JP6538018B2 - Dye-sensitized solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は、透明導電膜を用いた色素増感型太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell module using a transparent conductive film.
色素増感型太陽電池は、製造方法が簡便である。色素増感型太陽電池は、安価に製造することができ、高い光電変換効率を得ることができるので、注目されている。色素増感太陽電池に関する種々の開発が実施されている。 The dye-sensitized solar cell is easy to manufacture. Dye-sensitized solar cells are attracting attention because they can be manufactured inexpensively and high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Various developments on dye-sensitized solar cells are underway.
色素増感型太陽電池において、従来の光電極は、以下の手法により作製されている。 In a dye-sensitized solar cell, a conventional photoelectrode is produced by the following method.
先ず、ITO（Indium Tin Oxide）、FTO（Fluorine Tin Oxide）等の透明導電膜を形成させたガラス基板である透明導電性ガラスの表面に、酸化チタン微粒子を含むペースト剤をコーティングする。次いで、得られたコーティング物を400〜500℃の温度で熱処理することにより、多孔質状の酸化チタン層を有する電極を作製する。次いで、ルテニウム系色素、インドリン系色素等の色素増感剤を含む有機溶液中に、得られた電極を浸漬することにより、多孔質状の酸化チタンの表面に色素増感剤が吸着した光電極を作製する。 First, a paste containing titanium oxide particles is coated on the surface of a transparent conductive glass which is a glass substrate on which a transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide) or FTO (Fluorine Tin Oxide) is formed. Next, the obtained coating is heat-treated at a temperature of 400 to 500 ° C. to produce an electrode having a porous titanium oxide layer. Next, the obtained electrode is immersed in an organic solution containing a dye sensitizer such as a ruthenium-based dye or an indoline-based dye to obtain a photoelectrode in which the dye sensitizer is adsorbed on the surface of porous titanium oxide. Make
次に、対極は、スパッタリング等の手法により、透明導電膜を形成させたガラス基板やフィルム上に、電気化学的還元作用を発揮する白金層を形成させることにより作製される。 Next, the counter electrode is produced by forming a platinum layer exhibiting an electrochemical reduction action on a glass substrate or a film on which a transparent conductive film is formed, by a method such as sputtering.
しかしながら、従来の色素増感型太陽電池では、光電極及び対極を構成する透明導電膜の電気抵抗が比較的に大きかった。そのため、酸化チタンのコーティング面積（透明導電膜の面積）を大きくすると、得られる色素増感型太陽電池の光電変換効率が著しく低下するので、小面積にて色素増感太陽電池を作製する必要がある。 However, in the conventional dye-sensitized solar cell, the electrical resistance of the transparent conductive film constituting the photoelectrode and the counter electrode is relatively large. Therefore, if the coating area of the titanium oxide (area of the transparent conductive film) is increased, the photoelectric conversion efficiency of the obtained dye-sensitized solar cell is significantly reduced, so it is necessary to manufacture the dye-sensitized solar cell in a small area is there.
また光電極基板上に小面積の酸化チタンのコーティング層を設けた色素増感太陽電池にてモジュール化を図ると、発電に寄与しない部位が多くなり、モジュールの発電量が減少するという問題点があった。 In addition, when modularization is performed with a dye-sensitized solar cell in which a titanium oxide coating layer of a small area is provided on a photoelectrode substrate, the number of sites not contributing to power generation increases, and the power generation amount of the module decreases. there were.
特許文献1では、個々の色素増感太陽電池は、短冊形にパターニングを行った透明導電膜を形成させたガラス基板を用いる。この技術では、それら隣り合う個々の色素増感太陽電池が接触しないように、ある一定の隙間をおいて形成させる必要がある。この構造のおいては発電に寄与しない隙間の面積が大きくなり、モジュールの電流量が低下し、発電量が低下する。 In patent document 1, each dye-sensitized solar cell uses the glass substrate in which the transparent conductive film patterned to strip shape was formed. In this technique, it is necessary to form a certain gap so that the adjacent individual dye-sensitized solar cells are not in contact with each other. In this structure, the area of the gap that does not contribute to power generation is increased, the amount of current of the module is reduced, and the amount of power generation is reduced.
これらの色素増感太陽電池を直列接続して得られるモジュールの発電量は、モジュールを構成する色素増感型太陽電池の数による。そのモジュールの単位面積あたりの色素増感型太陽電池の数は少なくなるので、モジュールでは、高い電圧値を得ることができない。 The amount of power generation of a module obtained by connecting these dye-sensitized solar cells in series depends on the number of dye-sensitized solar cells constituting the module. Since the number of dye-sensitized solar cells per unit area of the module decreases, the module can not obtain a high voltage value.
これら従来技術においては、改善の余地が有る。 There is room for improvement in these conventional techniques.
光電極、対極に夫々透明導電膜ガラスや透明導電膜フィルムを用いた色素増感太陽電池を作製し、本色素増感太陽電池のモジュール化を図る場合、夫々の色素増感太陽電池を絶縁処理することが必要であった。 When manufacturing a dye-sensitized solar cell using a transparent conductive film glass or a transparent conductive film as the photoelectrode and the counter electrode respectively and modularizing the dye-sensitized solar cell, the respective dye-sensitized solar cell is subjected to insulation treatment It was necessary to
またモジュール化を図る際に、モジュールを構成する色素増感太陽電池が大面積になると、光電変換効率が低下し、モジュールにて得られる電力が減少する問題があった。 In addition, in the case of achieving modularization, when the dye-sensitized solar cell constituting the module has a large area, there is a problem that the photoelectric conversion efficiency is reduced and the power obtained by the module is reduced.
本発明は、これらの課題を解決するべく、高電力が発現できる色素増感型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 This invention aims at providing the dye-sensitized solar cell module which can express high electric power, in order to solve these subjects.
本発明者は、従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討をした処、特定の構造を備える色素増感型太陽電池が上記目的を達成できることを見出した。 The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the problems of the prior art and have found that a dye-sensitized solar cell having a specific structure can achieve the above object.
即ち、本発明は、下記の色素増感型太陽電池モジュールである。 That is, the present invention is the following dye-sensitized solar cell module.
項１．
光電極と対極とが電解質層を介して対向配置された色素増感型太陽電池モジュールであって、
（1）透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成された光電極が2個以上配列されており、
（2）前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、対極と対向する面において、当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（3）対極は、透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、電気化学的触媒層がコーティングされており、
（4）前記対極を構成する透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、前記光電極に
対向する面において、電気化学的触媒層と共に当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（5）前記光電極と対極とは、電気的に接続されており、
（6）前記光電極及び対極には、外部に電気を取り出すための接続部が設けられている、
ことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。
Item 1.
A dye-sensitized solar cell module in which a photoelectrode and a counter electrode are disposed opposite to each other via an electrolyte layer,
(1) Two or more photoelectrodes in which a titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film are arranged,
(2) In the transparent conductive film glass or the transparent conductive film, the transparent conductive film is removed by etching and insulated on the surface facing the counter electrode,
(3) The counter electrode is coated with an electrochemical catalyst layer on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film,
(4) The transparent conductive film glass or the transparent conductive film forming the counter electrode is insulated by removing the transparent conductive film together with the electrochemical catalyst layer by etching on the surface facing the photoelectrode,
(5) The photoelectrode and the counter electrode are electrically connected,
(6) The photoelectrode and the counter electrode are provided with a connection for extracting electricity to the outside,
Dye-sensitized solar cell module characterized by
項２．
前記2個以上で配列された光電極と対極との間で、同じ電解質層が使用されている、
ことを特徴とする前記項１に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 2.
The same electrolyte layer is used between the two or more light electrodes and the counter electrode,
Item 2. The dye-sensitized solar cell module according to item 1 above.
項３．
光電極の幅が、0.1mm〜5mmである
ことを特徴とする前記項１又は２に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 3.
3. The dye-sensitized solar cell module according to item 1 or 2, wherein a width of the photoelectrode is 0.1 mm to 5 mm.
項４．
前記光電極は、対極と対向配置される側に、ブロック層が設けられ、更に当該ブロック層上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン層が形成されており、
前記ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの２つの層で構成され、必ず該ブロック層の透明導電膜上に酸化アルミニウムの層が形成されている、
ことを特徴とする前記項１〜３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 4.
The photoelectrode is provided with a block layer on the side facing the counter electrode, and a porous titanium oxide layer containing a dye sensitizer is further formed on the block layer.
The block layer is at least two selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer and a niobium oxide layer. A layer, and a layer of aluminum oxide is necessarily formed on the transparent conductive film of the block layer,
The dye-sensitized solar cell module according to any one of Items 1 to 3, characterized in that
項５．
前記ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの２つの層で構成される、
ことを特徴とする前記項４記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 5.
The block layer is composed of at least two layers selected from the group consisting of a layer of titanium oxide, a layer of aluminum oxide and a layer of niobium oxide.
5. The dye-sensitized solar cell module according to item 4 above, characterized in that:
項６．
前記酸化チタン層の形状は、長方形である、
ことを特徴とする前記項１〜５のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 6.
The shape of the titanium oxide layer is rectangular,
The dye-sensitized solar cell module according to any one of the above items 1 to 5, characterized in that
項７．
前記電気化学的還元触媒層は、白金触媒層である、
ことを特徴とする前記項１〜６のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 7.
