JP5455481B2 - Photoelectric conversion device - Google Patents

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Description

本発明は、基板同士を接合材を介して接合した光電変換装置に関する。
The present invention relates to a photoelectric conversion device in which substrates are bonded to each other through a bonding material.

光電変換装置としての太陽電池には、バルク型結晶系のシリコン太陽電池、非晶質のシリコン薄膜を用いてなる薄膜型アモルファスシリコン系太陽電池等の様々な形態がある。また、シリコン原料の削減を目的とし、このようなシリコンを利用しない次世代太陽電池として、有機材料を用いた色素増感型太陽電池が提案されている。   The solar cell as a photoelectric conversion device has various forms such as a bulk crystal silicon solar cell and a thin film amorphous silicon solar cell using an amorphous silicon thin film. In addition, for the purpose of reducing silicon raw materials, a dye-sensitized solar cell using an organic material has been proposed as a next-generation solar cell that does not use silicon.

太陽電池は、主に屋外で使用されることになるが、その場合には、その表面温度が80℃を越える高温に曝されることになる。また、長期間風雨にさらされることにもなる。このような使用条件下では、熱による反応性の低い部材で太陽電池を構成することと、外部から水分や酸素のような、部材と反応し特性を劣化させる物質から太陽電池内部を守るため、太陽電池内部を気密に封止することが必要であった。そこで一対の基板を接合材で接合し、その基板間に光電変換素子を封止する方法が提案されている(特許文献1参照)。   The solar cell is mainly used outdoors, and in that case, the surface temperature is exposed to a high temperature exceeding 80 ° C. Moreover, it will also be exposed to wind and rain for a long time. Under such conditions of use, the solar cell is made up of a low-reactivity member due to heat, and the inside of the solar cell is protected from substances that react with the member, such as moisture and oxygen, to deteriorate the characteristics. It was necessary to hermetically seal the inside of the solar cell. Thus, a method has been proposed in which a pair of substrates is bonded with a bonding material, and a photoelectric conversion element is sealed between the substrates (see Patent Document 1).

特開2001−185244号公報JP 2001-185244 A

光電変換素子をガラス基板で封止する場合、ガラス基板中央部で応力を受けると、ガラス基板が変形することにより応力が発生する。   When sealing a photoelectric conversion element with a glass substrate, when a stress is received at the glass substrate central portion, the glass substrate is deformed to generate stress.

光電変換装置の大型化に伴い、光電変換素子を封止する領域、すなわち、ガラス基板同士を接合する接合材で取り囲まれた領域が大きくなり、ガラス基板の変形もより大きくなる。   As the size of the photoelectric conversion device increases, the area for sealing the photoelectric conversion elements, that is, the area surrounded by the bonding material for bonding the glass substrates increases, and the deformation of the glass substrate also increases.

光電変換装置は、例えば空からの落下物などによって、外部からの応力を繰り返し受けることになり、ガラス基板が破壊されやすいという問題がある。   The photoelectric conversion device repeatedly receives stress from the outside due to, for example, falling objects from the sky, and there is a problem that the glass substrate is easily broken.

このようなガラス基板の外部からの応力は、ガラス基板自身を破壊するだけでなく、光電変換装置内部の光電変換素子の破壊、光電変換素子の半田剥がれ等の不具合を発生させ、その結果、光電変換装置の信頼性を低下させてしまう問題があった。   Such stress from the outside of the glass substrate not only destroys the glass substrate itself, but also causes problems such as destruction of the photoelectric conversion element inside the photoelectric conversion device and peeling of the solder of the photoelectric conversion element. There has been a problem of reducing the reliability of the conversion device.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、基板同士の接合後の接合構造体の強度を高めることにより、破壊に対する耐性の高い接合構造体を提供することである。   The present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a bonded structure having high resistance to destruction by increasing the strength of the bonded structure after bonding the substrates. That is.

本発明の光電変換装置に係る一実施形態は、対向する一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた光電変換素子と、前記一対の基板上に設けられ、前記光電変換素子に圧着して前記光電変換素子を保持する樹脂と、前記一対の基板同士を接合する接合材と、を含み、前記樹脂と前記接合材とは離間しており、前記一対の基板の対向面に直交するとともに前記接合材の前記光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る前記基板および前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっているとともに前記基板が前記接合材に追従して湾曲していることを特徴とする。
One embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention includes a pair of opposing substrates, a photoelectric conversion element provided between the pair of substrates, and a pressure-bonded to the photoelectric conversion element provided on the pair of substrates. A resin that holds the photoelectric conversion element and a bonding material that bonds the pair of substrates to each other, the resin and the bonding material are separated from each other and orthogonal to the facing surfaces of the pair of substrates. In the cross-section of the substrate and the bonding material crossing the side surface on the photoelectric conversion element side of the bonding material and the side surface on the opposite side, the central portion of the bonding material is thin and the substrate follows the bonding material. It is characterized by being curved.

このような構成により、基板の接合材との接合部位においては、基板が接合材の形状に合わせて接合材側へ凸となるように変形する。そして、この変形によって基板の光電変換素子に対応する部位においては、光電変換素子側より外側へ向けた応力が生じることになる。その結果、外部から光電変換素子へ向かって加わる応力に対する耐性が増し、光電変換装置の作動の信頼性を高めることができる。   With such a configuration, the substrate is deformed so as to protrude toward the bonding material in accordance with the shape of the bonding material at the bonding portion of the substrate with the bonding material. As a result of this deformation, a stress is generated outward from the photoelectric conversion element side at a portion of the substrate corresponding to the photoelectric conversion element. As a result, resistance to stress applied from the outside toward the photoelectric conversion element is increased, and the reliability of the operation of the photoelectric conversion device can be increased.

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記接合材がガラスである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the bonding material is glass.

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記光電変換素子が結晶シリコンを含む。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the photoelectric conversion element contains crystalline silicon.

本発明の光電変換装置において好ましくは、前記接合材は前記基板の端部に位置することを特徴とする。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the bonding material is located at an end portion of the substrate.

このような構成により、光電変換素子に対応する基板の中央部において、光電変換素子側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができ、外部から光電変換素子へ向かって加わる応力に対する耐性をより高めることができる。   With such a configuration, in the central portion of the substrate corresponding to the photoelectric conversion element, it is possible to satisfactorily generate stress directed outward from the photoelectric conversion element side, and resistance to stress applied from the outside toward the photoelectric conversion element. Can be increased.

本発明によれば、基板同士の接合後の接合構造体の強度を高めることができ、破壊に対する耐性の高い接合構造体を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the intensity | strength of the joining structure body after joining of board | substrates can be raised, and the joining structure body with high tolerance with respect to destruction can be provided.

本発明に係る光電変換装置の第1の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the photoelectric conversion apparatus which concerns on this invention. 参考としての光電変換装置の第2の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the photoelectric conversion apparatus as a reference . 参考としての光電変換装置の第の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the photoelectric conversion apparatus as a reference .

以下に、本発明の接続構造としての光電変換装置に係る実施の形態について模式的に示した図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a photoelectric conversion device as a connection structure of the present invention will be described in detail with reference to the drawings schematically shown.

図1は、本発明の光電変換装置にかかる第1の実施形態を示した断面図である。光電変換装置Xは、一主面同士が対向するように配置された一対の基板(以下、第1の基板1、第2の基板2とする)に、それぞれ第1の樹脂3と、第2の樹脂4とが形成されている。さらに、第1の樹脂3と第2の樹脂4は、光電変換素子5に圧着されている。光電変換素子5からは第1の電極6と第2の電極7とが、電荷取り出しのために接続され、それぞれ第3の電極8、第4の電極9によって光電変換装置X外部に電荷を取り出す。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device X includes a first resin 3 and a second resin on a pair of substrates (hereinafter, referred to as a first substrate 1 and a second substrate 2) arranged so that one principal surface faces each other. The resin 4 is formed. Further, the first resin 3 and the second resin 4 are pressure-bonded to the photoelectric conversion element 5. From the photoelectric conversion element 5, the first electrode 6 and the second electrode 7 are connected to extract electric charges, and electric charges are extracted outside the photoelectric conversion device X by the third electrode 8 and the fourth electrode 9, respectively. .

