CN112582547A - 有机系太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机系太阳能电池,上述有机系太阳能电池在第1电极基材的第1面上配置有遮光性构件、密封剂至少位于遮光性构件的与上述光入射面侧相反侧的遮光部分。由此,本发明能够提供具有高的可靠性的有机系太阳能电池。
Description
本申请是申请号为201780020136.0的发明专利申请的分案申请,原申请的申请日为2017年3月21日,发明名称为“光固化性密封剂组合物、物品以及有机系太阳能电池”。
技术领域
本发明涉及光固化性密封剂组合物、物品以及有机系太阳能电池。
背景技术
在染料敏化太阳能电池、钙钛矿型太阳能电池等有机系太阳能电池中,对于封入电解液使用密封剂。
对于密封剂要求与基材(电极基材)的优异的粘接性。此外,对于密封剂还要求高的可靠性,即要求与电解质的反应性低。当与电解液的反应性高时,易于产生由于电解液而导致的密封剂的溶胀、恶化,引起光电转换效率的降低、电解液的泄漏。
在专利文献1中记载的能够交联的橡胶组合物中,组合了乙烯·α-烯烃·非共轭多烯无规共聚物(A)和含氢甲硅烷基化合物(B)。该橡胶组合物因低交联度而粘接性低,且为热固化性,因此当将该橡胶组合物用于密封时,在密封时需要加热。因此,可能会由于粘接性低、加热而导致太阳能电池的恶化。
在专利文献2中公开了包含(A)具有(甲基)丙烯酰基的加氢聚丁二烯化合物的染料敏化太阳能电池用密封剂组合物。但是,该密封剂组合物的可靠性差。
在专利文献3中公开了包含聚异丁烯树脂系密封剂的光电转换元件。但是,在该聚异丁烯树脂系密封剂中,密封时产生固化收缩,粘接性差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-134937号公报;
专利文献2:日本特开2010-180258号公报;
专利文献3:日本再表2007-046499号公报。
发明要解决的问题
图3是表示通常的串联结构(Z型)的有机系太阳能电池模块的一个例子的示意图。在图3的串联结构的有机系太阳能电池模块100中,光电极基材101和对电极基材102相对配置,导电层104设置于基材103上,氧化钛层(多孔质半导体微粒层)105按照规定图案配置于光电极基材101上。催化剂层106配置于对电极基材102上。而且,在氧化钛层105的周围配置有使光电极和对置电极之间导通的导通连接材料107、用于粘接光电极基材101和对电极基材102的密封剂108。在基材103上的使用激光切割被绝缘的导电层104部分填充有密封剂108。此外,在被光电极基材101、对电极基材102以及密封剂108所包围的空间,封入有电解液109。另外,在本申请的所有的附图中,为了简化说明,均省略了氧化钛层上的敏化染料层。此外,在本申请的所有的附图中,示意性地表示各构件,对于各构件的尺寸、形状、配置的间隔等的描绘并不一定准确。
作为在通过真空层压法(ODF法)而制造图3所示的串联结构的有机系太阳能电池模块100的情况下的步骤,例如如下所述。首先,在光电极基材101上形成氧化钛层105。其次,使染料吸附于该氧化钛层105而形成敏化染料层。再次,在氧化钛层105的导通部分涂敷包含导通连接材料(镀金粒子等)107的密封剂组合物而形成密封剂108。然后,在真空下,在氧化钛层105的图案部分涂敷电解液109。接着,将光电极基材101与形成有催化剂层106的对电极基材102以催化剂层106与氧化钛层105相向的方式进行贴合。另外,有时用作催化剂层106的铂膜会阻隔一部分光。此外,近年来有时用作催化剂层106的碳纳米管等碳纳米结构体通常比铂膜的光透射率低。因此,贴合后从光电极基材101侧进行光照射,使密封剂组合物固化,得到有机系太阳能电池模块100。
图4是对即将通过光照射使密封剂组合物固化前的密封剂组合物部分进行放大了的一个例子的示意图。为了确保与对电极基材102的接触、导通,在光电极基材101和对电极基材102之间涂敷了包含导通连接材料107的密封剂组合物(导电性树脂组合物)。导通连接材料107由于为遮光性,因此当从光电极基材101侧对该光照射前的有机系太阳能电池模块进行光照射时,如图4所示那样,导通连接材料107的与光电极基材101相反侧的部分成为遮光部分110,照射到遮光部分110的密封剂组合物的光减少或光没有照射到遮光部分110的密封剂组合物。因此,存在遮光部分110的密封剂组合物的光固化变得不充分、密封剂组合物的固化不良、固化时间变长的问题。
进而,作为电极的基材,有时使用不透射300nm以下的紫外光(UV)的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、UV阻隔玻璃。在这样的情况下,密封剂组合物的光固化也会变得不充分,与上述同样地产生密封剂组合物的固化不良等问题。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供即使在遮光部分也发挥充分的光固化性、与基材的粘接性优异、能够形成具有可靠性高的密封性能的密封剂的光固化性密封剂组合物。此外,本发明的目的在于提供包含具有可靠性高的密封性能的密封剂的物品。此外,本发明的目的在于提供具有高的可靠性的有机系太阳能电池。
用于解决问题的方案
本发明的光固化性密封剂组合物包含:
(A)液状橡胶、
(B)含(甲基)丙烯酰基化合物、
(C)能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂、以及
(D)光聚合引发剂。
组合物通过具有这样的组成,从而即使在遮光部分也发挥充分的光固化性,与基材的粘接性优异,能够形成具有可靠性高的密封性能的密封剂。
本发明的光固化性密封剂组合物优选(A)成分的SP值为6~9。由此,电解液耐性以及对由于水的浸入、氧而导致的恶化等的耐性提高,密封剂的可靠性和密合性优异。
本发明的光固化性密封剂组合物优选(A)成分为三元乙丙橡胶共聚物或液状饱和弹性体。
本发明的光固化性密封剂组合物优选相对于100质量份的成分(A)包含10~200质量份的成分(B)。由此,具有树脂的交联度上升,兼顾与基材的密合性和电解质耐性、密封剂的涂敷性的效果。
本发明的光固化性密封剂组合物优选(D)成分包含吸收波长不同的2种以上光聚合引发剂。由此,能够在早期使光固化性密封剂组合物凝胶化,接着使其完全固化。
就本发明的光固化性密封剂组合物而言,即使在应用光固化性密封剂组合物的基材为有机树脂的情况下也能够优选使用。
本发明的物品为包含上述任一种的光固化性密封剂组合物的固化物且选自太阳能电池、显示器、电子部件、涂敷材料以及粘接剂中的物品。物品通过包含这样的固化物,从而具有高的可靠性。
本发明的有机系太阳能电池包含:
第1电极基材、
第2电极基材、
遮光性构件、以及
密封剂,
上述第1电极基材和上述第2电极基材相对配置,
上述第1电极基材具有第1面和第2面2个面,
上述第1电极基材的上述第1面与上述第2电极基材相对,
上述第1电极基材的上述第2面为光入射面,
在上述第1电极基材的上述第1面上,配置有遮光性构件,
上述密封剂至少位于上述述遮光性构件的与上述光入射面侧相反侧的遮光部分。有机系太阳能电池通过包含这样的固化物,从而具有高的可靠性。
就本发明的有机系太阳能电池而言,即使在第1电极基材阻隔50%以上的300nm以下波长的情况下也能够优选使用。
本发明的有机系太阳能电池优选上述密封剂为包含能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂的光固化性密封剂组合物的固化物。由此,遮光部分的密封剂的可靠性提高。
发明效果
根据本发明,能够提供即使在遮光部分也发挥充分的光固化性、与基材的粘接性优异、能够形成具有可靠性高的密封性能的密封剂的光固化性密封剂组合物。根据本发明,还能够提供包含具有可靠性高的密封性能的密封剂的物品。根据本发明,还提供具有高的可靠性的有机系太阳能电池。
附图说明
图1为本发明的有机系太阳能电池的一个例子的示意性剖面图。
图2为本发明的有机系太阳能电池的另一个例子的示意性剖面图。
图3为通常的有机系太阳能电池的一个例子的示意性剖面图。
图4为通常的有机系太阳能电池的一个例子的示意性剖面图的放大图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明。这些记载仅是为了对本发明进行示例,并不对本发明有任何限定。
在本说明书中,数值范围只要没有另外记载,旨在包含该范围的下限值和上限值。例如,10~200质量份旨在包含下限值10质量份和上限值200质量份,表示10质量份以上且200质量份以下。
(光固化性密封剂组合物)
本发明的光固化性密封剂组合物(以下,有时简称为“密封剂组合物”)包含:
(A)液状橡胶、
(B)含(甲基)丙烯酰基化合物、
(C)能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂、以及
(D)光聚合引发剂。
密封剂组合物通过具有这样的组成,从而即使在遮光部分也发挥充分的光固化性,与基材的粘接性优异,能够形成具有可靠性高的密封性能的密封剂。
<(A)成分>
(A)成分为液状橡胶。液状橡胶是指在23℃为液状的橡胶。
(A)成分只要是液状橡胶则没有特别限定,能够使用公知的液状橡胶。可举出例如,液状的具有环状烯烃结构的聚合物、液状饱和弹性体等。(A)成分优选为液状的具有环状烯烃结构的聚合物和/或液状饱和弹性体。
作为液状的具有环状烯烃结构的聚合物,可举出例如液状的具有降冰片烯结构的聚合物等。
液状的具有环状烯烃结构的聚合物优选包含:由乙烯衍生的结构单元(i)、由碳原子数为3~20的α-烯烃衍生的结构单元(ii)、以及由选自以下通式(1)所表示的降冰片烯化合物和通式(2)所表示的降冰片烯化合物中的至少1种非共轭多烯衍生的结构单元(iii)。
[化学式1]
通式(1)中,R1为氢原子、或碳原子数为1~10的烷基,R2为氢原子或碳原子数为1~5的烷基,n为0~10的整数。通式(2)中,R3为氢原子或碳原子数为1~10的烷基。