The electrochemical reduction catalyst layer is a platinum catalyst layer,
7. The dye-sensitized solar cell module according to any one of the above items 1 to 6, characterized in that
項８．
前記電解質層を構成する電解液の注入孔が設けられている、
ことを特徴とする前記項１〜７のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 8.
An injection hole of an electrolyte solution constituting the electrolyte layer is provided.
The dye-sensitized solar cell module according to any one of Items 1 to 7, characterized in that
項９．
前記光電極側の透明導電性ガラス又は透明導電性フィルムは、反射防止膜加工されている、
ことを特徴とすることを前記項１〜７のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 9.
The transparent conductive glass or the transparent conductive film on the side of the photo electrode is subjected to anti-reflection film processing,
The dye-sensitized solar cell module according to any one of Items 1 to 7, characterized in that
項１０．
前記光電極側の透明導電性ガラス又は透明導電性フィルムの光照射面に、更に反射防止フィルムが設けられている、
ことを前記項１〜９のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 10.
An antireflective film is further provided on the light irradiation surface of the transparent conductive glass or the transparent conductive film on the photoelectrode side.
The dye-sensitized solar cell module according to any one of items 1 to 9 above.
項１１．
前記光電極側に、更に集光装置が配置されている、
ことを特徴とする前記項１〜１０のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 11.
A condensing device is further disposed on the photo electrode side,
The dye-sensitized solar cell module according to any one of Items 1 to 10, characterized in that
項１２．
更に冷却装置が配置されている、
ことを特徴とする前記項１１に記載の色素増感型太陽電池モジュール。
Item 12.
Furthermore, a cooling device is arranged,
12. The dye-sensitized solar cell module according to item 11 above.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、高電力を発現することができる。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention can express high power.
以下に本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、以下の部材で構成される。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention is composed of the following members.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、光電極と対極とが電解質層を介して対向配置されており、
（1）透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成された光電極が2個以上配列されており、
（2）前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、対極と対向する面において、当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（3）対極は、透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、電気化学的触媒層がコーティングされており、
（4）前記対極を構成する透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、前記光電極に
対向する面において、電気化学的触媒層と共に当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（5）前記光電極と対極とは、電気的に接続されており、
（6）前記光電極及び対極には、外部に電気を取り出すための接続部が設けられている、
ことを特徴とする。
In the dye-sensitized solar cell module of the present invention, the photoelectrode and the counter electrode are disposed opposite to each other through the electrolyte layer,
(1) Two or more photoelectrodes in which a titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film are arranged,
(2) In the transparent conductive film glass or the transparent conductive film, the transparent conductive film is removed by etching and insulated on the surface facing the counter electrode,
(3) The counter electrode is coated with an electrochemical catalyst layer on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film,
(4) The transparent conductive film glass or the transparent conductive film forming the counter electrode is insulated by removing the transparent conductive film together with the electrochemical catalyst layer by etching on the surface facing the photoelectrode,
(5) The photoelectrode and the counter electrode are electrically connected,
(6) The photoelectrode and the counter electrode are provided with a connection for extracting electricity to the outside,
It is characterized by
（1）光電極
色素増感型太陽電池は、光電極と対極とが電解質層を介して対向配置されており、光電極は、透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成されたものである。
(1) The photoelectrode dye-sensitized solar cell has a photoelectrode and a counter electrode disposed opposite to each other via an electrolyte layer, and the photoelectrode is a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film on a dye sensitizer. The titanium oxide layer to be contained is formed.
色素増感型太陽電池モジュールには、色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成された光電極が2個以上で配列されている。 In the dye-sensitized solar cell module, two or more photoelectrodes on which a titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed are arranged.
光電極基板
透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、対極と対向する面において、電気化学的触媒層と共に当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されているものを用いる。
The photoconductive substrate transparent conductive film glass or the transparent conductive film is used in which the transparent conductive film is removed by etching together with the electrochemical catalyst layer on the surface facing the counter electrode.
パターニング処理としては、光電極に対向する部分にテープ（ポリイミドテープ等）を貼り、よくこすり付けてマスキングする。次いで、エッチングするために、非マスキング面の透明導電膜（FTO膜等）及び電気化学的触媒層（白金膜等）上に亜鉛粉末を設置し、塩酸を滴下することで、絶縁処理するパターニング処理が好ましい。 In the patterning process, a tape (polyimide tape or the like) is attached to a portion facing the photoelectrode, and is carefully rubbed and masked. Next, in order to etch, a zinc powder is placed on a transparent conductive film (FTO film etc.) and electrochemical catalyst layer (platinum film etc.) on the non-masking surface, and patterning is carried out by insulating treatment by dropping hydrochloric acid. Is preferred.
パターニング処理としては、感光性のレジストを基材上に塗布し感光させることで、露光部と未露光部が形成されて、微細なパターンニングを実施できるフォトリゾグラフィー法によるパターニング処理等がある。 As the patterning process, a photosensitive resist is coated on a substrate and exposed to light to form an exposed portion and an unexposed portion, and there is a patterning process by a photolithography method or the like which can carry out fine patterning.
色素増感太陽電池の光電極基板は、透明導電膜であるITO（Indium Tin Oxide）、FTO（Fluorine Tin Oxide）等を透明ガラスや透明なプラスチック材料であるPET（polyethylene terephthalate）やPEN（polyethylene naphthalate）等にコーティングしたものである。 The photoelectrode substrate of the dye-sensitized solar cell may be formed of ITO (Indium Tin Oxide), which is a transparent conductive film, FTO (Fluorine Tin Oxide), etc., as transparent glass or PET (polyethylene terephthalate) which is a transparent plastic material, or PEN (polyethylene naphthalate). Etc.).
ブロック層
光電極は、ブロック層が設けられ、更に当該ブロック層上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン層が形成されていることが好ましい。
The blocking layer photoelectrode is preferably provided with a blocking layer, and a porous titanium oxide layer containing a dye sensitizer is preferably formed on the blocking layer.
ブロック層は、光電極及び光電極基板界面で、電解液層への電子の漏出を防いだり、電子と色素増感剤との再結合を防いだりすることができる。 The blocking layer can prevent the leakage of electrons into the electrolyte layer and the recombination of electrons and the dye sensitizer at the interface between the photoelectrode and the photoelectrode substrate.
ブロック層により、色素から発生した励起電子は、色素が吸着されている多孔質酸化チタン層を通じて、光電極基板に移動する過程において、酸化状態である色素と再結合したりすることや、電解液に接した光電極基板の表面から電解液側に逆電子移動を起こしたりすることがない。 In the process of moving excited electrons generated from the dye to the photoelectrode substrate through the porous titanium oxide layer to which the dye is adsorbed, the block layer recombines with the dye in the oxidized state, or the electrolyte solution There is no back electron transfer from the surface of the photoelectrode substrate in contact with the electrolyte to the electrolyte.
その結果、ブロック層を有することで、電流値の向上や抵抗値が低下することにて発電量は増加する。 As a result, by having the block layer, the power generation amount is increased due to the improvement of the current value and the reduction of the resistance value.
本願電池は、その特定のブロック層が設けると、高い光電変換効率を実現する。 The present battery realizes high photoelectric conversion efficiency when the specific block layer is provided.
ブロック層としては、n型半導体が好ましい。 As the block layer, an n-type semiconductor is preferable.
ブロック層は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム及び酸化ニオブからなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料の層であることが好ましい。これら材料の中から少なくとも一つの材料を選択し、光電極基板上に緻密なコーティングすることで、色素増感太陽電池の逆電子移動を防止し、変換効率の著しい向上を図ることができる。 The block layer is preferably a layer of at least one material selected from the group consisting of titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide and niobium oxide. By selecting at least one material from among these materials and coating the substrate on the photoelectrode substrate densely, it is possible to prevent reverse electron transfer of the dye-sensitized solar cell and to significantly improve the conversion efficiency.
ブロック層は、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ等を、光電極基板である透明導電膜ガラスまたは透明導電膜フィルム上に、コーティングすることで、形成することができる。 The block layer is formed by coating titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, strontium titanate, magnesium oxide, niobium oxide or the like on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film as a photoelectrode substrate. It can be formed.
特に、ブロック層の透明導電膜上に酸化アルミニウム層を設けた場合、高い変換効率を得ることができる。これは、酸化アルミニウムは、ブロック層の材料の中でもバンドギャップ（コンダクションバンドとバレンスバンドとのギャップ）が大きな物質であり、コンダクションバンドのエネルギー値が高い物質であるからである。色素増感剤の光励起に伴う電子は、コンダクションバンドに移動する。酸化アルミニウムのコンダクションバンドの位置が高いために、この高いコンダクションバンドの壁を越えての電解液側への逆電子移動が難しくなる。 In particular, when an aluminum oxide layer is provided on the transparent conductive film of the block layer, high conversion efficiency can be obtained. This is because aluminum oxide is a material having a large band gap (a gap between the conduction band and the valence band) among the materials of the block layer and a material having a high energy value of the conduction band. Electrons accompanying photoexcitation of the dye sensitizer move to the conduction band. The high position of the aluminum oxide conduction band makes it difficult to transfer the reverse electron to the electrolyte side across the wall of the high conduction band.