そして、本発明の実施の形態に係る光電変換装置Xでは、光電変換素子5を取り囲むように設けられた接合材10で光電変換装置Xの内部が封止されており、一対の基板1,2の対向面に直交するとともに接合材10の光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る接合材の断面において、接合材の中央部が薄くなっている。すなわち、光電変換素子5を取り囲むように接合材10は枠状に形成されており、その枠状の接合材10の内周側および外周側の部位の厚みに比べて、中央部が薄く形成されている。そのため、接合材10による気密封止を確保しながら、接合材10の形状により基板1に応力を加え、第1の基板1の接合材10との接合部分を対向する第2の基板2側に凸となるように変形させている。このようにすることで、第1の基板1の光電変換素子5に対応する部位、すなわち、第1の基板1の接合材10より内側の部位が、光電変換装置Xの外側(光電変換素子5とは反対側)に凸となるように変形し、光電変換装置Xの外部からの応力に強い形状とすることができる。   And in the photoelectric conversion apparatus X which concerns on embodiment of this invention, the inside of the photoelectric conversion apparatus X is sealed with the bonding material 10 provided so that the photoelectric conversion element 5 may be surrounded, and a pair of board | substrates 1 and 2 In the cross section of the bonding material that is orthogonal to the opposite surface and crosses the side surface on the photoelectric conversion element side of the bonding material 10 and the side surface on the opposite side, the central portion of the bonding material is thin. That is, the bonding material 10 is formed in a frame shape so as to surround the photoelectric conversion element 5, and the central portion is formed thinner than the thickness of the inner peripheral side and the outer peripheral side of the frame-shaped bonding material 10. ing. Therefore, stress is applied to the substrate 1 depending on the shape of the bonding material 10 while ensuring hermetic sealing with the bonding material 10, and the bonding portion of the first substrate 1 with the bonding material 10 is opposed to the second substrate 2 side. It is deformed to be convex. By doing in this way, the site | part corresponding to the photoelectric conversion element 5 of the 1st board | substrate 1, ie, the site | part inside the bonding | jointing material 10 of the 1st board | substrate 1, is outside the photoelectric conversion apparatus X (photoelectric conversion element 5). It can be deformed so as to be convex toward the opposite side), and can have a shape resistant to stress from the outside of the photoelectric conversion device X.

以下に、上述した本発明の実施の形態に係る光電変換装置を構成する部材の詳細を示す。   Below, the detail of the member which comprises the photoelectric conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention mentioned above is shown.

<第1および第2の基板>
第1の基板1は、一主面上で第1の樹脂3、および該第1の樹脂3上に配置された光電変換素子5を支持し、接合材10と後述する第2の基板2とで、光電変換装置Xを封止するものである。また、第1の基板1は光が入射される側に設けられる場合、透光性を有している必要がある。
<First and second substrates>
The first substrate 1 supports the first resin 3 and the photoelectric conversion element 5 arranged on the first resin 3 on one main surface, and a bonding material 10 and a second substrate 2 described later. Thus, the photoelectric conversion device X is sealed. Moreover, when the 1st board | substrate 1 is provided in the light incident side, it needs to have translucency.

この第1の基板1の材質としては、例えば、可視光に対して透光性を有する青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料が挙げられる。   Examples of the material of the first substrate 1 include glass materials such as blue plate glass, white plate glass, and non-alkali glass, which are transparent to visible light.

第2の基板2は、一主面上で第2の樹脂4、および第2の樹脂4上に配置された光電変換素子5を支持し、接合材10と第1の基板2とで、光電変換装置Xを封止するものである。また、第2の基板2は光が入射される側に設けられる場合、透光性を有している必要がある。   The second substrate 2 supports the second resin 4 and the photoelectric conversion element 5 disposed on the second resin 4 on one main surface, and the bonding material 10 and the first substrate 2 provide photoelectric The conversion device X is sealed. Moreover, when the 2nd board | substrate 2 is provided in the light incident side, it needs to have translucency.

この第2の基板2の材質としては、例えば、可視光に対して透光性を有する青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料が挙げられる。   Examples of the material of the second substrate 2 include glass materials such as blue plate glass, white plate glass, and non-alkali glass that are transparent to visible light.

<第1および第2の樹脂>
第1の樹脂3は、光電変換素子5を保持し、衝撃等による破損から保護すると同時に、第1の基板1から光を入射させる場合は、透明性を有する樹脂を用いる。あるいは、第2の基板2から光を入射させる場合は、透明性を有していても、光を反射、散乱させる色に着色されていても良い。また、後述する第1の電極6と光電変換素子5、あるいは、第1の電極6と後述する第3の電極8との密着を補う機能を付与することもできる。同様に、後述する第2の電極7と光電変換素子5、あるいは、第2の電極7と後述する第4の電極9との密着を補う機能を付与することもできる。
<First and second resins>
The first resin 3 holds the photoelectric conversion element 5 and protects it from damage due to impact or the like. At the same time, when light is incident from the first substrate 1, a transparent resin is used. Alternatively, when light is incident from the second substrate 2, it may be transparent or colored in a color that reflects and scatters light. Moreover, the function which supplements adhesion | attachment with the 1st electrode 6 and the photoelectric conversion element 5 which are mentioned later, or the 1st electrode 6 and the 3rd electrode 8 mentioned later can also be provided. Similarly, it is possible to provide a function of compensating adhesion between the second electrode 7 and the photoelectric conversion element 5 described later, or between the second electrode 7 and the fourth electrode 9 described later.

第2の樹脂4は、光電変換素子5を保持し、衝撃等による破損から保護すると同時に、第2の基板2から光を入射させる場合は、透明性を有する樹脂を用いる。あるいは、第1の基板1から光を入射させる場合は、透明性を有していても、光を反射、散乱させる色に着色されていても良い。また、後述する第1の電極6と光電変換素子5、あるいは、第1の電極6と後述する第3の電極8との密着を補う機能を付与することもできる。同様に、後述する第2の電極7と光電変換素子5、あるいは、第2の電極7と後述する第4の電極9との密着を補う機能を付与することもできる。   The second resin 4 holds the photoelectric conversion element 5 and protects it from damage due to impact or the like. At the same time, when light is incident from the second substrate 2, a transparent resin is used. Alternatively, when light is incident from the first substrate 1, it may be transparent or colored in a color that reflects and scatters light. Moreover, the function which supplements adhesion | attachment with the 1st electrode 6 and the photoelectric conversion element 5 which are mentioned later, or the 1st electrode 6 and the 3rd electrode 8 mentioned later can also be provided. Similarly, it is possible to provide a function of compensating adhesion between the second electrode 7 and the photoelectric conversion element 5 described later, or between the second electrode 7 and the fourth electrode 9 described later.

<光電変換素子>
光電変換素子5は、例えば表面処理を行い、pn接合を形成し、フィンガー電極、バスバー電極や裏面電極を形成し、太陽光で起電力を発生できるよう作製した多結晶太陽電池素子などが挙げられる。
<Photoelectric conversion element>
Examples of the photoelectric conversion element 5 include a surface treatment, a pn junction, a finger electrode, a bus bar electrode, and a back electrode, and a polycrystalline solar cell element produced so that an electromotive force can be generated by sunlight. .