作为构成结构单元(ii)的碳原子数为3~20的α-烯烃,可举出例如:丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯、1-十一碳烯、1-十二碳烯、1-十三碳烯、1-十四碳烯、1-十五碳烯、1-十六碳烯、1-十七碳烯、1-十九碳烯、1-二十碳烯、9-甲基-1-癸烯、11-甲基-1-十二碳烯、12-乙基-1-十四碳烯等。α-烯烃优选为碳原子数为3~10的α-烯烃。α-烯烃更优选为选自1-丁烯、1-己烯以及1-辛烯中的1种以上。碳原子数为3~20的α-烯烃可以单独使用1种、或组合使用2种以上。
构成结构单元(iii)的非共轭多烯,为末端含有乙烯基的降冰片烯化合物,选自上述通式(1)所表示的降冰片烯化合物和通式(2)所表示的降冰片烯化合物中的至少1种。
通式(1)中,n为0~10的整数。n优选为0~5的整数。
通式(1)中,R1为氢原子或碳原子数为1~10的烷基。作为烷基,可举例如:甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、己基、异己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。R1优选为氢原子、甲基或乙基。
通式(1)中,R2为氢原子或碳原子数为1~5的烷基。作为烷基,可举出例如上述R1具体例子中碳原子数为1~5的烷基。R2优选为氢原子、甲基或乙基。
通式(2)中,R3为氢原子或碳原子数为1~10的烷基。作为烷基,可举出例如R1中所举出的烷基。
作为通式(1)或(2)所表示的降冰片烯化合物,可举出例如:5-亚甲基-2-降冰片烯、5-乙烯基-2-降冰片烯、5-(2-丙烯基)-2-降冰片烯、5-(3-丁烯基)-2-降冰片烯、5-(1-甲基-2-丙烯基)-2-降冰片烯、5-(4-戊烯基)-2-降冰片烯、5-(1-甲基-3-丁烯基)-2-降冰片烯、5-(5-己烯基)-2-降冰片烯、5-(5-庚烯基)-2-降冰片烯、5-(1-甲基-4-戊烯基)-2-降冰片烯、5-(2,3-二甲基-3-丁烯基)-2-降冰片烯、5-(2-乙基-3-丁烯基)-2-降冰片烯、5-(6-庚烯基)-2-降冰片烯、5-(3-甲基-5-己烯基)-2-降冰片烯、5-(3,4-二甲基-4-戊烯基)-2-降冰片烯、5-(3-乙基-4-戊烯基)-2-降冰片烯、5-(7-辛烯基)-2-降冰片烯、5-(2-甲基-6-庚烯基)-2-降冰片烯、5-(1,2-二甲基-5-己基)-2-降冰片烯、5-(5-乙基-5-己烯基)-2-降冰片烯、5-(1,2,3-三甲基-4-戊烯基)-2-降冰片烯等。降冰片烯化合物优选选自5-乙烯基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、5-(2-丙烯基)-2-降冰片烯、5-(3-丁烯基)-2-降冰片烯、5-(4-戊烯基)-2-降冰片烯、5-(5-己烯基)-2-降冰片烯、5-(5-庚烯基)-2-降冰片烯、5-(6-庚烯基)-2-降冰片烯以及5-(7-辛烯基)-2-降冰片烯中的1种以上。
作为非共轭多烯,除了通式(1)和(2)所表示的降冰片烯化合物以外,作为追加的非共轭多烯,可以并用例如:1,4-己二烯、3-甲基-1,4-己二烯、4-甲基-1,4-己二烯、5-甲基-1,4-己二烯、4,5-二甲基-1,4-己二烯、7-甲基-1,6-辛二烯等链状非共轭二烯;甲基四氢茚、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-异亚丙基-2-降冰片烯、5-亚乙烯基-2-降冰片烯、6-氯代甲基-5-异丙烯基-2-降冰片烯、二环戊二烯等环状非共轭二烯;2,3-二异亚丙基-5-降冰片烯、2-亚乙基-3-异亚丙基-5-降冰片烯、2-丙烯基-2,2-降冰片二烯等三烯等非共轭多烯。
在并用通式(1)和(2)所表示的降冰片烯化合物、和上述追加的非共轭多烯的情况下,它们的比只要适当调节即可,没有特别限定。例如,相对于100摩尔%的通式(1)和(2)所表示的降冰片烯化合物,以通常50摩尔%以下、优选40摩尔%以下、更优选30摩尔%以下、进一步优选20摩尔%以下、特别优选10摩尔%以下的比例使用追加的非共轭多烯。
由乙烯衍生的结构单元(i)、和由碳原子数为3~20的α-烯烃衍生的结构单元(ii)的摩尔比((i)∶(ii))只要适当调节即可,没有特别限定,但通常为35∶65~95∶5,优选为40∶60~90∶10,更优选为45∶55~85∶15。
液状的具有环状烯烃结构的聚合物特别优选为三元乙丙橡胶共聚物。
优选液状的具有环状烯烃结构的聚合物为低粘度。因此,液状的具有环状烯烃结构的聚合物的重均分子量(Mw)优选为10000以下,更优选为2000~6000。
液状的具有环状烯烃结构的聚合物的碘值没有特别限定,只要适当调节即可,可以通常设为0~55(g/100g),优选设为5~30(g/100g),更优选设为10~20(g/100g)。通过将碘值设为上述范围内,从而能够降低与电解液的反应性,提高可靠性,与成分(B)的甲基丙烯酰基化合物的反应性也好。
液状的具有环状烯烃结构的聚合物的制备方法没有特别限定,能够使用公知的方法。例如,能够通过新聚合物制造工序(株式会社工业调查会、309~330页)、专利文献1中记载的方法而制备。例如,液状的具有环状烯烃结构的聚合物可通过以下方法而获得:在含有钒化合物和有机铝化合物为主成分的催化剂的存在下,以聚合温度20~60℃、聚合压力0.4~5MPa、非共轭多烯和乙烯的供给量的摩尔比(非共轭多烯/乙烯)0.01~0.2的条件,将乙烯、碳原子数为3~20的α-烯烃以及非共轭多烯进行无规共聚。
液状的具有环状烯烃结构的聚合物可以使用接枝改性剂进行接枝改性。接枝改性剂可以单独使用1种、或组合使用2种以上。作为接枝改性剂,可举出例如:不饱和羧酸、不饱和羧酸的酸酐、不饱和羧酸酯、含羟基烯属不饱和化合物、含氨基烯属不饱和化合物、含环氧基烯属不饱和化合物、芳香族乙烯基化合物、乙烯基酯化合物、氯乙烯等。
作为接枝改性剂的不饱和羧酸,可举出例如:丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、四氢邻苯二甲酸、双环(2,2,1)庚-2-烯-5,6-二羧酸等。
作为接枝改性剂的不饱和羧酸的酸酐,可举出例如:马来酸酐、衣康酸酐、柠康酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、双环(2,2,1)庚-2-烯-5,6-二羧酸酐等。
作为接枝改性剂的不饱和羧酸酯,可举出例如:丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、马来酸二甲酯、马来酸单甲酯、富马酸二甲酯、衣康酸二甲酯、柠康酸二乙酯、四氢邻苯二甲酸二甲酯、双环(2,2,1)庚-2-烯-5,6-二羧酸二甲酯等。
此外,接枝改性剂的使用量相对于100g的接枝改性前的聚合物优选为0.1摩尔以下。
将液状的具有环状烯烃结构的聚合物(未改性聚合物)进行接枝改性的方法没有特别限定,能够适当选择使用公知的方法。例如,能够通过使未改性聚合物和接枝改性剂在自由基引发剂的存在下反应,从而得到接枝改性聚合物。
作为自由基引发剂没有特别限定,能够适当选择使用。可举出例如:过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化物、二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化叔丁基异丙苯、二叔戊基过氧化物、叔丁基过氧化氢、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己炔-3、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧化)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、α,α’-双(叔丁基过氧化-间异丙基)苯等二烷基过氧化物类;过氧化乙酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化马来酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化邻苯二甲酸二叔丁酯等过氧化酯类;二环己酮过氧化物等酮过氧化物类以及它们的组合等。
作为液状的具有环状烯烃结构的聚合物,可以使用市售品。作为市售品,可举出例如三井化学株式会社制造的三元乙丙橡胶的PX-068等三井EPT系列等。
液状饱和弹性体为呈液状且主链饱和的树脂,可举出例如加氢聚丁二烯、加氢聚异戊二烯、加氢丁二烯-异戊二烯共聚物、聚异丁烯等。液状饱和弹性体优选选自加氢聚丁二烯、加氢聚异戊二烯、加氢丁二烯-异戊二烯共聚物以及聚异丁烯中的至少一种。
液状饱和弹性体可以在侧链、一个末端或两末端具有官能团,也可以不具有官能团。作为这样的末端官能团,可举出例如(甲基)丙烯酰基、环氧基、酸酐基、羟基、以及羧基。
作为液状饱和弹性体,可以使用市售品。作为市售品,可举出例如:大阪有机化学工业株式会社制造的产品名SPBDA-30、SPBDA-S30;属于日本曹达株式会社制造的NISSO(注册商标)-PB加氢型PB树脂(加氢聚丁二烯类)的GI系列、CI系列、BI系类;新日本石油制造的(加氢聚丁烯)HV-300、HV-300M等。作为具体例,可举出GI-1000(数均分子量=约1500、碘值21mg/100g以下)、GI-2000(数均分子量=约2100、碘值21mg/100g以下、末端官能团=羟基)、GI-3000(数均分子量=约3000、碘值21mg/100g以下)等GI系列;CI-1000(数均分子量=约1400、碘值21mg/100g以下、末端官能团=羧基)等CI系列;BI-2000(数均分子量=约2100、碘值21mg/100g以下)、BI-3000(数均分子量=约3100、碘值21mg/100g以下)等BI系列等。
(A)成分的重均分子量优选为1000~10000。
(A)成分的SP值优选为6~9。由此,电解液耐性以及对由于水的浸入、氧而导致的恶化等的耐性提高,密封剂的可靠性和密合性优异。上述(A)成分中的一部分的SP值(单元:cal/cm3)如下所述:
氟橡胶7.3
环烯烃聚合物(COP)7.4
聚丁二烯8.3
聚异丁烯7.8
聚异戊二烯8.1
三元乙丙橡胶共聚物8
聚乙烯8.1
聚苯乙烯8.7
苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)8.1~8.6
(A)成分特别优选为三元乙丙橡胶共聚物或液状饱和弹性体。
