专利名称：：光伏发电集热装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及从太阳光集热并进行光电转换的光伏发电集热装置(Photovoltaicgenerationheatcollectingunit,太陽光発電集熱工二、乂卜，太阳能发电集热装置)。本申请要求基于2006年12月20日在日本申请的专利申请2006-343025号的优先权，在此引用其内容。
背景技术：
：近年来，通过在建筑物的屋顶等设置太阳能电池、集热板(太阳能热水器等)，有效利用太阳光，广泛减少煤气、电能的用量。以往，像这样利用太阳光时，由于利用太阳光的热的集热板与通过光电转换将太阳光作为电能利用的太阳能电池结构完全不同，必须任选设置二者之一或将二者并列设置。但现状是，由于太阳光照射充足的建筑物的屋顶等面积有限，具有可并列设置集热板和太阳能电池的大面积屋顶等的建筑物很少。而从维持地球环境的角度考虑，期望将太阳光的热和光二者同时高效地利用。为了应对该问题，公知的有下述光伏发电集热装置，该装置通过组合硅太阳能电池和集热板，可将太阳光的光能以及热能二者有效利用。例如，在专利文献l中，记载了下述混合型光伏发电集热装置，该装置在硅太阳能电池的背面设置集热板，在用导热介质冷却硅太阳能电池的同时，通过与导热介质进行热交换回收太阳光的热，该导热介质通过集热管流通。专利文献l中记载的混合型光伏发电集热装置具有下述结构在硅太阳能电池的背面铺设集热管，使太阳能电池的热和集热管内流通的导热介质进行热交换，在冷却太阳能电池提高光电转换效率的同时，通过导热介质获得太阳光的热能。此外还记载了下述结构在太阳能电池的上面以光可透过的形式流通导热介质，获得太阳光的热能。[专利文献l]特开昭56_64474号公报
发明内容发明要解决的问题但由于硅太阳能电池的表面富有光泽，光的反射率高，吸热特性不足，存在对太阳光长波长侧的光吸收特性不良的缺点。也就是说，由于硅太阳能电池本身在红外线(热线)区域的吸收性能低，无法将红外线区域的热量传至设于其背面的导热介质，存在由导热介质获得太阳光热能的效率非常低的问题。鉴于上述情况，本发明的目的在于提供可在小面积设置的光伏发电集热装置，该装置可同时确保高的集热效率和光电转换效率。解决问题的方法为了解决上述问题，发明人经潜心研究，结果发现本发明通过使用吸收太阳光长波段的染料敏化的太阳能电池，可改善太阳能电池的热吸收性能，可改善作为复合板的集热特性。也就是说，本发明的光伏发电集热装置包括通过光电转换从太阳光获取电能的染料敏化的太阳能电池、以及重叠配置在该染料敏化的太阳能电池上的集热板，该集热板通过太阳光的热能加热导热介质。上述导热介质优选在与上述染料敏化的太阳能电池间进行热交换。上述光伏发电集热装置优选下述结构通过与上述导热介质的热交换确保该装置为60。C以下，并且上述导热介质在光伏发电集热装置的外部在与二次导热介质之间进一步进行热交换。优选上述染料敏化的太阳能电池或集热板中的任一方可将另一方所主要吸收的波长区域的太阳光透过。优选上述集热板以入射到光伏发电集热装置的太阳光中的红外线区域光为吸收主体，上述染料敏化的太阳能电池以上述红外线区域以外的波长区域的太阳光为吸收主体，进行光电转换。制成构成所述染料敏化的太阳能电池的染料敏化的太阳能电池负极的多孔物质电极膜的厚度优选为5微米以上，更优选为530微米。发明效果本发明通过下述方法进行发电通过太阳光中含有的红外线区域(热线)的光加热集热板中流通的导热介质，主要通过紫外线区域的光用染料敏化的太阳能电池进行光电转换。这样，可以在很宽的波长区域内有效利用太阳光，可获得热以及电能。此外，通过使染料敏化的太阳能电池与集热板重叠形成光伏发电集热装置，使流通于集热板的导热介质吸收染料敏化的太阳能电池的热，可冷却染料敏化的太阳能电池。若染料敏化的太阳能电池温度高，则导致电解液的劣化、蒸发、以及发电效率的降低等，通过与染料敏化的太阳能电池相接形成集热板，不仅可防止所述的电解液温度升高，良好地维持发电效率，而且可防止染料敏化的太阳能电池的劣化。另外，通过与染料敏化的太阳能电池重叠形成集热板，与分别并列设置染料敏化的太阳能电池和集热板的情况相比，用一半以下的设置面积即可，有效地利用建筑物面积有限的屋顶等，可从太阳光高效地获得热以及电能。图1示出本发明光伏发电集热装置(复合板)的立体图。图2示出图1中A-A线处的截面图。图3示出本发明复合板另一实施方式的截面图。图4示出本发明复合板另一实施方式的截面图。图5示出集热板结构例的立体图。图6示出集热板结构例的立体图。图7示出本发明复合板另一实施方式的截面图。图8示出本发明复合板另一实施方式的截面图。图9示出本发明复合板另一实施方式的平面图。图IO示出本发明复合板另一实施方式的立体图。图11示出本发明复合板另一实施方式的立体图。图12示出本发明复合板另一实施方式的重要部位切断立体图。图13示出本发明复合板设置例的示意图。图14为示出集热板结构例的截面图。图15示出本发明复合板另一实施方式的立体图。