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技術 色素増感型太陽電池

出願人 積水化学工業株式会社
発明者 井川博之鈴木壮一郎馬場英輔
出願日 2020年1月21日 (11ヶ月経過) 出願番号 2020-007762
公開日 2020年8月27日 (4ヶ月経過) 公開番号 2020-129655
状態 未査定
技術分野
  • -
主要キーワード 立方形状 部形成装置 内包体 炭素系粒子 粒度曲線 終点側 発電源 ブチルメチルイミダゾリウム
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

耐久性に優れ、開口率発電有効面積)が大きく発電効率が高い色素増感型太陽電池を提供する。

解決手段

光電極10と対向電極20が無機半導体層16と対向電極導電層24とを向き合わせて互いに離間して配置され、各々の無機半導体層16と対向電極導電層24の間に電荷移動体30が設けられて複数の発電部60が形成され、隣り合う発電部60の間に封止材40が設けられ、封止材40は、第1封止材42と、電荷移動体30と第1封止材42の間に設けられ、第1封止材42よりも無機フィラー含有量が多い第2封止材44を有する、色素増感型太陽電池1。

概要

背景

近年、クリーン発電源として、光エネルギーを直接かつ即時に電力に変換することができ、二酸化炭素等の汚染物質を排出しない太陽電池が注目されている。その中でも、色素増感型太陽電池は、比較的簡易な方法で製造され、かつ原材料単価が安価であるため、次世代太陽電池として期待されている。

色素増感型太陽電池は、一般に、光電極対向電極とを備えており、光電極における増感色素吸着された無機半導体層電荷移動体電解液)を含む複数の発電部が形成されている。複数の発電部は導通材とその両側に配された封止材によって区画されており、隣り合う発電部が導通材を介して電気的に接続されている(例えば、特許文献1)。

概要

耐久性に優れ、開口率(発電有効面積)が大きく発電効率が高い色素増感型太陽電池を提供する。光電極10と対向電極20が無機半導体層16と対向電極導電層24とを向き合わせて互いに離間して配置され、各々の無機半導体層16と対向電極導電層24の間に電荷移動体30が設けられて複数の発電部60が形成され、隣り合う発電部60の間に封止材40が設けられ、封止材40は、第1封止材42と、電荷移動体30と第1封止材42の間に設けられ、第1封止材42よりも無機フィラー含有量が多い第2封止材44を有する、色素増感型太陽電池1。

目的

本発明は、耐久性に優れ、開口率(発電有効面積)が大きく発電効率が高い色素増感型太陽電池を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

光電極と、対向電極と、電荷移動体と、複数の封止材とを備え、前記光電極は、光電極支持体と、前記光電極支持体の表面に設けられた光電極導電層と、前記光電極導電層の表面に面方向に互いに離間して設けられた、増感色素を含む複数の無機半導体層とを備え、前記対向電極は、対向電極支持体と、前記対向電極支持体の表面に設けられた対向電極導電層とを備え、前記光電極と前記対向電極は、前記無機半導体層と前記対向電極導電層とを向き合わせて互いに離間して配置され、各々の前記無機半導体層と前記対向電極導電層の間に前記電荷移動体が設けられて複数の発電部が形成され、隣り合う前記発電部の間に前記封止材が設けられて前記電荷移動体が封止され、各々の前記封止材は、樹脂材料無機フィラーとを含有する第1封止材と、樹脂材料と無機フィラーとを含有し、前記電荷移動体と前記第1封止材の間に前記電荷移動体及び前記第1封止材と接触した状態で設けられた第2封止材と、を有し、前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量が前記第1封止材中の前記無機フィラーの含有量よりも多い、色素増感型太陽電池

請求項2

前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量が5〜12質量%である、請求項1に記載の色素増感型太陽電池。

請求項3

前記封止材の幅(mm)をd、前記第2封止材の幅(mm)をdAとしたとき、dA/d≧0.2である、請求項1又は2に記載の色素増感型太陽電池。

請求項4

前記第1封止材中の前記無機フィラーの含有量が前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量よりも10%以上低い、請求項1〜3のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。

請求項5

前記封止材がさらに導電粒子を含有し、前記導電粒子が、樹脂粒子の表面に金属コートを有する粒子であり、前記導電粒子の平均粒子径が10〜200μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。

請求項6

前記封止材中の前記光電極導電層と前記対向電極導電層の両方に接している前記導電粒子の個数が、3個/1mm2以上である、請求項5に記載の色素増感型太陽電池。

技術分野

0001

本発明は、色素増感型太陽電池に関する。

背景技術

0002

近年、クリーン発電源として、光エネルギーを直接かつ即時に電力に変換することができ、二酸化炭素等の汚染物質を排出しない太陽電池が注目されている。その中でも、色素増感型太陽電池は、比較的簡易な方法で製造され、かつ原材料単価が安価であるため、次世代太陽電池として期待されている。