この様な酸化アルミニウムの特性に基づき、ブロック層の透明導電膜上に酸化アルミニウムのブロック層を備えることで、光電変換効率を高めることが可能になる。 Based on such characteristics of aluminum oxide, by providing the block layer of aluminum oxide on the transparent conductive film of the block layer, it is possible to enhance the photoelectric conversion efficiency.
コーティング方法として、ブロック層の前駆体であるチタン化合物（四塩化チタン等）、アルミニウム化合物（塩化アルミニウム等）、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、チタン酸ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、ニオブ化合物（塩化ニオブ等）等を含有する液を、光電極基板上に、スピンコート法、ディップ法、スキージ法、スクリーン印刷法、スプレー法等の方法にて塗布する。次いで、熱処理（450℃程度の焼成等）することが好ましい。 As a coating method, titanium compounds (such as titanium tetrachloride), aluminum compounds (such as aluminum chloride), silicon compounds, zirconium compounds, strontium titanate compounds, magnesium compounds, niobium compounds (such as niobium chloride), which are precursors of block layers, etc. Is applied onto the photoelectrode substrate by a method such as spin coating, dipping, squeegee method, screen printing method, or spray method. Next, heat treatment (such as baking at about 450 ° C.) is preferable.
ブロック層は、チタン化合物、アルミニウム化合物、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、チタン酸ストロンチウム化合物、マグネシウム化合物、ニオブ化合物等の材料を、スパッタリング、イオンプレーティング法、真空蒸着、電子ビーム蒸着法等のPVD処理やCVD処理等により、形成することができる。これにより、容易に緻密なブロック層を光電極基板であるチタン材料上に形成させることができる。 The block layer is formed by sputtering, ion plating, vacuum evaporation, electron beam evaporation, or other materials such as titanium compounds, aluminum compounds, silicon compounds, zirconium compounds, strontium titanate compounds, magnesium compounds, and niobium compounds. It can be formed by a CVD process or the like. Thereby, a dense block layer can be easily formed on the titanium material which is the photoelectrode substrate.
ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの2つの層で構成されること（2層構造又は3層構造）が好ましい。 The block layer is at least two layers selected from the group consisting of titanium oxide layer, aluminum oxide layer, silicon oxide layer, zirconium oxide layer, strontium titanate layer, magnesium oxide layer and niobium oxide layer It is preferable to be composed of (two-layer structure or three-layer structure).
ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの2つの層で構成されること（2層構造又は3層構造）がより好ましいが、特に好ましいのは透明導電膜上に酸化アルミニウムの層を形成させたものである。 The block layer is more preferably composed of at least two layers selected from the group consisting of a layer of titanium oxide, a layer of aluminum oxide and a layer of niobium oxide (bilayer structure or trilayer structure), but is particularly preferred In the above, a layer of aluminum oxide is formed on a transparent conductive film.
ブロック層としてn型半導体を使用することが好ましく、効果的なブロック層として機能する。 It is preferable to use an n-type semiconductor as the block layer, and it functions as an effective block layer.
ブロック層の膜厚は、物質種類やコーティング手法により変化させることができる。ブロック層の膜厚は、0.1nm〜10μm程度が好ましく、1nm〜1μm程度がより好ましい。 The film thickness of the block layer can be changed according to the type of substance and the coating method. The thickness of the block layer is preferably about 0.1 nm to 10 μm, and more preferably about 1 nm to 1 μm.
2層構造のブロック層は、下層（透明導電膜側）に酸化アルミニウムの層を形成し、上層（電解質層又は多孔質酸化チタン側）に酸化チタンの層を形成することが好ましい。 In the block layer having a two-layer structure, it is preferable to form a layer of aluminum oxide in the lower layer (transparent conductive film side) and form a layer of titanium oxide in the upper layer (electrolyte layer or porous titanium oxide side).
2層構造のブロック層は、下層（透明導電膜側）に酸化ニオブの層を形成し、上層（電解質層又は多孔質酸化チタン側）に酸化チタンの層を形成することが好ましい。 It is preferable to form a layer of niobium oxide in the lower layer (transparent conductive film side) and a layer of titanium oxide in the upper layer (electrolyte layer or porous titanium oxide side) in the two-layered block layer.
3層構造のブロック層は、下層（透明導電膜側）に酸化アルミニウムの層を形成し、中間層に酸化ニオブの層を形成し、上層（電解質層又は多孔質酸化チタン側）に酸化チタンの層を形成することが好ましい。 The block layer of the three-layer structure forms a layer of aluminum oxide in the lower layer (transparent conductive film side), forms a layer of niobium oxide in the intermediate layer, and forms titanium oxide in the upper layer (electrolyte layer or porous titanium oxide side) It is preferred to form a layer.
前記ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ケイ素の層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層、酸化マグネシウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの２つの層で構成され、必ず光電極基板の透明導電膜上に酸化アルミニウムの層を含んでいることが好ましい。 The block layer is at least two selected from the group consisting of a titanium oxide layer, an aluminum oxide layer, a silicon oxide layer, a zirconium oxide layer, a strontium titanate layer, a magnesium oxide layer and a niobium oxide layer. It is preferable to be composed of layers and to always include a layer of aluminum oxide on the transparent conductive film of the photoelectrode substrate.
前記ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの２つの層で構成されることが好ましい。 The block layer is preferably composed of at least two layers selected from the group consisting of a layer of titanium oxide, a layer of aluminum oxide and a layer of niobium oxide.
酸化チタン層
光電極は、透明導電膜上に、色素増感剤を含有する酸化チタン層（半導体層）を形成されたものである。
The titanium oxide layer photoelectrode is one in which a titanium oxide layer (semiconductor layer) containing a dye sensitizer is formed on a transparent conductive film.
酸化チタン等の微粒子を含むペースト剤を塗布後、酸化性雰囲気下での加熱処理する工程により、酸化チタン層を形成することができる。 A titanium oxide layer can be formed by the process of heat-processing in an oxidative atmosphere, after apply | coating the paste agent containing microparticles | fine-particles, such as a titanium oxide.
酸化チタン微粒子の平均粒径は、0.1nm〜3,000nm程度が好ましく、1nm〜1,000nm程度がより好ましく、10nm〜500nm程度が更に好ましい。また酸化チタン微粒子粉末としては、1種類のものを使用する必要はなく、粒径の小さいものと大きなものを混合することにより、酸化チタン層中にて光が散乱することにて得られた色素増感太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。 The average particle diameter of the titanium oxide fine particles is preferably about 0.1 nm to 3,000 nm, more preferably about 1 nm to 1,000 nm, and still more preferably about 10 nm to 500 nm. In addition, it is not necessary to use one kind of titanium oxide fine particle powder, and a pigment obtained by scattering light in a titanium oxide layer by mixing one having a small particle diameter and one having a large particle diameter. The photoelectric conversion efficiency of the sensitized solar cell can be improved.
ペースト剤は、例えば、酸化チタン微粒子を溶剤中に分散させることにより調製できる。溶剤としては、ポリエチレングリコールが好ましい。ペースト剤中における酸化チタン微粒子の含有量は特に限定されず、焼結体が好適に形成されるよう適宜調節すればよい。 The paste can be prepared, for example, by dispersing titanium oxide fine particles in a solvent. As a solvent, polyethylene glycol is preferable. The content of the titanium oxide fine particles in the paste agent is not particularly limited, and may be appropriately adjusted so that a sintered body is suitably formed.
ペースト剤を前記チタン材料上に塗布する方法としては、特に限定されず、例えば、スクリーンプリント、インクジェット、ロールコート、ドクターブレード、スプレーコート等が挙げられる。 It does not specifically limit as method to apply | coat a paste agent on the said titanium material, For example, screen printing, inkjet, a roll coat, a doctor blade, a spray coat etc. are mentioned.
ペースト剤を塗布した後の塗膜の厚みは、特に限定されず、目的とする厚みの酸化チタン焼結体が形成されるよう適宜設定すればよい。 The thickness of the coating film after applying the paste agent is not particularly limited, and may be appropriately set so that a titanium oxide sintered body having a target thickness is formed.
透明導電膜ガラスや透明導電膜フィルム上の透明導電膜上に、色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成された光電極が2個以上で配列されている。 Two or more photoelectrodes in which a titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film on a transparent conductive film are arranged.
透明導電膜上に大面積な酸化チタン層を形成させた場合、通常、透明導電膜の高いシート抵抗に基づき、光電変換効率は低下する。しかし、本発明では、酸化チタン層の幅を狭くすることで、光電変換効率の低下を招かない。酸化チタン層の幅は、0.1mm〜5mmが好ましく、0.3mm〜2mmがより好ましい。 When a large-area titanium oxide layer is formed on the transparent conductive film, the photoelectric conversion efficiency generally decreases due to the high sheet resistance of the transparent conductive film. However, in the present invention, the reduction of the photoelectric conversion efficiency is not caused by narrowing the width of the titanium oxide layer. The width of the titanium oxide layer is preferably 0.1 mm to 5 mm, and more preferably 0.3 mm to 2 mm.
