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染料敏化太陽能電池.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410047936.X

申請日:

2014.02.11

公開號:

CN103985549A

公開日:

2014.08.13

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):H01G 9/20申請公布日:20140813|||公開
IPC分類號: H01G9/20; H01G9/048 主分類號: H01G9/20
申請人: 優志旺電機株式會社
發明人: 藤澤繁樹
地址: 日本東京都
優先權: 2013.02.12 JP 2013-024034; 2013.05.13 JP 2013-100933
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司 72002 代理人: 房永峰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410047936.X

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.10.05|||2014.08.13

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||公開

摘要

本發明提供的染料敏化太陽能電池,在兩端具有密封部的透光性的管狀容器的內部,具備由擔載敏化染料的半導體層構成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極以及與該集電極對置的對置電極,在所述管狀容器的內部填充電解液而成的染料敏化太陽能電池中,能夠在所述對置電極與所述集電極之間維持規定的間隙,并且,它們不會短路,可獲得良好的發電效率。該染料敏化太陽能電池的特征在于,所述對置電極形成為大致圓筒狀,由在半徑方向上具有彈性恢復力的金屬板構成,該對置電極與所述集電極或光電極以在該對置電極的外周夾設有絕緣體的方式彈性地抵接。

權利要求書

權利要求書
1.  一種染料敏化太陽能電池,
在兩端具有密封部的透光性的管狀容器的內部,具備由擔載敏化染料的半導體層構成的光電極、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置的對置電極,
在所述管狀容器的內部填充電解液而成的染料敏化太陽能電池中,
其特征在于,
所述對置電極形成為大致圓筒狀,由在半徑方向上具有彈性恢復力的金屬板構成,
該對置電極與所述集電極或光電極以在該對置電極的外周夾設有絕緣體的方式彈性地抵接。

2.  如權利要求1所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述集電極由金屬多孔板構成,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表面,
所述對置電極與所述集電極以夾設有所述絕緣體的方式抵接。

3.  如權利要求1所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述集電極由透明導電膜構成,層疊形成于所述管狀容器的內表面,
所述光電極層疊形成于所述集電極上,
所述對置電極與所述光電極以夾設有所述絕緣體的方式抵接。

4.  如權利要求1~3中任一項所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述絕緣體由樹脂材料或玻璃材料構成,在所述集電極與所述對置電極之間形成有供電解液流通的流路。

5.  如權利要求4所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述絕緣體由片狀體構成。

6.  如權利要求4所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述絕緣體是由編成或織成的纖維布構成的圓筒狀體,能夠在半徑方向上收縮、放大。

7.  如權利要求1~6中任一項所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述對置電極在圓周方向的一部分形成有縫隙。

8.  如權利要求1~6中任一項所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
所述對置電極在圓周方向的一部分被重合。

9.  一種染料敏化太陽能電池,
在兩端具有密封部的透光性的管狀容器的內部,具備由擔載敏化染料的半導體層構成的光電極、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置的對置電極,
在所述管狀容器的內部填充電解液而成的染料敏化太陽能電池中,
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力的板狀金屬體構成,
所述光電極層疊形成于所述集電極上,通過該集電極的彈性恢復力而抵接于所述管狀容器的內表面。

10.  如權利要求9所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
構成所述集電極的板狀金屬體是金屬多孔板。