(A)成分可以单独使用1种、或组合使用2种以上。
<(B)成分>
(B)成分为含(甲基)丙烯酰基化合物。即,为具有丙烯酰基的化合物和/或具有甲基丙烯酰基的化合物。虽然不期望受理论束缚,但推测通过并用上述(A)成分和(B)成分,交联度增大、可靠性提高。另外,在用于后述(E)成分的表面处理的硅烷偶联剂具有(甲基)丙烯酰基的情况下,该硅烷偶联剂并不作为(B)成分来处理,而是作为硅烷偶联剂来处理。
(B)成分没有特别限定,能够适当选择使用。可举出例如:丙烯酸、甲基丙烯酸等羧酸;丙烯酸缩水甘油酯、四氢糠基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、四氢糠基甲基丙烯酸酯等具有环状醚基的含(甲基)丙烯酰基化合物;丙烯酸环己基酯、丙烯酸异冰片酯、二环戊烯基丙烯酸酯、二环戊烯基氧基乙基丙烯酸酯、二环戊基丙烯酸酯、二环戊基乙基丙烯酸酯、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、1-金刚烷基丙烯酸酯、环己基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、二环戊烯基甲基丙烯酸酯二环戊烯基氧基乙基甲基丙烯酸酯、二环戊基甲基丙烯酸酯、二环戊基乙基甲基丙烯酸酯、4-叔丁基环己基甲基丙烯酸酯、1-金刚烷基甲基丙烯酸酯等具有环状脂肪族基团单官能团含(甲基)丙烯酰基化合物;(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲基丙烯酸酯、(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲基甲基丙烯酸酯等含氧杂环丁烷基化合物、(2-甲基-2-乙基-1,3-二氧杂环戊烷-4-基)甲基丙烯酸酯等含二氧杂环戊烷基化合物、丙烯酸月桂酯、丙烯酸异壬酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异壬酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异戊酯等具有链状脂肪族基团的单官能团含(甲基)丙烯酰基化合物;丙烯酸苄酯、丙烯酸苯氧基乙酯、甲基丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苯氧基乙酯、2-羟基-3-苯氧基丙基甲基丙烯酸酯、苯酚EO改性丙烯酸酯等具有芳香环的单官能团含(甲基)丙烯酰基化合物;N-丙烯酰氧基乙基六氢邻苯二甲酰亚胺等含邻苯二甲酰亚胺化合物;环氧化异氰脲酸三丙烯酸酯ε-己内酯改性三-(2-丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、异氰脲酸EO改性二以及三丙烯酸酯等含异氰脲酸化合物;聚乙二醇二丙烯酸酯、癸二醇二丙烯酸酯、壬二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯等多官能团含(甲基)丙烯酰基化合物等。
(B)成分优选包含具有羧基或酸酐基的化合物。
(B)成分的重均分子量优选小于1000。
(B)成分的量没有特别限定,只要适当调节即可。密封剂组合物优选包含相对于100质量份的(A)成分为10~200质量份的(B)成分。
<(C)成分>
(C)成分为能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂。通过在密封剂组合物中配合这样的(C)成分,从而即使在遮光部分密封剂组合物也易于光固化。
作为(C)成分,只要是能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系化合物则没有特别限定。作为(C)成分,可举出例如:蒽化合物、香豆素化合物、咔唑化合物、苯并噁唑化合物、萘及卤化萘等萘化合物、茋化合物、联苯胺化合物、芘化合物、苝化合物、萘二甲酰亚胺化合物、以及苯并三唑化合物等。推定用作(C)成分的这样的化合物由于吸收300nm以上波长的光而产生能量转移、电子转移等,因此即使在由单一方向的光照射无法得到充分的光照射的遮光部分,也可实现密封剂组合物的充分的固化。其中,(C)成分优选为蒽化合物、咔唑化合物、萘化合物。更优选为蒽化合物。可举出在蒽环的9位或9位和10位具有选自-OR基、-OC(O)OR基以及它们的组合中的1种以上基团(R为碳原子数为1~12的烷基、烯丙基或碳原子数为为6~12的芳基)的取代蒽化合物。在蒽环的9位和10位具有上述取代基的情况下,这些取代基可以相同,也可以不同。
取代蒽化合物例如在9位具有-OR基的情况下,为9-取代蒽化合物,在R为烷基的情况下,为9-烷氧基蒽化合物。取代蒽化合物例如在9位和10位具有-OR基的情况下,为9,10-取代蒽化合物,在R为烷基的情况下,为9,10-二烷氧基蒽化合物。
取代蒽化合物例如在9位具有-OC(O)OR基的情况下,为9-取代羰氧基蒽化合物,在R为烷基的情况下,为9-烷氧基羰氧基蒽化合物。取代蒽化合物例如在9位和10位具有-OC(O)OR基的情况下,为9,10-双(取代羰氧基)蒽化合物,在R为烷基的情况下,为9,10-双(烷氧基羰氧基)蒽化合物。
作为R的烷基,可举出例如:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、戊基、己基、庚基、辛基、2-乙基己基、壬基、癸基或十二烷基等。
作为R的烯丙基,可举出例如烯丙基、甲基烯丙基等。
作为R的芳基,可举出例如苯基、对甲苯基、间甲苯基、邻甲苯基、1-萘基、2-萘基等。
取代蒽化合物在除9位和10位以外的位置,还可以具有1或2个以上选自碳原子数为1~8的烷基和卤原子(氟原子、氯原子、溴原子、碘原子)中的任一者或二者。
优选9-烷氧基蒽化合物为9-乙氧基蒽,9,10-二烷氧基蒽化合物为选自9,10-二乙氧基蒽、9,10-二丙氧基蒽、9,10-二(正丁氧基)蒽、9,10-二(叔丁氧基)蒽、9,10-二(异丁氧基)蒽以及9,10-二(叔丁氧基)蒽中的1种以上。
9,10-双(取代羰氧基)蒽化合物优选选自9,10-双(甲氧基羰氧基)蒽、9,10-双(乙氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正丙氧基羰氧基)蒽、9,10-双(异丙氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正丁氧基羰氧基)蒽、9,10-双(异丁氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正戊基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正己基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正庚基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正辛基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(2-乙基己基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正壬基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正癸基氧基羰氧基)蒽、9,10-双(正十二烷基氧基羰氧基)蒽以及9,10-双(烯丙基氧基羰氧基)蒽中的1种以上。
从遮光部分的固化性观点出发,更优选使用选自9,10-双(甲氧基羰氧基)蒽、9,10-双(异丁氧基羰氧基)蒽、9,10-二苯基蒽以及9,10-双(苯基乙炔基)蒽、9,10-双(正辛酰氧基)蒽等蒽化合物;4,4’-双(9H-咔唑-9-基)联苯基以及9-苯基咔唑等咔唑化合物;以及、2,5-噻吩二基双(5-叔丁基-1,3-苯并噁唑)等苯并噁唑化合物中的化合物。
从透明性的观点出发,更优选使用选自9,10-双(正辛酰氧基)蒽等蒽化合物、4,4’-双(9H-咔唑-9-基)联苯以及9-苯基咔唑等咔唑化合物;反式-1,2-二苯基乙烯等茋化合物;N,N’-二(1-萘)-N,N’-二苯基联苯胺等联苯胺化合物中的化合物。进一步优选咔唑化合物,特别优选4,4’-双(9H-咔唑-9-基)联苯或9-苯基咔唑。
(C)成分可以单独使用1种、或组合使用2种以上。
(C)成分的量没有特别限定,只要适当调节即可。例如,相对于合计100质量份的(A)成分和(B)成分,通常为0.01质量份以上,优选为0.1质量份以上,更优选为0.5质量份以上,通常为10质量份以下,优选为5质量份以下,更优选为3质量份以下。
<(D)成分>
(D)成分为光聚合引发剂。(D)成分没有特别限定,能够使用公知的光聚合引发剂。
作为(D)成分,可举出例如:苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、间氯代苯乙酮、对叔丁基三氯代苯乙酮、4-二烷基苯乙酮、2-苄基甲基2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1等苯乙酮类;二苯甲酮等二苯甲酮类;米蚩酮等米蚩酮类;偶苯酰、苄基甲基醚等偶苯酰类;苯偶姻、2-甲基苯偶姻等苯偶姻类;苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻异丙基醚、苯偶姻丁基醚等苯偶姻醚类;苄基二甲基缩酮等苄基二甲基缩酮类;噻吨酮等噻吨酮类;苯丙酮、蒽醌、乙偶姻、丁偶姻、甲苯偶因、苯甲酰苯甲酸酯、α-酰基肟酯等各种羰基化合物;二硫化四甲基秋兰姆、一硫化四甲基秋兰姆、噻吨酮、2-氯代噻吨酮、二苯基二硫化物、2-甲基-1-(4-甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙烷-1-酮等硫黄化合物;偶氮二异丁腈、偶氮二-2,4-二甲基戊腈等偶氮化合物;过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物等过氧化物。另外,可举出:苯基氧代乙酸酯类;2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦等酰基氧化膦类;有机染料系化合物、铁-酞菁系化合物等。