0003

色素増感型太陽電池は、一般に、光電極対向電極とを備えており、光電極における増感色素吸着された無機半導体層電荷移動体電解液)を含む複数の発電部が形成されている。複数の発電部は導通材とその両側に配された封止材によって区画されており、隣り合う発電部が導通材を介して電気的に接続されている(例えば、特許文献1)。

先行技術

0004

特開2001−357897号公報

発明が解決しようとする課題

0005

封止材の幅が狭いと、封止性能が不充分となり、電荷移動体(電解液)によって導通材が腐食して電池性能が低下する。そのため、特許文献1のような色素増感型太陽電池では、充分な耐久性を得る目的で、封止材の幅を充分に広くする必要がある。しかし、封止材の幅を広くするほど、その分だけ色素増感型太陽電池の開口率(発電有効面積)が小さくなるため、発電効率が低下する。

0006

本発明は、耐久性に優れ、開口率(発電有効面積)が大きく発電効率が高い色素増感型太陽電池を提供する。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、以下の構成を有する。
[1]光電極と、対向電極と、電荷移動体と、複数の封止材とを備え、
前記光電極は、光電極支持体と、前記光電極支持体の表面に設けられた光電極導電層と、前記光電極導電層の表面に面方向に互いに離間して設けられた、増感色素を含む複数の無機半導体層とを備え、
前記対向電極は、対向電極支持体と、前記対向電極支持体の表面に設けられた対向電極導電層とを備え、
前記光電極と前記対向電極は、前記無機半導体層と前記対向電極導電層とを向き合わせて互いに離間して配置され、
各々の前記無機半導体層と前記対向電極導電層の間に前記電荷移動体が設けられて複数の発電部が形成され、
隣り合う前記発電部の間に前記封止材が設けられて前記電荷移動体が封止され、
各々の前記封止材は、樹脂材料無機フィラーとを含有する第1封止材と、樹脂材料と無機フィラーとを含有し、前記電荷移動体と前記第1封止材の間に前記電荷移動体及び前記第1封止材と接触した状態で設けられた第2封止材と、を有し、
前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量が前記第1封止材中の前記無機フィラーの含有量よりも多い、色素増感型太陽電池。
[2]前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量が5〜12質量%である、[1]に記載の色素増感型太陽電池。
[3]前記封止材の幅(mm)をd、前記第2封止材の幅(mm)をdAとしたとき、dA/d≧0.2である、[1]又は[2]に記載の色素増感型太陽電池。
[4]前記第1封止材中の前記無機フィラーの含有量が前記第2封止材中の前記無機フィラーの含有量よりも10%以上低い、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
[5]前記封止材がさらに導電粒子を含有し、
前記導電粒子が、樹脂粒子の表面に金属コートを有する粒子であり、
前記導電粒子の平均粒子径が10〜200μmである、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の色素増感型太陽電池。
[6]前記封止材中の前記光電極導電層と前記対向電極導電層の両方に接している前記導電粒子の個数が、3個/1mm2以上である、[5]に記載の色素増感型太陽電池。

発明の効果

0008

本発明によれば、耐久性に優れ、開口率(発電有効面積)が大きく発電効率が高い色素増感型太陽電池を提供できる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の色素増感型太陽電池の一実施形態を模式的に示す平面図である。
図1の色素増感型太陽電池のX−X断面図である。
ロール・ツー・ロール方式を適用した製造装置を用いて図1の色素増感型太陽電池を製造する方法の一例を示した概略図である。
図1の色素増感型太陽電池の一工程を示した断面図である。
図1の色素増感型太陽電池の一工程を示した断面図である。

0010

以下、本発明に係る色素増感型太陽電池の実施形態の一例について、図1図3を適宜参照しながら、その構成を詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、その特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等は、実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

0011

なお、以下の説明においては、本発明に係る色素増感型太陽電池の一例として、ロール・ツー・ロール方式(以下、「RtoR方式」という。)を用いて製造されるフィルム型の色素増感型太陽電池を挙げて説明する。本発明に係る色素増感型太陽電池は、RtoR方式を用いて製造されるもの、即ち、支持体を所定の方向に搬送しつつ連続的に製造されるものには限定されず、例えば、予め切り分けられた支持体毎にセル構造が形成されているものも含む。

0012

図1及び図2に示すように、本実施形態の色素増感型太陽電池1は、光電極10と、対向電極20と、電荷移動体30と、封止材40とを備えている。

0013

光電極10は、光電極支持体12と、光電極支持体12の表面12aに設けられた光電極導電層14と、光電極導電層14の表面14aに設けられた複数の帯状の無機半導体層16とを備えている。複数の無機半導体層16は、光電極導電層14の表面14aの面方向において、互いに離間して平行に設けられている。
以下の説明においては、色素増感型太陽電池1を平面視したときの帯状の無機半導体層16の幅方向をD1方向、無機半導体層16の長さ方向をD2方向とする。