图16示出本发明复合板另一实施方式的立体图。图17示出本发明复合板另一实施方式的立体图。符号说明10光伏发电集热装置(复合板)、11染料敏化的太阳能电池、12集热板、15导热介质。具体实施例方式以下，基于附图对本发明光伏发电集热装置的一实施方式进行说明。但本发明并不限于这些实施方式。此外，关于以下说明中使用的附图，为了易于理解本发明的特征，方便起见，有时将重要部位的部分进行放大，各结构要素的大小比例等不一定与实际相同。图1示出本发明光伏发电集热装置的基本结构的立体示意图。而图2为图1所示光伏发电集热装置沿A-A线处的截面图。本发明的光伏发电集热装置(以下称为复合板)IO由染料敏化的太阳能电池11和与该染料敏化的太阳能电池11重叠设置的集热板12组成。该复合板IO从集热板12的上表面12a射入太阳光。关于集热板12,在光透过性透明框体13中例如呈波紋状设置透明或有色的介质管14。然后在该介质管14中流通导热介质15,在与太阳光中含有的红外线(热线)以及染料敏化的太阳能电池11的热之间进行热交换。介质管14可使用例如热塑性树脂，可由例如ABS树脂、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(丙烯酸类)、PET(聚对苯二曱酸乙二醇酯)、PPE(聚苯醚)、PA(尼龙/聚酰胺)、PC(聚碳酸酯)、POM(聚缩醛)、PBT(聚对苯二曱酸丁二醇酯)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)、氟树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂等形成。介质管14为有效吸收太阳光中的红外线(热线)的颜色，例如可以着色为黑色，或者为了有效地将太阳光传至置于下层的染料敏化的太阳能电池11，介质管14也可以是透明的。介质管14被着色时，扩大了相互邻接的介质管14之间的间隔，使太阳光从介质管14之间充分地照射到染料敏化的太阳能电池11上。在后面详述的染料敏化的太阳能电池11的光电转换中，染料敏化的太阳能电池11利用入射太阳光中紫外线区域的光。于是，介质管14中流通的导热介质15在染料敏化的太阳能电池11的受光面流通时，导热介质15优选使用对紫外线吸收性小的制品。若要列出作为导热介质15优选的材料，可以列举例如，水、乙醇、曱醇、丙醇、甘油、乙二醇、丙二醇、二丙二醇等碳原子数为1~6的低分子醇，二曱醚、曱乙醚、二乙醚等等碳原子数为1~4的低分子醚等氟利昂替代物(代替7口y)。对吸收太阳光中的红外线、或是冷却染料敏化的太阳能电池11时，导热介质15并非必须为液体。可以是液体温度变化产生的热吸收，也可以使用低沸点液体基于汽化热等相变化进行热吸收，经另设于外部的热交换器会从组成导热介质15的液体、或气体回收热。复合板IO设置在屋外时，为了在寒冷地等防止导热介质15的冻结，在导热介质中添加无机盐、有机盐，可降低凝固点。此外，在导热介质15循环的体系内，有使用金属管的地方时，作为具有防锈效果的有机材料，优选使用例如饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸。作为饱和脂肪酸，可优选列举例如，辛酸、己酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸。此外，作为不饱和脂肪酸，可优选列举例如，油酸、亚油酸、亚麻酸(linolenicacid)。还优选使用葡萄糖或以葡萄糖为构成装置的多糖类葡聚糖的形式使用寡糖、多糖类，可以列举例如纤维素、葡萄糖。另外，作为无机材料中具有防锈效果的添加剂，可以列举肼、磷酸钩、磷酸镁等磷酸盐。此外，关于复合板10的结构，在集热板12的下面侧设有染料敏化的太阳能电池ll时，为了使太阳光所含的紫外线区域的光充分到达染料敏化的太阳能电池ll，希望导热介质15使用紫外线吸收率为10%以下的材料。染料敏化的太阳能电池11为下述制品使正极21和负极22对置，边缘部分用封装材料23封装。负极22为在支撑基板24的一面形成有多孔质层25的制品。而正极21为在支撑基板26的一面形成有电极层27的制品。而且，形成下述结构在多孔质层25上吸附染料，同时在对置的正极21和负极22间填满电解液。对于该染料敏化的太阳能电池ll，优选由集热板12吸收对于光电变换没有贡献的波长区域例如红外线区域的热。因此，作为吸附于染料敏化的太阳能电池11的多孔质层25的染料，优选吸收光谱的范围越宽越好，或可抑制来自染料敏化的太阳能电池11的反射光、透射光。为了可抑制该染料敏化的太阳能电池11背面侧的透射光，可在染料敏化的太阳能电池11的背面形成金属板等反射板29。或者，也可将形成染料敏化的太阳能电池11的正极21的支撑基板25作为金属基板，以减少在全波长区域的光透过。进一步，为了减少来自染料敏化的太阳能电池11的反射光，优选导热介质15直接与染料敏化的太阳能电池11的受光面lla接触时，导热介质15与受光面11a的支撑基板24间无折射率差，抑制在边界部的反射。