JP5851938B2 - Metal substrate for dye-sensitized solar cell - Google Patents
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Description
この発明は、色素増感型太陽電池用金属基板に関し、特に、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属層を備える色素増感型太陽電池用金属基板に関する。 The present invention relates to a metal substrate for a dye-sensitized solar cell, and more particularly, to a metal substrate for a dye-sensitized solar cell including a metal layer having corrosion resistance with respect to an electrolyte of a dye-sensitized solar cell element.
従来、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属層を備える色素増感型太陽電池用金属基板が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a metal substrate for a dye-sensitized solar cell including a metal layer having corrosion resistance with respect to an electrolyte of the dye-sensitized solar cell element is known (for example, see Patent Document 1).
上記特許文献1には、光入射側に配置され、縞状の白金電極が光入射側とは反対側の表面に形成されたガラス基板と、光入射側とは反対側に配置され、Tiからなるチタン基板(色素増感型太陽電池用金属基板)と、チタン基板の表面上に配置されたチタニア膜と、チタニア膜と白金電極とが対向するように配置された状態で、両者の間に充填されたヨウ素電解質とを備える色素増感型太陽電池が開示されている。このチタニア膜には、光を吸収する増感色素が吸着されている。なお、上記特許文献1には、Tiからなるチタン基板に代えてチタン合金またはステンレスからなる金属基板を用いることが可能である点が開示されている。これら、Ti、Ti合金またはステンレスからなる金属基板は、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を有する。 In the above-mentioned Patent Document 1, a glass substrate having a striped platinum electrode formed on the surface opposite to the light incident side, disposed on the light incident side, and disposed on the opposite side to the light incident side, is made of Ti. A titanium substrate (metal substrate for dye-sensitized solar cell), a titania film disposed on the surface of the titanium substrate, and a titania film and a platinum electrode disposed so as to face each other, A dye-sensitized solar cell comprising a filled iodine electrolyte is disclosed. A sensitizing dye that absorbs light is adsorbed on the titania film. Patent Document 1 discloses that a metal substrate made of titanium alloy or stainless steel can be used instead of a titanium substrate made of Ti. These metal substrates made of Ti, Ti alloy or stainless steel have corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element.
しかしながら、上記特許文献1に開示された色素増感型太陽電池では、Ti、Ti合金またはステンレスからなる金属基板により、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持することが可能である一方、金属基板を構成するTi、チタン合金またはステンレスが比較的大きい電気抵抗を有するために金属基板に電気的な損失が生じやすいという不都合がある。このため、色素増感型太陽電池の発電効率が低下するという問題点がある。 However, in the dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1, the corrosion resistance of the dye-sensitized solar cell element to the electrolyte can be maintained by the metal substrate made of Ti, Ti alloy, or stainless steel. In addition, since Ti, titanium alloy, or stainless steel constituting the metal substrate has a relatively large electric resistance, there is a disadvantage that electrical loss is likely to occur in the metal substrate. For this reason, there exists a problem that the electric power generation efficiency of a dye-sensitized solar cell falls.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることが可能な色素増感型太陽電池用金属基板を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell while maintaining the corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element. It is providing the metal substrate for dye-sensitized solar cells which can improve the power generation efficiency of this.
この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板は、色素増感型太陽電池素子の正極側に配置され、色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属により形成された非多孔質の第1金属層と、第1金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、第1金属層の色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合された第2金属層と、第2金属層と接して第1金属層とは反対側に接合された第3金属層とを含むクラッド材を備え、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面には、凹凸が形成されており、第2金属層の厚みは、クラッド材の厚みの50%以上である。 A metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to one aspect of the present invention is formed of a metal that is disposed on the positive electrode side of a dye-sensitized solar cell element and has corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element. The non-porous first metal layer is formed of a metal having an electric resistance lower than that of the first metal layer, and is opposite to the dye-sensitized solar cell element of the first metal layer And a second metal layer bonded to the first metal layer and a third metal layer in contact with the second metal layer and bonded to the opposite side of the first metal layer. the substrate surface of the solar cell element side, irregularities are formed, the thickness of the second metal layer is Ru der least 50% of the thickness of the clad material.
この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、非多孔質の第1金属層と、第1金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、第1金属層に接合された第2金属層とを含むクラッド材を備えることによって、色素増感型太陽電池用金属基板が第1金属層のみからなる場合と異なり、色素増感型太陽電池用金属基板の一部が第1金属層の電気抵抗よりも低い第2金属層であるので、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第1金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、色素増感型太陽電池用金属基板内での電気的な損失が増大するのを抑制することができる。この結果、色素増感型太陽電池用金属基板が第1金属層のみからなる場合よりも、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。 In the metal substrate for dye-sensitized solar cell according to one aspect of the present invention, as described above, the non-porous first metal layer and the metal having an electric resistance lower than that of the first metal layer are formed. Unlike the case where the metal substrate for a dye-sensitized solar cell is composed of only the first metal layer, by providing a clad material including the second metal layer bonded to the first metal layer, the dye sensitization Since a part of the metal substrate for the sensitive solar cell is the second metal layer that is lower than the electrical resistance of the first metal layer, the electrical resistance of the metal substrate for the dye-sensitized solar cell is composed only of the first metal layer. It can be made lower than the electric resistance of the metal substrate for dye-sensitized solar cell. Thereby, it can suppress that the electrical loss in the metal substrate for dye-sensitized solar cells increases. As a result, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved as compared with the case where the metal substrate for the dye-sensitized solar cell is composed of only the first metal layer.
また、この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、第1金属層が色素増感型太陽電池素子の電解質に対して耐食性を有する金属により形成されているとともに、第2金属層を第1金属層の色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合することによって、第2金属層を色素増感型太陽電池用金属基板に形成した場合においても、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持することができる。これらの結果、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to one aspect of the present invention, as described above, the first metal layer is formed of a metal having corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element. In addition, even when the second metal layer is formed on the metal substrate for the dye-sensitized solar cell by bonding the second metal layer to the side opposite to the dye-sensitized solar cell element of the first metal layer. Further, the corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element can be maintained. As a result, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved while maintaining the corrosion resistance of the dye-sensitized solar cell element to the electrolyte.
また、この発明の一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板では、上記のように、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面に凹凸を形成することによって、基板表面の凹凸により基板表面の表面積を大きくすることができるので、たとえば、基板表面が触媒層に覆われる場合に、触媒層の表面積を大きくすることができる。この結果、触媒層を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池の発電効率をより向上させることができる。 Moreover, in the metal substrate for dye-sensitized solar cells according to one aspect of the present invention, as described above, by forming irregularities on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side, Since the surface area of the substrate surface can be increased by the unevenness of the surface, for example, when the substrate surface is covered with the catalyst layer, the surface area of the catalyst layer can be increased. As a result, since the transfer of electrons via the catalyst layer can be more easily performed, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be further improved.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積/平面積は、1.03以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。なお、平面積とは、表面積が測定される所定の範囲を平面に投影した場合の、平面における面積のことである。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, the surface area / plane area of the first metal layer on the substrate surface on the dye-sensitized solar cell element side is preferably 1.03 or more. If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged reliably. The plane area is an area on a plane when a predetermined range in which the surface area is measured is projected onto the plane.
この場合、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面における表面積/平面積は、1.05以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。 In this case, preferably, the surface area / planar area on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side is 1.05 or more. If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged effectively.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さRzjisは、0.50μm以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, the ten-point average roughness Rzjis is preferably 0.50 μm or more on the substrate surface on the dye-sensitized solar cell element side of the first metal layer. is there. If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged reliably.
この場合、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、十点平均粗さRzjisは、1.20μm以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。 In this case, the ten-point average roughness Rzjis is preferably 1.20 μm or more on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side. If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged effectively.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さRaは、0.10μm以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を確実に大きくすることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, the arithmetic average roughness Ra is preferably 0.10 μm or more on the surface of the substrate on the dye-sensitized solar cell element side of the first metal layer. . If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged reliably.