0014

光電極支持体12は、光電極導電層14、無機半導体層16、及び封止材40の基台となるフィルム状の部材である。光電極支持体12の材質は、RtoR方式を用いた太陽電池の連続生産に適用できる程度に柔軟性を有し、大面積のフィルム状に形成可能な材質であれば、特に限定されない。このような光電極支持体12の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリルポリカーボネートポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド等の透明の樹脂材料が挙げられる。

0015

光電極導電層14は、光電極支持体12の表面12a(即ち、光電極支持体12における対向電極20側の面)のD1方向全体にわたって形成されている。光電極導電層14の材質としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウムドープ酸化亜鉛等が挙げられる。

0016

無機半導体層16は、増感色素を含み、増感色素から電子を受け取って輸送する機能を有する。無機半導体層16としては、例えば、金属酸化物等の無機半導体に増感色素が吸着された多孔質層が挙げられる。無機半導体層16を形成する金属酸化物としては、例えば、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)等が挙げられる。

0017

増感色素は、有機色素又は金属錯体色素から構成される。有機色素としては、例えば、クマリン系ポリエン系シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系等の各種有機色素等が挙げられる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等が挙げられる。

0018

対向電極20は、対向電極支持体22と、対向電極支持体22の表面22a(対向電極支持体22における光電極10側の面)に設けられた対向電極導電層24とを備えている。光電極10と対向電極20とは、無機半導体層16と対向電極導電層24とを向き合わせて互いに離間して配置されている。

0019

対向電極支持体22は、対向電極導電層24の基台となるフィルム状の部材である。対向電極支持体22の材質は、光電極支持体12と同様に、RtoR方式を用いた太陽電池の連続生産に適用できる程度に柔軟性を有し、大面積のフィルム状に形成可能な材質であれば、特に限定されない。対向電極支持体22の材質としては、例えば、光電極支持体12と同様の樹脂材料が挙げられる。

0020

対向電極導電層24は、対向電極支持体22の表面22aのD1方向全体にわたって形成されている。対向電極導電層24の材質としては、例えば、光電極導電層14と同様の化合物等が挙げられる。

0021

光電極10の各々の無機半導体層16と対向電極20の対向電極導電層24の間にはそれぞれ電荷移動体30が設けられ、各々の無機半導体層16と電荷移動体30で帯状の発電部60が複数形成されている。複数の発電部60は、光電極10の光電極導電層14と対向電極20の対向電極導電層24との間に挟まれ、光電極10及び対向電極20の面方向(図2中に示すD1方向)に沿って間隔をおいて設けられている。

0022

電荷移動体30は、無機半導体層16及び対向電極導電層24に接触するように充填されている。電荷移動体30としては、例えば、ヨウ素とヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム、ヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のヨウ化物塩有機溶媒に溶解させた電解液等が挙げられるが、これに限定されない。

0023

封止材40は、後述するD2方向に間隔を空けてD1方向に延びるように形成されたシール部70とともに、電荷移動体30を封止するためのものである。封止材40は、光電極10と対向電極20の間において、それぞれの発電部60の電荷移動体30のD1方向における両側に、D2方向に延びるように帯状に設けられている。D1方向において、それぞれの封止材40の発電部60側は電荷移動体30と接しており、封止材40によって電荷移動体30が封止されている。

0024

各々の封止材40は、第1封止材42と、第2封止材44とを有する。第1封止材42と第2封止材44は、それぞれ樹脂材料と無機フィラーとを含有する。第1封止材42及び第2封止材44においては、無機フィラーは樹脂材料中に分散されている。

0025

第2封止材44は、電荷移動体30と第1封止材42の間に、電荷移動体30及び第1封止材42と接触した状態で設けられている。D1方向において、両端部以外の封止材40においては、第1封止材42の両側に第2封止材44が配置され、2つの第2封止材44で第1封止材42が挟まれた状態になっている。
なお、色素増感型太陽電池1のD1方向における両端部では、第1封止材42の電荷移動体30側だけに第1封止材42が設けられ、第1封止材42が第2封止材44で挟まれていなくてもよい。

0026

封止材40においては、第2封止材44中の無機フィラーの含有量が第1封止材42中の無機フィラーの含有量よりも多くなっている。無機フィラーの含有量が多い第2封止材44は、第1封止材42よりも封止性能に優れる。このように、電荷移動体30と第1封止材42の間に、封止性能に特に優れる第2封止材44が設けられることで、封止材40の幅を狭くしても、電荷移動体30が封止材40に浸入することを充分に抑制できる。