他には、好ましくは単結晶シリコン太陽電池素子や、電極を裏面に集めたバックコンタクトセルが挙げられる。バックコンタクトセルを用いる場合、図示しないが、第1の電極6と第2の電極7は、光電変換素子5の同じ主面に接続する。   Other examples include a single crystal silicon solar cell element and a back contact cell in which electrodes are collected on the back surface. When using a back contact cell, although not shown, the first electrode 6 and the second electrode 7 are connected to the same main surface of the photoelectric conversion element 5.

なお、光電変換素子5は、光を電気に変換するものであってもよく、電気を光に変換するものであってもよい。光電変換素子5としては、太陽電池素子等の光起電力素子、発光素子、フォトダイオード等が挙げられる。   In addition, the photoelectric conversion element 5 may convert light into electricity, or may convert electricity into light. Examples of the photoelectric conversion element 5 include photovoltaic elements such as solar battery elements, light emitting elements, photodiodes, and the like.

<第1、第2、第3および第4の電極>
第1の電極6は、光電変換素子5から一方の電荷を引き出す電極であり、第3の電極8に接続して光電変換装置Xの外部に電荷を供給する。
<First, second, third and fourth electrodes>
The first electrode 6 is an electrode that draws one charge from the photoelectric conversion element 5, and is connected to the third electrode 8 to supply the charge to the outside of the photoelectric conversion device X.

同様に、第2の電極7は、光電変換素子5から他方の電荷を引き出す電極であり、第4の電極9に接続して光電変換装置Xの外部に電荷を供給する。   Similarly, the second electrode 7 is an electrode that extracts the other charge from the photoelectric conversion element 5, and is connected to the fourth electrode 9 to supply the charge to the outside of the photoelectric conversion device X.

また、図示しないが、光電変換装置X内部で、光電変換素子5を複数セル接続し、直列接続することもできる。このようにすることで、複数セルの電荷を電圧高く取り出すことができるようになり、ジュール損失が小さくなることで光電変換装置Xの変換効率が向上する。   Although not shown, a plurality of photoelectric conversion elements 5 can be connected in series inside the photoelectric conversion device X and connected in series. By doing in this way, it becomes possible to take out the charge of a plurality of cells with high voltage, and the Joule loss is reduced, so that the conversion efficiency of the photoelectric conversion device X is improved.

第3の電極8は接合材10と第2の基板2の間に存在する電極で、第1の電極6と接続し、光電変換素子5の一方の電荷を光電変換装置Xの外部に取り出す。ここで、第3の電極8はアルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜など、第3の電極8上で接合材10を加熱により封止するだけの耐熱性が必要となる。第3の電極8の形状は、後述する第4の電極9と接しなければどのような形状でも良い。第3の電極8は、接合材10と第2の基板2との間に位置する部位において、接合材10と第2の基板2との接触を確保するため、一部第2の基板が露出するように非形成部を有していても良い。   The third electrode 8 is an electrode existing between the bonding material 10 and the second substrate 2, is connected to the first electrode 6, and takes out one charge of the photoelectric conversion element 5 to the outside of the photoelectric conversion device X. Here, the third electrode 8 is made of a metal such as aluminum, titanium, or molybdenum, a tin-doped indium oxide film, a fluorine-doped tin oxide film, or the like. Is required. The shape of the third electrode 8 may be any shape as long as it does not contact the fourth electrode 9 described later. The third electrode 8 is partially exposed in the portion located between the bonding material 10 and the second substrate 2 in order to ensure contact between the bonding material 10 and the second substrate 2. As such, it may have a non-formed part.

また、第3の電極8は、前述の耐熱性に問題なければ第1の電極6と同じ材料であっても良い。この場合、第1の電極3と第3の電極8を分ける必要なく、一つの部材で光電変換素子5と接続し、光電変換装置Xの外部に電荷を取り出すこともできる。   Further, the third electrode 8 may be made of the same material as the first electrode 6 as long as the above-described heat resistance is not a problem. In this case, it is not necessary to separate the first electrode 3 and the third electrode 8, and it is possible to connect the photoelectric conversion element 5 with a single member and take out the charge outside the photoelectric conversion device X.

第4の電極9は接合材10と第2の基板2の間に存在する電極で、第2の電極7と接続し、光電変換素子5の他方の電荷を光電変換装置Xの外部に取り出す。ここで、第4の電極9はアルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜など、第4の電極9上で接合材10を加熱により封止するだけの耐熱性が必要となる。第4の電極9の形状は、第3の電極8と接しなければどのような形状でも良い。第4の電極9は、接合材10と第2の基板2との間に位置する部位において、接合材10と第2の基板2との接触を確保するため、一部第2の基板が露出するように非形成部を有していも良い。   The fourth electrode 9 is an electrode existing between the bonding material 10 and the second substrate 2, is connected to the second electrode 7, and takes out the other charge of the photoelectric conversion element 5 to the outside of the photoelectric conversion device X. Here, the fourth electrode 9 is made of a metal such as aluminum, titanium, or molybdenum, a tin-doped indium oxide film, a fluorine-doped tin oxide film, or the like, and has heat resistance sufficient to seal the bonding material 10 on the fourth electrode 9 by heating. Is required. The shape of the fourth electrode 9 may be any shape as long as it does not contact the third electrode 8. The fourth electrode 9 is partially exposed in order to ensure contact between the bonding material 10 and the second substrate 2 at a portion located between the bonding material 10 and the second substrate 2. As such, it may have a non-formed part.

また、第4の電極9は、前述の耐熱性に問題なければ第2の電極7と同じ材料であっても良い。この場合、第2の電極7と第4の電極9を分ける必要なく、一つの部材で光電変換素子5と接続し、光電変換装置Xの外部に電荷を取り出すこともできる。   Further, the fourth electrode 9 may be made of the same material as the second electrode 7 as long as the above-described heat resistance is not a problem. In this case, it is not necessary to separate the second electrode 7 and the fourth electrode 9, and it is possible to connect the photoelectric conversion element 5 with a single member and take out the charge outside the photoelectric conversion device X.

<接合材>
接合材10は、第1の基板1と、第2の基板2と、第3の電極8と、第4の電極9とで光電変換装置Xを封止する部材である。
<Bonding material>
The bonding material 10 is a member that seals the photoelectric conversion device X with the first substrate 1, the second substrate 2, the third electrode 8, and the fourth electrode 9.

