JP2009129651A - 色素増感太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産効率高く、安定した品質で製造することができる色素増感太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】電池本体６の端面の注入口８から電解液９を注入して封止することによって、色素増感太陽電池を製造する。この際に、注入口８が上になるように複数個の電池本体６を並列して電池本体ホルダー１０に保持し、電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６の注入口８の部分を電解液９に浸漬することによって、各電池本体６の電解液充填部７内に注入口８から同時に電解液９を注入させる。複数の電池本体６を電池本体ホルダー１０に保持した状態で、同じ向きに位置する各電池本体６の注入口８を電解液９に浸漬することで、複数の各電池本体６の電解液充填部７内に、一度の操作で、且つ同じ注入条件で、電解液９を注入・充填することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、色素増感太陽電池の製造方法、特に電解液の注入の方法に関するものである。

色素増感太陽電池は、光の集光効率及び透過効率に優れ、作用極側の電極の単位面積当たりのエネルギー変換効率が高いために、クリーンなエネルギー源の一つとして注目されている（例えば特許文献１〜３等参照）。

色素増感太陽電池は通常、図８に示すようにして製造されている。まず、ガラス板などで形成される第一の基板３の片面に、増感色素が担持された酸化チタン薄膜などの半導体膜を形成して作用極となる第一の電極２を設け、またガラス板などで形成される第二の基板５の片面に対電極となる第二の電極４を設ける。そして図８（ａ）のように電極２，４同士を対向させた状態で枠状のスペーサ１５の両側に各基板３，５を接合することによって、図８（ｂ）のような電池本体６を作製する。基板３，５間にはスペーサ１５で囲まれる空間が形成されており、この空間によって電池本体６内に電解液充填部７が形成されるものである。またスペーサ１５には注入口８用の切欠が形成してあり、電池本体６の一側端面に電解液充填部７内と連通する注入口８が開口している。この後、図８（ｃ）のように、注入口８から電解液９を電池本体６の電解液充填部７に注入して充填し、注入口８を封止材１６で封止することによって、色素増感太陽電池を作製することができるものである。

ここで、上記のように電池本体６の電解液充填部７に注入口８から電解液９を注入する工程は、個々の電池本体６を手に取り、スポイトやシリンジを注入口８にあてがって電解液９を注入するという、ハンドリング作業で行なわれている。また電解液９を注入する際に、注入口８の周囲において電池本体６の表面に電解液９が付着するので、注入口８を拭き取る必要があるが、この場合も、電池本体６を手に取って綿棒などの拭き取り具で注入口８に付着した電解液９を拭き取るという、ハンドリング作業で行なわれている。
特開２０００−１５０００５号公報 特開２０００−３４８７８３号公報 特開２００２−２１６８６１号公報

上記のように、電池本体６の電解液充填部７への電解液９の注入や、注入口８に付着した電解液９の拭き取りはハンドリング作業で行なわれているので、一個一個の電池本体６に対する作業になり、色素増感太陽電池の生産効率が非常に悪いものであった。またこのように一個一個の電池本体６に対する作業であるため、電解液の注入・充填や電解液の拭き取りが、電池本体６ごとにばらつくおそれがあり、色素増感太陽電池の品質が安定しないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、生産効率が高く、安定した品質で製造することができる色素増感太陽電池の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る色素増感太陽電池の製造方法は、増感色素が担持された半導体膜１を形成した第一の電極２を有する第一の基板３と、対電極となる第二の電極４を有する第二の基板５とを対向配置して電池本体６を形成すると共に、第一の基板３と第二の基板５の間の電解液充填部７内に電池本体６の端面の注入口８から電解液９を注入して封止することによって、色素増感太陽電池を製造するにあたって、注入口８が上になるように複数個の電池本体６を並列して電池本体ホルダー１０に保持し、電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６の注入口８の部分を電解液９に浸漬することによって、各電池本体６の電解液充填部７内に注入口８から同時に電解液９を注入させることを特徴とするものである。

この発明によれば、複数の電池本体６を電池本体ホルダー１０に保持した状態で、同じ向きに位置する各電池本体６の注入口８を電解液９に浸漬することで、複数の各電池本体６の電解液充填部７内に、一度の操作で、且つ同じ注入条件で、電解液９を注入・充填することができるものであり、生産効率高く、安定した品質で色素増感太陽電池を製造することができるものである。