0027

第2封止材44中の無機フィラーの含有量は、第2封止材44の総質量に対して、5〜12質量%が好ましく、6〜11質量%がより好ましく、7〜10質量%がさらに好ましい。第2封止材44中の無機フィラーの含有量が前記範囲の下限値以上であれば、電荷移動体30に対する耐性に優れ、封止性能が向上するため、耐久性に優れる。第2封止材44中の無機フィラーの含有量が前記範囲の上限値以下であれば、光電極10及び対向電極20への接着性に優れる。

0028

第1封止材42中の無機フィラーの含有量は、第2封止材44の無機フィラーの含有量と比べて、10%以上低いことが好ましい。すなわち、下記式(1)で表される割合Pが10%以上であることが好ましい。これにより、封止材40の光電極10及び対向電極20への接着性が向上する。
P={(MB−MA)/MA}×100 ・・・(1)
ただし、前記式(1)中、MAは、第1封止材42の無機フィラーの含有量(質量%)である。MBは、第2封止材44の無機フィラーの含有量(質量%)である。

0029

割合Pは、10%以上が好ましく、10〜70%がより好ましく、10〜50%がさらに好ましい。割合Pが前記範囲の下限値以上であれば、光電極10及び対向電極20への接着性に優れる。割合Pが前記範囲の上限値以下であれば、色素増感型太陽電池1の耐久性に優れる。

0030

第1封止材42中の無機フィラーの含有量は、前記割合Pの条件を満たす範囲で調節すればよく、第1封止材42の総質量に対して、4.5〜10.9質量%が好ましく、5.4〜10.0質量%がより好ましく、6.3〜9.1質量%がさらに好ましい。

0031

図2に示すように、封止材40の幅をd(mm)、第2封止材44の幅をdA(mm)とする。このとき、dA/d≧0.2であることが好ましい。これにより、封止性能が向上するため、色素増感型太陽電池1の耐久性が向上する。第1封止材42の両側に第2封止材44が設けられている場合、それぞれの第2封止材44が独立してdA/d≧0.2の条件を満たしていることが好ましい。
dA/dは、0.2以上が好ましく、0.25〜0.4がより好ましく、0.3〜0.4がさらに好ましい。
なお、本明細書において、封止材の幅とは、封止材の延在方向に垂直、かつ、各電極の面方向に平行な方向に沿って測定される、隣り合う前記発電部の間に存在する第1封止材と第2封止材との合計の長さを意味する。

0032

封止材40の幅dは、3〜8mmが好ましく、4〜6mmがより好ましい。

0033

封止材40に含有される樹脂材料としては、太陽電池の封止材に使用される公知の樹脂を適用できる。例えば、紫外線硬化型樹脂熱硬化性樹脂熱可塑性樹脂等が挙げられる。封止材40の樹脂材料に紫外線硬化型樹脂又は熱硬化性樹脂を用いる場合、封止材40は硬化物である。

0034

封止材40の樹脂材料としては、気泡が生じることを抑制しやすい点から、紫外線硬化型樹脂が好ましい。紫外線硬化型樹脂としては、太陽電池の封止材に使用される公知の紫外線硬化型樹脂を適用でき、例えば、光重合性プレポリマー及び光重合性モノマーのいずれか一方又は両方と、光重合開始剤とを含むものが挙げられる。

0035

光重合性プレポリマーとしては、例えば、ポリエステルアクリレートエポキシアクリレートウレタンアクリレートポリオールアクリレート等が挙げられるが、特に限定されない。光重合性プレポリマーは、1種でもよく、2種以上でもよい。
光重合性モノマーとしては、例えば、メチルアクリレートエチルアクリレート、2−エチルヘキシルアククリレート等のアクリレートメチルメタクリレートエチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート等のメタクリレートが挙げられるが、特に限定されない。光重合性モノマーは、1種でもよく、2種以上でもよい。
光重合開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイルアゾビスイソブチロニトリル等が挙げられるが、特に限定されない。光重合開始剤は、1種でもよく、2種以上でもよい。

0036

封止材40の樹脂材料のガラス転移温度(Tg)は、70℃以上が好ましく、80℃以上がより好ましい。樹脂材料のTgが前記範囲の下限値以上であれば、使用環境下において、性能劣化が起こりにくい。
なお、Tgは、JIS K 7121:1987「プラスチック転移温度測定方法」に従って測定され、中間点ガラス転移温度(Tmg)として求められる温度である。樹脂材料に紫外線硬化型樹脂を用いる場合、樹脂材料のTgとは硬化物のTgである。

0037

封止材40の樹脂材料としては、Tgが70℃以上のアクリル系紫外線硬化型樹脂の硬化物であることがより好ましい。
第1封止材42の樹脂材料と第2封止材44の樹脂材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。第1封止材42の樹脂材料と第2封止材44の樹脂材料とが異なっていると、第1封止材42と第2封止材44とを外観で容易に見分けやすい。