この場合、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面において、算術平均粗さRaは、0.22μm以上である。このように構成すれば、基板表面の表面積を効果的に大きくすることができる。 In this case, the arithmetic average roughness Ra is preferably 0.22 μm or more on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side. If comprised in this way, the surface area of a substrate surface can be enlarged effectively.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層の色素増感型太陽電池素子側の基板表面上には、触媒層が形成されている。このように構成すれば、凹凸により表面積が大きくされた基板表面上に触媒層が形成されるので、触媒層の表面積を大きくすることができる。この結果、触媒層を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池の発電効率をより向上させることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, a catalyst layer is preferably formed on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side. If comprised in this way, since a catalyst layer is formed on the substrate surface by which the surface area was enlarged by the unevenness | corrugation, the surface area of a catalyst layer can be enlarged. As a result, since the transfer of electrons via the catalyst layer can be more easily performed, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be further improved.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層、第2金属層および第3金属層を含むクラッド材は、色素増感型太陽電池素子の正極を構成している。このように色素増感型太陽電池素子の正極を構成している第1金属層、第2金属層および第3金属層を含むクラッド材から構成される色素増感型太陽電池用金属基板において、第2金属層を第1金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されていることによって、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第1金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, preferably, the clad material including the first metal layer , the second metal layer, and the third metal layer constitutes the positive electrode of the dye-sensitized solar cell element. doing. In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell configured by the clad material including the first metal layer , the second metal layer, and the third metal layer constituting the positive electrode of the dye-sensitized solar cell element as described above, By forming the second metal layer from a metal having an electric resistance lower than that of the first metal layer, the electric resistance of the metal substrate for the dye-sensitized solar cell is changed to a dye made of only the first metal layer. It can be made lower than the electrical resistance of the metal substrate for sensitized solar cells. Thereby, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第1金属層は、TiまたはTi合金により形成されており、第2金属層は、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されている。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板が第1金属層のみからなる場合と異なり、色素増感型太陽電池用金属基板の一部が電気抵抗の低いCu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されている第2金属層であるので、容易に、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第1金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, the first metal layer is preferably formed of Ti or a Ti alloy, and the second metal layer is Cu, Cu alloy, Al or Al alloy. It is formed by any one of these. If comprised in this way, unlike the case where the metal substrate for dye-sensitized solar cells consists only of a 1st metal layer, a part of metal substrate for dye-sensitized solar cells has low electrical resistance, Cu alloy, Since it is the second metal layer formed of any one of Al or Al alloy, the dye-sensitized type consisting of only the first metal layer can be easily provided with the electric resistance of the metal substrate for the dye-sensitized solar cell. It can be made lower than the electrical resistance of the metal substrate for solar cells.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第3金属層の熱膨張係数と第1金属層の熱膨張係数との差は、第2金属層の熱膨張係数と第1金属層の熱膨張係数との差よりも小さい。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板が熱変形する際に、第2金属層が第1金属層に対して変形することに起因して色素増感型太陽電池用金属基板全体が変形するのを、第1金属層の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する第3金属層によって抑制することができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect, the difference between the thermal expansion coefficient of the third metal layer and the thermal expansion coefficient of the first metal layer is preferably the thermal expansion coefficient of the second metal layer. It is smaller than the difference from the thermal expansion coefficient of the first metal layer. If comprised in this way, when the metal substrate for dye-sensitized solar cells is thermally deformed, the metal for dye-sensitized solar cells is caused by the deformation of the second metal layer relative to the first metal layer. The entire substrate can be prevented from being deformed by the third metal layer having a thermal expansion coefficient close to that of the first metal layer.
上記一の局面による色素増感型太陽電池用金属基板において、好ましくは、第3金属層は、第2金属層を構成する金属よりも耐食性の高い金属により形成されている。このように構成すれば、外部環境などに起因して第2金属層が腐食するのを第3金属層によって抑制することができる。 In the metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to the above aspect , the third metal layer is preferably made of a metal having higher corrosion resistance than the metal constituting the second metal layer. If comprised in this way, it can suppress by a 3rd metal layer that a 2nd metal layer corrodes resulting from an external environment etc.
上記第1金属層がTiまたはTi合金により形成され、第2金属層がCu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成される構成において、好ましくは、第1金属層は、TiまたはTi合金により形成されており、第2金属層は、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されており、第3金属層は、Fe、フェライト系ステンレス、TiまたはTi合金のいずれか1つにより形成されている。このように構成すれば、色素増感型太陽電池用金属基板一部が電気抵抗の低いCu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されている第2金属層であるので、色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗を、第1金属層のみからなる色素増感型太陽電池用金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。また、色素増感型太陽電池用金属基板が熱変形する際に、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されている第2金属層が第1金属層に対して変形することに起因して色素増感型太陽電池用金属基板全体が変形するのを、TiまたはTi合金により形成されている第1金属層の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する、Fe、フェライト系ステンレス、TiまたはTi合金のいずれか1つにより形成されている第3金属層によって抑制することができる。 In the configuration in which the first metal layer is formed of Ti or a Ti alloy and the second metal layer is formed of any one of Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy , preferably, the first metal layer is Ti Alternatively, the second metal layer is formed of any one of Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy, and the third metal layer is formed of Fe, ferritic stainless steel, Ti, or Ti. It is made of any one of the alloys. If comprised in this way, since the metal substrate part for dye-sensitized solar cells is a 2nd metal layer formed with any one of Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy with low electrical resistance, The electric resistance of the metal substrate for dye-sensitized solar cells can be made lower than the electric resistance of the metal substrate for dye-sensitized solar cells consisting of only the first metal layer. Further, when the metal substrate for the dye-sensitized solar cell is thermally deformed, the second metal layer formed of any one of Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy is deformed with respect to the first metal layer. Fe, ferrite having a thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the first metal layer formed of Ti or Ti alloy is caused by deformation of the entire metal substrate for the dye-sensitized solar cell. It can suppress by the 3rd metal layer currently formed by any one of type | system | group stainless steel, Ti, or Ti alloy.
