DE102009012545A1

DE102009012545A1 - Verfahren zur Herstellung der farbstoffsensibilisierten Solarzelle

Info

Publication number: DE102009012545A1
Application number: DE102009012545A
Authority: DE
Inventors: Jung-Hyun Hwaseong Son; Sang-Kyu Hwaseong Lee; Han-Bok Hwaseong Joo; Jong-Dai Hwaseong Park
Original assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Current assignee: Dongjin Semichem Co Ltd
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2009-10-22
Also published as: CN101540234A; KR20090100651A; TWI469381B; JP2009231285A; TW200950123A; JP5492433B2; KR101518871B1; CN101540234B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, welche unter dem Einfluss einer harten äußeren Umgebung betrieben wird, das eine Glasfrittenzusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und eine fotohärtbare Harzzusammensetzung verwendet, wodurch ein Lasersintern bei niedriger Temperatur ermöglicht wird, um Beschädigungen an der nicht stabil erhitzbaren Vorrichtung zu verringern, und welches eine Vor-Dichtung mit der fotohärtbaren Harzzusammensetzung ausführt, wodurch die Wirksamkeit der Dichtung durch die Glasfritte und die Prozesseffizienz erhöht werden. Dabei wird die Verflüchtigung eines Elektrolyts aus einem abgedichteten Teil der Solarzelle verhindert, wodurch die Dauerhaltbarkeit verlängert wird und eine widerstandsfähige Dichtung gegen äußere Schläge oder Beschädigungen bereitgestellt wird sowie eine hohe Intensität, was das Leben der farbstoffsensibilisierten Solarzelle verlängert und ihre Haltbarkeit erhöht.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, die unter dem Einfluss einer harten äußeren Umgebung betrieben wird, das eine Glasfrittenzusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und eine fotohärtbare Harzzusammensetzung verwendet, wodurch ein Lasersintern bei niedriger Temperatur ermöglicht wird, um Beschädigungen an der nicht stabil erhitzbaren Vorrichtung zu verringern, und welches eine Vor-Dichtung mit dem fotohärtbaren Harz durchführt, wodurch die Wirksamkeit der Dichtung durch die Glasfritte und die Prozesseffizienz erhöht werden, wobei dadurch die Verflüchtigung eines Elektrolyts aus einem abgedichteten Teil der Solarzelle verhindert wird, wodurch die Dauerhaltbarkeit verlängert wird und eine widerstandsfähige Dichtung gegen Stöße von außen oder Beschädigungen bereitgestellt wird und eine hohe Intensität, wodurch das Leben der farbstoffsensibilisierten Solarzelle verlängert und ihre Haltbarkeit erhöht wird.
[Stand der Technik]
Seitdem die farbstoffsensibilisierte Nanopartikel-Titaniumoxid-Solarzelle von Michael Gratzel und anderen im Jahre 1991 an dem Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) entwickelt wurde, werden und wurden diesbezüglich viele Studien durchgeführt. Weil die farbstoffsensibilisierte Solarzelle bemerkenswert niedrige Herstellungskosten im Vergleich zu gewöhnlichen Silikonsolarzellen hat, kann sie die derzeit existenten amorphen Silikonsolarzellen ersetzen. Die farbstoffsensibilisierte Solarzelle ist eine fotoelektrochemische Solarzelle, die hauptsächlich aus Farbstoffmolekülen besteht, die dazu in der Lage sind, sichtbare Strahlen zu absorbieren, um daraus Elektron-Lochpaare zu erzeugen, sowie aus Übergangsmetalloxiden zur Übertragung der erzeugten Elektronen.
Allgemein umfasst eine Einheit einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle ein oberes und ein unteres transparentes Substrat sowie leitfähige transparente Elektroden, die entsprechend an den transparenten Substraten angeformt sind, eine farbstoffabsorbierte poröse Übergangsmetalloxidschicht, die an den leitfähigen transparenten Elektroden angeformt ist, was einer ersten Elektrode entspricht, eine katalysierende Dünnschichtelektrode, die an der leitfähigen transparenten Elektrode angeformt ist, was einer zweiten Elektrode entspricht und einen Elektrolyt, der zwischen dem Übergangsmetalloxid, beispielsweise eine poröse TiO₂-Elektrode, und der katalysierenden Dünnschichtelektrode eingefüllt ist.
Um den eingefüllten Elektrolyt stabil zwischen den ersten und zweiten Elektroden zu erhalten, wird ein thermoplastischer Polymerfilm zwischen den ersten und zweiten Elektroden angeordnet und, um sie zu verbinden, heiß gepresst, wobei ein Raum ausgebildet wird, in den der Elektrolyt injiziert und zwischen den ersten und zweiten Elektroden untergebracht werden kann.