光電極基板は、透明導電膜ガラスや透明導電膜フィルム上に形成される。酸化チタン層を正方形ではなく長方形にすることにより、色素増感剤の光励起に伴う電子が酸化チタン層にて電子が消失することなく、発電量、特に電流値が向上する。 The photoelectrode substrate is formed on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film. By making the titanium oxide layer rectangular instead of square, the amount of generated electricity, in particular, the current value, is improved without the loss of electrons in the titanium oxide layer of electrons accompanying photoexcitation of the dye sensitizer.
また酸化チタン層の幅は、狭い程、色素増感剤の光励起に伴う電子が酸化チタン層にて電子が消失することなく、発電量、特に電流値は向上する。 Further, as the width of the titanium oxide layer is narrower, the amount of generated electricity, in particular, the current value, is improved without the loss of electrons in the titanium oxide layer of electrons accompanying photoexcitation of the dye sensitizer.
酸化チタン層の幅は、色素増感太陽電池モジュールの有効面積を最大にするためには、
光電極基板、対極をそれぞれ形成する透明導電膜ガラスや透明導電膜フィルム上の透明導電膜をエッチング処理することにより、パターニングされた長方形であることが好ましい。
The width of the titanium oxide layer is to maximize the effective area of the dye-sensitized solar cell module
It is preferable that it is a rectangle patterned by carrying out the etching process of the transparent conductive film glass which forms a photoelectrode substrate and a counter electrode, respectively, and a transparent conductive film film.
酸化チタン層の幅を狭くし、色素増感太陽電池モジュールの有効面積を最大にするためには、酸化チタン層の幅は、0.1mm〜5mm程度が好ましく、更に0.3mm〜2mm程度が好ましい。
直列接続を実施した場合、光電極基板の数に比例して、電圧値は増加することになり、発電量は向上する。
In order to narrow the width of the titanium oxide layer and maximize the effective area of the dye-sensitized solar cell module, the width of the titanium oxide layer is preferably about 0.1 mm to 5 mm, and more preferably about 0.3 mm to 2 mm.
When the series connection is performed, the voltage value is increased in proportion to the number of photo electrode substrates, and the power generation amount is improved.
また並列接続を実施した場合、光電極基板の数に比例して電流値が増加することにて、発電量は向上する。 When parallel connection is performed, the amount of power generation is improved by increasing the current value in proportion to the number of photo electrode substrates.
熱処理の温度は、100℃〜600℃程度が好ましく、400℃〜500℃程度がより好ましい。特に、400℃〜500℃程度の温度で熱処理することにより、酸化チタン微粒子同士を好適に焼結させることができる。熱処理の時間は、熱処理温度等に応じて適宜設定すればよい。前記熱処理は、酸化性雰囲気中（例えば空気中等の酸素が存在する雰囲気中）で行われる。 The temperature of the heat treatment is preferably about 100 ° C. to 600 ° C., and more preferably about 400 ° C. to 500 ° C. In particular, by heat-treating at a temperature of about 400 ° C. to 500 ° C., titanium oxide fine particles can be suitably sintered. The heat treatment time may be appropriately set in accordance with the heat treatment temperature and the like. The heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere (for example, in an atmosphere in which oxygen is present, such as in the air).
色素増感剤
光電極は、エッチング処理することにて1枚の透明導電膜ガラス若しくは透明導電膜フィルム材料に絶縁層を介在して複数の透明導電膜が形成された材料上に色素増感剤を含有する酸化チタン層が形成されたものである。
The dye sensitizer photoelectrode is a dye sensitizer on which a plurality of transparent conductive films are formed by interposing an insulating layer on a sheet of transparent conductive film glass or transparent conductive film film material by etching treatment. A titanium oxide layer is formed.
本発明の色素増感太陽電池は、光電極上の酸化チタン層に吸着された色素に光照射がなされる。 In the dye-sensitized solar cell of the present invention, the dye adsorbed on the titanium oxide layer on the photoelectrode is irradiated with light.
前記の手法にて酸化チタン層（半導体層）を形成させた光電極を、色素増感剤を含む溶液にて浸漬させることにより色素増感剤を酸化チタン層に吸着させることができる。 The dye sensitizer can be adsorbed to the titanium oxide layer by immersing the photoelectrode on which the titanium oxide layer (semiconductor layer) is formed by the above-described method in a solution containing the dye sensitizer.
色素増感剤としては、近赤外光領域、可視光領域に光吸収を持つ色素であれば特に限定されるものではない。色素増感剤の中でも、レッドダイ（N719）、ブラックダイ（N749）等のルテニウム金属錯体；銅フタロシアニン等のルテニウム以外の金属錯体；エオシン、ローダンミン、メロシリニン、インドリン等の有機錯体等が好ましい。これらの色素増感剤は、1種単独又は2種以上を込み合わせての使用ができる。色素増感剤の中でも、ルテニウム錯体が好ましく、レッドダイ（N719）と近赤外線領域に光吸収を有するブラックダイ（N749）を混合したものが更に好ましい。 The dye sensitizer is not particularly limited as long as it is a dye having light absorption in the near infrared light region and the visible light region. Among the dye sensitizers, ruthenium metal complexes such as red dye (N719) and black dye (N749); metal complexes other than ruthenium such as copper phthalocyanine; and organic complexes such as eosin, rhodamin, merosinin, indoline and the like are preferable. These dye sensitizers can be used singly or in combination of two or more. Among the dye sensitizers, preferred is a ruthenium complex, and more preferred is a mixture of a red dye (N719) and a black dye (N749) having light absorption in the near infrared region.
色素増感剤を酸化チタン層に吸着させる手法としては、色素増感剤を含む溶液中に、酸化チタン層等の半導体層を浸漬する方法がある。色素増感剤を、半導体層に、付着（化学吸着、物理吸着又は堆積等）させることができる。 As a method of adsorbing a dye sensitizer to a titanium oxide layer, there is a method of immersing a semiconductor layer such as a titanium oxide layer in a solution containing the dye sensitizer. The dye sensitizer can be attached (chemically adsorbed, physically adsorbed or deposited, etc.) to the semiconductor layer.
色素増感剤を付着させる量は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、半導体層の面積等に応じて適宜設定すればよい。 The amount of the dye sensitizer to be attached may be appropriately set in accordance with the area of the semiconductor layer and the like, as long as the effect of the present invention is not impaired.
反射防止膜加工
色素増感型太陽電池モジュールでは、光電極の透明導電性ガラス又は透明導電性フィルムは、反射防止膜加工されていることが好ましい。光電極側は、透明導電性ガラス又は透明導電性フィルムの光照射面に、更に反射防止フィルムが設けられていることが好ましい。
In the antireflective film processing dye-sensitized solar cell module, the transparent conductive glass or the transparent conductive film of the photoelectrode is preferably antireflective film processed. It is preferable that an anti-reflection film is further provided on the light irradiation surface of the transparent conductive glass or the transparent conductive film on the photo electrode side.
また色素増感太陽電池への入る光量を高めるために、光照射される面にMgF2やSiO2等を真空蒸着やスパッタリング等のドライ処理やスピンコーティングやディップコーティング等の手法にて反射防止膜を形成させたものを実施したものを使用することや光照射面に反射防止フィルムを貼り合わせることにより、得られた色素増感太陽電池の電流値は向上し、発電量は増加する。 In addition, in order to increase the amount of light entering the dye-sensitized solar cell, MgF 2 or SiO 2 etc. is applied to the surface to be irradiated by a dry process such as vacuum deposition or sputtering, or an antireflective film by methods such as spin coating or dip coating. The current value of the obtained dye-sensitized solar cell is improved, and the amount of power generation is increased, by using the embodiment in which the formed material is used or by laminating an antireflective film on the light irradiation surface.
（2）対極
色素増感型太陽電池モジュールでは、光電極と対極とが電解質層を介して対向配置されており、対極は、透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、電気化学的触媒層がコーティングされており、前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、前記絶縁材に対向する面において、電気化学的触媒層と共に当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されている。
(2) In the counter electrode dye-sensitized solar cell module, the photoelectrode and the counter electrode are disposed opposite to each other through the electrolyte layer, and the counter electrode is an electrochemical catalyst layer on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film The transparent conductive film glass or the transparent conductive film is insulated by removing the transparent conductive film together with the electrochemical catalyst layer by etching on the surface facing the insulating material.
色素増感型太陽電池モジュールの対極として、透明導電性ガラス又は透明導電性フィルム上に、電気化学的（還元）触媒層がコーティングされたものが2個以上の光電極がそれぞれパターニング処理された光電極の上部に設置する。 As a counter electrode of a dye-sensitized solar cell module, a transparent conductive glass or transparent conductive film coated with an electrochemical (reduction) catalyst layer is light having two or more photo electrodes patterned respectively Place it on top of the electrode.
この際に、対極に対向配置された光電極のパターンに準じて、対極の透明導電膜を、エッチング等を実施することにて、絶縁材であるガラス又はプラスチックスフィルム上に、絶縁層をパターニング処理する。 At this time, the insulating layer is patterned on the glass or plastic film which is an insulating material by performing etching or the like on the transparent conductive film of the counter electrode in accordance with the pattern of the photoelectrode disposed opposite to the counter electrode. To process.