11.  如權利要求9所述的染料敏化太陽能電池,其特征在于,
構成所述集電極的板狀金屬體是網狀體。

說明書

說明書染料敏化太陽能電池
技術領域
本發明涉及將光能變換為電能的染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cell,DSSC),尤其涉及在透光性的管狀容器內配設有集電極、光電極及對置電極并封入了電解液的染料敏化太陽能電池。
背景技術
以往,將太陽光能變換為電能的太陽能電池對環境友善,作為清潔的能源正在進行積極的研究開發。尤其是,光電變換效率高,染料敏化太陽能電池作為低成本的太陽能電池而受到關注,并提出了各種方案。
其一例為日本專利第4840540號公報(專利文獻1),在該染料敏化太陽能電池中,在透光性的管狀容器內封入電解液,配設了在該容器的內表面形成的集電極、層疊形成于該集電極并由吸附有染料的多孔質半導體構成的光電極、以及與其對置的對置電極,使太陽光射入所述光電極而激發光電極從而放出電子,由此作為電能而取出。
這種染料敏化太陽能電池,其制造中不需要高真空的腔室等,具有設備方面的負擔少、能夠廉價地制造的優點,因而倍受矚目。
圖8中示出了該太陽能電池的概略構造。
在圖8中,染料敏化太陽能電池,在由透明的玻璃構成的管狀容器20的主體部21的內表面,層疊形成有由透明導電膜構成的集電極24以及由吸附有敏化染料的半導體層構成的光電極25,在所述管狀容器20內以與光電極25分離并設有規定的間隙的方式配置有線圈狀的對置電極26,并且在所述管狀容器20內密封有具備電解質物質的電解液27。
所述管狀容器20的主體部21的兩端,如燈技術中的壓封(pinch seal)那樣,對構成管狀容器20的玻璃進行加熱/熔融來將其壓垮,由此形成扁平的密封部22、23進行密閉。而且,在其一端側的密封部22內埋設有金屬箔33,來自對置電極26的內部引線31和從密封部22向外方突出的外部引線35與該金屬箔33連接而產生導電狀態。
此外,同樣地,在另一端側的密封部23內也埋設有金屬箔34,該金屬箔34上連接有經由絕緣部件15與所述對置電極26連接的內部引線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的內表面形成的集電極24延伸到該密封部23內為止,以覆蓋所述內部引線32、金屬箔34及外部引線36的方式壓封,并與它們電連接。
通過這種結構,在一方的密封部22,與對置電極26-內部引線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-內部引線32-金屬箔34-外部引線36形成電連接。
在該現有技術中,線圈狀的對置電極26的兩端僅保持于管狀容器20的密封部22、23,所以難以在該對置電極26與光電極25及集電極24之間維持規定的間隙,此外,該對置電極26容易變形,在其變形后,該對置電極26與光電極25―集電極24的位置關系改變,存在不能維持所述規定間隙從而發電效率降低的不良。
而且,該對置電極26的變形較大時,最終對置電極26與光電極25―集電極24接觸而短路,產生無法發電的問題。
專利文獻1:日本專利第4840540號公報
發明內容
本發明要解決的課題在于,鑒于上述現有技術的問題點,提供一種染料敏化太陽能電池,在透光性的管狀容器的內部,具備由擔載敏化染料的半導體層構成的光電極、與該光電極接觸而形成的集電極以及與該集電極對置的對置電極,在所述管狀容器的內部填充電解液而成的染料敏化太陽能電池中,在管狀容器的內部,能夠將對置電極與光電極或集電極的間隙一定地維持,并且,抑制對置電極的變形,防 止該對置電極與所述光電極或集電極的短路。
本發明的染料敏化太陽能電池,其特征在于,所述對置電極形成為大致圓筒狀,由在半徑方向上具有彈性恢復力的金屬板構成,該對置電極與所述集電極或光電極以在其外周夾設有絕緣體的方式彈性地抵接。
此外,其特征在于,所述集電極由金屬多孔板構成,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表面,所述對置電極與所述集電極以夾設有所述絕緣體的方式抵接。
此外,其特征在于,所述集電極由透明導電體構成,層疊形成于所述管狀容器的內表面,所述光電極層疊形成于所述集電極上,所述對置電極與所述光電極以夾設有所述絕緣體的方式抵接。
此外,其特征在于,所述絕緣體由樹脂材料或玻璃材料構成,在所述集電極與所述對置電極之間形成有供電解液流通的流路。
此外,其特征在于,所述絕緣體由片狀體構成。
此外,其特征在于,所述絕緣體是由編成或織成的纖維布構成的圓筒狀體,能夠在半徑方向上收縮、放大。
此外,其特征在于,所述對置電極在圓周方向的一部分形成有縫隙。
此外,其特征在于,所述對置電極在圓周方向的一部分被重合。
發明的效果
通過本發明的染料敏化太陽能電池,對置電極與集電極或光電極以夾設有絕緣體的方式彈性地抵接,由此起到如下效果:能夠容易地將對置電極與集電極或光電極之間的間隙維持于規定的大小,并且能夠防止上述對置電極與集電極或光電極的短路。
此外,通過彈性的抵接,也能夠防止對置電極自身的變形,所述規定間隙的維持變得更可靠,能夠抑制發電效率的降低。
附圖說明
圖1是本發明的染料敏化太陽能電池的側剖視圖。
圖2是圖1的橫剖視圖(A)及部分放大剖視圖(B)。
圖3是圖2的僅對置電極的立體圖。
圖4是另一個實施例的橫剖視圖。
圖5是圖4的僅對置電極的立體圖。
圖6是另外一個實施例的橫剖視圖。
圖7是另外一個實施例的橫剖視圖(A)及部分放大剖視圖(B)。
圖8是以往的染料敏化太陽能電池的側剖視圖。
符號說明
1              管狀容器
2              主體部
3、4           密封部
5              集電極
5a             孔
6              光電極
7              對置電極
