染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的染料敏化太陽(yáng)能電池，在兩端具有密封部的透光性的管狀容器的內(nèi)部，具備由擔(dān)載敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極以及與該集電極對(duì)置的對(duì)置電極，在所述管狀容器的內(nèi)部填充電解液而成的染料敏化太陽(yáng)能電池中，能夠在所述對(duì)置電極與所述集電極之間維持規(guī)定的間隙，并且，它們不會(huì)短路，可獲得良好的發(fā)電效率。該染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，所述對(duì)置電極形成為大致圓筒狀，由在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力的金屬板構(gòu)成，該對(duì)置電極與所述集電極或光電極以在該對(duì)置電極的外周夾設(shè)有絕緣體的方式彈性地抵接。
【專利說(shuō)明】染料敏化太陽(yáng)能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將光能變換為電能的染料敏化太陽(yáng)能電池(dye-sensitized solarcell, DSSC)，尤其涉及在透光性的管狀容器內(nèi)配設(shè)有集電極、光電極及對(duì)置電極并封入了電解液的染料敏化太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，將太陽(yáng)光能變換為電能的太陽(yáng)能電池對(duì)環(huán)境友善，作為清潔的能源正在進(jìn)行積極的研究開(kāi)發(fā)。尤其是，光電變換效率高，染料敏化太陽(yáng)能電池作為低成本的太陽(yáng)能電池而受到關(guān)注，并提出了各種方案。
[0003]其一例為日本專利第4840540號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)，在該染料敏化太陽(yáng)能電池中，在透光性的管狀容器內(nèi)封入電解液，配設(shè)了在該容器的內(nèi)表面形成的集電極、層疊形成于該集電極并由吸附有染料的多孔質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成的光電極、以及與其對(duì)置的對(duì)置電極，使太陽(yáng)光射入所述光電極而激發(fā)光電極從而放出電子，由此作為電能而取出。
[0004]這種染料敏化太陽(yáng)能電池，其制造中不需要高真空的腔室等，具有設(shè)備方面的負(fù)擔(dān)少、能夠廉價(jià)地制造的優(yōu)點(diǎn)，因而倍受矚目。
[0005]圖8中示出了該太陽(yáng)能電池的概略構(gòu)造。
[0006]在圖8中，染料敏化太陽(yáng)能電池，在由透明的玻璃構(gòu)成的管狀容器20的主體部21的內(nèi)表面，層疊形成有由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成的集電極24以及由吸附有敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成的光電極25,在所述管狀容器20內(nèi)以與光電極25分離并設(shè)有規(guī)定的間隙的方式配置有線圈狀的對(duì)置電極26，并且在所述管狀容器20內(nèi)密封有具備電解質(zhì)物質(zhì)的電解液27。
[0007]所述管狀容器20的主體部21的兩端，如燈技術(shù)中的壓封(pinchseal)那樣，對(duì)構(gòu)成管狀容器20的玻璃進(jìn)行加熱/熔融來(lái)將其壓垮，由此形成扁平的密封部22、23進(jìn)行密閉。而且，在其一端側(cè)的密封部22內(nèi)埋設(shè)有金屬箔33，來(lái)自對(duì)置電極26的內(nèi)部引線31和從密封部22向外方突出的外部引線35與該金屬箔33連接而產(chǎn)生導(dǎo)電狀態(tài)。
[0008]此外，同樣地，在另一端側(cè)的密封部23內(nèi)也埋設(shè)有金屬箔34，該金屬箔34上連接有經(jīng)由絕緣部件15與所述對(duì)置電極26連接的內(nèi)部引線32、以及從密封部23突出的外部引線36。而且，在所述管狀容器20的主體部21的內(nèi)表面形成的集電極24延伸到該密封部23內(nèi)為止，以覆蓋所述內(nèi)部引線32、金屬箔34及外部引線36的方式壓封，并與它們電連接。
[0009]通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在一方的密封部22，與對(duì)置電極26 —內(nèi)部引線31 —金屬箔33 —外部引線35形成電連接，在另一方的密封部23，與光電極25 —集電極24—內(nèi)部引線32 —金屬箔34 —外部引線36形成電連接。
[0010]在該現(xiàn)有技術(shù)中，線圈狀的對(duì)置電極26的兩端僅保持于管狀容器20的密封部22、23，所以難以在該對(duì)置電極26與光電極25及集電極24之間維持規(guī)定的間隙，此外，該對(duì)置電極26容易變形，在其變形后，該對(duì)置電極26與光電極25 —集電極24的位置關(guān)系改變，存在不能維持所述規(guī)定間隙從而發(fā)電效率降低的不良。