Weil der thermoplastische Polymerfilm keine kompakte Struktur hat, verschlechtert er sich leicht durch hohe Temperaturen, intensives Sonnenlicht, Hitzezyklen usw. und der Elektrolyt verflüchtigt sich durch Nacht/Tag-Zyklen oder Winter/Sommerhitzezyklen, wodurch die Leistungsfähigkeit der Solarzelle sinkt und sie schließlich ihr Dasein beendet. Auch wird der thermoplastische Polymerfilm leicht durch Stöße von außen beschädigt, da er eine beschränkte mechanische Festigkeit aufweist, was das Leben der Solarzelle verkürzt und dementsprechend Probleme mit der Haltbarkeit schafft.
[Offenbarung der Erfindung]
Um die oben beschriebenen Probleme aus dem Stand der Technik zu vermeiden, ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle bereitzustellen, unter Verwendung einer Glasfrittenzusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und einer fotohärtbaren Harzzusammensetzung, wodurch ein Lasersintern bei niedriger Temperatur ermöglicht wird, um Beschädigungen an der nicht stabil erhitzbaren Vorrichtung zu verringern und unter Durchführung einer Vor-Dichtung mit dem fotohärtbaren Harz, wodurch die Wirksamkeit der Glasfrittendichtung und die Prozesseffizienz erhöht werden, wodurch die Verflüchtigung eines Elektrolyts aus dem abgedichteten Teil der in einer harten äußeren Umgebung betriebenen Solarzelle verhindert wird, wodurch also eine Verlängerung der Dauerhaltbarkeit und eine widerstandsfähige Dichtung gegen Stöße von außen oder gegen Beschädigungen erreicht wird, sowie eine hohe Intensität, was das Leben der farbstoffsensibilisierten Solarzelle verlängert und ihre Haltbarkeit erhöht.
Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle bereit, welches das Bonden eines oberen Substrats und eines Bondesubstrats, welches an das obere Substrat bondet, umfasst und welches die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen einer Glasfritte auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats entlang einer Dichtlinie der farbstoffsensibilisierten Solarzelle, Aufbringen einer fotohärtbaren Harzzusammensetzung auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats, räumlich beabstandet von der Dichtlinie in dessen Peripherie, Bonden des oberen Substrats und des Bondesubstrats, um eine Baugruppe zu bilden, Bestrahlen mit Licht, um die fotohärtbare Harzzusammensetzung auf der Baugruppe auszuhärten und Bestrahlung mit Laserlicht entlang der Glasfritte der Baugruppe, um diese zu sintern.
Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle, welche durch das obige Verfahren hergestellt ist, bereit.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der farbstoffsensibilisierten Solarzelle der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Glasfrittenzusammensetzung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und die fotohärtbare Harzzusammensetzung das Lasersintern bei niedriger Temperatur, um Beschädigungen an der nicht stabil erhitzbaren Vorrichtung zu verringern, und die Ausführung der Vor-Dichtung mit dem fotohärtbaren Harz erhöht die Wirksamkeit der Glasfrittendichtung und die Prozesseffizienz, wodurch die Verflüchtigung des Elektrolyts aus dem abgedichteten Teil der in einer harten äußeren Umgebung betriebenen Solarzelle verhindert wird, wodurch die Verlängerung der Dauerhaltbarkeit und eine widerstandsfähige Dichtung gegen Stöße von außen oder Beschädigungen erreicht wird sowie eine hohe Intensität, was das Leben der farbstoffsensibilisierten Solarzelle verlängert und ihre Haltbarkeit erhöht.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[Ausführungsform der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden detailliert mit Bezug auf die Zeichnung erklärt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, welches das Bonden eines oberen Substrats und eines Bonde substrats, welches an das obere Substrat bondet, umfasst und welches die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen einer Glasfritte auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats entlang einer Dichtlinie der farbstoffsensibilisierten Solarzelle, Aufbringen einer fotohärtbaren Harzzusammensetzung auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats, räumlich beabstandet von der Dichtlinie in dessen Peripherie, Bonden des oberen Substrats und des Bondesubstrats, um eine Baugruppe zu bilden, Bestrahlen mit Licht, um die fotohärtbare Harzzusammensetzung auf der Baugruppe auszuhärten und Bestrahlen mit Laserlicht entlang der Glasfritte der Baugruppe, um diese zu sintern.