本発明によれば、上記のように、色素増感型太陽電池素子の電解質に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池の発電効率を向上させることができる。 According to the present invention, as described above, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell can be improved while maintaining the corrosion resistance of the dye-sensitized solar cell element with respect to the electrolyte.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、図1〜図4を参照して、本発明の第1実施形態による色素増感型太陽電池100の構造について説明する。
(First embodiment)
First, the structure of the dye-sensitized
本発明の第1実施形態による色素増感型太陽電池100は、図1に示すように、光入射側(Z1側)に配置された太陽電池素子1と、光入射側とは反対側(Z2側)に配置された金属基板2とを備えている。なお、太陽電池素子1は、本発明の「色素増感型太陽電池素子」の一例であり、金属基板2は、本発明の「クラッド材」および「色素増感型太陽電池用金属基板」の一例である。
As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
太陽電池素子1は、光入射側に配置され、光を透過するガラス基板11と、ガラス基板11の下面上(Z2側)に形成された上部電極12と、白金薄膜により形成されており、金属基板2の上面上に形成された白金触媒層13とを含んでいる。また、白金触媒層13の代わりにグラファイトにより形成された触媒層を用いてもよい。なお、白金触媒層13は、本発明の「触媒層」の一例である。
The solar cell element 1 is formed by a glass substrate 11 disposed on the light incident side and transmitting light, an upper electrode 12 formed on the lower surface (Z2 side) of the glass substrate 11, and a platinum thin film, A
また、太陽電池素子1は、さらに、上部電極12と白金触媒層13との間に充填されたヨウ素電解質14と、上部電極12の下面の端部と白金触媒層13の上面の端部とを接続するように配置され、ヨウ素電解質14をガラス基板11と金属基板2との間に封止するための封止材15とを含んでいる。また、ヨウ素電解質14には、ヨウ化物イオン(I3 −)とヨウ素イオン(I−)とが含まれている。なお、ヨウ素電解質14は、本発明の「電解質」の一例である。
Further, the solar cell element 1 further includes an
上部電極12は、ヨウ素電解質14に対して耐食性を有するとともに、光を透過することが可能なFTO(微量のフッ素が添加された酸化スズ)により形成されている。なお、FTOの体積抵抗率は、約800×10−8Ω×mである。また、上部電極12は、太陽電池素子1の負極として機能し、金属基板2は、太陽電池素子1の正極として機能するように構成されている。
The upper electrode 12 is made of FTO (tin oxide added with a trace amount of fluorine) that has corrosion resistance to the
また、上部電極12と金属基板2とには、それぞれ、色素増感型太陽電池100において発生した電力を取り出すための端子3aおよび3bが接続されている。このため、金属基板2の所定の領域と、端子3bとの間に電流を流すためには、X−Y平面に沿った方向(X方向、Y方向およびX方向の成分とY方向の成分とを合成した方向)に電流が流れる必要がある。
The upper electrode 12 and the
また、上部電極12の下面側には、粒子状の二酸化チタン12aが無数に固定されている。また、二酸化チタン12aの表面には、吸光部12bが吸着されている。この吸光部12bは、ルテニウム錯体などの色素からなり、可視光などからなる光を吸収して電子を放出する機能を有する。また、二酸化チタン12aは、吸光部12bから放出された電子を上部電極12に伝達する機能を有する。
Innumerable
また、太陽電池素子1は、色素増感型の太陽電池素子である。この太陽電池素子1の具体的な発電機構を説明する。まず、太陽電池素子1に光が照射されると、吸光部12bが光を吸収することにより吸光部12bから電子が放出され、吸光部12bが酸化状態になる。そして、吸光部12bから放出された電子は、二酸化チタン12aを介して上部電極12(負極)に到達する。その後、電子は、上部電極12から端子3aを介して図示しない外部回路を通過する。そして、電子は、端子3bを介して金属基板2(正極)に到達する。ここで、白金触媒層13の白金を触媒として、ヨウ素電解質14のヨウ化物イオン(I3 −)が電子を受け取って、3つのヨウ素イオン(3I−)が形成される。そして、ヨウ素イオン(I−)から酸化状態の吸光部12bに電子が供給されることによって、元の吸光部12bに戻るとともに、3つのヨウ素イオン(I−)がヨウ化物イオン(I3 −)に戻る。この一連のサイクルが繰り返されることによって、太陽電池素子1において電力が発生するように構成されている。
The solar cell element 1 is a dye-sensitized solar cell element. A specific power generation mechanism of the solar cell element 1 will be described. First, when the solar cell element 1 is irradiated with light, the
金属基板2は、図2および図3に示すように、太陽電池素子1の白金触媒層13側である上方(Z1側)から順に、Ti層21とCu層22とステンレス層23とが配置されることによって形成されている。つまり、Ti層21は、白金触媒層13の下面に接触した状態で配置されている。なお、Ti層21は、本発明の「第1金属層」の一例であり、Cu層22は、本発明の「第2金属層」の一例であり、ステンレス層23は、本発明の「第3金属層」の一例である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、この金属基板2は、各々平板状の形状を有するTi層21とCu層22とステンレス層23とが、厚み方向(Z方向)に積層した状態で接合された、3層構造のクラッド材により構成されている。
Further, this
Ti層21は、非多孔質のTiにより形成されており、ヨウ素電解質14に対して耐食性を有する。また、図4に示すように、Ti層21の白金触媒層13側の上面2a(Z1側の面)が粗くされることによって、上面2aには凹凸が形成されている。なお、上面2aは、本発明の「基板表面」の一例である。
The
具体的には、Ti層21の白金触媒層13側の上面2aの算術平均粗さRaが約0.22μmであり、十点平均粗さRzjisが約1.20μmであり、表面積/平面積が約1.05であるように形成されている。ここで、表面積/平面積とは、任意の正方形領域における上面2aの表面積を、正方形領域の平面積で除した値を意味する。なお、上面2aの算術平均粗さRa、十点平均粗さRzjisおよび表面積/平面積は、それぞれ、約0.10μm以上、約0.50μm以上、および、約1.03以上であればよい。
Specifically, the arithmetic average roughness Ra of the
また、白金触媒層13は、凹凸を有する上面2a上を覆うように形成されている。この結果、白金触媒層13の表面積は上面2aに凹凸が形成されていない場合よりも大きくなる。なお、白金触媒層13が粉末状の場合には、白金は薄膜状(層状)に形成されずに上面2aの一部に付着すると考えられる。この場合においても、上面2aが粗くされていることにより上面2a上に白金が付着しやすいので、白金の表面積は大きくなる。
Further, the
Cu層22は、Cuにより形成されている。ステンレス層23は、Cuよりも耐食性の高いSUS430(JIS規格)により形成されている。具体的には、ステンレス層23は、約16%以上約18%以下のCrを含むフェライト系のステンレスであるFe合金により形成されている。
The
ここで、第1実施形態では、図3に示すように、金属基板2の厚み方向(Z方向)における厚みt1は、約100μmになるように構成されている。また、Cu層22の厚み方向(Z方向)における厚みt2は、金属基板2の厚みt1の約40%の約40μmになるように構成されている。なお、Cu層22の厚みt2は、金属基板2の厚みt1の約20%(約20μm)以上約70%(約70μm)以下であるのが好ましい。また、Cu層22の厚みt2は、金属基板2の厚みt1の約30%(約30μm)以上約60%(約60μm)以下であるのがより好ましい。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 3, the thickness t1 in the thickness direction (Z direction) of the
また、Ti層21の厚み方向(Z方向)における厚みt3と、ステンレス層23の厚み方向における厚みt4とは、略同一になるように構成されている。つまり、Ti層21の厚みt3およびステンレス層23の厚みt4は、共に、金属基板2の厚みt1の約30%の約30μmになるように構成されている。なお、Ti層21の厚みt3は、金属基板2の厚みt1の約20%(約20μm)以上であるのが好ましい。なお、Ti層21の上面2a上に形成された白金触媒層13の厚みt5(図4参照)は、約1nm以上約300nm以下になるように形成されている。
The thickness t3 in the thickness direction (Z direction) of the
また、Ti層21が有する体積抵抗率R1は、約54×10−8Ω×mである。また、Cu層22が有する体積抵抗率R2は、約1.7×10−8Ω×mである。また、ステンレス層23が有する体積抵抗率R3は、約60×10−8Ω×mである。つまり、Cu層22の体積抵抗率R2は、Ti層21の体積抵抗率R1およびステンレス層23の体積抵抗率R3の約20分の1以下であるように構成されている。
Further, the volume resistivity R1 of the
また、Ti層21の熱膨張係数は、約8.9×10−6/℃である。また、Cu層22の熱膨張係数は、約17×10−6/℃である。また、ステンレス層23の熱膨張係数は、約10.4×10−6/℃である。つまり、Ti層21の熱膨張係数とステンレス層23の熱膨張係数との差(=約1.5×10−6/℃)は、Cu層22の熱膨張係数とステンレス層23の熱膨張係数との差(=約8.1×10−6/℃)よりも小さい。
The thermal expansion coefficient of the
また、図2に示すように、厚み方向(Z方向)と直交する上面2aに沿ったX方向において、Ti層21の体積抵抗率R1と、Cu層22の体積抵抗率R2と、ステンレス層23の体積抵抗率R3とを合成したX方向の合成体積抵抗率Ryzは、約2×10−8Ω×mになるように構成されている。なお、X方向の合成体積抵抗率Ryzとは、Y−Z平面と直交する方向(X方向)に沿ってY−Z平面を貫通するように流れる電流Ixに対する、金属基板2の体積抵抗率のことである。
Further, as shown in FIG. 2, in the X direction along the
また、Y方向、および、X方向成分とY方向成分とを合成した方向は、X方向と同様に、厚み方向(Z方向)と直交する上面2aに沿った方向である。したがって、Y方向の合成体積抵抗率(Y方向に沿って流れる電流に対する金属基板2の体積抵抗率)と、X方向成分とY方向成分とを合成した方向の合成体積抵抗率(合成した方向に沿って流れる電流に対する金属基板2の体積抵抗率)とは、共に、X方向の合成体積抵抗率Ryzと同一になる。このため、これ以降、厚み方向(Z方向)と直交する上面2aに沿った方向の合成体積抵抗率として、X方向の合成体積抵抗率Ryzのみを考慮する。
Further, the Y direction and the direction in which the X direction component and the Y direction component are combined is the direction along the
また、厚み方向(Z方向)において、Ti層21の体積抵抗率R1と、Cu層22の体積抵抗率R2と、ステンレス層23の体積抵抗率R3とを合成した厚み方向の合成体積抵抗率Rxyは、約18×10−8Ω×mになるように構成されている。つまり、X方向の合成体積抵抗率Ryz(約2×10−8Ω×m)は、厚み方向(Z方向)の合成体積抵抗率Rxy(約18×10−8Ω×m)よりも小さくなるように構成されている。なお、厚み方向の合成体積抵抗率Rxyとは、X−Y平面と直交する方向(厚み方向:Z方向)に沿ってX−Y平面を貫通するように流れる電流Izに対する、金属基板2の体積抵抗率のことである。
Further, in the thickness direction (Z direction), the combined volume resistivity Rxy in the thickness direction obtained by combining the volume resistivity R1 of the
次に、図1および図3を参照して、本発明の第1実施形態による色素増感型太陽電池100の製造プロセスについて説明する。
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 3, the manufacturing process of the dye-sensitized
まず、非多孔質からなるロール状のTi板、ロール状のCu板およびSUS430のロール状のステンレス板(図示せず)を準備する。なお、Cu板の厚みは、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの約40%である。また、Ti板の厚みおよびステンレス板の厚みは、共に、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの約30%である。 First, a non-porous roll-shaped Ti plate, a roll-shaped Cu plate, and a roll-shaped stainless steel plate (not shown) of SUS430 are prepared. The thickness of the Cu plate is about 40% of the total thickness of the Ti plate, Cu plate and stainless steel plate. Further, the thickness of the Ti plate and the thickness of the stainless steel plate are both about 30% of the total thickness of the Ti plate, the Cu plate and the stainless steel plate.
