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色素増感太陽電池及びその作用電極

国内特許コード P150011726
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2009-535545
公表番号 特表2010-509715
出願日 平成19年9月21日(2007.9.21)
公表日 平成22年3月25日(2010.3.25)
国際出願番号 CN2007002796
国際公開番号 WO2008055404
国際出願日 平成19年9月21日(2007.9.21)
国際公開日 平成20年5月15日(2008.5.15)
優先権データ
  • 200610114454.7 (2006.11.10) CN
発明者
  • 鄒 徳春
  • 範 興
  • 簡 蓉
出願人
  • 北京大学
発明の名称 色素増感太陽電池及びその作用電極
発明の概要 作用電極を含んでなる色素増感太陽電池。該作用電極は、フィラメント状導電性基材及び色素増感半導体層を含んで成り、前記色素増感半導体層は、増感色素分子を吸着した大きさの異なる半導体粒子から形成された多孔質膜である。前記増感層は、フィラメント状導電性基材の外表面に被覆されている。前記フィラメント状導電性基材は、原料が豊富で、体積が小さく、変形しやすく、加工が簡便で、直/並列接続しやすいので、本発明の太陽電池は、特定の駆動電源を必要とする狭い空間及び不規則な空間に適用することができる。
従来技術、競合技術の概要 色素増感太陽電池は、主に作用電極、電解質層及び対電極から構成されており、電解質層は固体状または液状のいずれであってもよい。作用電極は、導電性基材、半導体物質の多孔質膜及び増感色素を含むが、従来の太陽電池の材料及び加工技術上の制限により、通常、作用電極の導電基板は平板構造とされる。従って、太陽電池モジュールを構成する場合には、導線により各電池を接続する必要がある。多くの場合、特に近年急速に発展している携帯電子デバイスの場合には、電池に割り当てられる空間はかなり制限されており、しかも、該空間は、通常、不規則な形状を有しており、更に、電池を使用する場所(例えば、高集積インテリジェント・ガーメント、外装装飾など)によっては電池の形状を変化させる必要もある。従って、従来の太陽電池の平板構造では、適用範囲が著しく制限されると共に、設計者のアイデアも束縛してきた。加えて、実際の電子回路への電力供給においては、多くの場合、より高い駆動電圧(>3V)が要求されるが、電流をあまり大きくする必要はないので、電池を直列に接続して構成した太陽電池モジュールなどにより、電力供給を行うことができる。導線により各電池を接続する従来の方式を採用すると、マイクロ電子デバイス内部の元々狭い空間をより狭くしてしまう。

更に、色素増感太陽電池の大規模な応用を阻害する要因は電池のコストにある。製造プロセスが複雑であるため、特殊な形状を有する従来の平板型光電池の製造コストが高く、民生用に商品化することが難しいのが現状である。

産業上の利用分野 本発明は、太陽電池の技術分野の発明であり、特に、色素増感太陽電池およびその作用電極に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
フィラメント状導電性基材及び色素増感半導体層を含んでなる、色素増感太陽電池用作用電極であって、前記色素増感半導体層が、増感色素分子を吸着した大きさの異なる半導体粒子から形成された多孔質膜であり、前記色素増感半導体層がフィラメント状導電性基材の外表面に被覆されていることを特徴とする、色素増感太陽電池用作用電極。

【請求項2】
前記フィラメント状導電性基材は、導電性材料から形成され、且つ中実構造又は中空構造を有することを特徴とする、請求項1に記載の作用電極。

【請求項3】
前記フィラメント状導電性基材が一つのコア層及び複数のシェル層を含み、前記コア層及び前記シェル層が導電性材料又は非導電性材料から形成され、前記コア層の外側に前記シェル層が順次被覆されており、最外層のシェル層は導電性材料から形成された層であることを特徴とする、請求項1に記載の作用電極。

【請求項4】
前記フィラメント状導電性基材の外表面に、一層の緻密な半導体又は絶縁材料層が被覆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作用電極。

【請求項5】
前記色素増感半導体層の厚さが、1μm~100μmの範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の作用電極。

【請求項6】
前記導電性材料が、有機導電材料、無機導電材料、又は有機/無機複合導電材料であることを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の作用電極。

【請求項7】
作用電極、電解質層及び対電極を含んで成る色素増感太陽電池であって、前記作用電極が、フィラメント状導電性基材及び色素増感半導体層を含んでなり、前記色素増感半導体層が、増感色素分子を吸着した大きさの異なる半導体粒子から形成された多孔質膜であり、前記色素増感半導体層が前記フィラメント状導電性基材の外表面に被覆されており、前記作用電極と前記対電極との間の空隙に電解質が充填されていることを特徴とする、色素増感太陽電池。

【請求項8】
対電極が、導電性材料から形成され、中実構造又は中空構造を有する電極であることを特徴とする、請求項7に記載の電池。

【請求項9】
対電極が一つのコア層と複数のシェル層とを含み、前記コア層が導電性材料又は非導電性材料から形成され、前記コア層の外側に前記シェル層が順次被覆されており、最外層のシェル層が導電性材料から形成された層であることを特徴とする、請求項7に記載の電池。

【請求項10】
前記導電性材料が、有機導電材料、無機導電材料、又は有機/無機複合導電材料であることを特徴とする、請求項8又は9に記載の電池。

【請求項11】
前記対電極の表面に触媒層が被覆されており、前記触媒層の厚さが、1nm~1000nmの範囲にあることを特徴とする、請求項7~9のいずれかに記載の電池。

【請求項12】
前記作用電極が、絡み合い、緊密な並置、又は付着によって対電極と結合され、作用電極と前記対電極間の平均間隔が、0.001mm~1cmの範囲にあることを特徴とする、請求項7~9のいずれかに記載の電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009535545thum.jpg
出願権利状態 公開
分野
  • 電気
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