密封剂组合物优选(D)成分包含吸收波长不同的2种以上光聚合引发剂。由此,能够根据吸收波长而改变固化速度,成为使有机系太阳能电池的电解质和密封剂组合物相接触的部分在早期凝胶化、而后再实施完全固化等的方式。
作为吸收波长不同的2种以上光聚合引发剂,可举出例如吸光系数高的主要吸收波长为300nm以下的光聚合引发剂、和吸光系数高的主要吸收波长超过300nm的光聚合引发剂。
作为吸光系数高的主要吸收波长为300nm以下的光聚合引发剂,例如作为α-羟基烷基苯基酮系自由基聚合引发剂,可举出2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(商品名“DAROCUR 1173”BASF公司制造)、1-羟基环己基苯基酮(商品名“IRGACURE184”BASF公司制造)、1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(商品名“IRGACURE2959”BASF公司制造)、2-羟基-1-{4-[4-(2-羟基-2-甲基丙酰基)-苄基]苯基}-2-甲基-1-酮(商品名“IR GACURE127”BASF公司制造)、2-羟基-2-甲基-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙醇低聚物(商品名“Esacure KIP-150”ランバルティ公司制造)、作为碘盐的碘鎓、4-甲基苯基[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸酯(1-)(商品名“IRGAC URE250”BASF公司制造)、氧基苯基醋酸、2-[2-氧代-2-苯基乙酰氧基乙氧基]乙基酯和氧基苯基醋酸、2-(2-羟基乙氧基)乙基酯的混合物(IRGACU RE754)等混合物等,从透明性和固化性的观点出发,IRGACURE184、Esacure KIP-150等是良好的。
作为吸光系数高的主要吸收波长超过300nm的光聚合引发剂,可举出例如:2-甲基-1-(4-甲基硫代苯基)-2-吗啉代丙烷-1-酮(商品名IRGACURE907)或2-苄基甲基2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮-1(商品名IRGACUR E369)、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(商品名Lucirin TPO)、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦(商品名IRGACURE819)等,从粘接剂内部的固化性等方面出发,Lucirin TPO、IRGACURE819等是优异的。
(D)成分可以单独使用1种、或组合使用2种以上。
(D)成分的量没有特别限定,只要适当调节即可。例如,相对于合计100质量份的(A)成分和(B)成分,通常为0.1质量份以上,优选为1质量份以上,通常为10质量份以下,优选为5质量份以下。此外,相对于(C)成分,通常为0.1重量倍以上且10重量倍以下,以(D)成分/(C)成分的摩尔比计,通常为0.1以上且10.0以下,优选为0.5以上且8.0以下,更优选为3.5以上且6.0以下。
(其它任意成分)
密封剂组合物除了包含上述的(A)、(B)、(C)以及(D)成分以外,还任意地包含可用于密封剂组合物的(E)填料、溶剂、催化剂、着色剂、阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂、消泡剂、偶联剂、流平剂、流变控制剂、阻聚剂等。为了保持保存稳定性能够使用阻聚剂,但当阻聚剂的添加量过多时,保存稳定性变好而另一方面,反应性变慢,因此优选将其添加量设为0.001~0.1质量。
<(E)成分>
(E)成分为填料,是任意成分。(E)成分具有提高机械性质、防湿性的效果、降低气体透过率的效果。(E)成分没有特别限定,只要从公知的无机填料和有机填料中选择使用即可。
作为无机填料,可举出例如:二氧化硅、硅酸细粉、氧化铝、氧化镁、氧化钡、氧化钙等氧化物系填料;炭黑、石墨;氢氧化铝、氢氧化镁等氢氧化物系填料;硅藻土、石灰石等沉积岩系统填料;高岭石、蒙脱土等粘土矿物系填料;铁氧体、铁、钴等磁性填料;银、金、铜、合金、将这些金属镀于表面的二氧化硅、树脂粒子等导电性填料;轻质碳酸钙、重质碳酸钙、滑石、粘土等。
二氧化硅的种类没有特别限定,只要适当选择即可。可举出例如气相二氧化硅、沉淀二氧化硅等。
炭黑的种类没有特别限定,只要适当选择即可。可举出例如SRF、GPF、FEF、HAF、ISAF、SAF、FT、MT等。
作为有机填料,可举出例如有机硅填料、环氧树脂填料、聚酰胺纤维等。
(E)成分可以为进行了表面处理的成分,也可以是未进行表面处理的成分,也可以是二者的组合。优选(E)成分进行了表面处理。表面处理的方法没有特别限定,能够使用公知的表面处理的方法。例如,可以使用硅烷偶联剂;六甲基二硅氮烷、氯硅烷、烷氧基硅烷等反应性硅烷;低分子量的硅氧烷等进行表面处理。
作为硅烷偶联剂,能够举出例如:3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷;3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷;对苯乙烯基三甲氧基硅烷、对苯乙烯基三乙氧基硅烷;乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷;2-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷;N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷;3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷等。
(E)成分的量没有特别限定,只要适当调节即可。密封剂组合物包含相对于100质量份的(A)成分优选为0.1~1000质量份、更优选为1~300质量份的(E)填料。形状没有特别限定,只要适当选择粒等无定形、球、板状、棒状等即可。例如在将本发明的密封剂组合物用于染料敏化太阳能电池的情况下,粒径只要根据光电极和对置电极间的距离适当选择即可,通常为0.001μm~500μm,优选为0.01~50μm。
<光固化性密封剂组合物的制备方法>
光固化性密封剂组合物的制备方法没有特别限定,只要使用公知的方法进行制备即可。例如,能够通过如下方法来制备:使用砂磨机、分散器、胶体磨机、行星式搅拌机、捏合机、三辊机等公知的混合装置,混合上述的(A)、(B)、(C)及(D)成分以及根据需要添加的其它成分。
<光固化性密封剂组合物的固化方法>
作为用于使本发明的光固化性密封剂组合物固化的能量射线,可使用紫外线、可见光、红外线、电子束等活性能量射线,为了实现高速印刷,优选紫外线、电子束。
作为紫外线照射装置,通常能够使用具有包含200~500nm范围的光的光源、例如高压水银灯、超高压水银灯、金属卤化物灯、镓灯、氙灯、碳弧灯的紫外线照射装置。另一方面,在使用电子束使其固化的情况下,通常能够使用具有100~500eV的能量的电子束加速装置。
固化条件等只要以通常实施的公知的条件进行即可。活性能量射线的累积照射量通常为100~10000mJ/cm2,优选为200~5000mJ/cm2,更优选为300~4000mJ/cm2。
本发明的光固化性密封剂组合物能够用于柔性版印刷、凹版印刷、丝网印刷、喷墨印刷、胶版印刷或棒涂法、浸渍法、流涂法、喷涂法、旋涂法、辊涂法、逆涂法(reversecoat)、气刀法、分配法等之类的印刷、涂装,能够根据涂敷的基材的形状等适当选择。
应用光固化性密封剂组合物的基材优选为有机树脂。
本发明的光固化性密封剂组合物能够用于太阳能电池、显示器、电子部件、涂敷材料、粘接剂等物品。可举出例如有机系太阳能电池、微型计算机、晶体管、电容器、电阻器、继电器、变压器等以及搭载有它们的安装电路板等,进而也可以用于与这些电子部件接合的引线、导线(harness)、膜基材;液晶显示面板、等离子体显示面板、有机电致发光面板、场致发射显示面板等平板显示器面板的信号输入部、触控面板的接触式传感器及其布线等。
(物品)
本发明的物品为包含上述任一种的光固化性密封剂组合物的固化物且选自太阳能电池、显示器、电子部件、涂敷材料以及粘接剂中的物品。物品通过包含这样的固化物,从而具有高的可靠性。
本发明的物品只要包含上述光固化性密封剂组合物的固化物即可,只要代替现有的密封剂而使用使上述光固化性密封剂组合物光固化而得到的密封剂即可。
(有机系太阳能电池)
本发明的有机系太阳能电池包含:
第1电极基材、
第2电极基材、
遮光性构件、以及
密封剂,
上述第1电极基材和上述第2电极基材相对配置,
上述第1电极基材具有第1面和第2面2个面,
上述第1电极基材的上述第1面与上述第2电极基材相对,
上述第1电极基材的上述第2面为光入射面,
在上述第1电极基材的上述第1面上,配置有遮光性构件,
上述密封剂至少位于上述述遮光性构件的与上述光入射面侧相反侧的遮光部分。有机系太阳能电池通过包含这样的固化物,从而具有高的可靠性。
作为有机系太阳能电池,可举出例如染料敏化太阳能电池、钙钛矿型太阳能电池等有机系太阳能电池。
以下,作为本发明的有机系太阳能电池的一个例子,基于染料敏化太阳能电池进行说明。
图1为本发明的有机系太阳能电池(串联型染料敏化太阳能电池)的结构的一个例子。该有机系太阳能电池1包含第1电极基材(光电极基材)11、第2电极基材(对置电极基材)12、遮光性构件15以及密封剂16,第1电极基材11和第2电极基材12相对配置,第1电极基材11具有第1面17和第2面18 2个面,第1电极基材11的上述第1面17与第2电极基材12相对,第1电极基材11的第2面18为光入射面,在第1电极基材11的第1面17上配置有遮光性构件15,至少遮光性构件15的与光入射面侧相反侧的部分成为遮光部分19,密封剂16位于该遮光部分19。在该图1所示的例子中,遮光性构件15为银布线20和导通连接材料21。此外,在将第1电极基材11和第2电极基材12用密封剂16包围的空间,封入有电解质层(电解液)22,在银布线20之间配置有多孔质半导体微粒层23和催化剂层24。