接合材10は、無機材料、有機材料、有機無機複合材料等が用いられる。封止性を高めるという観点からは、ガラス等の無機材料から成るのが好ましい。接合材10がガラスから成る場合、接合材10は、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(BaO)、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、三酸化二ホウ素(B)、五酸化バナジウム(V2O5)、酸化亜鉛(ZnO)、二酸化テルル(TeO)、三酸化アルミウム(Al2O3),二酸化シリコン(SiO)、酸化鉛(PbO)、酸化錫(SnO)、五酸化リン(P)、酸化ルテニウム(RuO)、酸化ルビジウム(Rb2O)、酸化ロジウム(RhO)、三酸化鉄(Fe)、酸化銅(CuO)、二酸化チタニウム(TiO)、三酸化タングステン(WO)、三酸化ビスマス(Bi)、三酸化アンチモン(Sb)、ホウ酸鉛ガラス(lead−borate glass)、リン酸錫ガラス(tin−phosphate glass)、及びホウ素シリケート(borosilicate)よりなる群から選択された1種の物質、または、これらの組み合わせからなるガラスであることが望ましい。これにより接合材10の軟化点を、青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料から成る第1の基板1および第2の基板2の軟化点より低くすることができ、光電変換装置Xを封止する際に第1の基板1、第2の基板2に熱応力を生じるのを抑制することができる。 As the bonding material 10, an inorganic material, an organic material, an organic-inorganic composite material, or the like is used. From the viewpoint of enhancing the sealing performance, it is preferably made of an inorganic material such as glass. When the bonding material 10 is made of glass, the bonding material 10 includes magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), barium oxide (BaO), lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), and potassium oxide. (K 2 O), diboron trioxide (B 2 O 3 ), vanadium pentoxide (V 2 O 5), zinc oxide (ZnO), tellurium dioxide (TeO 2 ), aluminum trioxide (Al 2 O 3), silicon dioxide (SiO 2 ) Lead oxide (PbO), tin oxide (SnO), phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ), ruthenium oxide (Ru 2 O), rubidium oxide (Rb 2 O), rhodium oxide (Rh 2 O), iron trioxide (Fe) 2 O 3 ), copper oxide (CuO), titanium dioxide (TiO 2 ), tungsten trioxide (WO 3 ), bismuth trioxide (Bi 2 O 3 ), triacid One substance selected from the group consisting of antimony phosphide (Sb 2 O 3 ), lead-borate glass, tin-phosphate glass, and boron silicate, or It is desirable that the glass is a combination of these. Thereby, the softening point of the bonding material 10 can be made lower than the softening points of the first substrate 1 and the second substrate 2 made of a glass material such as blue plate glass, white plate glass, and non-alkali glass, and the photoelectric conversion device X It is possible to suppress the occurrence of thermal stress on the first substrate 1 and the second substrate 2 when sealing the substrate.

接合材10は、一対の基板1,2の対向面に直交するとともに接合材10の光電変換素子5側の側面およびその反対側の側面を横切る接合材の断面において、光電変換装置Xの中央側の部位10a(光電変換素子5側)、光電変換装置Xの外側の部位10cと比べ、中央部10bが薄く形成されている。このようにすることで、第1の基板1、第2の基板2の少なくともいずれか一方に応力を加えることができる。このとき、応力の加わる方向が、第1の基板1の接合材10との接合部、もしくは第2の基板2の接合材10との接合部が接合材10側へ引っ張り応力を受ける方向となる。その結果、第1の基板1または第2の基板2の光電変換素子5に対応する部位(接合材10より内側の部位)を、光電変換素子5とは反対側に押し出すような応力が生じる。よって、光電変換装置Xに外部から応力が加わった場合、これに対抗する方向へ応力を加えられていることとなり、外部からの応力による第1の基板1もしくは第2の基板2の変形を抑制するこができる。   The bonding material 10 is orthogonal to the opposing surfaces of the pair of substrates 1 and 2 and is on the center side of the photoelectric conversion device X in the cross section of the bonding material 10 across the side surface of the bonding material 10 on the photoelectric conversion element 5 side and the opposite side surface. Compared with the part 10a (photoelectric conversion element 5 side) and the part 10c outside the photoelectric conversion device X, the central portion 10b is formed thinner. By doing so, stress can be applied to at least one of the first substrate 1 and the second substrate 2. At this time, the direction in which the stress is applied is the direction in which the joint between the first substrate 1 and the joint material 10 or the joint between the second substrate 2 and the joint material 10 receives tensile stress toward the joint material 10. . As a result, a stress is generated that pushes the portion corresponding to the photoelectric conversion element 5 of the first substrate 1 or the second substrate 2 (the portion on the inner side of the bonding material 10) to the side opposite to the photoelectric conversion element 5. Therefore, when a stress is applied to the photoelectric conversion device X from the outside, the stress is applied in the opposite direction, and the deformation of the first substrate 1 or the second substrate 2 due to the stress from the outside is suppressed. Can do.

このような中央部10bが薄い接合材10は、例えば、第1の基板1と第2の基板2とを接合する際、接合材10を、その中央部10bが側面側(光電変換素子5側およびその反対側)の部位10a,10cよりも高温となるように熔融させた後、接合材10を冷却し、接合材10の中央部10bを側面側の部位10a,10cよりも大きく収縮させることによって、接合材10の中央部10bを薄くさせることができる。つまり、接合材10がより高温となっている状態から冷却した場合の方が、収縮率が大きくなるため、冷却後の接合材10は高温となっていた部位が薄くなる。   For example, when the first substrate 1 and the second substrate 2 are bonded to each other, the bonding material 10 having a thin central portion 10b is formed on the side surface (photoelectric conversion element 5 side). And after melting so as to be higher than the portions 10a and 10c on the opposite side), the bonding material 10 is cooled, and the central portion 10b of the bonding material 10 is contracted to a greater extent than the side portions 10a and 10c. Thus, the central portion 10b of the bonding material 10 can be thinned. That is, when the bonding material 10 is cooled from a higher temperature, the shrinkage rate is larger, so that the portion of the bonding material 10 after being cooled becomes thinner.

接合材10の中央部10bを高温とする方法は、例えば、レーザーを接合材10の中央部10bに照射することにより、側面側の部位10a,10cと中央部10bとに温度差を生じさせることができる。   The method of setting the central portion 10b of the bonding material 10 to a high temperature is, for example, generating a temperature difference between the side portions 10a and 10c and the central portion 10b by irradiating the central portion 10b of the bonding material 10 with a laser. Can do.

また、中央部10bが薄い接合材10は、接合材10を熔融させて第1の基板1と第2の基板2とを接合する際、接合材10の中央部10bに気泡を発生させるか、または、中央部10bの気泡を大きくした後、接合材10を冷却し、上記の気泡を収縮させて接合材10の中央部10bを薄くさせることができる。つまり、気泡を構成する気体は冷却時の収縮率が大きいため、接合材10の熔融時において中央部10bの気泡の占有体積を側面側の部位10a,10cよりも大きくしておけば、接合材10を冷却した際、気泡で占有されていた部位が大きく収縮することとなる。   In addition, the bonding material 10 having a thin central portion 10b generates bubbles in the central portion 10b of the bonding material 10 when the bonding material 10 is melted to bond the first substrate 1 and the second substrate 2. Or after enlarging the bubble of the center part 10b, the joining material 10 can be cooled, said bubble can be shrunk | reduced, and the center part 10b of the joining material 10 can be made thin. That is, since the gas constituting the bubbles has a large shrinkage rate at the time of cooling, if the volume occupied by the bubbles in the central portion 10b is larger than the side portions 10a and 10c when the bonding material 10 is melted, the bonding material When 10 is cooled, the part occupied by the bubbles is greatly contracted.

このように接合材10の中央部10bに気泡を発生させるか、または、中央部10bの気泡を大きくするための方法としては、接合材10中に気体や水分を含ませておき、第1の基板1と第2の基板2とを接合材10を介して接合する際、接合材10の中央部10bをレーザー照射等で局所的に加熱することにより、含ませておいた気体や水分を気泡として成長させることができる。また、接合材10中に加熱によりガスを生じる物質を含ませておいてもよい。   As described above, as a method for generating bubbles in the central portion 10b of the bonding material 10 or enlarging the bubbles in the central portion 10b, the bonding material 10 includes gas and moisture, When the substrate 1 and the second substrate 2 are bonded through the bonding material 10, the central portion 10 b of the bonding material 10 is locally heated by laser irradiation or the like, whereby the contained gas or moisture is bubbled. Can be grown as. Further, the bonding material 10 may contain a substance that generates a gas by heating.

接合材10は、スクリーン印刷法またはディスペンス法によって、第1の基板1または第2の基板2上に形成されることが好ましい。スクリーン印刷法やディスペンス法で接合材10を塗布する際、空気が接合材10中に混入されやすくなる。その結果、接合材、混入した空気を膨張させることによって、気泡10を良好かつ容易に生じさせることができる。   The bonding material 10 is preferably formed on the first substrate 1 or the second substrate 2 by a screen printing method or a dispensing method. When the bonding material 10 is applied by a screen printing method or a dispensing method, air is likely to be mixed into the bonding material 10. As a result, the bubble 10 can be generated easily and easily by expanding the bonding material and the mixed air.