パターニング処理としては、光電極に対向する部分にテープ（ポリイミドテープ等）を貼り、よくこすり付けてマスキングする。次いで、エッチングするために、非マスキング面の透明導電膜（FTO膜等）及び電気化学的触媒層（白金膜等）上に亜鉛粉末を設置し、塩酸を滴下することで、絶縁処理するパターニング処理が好ましい。 In the patterning process, a tape (polyimide tape or the like) is attached to a portion facing the photoelectrode, and is carefully rubbed and masked. Next, in order to etch, a zinc powder is placed on a transparent conductive film (FTO film etc.) and electrochemical catalyst layer (platinum film etc.) on the non-masking surface, and patterning is carried out by insulating treatment by dropping hydrochloric acid. Is preferred.
パターニング処理としては、感光性のレジストを基材上に塗布し感光させることで、露光部と未露光部が形成されて、微細なパターンニングを実施できるフォトリゾグラフィー法によるパターニング処理等がある。 As the patterning process, a photosensitive resist is coated on a substrate and exposed to light to form an exposed portion and an unexposed portion, and there is a patterning process by a photolithography method or the like which can carry out fine patterning.
色素増感太陽電池の対極は、透明導電膜であるITO（Indium Tin Oxide）、FTO（Fluorine Tin Oxide）等を透明ガラスや透明なプラスチック材料であるPET（polyethylene terephthalate）やPEN（polyethylene naphthalate）等にコーティングしたものである。透明導電性ガラス又は透明導電性フィルムの電解質側の表面上に、電気化学的（還元）触媒層を電子ビーム蒸着やスパッタリング等のPVD処理にてコーティングするものを使用する。 The counter electrode of the dye-sensitized solar cell is made of ITO (Indium Tin Oxide), which is a transparent conductive film, FTO (Fluorine Tin Oxide), etc., as transparent glass, or transparent plastic material, PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), etc. Coated with An electrochemical (reduction) catalyst layer is coated on the surface of the transparent conductive glass or the transparent conductive film on the electrolyte side by a PVD process such as electron beam evaporation or sputtering.
電気化学的（還元）触媒層としては、白金触媒層、炭素層、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)（PEDOT）層、金層、銀層、銅層、アルミニウム層、ロジウム層、インジウム層等を用いることができる。電気化学的還元触媒層は、水素過電圧が低いために電解層中の電子を失った電解質に電子注入がされ易い等という理由から、白金触媒層であることが好ましい。 As the electrochemical (reduction) catalyst layer, a platinum catalyst layer, a carbon layer, a poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) layer, a gold layer, a silver layer, a copper layer, an aluminum layer, a rhodium layer, indium Layers and the like can be used. The electrochemical reduction catalyst layer is preferably a platinum catalyst layer because it is easy to inject electrons into the electrolyte that has lost electrons in the electrolytic layer because the hydrogen overvoltage is low.
（3）電解質層
色素増感型太陽電池モジュールでは、2個以上で配列された光電極と対極と間で、同じ電解質層が使用されていることが好ましい。
(3) Electrolyte Layer In the dye-sensitized solar cell module, it is preferable that the same electrolyte layer be used between the photoelectrode and the counter electrode which are arranged in two or more pieces.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールの電解液層は、全ての光電変換素子共通とすることで、色素増感型太陽電池毎に区切る必要が無い。その結果、容易な封止処理が可能なり、光電変換素子の連結数に応じた電流値、電圧値を得ることができる。 The electrolyte solution layer of the dye-sensitized solar cell module of the present invention does not need to be divided for each dye-sensitized solar cell by using all the photoelectric conversion elements in common. As a result, easy sealing processing is possible, and current values and voltage values can be obtained according to the number of connected photoelectric conversion elements.
電解質層は、光励起され、半導体層へ電子注入を果たした色素増感剤に、電子を供給でき、色素増感剤を還元できる層であれば良い。電解質層は、更に、電子を失った電解質に、対極の白金触媒層から電子を供給される層であればよい。 The electrolyte layer may be a layer that can supply electrons to the dye sensitizer that has been photoexcited and has injected electrons into the semiconductor layer and that can reduce the dye sensitizer. The electrolyte layer may further be a layer in which electrons are supplied from the platinum catalyst layer of the counter electrode to the electrolyte which has lost electrons.
液体状の電解質層としては、酸化還元種を含む非水系電解液等があげられる。酸化還元種としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化カルシウム等のヨウ化物塩とヨウ素の組み合わせ、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化カルシウム等の臭化物塩と臭素の組み合わせが好ましい。夫々１種単独又は2種類以上の併用でもよい。またDMPII（1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide）、TBP（tert-ブチルピリジン）等を添加してもよい。 Examples of the liquid electrolyte layer include non-aqueous electrolytic solutions containing redox species. As redox species, a combination of iodide and iodine such as lithium iodide, sodium iodide, potassium iodide and calcium iodide, and bromide such as lithium bromide, sodium bromide, potassium bromide and calcium bromide A combination of and bromine is preferred. Each may be used alone or in combination of two or more. In addition, DMPII (1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide), TBP (tert-butylpyridine) or the like may be added.
溶媒としては、アセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等があげられる。これらの溶媒は、1種単独又は2種を組み合わせて使用してもよい。 Examples of the solvent include acetonitrile, 3-methoxypropionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate and the like. These solvents may be used singly or in combination of two.
セパレータ（スペーサー）及び封止材
色素増感型太陽電池モジュールでは、光電極と対極との接触を防ぐためにセパレータ（スペーサー）を設置することが好ましい。
Separator (Spacer) and Sealing Material In the dye-sensitized solar cell module, it is preferable to install a separator (spacer) in order to prevent contact between the photoelectrode and the counter electrode.
光電極と対極間に設置するセパレータ（スペーサー）の厚みは、電解液層の厚みを決定する。セパレータ（スペーサー）が薄すぎると、光電極と対極との接触が起きる。 The thickness of the separator (spacer) placed between the photoelectrode and the counter electrode determines the thickness of the electrolyte layer. If the separator (spacer) is too thin, contact between the photoelectrode and the counter electrode will occur.
セパレータとしては、電池分野で通常使われる公知のセパレータを用いることができる。セパレータとして、アイオノマー系樹脂フィルム、ポリイミド系樹脂フィルム、アクリル系UV硬化樹脂、ガラス材、シラン変性ポリマー、ポリイミド系テープ等を用いることができる。 As the separator, known separators usually used in the battery field can be used. As the separator, an ionomer resin film, a polyimide resin film, an acrylic UV curable resin, a glass material, a silane modified polymer, a polyimide tape, or the like can be used.
セパレータの面積についても、特に限定されず、目的とする太陽電池の規模等に応じて適宜設定すればよい。 The area of the separator is also not particularly limited, and may be appropriately set in accordance with the size and the like of the target solar cell.
光電極を構成する透明導電膜ガラスや透明導電性フィルムと対極を構成する透明導電膜ガラスや透明導電性フィルムとの界面は、電解質層を構成する電解液の成分に耐久性がある材料で封止されていることが好ましい。 The interface between the transparent conductive film glass forming the photoelectrode, the transparent conductive film, and the transparent conductive film glass forming the counter electrode or the transparent conductive film is sealed with a material having durability to the component of the electrolyte forming the electrolyte layer. It is preferable that it is stopped.
封止材として、アクリル系UV硬化樹脂、アイオノマー系樹脂フィルム、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ホットメルト系樹脂、シリコーン系エラストマー、ブチルゴム系エラストマー、ガラス材等を用いることができる。アクリル系ＵＶ硬化樹脂としては、スリーボンド製のTB3017B、TB3035Bを用いることができる。光電極及び対極の両極間を封止することができる。 As the sealing material, acrylic UV curable resin, ionomer resin film, epoxy resin, polyester resin, acrylic resin, hot melt resin, silicone elastomer, butyl rubber elastomer, glass material and the like can be used. Three-bond TB3017B and TB3035B can be used as the acrylic UV curable resin. Between the photoelectrode and the counter electrode can be sealed.
光電極と対極を封止する手法としては、前記封止材を、対極と対向する光電極に塗布又は設置し、対極材を設置させた後、封止材を硬化させることによりメインシールする。 As a method of sealing the photoelectrode and the counter electrode, the sealing material is applied or placed on the photoelectrode opposed to the counter electrode, and after the counter electrode material is placed, the main seal is performed by curing the sealing material.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールの電解液層は、全ての光電変換素子共通とすることで、色素増感型太陽電池毎に区切る必要が無い。その結果、容易な封止処理が可能なり、光電変換素子の連結数に応じた電流値、電圧値を得ることができる。 The electrolyte solution layer of the dye-sensitized solar cell module of the present invention does not need to be divided for each dye-sensitized solar cell by using all the photoelectric conversion elements in common. As a result, easy sealing processing is possible, and current values and voltage values can be obtained according to the number of connected photoelectric conversion elements.
ついで電解液注入孔から電解液を注入し、封止材にて電解液注入孔を塞ぎ、硬化させることにてエンドシールを行う。 Then, the electrolyte is injected from the electrolyte injection hole, the electrolyte injection hole is closed with a sealing material, and the end seal is performed by curing.