0038

無機フィラーは、導電性を有しない無機材料である。「導電性を有しない」とは、絶縁体であることを意味する。
第1封止材42及び第2封止材44に含有される無機フィラーとしては、太陽電池の封止材に使用される公知の無機フィラーを適用できる。具体的には、例えば、シリカアルミナ等が挙げられる。第1封止材42及び第2封止材44に含まれる無機フィラーは、1種でもよく、2種以上でもよい。
第1封止材42の無機フィラーと第2封止材44の無機フィラーは、同じであってもよく、異なっていてもよい。第1封止材42の無機フィラーと第2封止材44の無機フィラーとが異なっていると、第1封止材42と第2封止材44とを外観で容易に見分けやすい。

0039

無機フィラーが粒子状の場合、無機フィラーの平均粒子径は、0.1〜10μmが好ましく、0.2〜5μmがより好ましく、0.5〜3μmがさらに好ましい。無機フィラーの平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、電荷移動体30に対する耐性に優れ、封止性能が向上するため、耐久性に優れる。無機フィラーの平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、光電極10及び対向電極20への接着性に優れる。
無機フィラーの平均粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定できる。
本明細書において、無機フィラーの平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した粒径分布の累積粒度曲線において、その積算量体積基準で50%を占めるときの粒径(50%粒径)を表す。

0040

無機フィラーの形状は、特に限定されず、樹脂材料中に分散しやすいことから、球状が好ましい。なお、無機フィラーの形状は、例えば、楕円形状、立方形状多角体形状等の球状以外の形状であってもよい。

0041

封止材40は、導電粒子52を含有することが好ましい。封止材40が導電粒子52を含有する場合、導電粒子52が電荷移動体30によって腐食することを抑制しやすい点から、導電粒子52は第1封止材42に含有されていることが好ましい。加えて、導電粒子52が第1封止材42に含有されていると、第1封止材42と第2封止材44とを外観で容易に見分けることができる。
導電粒子52は、隣り合う発電部60同士を電気的に接続するための粒子である。導電粒子52は、隣り合う発電部60の間の2つの封止材40間において、光電極導電層14と対向電極導電層24の両方に接している。これにより、隣り合う発電部60が導電粒子52を介して電気的に接続される。色素増感型太陽電池1においては、複数の発電部60は直列接続されてもよく、並列接続されてもよい。

0042

導電粒子52は、導電性を有する粒子である。導電粒子52としては、例えば、金属粒子炭素系粒子、樹脂粒子の表面に金属コートを有する粒子(以下、「樹脂コア導電粒子」とも記す。)等が挙げられる。なかでも、樹脂コア導電粒子が好ましい。樹脂コア導電粒子を使用した場合、シール部70を形成する際に超音波融着などの手法により、簡単に破壊されるため、絶縁を取りやすい。また、後述する製造方法での製造時に光電極と対向電極とを一対のローラー押圧して貼り合わせる際に、導電粒子が一旦押し潰されても弾性変形及び弾性復帰によって導電粒子の形状が復帰しやすく、光電極と対向電極の間隔を一定に保てるため、電極間導通を極めて安定に確保しやすい。封止材40に含まれる導電粒子52は、1種でもよく、2種以上でもよい。

0043

金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、クロムチタン白金ニッケル、錫、亜鉛、鉛、タングステン、鉄、アルミニウム等の粒子が挙げられる。炭素系粒子としては、例えば、カーボンブラック等が挙げられる。樹脂粒子としては、例えば、ポリオレフィン樹脂アクリル樹脂フェノール樹脂メラミン樹脂ベンゾグアナミン樹脂尿素樹脂エポキシ樹脂不飽和ポリエステル樹脂飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホンポリフェニレンオキサイドポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミドポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルスルホン等の粒子が挙げられる。樹脂粒子の硬度を好適な範囲に容易に制御できるため、樹脂粒子を形成するための樹脂は、エチレン性不飽和基を有する重合性単量体を1種又は2種以上重合させた重合体が好ましい。樹脂粒子の表面にコートされる金属としては、特に限定されず、ニッケル、パラジウム、銅又は金が好ましく、ニッケル、銅又は金がより好ましく、銅がさらに好ましい。樹脂コア導電粒子の具体例としては、樹脂粒子の表面を無電解ニッケルでコートした粒子が挙げられる。
樹脂コア導電粒子の詳細な構成や調製方法に関しては、国際公開第2011/132658号を参照することができる。

0044

導電粒子52の形状は、特に限定されず、最大の内包体積を持つと同時に、抵抗が少ない点から、球状が好ましい。なお、導電粒子52の形状は、例えば楕円形状、立方形状、多角体形状等の球状以外の形状であってもよい。