そして、ロールを解いてTi板、Cu板およびステンレス板の順に積層させた状態で、図示しない圧延機によって連続的に接合する。この際、Ti板、Cu板およびステンレス板を、所定の圧力を加えながら冷間で圧延する。これにより、図3に示すように、約30μmの厚みt3を有するTi層21と、約40μmの厚みt2を有するCu層22と、約30μmの厚みt4を有するステンレス層23とが接合されて約100μmの厚みt1を有するクラッド材(金属基板2)が連続的に形成される。そして、図4に示すように、クラッド材(金属基板2)の白金触媒層13側の上面2a(Z1側の面)にショットブラストを行う。この際、Ti層21の上面2aにおける算術平均粗さRa、十点平均粗さRzjisおよび表面積/平面積が、それぞれ、約0.22μm、約1.20μm、および、約1.05になるように上面2aを粗くして凹凸を形成する。
And it rolls and it joins continuously with the rolling mill which is not illustrated in the state laminated | stacked in order of Ti board, Cu board, and stainless steel board. At this time, the Ti plate, the Cu plate and the stainless steel plate are cold-rolled while applying a predetermined pressure. As a result, as shown in FIG. 3, a
その後、クラッド材(金属基板2)の上面2a上に、スパッタ法やペースト塗布などによって、白金薄膜の白金触媒層13を形成する。これにより、凹凸を有する上面2a上に白金触媒層13が形成される。そして、白金触媒層13が形成されたクラッド材(金属基板2)が連続的に形成されて、ロール状に巻き取られる。
Thereafter, a
一方、準備したガラス基板11の下面上に、スパッタ法などによって、FTOの上部電極12を形成する。その後、粒子状の二酸化チタンの粉末を含む塗布材を上部電極12の下面上に塗布した後に、乾燥および焼成を行う。これにより、上部電極12の下面上に粒子状の二酸化チタン12aが固定される。そして、ガラス基板11をルテニウム錯体などの色素を含む溶液に浸すことによって、二酸化チタン12aの表面に色素からなる吸光部12bを吸着させる。これにより、上部電極12、二酸化チタン12aおよび吸光部12bが形成されたガラス基板11が形成される。そして、ガラス基板11の下面上に所定の間隔を隔てて、封止材15を配置する。
On the other hand, an FTO upper electrode 12 is formed on the lower surface of the prepared glass substrate 11 by sputtering or the like. Thereafter, a coating material containing particulate titanium dioxide powder is coated on the lower surface of the upper electrode 12 and then dried and fired. Thereby, the
その後、ガラス基板11とクラッド材(金属基板2)との間に所定の間隔が形成されるように、ロールを解いたクラッド材(金属基板2)の上面上にガラス基板11を配置する。そして、ガラス基板11の両端部に対応する位置でクラッド材を切断した後に、ガラス基板11と金属基板2と封止材15とで形成される空間内にヨウ素電解質14を充填する。これにより、太陽電池素子1が形成される。最後に、上部電極12と金属基板2とに、それぞれ、端子3aおよび3bを接続することによって、図1に示す色素増感型太陽電池100が製造される。
Thereafter, the glass substrate 11 is placed on the upper surface of the clad material (metal substrate 2) with the rolls unrolled so that a predetermined interval is formed between the glass substrate 11 and the clad material (metal substrate 2). Then, after the clad material is cut at positions corresponding to both ends of the glass substrate 11, the
第1実施形態では、上記のように、太陽電池素子1の正極として機能する金属基板2が、非多孔質のTi層21と、Ti層21の体積抵抗率R1(約54×10−8Ω×m)よりも低い体積抵抗率R2(約1.7×10−8Ω×m)を有するCuにより形成されているとともに、Ti層21に接合されたCu層22とを備えることによって、金属基板2がTi層21のみからなる場合と異なり、金属基板2の一部がTi層21の電気抵抗よりも低いCuにより形成されているCu層22であるので、金属基板2の電気抵抗を、Ti層のみからなる金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、金属基板2において電気的な損失が増大するのを抑制することができる。この結果、金属基板2がTi層21のみからなる場合よりも、色素増感型太陽電池100の発電効率を向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層21の白金触媒層13側の上面2aを粗くすることにより上面2aに凹凸を形成することによって、上面2aの凹凸により白金触媒層13に覆われる上面2aの表面積を大きくすることができるので、白金触媒層13の表面積を大きくすることができる。この結果、白金触媒層13を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池100の発電効率をより向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層21の白金触媒層13側の上面2aの算術平均粗さRaが約0.22μmであり、十点平均粗さRzjisが約1.20μmであり、表面積/平面積が約1.05であるように形成することによって、上面2aの凹凸により触媒層に覆われる上面2aの表面積を効果的に大きくすることができるので、白金触媒層13の表面積を効果的に大きくすることができる。
In the first embodiment, as described above, the arithmetic average roughness Ra of the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層21がヨウ素電解質14に対して耐食性を有するTiにより形成されているとともに、Cu層22をTi層21の太陽電池素子
1とは反対側に接合することによって、Cu層22を金属基板2に形成した場合においても、太陽電池素子1のヨウ素電解質14に対する耐食性を維持することができる。これらの結果、太陽電池素子1のヨウ素電解質14に対する耐食性を維持しつつ、色素増感型太陽電池100の発電効率を向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層21の熱膨張係数とSUS430のステンレス層23の熱膨張係数との差(=約1.5×10−6/℃)を、Cu層22の熱膨張係数とステンレス層23の熱膨張係数との差(=約8.1×10−6/℃)よりも小さくすることによって、金属基板2が熱変形する際に、Cu層22がTi層21に対して変形することに起因して金属基板2全体が変形するのを、Ti層21の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するSUS430のステンレス層23によって抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the difference between the thermal expansion coefficient of the
また、第1実施形態では、上記のように、ステンレス層23を、Cu層22を構成するCuよりも耐食性の高いフェライト系ステンレスにより形成することによって、外部環境などに起因してCu層22が腐食するのをステンレス層23によって抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層21の厚みt3およびステンレス層23の厚みt4を、共に、金属基板2の厚みt1(約100μm)の約30%(約30μm)にすることによって、金属基板2全体が変形するのを、Ti層21の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有するとともに、Ti層21の厚みt3と同一の厚みt4を有するステンレス層23によってより抑制することができる。また、Ti層21の厚みt3とステンレス層23の厚みt4とが異なることに起因してTi層21、Cu層22およびステンレス層23を接合してクラッド材を形成するのが困難になるのを抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the thickness t3 of the
また、第1実施形態では、上記のように、Cu層22の厚みt2を、金属基板2の厚みt1(約100μm)の約40%(約40μm)にすることによって、電気抵抗の低いCuにより形成されているCu層22の占める領域をある程度大きくすることができるので、金属基板2全体の電気抵抗をより低くすることができる。また、Cu層22の占める領域が過度に大きくなるのを抑制することができるので、Ti層21の占める領域が過度に小さいことに起因してTi層21に破れなどの欠陥が生じるのを抑制することができる。また、熱変形の大きなCu層22の占める領域が過度に大きくなることに起因して金属基板2が変形しやすくなるのを抑制することができる。
Further, in the first embodiment, as described above, the thickness t2 of the
また、第1実施形態では、上記のように、Cu層22の体積抵抗率R2を、Ti層21の体積抵抗率R1およびステンレス層23の体積抵抗率R3の約20分の1以下にすることによって、Ti層21とCu層22とステンレス層23とを含む金属基板2の電気抵抗を効果的に低くすることができるので、金属基板2内での電気的な損失が増大するのを効果的に抑制することができる。
In the first embodiment, as described above, the volume resistivity R2 of the
(第2実施形態)
次に、図1および図5を参照して、本発明の第2実施形態による色素増感型太陽電池200の構造について説明する。この第2実施形態による色素増感型太陽電池200では、上記第1実施形態と異なり、金属基板202が、Ti層221とCu層222とが接合された2層構造のクラッド材により構成されている場合について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the structure of the dye-sensitized
本発明の第2実施形態による色素増感型太陽電池200(図1参照)の金属基板202は、図5に示すように、太陽電池素子1側(図1参照)である上方(Z1側)から順に、Ti層221とCu層222とが配置されることによって形成されている。つまり、白金触媒層13の下面に接触した状態でTi層221が配置されている。なお、金属基板202は、本発明の「クラッド材」および「色素増感型太陽電池用金属基板」の一例である。また、Ti層221は、本発明の「第1金属層」の一例であり、Cu層222は、本発明の「第2金属層」の一例である。
As shown in FIG. 5, the
この金属基板202は、各々平板状の形状を有するTi層221とCu層222とが、厚み方向(Z方向)に積層した状態で接合された、2層構造のクラッド材により構成されている。また、Ti層221は非多孔質のTiにより形成されているとともに、Cu層222はCuにより形成されている。
The
ここで、第2実施形態では、Cu層222の厚み方向(Z方向)における厚みt2は、金属基板202の厚みt1(約100μm)の約70%の約70μmになるように構成されている。なお、Cu層222の厚みt2は、金属基板202の厚みt1の約20%(約20μm)以上約85%(約85μm)以下であるのが好ましい。また、Cu層222の厚みt2は、金属基板202の厚みt1の約50%(約50μm)以上約80%(約80μm)以下であるのがより好ましい。
Here, in the second embodiment, the thickness t2 in the thickness direction (Z direction) of the
また、Ti層221の厚み方向(Z方向)における厚みt3は、金属基板202の厚みt1(約100μm)の約30%の約30μmになるように構成されている。なお、Ti層221の厚みt3は、金属基板202の厚みt1の約15%(約15μm)以上であるのが好ましい。
Further, the thickness t3 in the thickness direction (Z direction) of the
また、第2実施形態では、Ti層221の白金触媒層13側の上面2aの算術平均粗さRaが約0.22μmであり、十点平均粗さRzjisが約1.20μmであり、表面積/平面積が約1.05であるように、上面2aに凹凸が形成されている。なお、第2実施形態の色素増感型太陽電池200のその他の構成は、上記第1実施形態と略同様である。
In the second embodiment, the arithmetic average roughness Ra of the
次に、図5を参照して、本発明の第2実施形態による色素増感型太陽電池200の製造プロセスについて説明する。
Next, with reference to FIG. 5, the manufacturing process of the dye-sensitized
まず、非多孔質からなるロール状のTi板およびロール状のCu板(図示せず)を準備する。なお、Cu板の厚みは、Ti板およびCu板の合計の厚みの約70%である。また、Ti板の厚みは、Ti板およびCu板の合計の厚みの約30%である。 First, a non-porous roll-shaped Ti plate and a roll-shaped Cu plate (not shown) are prepared. The thickness of the Cu plate is about 70% of the total thickness of the Ti plate and the Cu plate. Further, the thickness of the Ti plate is about 30% of the total thickness of the Ti plate and the Cu plate.