导热介质15通过流路形成物间接接触时，优选流路形成物与受光面lla的支撑基板24间无折射率差，抑制在边界部的反射。此外，为了除去从染料敏化的太阳能电池11内部返回的光，优选增加形成染料敏化的太阳能电池11的负极22的多孔质层25的吸附染料的金属氧化物层的膜厚，或使用染料吸收波长范围宽的制品以改善光的吸收特性，作为染料可优选列举例如BLACKDYE、N3等。此外，使用在碳类材料中担载了Pt的制品作为正极21的电极层27时，可以改善染料敏化的太阳能电池11在长波长区域的吸收特性。为了提高染料敏化的太阳能电池11的光吸收性能、吸热体的特性，负极22的多孔质层25的厚度至少为liam以上，优选5jim以上。根据上述染料敏化的太阳能电池11的结构，优选来自染料敏化的太阳能电池ll的受光部lla的光反射率在波长200nm至800nm为入射光(太阳光)的10%以下。此外，优选染料敏化的太阳能电池11的光吸收率在波长800nm至1200nm为入射光的30%以上。作为形成染料敏化的太阳能电池11的负极22的支撑基板24,优选透明性高的制品，可以列举例如，作为玻璃类材料的碱石灰玻璃、石英基板、铅玻璃；作为塑料类材料的聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚偏二氯乙烯树脂、苯乙烯树脂、AS树脂、曱基丙烯酸树脂、聚对苯二曱酸乙二醇酯、四乙酰纤维素、聚苯硫醚(polyphenylsulfide)、聚芳酯(polyalylate)、聚醚酰亚胺、苯氧基树脂等塑料基板。在该支撑基板24上通过丝网印刷法、喷雾法、溅射法、MOCVD法等使氟掺杂氧化锡(FTO)、缺氧的氧化锌、ITO等成膜，制作作为方块电阻(sheetresistance)最大100Q以下、优选30Q以下的制品。优选其厚度至少为0.1|am以上。形成于支撑基板24上的多孔质层25可以由例如金属氧化物的半导体制成。作为多孔质层25的形成方法，可使用刮浆刀、模涂机、丝网印刷、喷雾印刷、凹版印刷、旋转涂布法等各种印刷法。有必要根据这些印刷方法，改变使用浆料或糊的粘度。该浆料或糊通过下述方法制作在锐钛矿型晶体结构的氧化钛粉中添加金红石型晶体结构的氧化钛粉，此外，视情况还添加氧化硅或氧化锌等金属氧化物，向由此得到的粉末中添加纤维素类、聚乙烯醇类等粘合剂树脂，粘合剂树脂的量相对于粉末为110重量％左右，用醇、或水等为溶剂进行混炼，控制溶剂的量使浆料或糊的粘度为11000cPa's的范围。在支撑基板24上涂布所成的膜，成膜并干燥后的膜厚度为lpm以上、优选530(im左右。随后，支撑基板为碱石灰玻璃基板时，将其于350550。C进行烧成，形成含有氧化钛的多孔质层25。支撑基板24为塑料膜时，可将钛的烷氧化物例如四乙氧基钛(Ti(C2HsO)4)溶解在乙醇中，通过吹风在10(TC左右进行干燥得到由氧化钛构成的多孔质层25。此外，还可使用下述溶胶溶液，通过喷雾法进行涂布，在IO(TC左右千燥形成多孔质层25,所述溶胶溶液通过向对钛的烷氧化物进行稀释的醇溶液中添加水而制得。另外，还可预先将有机金属钛混合在糊或浆料中，通过丝网印刷法、或喷雾法进行涂布，在10(TC左右干燥，形成多孔质层25。作为多孔质层25中使用的氧化钛粉，为锐钛矿型晶体结构的制品，直径为5400nm、优选10100nm。还可以为该氧化钛粉中含有金红石型晶体结构的氧化钛粉的制品、或锐钛矿型晶体结构的氧化钛中含有部分金红石型晶体结构的氧化钛粉、其它晶相的制品。通过在该多孔质层25中以粒子大小为0.25)am的形式混合氧化锌、氧化镁、氧化硅、氧化铝等氧化物，作为透射光的漫反射成分可以改善光电转换效率。此外，还可在含有氧化钛的多孔质层25上层压粒子大小为0.25pm的氧化锌、氧化镁、氧化硅、或氧化铝等作为透射光的漫反射成分。作为多孔质层25的空隙量，用探针式膜厚计(filmthicknessmeter)测定厚度，在20。C用水浸透，作为由干燥后的重量变化测定的多孔质层的空隙率，优选为2080%。此外，有必要使染料吸附在多孔质层25上，在吸附染料前后使用例如酮类、羧酸类、醚类等或金属烷氧化物、金属络合物、金属盐等用于反向电子转移(reverseelectrontransfer),通过在氧化钛表面以5nm以下的厚度形成高电阻膜、吸附层，可改善光电转换效率。使用耐热性低的树脂基板例如PC、PE、PVC、特氟隆(注册商标)类膜作为支撑基板24时，通过溅射法、蒸镀法、CVD法等成膜方法，例如在PC基板上形成导电膜。此时，若在成膜于树脂基板上的导电膜上产生针眼，则电解液的溶剂导致树脂基板溶胀或溶解，使导电膜发生脱落，因此优选在净化室中进行成膜。此外，在导电膜的形成方法中，从生产管理、批量生产的角度考虑，通常采用溅射法，希望在腔室中通过连续賊射进行膜的成膜。作为导电膜的成膜材料，用于ITO不易受成膜环境的影响，易于管理。另外，导电膜的成膜材料即使为氧化锌、氧化锡时，易于进行使其成为n型或p型的掺杂，因此并不特别限于ITO。