電解液の注入は毛細管現象を利用した手法にて行うことが好ましい。具体的には、電解液は満たされた容器内にモジュールを浸漬させ、引圧して大気圧に戻すことにより注入する。また、電解液を、ディスペンサを用いて、直接注入してもよい。 It is preferable to carry out the injection of the electrolytic solution by a method utilizing capillary action. Specifically, the electrolyte is injected by immersing the module in a filled container and pulling it back to atmospheric pressure. Alternatively, the electrolyte may be injected directly using a dispenser.
（4）集光装置
本色素増感型太陽電池では、集光装置が光電極側に配置されているものである。
(4) Focusing Device In the present dye-sensitized solar cell, the focusing device is disposed on the photoelectrode side.
光照射手段は、集光装置を介して光電極側から配置されてすることにより、無駄に使用されている光を集光し、高い光電変換効率に相当する高電力が達成される。 The light irradiator is disposed from the side of the light electrode through the light collection device, thereby collecting light that is wasted, and high power corresponding to high photoelectric conversion efficiency is achieved.
集光装置としては、特に限定されるものではないが、ガラス、PMMA（Polymethyl methacrylate）、PET（Polyethylene terephthalate）、PEN（Polyethylene naphthalate）等の透明プラスチックス製のリニアフレネルレンズ等の集光レンズを用いることが好ましい。 The light collecting device is not particularly limited, but may be a light collecting lens such as a linear Fresnel lens made of a transparent plastic such as glass, PMMA (Poly methyl methacrylate), PET (Poly ethylene terephthalate), PEN (Poly ethylene naphthalate) or the like. It is preferred to use.
色素増感太陽電池に使用されている色素増感剤等の有機物成分は、太陽光に含まれる波長の短い紫外線にて劣化する恐れがある。そのためガラスやPMMA、PET、PEN等の透明プラスチックスのリニアフレネルレンズ等の集光装置を用いることにより、太陽光に含まれる波長の短い紫外線が色素増感太陽電池に入ることを防ぐことが可能である。 Organic components such as a dye sensitizer used in a dye-sensitized solar cell may be deteriorated by ultraviolet light having a short wavelength contained in sunlight. Therefore, it is possible to prevent ultraviolet rays having a short wavelength contained in sunlight from entering the dye-sensitized solar cell by using a light collecting device such as a linear Fresnel lens of glass or transparent plastic such as PMMA, PET, PEN, etc. It is.
色素増感太陽電池に使用されている色素等の有機物成分の劣化が防ぐことができ、色素増感太陽電池の耐久性を向上することができる。 Deterioration of organic matter components, such as a pigment used for a dye-sensitized solar cell, can be prevented, and the durability of the dye-sensitized solar cell can be improved.
冷却装置
集光装置にて光が収束することにて発生する色素増感太陽電池自身が熱を持つために、色素増感太陽電池の耐久性が損なわれる恐れがあるために、冷却装置を設けることが好ましい。
A cooling device is provided because there is a risk that the durability of the dye-sensitized solar cell may be impaired because the dye-sensitized solar cell itself generates heat when the light is converged by the cooling device focusing device. Is preferred.
冷却装置としては、特に制限されるものではないが、太陽光の熱エネルギーを遮断するために、近赤外線遮断フィルターを設けたものや、銅板等の熱伝導率が高い材料等が好ましい。これらの冷却装置を付設することにより、集光装置により収束した光による発熱を防ぐことが可能である。冷却効率を更に高めるには、本発明の色素増感太陽電池の光電極面に2種類以上の熱伝導性の良い材料（アルミニウム、銅板等）を積層させもよい。 The cooling device is not particularly limited, but in order to block the heat energy of sunlight, a device provided with a near infrared blocking filter, a material having a high thermal conductivity such as a copper plate, and the like are preferable. By attaching these cooling devices, it is possible to prevent heat generation due to light converged by the light collecting device. In order to further enhance the cooling efficiency, two or more kinds of heat conductive materials (aluminum, copper plate, etc.) may be laminated on the photoelectrode surface of the dye-sensitized solar cell of the present invention.
（5）色素増感型太陽電池モジュールの製造方法
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、光電極と対極との間にスペーサーを介して、対向配置させて、光電極及び対極間に電解質層を封入する。
(5) Method of Manufacturing Dye-Sensitized Solar Cell Module The dye-sensitized solar cell module of the present invention is disposed opposite to the photoelectrode and the counter electrode with a spacer interposed between the photoelectrode and the counter electrode. An electrolyte layer is enclosed between the counter electrodes.
光電極と対極を封止する手法としては、前記封止材を、対極と対向する光電極に塗布又は設置し、対極材を設置させた後、封止材を硬化させることによりメインシールする。 As a method of sealing the photoelectrode and the counter electrode, the sealing material is applied or placed on the photoelectrode opposed to the counter electrode, and after the counter electrode material is placed, the main seal is performed by curing the sealing material.
電解質層の封入方法は限定的ではない。例えば、対極に注入孔を設け、この注入孔から電解質層を構成する材料を注入する方法が挙げられる。この注入孔は、前記材料の注入を完了した後に、所定の部材や樹脂により塞げばよい（エンドシール）。 The method of encapsulating the electrolyte layer is not limited. For example, there is a method in which an injection hole is provided in the counter electrode and a material constituting the electrolyte layer is injected from the injection hole. The injection hole may be closed by a predetermined member or resin after the injection of the material is completed (end seal).
また、前記材料の注入の際、前記電解質層がゲル状（ゼリー状、半固体状）の場合には加熱により液化すればよい。 In addition, when the material is injected, if the electrolyte layer is gel-like (gel-like, semi-solid-like), it may be liquefied by heating.
また、前記電解質層が固体状の場合には、例えば、固体電解質を溶解可能な溶媒を用いて固体電解質を溶解した液を調製し注入孔に注入した後、溶媒を除去すればよい。 When the electrolyte layer is solid, for example, a solvent in which the solid electrolyte can be dissolved is used to prepare a solution in which the solid electrolyte is dissolved, and the solution may be injected into the injection hole and then the solvent may be removed.
また夫々の光電極とその対向配置する対極を交互に電気接続することにて、本発明の色素増感太陽電池モジュールを作製することができる。 In addition, the dye-sensitized solar cell module of the present invention can be manufactured by alternately electrically connecting the respective photoelectrodes and the counter electrodes disposed opposite to each other.
電気的な接続は、図-1に示す直列接続、又は図-２に示す並列接続、又はその両方が可能である。 The electrical connection can be series connection shown in FIG. 1 or parallel connection shown in FIG. 2 or both.
前記光電極と対極との電気的な接続は、前記対極と配線されていることが好ましい。 The electrical connection between the photoelectrode and the counter electrode is preferably wired to the counter electrode.
電気接続に用いる材料は、チタン、銅、銀、アルミニウム、白金、タングステン等の線又は箔の群から少なくとも1種類選択された材料を用いるのが好ましい。 As a material used for electrical connection, it is preferable to use a material selected from the group of wires or foils such as titanium, copper, silver, aluminum, platinum, tungsten and the like.
直列接続する場合は、光電極と隣接する対極とを電気接続させる。 When connected in series, the photoelectrode and the adjacent counter electrode are electrically connected.
並列接続する場合は、隣接する光電極同士を接続、また対極同士を接続させる。 In the case of parallel connection, adjacent photo electrodes are connected to each other, and counter electrodes are connected to each other.
光電極と対極との接続線の接着は、導電性を有するものが好ましい。具体的には、ハンダや金属ペーストによる接着が好ましい。また前記接着後、アクリル系UV硬化樹脂等にて強固に固定することが更に好ましい。 The bonding of the connection line between the photoelectrode and the counter electrode is preferably one having conductivity. Specifically, adhesion by solder or metal paste is preferable. In addition, it is more preferable to firmly fix with an acrylic UV curable resin or the like after the adhesion.
色素増感型太陽電池モジュールには、光電極と対極とが電解質層を介して対向配置されており、前記光電極及び対極には、直列接続の図-1並列接続の図-2に示す通り、外部に電気を取り出すための接続部が設けられている。 In the dye-sensitized solar cell module, the photoelectrode and the counter electrode are disposed to face each other via the electrolyte layer, and the photoelectrode and the counter electrode are connected in series as shown in FIG. And a connection portion for extracting electricity to the outside.
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1
（1）光電極の作製
9mm×50 mm、11mm×50 mm、13mm×50 mm、15mm×50mm、20mm×50 mmのFTO(Fluorine Tin Oxide)蒸着ガラス板（旭硝子製）を光電極として用いて、色素増感型太陽電池を作製した。
Example 1
(1) Fabrication of photo electrode
Dye-sensitized solar cell using 9mm × 50 mm, 11 mm × 50 mm, 13 mm × 50 mm, 15 mm × 50 mm, 20 mm × 50 mm FTO (Fluorine Tin Oxide) -deposited glass plate (made by Asahi Glass) as a photoelectrode Was produced.
先ず、上記FTOガラス板を溶剤であるエタノールにて洗浄、乾燥させた。次に、UVオゾンクリーナーUV253S（フィルジェン（株）製）内にて酸素フロー（0.05 MPa,5分間）実施し、次いで紫外線照射を30分間実施し、次いで窒素フロー（0.2 MPa,7.5 min）実施した。 First, the FTO glass plate was washed with ethanol as a solvent and dried. Next, oxygen flow (0.05 MPa, 5 minutes) is performed in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen Co., Ltd.), then ultraviolet irradiation is performed for 30 minutes, and then nitrogen flow (0.2 MPa, 7.5 min) did.