接合材10をレーザーで加熱する場合、接合材10は、例えば、顔料等の光吸収剤を含むガラス、もしくは積層したガラスの一部の層に顔料等の光吸収材を含ませたものとすればよい。接合材10をレーザーで加熱して第1の基板1と第2の基板2とを接合する場合、光電変換装置Xの他部材に与える熱量を極力抑制しながら、接合材10を十分に軟化させることができるため好ましい。また、レーザー加熱できるガラスであれば、接合材10は、顔料を含んでいなくとも良い。また、第3の電極8、第4の電極9をレーザー加熱時の熱から保護するため、レーザー光を吸収する顔料、染料を第1の基板1側に配置し、第3の電極8、第4の電極9側には顔料、染料を極力少なくした多段構造とすると良い。   When the bonding material 10 is heated with a laser, the bonding material 10 is, for example, a glass containing a light absorbing agent such as a pigment, or a layer of laminated glass containing a light absorbing material such as a pigment. That's fine. When bonding the first substrate 1 and the second substrate 2 by heating the bonding material 10 with a laser, the bonding material 10 is sufficiently softened while suppressing the amount of heat given to the other members of the photoelectric conversion device X as much as possible. This is preferable. Further, the bonding material 10 may not contain a pigment as long as it can be laser heated. Further, in order to protect the third electrode 8 and the fourth electrode 9 from the heat at the time of laser heating, a pigment and a dye that absorb laser light are arranged on the first substrate 1 side, and the third electrode 8 It is preferable to have a multi-stage structure with as few pigments and dyes as possible on the electrode 9 side.

また、接合材10は、第1の基板1および第2の基板2の少なくとも一方の端部に位置することが好ましい。このような構成により、光電変換素子5に対応する基板の中央部において、光電変換素子5側より外側へ向けた応力を良好に生じさせることができ、外部から光電変換素子5へ向かって加わる応力に対する耐性をより高めることができる。   In addition, the bonding material 10 is preferably located at at least one end of the first substrate 1 and the second substrate 2. With such a configuration, in the central portion of the substrate corresponding to the photoelectric conversion element 5, it is possible to satisfactorily generate stress outward from the photoelectric conversion element 5 side, and stress applied from the outside toward the photoelectric conversion element 5. It is possible to further increase the resistance to.

図2は、参考としての光電変換装置にかかる第の実施形態を示した断面図である。第2の実施形態の光電変換装置X’において、第1の実施形態と同じ構成のものには、同じ符号を付している。第2の実施形態の光電変換装置X’は、光電変換素子として、第2の基板2の表面に形成された半導体層を含む薄膜光電変換体12を用いている点で第1の実施形態の光電変換装置Xと異なっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a photoelectric conversion device as a reference . In the photoelectric conversion device X ′ of the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The photoelectric conversion device X ′ of the second embodiment is the same as that of the first embodiment in that the thin film photoelectric conversion body 12 including the semiconductor layer formed on the surface of the second substrate 2 is used as the photoelectric conversion element. It differs from the photoelectric conversion device X.

このような薄膜光電変換体12を用いた光電変換装置X’においても、中央部10bが薄い接合材10を用いることにより、光電変換装置X’の外部からの応力に対する耐性を高めることができる。   Also in the photoelectric conversion device X ′ using such a thin film photoelectric conversion body 12, by using the bonding material 10 with a thin central portion 10 b, resistance to stress from the outside of the photoelectric conversion device X ′ can be increased.

<薄膜光電変換体>
薄膜光電変換体12は、例えばアモルファスシリコン光電変換体、アモルファスシリコン/微結晶シリコンタンデム光電変換体、CdTe光電変換体、CIGS光電変換体、有機薄膜光電変換体であり、薄膜光電変換体内部で、少なくとも一つのpn接合、もしくはpin接合を形成し、太陽光で起電力を発生できるよう作製される。
<Thin film photoelectric converter>
The thin film photoelectric conversion body 12 is, for example, an amorphous silicon photoelectric conversion body, an amorphous silicon / microcrystalline silicon tandem photoelectric conversion body, a CdTe photoelectric conversion body, a CIGS photoelectric conversion body, or an organic thin film photoelectric conversion body. At least one pn junction or pin junction is formed so that an electromotive force can be generated by sunlight.

図2に図示した薄膜光電変換体12は、第5の電極20上に薄膜形成方法等で形成されており、その上に第6の電極21を有している。薄膜光電変換体12の第5の電極20は、隣接する薄膜光電変換体12の第6の電極21と接続され、第2の基板2の主面上で複数の薄膜光電変換体12が直列接続を形成している。このようにすることで、複数セルの電荷を電圧高く取り出すことができるようになり、ジュール損失が小さくなることで光電変換装置Xの変換効率が向上する。   The thin film photoelectric converter 12 illustrated in FIG. 2 is formed on the fifth electrode 20 by a thin film forming method or the like, and has a sixth electrode 21 thereon. The fifth electrode 20 of the thin film photoelectric converter 12 is connected to the sixth electrode 21 of the adjacent thin film photoelectric converter 12, and a plurality of thin film photoelectric converters 12 are connected in series on the main surface of the second substrate 2. Is forming. By doing in this way, it becomes possible to take out the charge of a plurality of cells with high voltage, and the Joule loss is reduced, so that the conversion efficiency of the photoelectric conversion device X is improved.

<第5の電極および第6の電極>
第1の電極6は、薄膜光電変換体12から一方の電荷を引き出す電極であり、第3の電極8に接続して光電変換装置Xの外部に電荷を供給する。
<Fifth electrode and sixth electrode>
The first electrode 6 is an electrode that draws one charge from the thin film photoelectric converter 12 and is connected to the third electrode 8 to supply the charge to the outside of the photoelectric conversion device X.

第5の電極20は、第2の基板2上に形成されており、レーザースクライブ等を施して複数個に分断され、それぞれの主面上に薄膜光電変換体12を有する。第5の電極20は、薄膜光電変換体12から一方の電荷を引き出して一方の電荷を光電変換装置X’の外部に取り出す機能と、隣接する光電変換体12の第6の電極21と接続して一方の電荷と他方の電荷を結合させる機能と、第6の電極21で引き出した他方の電荷を薄膜光電変換装置X’の外部に取り出す機能とに分けられる。   The fifth electrode 20 is formed on the second substrate 2 and is divided into a plurality of parts by laser scribing or the like, and has the thin film photoelectric converter 12 on each main surface. The fifth electrode 20 is connected to the function of extracting one charge from the thin film photoelectric converter 12 and extracting the other charge to the outside of the photoelectric conversion device X ′, and the sixth electrode 21 of the adjacent photoelectric converter 12. Thus, the charge can be divided into a function of combining one charge and the other charge and a function of taking out the other charge extracted by the sixth electrode 21 to the outside of the thin film photoelectric conversion device X ′.

第5の電極20は、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜、アンチモンドープ酸化スズ膜等の1種類、もしくはこれらの積層体から選ばれる。第5の電極20は、一方の電荷を光電変換装置X’の外部に取り出すことができるように第2の基板2と接合材10との間に形成されているため、第5の電極20上で接合材10を加熱により封止するだけの耐熱性を有する。第5の電極20は、接合材10と第2の基板2との接触を確保するため、一部に第2の基板2を露出させる非形成部を有していても良い。   The fifth electrode 20 is selected from one kind of metal such as aluminum, titanium, molybdenum, tin-doped indium oxide film, fluorine-doped tin oxide film, antimony-doped tin oxide film, or a laminate thereof. The fifth electrode 20 is formed between the second substrate 2 and the bonding material 10 so that one charge can be taken out of the photoelectric conversion device X ′. Thus, it has heat resistance sufficient to seal the bonding material 10 by heating. The fifth electrode 20 may have a non-forming portion that exposes the second substrate 2 in part in order to ensure contact between the bonding material 10 and the second substrate 2.

