JP2009120462A - 色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラスおよびガラスセラミックス組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を15〜50%、Bi2O3を15〜45%、SiO2を2〜25%、ZnOを0〜30%、Al2O3を0〜15%、TiO2を0〜15%含有する色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。B2O3を17〜47%、Bi2O3を17〜42%、SiO2を4〜22%、ZnOを0〜27%、Al2O3を0〜12%、TiO2を0〜12%含有する前記色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
【選択図】なし
Description
透明導電性基板はガラス基板の表面に透明導電膜をコーティングしたものが一般的である。
ガラス基板にはコストの観点から窓ガラス等に広く使用されているソーダライムガラス基板が通常用いられる。
集電配線は絶縁層で被覆されるが、その絶縁被覆材としては樹脂の他にガラスが提案されている(特許文献1、2参照)。
また、色素増感型太陽電池の封止材としては樹脂の提案が多いがガラスの使用も提案されている(特許文献3参照)。
電解液は高極性の有機溶媒と、ヨウ素、金属ヨウ素化合物などの酸化還元剤成分とからなっており、一方、集電配線の材料としては一般的には銀が用いられるが、銀は電解液の酸化還元剤成分からの浸食に弱いため集電配線の絶縁被覆に用いられるガラスは集電配線の保護層として機能する必要がある。
本発明はこのような課題を解決できる色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラスおよびガラスセラミックス組成物の提供を目的とする。
また、B2O3を17〜47%、Bi2O3を17〜42%、SiO2を4〜22%、ZnOを0〜27%、Al2O3を0〜12%、TiO2を0〜12%含有する前記色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラスを提供する。
また、色素増感型太陽電池の封止に用いられる前記色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラスを提供する。
また、前記無鉛ガラスがB2O3を17〜47%、Bi2O3を17〜42%、SiO2を4〜22%、ZnOを0〜27%、Al2O3を0〜12%、TiO2を0〜12%含有するものである前記色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、色素増感型太陽電池の集電配線の被覆に用いられる前記色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物を提供する。
また、色素増感型太陽電池の封止に用いられる前記色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物を提供する。
本発明のガラス粉末は通常、必要に応じてセラミックスフィラー(無機酸化物粉末)等と混合され、さらにエチルセルロース等の樹脂をα−テルピネオール等の有機溶剤に溶解させたビヒクルと混練してガラスペーストとされるが、本発明のガラス粉末はグリーンシートに加工されるなどしてもよい。
本発明のガラス粉末またはガラスセラミックス組成物を含有するグリーンシートを用いて集電配線を絶縁被覆するには、ラミネーターなどを用いて集電配線上に貼付し、焼成する。
透明導電膜付ガラス基板に十分な透光性を確保できる程度に集電配線(典型的には銀線)を形成し、その上に電極被覆用粉末をガラスペースト法またはグリーンシート法によって塗布・焼成してガラス層を形成する。さらに、透明導電膜上に多孔性の酸化チタニアを焼き付け、光増感色素を担持させて作用極とする。
もう一方の透明導電膜付ガラス基板にも、十分な透光性を確保できる程度に集電配線(典型的には銀線)を形成し、その上に電極被覆用粉末をガラスペースト法またはグリーンシート法によって塗布・焼成してガラス層を形成する。さらに、透明導電膜上に白金膜を形成し対極とする。
電極被覆用粉末および封止材の少なくともいずれか一方に本発明のガラス粉末またはガラスセラミックス組成物が使用される。
色素増感型太陽電池においては基板に変形が生じると張り合わせが困難になるため、変形が生じない温度で焼成する必要があり、ソーダライムガラス基板では550℃以下の温度で焼成することが好ましい。したがって、ソーダライムガラス基板に適用する場合本発明のガラス粉末およびガラスセラミックス組成物は550℃以下の温度で焼結可能なものであることが好ましい。
本発明のガラスは800℃まで10℃/分で昇温する示差熱分析を行ったときに結晶化ピークが認められないものであることが好ましい。
B2O3はSiO2ほどにはTsを上げずにガラスを安定化させることができる成分であり、必須である。15%未満ではTsが高くなる。好ましくは17%以上である。50%超では化学的耐久性が低下する。好ましくは47%以下である。
Bi2O3は化学的耐久性を著しく下げることなしにTsを下げることができる成分であり、必須である。15%未満ではTsが高くなる。好ましくは17%以上である。45%超では化学的耐久性が低下する、またはαが大きくなりすぎる。好ましくは42%以下である。