また本発明は、上記のように電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６の電解液充填部７に注入口８から電解液９を注入した後、この電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６の注入口８の拭き取りを行なうことを特徴とするものである。

この発明によれば、注入口８が同じ向きになるように電池本体ホルダー１０で保持されている各電池本体６の注入口８に対して、一度の操作で、且つ同じ拭き取り条件で、各注入口８の拭き取りを行なうことができるものであり、生産効率高く、安定した品質で色素増感太陽電池を製造することができるものである。

また本発明は、上記電池本体ホルダー１０には、電池本体６が電池本体ホルダー１０から脱落することを防止する脱落防止手段１１を備えることを特徴とするものである。

この発明によれば、注入口８が上向きになるように電池本体６を保持する電池本体ホルダー１０を上下反転させても、電池本体６が電池本体ホルダー１０から脱落することがなくなり、注入口８から電池本体６の電解液充填部７内に電解液９を注入させるにあたって、注入口８が下向きになるように電池本体ホルダー１０を上下反転させて、電解液９に注入口８を浸漬させることが容易になり、注入口８から電池本体６の電解液充填部７に電解液９を注入する操作が容易になるものである。

本発明によれば、複数の電池本体６を電池本体ホルダー１０に保持した状態で、同じ向きに位置する各電池本体６の注入口８を電解液９に浸漬することによって、複数の各電池本体６の電解液充填部７内に同時に、且つ同じ注入条件で電解液９を注入・充填することができるものであり、生産効率高く、安定した品質で色素増感太陽電池を製造することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図４は電池本体ホルダー１０の一例を示すものであり、細長い矩形状のベース２０の上面に一対の平行な保持壁２１，２１が長手方向に沿って突設してある。各保持壁２１，２１の対向する内面には、保持壁２１の上端で開放される挿入溝２２が上下方向に設けてある。この挿入溝２２は両保持壁２１，２１において対向する位置に設けられるものであり、保持壁２１の長手方向に沿って一定間隔で多数形成してある。２３は保持壁２１，２１間においてベース２０に設けた孔である。

色素増感太陽電池の電池本体６は既述の図８（ａ）(ｂ)のように作製されるものである。この電池本体６を電池本体ホルダー１０に保持するにあたっては、電池本体６をその注入口８を上にして、電池本体６の両側端縁を挿入溝２２に上端から挿入することによって、保持壁２１，２１間に電池本体６を差し込むようにして行なうことができるものである。このように挿入溝２２に挿入することによって、電池本体６は平行に配列した状態で電池本体ホルダー１０に保持されるものである。図４には一部の挿入溝２２において電池本体６を保持した状態を示すが、総ての挿入溝２２に電池本体６を挿入して多数枚（図４では３６枚）の電池本体６を保持することができるものである。また電池本体６の両側の辺の長さと保持壁２１の高さをほぼ同寸法に形成して、電池本体６を保持壁２１，２１間に保持した際に、保持壁２１の上端と電池本体６の上端が面一になるようにしてある。

このように電池本体ホルダー１０に電池本体６を保持した状態で、電池本体６への電解液９の注入などを行なうが、電解液９の注入の工程では、電解液槽２４を用いる。電解液槽２４は図５に示すように、上面が開口する液供給凹部２５を凹設して形成されるものであり、この液供給凹部２５は電池本体ホルダー１０の一対の保持壁２１，２１が密接して差し込まれる大きさの平面矩形に形成してある。液供給凹部２５の長手方向の両端の内側面には液供給凹部２５と連通する連通凹部２６が設けてあり、液供給凹部２５の底面にはその長手方向に沿って上記の挿入溝２２と同間隔で受け突起２７が突設してある。