第6の電極21は、薄膜光電変換体12上に形成され、薄膜光電変換体12から他方の電荷を引き出す機能を有する。第6の電極21は、アルミニウム、チタン、モリブデン等の金属、スズドープ酸化インジウム膜、フッ素ドープ酸化スズ膜、アンチモンドープ酸化スズ膜等の1種類、もしくはこれらの積層体から選ばれる。さらに、第6の電極21上には、銀などの金属からなるフィンガー電極を、印刷法、ディスペンシングなどによって形成し、焼成することで抵抗をさらに低下させ、変換効率を向上させることもできる。   The sixth electrode 21 is formed on the thin film photoelectric converter 12 and has a function of extracting the other charge from the thin film photoelectric converter 12. The sixth electrode 21 is selected from one kind of metal such as aluminum, titanium, and molybdenum, a tin-doped indium oxide film, a fluorine-doped tin oxide film, and an antimony-doped tin oxide film, or a laminate thereof. Furthermore, a finger electrode made of a metal such as silver is formed on the sixth electrode 21 by a printing method, dispensing, or the like, and is fired to further reduce the resistance and improve the conversion efficiency.

図3は、参考としての光電変換装置にかかる第の実施形態を示した断面図である。第3の実施形態の光電変換装置X’’において、第1および第2の実施形態と同じ構成のものには、同じ符号を付している。第3の実施形態の光電変換装置X’’は、光電変換素子として、電荷輸送層14および多孔質光吸収層13を含む光電変換体16(色素増感型光電変換体)を用いている点で第1および第2の実施形態の光電変換装置X、X’と異なっている。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a photoelectric conversion device as a reference . In the photoelectric conversion device X ″ according to the third embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. The photoelectric conversion device X ″ of the third embodiment uses a photoelectric conversion body 16 (a dye-sensitized photoelectric conversion body) including the charge transport layer 14 and the porous light absorption layer 13 as a photoelectric conversion element. Thus, the photoelectric conversion devices X and X ′ of the first and second embodiments are different.

光電変換装置X''は、一対の電極22、多孔質光吸収層13、電荷輸送層14、触媒層15、スペーサー17が形成されている。多孔質光吸収層13の一方側に、一方の電極22が一方の電荷を取り出すために接続されている。また、多孔質光吸収層13の他方側に電荷輸送層14および他方の電極22が他方の電極を取り出すために接続されている。   In the photoelectric conversion device X ″, a pair of electrodes 22, a porous light absorption layer 13, a charge transport layer 14, a catalyst layer 15, and a spacer 17 are formed. One electrode 22 is connected to one side of the porous light absorption layer 13 in order to extract one charge. Further, the charge transport layer 14 and the other electrode 22 are connected to the other side of the porous light absorption layer 13 in order to take out the other electrode.

このような電荷輸送層14および多孔質光吸収層13を含む光電変換体16を用いた光電変換装置X’’においても、中央部10bが薄い接合材10を用いることにより、光電変換装置X''の外部からの応力に対する耐性を高めることができる。   Even in the photoelectric conversion device X ″ using the photoelectric conversion body 16 including the charge transport layer 14 and the porous light absorption layer 13, the photoelectric conversion device X ′ is obtained by using the bonding material 10 having a thin central portion 10 b. The resistance to external stress can be increased.

<一対の電極>
一対の電極22は、後述する多孔質光吸収層13で発生した電荷を取りだす機能を有し、第1の基板1の一主面および第2の基板2の一主面に設けられている。この電極22は、光が入射される側にある場合、可視光に対して透光性を有する必要がある。
<A pair of electrodes>
The pair of electrodes 22 has a function of taking out charges generated in the porous light absorption layer 13 described later, and is provided on one main surface of the first substrate 1 and one main surface of the second substrate 2. When the electrode 22 is on the light incident side, the electrode 22 needs to have translucency with respect to visible light.

電極22の材質としては、例えば、ITO(錫ドープインジウム酸化物:酸化インジウム錫)層、FTO(フッ素ドープ錫酸化物)層、または酸化錫層で形成される。また、電極22の厚みは、製造の簡易さ、および適度なシート抵抗とするという観点から、0.3〜2μm程度がよい。このような電極22は、例えば、CVD法、スパッタリング法、スプレー法等によって層状に形成される。   As a material of the electrode 22, for example, an ITO (tin-doped indium oxide: indium tin oxide) layer, an FTO (fluorine-doped tin oxide) layer, or a tin oxide layer is formed. In addition, the thickness of the electrode 22 is preferably about 0.3 to 2 μm from the viewpoint of ease of manufacture and appropriate sheet resistance. Such an electrode 22 is formed in layers by, for example, a CVD method, a sputtering method, a spray method, or the like.

<触媒層>
触媒層15は、電荷輸送層14との接触面にPt、Pd、Ru、Os、Rh、Ir等や、カーボン、PEDOT:TsO(ポリエチレンジオキシチオフェン−トルエンスルフォネート)等から構成される。このようにすることで、電荷輸送層14から電極22への電荷移動を効率良く行うことができる。
<Catalyst layer>
The catalyst layer 15 is made of Pt, Pd, Ru, Os, Rh, Ir, etc., carbon, PEDOT: TsO (polyethylenedioxythiophene-toluenesulfonate), etc. on the contact surface with the charge transport layer 14. In this way, charge transfer from the charge transport layer 14 to the electrode 22 can be performed efficiently.

<電荷輸送層>
電荷輸送層14は、触媒層15から受けとった電荷を、後述する多孔質光吸収層13中の色素に渡す機能を有している。この電荷輸送層14は、例えば、液状(電解液)、ゲル状、固体(ポリマー状)を用いることができ、注入後に固体になるようなものであってもよい。
<Charge transport layer>
The charge transport layer 14 has a function of transferring the charge received from the catalyst layer 15 to a dye in the porous light absorption layer 13 described later. For example, the charge transport layer 14 may be liquid (electrolytic solution), gel, or solid (polymer), and may be solid after injection.

電荷輸送層14は、電解液の場合、例えば、ヨウ素/ヨウ化物塩、臭素/臭化物塩、コバルト錯体、フェロシアン化カリウム等が挙げられる。なお、「ヨウ素/ヨウ化物塩」という表記は、電解質の化学反応によってヨウ素とヨウ化物塩の含有率が変化するものであることを意味する。また、電荷輸送層14は、注入時に液状またはゲル状であり、注入後に固体となるものの場合、ゲル電解質、ポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール、ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤等が挙げられる。また、電荷輸送層14、即ち、第1の基板1の一主面と第2の基板の一主面との間の距離は、1〜500μm程度がよい。   When the charge transport layer 14 is an electrolytic solution, examples thereof include iodine / iodide salts, bromine / bromide salts, cobalt complexes, and potassium ferrocyanide. The notation “iodine / iodide salt” means that the content of iodine and iodide salt changes due to the chemical reaction of the electrolyte. In addition, when the charge transport layer 14 is liquid or gel at the time of injection and becomes a solid after injection, the charge transport layer 14 is a solid electrolyte such as a gel electrolyte or a polymer electrolyte, a conductive polymer such as polythiophene / polypyrrole or polyphenylene vinylene, or a fullerene derivative. And organic molecular electron transport agents such as pentacene derivatives, perylene derivatives, and triphenyldiamine derivatives. The distance between the charge transport layer 14, that is, the one principal surface of the first substrate 1 and the one principal surface of the second substrate is preferably about 1 to 500 μm.