本処理をしたFTOガラス材に、酸化チタン材料（PST-18NR、日揮触媒化成製）を、次の夫々の塗布面積になるようにスキージ法にて塗布した。これを450℃で15分間焼成し、これを膜厚15μmとなるよう、5回コーティングした（半導体層）。その後、450℃で１時間焼成した。 A titanium oxide material (PST-18NR, manufactured by JGC Co., Ltd.) was applied to the FTO glass material subjected to this treatment by a squeegee method so as to have the following respective application areas. This was baked at 450 ° C. for 15 minutes, and this was coated five times so as to give a film thickness of 15 μm (semiconductor layer). Then, it baked at 450 degreeC for 1 hour.
塗布面積：
0.12cm2（0.3 mm×40 mm）
0.2cm2（0.5 mm×40 mm）
0.4cm2（1 mm×40 mm）
0.8cm2（2 mm×40 mm）
1.2cm2（3 mm×40 mm）
2.0cm2（5 mm×40 mm）
4.0cm2（10 mm×40 mm）
これら塗布面積はセルサイズである。
Application area:
0.12 cm 2 (0.3 mm × 40 mm)
0.2 cm 2 (0.5 mm × 40 mm)
0.4 cm 2 (1 mm × 40 mm)
0.8 cm 2 (2 mm × 40 mm)
1.2 cm 2 (3 mm × 40 mm)
2.0 cm 2 (5 mm x 40 mm)
4.0 cm 2 (10 mm x 40 mm)
These application areas are cell sizes.
更に、UVオゾンクリーナーUV253S（フィルジェン(株)製）内にて酸素フロー（0.05 MPa,5分間）実施し、次いで紫外線照射を30分間実施し、次いで窒素フロー（0.2 MPa,7.5 min）実施した。 Furthermore, oxygen flow (0.05 MPa, 5 minutes) was performed in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen Co., Ltd.), then ultraviolet irradiation was performed for 30 minutes, and then nitrogen flow (0.2 MPa, 7.5 min) .
次いで、ルテニウム系色素のN719を0.45 mM（Solaronix製、色素増感剤）とルテニウム系色素のN749を0.15 mM（Solaronix製、色素増感剤）を、tert-ブタノール（t-BuOH）（和光純薬製工業（株）製）及びアセトニトリル（CH3CN）（和光純薬工業（株）製）を含む混合溶液に希釈し、色素溶液を調製した。混合液は、t-BuOH：CH3CN＝1：1の混合割合である。 Next, 0.45 mM of a ruthenium-based dye N719 (made by Solaronix, dye sensitizer) and 0.15 mM of a ruthenium-based dye N749 (made by Solaronix, a dye sensitizer) were added to tert-butanol (t-BuOH) (Wako Pure) The dye solution was prepared by diluting in a mixed solution containing Yakushu Kogyo Co., Ltd. and acetonitrile (CH 3 CN) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The mixture has a mixing ratio of t-BuOH: CH 3 CN = 1: 1.
焼成後の金属チタン板を、本色素溶液に40℃にて14時間浸漬し、光電極材料を得た。 The metal titanium plate after firing was immersed in the dye solution at 40 ° C. for 14 hours to obtain a photoelectrode material.
ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ＃186（黒田テクノ製）にてコーティングした。 The terminal portion was coated with a special solder Cerasolzer # 186 (manufactured by Kuroda Techno).
（2）対極板の作製
対極としては、FTOガラス板（旭硝子製）を溶剤にてアセトン、エタノールにて洗浄、乾燥させた後、白金を電子ビーム蒸着にて1nm蒸着した。
(2) Preparation of Counter Electrode Plate As a counter electrode, an FTO glass plate (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) was washed with acetone and ethanol with a solvent and dried, and platinum was deposited to 1 nm by electron beam evaporation.
ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ＃186（黒田テクノ製）にてコーティングした。 The terminal portion was coated with a special solder Cerasolzer # 186 (manufactured by Kuroda Techno).
（3）色素増感型太陽電池の作製
0.01 M I2（ヨウ素）、0.02 M LiI（ヨウ化リチウム）、0.24 M DMPII（1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide）、1.0M TBP（tert-ブチルピリジン）をアセトニトリル中（和光純薬製工業(株)製）に溶解させて、電解液を調製した。調製した電解液を、光電極と対極との隙間に入れた（電解質層）。
(3) Fabrication of dye-sensitized solar cell
0.01 MI 2 (iodine), 0.02 M LiI (lithium iodide), 0.24 M DMPII (1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide), 1.0 M TBP (tert-butylpyridine) in acetonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The product was dissolved in Co., Ltd.) to prepare an electrolytic solution. The prepared electrolytic solution was put in the gap between the photoelectrode and the counter electrode (electrolyte layer).
次いで、アクリル系UV硬化樹脂TB3035B（スリーボンド製、封止材）を用いて、両極間を封止し、コンベア型UV照射装置（ウシオ電機製、VB-15201BY-A）を用いてUV積算強度40kJ/m2で封止剤を硬化させ、色素増感型太陽電池を作製した。 Next, the gap between the electrodes is sealed using an acrylic UV curing resin TB3035B (manufactured by Three Bond, a sealing material), and the UV integrated intensity 40 kJ is measured using a conveyor type UV irradiation apparatus (VB-15201BY-A manufactured by Ushio Inc.) The encapsulant was cured at 1 / m 2 to produce a dye-sensitized solar cell.
（4）評価結果
セルサイズ（塗布面積）を変化させた色素増感太陽電池について、光電変換効率の評価を行った結果を表-1に示した。
(4) Evaluation Results The results of evaluating the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell in which the cell size (coating area) was changed are shown in Table 1.
実施例2
（1）光電極の作製
20mm×50 mmのFTO(Fluorine Tin Oxide)蒸着ガラス板（旭硝子製）を光電極として用いて、色素増感型太陽電池を作製した。
Example 2
(1) Fabrication of photo electrode
A dye-sensitized solar cell was manufactured using a 20 mm × 50 mm FTO (Fluorine Tin Oxide) vapor-deposited glass plate (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) as a photoelectrode.
先ず、上記FTOガラス板の中央1mm×50mmを除いたすべての部分にポリイミドテープを貼り、よくこすり付けてマスキングした。次いで、非マスキング面のFTO膜を亜鉛粉末（和光純薬工業製）及び塩酸（和光純薬工業製）にて剥離し、FTO膜を2分割した。 First, a polyimide tape was applied to all parts except the center 1 mm × 50 mm of the FTO glass plate, and was rubbed and masked thoroughly. Then, the FTO film on the non-masking surface was peeled off with zinc powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the FTO film was divided into two.
次いで、絶縁処理したFTOガラスを溶剤であるエタノールにて洗浄、乾燥させた。次いで、UVオゾンクリーナー UV253S（フィルジェン（株）製）内にて酸素フロー（0.05 MPa,5分間）実施し、次いで紫外線照射を30分間実施し、次いで窒素フロー（0.2 MPa,7.5 min）実施した。 Next, the insulating FTO glass was washed with ethanol as a solvent and dried. Subsequently, oxygen flow (0.05 MPa, 5 minutes) was performed in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen Co., Ltd.), then ultraviolet irradiation was performed for 30 minutes, and then nitrogen flow (0.2 MPa, 7.5 min) .
本処理をしたFTOガラス材に、酸化チタン材料（PST-18NR、日揮触媒化成製）を、2つに分割したFTO膜の夫々に対し、塗布面積（セルサイズ）が0.4cm2（1mm×40 mm）になるようにスキージ法にて塗布した。これを450℃で15分間焼成し、これを膜厚15μmとなるよう5回コーティングした（半導体層）。その後、450℃で１時間焼成した。 A coated area (cell size) is 0.4 cm 2 (1 mm × 40 mm) for each of the FTO films obtained by dividing a titanium oxide material (PST-18NR, manufactured by JGC Catalysts Chemical Co., Ltd.) into two in an FTO glass material subjected to this treatment. It applied by the squeegee method so that it might become mm). This was baked at 450 ° C. for 15 minutes, and this was coated five times to give a film thickness of 15 μm (semiconductor layer). Then, it baked at 450 degreeC for 1 hour.
更にUVオゾンクリーナー UV253S（フィルジェン(株)製）内にて酸素フロー（0.05 MPa,5分間）実施し、次いで紫外線照射を30分間実施し、次いで窒素フロー（0.2 MPa,7.5 min）実施した。 Furthermore, oxygen flow (0.05 MPa, 5 minutes) was performed in UV ozone cleaner UV253S (manufactured by Filgen Co., Ltd.), then ultraviolet irradiation was performed for 30 minutes, and then nitrogen flow (0.2 MPa, 7.5 min).