通过该成膜工艺，使导电膜具有下述导电性，所述导电性为构成导电膜的膜的方块电阻最大为IOOQ以下。混合钛的烷氧化物、金属盐、或钛的溶胶液与锐钛矿型晶体结构的氧化钛粉，在该透明导电膜上进行涂布，例如在100。C左右进行干燥，形成由多孔物质的金属氧化物构成的多孔质层25。此时的温度并不限于IO(TC，在膜材料性质的耐热温度以下进行。此时，使用金属烷氧化物、钛溶胶液，混合锐钛矿型晶体结构的氧化钛粉，以丝网印刷法或喷雾法进行涂布，在室温至50。C左右通过凝胶化反应进行固定化，由此可降低支撑基板24热膨胀导致的多孔质层25的剥离、对支撑基板24的热损伤。使用PC、PE、PVC、特氟隆(注册商标)类膜制作染料敏化的太阳能电池ll时，在多孔质层25的底材上形成透明导电膜，而且，作为该底材，为了易于在膜表面制造致密的膜、或者提高对氧或水分的隔离性，形成氧化铝或氧化硅等的膜在耐久性的改善方面是有效果的。此外，对于相对极的正极21也可同样适用。例如在正极21中使用下述电极层27，所述电极层27是在PC膜上形成对氧、水分的隔离膜，在其上形成透明导电膜，再通过賊射法等使Pt以10nm以上的厚度成膜。作为吸附在由氧化钛构成的多孔质层25上的染料，可以列举例如联吡啶钌类染料、偶氮类染料、醌类染料、醌亚胺类染料、喹吖啶酮类染料、方酸菁(squarylium)类染料、花青苷类染料、部花菁(Merocyanine)类染料、三苯基曱烷类染料、P占吨类染料、聚非丽苷(求y7Uy)类染料、酞菁类染料、紫苏烯类染料、靛蓝类染料、萘酞菁类染料、香豆素类染料等。作为使染料吸附在由氧化钛构成的多孔质层25上的方法，可以列举例如，将在支撑基板24上形成的多孔质层25浸渍于溶解有染料的溶液(染料吸附用溶液)中的方法。作为溶解染料的溶剂，只要是溶解染料的溶剂即可，具体可以列举，乙醇等醇类、丙酮等酮类、二乙基醚、四氢呋喃等醚类、乙腈等氮化合物类、氯仿等卣化脂肪族烃、己烷等脂肪族烃、苯等芳香族烃、乙酸乙酯等酯类。这些溶剂可以将两种以上混合使用。溶液中染料浓度可根据使用染料以及溶剂的种类而适当调整，为了提高吸附作用，优选尽可能为高浓度。为高浓度时，在构成多孔质层25的氧化钛表面形成过量吸附的层，因此优选浓度为3xl0"摩尔/升以上。作为在正极21和负极22间装满的电解液的氧化还原对，可以列举1371-类电解质、BiV/Bf类电解质等氧化还原电解质等，优选构成氧化还原对的氧化体为I、并且构成上述氧化还原对的还原体为r的I37r类电解质，可以列举LiI、Nal、KI、Csl、Cal2等金属硤化物，以及碘化四烷基季铵盐、碘化吡。定錄、碘化咪唑镇等季铵化合物的碘盐等碘化物与12的组合。在该电解质中，使用由碘类氧化还原溶液构成的电解质时，优选正极侧由铂或导电性碳材料构成，以及催化剂粒子由铂或导电性碳材料构成。作为电解质的溶剂，可以列举，碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等碳酸酯化合物；3-曱基-2-p恶唑烷酮等杂环化合物；二氧杂环己烷、二乙基醚等醚化合物；乙二醇二烷基醚、丙二醇二烷基醚、聚乙二醇二烷基醚、聚丙二醇二烷基醚、乙二醇单烷基醚、丙二醇单烷基醚、聚乙二醇单烷基醚、聚丙二醇单烷基醚等醚类；曱醇、乙醇等醇类；乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、甘油等多元醇类；乙腈、戊二腈(夕W夕口、^二卜y/K)、曱氧基乙腈、丙腈、千腈等腈化合物；二曱基亚砜、环丁砜等非质子极性物质等。电解质的浓度可根据电解质、溶剂的种类等适当设定，例如，为0.01~1.5摩尔/升、优选0.010.7摩尔/升。作为具体的电解液的一例，可以列举，将碘化锂、碘、叔丁基吡咬溶解在乙腈中，使其浓度分别为碘化锂0.06摩尔/升、碘0.06摩尔/升、叔丁基吡啶0.3摩尔/升。作为将构成正极21的支撑基板26和构成负极22的支撑基板24用封装材料23进行接合的方法，可以列举例如下述方法使下述支撑基板24与下述支撑基板26相对置，所述支撑基板24形成有由吸附了染料的氧化钛制成的多孔质层25，所述支撑基板26具有在透明导电膜中担载了铂的电极层27，用离子聚合物树脂例如Himilan(商品名)等有机材料，使支撑基板24和支撑基板26加热熔融粘结进行封装固定，再将外周部用具有气体隔离性的材料进行封装的方法。将封装材料23的粘结部分用由丁基橡胶、氟树脂、硅树脂等制成的衬垫进行加压而固定，也可得到同样的效果。这样，通过详细说明了构成的光伏发电集热装置(复合板)IO，太阳光N中所含红外线区域(热线)的光加热流经集热板12的导热介质15,主要由紫外线区域的光V经染料敏化的太阳能电池11通过光电转换进行发电。这样，可跨很宽的波长区域有效地利用太阳光，可获得热、以及电能。此外，通过与染料敏化的太阳能电池11重叠形成集热板12，染料敏化的太阳能电池11的热被流经集热板12的导热介质15吸收，可将染料敏化的太阳能电池11冷却至例如60。C以下。