8              絕緣體
10             電解液
11、12         內部引線
13、14         金屬箔
15、16         外部引線
S              縫隙
具體實施方式
圖1是表示本發明的染料敏化太陽能電池的整體的側剖視圖。
在管狀容器1的主體部2的內表面,抵接有在集電極5的表面上層疊形成了的光電極6。
如圖2(A)、(B)所示,該集電極5由形成有多個孔5a的SUS等的金屬多孔板、網狀體構成,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體層構成。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插入到管狀 容器1內,在該直徑縮小約束力被解除時,通過該彈性恢復力抵接于管狀容器1的內表面。由此,光電極6為與管狀容器1的內表面抵接的電極。
采用這種結構,消除了在管狀容器的內表面燒制集電極、光電極的麻煩。
又如圖3所示,該對置電極7由SUS等的金屬板構成,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力。
而且,如圖2(A)、(B)所示,在其表面上層疊有片狀的絕緣體8。
該絕緣體8只要是通過對置電極7的彈性力與管狀容器1的內表面側的集電極5密接的這種構造即可,例如,能夠使用將纖維狀的樹脂材料、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脂材料形成為片狀的構件,在此情況下,在片體上形成多個孔部而使用。
而且,在這樣配設有集電極5、光電極6、對置電極7的管狀容器1內封入了電解液10。
于是,染料敏化太陽能電池在受到太陽光時,光電極6的半導體層所吸附的染料受激發而產生電子,該電子從染料轉移到半導體。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分子從對置電極7接受電子。這樣,在外部引線15、16間產生電動勢。
為此,在光電極6與對置電極7之間,存在電解液10流通的流路是優選的,集電極5中使用金屬多孔板,該孔5a成為電解液流路,此外,對于絕緣體8而言,在為纖維布的情況下,其網眼成為電解液流路,在為片狀樹脂材料的情況下,形成有多個的孔部作為電解液流路發揮功能。
此外,優選的是,為了防止集電極5―光電極6與對置電極7的短路,如圖1所示,在管狀容器1的長度方向上,絕緣體8比集電極5―光電極6、對置電極7長。此外,優選的是,如圖2(A)所示, 在管狀容器1的圓周方向上,絕緣體8比集電極5―光電極6、對置電極7長。
對置電極7不限于如圖3那樣形成有縫隙S的形態,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。
圖4所示的方式,不僅僅是對置電極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,但無需一定全部重疊。
圖6中示出了絕緣體的不同的實施例,相對于上述實施例中的絕緣體8為片狀,不同點在于絕緣體8為圓筒狀。
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,由將樹脂纖維、玻璃纖維編成或織成的纖維布構成。在將對置電極7及絕緣體8配置在管狀容器1內時,首先,將對置電極7以直徑縮小了的狀態插入到圓筒狀絕緣體8內,在將它們插入到管狀容器1內之后,將對置電極7的直徑縮小約束力釋放從而直徑擴大。圓筒狀絕緣體8能夠在半徑方向上收縮或放大,所以與對置電極7一起在半徑方向上放大,并與管狀容器1內的集電極5抵接。
當然,在本實施例中,集電極5、光電極6及對置電極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。
圖7中示出了集電極及光電極的不同的實施例,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1的內表面,在集電極5的內表面層疊形成有光電極6。
即,所述集電極5由例如ITO膜等透明導電膜構成,燒制形成于管狀容器1的內表面,其上層疊并燒制形成有光電極6。
而且,又如圖7(B)所示,在此情況下,對置電極7與光電極6以夾設有絕緣體8的方式抵接。
此外,在圖7(A)所示的實施例中,對置電極7的構造與圖2中說明的構造同樣地,示出了具有縫隙的大致圓筒形狀的構造。
在此情況下,對置電極7的構造也能夠如圖4、5所示,設為在圓周方向的一部分重合。
另外,在本申請的附圖中,為了有助于理解,對于光電極、集電 極、對置電極、絕緣體等,尤其是它們的厚度,與實際的尺寸相比夸張而記載。
若列舉出它們的一個數值及一種材料例,則如以下這樣。
管狀容器:外徑10mm×內徑8mm(×壁厚1mm)鈉鈣玻璃(soda-lime glass)
集電極:厚度30μmm、400篩眼(mesh)的不銹鋼網
光電極:膜厚40μm的二氧化鈦粒子燒結體
絕緣體:厚度40μm的PTFE制片(薄膜過濾器)
對置電極:厚度20μm的鈦片(表面白金涂層)
如以上說明那樣,本發明的染料敏化太陽能電池中,將管狀容器內配置的對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力的金屬板構成,與在管狀容器內表面設置的集電極或光電極以在對置電極外周夾設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定的間隙而提高發電效率,并且它們的絕緣得以確保,所以也不會產生由短路引起的發電功能的喪失等不良。

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染料 太陽能電池
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