そして、ロールを解いてTi板およびCu板を積層させた状態で、図示しない圧延機によって連続的に接合する。この際、Ti板とCu板とを、所定の圧力を加えながら冷間で圧延する。これにより、図5に示すように、約30μmの厚みt3を有するTi層221と、約70μmの厚みt2を有するCu層222とが接合されて約100μmの厚みt1を有するクラッド材(金属基板202)が連続的に形成される。なお、第2実施形態のその他の製造プロセスは、上記第1実施形態と同様である。
And it rolls and it joins continuously with the rolling mill which is not illustrated in the state which laminated | stacked Ti board and Cu board. At this time, the Ti plate and the Cu plate are cold-rolled while applying a predetermined pressure. As a result, as shown in FIG. 5, a
第2実施形態では、上記のように、金属基板202が、非多孔質のTi層221と、Ti層221の体積抵抗率R1(約54×10−8Ω×m)よりも低い体積抵抗率R2(約1.7×10−8Ω×m)を有するCuにより形成されているとともに、Ti層221に接合されたCu層222とを備えることによって、金属基板202の電気抵抗を、Ti層のみからなる金属基板の電気抵抗よりも低くすることができる。これにより、金属基板202において電気的な損失が増大するのを抑制することができるので、色素増感型太陽電池200の発電効率を向上させることができる。
In the second embodiment, as described above, the
また、第1実施形態では、上記のように、Ti層221の白金触媒層13側の上面2aを粗くすることにより上面2aに凹凸を形成することによって、上面2aの凹凸により白金触媒層13に覆われる上面2aの表面積を大きくすることができるので、白金触媒層13の表面積を大きくすることができる。この結果、白金触媒層13を介した電子の授受をより行われやすくすることができるので、色素増感型太陽電池200の発電効率をより向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the
また、第2実施形態では、上記のように、Ti層221がヨウ素電解質14に対して耐食性を有するTiにより形成されているとともに、Cu層222をTi層221の太陽電池素子1とは反対側に接合することによって、Cu層222を金属基板202に形成した場合においても、太陽電池素子1のヨウ素電解質14に対する耐食性を維持することができる。
In the second embodiment, as described above, the
また、第2実施形態では、上記のように、Cu層222の厚みt2を、金属基板202の厚みt1(約100μm)の約70%(約70μm)にすることによって、電気抵抗の低いCuにより形成されているCu層222の占める領域を大きくすることができるので、金属基板202全体の電気抵抗をより低くすることができる。
In the second embodiment, as described above, the thickness t2 of the
また、第2実施形態では、上記のように、Ti層221の厚みt3を、金属基板202の厚みt1(約100μm)の約30%(約30μm)にすることによって、Ti層221の厚みt3が過度に小さくなるのを抑制することができるので、Ti層221の厚みt3が過度に小さいことに起因してTi層221に破れなどの欠陥が生じるのを抑制することができる。また、熱変形の大きなCu層222の占める領域が過度に大きくなることに起因して金属基板202が変形しやすくなるのを抑制することができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
In the second embodiment, as described above, the thickness t3 of the
[実施例]
次に、図2〜図13を参照して、本発明の効果を確認するために行った体積抵抗率のシミュレーションおよび測定と、発電効率の測定とについて説明する。具体的には、上記第1実施形態による3層構造の金属基板2における体積抵抗率、および、上記第2実施形態による2層構造の金属基板202における体積抵抗率のシミュレーションを行った。また、上記第1実施形態による3層構造の金属基板2における上面2aに沿った方向の体積抵抗率の測定と、この金属基板2を用いて作製した色素増感型太陽電池100の発電効率の測定と、金属基板2の表面粗さを変化させた場合の色素増感型太陽電池100の発電効率の測定とを行った。
[Example]
Next, with reference to FIGS. 2 to 13, simulation and measurement of volume resistivity and measurement of power generation efficiency performed to confirm the effect of the present invention will be described. Specifically, the volume resistivity of the three-
(体積抵抗率のシミュレーション)
以下に説明する3層構造の金属基板における体積抵抗率のシミュレーションでは、図6に示すように、上記第1実施形態の金属基板2に対応する実施例1〜9の金属基板2として、各々平板状の形状を有するTi層21とCu層22とステンレス層23とが、厚み方向に積層した状態で接合された、3層構造のクラッド材により構成されている金属基板2を想定した。ここで、実施例1〜9の金属基板2として、Cu層22の厚みt2(図3参照)が、それぞれ、金属基板2の厚みt1(図3参照)の10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%および90%である場合を想定した。また、実施例1〜9において、Ti層21の厚みt3(図3参照)およびステンレス層23の厚みt4(図3参照)は、同一の厚みであると仮定した。したがって、実施例1〜9の金属基板2では、Ti層21の厚みt3およびステンレス層23の厚みt4は、それぞれ、金属基板2の厚みt1の45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%、10%および5%であるようなモデル化を行った。
(Simulation of volume resistivity)
In the simulation of the volume resistivity of the metal substrate having a three-layer structure described below, as shown in FIG. 6, each of the
また、実施例1〜9に対する比較例1として、Ti層およびステンレス層とが、厚み方向に積層した状態で接合された、2層構造のクラッド材により構成されている金属基板(Cu層を含まない金属基板)を想定した。なお、比較例1の金属基板において、Ti層の厚みおよびステンレス層の厚みは、共に金属基板の厚みの50%であると仮定した。 Moreover, as Comparative Example 1 with respect to Examples 1 to 9, a metal substrate (including a Cu layer) composed of a clad material having a two-layer structure in which a Ti layer and a stainless steel layer are joined in a stacked state in the thickness direction. No metal substrate). In the metal substrate of Comparative Example 1, it was assumed that the thickness of the Ti layer and the thickness of the stainless steel layer were both 50% of the thickness of the metal substrate.
また、2層構造の金属基板における体積抵抗率のシミュレーションでは、図8に示すように、上記第2実施形態の金属基板202に対応する実施例10〜18として、各々平板状の形状を有するTi層221とCu層222とが、厚み方向に積層した状態で接合された、2層構造のクラッド材により構成されている金属基板202を想定した。ここで、実施例10〜18の金属基板202として、Cu層222の厚みt2(図5参照)が、それぞれ、金属基板202の厚みt1(図5参照)の10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%および90%である場合を想定した。また、実施例10〜18の金属基板202において、Ti層221の厚みt3(図3参照)は、それぞれ、金属基板202の厚みt1の90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%および10%であるようなモデル化を行った。
Moreover, in the simulation of the volume resistivity in the metal substrate of a two-layer structure, as shown in FIG. 8, Ti-10 which each has a flat shape as Examples 10-18 corresponding to the
また、実施例1〜18に対する比較例2として、Cu層のみからなる金属基板(Ti層およびステンレス層を含まない金属基板)を想定した。また、実施例10〜18に対する比較例3として、Ti層のみからなる金属基板(Cu層を含まない金属基板)を想定した。 Moreover, as Comparative Example 2 with respect to Examples 1 to 18, a metal substrate composed only of a Cu layer (a metal substrate not including a Ti layer and a stainless steel layer) was assumed. Moreover, the metal substrate (metal substrate which does not contain Cu layer) which consists only of Ti layer was assumed as the comparative example 3 with respect to Examples 10-18.