Im Allgemeinen besteht eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle aus einer ersten Elektrode (welche einem unteren Substrat – einem Bondesubstrat von 1 entspricht), mit einem Substrat, das einen porösen Film mit Farbstoff aufweist, aus einer zweiten Elektrode (welche einer oberen Elektrode aus 1 entspricht), die gegenüber der ersten Elektrode (untere Elektrode) angeordnet ist und aus einem Elektrolyt, welcher zwischen diesen Elektroden eingefüllt ist. In der vorliegenden Erfindung sind, um den Elektrolyt zwischen den ersten und zweiten Elektroden auf lange Dauer stabil zu erhalten, die ersten und zweiten Elektroden räumlich voneinander beabstandet, wobei der Raum zwischen ihnen durch eine gesinterte Glasfritte abgedichtet ist und wobei der abgedichtete Raum mit einem Elektrolyt gefüllt ist. Als poröser Film können eine Vielzahl bekannter poröser Filme, auf welche Farbstoff absorbiert ist, verwendet werden, beispielsweise wird ein Übergangsmetalloxid, beispielsweise TiO₂ in einer Größenordnung von 10 bis 15 nm, aufgebracht und gesintert, um einen porösen Film zu erhalten. Das transparente Substrat, auf dem der poröse Film angeordnet ist, ist nicht notwendigerweise auf ein flaches Substrat beschränkt und kann ebenfalls ein gekrümmtes Substrat umfassen und eine Vielzahl transparenter Substrate, welche gewöhnlicherweise für Solarzellen verwendet werden, können vorgesehen sein, darunter fallen Substrate aus Material, das sichtbare Strahlen oder Wellen einer bestimmten Wellenlänge durchdringen (beispielsweise Glas). Vorzugsweise ist die Elektrode ein elektrisch leitfähiges Substrat. Konkrete Beispiele des transparenten Substrats umfassen bekanntes transparentes Glas, transparentes Harz, PET, ITO oder FTO, usw. Für die elektrische Leitfähigkeit kann darüber hinaus zwischen dem porösen Film und dem Substrat ein leitfähiger Film oder eine Deckschicht (ITO, FTO oder ein leitfähiges Polymer) zusätzlich zu den oben genannten Materialien angeordnet sein. Als gegenüber der ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode (oberes Substrat) kann ein gewöhnlich als zweite Elektrode für eine Solarzelle verwendetes beliebiges Substrat verwendet werden, was sich nicht notwendigerweise auf flache Substrate beschränkt sondern auch gekrümmte Substrate umfasst. Vorzugsweise besteht es aus Materialien, welche von sichtbaren Strahlen oder Wellen einer bestimmten Wellenlänge durchdrungen werden (z. B. aus Glas), und zu diesem Zweck kann es aus bekanntem transparentem Glas, PET-Glas, ITO-Glas oder FTO-Glas usw. bestehen. Zur Erzeugung der Leitfähigkeit kann vorzugsweise weiterhin ein leitfähiger Film oder eine Deckschicht (ITO, FTO oder ein leitfähiges Polymer) umfasst sein. Um weiterhin die Effizienz der Absorption von Sonnenlicht zu erhöhen und die Reaktion zu aktivieren, kann an der äußersten Seite der ersten Elektrode eine Katalysatormetallschicht angeordnet sein.
Das obere Substrat der farbstoffsensibilisierten Solarzelle kann aus Glas bestehen und das untere Substrat oder Bondesubstrat kann, falls notwendig, wie in 1 gezeigt ebenfalls aus Glas oder aus einem anderen Material bestehen (wenn die farbstoffsensibilisierte Solarzelle nur ein oberes und ein unteres Substrat aufweist, entspricht das untere Substrat dem Bondesubstrat und wenn es eine Multischichtstruktur mit mehr als zwei Schichten aufweist, bondet ein Bondesubstrat an den Boden des oberen Substrats und darunter kann ein zusätzliches Substrat oder können zusätzliche Substrate gebondet sein).
Eine Vielzahl von Zellen farbstoffsensibilisierter Solarzellen kann wie in 1 dargestellt auf einem Substrat hergestellt werden (in 1, eine 2 × 2 Matrix), es kann aber auch nur eine einzige Zelle auf einem Substrat hergestellt werden. Da die Zelle ihre Dichtung an ihrer Bondeoberfläche behalten soll, wird eine Glasfrittenzusammensetzung entlang einer Dichtungslinie aufgebracht, was den äußeren Bereich der Zelle entlang einer gewundenen (looped) Kurve, wie in 1 dargestellt, abdichtet. Die Dichtungslinie kann verschiedene Formen aufweisen, entsprechend den Formen der Vorrichtung. Wie in 1 gezeigt, wird die Glasfritte entlang der Dichtungslinie auf der Bondeoberfläche aufgebracht. Die Bondeoberfläche, welche die Dichtung des bondenden Abschnittes unterhält, kann der Boden des oberen Substrats oder die Oberseite des unteren Substrats (oder Bondesubstrats, welches an das obere Substrat bondet) sein. Die Glasfritte kann über verschiedene Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, aufgebracht werden, beispielsweise kann sie als Glaspaste hergestellt, gedruckt und getrocknet durch ein Siebdruckverfahren sein.