就本发明的有机系太阳能电池而言,即使在第1电极基材阻隔50%以上的300nm以下波长的情况下也能够优选使用。
本发明的有机系太阳能电池优选上述密封剂为包含能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂的光固化性密封剂组合物的固化物。由此,遮光部分的密封剂的可靠性高。作为这样的芳香族系敏化助剂,可举出例如上述光固化性密封剂组合物的(C)成分。
<密封剂>
密封剂中有(1)光自由基固化系、(2)光阳离子固化系、(3)光阴离子固化系,优选光自由基固化系。
作为(1)光自由基固化系的树脂,能够举出例如环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚丁二烯丙烯酸酯、聚异戊二烯丙烯酸酯、聚异丁烯丙烯酸酯、多元醇丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、有机硅树脂丙烯酸酯等,其中,优选环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯。
环氧丙烯酸酯为在包含来自环氧基[-CH(OH)-CH2O-]的环氧树脂的一个分子中,导入了一个或其以上的(甲基)丙烯酸的化合物。可以包含除了环氧残基以外的官能团、例如醚基、羟基等。作为这样的多官能团环氧丙烯酸酯,可举出例如双酚A型环氧丙烯酸酯、双酚F型环氧丙烯酸酯、联苯型环氧丙烯酸酯、苯酚酚醛清漆型环氧丙烯酸酯、甲酚酚醛清漆型环氧丙烯酸酯、脂肪族多元醇的环氧丙烯酸酯、脂环式环氧丙烯酸酯等。环氧丙烯酸酯可以是一种或二种以上的混合物。
此外,聚酯丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸与多元酸和多元醇脱水缩合而成的聚酯的一个或比其多的醇残基进行了酯键合的衍生物。另外,在分子中,可以包含除了酯基以外的官能团、例如醚基、羟基等。作为二元酸,可举出马来酸、富马酸、己二酸、邻苯二甲酸,间苯二甲酸、四氯邻苯二甲酸等。作为上述多元醇,可举出乙二醇、二乙二醇、丙二醇、新戊二醇、甘油乙二醇、三羟甲基丙烷等。聚酯丙烯酸酯可以是一种或二种以上的混合物。
进而,聚氨酯丙烯酸酯是使用现有已知的方法使多异氰酸酯、多元醇以及含羟基(甲基)丙烯酸酯反应而得到的。即,首先使多异氰酸酯和多元醇反应生成高分子多异氰酸酯,接着使其与含羟基(甲基)丙烯酸酯反应,在末端结合不饱和基团,从而得到,或首先使含羟基(甲基)丙烯酸酯和多异氰酸酯反应,接着使得到的不饱和多异氰酸酯和多元醇根据情况在多异氰酸酯共存下反应,从而得到。
作为聚氨酯丙烯酸酯用的多元醇,可举出例如:聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇以及它们的共聚物、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇、2,2’-硫代二乙醇等。这些多元醇可以是一种或二种以上的混合物。作为聚氨酯丙烯酸酯用的含羟基(甲基)丙烯酸酯,可举出例如:2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羟基丙基(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇单(甲基)丙烯酸酯、己内酯改性2-羟基乙基(甲基)丙烯酸酯等。
此外,光自由基固化系树脂还可以包含上述的<成分(B)>。相对于100质量份的光自由基固化系的树脂,可以包含1~300质量份的(B)成分。
(2)作为光阳离子固化系的树脂,可举出乙烯基醚化合物、氧杂环丁烷化合物、环氧化合物等。作为乙烯基醚化合物,可举出甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚等,作为氧杂环丁烷化合物,可举出2-乙基己基氧杂环丁烷、3-乙基-3-羟基甲基氧杂环丁烷(氧杂环丁烷醇)、烯丙氧基氧杂环丁烷、苯二甲基双氧杂环丁烷、3-乙基-3{[(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲氧基]甲基}氧杂环丁烷等,作为环氧化合物,可举出脂环式环氧化合物、芳香族缩水甘油醚化合物、环氧改性有机硅化合物、异氰脲酸化合物。作为脂环式环氧化合物的具体例子,可举出3,4-环氧基环己基甲基-3,4-环氧基环己烷羧酸酯、双(3,4-环氧基环己基)己二酸酯,市售的有Dow Che mical Company制造的UVR6110、UVR6105等。作为芳香族缩水甘油醚化合物的具体例子,可举出2,2’-双(4-缩水甘油基氧基苯基)丙烷,作为异氰脲酸化合物的具体例子,可举出日产化学公司制造的TEPIC-PAS(含有3个环氧基)、TEPIC-PAS1改性体(含有2个环氧基)、TEPIC-PAS2改性体(含有1个环氧基)、TEIPC-UC、TEPIC-VL、TEPIC-FL等。
(3)作为光阴离子固化系的树脂,可举出乙烯基醚化合物、氧杂环丁烷化合物、环氧化合物等。作为乙烯基醚化合物,可举出甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、异丙基乙烯基醚等,作为氧杂环丁烷化合物,可举出2-乙基己基氧杂环丁烷、3-乙基-3-羟基甲基氧杂环丁烷(氧杂环丁烷醇)、烯丙氧基氧杂环丁烷、苯二甲基双氧杂环丁烷、3-乙基-3{[(3-乙基氧杂环丁烷-3-基)甲氧基]甲基}氧杂环丁烷等,作为环氧化合物,可举出脂环式环氧化合物、加氢环氧化合物、芳香族缩水甘油醚化合物、环氧化聚丁二烯、环氧改性有机硅化合物、异氰脲酸化合物。作为脂环式环氧化合物的具体例子,可举出3,4-环氧基环己基甲基-3,4-环氧基环己烷羧酸酯、双(3,4-环氧基环己基)己二酸酯,市售的有Dow Chemical Company制造的UVR6110、UV R6105等。作为加氢环氧化合物的具体例子,可举出加氢酚醛清漆型环氧化合物、加氢双酚化合物等,市售的有JER株式会社制造的YX8034(双酚A型环氧树脂系)、DIC株式会社制造的UXA7015、东都化成社制造的ST3000、日本理化制造的RIKARESIN HBE-100、新日铁住金化学制造的ST-3000,ST4000D等。作为芳香族缩水甘油醚化合物的具体例子,可举出2,2’-双(4-缩水甘油基氧基苯基)丙烷,作为异氰脲酸化合物的具体例子,可举出日产化学公司制造的TEPIC-PAS(含有3个环氧基),还可举出TEPIC-PAS1改性体(含有2个环氧基)、TEPIC-PAS2改性体(含有1个环氧基)、TEIPC-UC、TEPIC-VL、TEPIC-FL等。其中,从电解液耐性的方面出发,优选脂环式环氧化合物、加氢环氧化合物等。
树脂可以单独使用1种、或组合使用2种以上。从兼顾固化速度、密合性等的方面出发,优选为光自由基固化系的树脂和光阳离子固化系的树脂、光自由基固化系的树脂和光阴离子固化系的树脂等的组合。
作为固化剂,可以使用通过可见光、紫外线等活性能量射线的照射而产生自由基、酸、碱等的化合物。作为通过进行光照射而产生自由基的化合物,能够使用在上述光固化性密封剂组合物中说明的D成分等。作为通过进行光照射而产生酸的化合物,能够使用作为鎓盐的芳香族碘鎓盐或芳香族硫鎓盐。作为芳香族碘鎓盐,可举出4-异丁基苯基-4’-甲基苯基碘鎓六氟磷酸盐、双(十二烷基苯基)碘鎓六氟锑酸盐、4-异丙基苯基-4’-甲基苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐等,能够使用例如Ciba Specialty Chemicals株式会社制造的IRGACURE250(4-异丁基苯基-4’-甲基苯基碘鎓六氟磷酸盐和溶剂的混合物、IRGACURE是Ciba Specialty Chemicals株式会社的注册商标)、Solvay Japan公司制造的2074(4-异丙基苯基-4’-甲基苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐)。作为芳香族硫鎓盐,可举出S,S,S’,S’-四苯基-S,S’-(4、4’-硫代二苯基)二硫鎓双六氟磷酸盐、二苯基-4-苯基硫代苯基硫鎓六氟磷酸盐、三苯基硫鎓六氟磷酸盐等,能够使用例如Dow Chemical Company制造的UVI6992(S,S,S’,S’-四苯基-S,S’-(4、4’-硫代二苯基)二硫鎓双六氟磷酸盐)。作为市售品,可举出例如和光纯药工业株式会社制造的产品名WPI-113、116、1169、170、124等WPI系列等。
作为通过对固化剂进行光照射而产生的碱,可举出例如胺化合物、咪唑化合物、脒化合物、胍化合物、膦化合物,硼化合物等。
作为固化剂,只要是可通过光照射而产生碱的化合物即可,没有特别限定,能够使用公知的光产碱剂。作为固化剂,能够举出例如:N-(2-硝基苄氧基羰基)咪唑、N-(3-硝基苄氧基羰基)咪唑、N-(4-硝基苄氧基羰基)咪唑、N-(4-氯代-2-硝基苄氧基羰基)咪唑、N-(5-甲基-2-硝基苄氧基羰基)咪唑、N-(4,5-二甲基-2-硝基苄氧基羰基)咪唑等咪唑衍生物;N-(2-甲基-2-苯基丙酰氧基)-N-环己基胺等。
作为固化剂的具体例子,能够举出9-蒽甲基N,N-二乙基氨基甲酸酯、(E)-1-[3-(2-羟基苯基)-2-丙烯酰基]哌啶、1-(蒽醌-2-基)乙基咪唑羧酸盐、2-硝基苯基甲基-4-甲基丙烯酰氧基哌啶-1-羧酸盐等非离子型光产碱剂、1,2-二异丙基-3-[双(二甲基氨基)亚甲基]胍2-(3-苯甲酰基苯基)丙酸盐、1,2-二环己基-4,4,5,5-四甲基二胍正丁基三苯基硼酸盐等离子型光产碱剂。
这些只要适当选择即可,也可以并用敏化剂。
固化剂的制备方法没有特别限定,能够使用公知的方法。可举出例如通过将硝基苄基醇衍生物作为原料并使其与羰基二咪唑反应而合成的方法。此外,例如能够按照Nishikubo,T.etal,Polym.J.,26(7),864(1994)记载的方法而制备。
固化剂也可以使用市售品。作为市售品,可举出例如和光纯药工业株式会社制造的产品名WPBG-018、027、140、165、266、300等WPBG系列等。
固化剂的配合量没有特别限定,只要适当调节即可。例如,相对于合计100质量份的树脂,通常为0.01质量份以上,优选为0.1质量份以上,更优选为1质量份以上,通常为20质量份以下,优选为10质量份以下,更优选为5质量份以下,特别优选为3质量份以下。
