JP2005528749A - ナノ結晶材料の層を染色するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

液体染料を使用して基板１６上のナノ結晶材料の層を染色するための方法であって、連続した諸ステップ、即ち、（ｉ）基板１６上に前記層を設けるステップ、（ii）前記層を染色するため、少なくとも、前記液体染料用の供給容器と、ナノ結晶材料の層を備えた基板１６のための少なくとも１つの入口２及び少なくとも１つの出口３を有する閉止可能な基板ホルダ１と、前記液体染料を前記供給容器及び基板ホルダ１に循環させるための導管及び循環手段６，７，８，９とから構成される装置を用意するステップ、（iii）前記層を有する前記基板１６を基板ホルダ１内に配置し、基板ホルダ１を閉じて、前記供給容器中に液体染料を供給するステップ、（iv）前記供給容器からの前記液体染料を確定した時間にわたり前記基板ホルダ１に循環させるステップ、を含む方法と、この方法を実施するための装置である。

Description

本発明は、液体染料を使用して基板上のナノ結晶材料の層を染色するための方法に関するものである。

基板上のナノ結晶材料の層の一例は、液体封入式光起電力素子の作用電極である。

液体封入式光起電力素子は、米国特許第５,３５０,６４４号明細書から既知である。この既知の光起電力素子は、第１基板上に例えば付着されるか或いは第１基板を形成する少なくとも第１導電層の層状構造により形成された作用電極と、この第１導電層上に付着されるナノ結晶金属酸化物半導体材料の層と、透明第２基板上に付着される透明第２導電層により形成される対向電極と、半導体材料の層及び第２導電層の間に収容される電解液とから構成されている。実際の状況では、第１及び第２基板についてはガラス板が通常使用されている。ナノ結晶金属酸化物半導体材料は、光起電力素子に入射する光で該光起電力素子において光起電力効果を生じさせ、その結果として負及び正の電荷担体（それぞれ電子及びホール）を生成するために、半導体材料を入射光に対して高感度化する有機染料で染色されている。

作用電極の製造中に、それは有機染料で染色されねばならない。

先行技術において、染色は、バッチ毎に又は１つずつ、いずれの場合も手動で、所望に応じて行われている。この場合、作用電極の表面は、連続的に有機染料との接触状態におかれ、加熱されてエタノールで濯がれてから、乾燥される。

作用電極の手動染色は、面倒であり、時間及び経費が掛かるという欠点を有している。それは更に、手動染色中に、染料濃度、プロセス温度、及び染色プロセスの期間のようなプロセスパラメータを制御するのが困難である。

本発明の目的は、基板、特に作用電極上のナノ結晶材料の層を短時間で染色できる方法を提供することにある。

更なる目的は、染色プロセスに重要なプロセスパラメータを所定公差内で再現性のある仕方で調節できる方法を提供することにある。

これらの目的は、前提部分に記載された方法であって、本発明によると、連続した諸ステップ、即ち、（ｉ）基板上に前記層を設けるステップ、（ii）前記層を染色するため、少なくとも、前記液体染料用の供給容器と、ナノ結晶材料の層を備えた基板のための少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有する閉止可能な基板ホルダと、前記液体染料を前記供給容器及び前記基板ホルダに循環させるための導管及び循環手段とから構成される装置を用意するステップ、（iii)前記層を有する前記基板を前記基板ホルダ内に配置し、前記基板ホルダを閉じて、前記供給容器中に液体染料を供給するステップ、（iv）前記供給容器からの前記液体染料を確定した時間にわたり前記基板ホルダに循環させるステップを含む方法により達成されることになる。

前記２番目のステップ（ii）において用意されるべき基板ホルダは、加熱手段を備えていることが好ましく、前記４番目のステップ（iv）において、前記基板及び前記液体染料は、これら加熱手段を使用して、前記液体染料の循環中加熱される。

ナノ結晶材料への液体染料の付着は、液体染料及び基板を加熱することによって向上することになる。

本発明による方法において、液体染料が染色すべきナノ結晶材料の全表面と可能な最短時間で接触状態にされるように、前記液体染料は、前記４番目のステップ（iv）を行っている間、前記基板ホルダ中で乱流状態にされることが好ましく、これによりプロセス時間は可能な限り短く保持される。

本発明は更に、上述した方法を実施するための装置に関するものであり、この装置は本発明によると、液体染料用の供給容器と、ナノ結晶材料の層を備えた基板のための少なくとも１つの入口及び少なくとも１つの出口を有する閉止可能な基板ホルダと、前記供給容器からの前記液体染料を前記基板ホルダに循環させるための導管及び循環手段とを備えている。

特に有利な実施形態において、本発明に係る装置にある前記基板ホルダは、上に前記基板を配置するためのプラットフォームを備え、該プラットフォームは、前記入口と共同作用すると共に、前記プラットフォームに配置された基板に向けられた流出開口を備える少なくとも１つの入口チャンネルと、前記出口と共同作用すると共に、流入開口を備えた少なくとも１つの出口チャンネルとを備えている。

この後者の実施形態において、前記プラットフォームは、例えば、化学的に不活性なプラスチック材料、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製造されている。

前記基板ホルダは、該基板ホルダ内に配置された基板と、このホルダを循環する液体染料とを加熱するための加熱手段を備えていることが好ましい。

一実施形態において、かかる加熱手段は誘導性素子から構成されている。

別の実施形態において、かかる加熱手段は抵抗素子から構成されており、該抵抗素子は、作動局面において、前記基板ホルダ中に配置された基板の上方に広がるプレート上に配置される透明導電酸化物（ＴＣＯ）から製造されている。