若染料敏化的太阳能电池11温度高，则导致电解液的劣化、蒸发、以及发电效率的降低等，通过与染料敏化的太阳能电池11相接形成集热板12，不仅可防止该电解液温度升高，良好地维持发电效率，而且可防止染料敏化的太阳能电池11的劣化。另外，通过与染料敏化的太阳能电池11重叠形成集热板12，与分别并列设置染料敏化的太阳能电池和集热板的情况相比，用一半以下的设置面积即可，有效地利用建筑物面积有限的屋顶等，可从太阳光高效地获得热以及电能。以下，例示出本发明光伏发电集热装置(复合板)的各种实施方式。如图3所示复合板31,可在集热板33上重叠设置染料敏化的太阳能电池32,边由背面侧通过集热板33冷却染料敏化的太阳能电池32,边通过透过染料敏化的太阳能电池32的红外线加热集热板33。此外，如图4所示复合板35,也可以为下述结构以染料敏化的太阳能电池36为被夹持的形式分别在其上下重叠设置集热板37,在进一步提高染料敏化的太阳能电池36的冷却能力的同时，可更高效地获得热。作为集热板的结构例，如图5所示，沿着集热板41的框体42的面，由一侧的侧面向另一侧的侧面呈波紋状i殳置介质管43,也可以如图6所示，沿着集热板45的框体46的面将介质管47设置成具有多个分支的栅状，使其倾斜配置时全体由上向下、或由下向上流通导热介质。此外，作为集热板的结构，还可为下述结构未在集热板框体中独立设置流通导热介质的介质管等，使导热介质以与和集热板重叠设置的染料敏化的太阳能电池的支撑基板直接相接触的方式流通。例如，如图7所示，可在构成集热板51的框体的上部板52和构成染料敏化的太阳能电池53的电极的支撑基板54之间形成导热介质55的流路(介质管)56。此外，如图8所示，可以为下述结构在构成集热板61的框体的上部板62和下部板63之间形成导热介质64的流路(介质管)65，相对于下部板63，相接染料敏化的太阳能电池66的支撑基板67。流经集热板内部的导热介质可以为将其直接利用的形式，即流通冷水作为导热介质，通过热交换成温水并直接利用的形式。此外，也可以为下述间接利用形式将流经集热板内部的导热介质作为一次导热介质，在封闭流路中流通，该一次导热介质所吸收的热与设于外部的其它热交换器中的二次导热介质进行热交换。作为该二次导热介质，可以列举，储热槽中贝i存的水等。此时，根据情况，还可不由一次导热介质通过热交换器向水等二次导热介质释放热量，在建筑物的地板、墙壁等处铺设循环式管，通过该管加热地板、墙壁。作为热的回收方法，包括自然回收和用泵强制回收二种方式，但并不限于本发明。作为复合板的必需强度，染料敏化的太阳能电池的受光面为最上面，在染料敏化的太阳能电池的背面侧重叠集热板时，制成染料敏化的太阳能电池受光面的支撑基板必须用耐风雨性强，且耐冰雹、软霰的强度、耐光性、光透过性良好的材料形成。作为该支撑基板的材料，例如，作为具有强度的未着色玻璃，可以列举碱石灰玻璃；作为塑料类材料，可以列举聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚偏二氯乙烯树脂、苯乙烯树脂、AS树脂、曱基丙烯酸树脂、聚对苯二曱酸乙二醇酯、四乙酰纤维素、聚苯硫醚(polyphenylsulfide)、聚芳酯(polyalylate)、聚醚酰亚胺、苯氧基树脂等塑料基板。通过在这些塑料基板的表面包覆硬涂层等，还可达到防止损伤的效果。即使染料敏化的太阳能电池上设置集热板时，仍优选集热板的最上部用与上述同样的材料制成。从吸收远红外线的特性的角度考虑，由于玻璃基板吸收率高，将其作为染料敏化的太阳能电池的支撑基板设置在复合板受光部侧的最上面时，通过最表面的玻璃基板的热辐射、向空气的热扩散而导致热损失，因此希望使用玻璃基板时在玻璃表面包覆导热系数低的制品。或者，希望最上面的支撑基板使用树脂类基板，减少红外线区域的吸收。可用于复合板的染料敏化的太阳能电池可以为下述结构由形成在一个框体内的大型染料敏化的太阳能电池构成，接着在其上重叠集热板，还可以为下述结构例如，如图9所示，在一个框体71中排列多个小的染料敏化的太阳能电池72，各染料敏化的太阳能电池72彼此之间通过导线73连接。此时，染料敏化的太阳能电池72彼此之间处于串联并联的混联状态，可将其设成目标电压、目标电流值。使用由构成复合板的染料敏化的太阳能电池输出的电能，可通过变压器等输出用作稳定电源。此外，还可以是电容器、二次电池、或者是，分解水产生的氢能而保存，然后根据需要取出。以下，进一步列述本发明光伏发电集热装置(复合板)的结构例。图10所示复合板80为在集热板81上重叠染料敏化的太阳能电池82使其一体化而形成的，其具有下述结构染料敏化的太阳能电池82通过太阳光变暖升温时，通过循环于集热板81的导热介质，不使染料敏化的太阳能电池82的温度为高温。这样，一体化形成集热板81和染料敏化的太阳能电池82时，设置于建筑物屋顶等时的施工容易。该集热板81和染料敏化的太阳能电池82的一体化，优选是预先在制备工厂中进行。此外，在图11所示复合板85中，例如在普通住宅屋顶铺设时，在屋顶形成用于固定复合板85的夹具后，装载染料敏化的太阳能电池86,在其上重叠设置集热板87。