0045

導電粒子52の平均粒子径は、10〜200μmが好ましく、40〜100μmがより好ましい。導電粒子52の平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、光電極10と対向電極20の接触が避けられ、光電極10と対向電極20間でリークすることを防止できる。導電粒子52の平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、各導電粒子52の光電極10及び対向電極20への接点が取りやすい。
導電粒子の平均粒子径は、コールターカウンターにより測定される。
本明細書において、導電粒子の平均粒子径は、測定した全ての導電粒子の粒子径算術平均径を表す。

0046

導電粒子52の径寸法の変動係数は、25%以下が好ましく、15%以下がより好ましく、8%以下がさらに好ましい。変動係数が前記範囲の上限値以下であれば、封止材40において各導電粒子52の光電極10及び対向電極20への接点が取りやすくなり、電極間の距離を一定に保ちやすくなる。

0047

導電粒子の径寸法の変動係数は、導電粒子の平均粒子径の測定における平均粒子径とその標準偏差を用いて、下記式(2)から算出される。

0048

0049

封止材40中の光電極導電層14と対向電極導電層24の両方に接している導電粒子52の個数は、3個/1mm2以上が好ましく、8〜400個/1mm2がより好ましく、20〜200個/1mm2がさらに好ましい。前記導電粒子52の個数が前記範囲の下限値以上であれば、光電極10と対向電極20との導通が容易になる。前記導電粒子52の個数が前記範囲の上限値以下であれば、封止材40の光電極10及び対向電極20への接着性に優れる。
なお、本明細書において、「個/1mm2」とは、封止材40において、光電極導電層14又は対向電極導電層24と接している面の1mm2当たりにおいて確認される前記導電粒子(光電極導電層と対向電極導電層の両方に接している導電粒子52)の個数を意味する。
封止材中の光電極導電層と対向電極導電層の両方に接している導電粒子の個数は、顕微鏡などによる観察により測定される。

0050

封止材40中の導電粒子52の含有量は、封止材40の総質量に対して、1〜40質量%が好ましく、5〜40質量%がより好ましく、10〜30質量%がさらに好ましい。導電粒子52の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、光電極10と対向電極20との導通が容易になる。導電粒子52の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、封止材40中の導電粒子52の分散性に優れる。

0051

色素増感型太陽電池1では、光電極導電層14のD1方向において封止材40と重なる部分には、D2方向に延びる帯状の絶縁部62が設けられている。絶縁部62は光電極導電層14を厚み方向に貫通するように設けられており、光電極導電層14はD1方向において絶縁部62で分断されている。また、対向電極導電層24のD1方向において封止材40と重なる部分には、D2方向に延びる帯状の絶縁部64が設けられている。絶縁部64は対向電極導電層24を厚み方向に貫通するように設けられており、対向電極導電層24はD1方向において絶縁部64で分断されている。

0052

絶縁部62の幅、すなわちD1方向における絶縁部62の長さは、0.1〜3mmが好ましい。同様に、絶縁部64の幅、すなわちD1方向における絶縁部64の長さは、0.1〜3mmが好ましい。絶縁部62及び絶縁部64の幅が前記範囲内であれば、絶縁性を確保しつつ、発電部60の面積を確保することが容易になる。

0053

色素増感型太陽電池1には、D1方向に延びる複数のシール部70が、D2方向に間隔を空けて設けられている。シール部70は、光電極支持体12と対向電極支持体22とが圧着されて電気的に絶縁された部分である。シール部70は、光電極10及び対向電極20の厚み方向の外方(即ち、色素増感型太陽電池1の上方及び下方)から、例えば、超音波融着等の方法を用いて光電極10及び対向電極20に力を加えるか、又は押圧することによって形成できる。

0054

シール部70においては、図示を省略しているが、圧着された光電極支持体12と対向電極支持体22との間に、僅かな厚みで、光電極導電層14、無機半導体層16、対向電極導電層24及び電荷移動体30が介在している場合がある。しかし、これらの各層は、シール部70においてほぼ分断された状態のため、シール部70に隣接する発電部60同士は電気的に接続されない。

0055

色素増感型太陽電池1は、一定の柔軟性(屈曲性)を有して構成される。色素増感型太陽電池1の折り曲げ形態としては、例えば、設置場所のサイズや形状に合わせて、機械的破壊が生じない程度で変形させる形態が挙げられる。