Als Glasfritte kann jede aus dem Stand der Technik bekannte Glasfritte verwendet werden, vorzugsweise umfasst die Glasfritte 0–30 mol% P₂O₅, 0–50 mol% V₂O₅, 0–20 mol% ZnO, 0–15 mol% BaO, 0–20 mol% As₂O₃, 0–20 mol% Sb₂O₃, 0–5 mol% In₂O₃, 0–10 mol% Fe₂O₃, 0–5 mol% Al₂O₃, 0–20 mol% B₂O₃, 0–10 mol% Bi₂O₃ und 0–10 mol% TiO₂.
Vorzugsweise wird eine Glasfrittenpaste mit einer Glasfritte entlang der Kante aufgebracht, wobei die Zusammensetzung der Glasfrittenpaste a) die Glasfritte, b) ein organisches Bindemittel und c) ein organisches Lösungsmittel umfassen kann. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung der Glasfrittenpaste a) 60 bis 90 Gew.-% der Glasfritte b) 0,1 bis 5 Gew.-% eines organischen Bindemittels und c) 5 bis 35 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels.
Vorzugsweise umfasst die Glasfritte 10 bis 25 mol% P₂O₅, 40–50 mol% V₂O₅, 10–20 mol% ZnO, 1–15 mol% BaO, 1–10 mol% Sb₂O₃, 1–10 mol% Fe₂O₃, 0,1–5 mol% Al₂O₃, 0,1–5 mol% B₂O₃, 1–10 mol% Bi₂O₃ und 0,1–5 mol% TiO₂, besonders bevorzugt 15 bis 20 mol% P₂O₅, 40–50 mol% V₂O₅, 10–20 mol% ZnO, 5–10 mol% BaO, 3–7 mol% Sb₂O₃, 5–10 mol% Fe₂O₃, 0,1–5 mol% Al₂O₃, 0,1–5 mol% B₂O₃, 1–5 mol% Bi₂O₃ und 0,1–5 mol% TiO₂.
Falls die Gehalte in der Glasfrittenkomponente außerhalb der oben genannten Bereiche liegen, könnte die Glaswerdung (glassification) nicht ermöglich werden, die Was serdichtheitseigenschaft könnte signifikant verschlechtert sein oder ein Lasersintern könnte nicht möglich werden.
Bevorzugt weist die Glasfritte eine Übergangstemperatur (T_g) von 300 bis 400°C auf und eine Erweichungstemperatur (T_dsp) von 300 bis 400°C. Innerhalb dieser Bereiche ist die Stabilität des Sinterns bei niedriger Temperatur exzellent.
Die Glasfritte weist vorzugsweise eine Teilchengröße von 0,1 bis 20 μm auf. Innerhalb dieses Bereiches ist eine Verarbeitung bei niedriger Temperatur möglich, was sich gerade für die Dichtung einer nicht stabil erhitzbaren Vorrichtung eignet, darüber hinaus ist eine Laserverarbeitung möglich, was die Dichteffizienz der elektronischen Vorrichtung verbessert.
In der Zusammensetzung der Glasfrittenpaste kann a) die Glasfritte wie oben beschrieben und b) als organisches Bindemittel im Handel erhältliches organisches Bindemittel verwendet werden. Konkrete Beispiele des organischen Bindemittels umfassen ethylzellulose- oder acrylartige Copolymere. Als c) organisches Lösungsmittel kann ein beliebiges organisches Lösungsmittel verwendet werden, welches zu dem organischen Bindemittel, das für die Zusammensetzung der Glasfrittenpaste der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kompatibel ist, wobei konkrete Beispiele für ethylzelluloseartige Bindemittel Butylcarbitolacetat (BCA), Terpineol (TPN), Dibutylphthalat (DBP) oder eine Mischung daraus umfassen. Vorzugsweise werden zunächst 30 bis 70 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels von 100 Gew.-% eines zu verwendenden organischen Lösungsmittels mit einem organischen Bindemittel gemischt, um einen Träger bereitzustellen und danach werden das verbleibende organische Lösungsmittel und die Glasfritte mit dem vorbereiteten Träger vermischt, um eine Zusammensetzung der Glasfrittenpaste bereitzustellen, welche die Dispersionsfähigkeit der Zusammensetzung der Glasfrittenpaste weiter erhöhen kann. Besonders bevorzugt bestehen bei der Präparation des Trägers die 30 bis 70 Gew.-% des organischen Lösungsmittels aus 20 bis 55 Gew.-% BCA, 3 bis 10 Gew.-% TPN und 1 bis 5 Gew.-% DBP, wobei bei der Vermischung mit der Glasfritte BCA als Lösungsmittel verwendet wird.