[0011]而且，該對(duì)置電極26的變形較大時(shí)，最終對(duì)置電極26與光電極25 —集電極24接觸而短路，產(chǎn)生無(wú)法發(fā)電的問(wèn)題。
[0012]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4840540號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的課題在于，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)，提供一種染料敏化太陽(yáng)能電池，在透光性的管狀容器的內(nèi)部，具備由擔(dān)載敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極以及與該集電極對(duì)置的對(duì)置電極，在所述管狀容器的內(nèi)部填充電解液而成的染料敏化太陽(yáng)能電池中，在管狀容器的內(nèi)部，能夠?qū)?duì)置電極與光電極或集電極的間隙一定地維持，并且，抑制對(duì)置電極的變形，防止該對(duì)置電極與所述光電極或集電極的短路。
[0014]本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述對(duì)置電極形成為大致圓筒狀，由在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力的金屬板構(gòu)成，該對(duì)置電極與所述集電極或光電極以在其外周夾設(shè)有絕緣體的方式彈性地抵接。
[0015]此外，其特征在于，所述集電極由金屬多孔板構(gòu)成，所述光電極層疊形成于該集電極上，該光電極抵接于所述管狀容器的內(nèi)表面，所述對(duì)置電極與所述集電極以?shī)A設(shè)有所述絕緣體的方式抵接。
[0016]此外，其特征在于，所述集電極由透明導(dǎo)電體構(gòu)成，層疊形成于所述管狀容器的內(nèi)表面，所述光電極層疊形成于所述集電極上，所述對(duì)置電極與所述光電極以?shī)A設(shè)有所述絕緣體的方式抵接。
[0017]此外,其特征在于,所述絕緣體由樹(shù)脂材料或玻璃材料構(gòu)成,在所述集電極與所述對(duì)置電極之間形成有供電解液流通的流路。
[0018]此外，其特征在于，所述絕緣體由片狀體構(gòu)成。
[0019]此外，其特征在于，所述絕緣體是由編成或織成的纖維布構(gòu)成的圓筒狀體，能夠在半徑方向上收縮、放大。
[0020]此外，其特征在于，所述對(duì)置電極在圓周方向的一部分形成有縫隙。
[0021]此外，其特征在于，所述對(duì)置電極在圓周方向的一部分被重合。
[0022]發(fā)明的效果
[0023]通過(guò)本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池，對(duì)置電極與集電極或光電極以?shī)A設(shè)有絕緣體的方式彈性地抵接，由此起到如下效果:能夠容易地將對(duì)置電極與集電極或光電極之間的間隙維持于規(guī)定的大小，并且能夠防止上述對(duì)置電極與集電極或光電極的短路。
[0024]此外，通過(guò)彈性的抵接，也能夠防止對(duì)置電極自身的變形，所述規(guī)定間隙的維持變得更可靠，能夠抑制發(fā)電效率的降低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池的側(cè)剖視圖。
[0026]圖2是圖1的橫剖視圖(A)及部分放大剖視圖(B)。
[0027]圖3是圖2的僅對(duì)置電極的立體圖。
[0028]圖4是另一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖。
[0029]圖5是圖4的僅對(duì)置電極的立體圖。[0030]圖6是另外一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖。
[0031]圖7是另外一個(gè)實(shí)施例的橫剖視圖(A)及部分放大剖視圖(B)。
[0032]圖8是以往的染料敏化太陽(yáng)能電池的側(cè)剖視圖。
[0033]符號(hào)說(shuō)明
[0034]I管狀容器
[0035]2主體部
[0036]3、4密封部
[0037]5集電極
[0038]5a孔
[0039]6光電極
[0040]7對(duì)置電極
[0041]8絕緣 體
[0042]10電解液
[0043]11,12內(nèi)部引線
[0044]13、14金屬箔
[0045]15、16外部引線
[0046]S縫隙
【具體實(shí)施方式】
[0047]圖1是表示本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池的整體的側(cè)剖視圖。
[0048]在管狀容器I的主體部2的內(nèi)表面，抵接有在集電極5的表面上層疊形成了的光電極6。
[0049]如圖2 (A)、(B)所示，該集電極5由形成有多個(gè)孔5a的SUS等的金屬多孔板、網(wǎng)狀體構(gòu)成，在該集電極5上燒制并層疊形成有光電極6，該光電極6由吸附有敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成。如圖2 (A)所示，集電極5形成為大致圓筒形，以直徑縮小了的狀態(tài)插入到管狀容器I內(nèi)，在該直徑縮小約束力被解除時(shí)，通過(guò)該彈性恢復(fù)力抵接于管狀容器I的內(nèi)表面。由此，光電極6為與管狀容器I的內(nèi)表面抵接的電極。