0056

(製造方法)
本発明の色素増感型太陽電池は、第1封止材及び第2封止材を使用する以外は、公知の製造方法で製造できる。色素増感型太陽電池1は、封止材40の樹脂材料に紫外線硬化型樹脂を用いる場合、例えば、以下の(a)〜(e)の工程を有する製造方法で製造できる。
(a)光電極10の光電極導電層14を切り込み加工して絶縁部62を形成する。
(b)光電極導電層14の表面14aにおける無機半導体層16の両側にそれぞれ未硬化の第2封止材44Aを帯状に塗布し、隣り合う無機半導体層16の間における2つの未硬化の第2封止材44Aの間の部分に未硬化の第1封止材42Aを帯状に塗布する。
(c)光電極導電層14の表面14aにおける第2封止材44A間の無機半導体層16が設けられた部分に電荷移動体30を塗布する。
(d)対向電極20の対向電極導電層24を切り込み加工して絶縁部64を形成する。
(e)無機半導体層16と対向電極導電層24が向き合うように光電極10と対向電極20を貼り合わせ、未硬化の第1封止材42A及び第2封止材44Aを硬化させる。

0057

光電極10は、例えば、図示略のRtoR方式を採用した装置を用いて製造できる。例えば、光電極支持体12を所定の方向に連続的に搬送しながら、光電極支持体12の表面12aに光電極導電層14を形成し、光電極導電層14の表面14aに無機半導体層16を形成した後、無機半導体層16を外側に向けた状態で光電極10をロール状に巻き取る。

0058

光電極導電層14の形成方法としては、例えば、公知のスパッタリング法印刷法等が挙げられる。
無機半導体層16の形成方法としては、例えば、酸化チタン等の金属酸化物からなる多孔質層を形成した後、前記多孔質層に増感色素を吸着させる方法が挙げられる。多孔質層の形成方法としては、例えば、公知のエアロゾルデポジション法Aerosol Deposition method:AD法)等が挙げられる。増感色素を吸着させる方法としては、例えば、増感色素を含む溶液に前記多孔質層を浸漬した後に乾燥する方法等があげられる。

0059

対向電極20は、例えば、図示略のRtoR方式を採用した装置を用いて製造できる。
例えば、対向電極支持体22を所定の方向に連続的に搬送しながら、対向電極支持体22の表面22aに対向電極導電層24を形成した後、対向電極導電層24を内側に向けた状態で対向電極20をロール状に巻き取る。
対向電極導電層24の形成方法としては、例えば、公知のスパッタリング法や印刷法等が挙げられる。

0060

工程(a)〜(e)は、例えば、図3に例示した製造装置200を用いて、RtoR方式で行う。なお、以下の説明では、図3中に示す搬送方向D41,D42において、始点側上流側とし、終点側を下流側として説明する。

0061

<工程(a)>
製造装置200にロール状の光電極10を設置し、光電極10をD41方向に巻き出して搬送しながら、絶縁部形成装置210を用いて光電極導電層14を切り込み加工して絶縁部62を形成する。絶縁部形成装置210としては、例えば、ダイカットロールを備えた加工装置の他、レーザー加工装置エッチング液塗布装置等が挙げられる。

0062

<工程(b)>
次に、図3及び図4に示すように、光電極10をD41方向に搬送しながら、光電極導電層14の表面14aにおける無機半導体層16の両側に、封止材塗布装置212により未硬化の第2封止材44Aを帯状に塗布する。封止材塗布装置212としては、例えば、ディスペンサーダイコーター等が挙げられ、ダイコーターが好ましい。
さらに、図3及び図5に示すように、光電極10をD41方向に搬送しながら、光電極導電層14の表面14aの隣り合う無機半導体層16の間における2つの封止材40の間の部分に、封止材塗布装置214により未硬化の第1封止材42Aを帯状に塗布する。封止材塗布装置214としては、例えば、ディスペンサー、ダイコーター等が挙げられ、ディスペンサーが好ましい。

0063

<工程(c)>
次に、光電極10をD41方向に搬送しながら、光電極導電層14の表面14aにおける第2封止材44A間の無機半導体層16が設けられた部分に、電荷移動体塗布装置216により電荷移動体30を塗布する。電荷移動体塗布装置216としては、例えば、ディスペンサー、ダイコーター等が挙げられる。

0064

<工程(d)>
製造装置200にロール状の対向電極20を設置し、対向電極20をD42方向に巻き出して搬送しながら、絶縁部形成装置218を用いて対向電極導電層24を切り込み加工して絶縁部64を形成する。絶縁部形成装置218としては、例えば、絶縁部形成装置210と同じものが挙げられる。

0065

<工程(e)>
次に、上下に配置された一対の押圧ロール220,222の間に、無機半導体層16と対向電極導電層24が向き合うように光電極10と対向電極20を導いて通過させ、光電極10及び対向電極20を上下から押圧して貼り合わせるその後、紫外線照射装置223から紫外線照射し、未硬化の第1封止材42A及び未硬化の第2封止材44Aを硬化させ、それらの硬化物である第1封止材42及び第2封止材44を形成する。