Um den thermischen Expansionskoeffizienten zu kontrollieren, kann die Zusammensetzung der Glasfrittenpaste darüber hinaus einen Füllstoff aufweisen. Konkrete Beispiele des Füllstoffes umfassen 0,1 bis 20 μm Cordierit, dessen Gehalt vorzugsweise 0,1 bis 30 Gew.-% beträgt.
Die Zusammensetzung der Glasfrittenpaste weist vorzugsweise eine Viskosität von 500 bis 50000 cps, besonders bevorzugt von 2000 bis 35000 cps auf. Innerhalb dieses Bereiches ist die Anwendung des Siebdruckverfahrens möglich, was die Bearbeitbarkeit weiter verbessert.
Daraufhin wird auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats, welches an das obere Substrat gebondet ist, eine fotohärtbare Harzzusammensetzung, welche die Dichteffizienz der Glasfritte weiter verbessert, räumlich beabstandet von der Dichtlinie in dessen Peripherie aufgebracht. Die fotohärtbare Harzzusammensetzung kann wie in 1 dargestellt auf dem oberen Substrat, an welchem die Glasfritte aufgebracht wird, aufgebracht werden oder sie kann auf der Oberseite des unteren Substrats aufgebracht werden. Als bevorzugte Form der Anordnung wird die fotohärtbare Harzzusammensetzung auf demselben Substrat aufgebracht, auf welchem die Glasfritte aufgebracht wird. Insbesondere wird, wie in 1 dargestellt, das untere Substrat, welches der ersten Elektrode (oder dem Bondesubstrat) entspricht, mit einer Elektrode und einem porösen Film mit Farbstoff ausgestattet (wenn es notwendig ist, kann darüber hinaus eine Anschlussbahn zur Verbindung der Einheitszellen vorgesehen sein), und auf dem oberen Substrat, welches der zweiten Elektrode entspricht, werden die Glasfritte und eine fotohärtbare Harzzusammensetzung wie dargestellt aufgebracht. Vorzugsweise wird die Dichtung der Glasfritte und der Harzzusammensetzung während des Aufbringens nicht entlang der gesamten Dichtlinie bewirkt, sondern es bleibt ein Teil als Elektrolyteinlass offen, so dass der Elektro lyt später in den Raum zwischen den Bondeoberflächen der Anordnung eingefüllt werden kann.
Die fotohärtbare Harzzusammensetzung kann durch eine Vielzahl aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch das Siebdruckverfahren oder durch gravia printing.
Als fotohärtbare Harzzusammensetzung können gewöhnliche fotohärtbare Harzzusammensetzungen verwendet werden, wobei diese vorzugsweise aus (a) 100 Gew.-% Epoxydharz, (b) 0,01 bis 20 Gew.-% eines Fotopolymerisierungsinitiators und (c) 0,01 bis 10 Gew.-% eines Kontaktmittels, (d) 0,01 bis 100 Gew.-% eines anorganischen Füllstoffes und (e) 0,05 bis 10 Gew.-% eines Fotosäurebildners besteht.
Die fotohärtbare Harzzusammensetzung weist eine Viskosität von 5.000–150.000 cps, vorzugsweise 10.000–100.000 cps (bei 25°C) auf, wodurch die Verwendung des Siebdruckverfahrens ermöglicht wird, was die Prozesszeit und die Kosten verringert.
Bevorzugte Komponenten der fotohärtbaren Harzzusammensetzung sind wie folgt:

Als a) Epoxydharz können Epoxydharz vom Typ Bisphenol A, Epoxydharz vom Typ Bisphenol F, Epoxydharz vom Typ Bisphenol AD, Epoxydharz vom Typ Naphthalin, Epoxydharz vom Typ Biphenyl, Epoxydharz vom Typ Glycidylamin, Epoxydharz vom Typ Naphthol Novolac, Epoxydharz vom Typ Dicyclopentadien, Epoxydharz vom Typ Phenol Novolac, cycloaliphatisches Epoxydharz, Prepolymere der obigen Epoxyharze, Polyether-modifiziertes Epoxydharz, Silikon-modifiziertes Epoxydharz, ein Copolymer des Epoxydharzes mit einem anderen Polymer oder eine Mischung daraus verwendet werden.
