成果報告書詳細
管理番号20140000000637
タイトル平成22年度-25年度成果報告書 最先端研究開発支援プログラム 低炭素社会に資する有機系太陽電池の開発 低コスト色素増感太陽電池の製造と発電実証試験(2)
公開日2015/2/19
報告書年度2010 - 2013
委託先名太陽誘電株式会社
プロジェクト番号P09026
部署名新エネルギー部
和文要約平成22年度-平成25年度成果報告書和文要約書 最先端研究開発支援プログラム 低炭素社会に資する有機系太陽電池の開発 低コスト色素増感太陽電池の製造と発電実証試験
                             太陽誘電株式会社

 有機系太陽電池の中でも実用化が近いと考えられる色素増感太陽電池の大きな特徴は、その構造と製造プロセスの簡易性にある。透明導電性基板に金属酸化物を塗布し、金属酸化物層に色素を吸着しただけの構造が発電層となるため、主に印刷法のようなウェットプロセスでの作製が可能である。具体的にはスクリーン印刷が使用可能であるため基板の自由度が高くなり、主としてガラス基板が用いられている一方で、プラスチック基板を用いた色素増感太陽電池の研究も盛んに進められている。
 基板がプラスチックになることにより、デバイスが薄型で軽量になるため、可搬性に優れる太陽電池の実現が可能となる。当社としては、この特徴を生かすことで、これまでの太陽電池とは使い方を異にしたデバイスを想定し、新たな価値を創造可能であると考えた。本コンセプトを元に生み出された新たな色素増感太陽電池が、光ディスク型プラスチック色素増感太陽電池、である。中央部の孔から電力を取り出す方式とし、正極と負極の接続面を両方とも入射光に対して反対面に配置したことを特徴とした。この形状としたことにより色素増感太陽電池に対する電気的な接続が容易になり、専用のコネクタを設計することにより、コネクタへの一段階での接続を実現した。また、コネクタ間の接続についても考慮して、十字コネクタを開発した。この色素増感太陽電池はCDやDVDと同じ形状であるために、市販のCD-RやDVD-R用のバルクケースに収めることが可能である。これにより、電力創成システムをバルクケースに入れて運搬することが出来るようになったと言える。
 光ディスク型プラスチック色素増感太陽電池用の材料に関しても、プラスチック基板をベースとするデバイス用に新たに開発を行った。特に酸化チタンペーストと封止剤に関しては、市販のガラス基板用の材料では適用が困難であったため、材料の見直しからプロセス、設計まで見据えた開発を行い、プラスチック基板専用の部材を作製した。色素や電解液に関しては、合成メーカーと緊密な連携を取り、プラスチック色素増感太陽電池用の部材に適した材料とプロセスを開発し、最適化を進めてきた。これらの基礎研究の結果、電解液の漏洩が殆ど起こらず、安定して発電可能な、光ディスク型プラスチック色素増感太陽電池が作製可能となった。
 また、得られた成果を使用したアプリケーション開発にも注力した。そこで必要になるのが、発電した電力を蓄電する技術となる。しかしながら、本発電システムにおいては、発電する電力が変化することが前提であるため、二次電池の使用も困難となる。発電する電力が変化する場合に最適な二次電池が、リチウムイオンキャパシタである。本検討では、変動の激しい太陽光発電による充放電環境ならびに炎天下の高温環境下でも劣化し難いことを踏まえて、85℃下での使用に耐え、容量密度が大きいリチウムイオンキャパシタを採用した。また、上述した十字基板に蓄電機能を持たせ、発電容量及び蓄電容量を増やすことができるコンセプトとした。結果、光ディスク型プラスチック色素増感太陽電池で発電した電力をリチウムイオンキャパシタに蓄電し、蓄電した電力を使用してスマートフォンの充電を行うことが可能なポータブルソーラーチャージャーの開発に成功した。
英文要約Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology /
Development of organic photovoltaics toward a low-carbon society /
Development of the manufacturing technology of low-cost dye sensitized solar cell and actual proof test of power generation (FY2010-FY2013) Final Report
TAIYO YUDEN CO.,LTD.

The distinguishing characteristic of dye-sensitized solar cells (DSSCs) amongst organic solar cells considered that its practical application is to be conducted in the near future is the facility of the structure and its manufacturing process. Because the power generation layer has such a simple structure with metal oxide ceramic film being applied to transparent conductivity substrate, metal oxide ceramic film adsorbing dye molecules and can be manufactured by principally wet process such as printing process.

The simple process such as screen printing enlarges the thin and light solar cells become possible with the plastic film. Such excellent-in- portability solar cells could be carried and installed anywhere. We believe that excellent-in-portability solar cells can create new applications and new market of photovoltaic generation. The epoch-making solar cells based on this concept are “Optical Disk Type Dye-Sensitized Solar Cells”.

It features electricity taken out from the hole in the center, and external connecting electrodes of both cathode and anode arranged on the same side of the acceptance surface. By developing this structure and the connector suitable for it makes cell’s quick electrical connect easier when being panelized. Also, cruciform wiring substrate for the panel which could be easily panelized has been developed; constructing panels with cascade and parallel structure freely became possible by connecting multiple cruciform wiring substrates.

The Optical Disk Type DSSCs can be put into spindle case for commercial-release CD-R and DVD-R: meaning the whole photovoltaic power system can now be carried in the spindle case.

We have also researched into those applications. Because Optical Disc Type DSSCs are excellent in portability and can easily be installed anywhere, we developed portable solar cell charger based on Optical Disc Type DSSCs.

In order to improve convenience, we aimed to equip each charger electricity storage , which makes it possible for plural chargers to interconnect with each other to set generation and storage capacity freely, and feed the electricity to smartphone, which lead us to adopt Lithium-ion capacitor with large capacity density. Consequently, development of portable solar cell charger has been succeeded which stores electricity generated by Optical Disc Type DSSCs and charges smartphone.

We will proceed with the examination toward practical use while working on increasing the number of applications of Optical Disc Type DSSCs and conducting user’s test of developed portable solar cell charger.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る