固化剂可以单独使用1种、或组合使用2种以上。
除此以外,可以使用在上述光固化性密封剂组合物中说明的各种材料。
以下,对作为有机系太阳能电池的一个例子的染料敏化太阳能电池的光电极、电解质层、对置电极的例子进行说明。
<光电极>
光电极没有特别限定,能够适当选择公知的光电极而使用。例如,可以为由光电极基材(第1电极基材)、在其上形成的多孔质半导体微粒层、以及使敏化染料吸附于该多孔质半导体微粒层的表面而形成的敏化染料层构成的光电极。形成有银布线等集电布线的光电极基材发挥担载多孔质半导体微粒层等的作用和作为集流体的作用。
光电极基材没有特别限定,能够适当选择公知的光电极基材而使用。可举出例如,在透明树脂、玻璃等基材上,将Au、Ag、Cu等金属网的导电膜、涂敷了Ag、Ag线等金属纳米粒子的导电膜、由铟-锡氧化物(ITO)、铟-氧化锌(IZO)、氟掺杂锡(FTO)等复合金属氧化物形成的导电膜、碳纳米管、石墨烯等碳系导电膜、PEDOT/PSS等导电性高分子膜等、以及将混合、层叠了它们的层进行层叠而成的光电极基材,或如果不需要透射性的话,可举出钛、SUS、铝等的箔、板等。导电膜的表面电阻值优选为100Ω/□以下,更优选为50Ω/□以下,进一步优选为30Ω/□以下,更进一优选为10Ω/□以下,最优选为5Ω/□以下。在透明基材上设置了透明电极层的光电极基材的光透射率(测定波长:500nm)优选为60%以上,进一步优选为75%以上,最优选为80%以上。
作为透明树脂,可举出例如:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、间同聚苯乙烯(SPS)、聚亚苯基硫化物(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAr)、聚砜(PSF)、聚酯砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、透明聚酰亚胺(PI)、环烯烃聚合物(COP)等合成树脂。
光电极基材的基材优选为有机树脂。
染料敏化太阳能电池优选在照射光能量的面具有阻隔50%以上的300nm以下波长的基材和/或电极基材。作为这样的基材,例如有三菱树脂制造的イースター、イースターUV Cut、3M制造的Scotchtint等使防紫外线膜层叠于基材的基材,例如有粘贴于玻璃基材、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环烯烃聚合物、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等有机基材等的基材。此外,还可举出层叠了ITO、FTO、石墨烯、碳纳米管等碳、PEDOT等导电性高分子、铂等贵金属导电层的玻璃、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、间同聚苯乙烯(SPS)、聚亚苯基硫化物(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚芳酯(PAr)、聚砜(PSF)、聚酯砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、透明聚酰亚胺(PI)、或聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺(PEI)、透明聚酰亚胺(PI)等电极基材。
多孔质半导体微粒层为含有半导体微粒的多孔质状的层。通过为多孔质状的层,敏化染料的吸附量增加,易于得到转换效率高的染料敏化太阳能电池。
作为半导体微粒,可举出例如氧化钛、氧化锌、氧化锡等金属氧化物的粒子。
半导体微粒的粒径(初级粒子的平均粒径)没有特别限定,只要适当调节即可。优选为2~80nm,更优选为2~60nm。通过使粒径小从而能够使电阻降低。
多孔质半导体微粒层的厚度没有特别限定,通常为、0.1~50μm,优选为5~30μm。
多孔质半导体微粒层的形成方法没有特别限定,能够适当选择公知的方法而使用。能够通过例如压制法、水解法、电泳沉积法、无粘结剂涂敷法等公知的方法而形成多孔质半导体微粒层。
敏化染料层为可被光激发而向多孔质半导体微粒层传导电子的化合物(敏化染料)吸附于多孔质半导体微粒层的表面而成的层。
敏化染料没有特别限定,能够适当选择公知的染料敏化太阳能电池的敏化染料而使用。可举出例如:花青染料、部花青染料、氧杂菁染料、呫吨染料、方酸菁染料、聚甲炔染料、香豆素染料、核黄素染料、苝染料等有机染料;铁、铜、钌等金属的酞菁配位化合物、卟啉配位化合物等金属配位化合物染料等。可举出例如以N3、N719、N749、D102、D131、D150、N205、HRS-1、MK-2等为代表的敏化染料。溶解了染料的有机溶剂为了除去溶剂中存在的水分和气体,优选预先进行脱气和蒸馏提纯。作为溶剂,优选甲醇、乙醇、丙醇等醇类;乙腈等腈类;卤化烃;醚类;酰胺类;酯类;碳酸酯类;酮类;烃;芳香族;硝基甲烷等溶剂。
敏化染料层的形成方法没有特别限定,能够适当选择公知的方法而使用。能够通过例如在敏化染料的溶液中浸渍多孔质半导体微粒层的方法、在多孔质半导体微粒层上涂敷敏化染料的溶液的方法等方法而形成敏化染料层。
<电解质层>
电解质层为用于分离光电极和对置电极并且使电荷移动高效地进行的层。作为电解质层,可以为固体、液体、凝胶状等半固体等,没有特别限定。电解质层通常含有支持电解质、氧化还原对(在氧化还原反应中能够可逆的以氧化体和还原体的形态相互转变的一对化学种子)、溶剂等。
作为支持电解质,可举出例如锂离子等碱金属、碱土金属等的盐;咪唑鎓离子、在螺原子中具有季氮原子的化合物、季铵离子等包含阳离子的离子性液体等。
氧化还原对只要是可还原被氧化的敏化染料的氧化还原对即可,能使用公知的氧化还原对。作为氧化还原对,可举出例如氯化合物-氯、碘化合物-碘、溴化合物-溴、铊离子(III)-铊离子(I)、钌离子(III)-钌离子(II)、铜离子(II)-铜离子(I)、铁离子(III)-铁离子(II)、钴离子(III)-钴离子(II)、钒离子(III)-钒离子(II)、锰酸根离子-高锰酸根离子、铁氰化物-亚铁氰化物、醌-对苯二酚、富马酸-琥珀酸等。
溶剂能够使用作为太阳能电池的电解质层的形成用溶剂而公知的溶剂。作为溶剂,可举出例如乙腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、N,N-二甲基甲酰胺、乙基甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)酰亚胺、碳酸丙烯酯、乙二醇醚、γ-丁内酯等。
电解质层的形成方法没有特别限定,能够适当选择公知的方法而使用。能够通过例如在光电极上涂敷含有电解质层的构成成分的溶液(电解液);制作具有光电极和对置电极的电池单元、在该间隙内注入电解液来形成。
<遮光性构件>
遮光性构件是指遮住光线或使透射性降低50%以上的构件。具体而言,包含后述的电极表面的集电布线、连接电极间时使用的导通连接材料、后述的对置电极上的由碳材料或碳纳米复合体形成的催化剂层、引出电极等。
<遮光部分>
遮光部分为遮光性构件的与上述光入射面侧相反侧的部分,是通过上述遮光性构件而遮住光的部分或透射性降低50%以上的部分。密封剂位于该遮光性部分。
<导通连接材料>
导通连接材料为电连接电池单元内的光电极和对置电极的导通连接材料。是用于将太阳能电池的某一电池单元与相邻的电池单元串联连接和/或并联连接的导通连接材料。例如在为Z型的太阳能电池的情况下,导通连接材料在如图1所示的垂直的截面,使光电极和对置电极上下导通,从而使电池单元彼此连接。导通连接材料并不特别限定于具有导电性的材料,但通常使用金、银、铜、钛、碳等金属填料、玻璃珠、在聚苯乙烯、丙烯酸树脂的粒子表面镀了金、银、铜、镍等的粒子、各向异性导电性膜等。进行了电镀的粒子等能够均匀地控制粒径,因此优选。粒径能够适当选择,通常为0.1~100μm,优选为1~30μm,更优选为3~15μm。它们的配合量在全部密封剂组合物中通常为0.01~20体积%,优选为0.05~10体积%,更优选为0.1~5体积%。
<集电布线>
优选以如下方式进行设计:将集电布线配置于光电极或对置电极的透明导电膜,设置区分开的电池单元部,使电流在电极内快速地移动。光电极和对置电极的集电布线优选由选自银、铜、铝、钨、镍、铬中的至少1种以上金属或它们的合金形成。优选集电布线在透明基材上以格子状形成的形状。作为集电布线的形成法,可使用溅射法、蒸镀法、电镀法或丝网印刷法等。
<对置电极>
对置电极(对电极)能够适当选择公知的对置电极而使用。可举出例如在基材(第2基材)上依次具有导电膜和催化剂层的对置电极等。
基材发挥负载催化剂层的作用。作为基材,可举出例如使用金属、金属氧化物、碳材料、导电性高分子等而形成的导电性的片、由透明树脂、玻璃形成的非导电性的片。
透明树脂可举出例如在上述光电极中列举的透明树脂。
作为导电膜,除了上述光电极中列举的导电膜以外,还可举出例如由碳纳米芽(Carbon nanobud)、富勒烯等碳材料;以及它们2种以上的组合等形成的导电膜。
催化剂层在染料敏化太阳能电池中,作为在从对置电极向电解质层传导电子时的催化剂发挥功能。催化剂层能够适当选择公知的催化剂层而使用。例如,优选具有催化剂作用的导电性高分子、碳纳米结构体、贵金属粒子、或包含碳纳米结构体和贵金属粒子二者。
作为导电性高分子,能够举出例如聚(噻吩-2,5-二基)、聚(3-丁基噻吩-2,5-二基)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)、聚(2,3-二氢噻吩并-[3,4-b]-1,4-二噁英)(PEDOT)等聚噻吩;聚乙炔及其衍生物;聚苯胺及其衍生物;聚吡咯及其衍生物;聚(对二甲苯四氢噻吩鎓氯化物)、聚[(2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基))-1,4-亚苯基亚乙烯基]、聚[(2-甲氧基-5-(3’,7’-二甲基辛氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)]、聚[2-2’,5’-双(2’-乙基己氧基)苯基]-1,4-亚苯基亚乙烯基]等聚亚苯基亚乙烯基类等。
作为碳纳米结构体,能够举出例如天然石墨、活性炭、人造石墨、石墨烯、碳纳米管、碳纳米芽等。