Als b) Fotopolymerisationsinitiator kann Diazoniumsalz, aromatisches Sulfoniumsalz, aromatisches Iodoniumaluminiumsalz, aromatisches Sulfoniumaluminiumsalz, Metallocenverbindung, Stahlarenenverbindung und eine Mischung daraus verwendet werden.

Insbesondere wird im Hinblick auf die Fotohärtbarkeit aromatisches Sulfoniumsalz vorgezogen und im Hinblick auf die Härtbarkeit und die Haftfähigkeit aromatisches Sulfoniumhexafluorophosphat, aromatisches Sulfoniumhexafluoroantimonit oder eine Mischung daraus.
Der Fotopolymerisationsinitiator wird bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 6 Gew.-% von 100 Gew.-% Epoxydharz verwendet. Wenn der Anteil 20 Gew.-% übersteigt, nimmt er nicht vollständig an der Reaktion teil und die verbleibende Komponente kann die Eigenschaften der fotohärtbaren Harzzusammensetzung verschlechtern.

Das c) Kontaktmittel wird verwendet, um die Haftfähigkeit (adhesiveness, adherence) zu verbessern und es kann ein Silankontaktmittel wie beispielsweise Trimethoxysilylbenzoesäure oder γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, ein Titankontaktmittel, eine Silikonverbindung oder eine Mischung daraus verwendet werden.

Das Kontaktmittel wird bevorzugt in einer Größenordnung von 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 2 Gew.-%, basierend auf 100 Gew.-% Epoxydharz verwendet. Wenn der Anteil 10 Gew.-% übersteigt, nimmt es nicht an der Reaktion teil und die verbleibende Komponente kann die Eigenschaften der fotohärtbaren Harzzusammensetzung verschlechtern.

Als d) anorganisches Füllmittel kann plattenförmiges oder kugelförmiges anorganisches Füllmittel wie Kieselsäure, Talkum, MgO, Glimmer, Betonit, Tonerde, Graphit, Berylliumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Mullit, Silikon usw. verwendet werden.

Als anorganisches Füllmittel wird bevorzugt Talkum verwendet, da es hervorragende Barriereeigenschaften aufweist sowie Lichtdurchlässigkeit und eine Schrumpfung nach dem Fotohärten verhindert.
Um die Haftfähigkeit und das Dispersionsvermögen mit dem Epoxydharz in der fotohärtbaren Harzzusammensetzung zu erhöhen, kann das anorganische Füllmittel durch Substituenten ersetzt werden.
Das anorganische Füllmittel wird bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 80 Gew.-% basierend auf 100 Gew.-% Epoxydharz, verwendet. Wenn es 100 Gew.-% übersteigt, kann es die Reaktion der Harzzusammensetzung stören und also ihre Eigenschaften verschlechtern. Das anorganische Füllmittel weist vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,1 bis 30 μm auf.

Als e) Fotosäurebildner kann jede Verbindung ohne jegliche Beschränkung verwendet werden, die fähig ist durch Exposition Lewis-Säure oder Bronsted-Säure zu erzeugen, welche also Säure aus Licht erzeugt. Beispiele hiervon sind Sulfonatverbindung wie organische Sulfonsäure, eine Oniumverbindung wie Oniumsalz oder eine Mischung daraus. Konkrete Beispiele des Fotosäurebildners umfassen Phthalimidotrifluoromethansulfat, Dinitrobenzyltosylat, n-Decyldisulfon, Naphthylimidotrifluoromethansulfonat, Diphenyliodidhexafluorophosphat (diphenyliodo salt hexafluorophosphate), Diphenyliodidhexafluoroarsenat, Diphenyliodidhexafluoroantimonat, Diphenylparamethoxyphenylsulfoniumtriflat, Diphenylparaisobutylphenylsulfoniumtriflat, Triphenylsulfoniumhexafluoroarsenat, Triphenylsulfoniumhexafluoroantimonat, Triphenylsulfoniumtriflat, Dibutylnaphtylsulfoniumtriflat, etc.