[0050]采用這種結(jié)構(gòu)，消除了在管狀容器的內(nèi)表面燒制集電極、光電極的麻煩。
[0051]又如圖3所示，該對(duì)置電極7由SUS等的金屬板構(gòu)成，形成為大致圓筒狀，以在其圓周方向的一部分形成有縫隙S的方式彎曲，在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力。
[0052]而且，如圖2 (A)、(B)所示，在其表面上層疊有片狀的絕緣體8。
[0053]該絕緣體8只要是通過(guò)對(duì)置電極7的彈性力與管狀容器I的內(nèi)表面?zhèn)鹊募姌O5密接的這種構(gòu)造即可，例如，能夠使用將纖維狀的樹(shù)脂材料、玻璃材料編成或織成的纖維布。此外，也能夠使用將例如聚四氟乙烯等樹(shù)脂材料形成為片狀的構(gòu)件，在此情況下，在片體上形成多個(gè)孔部而使用。
[0054]而且，在這樣配設(shè)有集電極5、光電極6、對(duì)置電極7的管狀容器I內(nèi)封入了電解液10。
[0055]于是，染料敏化太陽(yáng)能電池在受到太陽(yáng)光時(shí)，光電極6的半導(dǎo)體層所吸附的染料受激發(fā)而產(chǎn)生電子，該電子從染料轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體。失去了電子的染料從電解液10的離子接受電子，給予了該電子的電解質(zhì)分子從對(duì)置電極7接受電子。這樣，在外部引線15、16間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
[0056]為此，在光電極6與對(duì)置電極7之間，存在電解液10流通的流路是優(yōu)選的，集電極5中使用金屬多孔板，該孔5a成為電解液流路，此外，對(duì)于絕緣體8而言，在為纖維布的情況下，其網(wǎng)眼成為電解液流路，在為片狀樹(shù)脂材料的情況下，形成有多個(gè)的孔部作為電解液流路發(fā)揮功能。
[0057]此外，優(yōu)選的是，為了防止集電極5 —光電極6與對(duì)置電極7的短路，如圖1所示，在管狀容器I的長(zhǎng)度方向上，絕緣體8比集電極5 —光電極6、對(duì)置電極7長(zhǎng)。此外，優(yōu)選的是，如圖2 (A)所示，在管狀容器I的圓周方向上，絕緣體8比集電極5 —光電極6、對(duì)置電極7長(zhǎng)。
[0058]對(duì)置電極7不限于如圖3那樣形成有縫隙S的形態(tài)，也可以如圖4及圖5所示，在圓周方向的一部分重疊的方式彎曲為大致圓筒狀。
[0059]圖4所示的方式,不僅僅是對(duì)置電極7,也可以是以絕緣體8、集電極5及光電極6全部重疊的方式形成的形態(tài)，但無(wú)需一定全部重疊。
[0060]圖6中示出了絕緣體的不同的實(shí)施例,相對(duì)于上述實(shí)施例中的絕緣體8為片狀,不同點(diǎn)在于絕緣體8為圓筒狀。
[0061]該圓筒狀絕緣體8能夠在半徑方向上收縮或放大，具體而言，由將樹(shù)脂纖維、玻璃纖維編成或織成的纖維布構(gòu)成。在將對(duì)置電極7及絕緣體8配置在管狀容器I內(nèi)時(shí)，首先，將對(duì)置電極7以直徑縮小了的狀態(tài)插入到圓筒狀絕緣體8內(nèi)，在將它們插入到管狀容器I內(nèi)之后，將對(duì)置電極7的直徑縮小約束力釋放從而直徑擴(kuò)大。圓筒狀絕緣體8能夠在半徑方向上收縮或放大，所以與對(duì)置電極7—起在半徑方向上放大，并與管狀容器I內(nèi)的集電極5抵接。
[0062]當(dāng)然，在本實(shí)施例中，集電極5、光電極6及對(duì)置電極7也可以如圖4、5那樣，為在圓周方向的一部分重合的方式。
[0063]圖7中示出了集電極及光電極的不同的實(shí)施例，在本例中，與圖8所示的同樣地，如圖7 (A)所示，集電極5形成于管狀容器I的內(nèi)表面，在集電極5的內(nèi)表面層疊形成有光電極6。
[0064]S卩，所述集電極5由例如ITO膜等透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，燒制形成于管狀容器I的內(nèi)表面，其上層疊并燒制形成有光電極6。
[0065]而且，又如圖7 (B)所示，在此情況下，對(duì)置電極7與光電極6以?shī)A設(shè)有絕緣體8的方式抵接。
[0066]此外，在圖7(A)所示的實(shí)施例中，對(duì)置電極7的構(gòu)造與圖2中說(shuō)明的構(gòu)造同樣地，示出了具有縫隙的大致圓筒形狀的構(gòu)造。
[0067]在此情況下，對(duì)置電極7的構(gòu)造也能夠如圖4、5所示，設(shè)為在圓周方向的一部分重
口 ο
[0068]另外，在本申請(qǐng)的附圖中，為了有助于理解，對(duì)于光電極、集電極、對(duì)置電極、絕緣體等，尤其是它們的厚度，與實(shí)際的尺寸相比夸張而記載。
[0069]若列舉出它們的一個(gè)數(shù)值及一種材料例，則如以下這樣。