作为贵金属粒子,只要是具有催化剂作用的则没有特别限定,能够适当选择公知的贵金属离子而使用。可举出例如:金属铂、金属钯以及金属钌等。
催化剂层的形成方法没有特别限定,能够适当选择公知的方法而使用。能够通过例如以下方式来进行:将导电性高分子、碳纳米结构体、贵金属粒子或碳纳米结构体和贵金属粒子二者溶解或分散于适当的溶剂而得到混合液,在导电膜上涂敷或喷雾该混合液,使该混合液的溶剂干燥。在使用碳纳米结构体、贵金属粒子的情况下,还可以使混合液中含有粘结剂,从碳纳米结构体的分散性、与基材的密合性的方面出发,作为粘结剂优选使用具有羟基、羧基、磺酰基、磷酸基等官能团以及这些官能团的钠盐等的高分子。
催化剂层可以含有碳纳米管的平均直径(Av)和直径的标准偏差(σ)满足0.60>3σ/Av>0.20(以下,有时称为式(A))的碳纳米管(以下,有时称为“特定的碳纳米管”)。在此,“特定的碳纳米管”是指构成其的规定的碳纳米管的集合的总称,“直径”是指该规定的碳纳米管的外径。
特定的碳纳米管的平均直径(Av)和直径的标准偏差(σ)分别为样本平均值和样本标准偏差。它们可作为在使用透射型电子显微镜的观察下、在对随机选择的100根碳纳米管的直径进行测定时的平均值和标准偏差的形式而求得。式(A)中的3σ为对得到的标准偏差(σ)乘以3而得到的值。
通过使用特定的碳纳米管,从而能够得到具有优异的催化剂活性的对置电极。从使得到的对置电极的特性提高的观点出发,优选0.60>3σ/Av>0.25,更优选0.60>3σ/Av>0.50。
3σ/Av表示特定的碳纳米管的直径分布,该值越大,表示直径分布越广。直径分布优选设为正态分布。在该情况下的直径分布可通过如下方式而得到:使用透射型电子显微镜进行观察,对随机选择的100根碳纳米管的直径进行测定,使用其结果,以横轴作为直径、纵轴作为频率,对得到的数据进行制图,并用高斯进行近似,由此而得到。即使通过将使用不同制法而得到的碳纳米管等进行多种组合也能够增大3σ/Av的值,但该情况下难以得到正态分布的直径分布。特定的碳纳米管可以由单独的碳纳米管形成,或也可以由在单独的碳纳米管中配合不影响其直径分布的量的其它碳纳米管而成。
从得到优异的催化剂活性的观点出发,特定的碳纳米管的平均直径(Av)优选为0.5nm以上且15nm以下,更优选为1nm以上且10nm以下。
特定的碳纳米管的平均长度优选为0.1μm~1cm,更优选为0.1μm~1mm。通过使特定的碳纳米管的平均长度为上述范围内,从而易于形成高活性的催化剂层。特定的碳纳米管的平均长度能够通过例如使用透射型电子显微镜,对随机选择的100根碳纳米管进行测定而算出。
特定的碳纳米管的比表面积优选为100~2500m2/g,更优选为400~1600m2/g。通过使特定的碳纳米管的比表面积为上述范围内,从而易于形成高活性的催化剂层。特定的碳纳米管的比表面积能够通过氮吸附法而求得。
构成特定的碳纳米管的碳纳米管可以为单层,也可以为多层,从提高催化剂层的活性的观点出发,优选从单层到5层。
构成特定的碳纳米管的碳纳米管可以在表面导入羧基等官能团。官能团的导入能够通过使用了过氧化氢、硝酸等公知的氧化处理法来进行。
特定的碳纳米管能够通过公知的方法例如以下方法而得到(例如,国际公开第2006/011655号):在表面具有碳纳米管制造用催化剂层(以下,有时称为“CNT制造用催化剂层”)的基材(以下,有时称为“CNT制造用基材”)上供给原料化合物和载气,通过化学气相沉积法(CVD)法而合成碳纳米管时,使体系内存在微量的氧化剂,由此使CNT制造用催化剂层的催化剂活性飞跃性地提高的方法(超速生长法)。以下,有时将通过超速生长法而制造的碳纳米管称为SGCNT。
将特定的碳纳米管作为构成材料的催化剂层即使不包含金属也具有充分的活性。因此,可以一定不包含金属,但也可以将纳米尺寸的微量的铂等负载于特定的碳纳米管,在该情况下,可期待催化剂效果的提高。金属向碳纳米管的负载能够按照公知的方法进行。
催化剂层的厚度优选为0.005~100μm。
催化剂层所包含的特定的碳纳米管的量优选为0.1~2×104mg/m2,更优选为0.5~5×103mg/m2。
包含将特定的碳纳米管作为构成材料的催化剂层的对置电极能够通过例如以下方式来制作:制备含有特定的碳纳米管的分散液,在基材上涂敷该分散液,使得到的涂膜干燥,形成催化剂层。
作为用于制备分散液的溶剂,可举出例如:水;甲醇、乙醇、丙醇等醇类;丙酮、甲乙酮等酮类;四氢呋喃、二氧杂环己烷、二甘醇二甲醚等醚类;N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2咪唑烷酮等酰胺类;二甲基亚砜、环丁砜等含硫系溶剂等。这些溶剂能够使用1种,或组合使用2种以上。
分散液中也可以包含用于使特定的碳纳米管的分散性提高的分散剂。作为优选的分散剂,可举出例如:公知的离子表面活性剂;羧甲基纤维素(CMC)、羧甲基纤维素盐等非离子表面活性剂;聚苯乙烯磺酸钠等聚苯乙烯磺酸盐等高分子活性剂。
分散液还含有粘结剂、导电助剂、表面活性剂等。这些只要适当使用公知的化合物即可。
分散液能够通过例如在溶剂中混合特定的碳纳米管、以及根据需要添加的其它成分,使碳纳米管分散而得到。
混合处理、分散处理能够利用公知的方法。可举出例如使用Nanomizer、Ultimizer、超声波分散机、球磨机、砂磨机、DYNO磨机、钉磨机、DCP磨机、篮式磨机、涂料调节器、高速搅拌装置等的方法。
分散液中的特定的碳纳米管的含量没有特别限定,在全部分散液中优选为0.001~10质量%,更优选为0.01~5质量%。
<其它>
在作为电极发挥作用的光电极和对置电极的一者或二者可以设置防污层、硬涂层等保护层、防反射层、气体阻隔层等功能性层。在第1电极基材和多孔质半导体层之间可以设置致密的半导体(金属氧化物TiO2、SnO2、Fe2O3、WO3、ZnO、Nb2O5等)的薄膜层作为底层。此外,也可以包含用于防止短路的间隔件。
图2为本发明的有机系太阳能电池的结构的另一个例子。如图2所示,可以在与电解液22相接的密封剂(第1层密封剂)16的外侧设置第2密封剂(第2层密封剂)25,制成二层密封结构。
<引出电极>
为了从制作的模块中引出电流,能够设置引出电极。通常引出电极的位置、材料、制作方法等没有特别限定,只要使用公知的方法实施即可。作为材质,能够使用铝、镍、不锈钢、铜、金、银、焊料等金属;碳等的糊;导电性胶带等。这些能够从光电极、对置电极侧的一者和/或二者适当地制作成负极、正极侧的引出电极。
作为模块的结构没有特别限定,存在Z型、W型、并联型、集电阵列型、单片型等。将这些模块的一个或2个以上组合地串联、并联而可以连接多个。连接方法使用公知的手段即可,适当选择焊料、金属板、电缆、扁平电缆、柔性基板、电缆等即可。
除了上述的染料敏化太阳能电池以外,作为钙钛矿型太阳能电池的例子,可举出例如日本特开2014-049631、日本特开2015-046583、日本特开2016-009737等中记载的钙钛矿型太阳能电池。
<太阳能电池模块的制造方法>
模块的制造方法没有特别限定,能够使用真空层压法(ODF法)、端密封法等公知的方法而制造。作为ODF法,可举出例如WO2007/046499中记载的方法。作为端密封法,可举出例如日本特开2006-004827中记载的方法。这些模块可以使用气体阻隔膜等进行层叠、包装以及外包装。气体阻隔膜可举出例如使用公知的方法在塑料支承体上层叠了水蒸气、气体的透过性低的氧化硅、氧化铝、铝等阻隔层而成的膜等。
实施例
以下,举出实施例对本发明进行详细说明,但这些实施例只是为了对本发明进行示例,并不对本发明产生任何限定。只要没有另外说明,配合量以质量份表示。
在实施例中使用的材料的详细信息如下所示。
(A)成分(液状橡胶)
液状EPT:液状三元乙丙橡胶共聚物(三井化学株式会社制造的产品名PX-068)、SP值7.9cal/cm3
液状加氢聚丁二烯二丙烯酸酯(液状饱和弹性体):大阪有机化学工业株式会社制造的产品名SPBDA-S30、SP值8.1cal/cm3
(B)成分(含(甲基)丙烯酰基化合物)
异冰片丙烯酸酯:共荣社化学株式会社制造的产品名Light Acrylate(注册商标)IB-XA
(D)成分(光聚合引发剂)
1-羟基环己基苯基酮(BASF公司制造的产品名IRGACURE(注册商标)184、吸收波长254nm)
2,2-二甲氧基-1,2-二苯基甲烷-1-酮(BASF公司制造的产品名IRGACURE(注册商标)651、吸收波长超过300nm)
2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦(BASF公司制造的产品名IRGACURE(注册商标)TPO、吸收波长超过300nm)
(E)成分(填料)
二氧化硅(用甲基丙烯酸硅烷进行了表面处理的气相二氧化硅):Evonik DegussaGmbH制造的产品名AEROSIL(注册商标)R711
无粘结剂的氧化钛糊:Peccell Technologies株式会社制造的产品名PECC-C01-06
敏化染料溶液:敏化染料钌配位化合物(Solaronix公司制造的产品名N719)、溶剂乙腈、叔丁醇、浓度0.4mM
除此以外,实施例中使用的(C)成分的9,10-双(甲氧基羰氧基)蒽(吸收波长350~450nm吸收波长带300~420nm,在300、365、385、405nm具有吸收峰。)以及(C)成分的9,10-双(异丁氧基羰氧基)蒽(吸收波长带300~420nm,在300、365、385、405nm具有吸收峰。)分别如以下这样进行合成。
(9,10-双(甲氧基羰氧基)蒽的合成例)
在进行了脱气的15mL甲苯中,在氮环境下,加入4.20g(20.0mmol)的9,10-二羟基蒽以及4.35g(46.0mmol)的氯碳酸甲酯,用冰水冷却。接着,在得到的浆料中,加入溶解了4.65g(46.0mmol)的三乙胺的溶液。将析出了碱的盐酸盐直接在0℃慢慢地搅拌10小时。然后,加入40mL的水,充分搅拌使析出物溶解,成为甲苯、水的二层。接着,萃取甲苯层,在该甲苯层加入50mL甲醇,进行减压浓缩。抽取过滤析出的晶体并干燥,得到3.70g(11.3mmol)的9,10-双(甲氧基羰氧基)蒽的白色的微晶体。
(9,10-双(异丁氧基羰氧基)蒽的合成例)