また、体積抵抗率のシミュレーションでは、実施例1〜18および比較例1〜3のそれぞれにおいて、金属基板の上面に沿った方向(X方向)の合成体積抵抗率Ryzと、厚み方向(Z方向)の合成体積抵抗率Rxyとを算出した。なお、X方向の合成体積抵抗率Ryzは、式「1/Ryz=a/R1+b/R2+c/R3」から求めた。また、Z方向の合成体積抵抗率Rxyは、式「Rxy=a×R1+b×R2+c×R3」から求めた。なお、上記式内のa、bおよびcは、それぞれ、金属基板の厚みに対するTi層の厚み、Cu層の厚みおよびステンレス層の厚みの比率である。また、R1、R2およびR3は、それぞれ、Ti、Cuおよびステンレス層の体積抵抗率である。ここで、R1、R2およびR3として、それぞれ、54×10−8Ω×m、1.7×10−8Ω×mおよび60×10−8Ω×mを用いた。 Further, in the volume resistivity simulation, in each of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3, the combined volume resistivity Ryz in the direction along the upper surface of the metal substrate (X direction) and the thickness direction (Z direction). The combined volume resistivity Rxy was calculated. The composite volume resistivity Ryz in the X direction was obtained from the formula “1 / Ryz = a / R1 + b / R2 + c / R3”. Further, the composite volume resistivity Rxy in the Z direction was obtained from the formula “Rxy = a × R1 + b × R2 + c × R3”. In the above formula, a, b and c are the ratios of the thickness of the Ti layer, the thickness of the Cu layer and the thickness of the stainless steel layer, respectively, with respect to the thickness of the metal substrate. R1, R2 and R3 are the volume resistivity of Ti, Cu and stainless steel layer, respectively. Here, 54 × 10 −8 Ω × m, 1.7 × 10 −8 Ω × m, and 60 × 10 −8 Ω × m were used as R1, R2, and R3, respectively.
図6および図7に示した実施例1〜9と比較例1および2との結果から、3層構造の金属基板にCu層を形成することによって、3層構造の金属基板がCu層を含まない場合(比較例1)と比べて、X方向の合成体積抵抗率RyzおよびZ方向の合成体積抵抗率Rxyのいずれも小さくなることが分かった。同様に、図8および図9に示した実施例10〜18と比較例2および3との結果から、2層構造の金属基板にCu層を形成することによって、2層構造の金属基板がCu層を含まない場合(比較例3)と比べて、X方向の合成体積抵抗率RyzおよびZ方向の合成体積抵抗率Rxyのいずれも小さくなることが分かった。これらの結果から、金属基板にCu層を形成することによって、金属基板において電気的な損失が増大するのを抑制することが可能であることが判明した。 From the results of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 and 2 shown in FIG. 6 and FIG. 7, the Cu layer is formed on the three-layer metal substrate, so that the three-layer metal substrate includes the Cu layer. It was found that both the combined volume resistivity Ryz in the X direction and the combined volume resistivity Rxy in the Z direction were smaller than those in the case where there was no (Comparative Example 1). Similarly, from the results of Examples 10 to 18 and Comparative Examples 2 and 3 shown in FIGS. 8 and 9, by forming a Cu layer on a metal substrate having a two-layer structure, the metal substrate having a two-layer structure is formed of Cu. It was found that both the combined volume resistivity Ryz in the X direction and the combined volume resistivity Rxy in the Z direction were smaller than when the layer was not included (Comparative Example 3). From these results, it has been found that by forming a Cu layer on the metal substrate, it is possible to suppress an increase in electrical loss in the metal substrate.
また、図6〜図9に示した実施例1〜18と比較例1〜3との結果から、体積抵抗率の小さいCuにより形成されたCu層の厚みの比率を大きくすることによって、合成体積抵抗率RyzおよびRxyのいずれも小さくすることが可能であることが分かった。また、X方向の合成体積抵抗率Ryzは、Cu層の厚みの比率が小さい領域において変化量が大きくなるとともに、Cu層の厚みの比率が大きい領域において変化量が小さくなることが分かった。 Further, from the results of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 3 shown in FIGS. 6 to 9, the synthetic volume is increased by increasing the ratio of the thickness of the Cu layer formed of Cu having a small volume resistivity. It has been found that both the resistivity Ryz and Rxy can be reduced. Further, it was found that the amount of change in the composite volume resistivity Ryz in the X direction increases in a region where the ratio of the thickness of the Cu layer is small and decreases in a region where the ratio of the thickness of the Cu layer is large.
また、図6〜図9に示した実施例2〜9および11〜18の結果と比較例2の結果とから、Cu層の厚みを金属基板の厚みの20%以上にすることによって、X方向の体積抵抗率Ryzを8×10−8Ω×m以下にすることが可能であることが分かった。これにより、Cu層の厚みを金属基板の厚みの20%以上にすることによって、主にX方向に電流を流す際の電気的な損失が増大するのをより抑制することが可能であることが判明した。このことから、太陽電池素子を大型化するのに伴い金属基板の厚み方向と直交するX−Y平面(上面)の面積を大きくした場合であっても、Cu層の厚みが金属基板の厚みの20%以上であれば金属基板における電気的な損失の増大を抑制することが可能であるので、大型化した色素増感型太陽電池からより多くの電気を得ることが可能になると考えられる。
Further, from the results of Examples 2 to 9 and 11 to 18 shown in FIGS. 6 to 9 and the result of Comparative Example 2, the thickness of the Cu layer is set to 20% or more of the thickness of the metal substrate, so that the X direction It was found that the volume resistivity Ryz of can be 8 × 10 −8 Ω × m or less. Thereby, by making the thickness of the
さらに、実施例5〜9および14〜18の結果と比較例2の結果とから、Cu層の厚みを金属基板の厚みの50%以上にすることによって、X方向の体積抵抗率Ryzを4×10−8Ω×m以下にすることが可能であることが分かった。これにより、Cu層の厚みを金属基板の厚みの50%以上にすることによって、主にX方向に電流を流す際の電気的な損失が増大するのをさらに抑制することが可能であることが分かった。
Furthermore, from the results of Examples 5 to 9 and 14 to 18 and the result of Comparative Example 2, the volume resistivity Ryz in the X direction is 4 × by making the thickness of the
(金属基板の上面に沿った方向の体積抵抗率の測定)
以下に説明する上面に沿った方向の体積抵抗率の測定では、実際に上記第1実施形態の金属基板2に対応する金属基板2を作製して体積抵抗率の測定を行った。具体的には、非多孔質からなるTi板、Cu板およびSUS430のステンレス板を準備した。そして、Ti板、Cu板およびステンレス板の順に積層させた状態で、圧延機によって連続的に接合した。この際、Ti板、Cu板およびステンレス板に所定の圧力を加えながら冷間で圧延した。これにより、上記第1実施形態の金属基板2に対応する実施例2a、4aおよび6aの金属基板2をそれぞれ6枚ずつ、合計18枚作製した。
(Measurement of volume resistivity in the direction along the top surface of the metal substrate)
In the measurement of the volume resistivity in the direction along the upper surface described below, the
ここで、上記したシミュレーションの実施例2(図6参照)に対応する実施例2aの金属基板2では、Cu板の厚みが、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの20%であり、Ti板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの40%(Cu板の厚みの2倍)であるように構成した。
Here, in the
また、上記したシミュレーションの実施例4(図6参照)に対応する実施例4aの金属基板2では、Cu板の厚みが、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの40%であり、Ti板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの30%(Cu板の厚みの3/4倍)であるように構成した。
Further, in the
また、上記したシミュレーションの実施例6(図6参照)に対応する実施例6aの金属基板2では、Cu板の厚みが、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの60%であり、Ti板の厚みおよびステンレス板の厚みが、共に、Ti板、Cu板およびステンレス板の合計の厚みの20%(Cu板の厚みの1/3倍)であるように構成した。
In addition, in the
そして、作製した18枚の金属基板2(実施例2aの6枚の金属基板2、実施例4aの6枚の金属基板2および実施例6aの6枚の金属基板2)の各々において、Ti層21の厚みt3、Cu層22の厚みt2、ステンレス層23の厚みt4および金属基板2の厚みt1を所定の測定方法によって測定した。
And in each of the produced 18 metal substrates 2 (6
また、作製した18枚の金属基板2の各々において、上面2aに沿ったX方向の合成体積抵抗率Ryzを、4探針法によって測定した。具体的には、図10に示す体積抵抗率測定器300の探針300a〜300dのうち、外側に配置された探針300aおよび300bの間に一定電流I0を流した際の、内側に配置された探針300cおよび300d間の電位差Vを測定することによって、X方向の合成体積抵抗率Ryzを算出した。
Further, in each of the produced 18
そして、実施例2a、4aおよび6aのそれぞれにおいて、6枚の金属基板2における測定結果(Ti層21の厚みt3、Cu層22の厚みt2、ステンレス層23の厚みt4、金属基板2の厚みt1およびX方向の合成体積抵抗率Ryz)の平均値を算出した。
And in each of Example 2a, 4a, and 6a, the measurement result in six metal substrates 2 (thickness t3 of
図11に示した実施例2a、4aおよび6aの結果から、実際に測定した場合においても、X方向の合成体積抵抗率Ryzは、Ti層およびステンレス層のみからなる金属基板の体積抵抗率(57×10−8Ω×m、比較例1)およびTi層のみからなる金属基板の体積抵抗率(54×10−8Ω×m、比較例3)よりも小さくなることが分かった。これにより、実際に、金属基板2にCu層22を形成することによって、金属基板2がCu層22を含まない場合(金属基板がTi層およびステンレス層のみからなる場合、および、金属基板がTi層のみからなる場合)と比べて、X方向の合成体積抵抗率Ryzを小さくすることができることが判明した。
From the results of Examples 2a, 4a, and 6a shown in FIG. 11, even in the actual measurement, the combined volume resistivity Ryz in the X direction is the volume resistivity (57 of the metal substrate made only of the Ti layer and the stainless steel layer). It was found to be smaller than the volume resistivity (54 × 10 −8 Ω × m, Comparative Example 3) of the metal substrate consisting only of × 10 −8 Ω × m, Comparative Example 1) and Ti layer. Thereby, by actually forming the
また、実施例2a、4aおよび6aの実験結果(実測値)と、体積抵抗率のシミュレーションの実施例2、4および6のシミュレーション結果(計算値)とから、X方向の合成体積抵抗率Ryzの実測値は、計算値よりも大きくなることが分かった。これは、クラッド材の各層間の界面における化合物層の生成によるものであると考えられる。 Further, from the experimental results (actual values) of Examples 2a, 4a, and 6a and the simulation results (calculated values) of Examples 2, 4 and 6 of the volume resistivity simulation, the combined volume resistivity Ryz in the X direction is calculated. It was found that the actual measurement value was larger than the calculated value. This is thought to be due to the formation of a compound layer at the interface between the layers of the cladding material.