于该设置状态，在一体化制品的周边部设置由SUS、铝等金属构成的框体88,强化边缘部分，可得到耐久性好、且设置容易的复合板85。在图12所示复合板90，集热板91由上部板92和下部才反93粘接成的板状集热器构成，在该上部板92和/或下部板93中，呈波紋状(曲紋形状)形成用于流通导热介质的沟94,成为导热介质的流路。上部板92和下部板93由例如透明的强化塑料等形成。例如，可在下部板93的上面预先设置两端开口的波紋状的沟，使用上部板92盖住该沟以覆盖其上面，将两者于其完全对接部位处进行粘接或熔融粘接，使之一体化。此时导热介质流路的入口端94a以及出口端94b在集热板91的短边侧，设在同一端，可通过连接器与导热介质循环用配管相连。在组装图12所示复合板90时，在染料敏化的太阳能电池95上重叠设置集热板91,此时，紧贴集热板91和染料敏化的太阳能电池95，使其之间无缝隙。随后，边缘部分用软质性聚氨酯泡沫等緩沖性封装材料进行封装，最后，嵌入至由纵框、横框所组合而成的板整体的各边(边缘端部)内，进行组装。图13为将复合板设置在普通住宅时的概念图。在住宅101的屋顶102设置复合板103，在地上设置热水储存桶104、使导热介质循环的泵105等。该热水储存桶104与下述导热介质间进行热交换，所述导热介质通过构成复合板103的集热板106加热，将贮存的冷水变为温水，供给至住宅内的热水供给设备、温水地板供暖设备。另外，通过构成复合板103的染料敏化的太阳能电池107得到的电能通过变压器108等向住宅实施供电。实施例以下，就本发明光伏发电集热装置(复合板)的更具体的结构例、和验证本发明效果的验证结果进行说明。验证1构成复合板的染料敏化的太阳能电池使用下述切割为厚3mm、1Ocm见方玻璃板作为支撑基板，所述玻璃板是在碱石灰玻璃板上形成透明导电膜的玻璃板(日本板硝子制)。就该玻璃基板而言，通过丝网印刷法在其形成有透明导电膜的面上涂布厚20pm的氧化钛糊(SOLARONIX制品名NanoxideHT)。将涂布后的膜在450。C烧成1小时。接着在其上以20^im的厚度涂布氧化钛糊(SOLARONIX制品名NanoxideD)。将涂布后的膜在450。C烧成1小时。在另外一张正极用玻璃基板的无透明导电膜的背面上，通过蒸镀法形成厚1|xm的铝膜，进行镜面加工。随后，将形成氧化钛电极膜的玻璃基板浸渍在浓度为5xlO"摩尔/升的钌络合物类染料钌535(SOLARONIX制品名钌535)的乙醇溶液中，保持8小时。随后浸渍在无水乙醇中，去除过量的染料，在10(TC进行干燥。在形成上述电极膜时，在从玻璃板外周端部起3mm的部分不沾到氧化钛糊的情况下进行印刷，在该玻璃板的外周端部，以3mm宽度粘结由外侧至内侧厚度为60|im的Himilan(DuPont-mitsuiPolychemicals公司制的隔板S(商品名Himilan)以下相同)。在一张形成对电极的导电性膜的玻璃基板上，通过溅射法于透明导电膜上以200nm的厚度形成Pt膜，通过钻头以对角线方向在两端形成两处直径为lmm的孔。在两张该玻璃基板间施加10gf/cm2的负荷。在该状态下，于120°C通过Himilan(商品名)进行加热熔融粘接。向制作的电池中经注入口加入溶有LiI和I2的乙腈电解液，使染料敏化的太阳能电池全体均匀，由此制成染料敏化的太阳能电池。另外，如图14所示，构成复合板的集热板采用紫外线透过率高且厚2mm，10cm见方的丙烯酸树脂板作为上部板111。随后贴合下部板113，该下部板113由形成有导热介质流路112的厚2mm的丙晞酸树脂板构成。贴合时使用瞬间粘结剂。在形成有该流路112的下部板113的流路出入口形成用于循环冷却介质的接头，制成集热板110。使制作的集热板121与染料敏化的太阳能电池122的受光部侧重叠，在粘结面涂布设置环氧树脂类粘结剂，封装以防止冷却介质的泄露，制成复合板120。该复合板120的背面、染料敏化的太阳能电池122的背面贴合lcm厚的多孔物质聚氨酯泡沫123,使其具有保温性。接着在其上通过粘结剂装配聚乙烯膜124。此外，集热板121中呈波紋状装有介质管125,在该集热板的边缘部分设有导热介质出入口126。而且在染料敏化的太阳能电池122的边缘部分连接有电能输出线127。这样制作的复合板120全体的概况如图15所示。以该复合板为实施例1。作为相对于上述本发明复合板的现有比较例，使用多晶硅太阳能电池代替染料敏化的太阳能电池，以同样的结构进行制作。将制得的复合板作为比较例l。随后，进行遮光，使受光的部分为10cm见方的相同面积，比较两者的特性。作为集热板中流通的冷却介质，使用乙二醇液，固定导热介质为20cc，通过微型泵以5cc/min的流速使之循环。循环时在泡沫聚苯乙烯中开孔的部分使用50cc带盖的样品瓶，样品瓶中装入温度传感器，此外用聚硅氧烷管通过微型泵连接在集热板导热介质的出入口，使导热介质循环。随后，测定光电转换效率、以及导热介质的温度上升。