在氮环境下,将2.1g(10.0mmol)的9,10-二羟基蒽在15g的脱气水中制成浆料。向其中加入将0.88g(22.0mmol)的氢氧化钠溶解于3g水而成的溶液。稍后9,10-二羟基蒽溶解,成为9,10-二羟基蒽的二钠的深棕色的水溶液。接着,一边用冰水冷却,一边在得到的9,10-二羟基蒽的二钠的水溶液中添加将3.00g(22.0mmol)的氯碳酸异丁酯溶解于20g的甲苯中而成的溶液。添加后搅拌5小时,溶液的颜色消失,成为无色的二层。丢弃水层,将甲苯层用10mL水清洗2次。然后,加入40mL甲醇,进行浓缩。抽取过滤析出的晶体并干燥,得到2.60g(6.35mmol)的9,10-双(异丁氧基羰氧基)蒽的浅黄色的晶体。
(9,10-双(正辛酰氧基)蒽的合成例)
在氮环境下的带有搅拌机的300ml的三口烧瓶中,将2.10g(10.0毫摩)的9,10-二羟基蒽用30g的水进行浆料化,加入2.5g的氢氧化钠0.92g(23.0毫摩)的水溶液,制作9,10-二羟基蒽的二钠盐的水溶液。在该水溶液中,加入20mg的四丁基溴化铵,用冰水冷却,并且历经30分钟添加22g的氯化正辛酰3.58g(22.0毫摩)的甲苯溶液。添加后,搅拌4小时,分离水层。接着将甲苯层用20ml水清洗3次后,加入40ml甲醇,进行浓缩。干燥析出的晶体,得到3.4g(7.4毫摩)的9,10-双(正辛酰氧基)蒽的白色晶体。
如下所述制作有机系太阳能电池。
(1)电解液的制备
以碘化锂成为0.1mol/L、叔丁基吡啶成为0.5mol/L、以及1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物成为0.6mol/L的方式将它们加入甲氧基乙腈中。通过利用超声波清洗机的振动,搅拌1小时后,在暗处静置24小时以上,制备电解液。
(2)染料溶液的制备
在200mL的茄形烧瓶中加入72mg的钌配位化合物染料(N719、Solaronix公司制造)。混合190mL的脱水乙醇,进行搅拌。塞住茄形烧瓶后,通过利用超声波清洗机的振动,搅拌60分钟。将溶液保持在常温后,加入脱水乙醇,将总量设为200mL,由此制备染料溶液。
(3)导电性树脂组合物
在表1所示的光固化性密封剂组合物中,添加3体积%的作为导电性粒子的Micropearl AU(积水树脂制造、平均粒径(中位直径)8μm),使用自转公转混合机均匀地混合。
(4)模块的制作
(a)光电极的制作
制作在透明基材(聚萘二甲酸乙二醇酯膜、厚200μm)上层叠了透明导电层(铟-锡氧化物(ITO))的导电性电极基材(表面电阻15Ω/sq、透射率0%@300nm、48%@395nm)。在其上通过丝网印刷法以与光电极电池单元宽度相对应的间隔印刷涂敷导电性银糊(K3105、Pelnox Limited(株)制造),在150℃的热风循环型烘箱中加热干燥15分钟,制作集电布线。干燥后的集电布线的厚度为8μm。
底层按照以下方法制作:以上述导电性电极基材的集电布线形成面朝上的方式将上述导电性电极基材设置于涂敷机,使用线棒以扫描速度(10mm/秒)涂敷稀释到1.6%的ORGATIX PC-600溶液(Matsumoto Fine Chemic al Co.Ltd.制造),在室温干燥10分钟后,进而在150℃加热干燥10分钟。在形成有底层的透明导电性基材的底层形成面,以与光电极电池单元宽度对应的间隔进行激光处理,形成绝缘线。
将高压水银灯(额定灯功率400W)光源放置于距离掩膜贴合面10cm处,照射电磁波1分钟后即刻通过烘干式上涂装置涂敷未包含聚合物成分的无粘合剂氧化钛糊(粘结剂量小于1%、PECC-AW1-01、Peccell Technologies,Inc.(株)制造)。在150℃的热风循环式烘箱中加热干燥糊10分钟,形成多孔质半导体微粒层(长:60mm、宽5mm)
然后,将形成有多孔质半导体微粒层(长:60mm、宽5mm)的导电性电极基材浸渍于制备的染料溶液(40℃)中,一边轻轻搅拌,一边使染料吸附。90分钟后,从染料吸附容器中取出已吸附完染料的氧化钛膜,用乙醇清洗并使其干燥,制作光电极。
(b)对置电极
使在透明基材(聚萘二甲酸乙二醇酯膜、厚200μm)上层叠了透明导电层(铟-锡氧化物(ITO))的导电性电极基材(表面电阻150Ω/sq)的导电面、与对开口部(长:60mm、宽5mm)进行了冲压加工的金属制掩膜重叠,通过溅射法形成铂膜图案(催化剂层),得到催化剂层形成部分具有72%左右的光透射率的对置电极层。这时,在将上述光电极层和对置电极层彼此的导电面相向而重叠时,氧化钛图案(多孔质半导体微粒层形成部)和铂图案(催化剂层形成部分)成为匹配的结构。
(c)有机系太阳能电池的制作
将对置电极层的催化剂层形成面作为表面,使用真空泵固定于铝制吸附板上,通过自动涂敷机使用分配器在氧化钛层的外周部分(以贴合后的封装剂宽成为0.9mm、厚成为30μm的方式)涂敷表1的光固化性密封剂组合物。此外,在银布线部分的上部,同样地使用分配器涂敷用于使光电极和对置电极之间导通的导电性树脂组合物。然后,在氧化钛层图案部分涂敷规定量的如上述那样制备的电解液,使用自动贴合装置,以长方形的氧化钛图案和同样形状的铂图案成为面向结构的方式,在减压环境中进行重叠,重叠时的电极间距离为(30μm),从光电极侧使用金属卤化物灯进行光照射(金属卤化物灯30℃、累积光量3000mJ/cm2)(银布线的部分成为遮光部分)。然后,分别切割贴合后的在基材内配置的多个元件,在引出电极部分粘贴导电性铜箔胶带(CU7636D、Dexerials Corporation(株)制造),由此制作染料敏化光型太阳能电池(Z型结构)。
按照表1所示的配合,制备实施例和比较例的密封剂组合物。然后,按照以下所示的方法,评价密封剂组合物的粘接性和可靠性(仅1层密封剂)。其结果的汇总如表1所示。
(粘接性评价)
在ITO/PEN的ITO面上,滴加电解液(溶解了以下溶液的电解液:以碘化锂成为0.1mol/L、叔丁基吡啶成为0.5mol/L、以及1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物成为0.6mol/L的方式将它们溶解于甲氧基乙腈而成的溶液),接着,在用电解液润湿了的ITO/PEN的ITO面上滴加密封剂组合物。使用高压水银灯(270mW/cm2)照射紫外线10秒,使密封剂组合物固化。为了从玻璃板除去电解液,用异丙醇清洗ITO/PEN的ITO面,然后,观察ITO/PEN的ITO面上的密封剂组合物的形状,根据密封剂组合物的残留面积的比例,按照以下基准进行评价。
A:滴加的密封剂组合物的90%以上粘接于电极基材上
B:滴加的密封剂组合物的50%以上且小于90%粘接于电极基材上
C:滴加的密封剂组合物的小于50%粘接于电极基材上
(可靠性评价)
作为制作的模块的评价,使用模拟太阳光照射装置(AEL-0101-SH241SP、PeccellTechnologies,Inc.(株)制造)的光源。光量调节为10万勒克斯。测定初期的光电转换效率,测定室温15日后的转换效率,使用下式,求得转换效率的维持率,评价可靠性。但是在比较例1、2中,由于无法进行电池单元自身的封装,因此成为未评价(-)。
维持率%=(室温15日后的光电转换效率)/(初期的光电转换效率)
A:85%以上
B:小于85%
[表1]
如表2所示那样,使用实施例2、4及8的光固化性密封剂组合物,制作如图2所示的具有二层密封剂的太阳能电池(以贴合后的宽成为0.9mm、厚成为30μm的方式)。然后,按照以下所示的方法,评价密封剂组合物的可靠性(2层密封剂)。其结果的汇总如表2所示。
(可靠性评价)
测定初期的光电转换效率,测定室温15日后和30日后的转换效率,使用下式,求得转换效率的维持率,评价可靠性。
维持率%=(室温15日后或30日后的光电转换效率)/(初期的光电转换效率)
A:85%以上
B:小于85%
[表2]
如表1所示,在使用了不包含(C)成分的组合物的比较例1~3中,粘接性低。特别是在比较例1、2中,电池单元自身无法封装。此外在比较例3中,可靠性也低。相对于此,在实施例1~8、11及12中,粘接性优异、可靠性也高。进而,在使用了2种以上(D)成分的实施例5、7中,可靠性特别高。
如表2所示,在为2层密封剂的结构的情况下,在形成内侧的密封剂的密封剂组合物中使用了吸收波长为300nm以下的固化速度快的光聚合引发剂的实施例9、10中,可得到优异的可靠性。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供即使在遮光部分也发挥充分的光固化性,与基材的粘接性优异,能够形成具有可靠性高的密封性能的密封剂的光固化性密封剂组合物。根据本发明,还能够提供包含具有可靠性高的密封性能的密封剂的物品。根据本发明,还提供具有高的可靠性的有机系太阳能电池。
附图标记说明
1:有机系太阳能电池;
11:第1电极基材;
12:第2电极基材;
13:基材;
14:导电层;
15:遮光性构件;
16:密封剂;
17:第1面;
18:第2面;
19:遮光部分;
20:银布线;
21:导通连接材料;
22:电解质层;
23:多孔质半导体微粒层;
24:催化剂层;
25:第2密封剂;
100:通常的串联型染料敏化太阳能电池;
101:光电极基材;
102:对电极(对置电极)基材;
103:基材;
104:导电层;
105:氧化钛层;
106:催化剂层;
107:导通连接材料(镀金粒子);
108:密封剂;
109:电解液;
110:遮光部分。
Claims (3)
1.一种有机系太阳能电池,包含:
第1电极基材、
第2电极基材、
遮光性构件、以及
密封剂,
所述第1电极基材和所述第2电极基材相对配置,
所述第1电极基材具有第1面和第2面2个面,
所述第1电极基材的所述第1面与所述第2电极基材相对,
所述第1电极基材的所述第2面为光入射面,
在所述第1电极基材的所述第1面上,配置有遮光性构件,
所述密封剂至少位于所述遮光性构件的与所述光入射面侧相反侧的遮光部分。
2.根据权利要求2所述的有机系太阳能电池,其中,所述第1电极基材阻隔50%以上的300nm以下波长。
3.根据权利要求1或2所述的有机系太阳能电池,其中,所述密封剂为包含能够吸收300nm以上波长的光的芳香族系敏化助剂的光固化性密封剂组合物的固化物。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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