[0070]管狀容器:外徑IOmmX內(nèi)徑8mm ( X壁厚lmm)納I丐玻璃(soda-lime glass)[0071]集電極:厚度30 μ mm、400篩眼(mesh)的不銹鋼網(wǎng)
[0072]光電極:膜厚40 μ m的二氧化鈦粒子燒結(jié)體
[0073]絕緣體:厚度40 μ m的PTFE制片(薄膜過(guò)濾器)
[0074]對(duì)置電極:厚度20 μ m的鈦片(表面白金涂層)
[0075]如以上說(shuō)明那樣，本發(fā)明的染料敏化太陽(yáng)能電池中，將管狀容器內(nèi)配置的對(duì)置電極形成為大致圓筒狀，并且由在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力的金屬板構(gòu)成，與在管狀容器內(nèi)表面設(shè)置的集電極或光電極以在對(duì)置電極外周夾設(shè)有絕緣體的方式彈性地抵接，由此與集電極及光電極，能夠容易地維持依賴于絕緣體厚度的規(guī)定的間隙而提高發(fā)電效率，并且它們的絕緣得以確保，所以也不會(huì)產(chǎn)生由短路引起的發(fā)電功能的喪失等不良。
【權(quán)利要求】
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池， 在兩端具有密封部的透光性的管狀容器的內(nèi)部，具備由擔(dān)載敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極、以及與該集電極及所述光電極對(duì)置的對(duì)置電極， 在所述管狀容器的內(nèi)部填充電解液而成的染料敏化太陽(yáng)能電池中， 其特征在于， 所述對(duì)置電極形成為大致圓筒狀，由在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力的金屬板構(gòu)成，該對(duì)置電極與所述集電極或光電極以在該對(duì)置電極的外周夾設(shè)有絕緣體的方式彈性地抵接。
2.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述集電極由金屬多孔板構(gòu)成，所述光電極層疊形成于該集電極上， 該光電極抵接于所述管狀容器的內(nèi)表面， 所述對(duì)置電極與所述集電極以?shī)A設(shè)有所述絕緣體的方式抵接。
3.如權(quán)利要求1所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述集電極由透明導(dǎo)電膜構(gòu)成，層疊形成于所述管狀容器的內(nèi)表面， 所述光電極層疊形成于所述集電極上， 所述對(duì)置電極與所述光電極以?shī)A設(shè)有所述絕緣體的方式抵接。
4.如權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述絕緣體由樹(shù)脂材料或玻璃材料構(gòu)成，在所述集電極與所述對(duì)置電極之間形成有供電解液流通的流路。
5.如權(quán)利要求4所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述絕緣體由片狀體構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述絕緣體是由編成或織成的纖維布構(gòu)成的圓筒狀體，能夠在半徑方向上收縮、放大。
7.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述對(duì)置電極在圓周方向的一部分形成有縫隙。
8.如權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 所述對(duì)置電極在圓周方向的一部分被重合。
9.一種染料敏化太陽(yáng)能電池， 在兩端具有密封 部的透光性的管狀容器的內(nèi)部，具備由擔(dān)載敏化染料的半導(dǎo)體層構(gòu)成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極、以及與該集電極及所述光電極對(duì)置的對(duì)置電極， 在所述管狀容器的內(nèi)部填充電解液而成的染料敏化太陽(yáng)能電池中， 其特征在于， 所述集電極形成為大致圓筒狀，由在半徑方向上具有彈性恢復(fù)力的板狀金屬體構(gòu)成， 所述光電極層疊形成于所述集電極上，通過(guò)該集電極的彈性恢復(fù)力而抵接于所述管狀容器的內(nèi)表面。
10.如權(quán)利要求9所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于， 構(gòu)成所述集電極的板狀金屬體是金屬多孔板。
11.如權(quán)利要求9所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，構(gòu)成所述集電極的板狀金屬體是網(wǎng)狀體。
【文檔編號(hào)】H01G9/20GK103985549SQ201410047936
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年2月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月12日
【發(fā)明者】藤澤繁樹(shù) 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社