在测定时，测定实施例1和比较例1所得复合板的染料敏化的太阳能电池的短路电流密度(Jsc)、开放电压(Voc)、填充因数(F.F.)、以及能量转换效率(11(%))。此外，染料敏化的太阳能电池的能量转换效率(Ti(。/。))以下述式(A)表示。这里，在式(A)中，P0为入射光强度[111\\^111-2]、Voc为开放电压[V]、Jsc为短路电流密度[mA'cm-2]、F.F.为曲线因子(FillingFactor)。rplOOx(VocxJscxF.F.)/PO…式(A)电池特性评价实验在下述条件下进行使用太阳模拟器(山下电装制、商品名；"YS-100H型")，通过AM滤色器(AM1.5)的源自氮灯光源的冲莫拟太阳光的照射条件为100mW/cm、所谓"lSun"的照射条件)。光电转换效率的结果如表所示。此外，测定5小时后导热介质的液温变化，结果如表2所示。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>由该结果可知，虽然使用了染料敏化的太阳能电池的实施例1的光电转换效率稍低于使用了硅太阳能电池的比较例1，zf旦另一方面其液温的上升量大，优于使用了硅太阳能电池的比较例1的效果。因此，作为复合板使用时，在染料敏化的太阳能电池上重叠形成有集热板的实施例l使集热特性进一步提高。验证2下面，将调换了实施例1中染料敏化的太阳能电池和集热板层压顺序的结构作为实施例2，即在集热板上重叠设置染料敏化的太阳能电池。其结构如图16所示。在制作的集热板131上重叠染料敏化的太阳能电池132,在粘结面涂布设置环氧树脂类粘结剂，封装以防止冷却介质的泄露，制成复合板130。该复合板130的背面、集热板131的背面贴合lcm厚的多孔物质聚氨酯泡沫133,使其具有保温性。接着在其上通过粘结剂装配聚乙烯膜134。此外，集热板131的边缘部分设有导热介质出入口135。而且在染料敏化的太阳能电池132的边缘部分连接有电能输出线136。此外，使用多晶硅太阳能电池代替该实施例2的染料敏化的太阳能电池，以同样的结构为比较例2。随后，测定该实施例2和比较例2的光电转换效率、以及导热介质的温度上升。测定条件与上述实施例1相同。该实施例2以及比较例2的光电转换效率的结果如表3所示。此外，测定5小时后导热介质的液温变化，结果如表4所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>由该结果可知，虽然使用了染料敏化的太阳能电池的实施例2的光电转换效率稍低于使用了硅太阳能电池的比较例2,但另一方面其液温的上升量大，优于使用了硅太阳能电池的比较例2的效果。因此，作为复合板使用时，在集热板上重叠有染料敏化的太阳能电池结构的实施例2使集热特性进一步提高。验证3在实施例1中，在集热板的下部板表面上，以10pm左右的厚度涂布加入了碳10重量。/。的环氧化合物类粘结剂，然后使之硬化。此时，不在担载了染料敏化的太阳能电池的正极侧Pt的玻璃基板上蒸镀铝，使透射光在集热板侧吸收。该集热板设置在染料敏化的太阳能电池的背面，作为实施例3。此外，使用多晶硅太阳能电池代替该实施例3的染料敏化的太阳能电池，以同样的结构为比较例3。随后，测定该实施例3和比较例3的光电转换效率、以及导热介质的温度上升。测定条件与上述实施例1相同。该实施例3以及比较例3的光电转换效率的结果如表5所示。此外，测定5小时后导热介质的液温变化，结果如表6所示。表5VocVJscmA/cm2FF实施例30.70710.230,52楊比專交例30.49220.400.666.62表6温度C实施例343比專交例335由该结果可知，虽然使用了染料敏化的太阳能电池的实施例3的光电转换效率稍低于使用了硅太阳能电池的比较例3，但另一方面其液温的上升量大，优于使用了硅太阳能电池的比较例3的效果。此外，还发现通过在设置于染料敏化的太阳能电池背面的集热板上形成光吸收性膜，可改善集热性。验证4构成复合板的染料敏化的太阳能电池使用下述切割为厚3mm、1Ocm见方的玻璃板作为支撑基板，所述玻璃板是在碱石灰玻璃板上形成透明导电膜的玻璃板(日本板硝子制)。在该玻璃基板的形成透明导电膜的面上通过丝网印刷法以5(am的厚度涂布氧化钛糊(SOLARONIX制品名NanoxideHT)。将涂布后的膜在450。C烧成1小时。接着在其上适当涂布氧化钛糊(SOLARONIX制品名NanoxideD)。阶段性地使此时的膜厚为1.2nm、3.2fim、5.4(im、8.2(im、15.3(im、19.5fam，作为实施例49。随后，通过染料吸附的电极膜的厚度改变光的吸收率，研究集热效果。将涂布该氧化钬糊(SOLARONIX制品名NanoxideD)后的膜在450°C烧成1小时。再将等量混合有平均粒径为200nm的氧化硅和氧化硅凝胶的粉糊化，以10(im的厚度涂布在其上，在450。C烧结1小时。随后，浸渍在浓度为5xlO"摩尔/升的有机染料(Chemicrea制品名D120)的乙醇溶液中，保持8小时。随后浸渍在无水乙醇中，去除过量的染料，在100。