Der Fotosäurebildner wird bevorzugt in einer Größenordnung von 0,05 bis 10 Gew.-% basierend auf 100 Gew.-% Epoxydharz verwendet. Wenn sein Anteil 10 Gew.-% übersteigt, absorbiert der Fotosäurebildner viel extremes Ultraviolett und eine Menge Säure wird erzeugt, wodurch die Eigenschaften der fotohärtbaren Harzzusammensetzung verschlechtert werden.
Die fotohärtbare Harzzusammensetzung kann darüber hinaus einen Distanzierer aufweisen. Als Distanzierer kann jeglicher Distanzierer ohne Einschränkungen, welcher die Dicke eines Feldes konstant halten kann, verwendet werden, bevorzugt einer, der die Dicke eines Feldes im Bereich von 5–50 μm, vorzugsweise 5–25 μm konstant halten kann. Die Form des Distanzierers kann sphärisch, log-artig usw. sein, wobei die Form nicht speziell eingeschränkt ist, falls hauptsächlich die Dicke des Feldes konstant gehalten wird. Der Distanzierer wird bevorzugt in einem Anteil von 0,01 bis 10 Gew.-% basierend auf 100 Gew.-% Epoxydharz verwendet.
Die oben beschriebene fotohärtbare Harzzusammensetzung weist bevorzugt 85% oder mehr der Epoxydänderungsrate des gehärteten Harzes auf.
Daraufhin werden das vorbereitete obere Substrat und Bondesubstrat, welches an das obere Substrat bondet, miteinander gebondet, um eine Baugruppe bilden. In 1 entspricht das untere Substrat dem Bondesubstrat. Da der Zugang ins Innere eingeschränkt ist, nachdem die unteren und Bondesubstrate zur Bildung der Baugruppe gebondet wurden, sollte das Bonden des oberen und des Bondesubstrats ausgeführt werden, nachdem alle notwendigen Prozesse abgeschlossen sind, die die Zellenbildung betreffen, darunter die Ausbildung der Elektrode, die Absorption von Farbstoff usw., wie in 1 dargestellt.
Wenn die Glasfritte und die fotohärtbare Harzzusammensetzung entlang der Dichtlinie aufgebracht werden, können sie entweder vollständig aufgebracht werden, um eine vollständige Dichtung zu erhalten oder es kann, wenn nötig, eine Anschlussbahn zur Verbindung mit dem Innenraum offen gelassen werden. In der farbstoffsensibilisierten Solarzelle der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein Elektrolyteinlass offen gelassen werden, da ein Elektrolyt eingefüllt werden soll.
In der gebondeten Anordnung sind die Glasfritte und die fotohärtbare Harzzusammensetzung noch nicht ausgehärtet. Also wird im nächsten Schritt Licht zum Aushärten der fotohärtbaren Harzzusammensetzung ausgestrahlt, um die Anordnung zu härten. Wie in 1 gezeigt ist, wird in dem Falle, wenn die fotohärtbare Harzzusammensetzung durch UV-Licht gehärtet wird, UV-Licht zur Härtung ausgestrahlt. Daraufhin ist es notwendig, die Glasfritte der Anordnung zu härten. Zu diesem Zweck wird Laserlicht entlang der aufgebrachten Glasfritte ausgestrahlt, um diese zu sintern. Wie oben beschrieben, kann eine Glasfritte mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet werden und dementsprechend kann ein Laser mit einer niedrigen Leistung verwendet werden, um die thermischen Beschädigungen an der Vorrichtung zu minimieren. Wobei die Harzzusammensetzungsschicht, welche bereits ausgehärtet wurde und welche die Glasfritte umgibt, die Erzeugung von Gas und den Kontakt mit Sauerstoff verhindert und die Baugruppe während des Sinterns der Glasfritte stützt. Auf diese Weise kann die Wirksamkeit der Glasfrittendichtung und die Prozesseffizienz durch die Vor-Dichtung erhöht werden.