また、Cu層22の厚みt2の比率が小さい場合(実施例2および2a)における合成体積抵抗率Ryzの実測値と計算値との差(=8.76×10−8Ω×m)は、Cu層22の厚みt2の比率が大きい場合(実施例6および6a)における合成体積抵抗率Ryzの実測値と計算値との差(=0.57×10−8Ω×m)よりも大きくなることが分かった。これは、上記したように、実測値の合成体積抵抗率Ryzには、Ti層21を通過する際の電気抵抗が加わっているため、Ti層21の厚みt3の比率が大きい実施例2および2aでは、Ti層21の厚みt3の比率が小さい実施例6および6aに比べて、Ti層21を通過する際の電気抵抗が大きくなる。このため、Cu層22の厚みt2の比率が小さい場合における合成体積抵抗率Ryzの実測値と計算値との差は、Cu層22の厚みt2の比率が大きい場合における合成体積抵抗率Ryzの実測値と計算値との差よりも大きくなったと考えられる。
Further, when the ratio of the thickness t2 of the
(Cu層の厚みの比率を異ならせた場合の発電効率測定)
以下に説明するCu層の厚みの比率を異ならせた場合の発電効率の測定では、図12に示すように、上記第1実施形態の金属基板2に対応する実施例2b〜7bの金属基板2として、各々平板状の形状を有するTi層21とCu層22とステンレス層23とが、厚み方向に積層した状態で接合された、3層構造のクラッド材により構成されている金属基板2を準備した。この際、実施例2b〜7bの金属基板2において、厚みt1(図3参照)と、厚み方向と直交するX−Y平面(図2参照)の面積とが互いに同一になるようにした。
(Measurement of power generation efficiency when the ratio of Cu layer thickness is varied)
In the measurement of the power generation efficiency when the ratio of the thickness of the Cu layer described below is varied, as shown in FIG. 12, the
ここで、実施例2b〜7bの金属基板2として、Cu層22の厚みt2(図3参照)が、それぞれ、金属基板2の厚みt1(図3参照)の20%、30%、40%、50%、60%および70%である金属基板2を作製した。なお、実施例2b〜7bの金属基板2として、Ti層21の厚みt3(図3参照)とステンレス層23の厚みt4(図3参照)とを同一にした。具体的には、実施例2b〜7bの金属基板2では、Ti層21の厚みt3およびステンレス層23の厚みt4を、それぞれ、金属基板2の厚みt1の40%、35%、30%、25%、20%および15%にした。
Here, as the
また、実施例2b〜7bに対する比較例4の金属基板として、平板状の形状を有するTi層のみからなる金属基板を準備した。この際、比較例4の金属基板の厚みと、実施例2b〜7bの金属基板2の厚みt1(図3参照)とが同一になるようにした。また、比較例4の金属基板の厚み方向と直交するX−Y平面の面積と、実施例2b〜7bの金属基板2の厚み方向と直交するX−Y平面(図2参照)の面積とが同一になるようにした。つまり、比較例4の金属基板として、Ti層のみからなる点だけが実施例2b〜7bの金属基板2と異なる金属基板を作製した。
Moreover, the metal substrate which consists only of Ti layer which has a flat shape as a metal substrate of the comparative example 4 with respect to Examples 2b-7b was prepared. At this time, the thickness of the metal substrate of Comparative Example 4 and the thickness t1 (see FIG. 3) of the
そして、上記第1実施形態における色素増感型太陽電池100の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、実施例2b〜7bおよび比較例4に対応する色素増感型太陽電池をそれぞれ作製した。その後、同一条件下において、比較例4の色素増感型太陽電池の発電効率を100%とした場合の、実施例2b〜7bの色素増感型太陽電池100の発電効率をそれぞれ計測した。
And the dye-sensitized solar cell corresponding to Examples 2b-7b and the comparative example 4 was each produced using the manufacturing process similar to the manufacturing process of the dye-sensitized
図12に示した実施例2b〜7bと比較例4との結果から、金属基板2にCu層22を形成することによって、金属基板がTi層のみからなる場合(比較例4、発電効率:100%)と比べて、色素増感型太陽電池の発電効率が大きくなる(実施例2b〜7b、発電効率:110%以上115%以下)ことが分かった。これは、Ti層のみからなる金属基板(比較例4)と比べて、Cu層を含む金属基板2(実施例2b〜7b)は、X方向の体積抵抗率RyzおよびZ方向の体積抵抗率Rxyのいずれも小さいので、金属基板において電気的な損失が増大するのが抑制されたためである。したがって、実施例2b〜7bに対応する色素増感型太陽電池100では、比較例4に対応する色素増感型太陽電池に比べて、発電効率が大きくなったと考えられる。
From the results of Examples 2b to 7b and Comparative Example 4 shown in FIG. 12, by forming the
また、実施例5b〜7bの結果から、Cu層22の厚みt2が金属基板2の厚みt1の50%以上になる場合には、色素増感型太陽電池100の発電効率は略変化しない(115%)ことが分かった。つまり、Cu層22の厚みt2は、金属基板2の厚みt1の50%以上であるのが好ましいことが判明した。これは、図7に示す体積抵抗率のシミュレーションのグラフから、Cu層22の厚みt2の割合が50%以上の領域では、X方向の合成体積抵抗率Ryzの変化が非常に小さくなっており、電流がX方向に流れる際の電気抵抗値がさほど変わらないからであると考えられる。
From the results of Examples 5b to 7b, when the thickness t2 of the
また、実施例2b〜7bの結果から、Cu層22の厚みt2が金属基板2の厚みt1の30%以上の場合(実施例3b〜7b、発電効率:113%以上115%以下)では、Cu層22の厚みt2が金属基板2の厚みt1の20%の場合(実施例2b、発電効率:110%)に比べて、色素増感型太陽電池100の発電効率をより大きくすることができることが確認できた。さらに、Cu層22の厚みt2が金属基板2の厚みt1の50%以上の場合(実施例5b〜7b、発電効率:115%)では、色素増感型太陽電池100の発電効率をさらに大きくすることができることが確認できた。
Further, from the results of Examples 2b to 7b, when the thickness t2 of the
(金属基板の表面粗さを異ならせた場合の発電効率測定)
以下に説明する金属基板の表面粗さを異ならせた場合の発電効率測定の測定では、上記第1実施形態の金属基板2に対応する上記実施例4bの金属基板2を3枚準備した。つまり、Cu層22の厚みt2(図3参照)が、金属基板2の厚みt1(図3参照)の40%であるとともに、Ti層21の厚みt3(図3参照)とステンレス層23の厚みt4(図3参照)とが、金属基板2の厚みt1の30%である金属基板2を準備した。
(Measurement of power generation efficiency when the surface roughness of the metal substrate is varied)
In the measurement of power generation efficiency when the surface roughness of the metal substrate described below is varied, three
そして、3枚の実施例4bの金属基板2のうちの2枚の金属基板2のTi層21の上面2aに対してショットブラストを行うことによって、実施例4bの金属基板2の上面2aよりも表面粗さが大きい上面2aを有する、実施例4cの金属基板2および実施例4dの金属基板2を作製した。この際、実施例4dの金属基板2の上面2aの表面粗さを、実施例4cの金属基板2の上面2aの表面粗さよりも大きくなるように作製した。
Then, by performing shot blasting on the
その後、実施例4bの金属基板2、実施例4cの金属基板2および実施例4dの金属基板2の各々の上面2aの表面粗さを測定した。具体的には、上面2aの算術平均粗さRaおよび十点平均粗さRzjisについては、接触式の表面粗さ測定器(surfcom480A、株式会社東京精密製)を用いて測定し、表面積については、レーザ顕微鏡(VK−9700、株式会社キーエンス製)を用いて測定した。表面積の測定条件としては、50倍の対物レンズを用いる表面形状の測定モードで測定を行うとともに、超高精細の測定品質になるように測定した。なお、表面積/平面積は、任意の240μm四方の正方形領域における金属基板2の表面積を、正方形領域の平面積(240×240μm2)で除することによって求めた。
Then, the surface roughness of each
そして、実施例4bの金属基板2、実施例4cの金属基板2および実施例4dの金属基板2の各々の上面2a上に、スパッタ法によって白金薄膜の白金触媒層13を形成した。その後、上記第1実施形態における色素増感型太陽電池100の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、実施例4b、4cおよび4dに対応する色素増感型太陽電池をそれぞれ作製した。その後、同一条件下において、実施例4bの色素増感型太陽電池の発電効率を100%とした場合の、実施例4cおよび4dの色素増感型太陽電池100の発電効率をそれぞれ計測した。
Then, a
実施例4b、4cおよび4dの実験結果を図13に示す。なお、発電効率における三角印は発電効率が100%以上105%未満であったことを示し、発電効率があまり向上しなかったことを意味する。また、丸印は発電効率が105%以上であったことを示し、発電効率が十分に向上したことを意味する。 The experimental results of Examples 4b, 4c and 4d are shown in FIG. In addition, the triangle mark in the power generation efficiency indicates that the power generation efficiency is 100% or more and less than 105%, which means that the power generation efficiency is not improved so much. A circle indicates that the power generation efficiency was 105% or more, which means that the power generation efficiency was sufficiently improved.