C进行干燥。形成上述电极膜时，在玻璃板外周端部起3mm的部分不沾到氧化钛糊的情况下进行印刷，在该玻璃板的外周端部，以3mm宽度粘结由外侧至内侧厚度为60fim的Himilan(DuPont-mitsuiPolychemicals乂〉司制的隔才反S(商品名Himilan))。在一张形成有成为对电极的导电性膜的玻璃基板上，通过溅射法于透明导电膜上形成厚50nm的Pt膜，通过钻头在各角形成四处直径为lmm的孔。在两张该玻璃基板间施加10gf/cm2的负荷。在该状态下，于120。C通过Himilan(商品名)力。热熔融粘接。向制作的电池中经注入口加入溶有Lil和12的乙腈电解液，使染料敏化的太阳能电池全体均匀，从而制成染料敏化的太阳能电池。另外，如图14所示，构成复合板的集热板采用紫外线透过率高且厚2mm，10cm见方的丙烯酸树脂板作为上部板111。随后贴合下部板113,该下部板113由在其上形成有导热介质流路112的厚2mm的丙烯酸树脂板构成。贴合时使用瞬间粘结剂。在形成有该流路112的下部板113的流路出入口形成用于循环冷却介质的接头，制成集热板110。使制作的集热板141重叠于染料敏化的太阳能电池142的受光部侧，在粘结面涂布设置环氧树脂类粘结剂，封装以防止冷却介质的泄露。在该复合板140的背面、染料敏化的太阳能电池的背面贴合lcm厚的多孔质聚氨酯泡沫143,使其具有保温性。接着在其上通过粘结剂装配聚乙烯膜144。此外，集热板141中呈波紋状装有介质管145,在该集热板的边缘部分设有导热介质出入口146。而且在染料敏化的太阳能电池142的边缘部分连接有电能输出线147。需要说明的是，也可以在染料敏化的太阳能电池的背面上形成铝箔148。这样制作的复合板140全体的概况如图17所示。作为集热板中流通的冷却介质，使用乙二醇液，固定导热介质为20cc,通过微型泵以5cc/min的流速使之循环。循环时在泡沫聚苯乙烯中开孔的部分使用50cc带盖的样品瓶，样品瓶中装入温度传感器，此外用聚硅氧烷制管通过微型泵连接在集热板导热介质的出入口，使导热介质循环。随后，测定光电转换效率、以及导热介质的温度上升。电池特性评价实验在下述条件下进行使用太阳模拟器(山下电装制、商品名；"YS-100H型，，)，从氮灯光源通过AM滤色器(AM1.5)照射模拟太阳光，照射条件为100mW/cm、所谓"lSun"的照射条件)。实施例4~9的氧化钛膜厚阶段性地变化，其光电转换效率结果如表7所示。此外，测定5小时后导热介质的液温变化，结果如表8所示。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由该结果可知，染料敏化的太阳能电池的光电转换效率通过改变光吸收性多孔质电极膜的膜厚而得到改善，且膜厚越厚越可改善光吸收性，还可改善集热效果。工业实用性本发明的光伏发电集热装置(复合板)通过下述方法进行发电通过太阳光中含有的红外线区域(热线)的光加热集热板中流通的导热介质，主要通过紫外线区域的光用染料敏化的太阳能电池进行光电转换，因此可以在很宽的波长区域内有效利用太阳光，可获得热、以及电能。此外，使流通于集热板的导热介质吸收染料敏化的太阳能电池的热，可冷却染料敏化的太阳能电池，因此在良好地维持发电效率的同时，还可防止染料敏化的太阳能电池的劣化。而且，有效地利用建筑物面积有限的屋顶等，可从太阳光高效地获得热以及电能。因此，在产业上是极为有效的。权利要求1.一种光伏发电集热装置，其包括集热板和通过光电转换从太阳光获取电能的染料敏化的太阳能电池，所述集热板重叠配置在上述染料敏化的太阳能电池上，且通过太阳光的热能加热导热介质。2.权利要求1所述的光伏发电集热装置，其中，上述导热介质在与上述染料敏化的太阳能电池之间进行热交换。3.权利要求2所述的光伏发电集热装置，上述光伏发电集热装置，通过与上述导热介质的热交换，保持在6(TC以下，并且上述导热介质在光伏发电集热装置的外部与二次导热介质之间再次进行热交换。4.权利要求1所述的光伏发电集热装置，其中，上述染料敏化的太阳能电池或集热板中的任一方透过另一方主要吸收的波长区域的太阳光。5.权利要求4所述的光伏发电集热装置，其中，上述集热板以入射至光伏发电集热装置的太阳光中的红外线区域为主体进行吸收，上述染料敏收，进行光电转换。6.权利要求1所述的光伏发电集热装置，其中，形成染料敏化太阳能电池负极的多孔物质电极膜的厚度为5微米以上，所述染料敏化太阳能电池负极是用于构成上述染料敏化的太阳能电池的负极。全文摘要本发明提供可同时保持高集热效率和高光电转换效率、可在小面积设置的光伏发电集热装置。该光伏发电集热装置(10)包括染料敏化的太阳能电池(11)和重叠设于该染料敏化的太阳能电池(11)上的集热板(12)，从该集热板(12)上表面射入太阳光。文档编号H01L31/04GK101563571SQ200780047260公开日2009年10月21日申请日期2007年12月11日优先权日2006年12月20日发明者日渡贤一,桝山直人申请人:电源开发株式会社