between the first convex electrode and the first transparent electrode and the plurality of convex lenses, the first transparent electrode side surface being a light reflecting surface; A plurality of holes corresponding to each of the plurality of convex lenses provided in the first reflecting member and through which light collected by each of the plurality of convex lenses passes, and the electrolyte layer side of the second transparent electrode A plate-like second provided on the opposite side, the second transparent electrode side surface being a light reflecting surface A projecting member, and a plate-like third surface provided around the side surfaces of the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer, and the side surface is a reflective surface. A plurality of convex lenses , the plurality of convex lenses being spaced apart from the first reflecting member, and the first transparent electrode, the second transparent electrode, the electrolyte layer, and the porous layer. A panel-shaped dye-sensitized solar cell, the solar cell body having a panel covered with the first reflecting member, the second reflecting member, and the third reflecting member;
A sensor for detecting the position of the sun;
A moving mechanism for changing directions of the plurality of convex lenses and the first reflecting member;
Control means for controlling the directions of the plurality of convex lenses and the first reflecting member by the moving mechanism so that sunlight transmitted through the plurality of convex lenses is transmitted through the first reflecting member based on detection of the sensor; ,
A dye-sensitized solar cell system.
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