実施例4b、4cおよび4dの実験結果から、金属基板2のTi層21の上面2aの表面粗さ(算術平均粗さRa、十点平均粗さRzjisおよび表面積/平面積)を大きくすることによって、発電効率を向上させることができることが判明した。
From the experimental results of Examples 4b, 4c and 4d, by increasing the surface roughness (arithmetic mean roughness Ra, ten-point mean roughness Rzjis and surface area / planar area) of the
また、実施例4cおよび4dの結果から、上面2aの算術平均粗さRaが0.10μm以上である場合、十点平均粗さRzjisが0.50μm以上である場合、または、表面積/平面積が1.03以上のいずれか1つを満たす場合には、発電効率の向上が期待できることが判明した。特に、上面2aの算術平均粗さRaが0.22μm以上である場合、十点平均粗さRzjisが1.20μm以上である場合、および、表面積/平面積が1.05以上である場合には、発電効率が十分に向上することが判明した。これは、金属基板2のTi層21の上面2aの表面粗さが大きくなったことにより、Ti層21の上面2aに付着した白金触媒層13の白金の量が増加した。これにより、白金を介した電子の授受がより行われるようになったからであると考えられる。
In addition, from the results of Examples 4c and 4d, when the arithmetic average roughness Ra of the
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments and examples but by the scope of claims for patent, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記第1および第2実施形態では、本発明の「第1金属層」を非多孔質のTiのTi層21(221)から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第1金属層」を非多孔質でかつヨウ素電解質に対して耐食性を有するTi合金により形成されるように構成してもよい。 For example, in the first and second embodiments, the example in which the “first metal layer” of the present invention is composed of the non-porous Ti layer 21 (221) is shown, but the present invention is not limited to this. Absent. For example, you may comprise so that the "1st metal layer" of this invention may be formed with Ti alloy which is non-porous and has corrosion resistance with respect to an iodine electrolyte.
また、上記第1および第2実施形態では、本発明の「第2金属層」をCuにより形成されたCu層22(222)から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第2金属層」を電気抵抗の低いCu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されるように構成してもよい。 In the first and second embodiments, the “second metal layer” of the present invention is configured by the Cu layer 22 (222) formed of Cu. However, the present invention is not limited to this. . For example, you may comprise so that the "2nd metal layer" of this invention may be formed with either one of Cu alloy with low electrical resistance, Al, or Al alloy.
また、上記第1実施形態では、本発明の「第3金属層」をSUS430のステンレス層23から構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明の「第3金属層」をSUS430以外のフェライト系ステンレスにより形成されるように構成してもよい。また、たとえば、本発明の「第3金属層」をフェライト系ステンレス以外のFe、TiまたはTi合金のいずれか1つにより形成されるように構成してもよい。この際、第3金属層を安価なFeにすることによって、金属基板に安価に第3金属層を形成することが可能である。また、第3金属層を耐食性の高いTiまたはTi合金にすることによって、金属基板の耐食性をより向上させることが可能である。
In the first embodiment, the “third metal layer” of the present invention is configured from the
また、上記第1実施形態では、金属基板2がTi層21とCu層22とステンレス層23とが接合されたクラッド材により構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、金属基板は、ステンレス層23と接してCu層22とは反対側の表面にさらに他の金属層を備えていてもよいし、Cu層22とステンレス層23との間に他の金属層を備えていてもよい。
Moreover, in the said 1st Embodiment, although the
また、上記第1実施形態では、Ti層21の厚みt3とステンレス層23の厚みt4とが略同一になるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ti層の厚みt3とステンレス層の厚みt4とを異ならせてもよい。この際、Tiは、SUS430(フェライト系ステンレス)よりも一般的に高価であるため、Ti層の厚みt3をステンレス層の厚みt4よりも小さくする方が好ましい。
In the first embodiment, an example is shown in which the thickness t3 of the
また、上記第1実施形態では、Ti層21の上面2aの算術平均粗さRaが約0.22μmであり、十点平均粗さRzjisが約1.20μmであり、表面積/平面積が約1.05である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ti層21の上面2aの算術平均粗さRaを約0.22μmよりも大きくしてもよいし、十点平均粗さRzjisを約1.20μmよりも大きくしてもよいし、表面積/平面積を約1.05よりも大きくしてもよい。
In the first embodiment, the arithmetic average roughness Ra of the
また、上記第1実施形態では、Ti層21の上面2aにおける算術平均粗さRa、十点平均粗さRzjisおよび表面積/平面積が、それぞれ、約0.10μm以上、約0.50μm以上、および、約1.03以上でもよいことを示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、算術平均粗さRaを約0.10μm以上にする一方、十点平均粗さRzjisおよび表面積/平面積を、それぞれ、約0.50μm未満、および、約1.03未満にしてもよい。なお、少なくとも表面積/平面積を約1.03以上にするのが好ましい。
In the first embodiment, the arithmetic average roughness Ra, the ten-point average roughness Rzjis, and the surface area / planar area on the
1 太陽電池素子(色素増感型太陽電池素子)
2、202 金属基板(クラッド材、色素増感型太陽電池用金属基板)
2a 上面(基板表面)
13 白金触媒層(触媒層)
14 ヨウ素電解質(電解質)
21、221 Ti層(第1金属層)
22、222 Cu層(第2金属層)
23 ステンレス層(第3金属層)
1 Solar cell element (Dye-sensitized solar cell element)
2,202 Metal substrate (cladding material, metal substrate for dye-sensitized solar cell)
2a Top surface (substrate surface)
13 Platinum catalyst layer (catalyst layer)
14 Iodine electrolyte (electrolyte)
21, 221 Ti layer (first metal layer)
22, 222 Cu layer (second metal layer)
23 Stainless steel layer (third metal layer)
Claims (13)
前記第1金属層の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する金属により形成されているとともに、前記第1金属層の前記色素増感型太陽電池素子とは反対側に接合された第2金属層と、
前記第2金属層と接して前記第1金属層とは反対側に接合された第3金属層とを含むクラッド材を備え、
前記第1金属層の前記色素増感型太陽電池素子側の基板表面には、凹凸が形成されており、
前記第2金属層の厚みは、前記クラッド材の厚みの50%以上である、色素増感型太陽電池用金属基板。 A non-porous first metal layer disposed on the positive electrode side of the dye-sensitized solar cell element and formed of a metal having corrosion resistance to the electrolyte of the dye-sensitized solar cell element;
A second metal layer formed of a metal having an electric resistance lower than that of the first metal layer and bonded to the opposite side of the dye-sensitized solar cell element of the first metal layer; ,
A clad material comprising a third metal layer in contact with the second metal layer and bonded to the opposite side of the first metal layer ;
Unevenness is formed on the substrate surface of the first metal layer on the dye-sensitized solar cell element side ,
The thickness of the second metal layer, the Ru der 50% or more of the clad material thickness, metal substrate for dye-sensitized solar cell.
前記第2金属層は、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。 The first metal layer is formed of Ti or a Ti alloy,
The metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the second metal layer is formed of any one of Cu, Cu alloy, Al, or Al alloy.
前記第2金属層は、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金のいずれか1つにより形成されており、
前記第3金属層は、Fe、フェライト系ステンレス、TiまたはTi合金のいずれか1つにより形成されている、請求項10に記載の色素増感型太陽電池用金属基板。 The first metal layer is formed of Ti or a Ti alloy,
The second metal layer is formed of any one of Cu, Cu alloy, Al or Al alloy,
The metal substrate for a dye-sensitized solar cell according to claim 10 , wherein the third metal layer is formed of any one of Fe, ferritic stainless steel, Ti, or a Ti alloy.
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