<スペーサー>
スペーサー17は、第1の基板1と第2の基板2との間に電荷輸送層14を閉じ込め、隣り合う多孔質光吸収層13間での電荷再結合によるエネルギー損失を抑制するべく、電荷輸送層15の周囲に配される。このスペーサー17は、例えば、ガラスフリットのようなガラス材料、ポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリレート樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、スペーサー17を樹脂材料で構成する場合は、電荷輸送層14と接触する部位に、上述した有機材料を配し、該有機材料の外周部をさらにガラス材料で覆うような構成であれば、より気密性および機械的強度を高めることができる。
<Spacer>
The spacer 17 confines the charge transport layer 14 between the first substrate 1 and the second substrate 2 and suppresses energy loss due to charge recombination between adjacent porous light absorption layers 13. Arranged around the layer 15. The spacer 17 is made of, for example, a glass material such as a glass frit, polyethylene, modified polyethylene, maleic acid-modified polyethylene, polypropylene, modified polypropylene, maleic acid-modified polypropylene, ionomer resin, fluorine resin, epoxy resin, or acrylate resin. Materials. Further, when the spacer 17 is made of a resin material, the organic material described above is arranged at a portion that contacts the charge transport layer 14, and the outer periphery of the organic material is further covered with a glass material. Airtightness and mechanical strength can be increased.

<多孔質光吸収層>
多孔質光吸収層13は、色素を孔内に担持する機能を有する多孔質体と、多孔質体に吸着した色素とで構成されている。多孔質光吸収層13は、多孔質体の表面積が大きく、色素をより多く担持(吸着)させることができるため、効率良く光を吸収して光電変換効率向上に寄与する。
<Porous light absorption layer>
The porous light absorption layer 13 is composed of a porous body having a function of supporting a dye in the pores and a dye adsorbed on the porous body. Since the porous light absorption layer 13 has a large surface area of the porous body and can carry (adsorb) more dye, it absorbs light efficiently and contributes to improvement in photoelectric conversion efficiency.

このような多孔質体の材料としては、例えば、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ニオブ(Nb)、インジウム(In)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、バナジウム(V)、タングステン(W)等の金属の少なくとも1種の金属酸化物半導体がよく、また窒素(N)、炭素(C)、弗素(F)、硫黄(S)、塩素(Cl)、リン(P)等の非金属元素の1種以上を含有していてもよい。特に、酸化チタンは、バンドギャップが可視光以下の太陽光を吸収することのない3.7eVであり、好ましい。また、多孔質体は、電子エネルギー準位においてその伝導帯が色素の伝導帯よりも低いn型半導体がよい。   Examples of such a porous material include titanium (Ti), zinc (Zn), tin (Sn), niobium (Nb), indium (In), yttrium (Y), lanthanum (La), zirconium ( Zr), tantalum (Ta), hafnium (Hf), strontium (Sr), barium (Ba), calcium (Ca), vanadium (V), at least one metal oxide semiconductor such as tungsten (W) Moreover, it may contain one or more of non-metallic elements such as nitrogen (N), carbon (C), fluorine (F), sulfur (S), chlorine (Cl), phosphorus (P) and the like. In particular, titanium oxide is preferable because it has a band gap of 3.7 eV that does not absorb sunlight with visible light or less. The porous body is preferably an n-type semiconductor whose conduction band is lower than the conduction band of the dye at the electron energy level.

また、多孔質光吸収層13は、多孔質体であるため、内部に微細な空孔(孔径が好ましくは10〜40nm程度のもの)を多数有している。また、多孔質光吸収層13の厚みは、光電変換作用を最適化するという観点から、1〜50μmがよく、より好適には10〜30μmがよい。また、多孔質光吸収層13と電極22との間に、n型酸化物半導体の極薄(厚み200nm程度)の緻密層を挿入するとよく、電極22から電荷輸送層14への逆電流を抑制する効果がある。   Moreover, since the porous light absorption layer 13 is a porous body, it has many fine pores (having a pore diameter of preferably about 10 to 40 nm) inside. Moreover, the thickness of the porous light absorption layer 13 is 1-50 micrometers from a viewpoint of optimizing a photoelectric conversion effect | action, More preferably, 10-30 micrometers is good. Further, an ultrathin (thickness: about 200 nm) dense layer of an n-type oxide semiconductor may be inserted between the porous light absorption layer 13 and the electrode 22 to suppress the reverse current from the electrode 22 to the charge transport layer 14. There is an effect to.

色素は、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニンやポルフィリン、多環芳香族化合物、ローダミンB等のキサンテン系のものを用いること色素が好ましい。   Examples of the dye include ruthenium-tris, ruthenium-bis, osmium-tris, osmium-bis type transition metal complexes, polynuclear complexes, or ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complexes, or phthalocyanines, porphyrins, polycyclic aromatic compounds, It is preferable to use a xanthene group such as rhodamine B.

多孔質光吸収層13に色素を吸着させるためには、色素に少なくとも1個以上のカルボキシル基、スルホニル基、ヒドロキサム酸基、アルコキシ基、アリール基、ホスホリル基等を置換基として有することが有効である。ここで、置換基は色素自体を多孔質光吸収層13の多孔質体に強固に化学吸着させることができ、励起状態の増感色素から多孔質体へ容易に電荷移動できるものであればよい。   In order to adsorb the dye to the porous light absorption layer 13, it is effective that the dye has at least one carboxyl group, sulfonyl group, hydroxamic acid group, alkoxy group, aryl group, phosphoryl group or the like as a substituent. is there. Here, the substituent is not particularly limited as long as it can strongly adsorb the dye itself to the porous body of the porous light absorption layer 13 and can easily transfer the charge from the excited sensitizing dye to the porous body. .

多孔質光吸収層13に色素を吸着させる方法としては、例えば、第1の基板1上に形成された多孔質光吸収層13を、色素を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。多孔質光吸収層13に色素を吸着させる際、色素を溶解させる溶液の溶媒としては、例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物等を1種または2種以上混合したものが挙げられる。溶液中の色素の濃度は5×10-5〜2×10-3mol/l(l(リットル):1000cm3)程度が好ましい。 Examples of the method for adsorbing the dye on the porous light absorption layer 13 include a method of immersing the porous light absorption layer 13 formed on the first substrate 1 in a solution in which the dye is dissolved. When the dye is adsorbed on the porous light absorption layer 13, examples of the solvent of the solution for dissolving the dye include alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether, nitrogen compounds such as acetonitrile, and the like. May be one or a mixture of two or more. The concentration of the dye in the solution is preferably about 5 × 10 −5 to 2 × 10 −3 mol / l (l (liter): 1000 cm 3 ).

<注入孔および封孔部材>
なお、図3では図示しないが、第1の基板1もしくは第2の基板2に、注入孔を形成することで、多孔質光吸収層13への色素吸着と、電荷輸送層14の注入を、接合材10形成後に行うこともできる。
<Injection hole and sealing member>
Although not shown in FIG. 3, by forming an injection hole in the first substrate 1 or the second substrate 2, dye adsorption to the porous light absorption layer 13 and injection of the charge transport layer 14 are performed. It can also be performed after the bonding material 10 is formed.