本発明は、装置の実施形態に基づいて且つ図面を参照して、以下に明らかにされるであろう。

対応する諸構成要素は、図面において、同一参照番号で表わされている。

図１は、循環ライン（図示せず）を介して液体染料の供給容器（図示せず）に接続される入口２及び出口３を備えた基板ホルダ１を示している。液体染料は、ポンプ（図示せず）を使用して、基板ホルダ１及び供給容器を通る矢印４の方向に循環することが可能となっている。基板ホルダ１内に据え付けられているプレートは、上に基板を載置することが可能なプラットフォーム５を形成し、該プラットフォーム５は、入口３に接続されると共に、流出開口７を有する入口チャンネル６をそれぞれ備えている。これら流出開口７は、プラットフォーム５に配置された基板に向けられており、液体染料は、（矢印１０で示したように）当該流出開口７の外に流出することが可能であり、プラットフォーム５は、出口３に接続されると共に、流入開口９を有する出口チャンネル８をそれぞれ備えている。

図２は、図１における線II−IIに沿った垂直横断面で、既に説明した諸構成要素に加えて加熱プレート１５を有する基板ホルダ１を示しており、加熱プレート１５は、その下側に、適当なシリコン材料のシール１４を有するスペーサリング１３を備えている。加熱プレート１５に設けられているのは、電気接続部（図示せず）を備えた透明導電酸化物（ＴＣＯ）の抵抗フィルムである。作動局面において、加熱プレート１５は、空気圧要素（図示せず）を用いて、作用電極１６上に押し付けられ、染色のためのナノ結晶材料の層は下方に向けられている。また、ナノ結晶材料で覆われていないその周縁部はシール１４に載置されていて、該シールにより、作用電極はプラットフォーム５上に封止されている。染色中、例えば６０℃の温度まで予熱されるのが好ましい液体染料は、矢印１０に従うように入口２、入口チャンネル６及び流出開口７を介し、作用電極１６に向かって流れ、該作用電極１６が加熱プレート１５を用いて最高６０℃の温度に加熱されることになる。

太陽電池の作用電極を染色するための装置用の基板ホルダの実施形態を示す平面図である。 図１に示した基板ホルダの線II−IIに沿った垂直横断面である。

Claims (11)

1. 液体染料を使用して基板（１６）上のナノ結晶材料の層を染色するための方法であって、連続した諸ステップ、即ち、
   （ｉ） 基板（１６）上に前記層を設けるステップ、
   （ii） 前記層を染色するため、少なくとも、前記液体染料用の供給容器と、ナノ結晶材料の層を備えた基板（１６）のための少なくとも１つの入口（２）及び少なくとも１つの出口（３）を有する閉止可能な基板ホルダ（１）と、前記液体染料を前記供給容器及び前記基板ホルダ（１）に循環させるための導管及び循環手段（６，７，８，９）とから構成される装置を用意するステップ、
   （iii） 前記層を有する前記基板（１６）を前記基板ホルダ（１）内に配置し、前記基板ホルダ（１）を閉じて、前記供給容器中に液体染料を供給するステップ、
   （iv） 前記供給容器からの前記液体染料を確定した時間にわたり前記基板ホルダ（１）に循環させるステップ、
   を含む方法。
2. 前記２番目のステップ（ii）において、用意される装置は、加熱手段（１５）を備えた基板ホルダ（１）を含んでおり、前記４番目のステップ（iv）において、前記基板（１６）及び前記液体染料は、前記加熱手段（１５）を使用して、前記液体染料の循環中加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記液体染料は、前記４番目のステップ（iv）を行っている間、前記基板ホルダ（１）中で乱流状態にされることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、液体染料用の供給容器と、ナノ結晶材料の層を備えた基板（１６）のための少なくとも１つの入口（２）及び少なくとも１つの出口（３）を有する閉止可能な基板ホルダ（１）と、前記供給容器からの前記液体染料を前記基板ホルダ（１）に循環させるための導管及び循環手段（６，７，８，９）とを備えている装置。
5. 前記基板ホルダ（１）は、上に前記基板（１６）を配置するためのプラットフォーム（５）を備え、該プラットフォーム（５）は、前記入口（２）と共同作用すると共に、前記プラットフォーム（５）に配置された基板（１６）に向けられた流出開口（７）を備える少なくとも１つの入口チャンネル（６）と、前記出口（３）と共同作用すると共に、流入開口（９）を備えた少なくとも１つの出口チャンネル（８）とを備えていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記プラットフォーム（５）は、化学的に不活性なプラスチック材料から製造されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記プラットフォーム（５）は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）から製造されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 請求項２に記載の方法を実施するための請求項４〜７のいずれか１項に記載の装置であって、前記基板ホルダ（１）は、該基板ホルダ（１）内に配置された基板（１６）と該ホルダを循環する液体染料とを加熱するための加熱手段（１５）を備えていることを特徴とする装置。
9. 前記加熱手段は、誘導性素子から構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記加熱手段（１５）は抵抗素子から構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
11. 前記抵抗素子（１５）は、作動局面において、前記基板ホルダ（１）中に配置された基板（１６）の上方に広がるプレート上に配置されている透明導電酸化物（ＴＣＯ）から製造されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
    

Images