Dabei werden doppelte Dichtungen der farbstoffsensibilisierten Solarzelle durch die Glasfritte und durch die Harzzusammensetzung geschaffen. Wie in 1 weiter gezeigt wird, kann daraufhin ein Raum zwischen der Dichtlinie und dem Teil, an welchem die fotohärtbare Harzzusammensetzung aufgebracht ist, in einen Würfel geschnitten werden (dicing step), um die gehärteten Teile der fotohärtbaren Harzzusammensetzung abzutrennen. In 1 werden eine Vielzahl von Zellen auf einem Substrat gefertigt, daher wird der Schritt des Würfelns ausgeführt, um eine Vielzahl von Zellen zu erhalten. Nach dem Sintern der Glasfritte oder dem in Würfel schneiden, kann der Elektrolyt in den oben beschriebenen Elektrolyteinlass injiziert werden und eine Dichtung kann schließlich beispielsweise durch eine Glasfritte zur vollständigen Abdichtung durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden Beispiele und angefügten Zeichnungen beschränkt und eine Vielzahl von Änderungen können von dem Fachmann vorgenommen werden, ohne er dass aus dem Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung, die in den hierbei angefügten Ansprüchen beschrieben ist, heraus gerät.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle, dass das Bonden eines oberen Substrats und eines Bondesubstrats, welches an das obere Substrat bondet, umfasst und welches die folgenden Schritte aufweist: Aufbringen einer Glasfritte auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats entlang einer Dichtlinie der farbstoffsensibilisierten Solarzelle, Aufbringen einer fotohärtbaren Harzzusammensetzung auf der Bondeoberfläche des oberen Substrats oder des Bondesubstrats, räumlich beabstandet von der Dichtlinie in dessen Peripherie, Bonden des oberen Substrats und des Bondesubstrats um eine Baugruppe zu bilden, Bestrahlen mit Licht zum Harten der fotohärtbaren Harzzusammensetzung, um diese auszuhärten und Bestrahlen mit Laserlicht entlang der Glasfritte, um diese zu sintern.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es den folgenden Schritt umfasst: Würfeln eines Raums zwischen der Dichtlinie und dem Teil, auf welchem die fotohärtbare Harzzusammensetzung aufgebracht ist, so dass der gehärtete Teil des fotohärtbaren Harzes abgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfritte 0 bis 30 mol% P₂O₅, 0–50 mol% V₂O₅, 0–20 mol% ZnO, 0–15 mol% BaO, 0–20 mol% As₂O₃, 0–20 mol% Sb₂O₃, 0–5 mol% In₂O₃, 0–10 mol% Fe₂O₃, 0–5 mol% Al₂O₃, 0–20 mol% B₂O₃, 0–10 mol% Bi₂O₃ und TiO₂ umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens der Glasfritte umfasst: Aufbringen einer Glasfrittenpastenzusammensetzung, welche a) die Glasfritte, b) ein organisches Bindemittel und c) ein organisches Lösungsmittel aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfrittenpaste a) 60 bis 90 Gew.-% der Glasfritte, b) 0,1 bis 5 Gew.-% des organischen Bindemittels und c) 5 bis 35 Gew.-% des organischen Lösungsmittels umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fotohärtbare Harzzusammensetzung a) 100 Gew.-% Epoxydharz, b) 0,01 bis 20 Gew.-% eines Fotopolymerisationsinitiators, c) 0,01 bis 10 Gew.-% eines Kontaktmittels, d) 0,01 bis 100 Gew.-% eines anorganischen Füllstoffes und e) 0,05 bis 10 Gew.-% eines Fotosäurebildners umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das a) Epoxydharz ein Element der Gruppe bestehend aus Epoxydharz vom Typ Bisphenol A, Epoxydharz vom Typ Bisphenol F, Epoxydharz vom Typ Bisphenol AD, Epoxydharz vom Typ Naphthalin, Epoxydharz vom Typ Biphenyl, Epoxydharz vom Typ Glycidylamin, Epoxydharz vom Typ Naphthol Novolac, Epoxydharz vom Typ Dicyclopentadien, Epoxydharz vom Typ Phenol Novolac, cycloaliphatisches Epoxydharz, Polyether-modifiziertes Epoxydharz, Silikon-modifiziertes Epoxydharz, ein Copolymer des Epoxydharzes mit einem anderen Polymer oder eine Mischung daraus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der b) Fotopolymerisationsinitiator ein Element der Gruppe bestehend aus Diazoniumsalz, aromatischem Sulfoniumsalz, aromatischem Iodoniumaluminiumsalz, aromatischem Sulfoniumaluminiumsalz, Metallocenverbindung, Stahlarenenverbindung oder eine Mischung daraus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das c) Kontaktmittel ein Element aus der Gruppe bestehend aus Sielanhaftmittel, Titanhaftmittel, Silikonverbindung oder eine Mischung daraus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das d) anorganische Füllmittel ein Element aus der Gruppe bestehend aus Kieselsäure, Talkum, MgO, Glimmer, Betonit, Tonerde, Graphit, Berylliumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Mullit, Silikon oder einer Mischung daraus ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass e) der Fotosäurebildner ein Element aus der Gruppe bestehend aus Sulfonatverbindung, Oniumverbindung oder eine Mischung daraus ist.
Farbstoffsensibilisierte Solarzelle, welche gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wurde.