この場合、注入孔は、電荷輸送層14を第1および第2の基板の間に注入できる大きさであれば、形状等は特に限定されるものではなく、例えば、横断面形状が円形状、楕円形、または四角形等の多角形等であってもよい。注入孔の大きさとしては、例えば、横断面形状が円形状であれば、直径が0.1〜3mm程度がよい。また、注入孔は1つとは限らず、複数個あってもよい。さらに、注入孔は第1の基板1のみに設けてもよく、また、第1および第2の基板それぞれに設けてもよい。なお、注入孔は、電荷輸送層14を注入するだけでなく、電荷輸送層14の排出、色素溶液の注入および排出等にも使用可能である。   In this case, the shape and the like of the injection hole are not particularly limited as long as the charge transport layer 14 can be injected between the first and second substrates. For example, the cross-sectional shape is circular, It may be an ellipse or a polygon such as a quadrangle. As the size of the injection hole, for example, if the cross-sectional shape is circular, the diameter is preferably about 0.1 to 3 mm. Further, the number of injection holes is not limited to one, and a plurality of injection holes may be provided. Further, the injection hole may be provided only in the first substrate 1 or may be provided in each of the first and second substrates. The injection hole can be used not only for injecting the charge transport layer 14 but also for discharging the charge transport layer 14, injecting and discharging the dye solution, and the like.

また、第1の基板1、もしくは第2の基板2に注入孔を形成した場合、封孔部材で電荷輸送層14が外部に漏れるのを防ぎ、また外部から酸素や水分が光電変換装置X''に浸入するのを防ぐ。この封孔部材は、注入孔を塞ぐように、第1の基板1、もしくは第2の基板2の他主面と接着される。   Further, when an injection hole is formed in the first substrate 1 or the second substrate 2, the charge transport layer 14 is prevented from leaking to the outside by the sealing member, and oxygen and moisture are externally supplied from the photoelectric conversion device X ′. 'Prevent from entering. This sealing member is bonded to the other main surface of the first substrate 1 or the second substrate 2 so as to close the injection hole.

封孔部材は、電荷輸送層14に対する耐食性が高い樹脂材料を含んでいる。このような樹脂材料としては、例えば、フィルム形状のポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、およびフッ素樹脂あるいは液体状のブチル樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂材料は、機械的強度を高めるという観点から、必要に応じてフィラー等を含有させてもよい。   The sealing member includes a resin material having high corrosion resistance to the charge transport layer 14. Examples of such resin materials include film-shaped polyethylene, modified polyethylene, maleic acid-modified polyethylene, polypropylene, modified polypropylene, maleic acid-modified polypropylene, ionomer resins, and fluororesins or liquid butyl resins, epoxy resins, and acrylates. Examples thereof include resins. Moreover, these resin materials may contain a filler etc. as needed from a viewpoint of improving mechanical strength.

また、封孔部材の接着には、レーザ吸収成分とガラス成分を含むガラスフリットを用いることが好ましい。このレーザ吸収成分は、レーザ光を選択的に吸収し、そのエネルギーを熱に変換することでガラスフリットを効率よく熔融し、焼結させる役割を担う。このレーザ吸収成分は、ガラスフリットを成すマトリックスの一部として熔融されていることが好ましいが、マトリックス中に偏析していてもよい。また、ガラスフリットの熱膨張係数は、第2の基板2の熱膨張係数と近くなるようにすれば、クラック等の不具合の発生を低減することができる。ガラスフリットを成すガラス成分としては、例えば、SiO−Bi−MO系、B−Bi−MO系、SiO−CaO−Na(K)O−MO系、P−MgO−MO系(Mは一種以上の金属元素で、Xは整数である。)などが挙げられる。また、レーザ吸収成分としては、例えば、クロム、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、または炭素の単体または酸化物、もしくはこれら2種以上の化合物が挙げられる。 Moreover, it is preferable to use a glass frit containing a laser absorption component and a glass component for adhesion of the sealing member. The laser absorbing component plays a role of selectively melting and sintering the glass frit by selectively absorbing laser light and converting the energy into heat. The laser absorbing component is preferably melted as part of the matrix forming the glass frit, but may be segregated in the matrix. Further, if the thermal expansion coefficient of the glass frit is close to the thermal expansion coefficient of the second substrate 2, the occurrence of defects such as cracks can be reduced. Examples of the glass component forming the glass frit include SiO 2 —Bi 2 O 3 —MO X , B 2 O 3 —Bi 2 O 3 —MO X , and SiO 2 —CaO—Na (K) 2 O—MO. X- type, P 2 O 5 —MgO—MO X- type (M is one or more metal elements, and X is an integer). Examples of the laser absorbing component include chromium, iron, nickel, cobalt, manganese, copper, or a simple substance or oxide of carbon, or two or more kinds of these compounds.

本発明に係る接続構造およびその製造方法は、上述した本発明の光電変換装置およびその製造方法を含むものであるが、これに限定されない。光電変換装置に限らず、他の分野においても適用可能である。例えば、電子部品を収納するパッケージにおいて、電子部品の収納用容器と蓋体とを接合材を介して接合するような接合構造においても適用可能である。   The connection structure and the manufacturing method thereof according to the present invention include the above-described photoelectric conversion device and the manufacturing method thereof, but are not limited thereto. The present invention can be applied not only to the photoelectric conversion device but also to other fields. For example, in a package for storing electronic components, the present invention can also be applied to a bonding structure in which a container for storing electronic components and a lid are bonded via a bonding material.

X、X’、X'':光電変換装置(接続構造)
1:第1の基板
2:第2の基板
3:第1の樹脂
4:第2の樹脂
5:光電変換素子
6:第1の電極
7:第2の電極
8:第3の電極
9:第4の電極
10:接合材
10a:接合材の光電変換素子側部
10b:接合材中央部
10c:接合材外側部
12:薄膜光電変換体(光電変換素子)
13:多孔質光吸収層
14:電荷輸送層
15:触媒層
16:光電変換素子
20:第5の電極
21:第6の電極
22:電極
X, X ′, X ″: photoelectric conversion device (connection structure)
1: first substrate 2: second substrate 3: first resin 4: second resin 5: photoelectric conversion element 6: first electrode 7: second electrode 8: third electrode 9: first 4 electrode 10: bonding material 10a: photoelectric conversion element side portion 10b of bonding material: bonding material central portion 10c: bonding material outer side portion 12: thin film photoelectric conversion body (photoelectric conversion element)
13: porous light absorption layer 14: charge transport layer 15: catalyst layer 16: photoelectric conversion element 20: fifth electrode 21: sixth electrode 22: electrode

Claims (4)

対向する一対のガラスから成る基板と、
前記一対の基板間に設けられた光電変換素子と、
前記一対の基板上に設けられ、前記光電変換素子に圧着して前記光電変換素子を保持する樹脂と、
前記一対の基板同士を接合する接合材と、を含み、
前記樹脂と前記接合材とは離間しており、
前記一対の基板の対向面に直交するとともに前記接合材の前記光電変換素子側の側面およびその反対側の側面を横切る前記基板および前記接合材の断面において、前記接合材の中央部が薄くなっているとともに前記基板が前記接合材に追従して湾曲していることを特徴とする光電変換装置。
A substrate made of a pair of opposing glasses;
A photoelectric conversion element provided between the pair of substrates;
A resin that is provided on the pair of substrates and that holds the photoelectric conversion element by pressure bonding to the photoelectric conversion element;
A bonding material for bonding the pair of substrates,
The resin and the bonding material are separated from each other,
In the cross section of the substrate and the bonding material that is orthogonal to the opposing surfaces of the pair of substrates and crosses the side surface of the bonding material on the photoelectric conversion element side and the side surface on the opposite side, the central portion of the bonding material is thinned. And the substrate is curved following the bonding material.
前記接合材がガラスである請求項1に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the bonding material is glass. 前記光電変換素子が結晶シリコンを含む請求項1または2に記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element includes crystalline silicon. 前記接合材は前記基板の端部に位置することを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3 wherein the bonding material is characterized in that located at the end portion of the substrate.
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