Tsを510℃以下にしたい場合、B2O3およびSiO2の含有量の合計からBi2O3含有量を減じた値は23%以下であることが好ましい。より好ましくは21%以下、特に好ましくは19%以下である。
Al2O3は必須ではないが、ガラスを安定化させたい場合などに15%以下の範囲で含有してもよい。15%超ではTsが高くなる。好ましくは12%以下である。
TiO2は必須ではないが、化学的耐久性を向上させたい場合などに15%以下の範囲で含有してもよい。15%超ではガラスが失透しやすくなる。好ましくは12%以下である。
本発明のガラスは本質的に上記成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の成分を含有してもよい。このように他の成分を含有する場合、それらの含有量の合計は、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、典型的には7%以下である。
Li2O、Na2OおよびK2OはTsを低下させたい場合などにいずれか一種以上を合計で10%以下の範囲で含有してもよい。10%超では化学的耐久性が低下する、またはαが大きくなりすぎる。前記合計は5%以下であることが好ましい。
MgO、CaO、SrOおよびBaOはTsを低下させたい場合などにいずれか一種以上を合計で10%以下の範囲で含有してもよい。10%超では化学的耐久性が低下する、またはαが大きくなりすぎる。
なお、本発明のガラスはPbOは含有しない。
例1〜17は実施例、例20、21は比較例である。
Ts、Tc:800℃までの範囲で10℃/分の昇温速度で示差熱分析計を用いて測定した。結晶化ピーク温度をTcとし、結晶化ピークが認められないものは表中に「−」で示す。
α:ガラス粉末を加圧成形後、Tsより30℃高い温度で10分間焼成して得た焼成体を直径5mm、長さ2cmの円柱状に加工し、熱膨張計で50〜350℃の平均線膨張係数を測定した。なお、例20のαについては、例20のガラス粉末100質量部に対してコージェライト粉末を10質量部の割合で加えて混合したガラスセラミックス組成物について測定した。
次に、大きさ50mm×75mm、厚さ2.8mmのソーダライムガラス基板を用意し、基板の35mm×45mmの部分に前記ガラスペーストを均一にスクリーン印刷後、120℃で10分間乾燥した。これらガラス基板を昇温速度10℃/分で温度が520℃に達するまで加熱し、さらにその温度で60分間保持して焼成した。このようにしてガラス基板上に形成されたガラス層の厚さは約15μmであった。
(1)色素増感型太陽電池の電解液の作製
3−メトキシプロピオニトリルにヨウ素を0.05モル、ヨウ化リチウムを0.1モル、4−tert−ブチルピリジンを0.5モル添加し、それぞれを十分に溶解させて電解液を作製する。
前記の円柱状に加工した焼結体試料の質量W0を測定する。
次に、バイアル瓶に焼結体試料と、前記の電解液を入れて密封し、80℃の条件下で1週間保持後、焼結体試料を電解液から取り出す。
電解液から取り出した焼結体試料を乾燥させ質量Wを測定する。
電解液浸漬前後での焼結体試料の質量減少量(W0−W)を計算する。
(3)質量変化率wの計算
wを、(W0−W)×100/W0の式により算出する。
Claims (8)
- 下記酸化物基準のモル百分率表示で、B2O3を15〜50%、Bi2O3を15〜45%、SiO2を2〜25%、ZnOを0〜30%、Al2O3を0〜15%、TiO2を0〜15%含有する色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
- B2O3を17〜47%、Bi2O3を17〜42%、SiO2を4〜22%、ZnOを0〜27%、Al2O3を0〜12%、TiO2を0〜12%含有する請求項1の色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
- Al2O3およびTiO2の少なくともいずれか一方を含有する請求項1または2の色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
- 色素増感型太陽電池の集電配線の被覆に用いられる請求項1、2または3の色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
- 色素増感型太陽電池の封止に用いられる請求項1、2または3の色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラス。
- 請求項1、2または3の色素増感型太陽電池製造用無鉛ガラスの粉末と、その粉末100質量部に対して0.1〜30質量部の割合の無機酸化物粉末とを含有する色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物。
- 色素増感型太陽電池の集電配線の被覆に用いられる請求項6の色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物。
- 色素増感型太陽電池の封止に用いられる請求項6の色素増感型太陽電池製造用ガラスセラミックス組成物。
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