次いで、ルテニウム系色素のN719を0.45 mM（Solaronix製、色素増感剤）とルテニウム系色素のN749を0.15 mM（Solaronix製、色素増感剤）を、tert-ブタノール（t-BuOH）（和光純薬製工業（株）製）及びアセトニトリル（CH3CN）（和光純薬工業（株）製）を含む混合溶液に希釈し、色素溶液を調製した。混合液は、t-BuOH：CH3CN＝1：1の混合割合である。 Next, 0.45 mM of a ruthenium-based dye N719 (made by Solaronix, dye sensitizer) and 0.15 mM of a ruthenium-based dye N749 (made by Solaronix, a dye sensitizer) were added to tert-butanol (t-BuOH) (Wako Pure) The dye solution was prepared by diluting in a mixed solution containing Yakushu Kogyo Co., Ltd. and acetonitrile (CH 3 CN) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The mixture has a mixing ratio of t-BuOH: CH 3 CN = 1: 1.
焼成後の金属チタン板を、本色素溶液に40℃にて14時間浸漬し、光電極材料を得た。 The metal titanium plate after firing was immersed in the dye solution at 40 ° C. for 14 hours to obtain a photoelectrode material.
ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ＃186（黒田テクノ製）にてコーティングした。 The terminal portion was coated with a special solder Cerasolzer # 186 (manufactured by Kuroda Techno).
（2）対極板の作製
対極としては、FTO(Fluorine Tin Oxide)蒸着ガラス板（旭硝子製）を溶剤にてアセトン、エタノールにて洗浄、乾燥させた後、白金を電子ビーム蒸着にて1nm蒸着した。
(2) Preparation of counter electrode plate As a counter electrode, FTO (Fluorine Tin Oxide) vapor-deposited glass plate (manufactured by Asahi Glass) was washed with acetone and ethanol with a solvent and dried, and platinum was evaporated by 1 nm by electron beam evaporation. .
上記対極板を20mmx50mmに切断し、テープでマスキングした後、FTO膜及び白金を亜鉛粉末（和光純薬工業（株製）及び塩酸（和光純薬工業（株製）にて剥離し、絶縁処理した。 The above counter electrode plate was cut into 20 mm × 50 mm, and after masking with tape, the FTO film and platinum were peeled off and insulated with zinc powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and hydrochloric acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) .
ターミナル部位としては、特殊ハンダ セラソルザ＃186（黒田テクノ製）にてコーティングした。 The terminal portion was coated with a special solder Cerasolzer # 186 (manufactured by Kuroda Techno).
（3）色素増感型太陽電池の作製
0.01 M I2（ヨウ素）、0.02 M LiI（ヨウ化リチウム）、0.24 M DMPII（1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide）、1.0M TBP（tert-ブチルピリジン）をアセトニトリル中（和光純薬製工業（株）製）に溶解させて、電解液を調製した。調製した電解液を、光電極と対極との隙間に入れた（電解質層）。
(3) Fabrication of dye-sensitized solar cell
0.01 MI 2 (iodine), 0.02 M LiI (lithium iodide), 0.24 M DMPII (1,2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide), 1.0 M TBP (tert-butylpyridine) in acetonitrile (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The product was dissolved in Co., Ltd.) to prepare an electrolyte. The prepared electrolytic solution was put in the gap between the photoelectrode and the counter electrode (electrolyte layer).
次いで、アクリル系UV硬化樹脂TB3035B（スリーボンド製、封止材）を用いて、両極間を封止し、コンベア型UV照射装置（ウシオ電機製、VB-15201BY-A）を用いてUV積算強度40kJ/m2で封止剤を硬化させた。 Next, the gap between the electrodes is sealed using an acrylic UV curing resin TB3035B (manufactured by Three Bond, a sealing material), and the UV integrated intensity 40 kJ is measured using a conveyor type UV irradiation apparatus (VB-15201BY-A manufactured by Ushio Inc.) The sealant was cured at / m 2 .
最後に、隣り合ったセル同士を直列に接続し、色素増感型太陽電池を作製した。 Finally, adjacent cells were connected in series to produce a dye-sensitized solar cell.
（4）評価結果
2直列色素増感太陽電池モジュールについて、光電変換効率の評価を行った結果を表-2に示した。
(4) Evaluation results
Table 2 shows the results of evaluating the photoelectric conversion efficiency of the 2-series dye-sensitized solar cell module.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールは、更にブロック層を有することで、電流値の向上や抵抗値が低下することにて発電量は増加することが期待できる。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention can be expected to increase the amount of power generation by improving the current value and decreasing the resistance value by further having a block layer.
本発明の色素増感型太陽電池モジュールがブロック層を有することで、光電極及び光電極基板界面で、電解液層への電子の漏出を防いだり、電子と色素増感剤との再結合を防いだりすることができるからである。また、ブロック層により、色素から発生した励起電子は、色素が吸着されている多孔質酸化チタン層を通じて、光電極基板に移動する過程において、酸化状態である色素と再結合せず、電解液に接した光電極基板の表面から電解液側に逆電子移動を起こさないからである。 The dye-sensitized solar cell module of the present invention has a block layer to prevent the leakage of electrons to the electrolyte layer at the interface between the photoelectrode and the photoelectrode substrate, and to recombine electrons with the dye sensitizer. It is because it can be prevented. In addition, the excitation electrons generated from the dye by the block layer do not recombine with the dye in the oxidation state in the process of moving to the photoelectrode substrate through the porous titanium oxide layer to which the dye is adsorbed. This is because reverse electron transfer does not occur from the surface of the photoelectrode substrate in contact with the electrolytic solution side.
1. 多孔質酸化チタン/色素増感剤
2. ガラス基板
3. 透明導電膜
4. 電気化学的還元触媒層
5. 電解質
6. 電解質注入孔
7. 封止剤
8. スペーサー
9. 接続配線
10. 外部接続配線
1. Porous titanium oxide / dye sensitizer
2. Glass substrate
3. Transparent conductive film
4. Electrochemical reduction catalyst layer
5. Electrolyte
6. Electrolyte injection hole
7. Sealant
8. Spacer
9. Connection wiring
10. External connection wiring
Claims (11)
（1）透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン層が形成された光電極が2個以上配列されており、
（2）前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、対極と対向する面において、当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（3）対極は、前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、電気化学的触媒層がコーティングされており、
（4）前記対極を構成する透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルムは、前記光電極に対向する面において、電気化学的触媒層と共に当該透明導電膜がエッチングにより除去されて、絶縁されており、
（5）前記光電極と対極とは、電気的に接続されており、
（6）前記光電極及び対極には、外部に電気を取り出すための接続部が設けられており、
前記光電極は、前記対極と対向配置される側に、前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、ブロック層が設けられ、更に当該ブロック層上に、前記色素増感剤を含有する多孔質酸化チタン層が形成されており、
前記ブロック層は、酸化チタンの層、酸化アルミニウムの層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる少なくともの２つの層で構成され、
前記ブロック層の構造は、前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、必ず下層は酸化アルミニウムの層が形成されており、上層は酸化チタンの層、酸化ジルコニウムの層、チタン酸ストロンチウムの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる層が形成されている、
ことを特徴とする色素増感型太陽電池モジュール。 A dye-sensitized solar cell module in which a photoelectrode and a counter electrode are disposed opposite to each other via an electrolyte layer,
(1) Two or more photoelectrodes in which a porous titanium oxide layer containing a dye sensitizer is formed on a transparent conductive film glass or a transparent conductive film film are arranged,
(2) In the transparent conductive film glass or the transparent conductive film, the transparent conductive film is removed by etching and insulated on the surface facing the counter electrode,
(3) counter electrode, the transparent conductive film glass or transparent conductive film on the electrochemical catalyst layer are coated,
(4) The transparent conductive film glass or the transparent conductive film forming the counter electrode is insulated by removing the transparent conductive film together with the electrochemical catalyst layer by etching on the surface facing the photoelectrode,
(5) The photoelectrode and the counter electrode are electrically connected,
(6) The photoelectrode and the counter electrode are provided with a connection for extracting electricity to the outside ,
In the photoelectrode, a block layer is provided on the transparent conductive film glass or the transparent conductive film on the side opposite to the counter electrode, and the dye sensitizer is contained on the block layer. A high quality titanium oxide layer,
The block layer is composed of at least two layers selected from the group consisting of a layer of titanium oxide, a layer of aluminum oxide, a layer of zirconium oxide, a layer of strontium titanate and a layer of niobium oxide,
In the structure of the block layer, a layer of aluminum oxide is necessarily formed on the transparent conductive film glass or the transparent conductive film, and the upper layer is a layer of titanium oxide, a layer of zirconium oxide, a layer of strontium titanate And a layer selected from the group consisting of niobium oxide layers is formed,
Dye-sensitized solar cell module characterized by
前記ブロック層の構造は、前記透明導電膜ガラス又は透明導電膜フィルム上に、必ず下層は酸化アルミニウムの層が形成されており、上層は酸化チタンの層及び酸化ニオブの層からなる群から選ばれる層が形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池モジュール。 The block layer is composed of at least two layers selected from the group consisting of a layer of titanium oxide, a layer of aluminum oxide and a layer of niobium oxide ,
The structure of the block layer is selected from the group consisting of a layer of aluminum oxide and a layer of titanium oxide and a layer of niobium oxide as the lower layer necessarily on the transparent conductive glass or the transparent conductive film. Layer is formed,
The dye-sensitized solar cell module according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that
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