0066

次に、シール部形成装置224により、D2方向に所定の間隔を空けながら光電極10及び対向電極20をD1方向に直線的に圧着し、電気的に絶縁されたシール部70を形成する。シール部形成装置224としては、超音波付与装置等が挙げられる。
以上の工程により、図1及び図2に示すような色素増感型太陽電池1を製造できる。

0067

色素増感型太陽電池1においては、必要に応じて、光電極導電層14又は対向電極導電層24の一部を露出させ、電力を取り出すための取り出し電極を形成する。電力を取り出すための一対の取り出し電極は、光電極10と対向電極20に1つずつ形成してもよく、両方を光電極10又は対向電極20のいずれか一方に形成してもよい。
色素増感型太陽電池1は、必要に応じて所望のパターン切り出してもよい。

0068

なお、色素増感型太陽電池の製造方法は、前記した方法には限定されない。例えば、工程(b)において、第1封止材42Aを塗布した後に第2封止材44Aを塗布してもよく、第1封止材42Aと第2封止材44Aの塗布を同時に行ってもよい。また、光電極10と対向電極20とを貼り合わせ、第1封止材42A及び第2封止材44Aを硬化させた後に、光電極10と対向電極20の間の無機半導体層16の部分に電荷移動体30を注入してもよい。

0069

以上説明したように、本発明の色素増感型太陽電池においては、各々の封止材において、第1封止材と電荷移動体の間に、第1封止材よりも無機フィラーの含有量が多く、封止性能に優れた第2封止材が設けられている。これにより、封止材の幅を狭くしても、優れた封止性能を確保できるため、耐久性に優れた色素増感型太陽電池となる。また、封止性能を確保しつつ封止材の幅を狭くし、色素増感型太陽電池の開口率(発電有効面積)を大きくすることができる。このように、本発明の色素増感型太陽電池によれば、優れた耐久性と高い発電効率を両立させることができる。

0070

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

0071

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
[実施例1]
図3の製造装置200を用いて、RtoR方式により、図1及び図2に例示した色素増感型太陽電池1を製造した。各層の材料としては、以下のものを使用した。
光電極支持体12(厚み125μm):ポリエチレンナフタレート。
光電極導電層14(厚み130nm):ITO。
無機半導体層16(厚み15μm):酸化チタンの多孔質層にルテニウム錯体系色素を吸着させた。
対向電極支持体22(厚み125μm):ポリエチレンナフタレート。
対向電極導電層24(厚み130nm):ITO。
電荷移動体30:ヨウ素(濃度:50mmol/L)と1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムヨージド(MPImI)(濃度:1mol/L)をγ−ブチロラクトンに溶解させた電解液。

0072

第1封止材42及び第2封止材44の樹脂材料には、光硬化型樹脂であるアクリル・ポリエステル系樹脂(Tg:87℃)を用いた。第1封止材42及び第2封止材44の無機フィラーとしては、シリカを用いた。導電粒子52としては、積水化学工業社製ミクロパール(平均粒子径:50μm、径寸法の変動係数:5%)を用いた。
第1封止材42中の無機フィラーの含有量は9質量%、導電粒子52の含有量は10質量%とした。第2封止材44中の無機フィラーの含有量は10質量%とした。封止材40中の光電極導電層14と対向電極導電層24の両方に接している導電粒子52の個数は、3個/1mm2であった。封止材40の幅dを4.0mm、第2封止材44の幅dAを1.0mmとし、dA/dを0.25とした。

0073

[実施例2〜5]
封止材40の幅d、第2封止材44の幅dA、及びdA/dを表1に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法で色素増感型太陽電池を製造した。

0074

[比較例1]
第2封止材を用いず、封止材の幅dを5.0mmに変更した以外は、実施例1と同様の方法で色素増感型太陽電池を製造した。

0075

[耐久性]
各例で製造した色素増感型太陽電池に対し、以下の(1)〜(4)のような耐久試験を行い、耐久性を評価した。
(1)初期性能最大出力)を測定
(2)気温40℃、湿度90%RHの環境下に100時間保管
(3)保管後の性能(最大出力)を測定
(4)初期性能と保管後の性能により、出力維持率を算出し、評価
初期性能及び保管後の性能は、ソースメータを用いて、蛍光灯(2,000lux)を照射した状態で測定した。
評価基準
〇:出力維持率が80%以上。
×:出力維持率が80%未満。
各例の結果を表1に示す。

0076

実施例

0077

表1に示すように、第1封止材と電荷移動体の間に第2封止材を設けた実施例1〜5の色素増感型太陽電池は、封止材の幅が同程度の比較例1の色素増感型太陽電池に比べて、耐久性に優れていた。

0078

1…色素増感型太陽電池、10…光電極、12…光電極支持体、14…光電極導電層、16…無機半導体層、20…対向電極、22…対向電極支持体、24…対向電極導電層、30…電荷移動体、40…封止材、42…第1封止材、44…第2封止材、52…導電粒子

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