そして電池本体６に電解液９を注入するにあたっては、まず多数の電池本体６を挿入溝２２に挿入して、図１（ａ）に示すようにその注入口８を上にして電池本体ホルダー１０に保持させる。このとき、電池本体ホルダー１０に保持される各注入口８は一直線の一列に配列されている。尚、図１では電池本体６を断面表示している（図２、図３も同じ）。次に図１（ｂ）のように、電解液槽２４を上下反転して液供給凹部２５の開口を下向きにした状態で、電池本体ホルダー１０の上に被せ、電池本体ホルダー１０の保持壁２１及び保持壁２１間に保持された電池本体６を液供給凹部２５に差し込む。この後、図１（ｃ）に示すように、電池本体ホルダー１０と電解液槽２４を上下反転させる。このとき、電池本体ホルダー１０の電池本体６は電解液槽２４の液供給凹部２５内に差し込まれているので、このように上下反転させても電池本体６が電池本体ホルダー１０から脱落することはない。

次に、電池本体ホルダー１０と電解液槽２４を真空チャンバーなどに入れて真空チャンバー内を減圧し、各電池本体６の電解液充填部７内の空気を抜いて真空状態にした後、連通凹部２６から電解液槽２４の液供給凹部２５内に図１（ｃ）のように電解液９を供給して、各電池本体６の注入口８を電解液９に浸漬させる。そしてこの後に真空チャンバー内を常圧に戻すことによって、注入口８から各電池本体６の電解液充填部７内に電解液９を注入させて充填することができるものである。このとき、各電池本体６は液供給凹部２５の受け突起２７の上に乗り、注入口８と液供給凹部２５の底面との間に隙間が形成されて、注入口８に電解液９がスムーズに流入するようになっている。そしてこのように、電池本体６の電解液充填部７への電解液９の注入・充填は、電池本体ホルダー１０に保持した多数の電池本体６に対して、一度の操作で同時に行なうことができるので、生産効率よく電解液９の注入を行なうことができるものである。また電池本体ホルダー１０に保持した多数の電池本体６に対して、同じ条件で電解液９の注入を行なうことができるので、電解液９の注入品質が一定し、安定した品質で生産することができるものである。

このように電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６に電解液９を注入した後、液供給凹部２５内の余った電解液９を吸い上げたりあるいは流し出したりして排出する。このように液供給凹部２５内から電解液９を排出しても、注入口８は小さな開口であるので、電解液充填部７内の電解液９が流れ出すことはない。そして再度電池本体ホルダー１０と電解液槽２４を上下反転させ、この状態で図１（ｂ）とは反対に電解液槽２４を引き上げて、液供給凹部２５から電池本体ホルダー１０の保持壁２１と電池本体６を抜き出す。

上記のように電池本体６の注入口８を電解液９に浸漬することによって、注入口８には電解液９が付着しているので、注入口８を封止する前に、注入口８に付着する電解液９を拭き取る必要がある。この注入口８を拭き取る工程も、電池本体ホルダー１０に保持した多数の電池本体６に対して一度の操作で同時に行なうことができる。すなわち、電池本体ホルダー１０に保持した状態では、注入口８は各電池本体６の上端において一直線の一列に並んでいるので、フェルトやスポンジなど吸液性を有する材料で形成される拭き取り治具２９を、図２（ｂ）に示すように電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６に跨るように配置し（図２（ｂ）において電池本体ホルダー１０の図示は省略）、そして図２（ａ）のように各電池本体６の上端に拭き取り治具２９の下端を当接させ、拭き取り治具２９を電池本体６の幅方向に往復移動させることによって、多数の電池本体６に対して一度の操作で注入口８の拭き取りを同時に行なうことができるものである。このように、電池本体６の注入口８の拭き取りは、電池本体ホルダー１０に保持した多数の電池本体６に対して、一度の操作で同時に行なうことができるので、生産効率よく拭き取りの作業を行なうことができるものであり、また多数の電池本体６に対して、同じ条件で拭き取りを行なうことができるので、拭き取りの品質が一定し、安定した品質で生産することができるものである。

そして上記のように電池本体ホルダー１０に保持した各電池本体６の注入口８を拭き取った後、さらに同様に各電池本体６を電池本体ホルダー１０に保持したまま、図３のように各電池本体６の注入口８にシリンジ３１等から封止材１６を供給して、注入口８を封止材１６で封止することによって、色素増感太陽電池を得ることができるものである。この封止工程においても、注入口８の封止は、電池本体ホルダー１０に保持した多数の電池本体６に対して、一度の操作で同時に行なうことができるので、生産効率よく封止の作業を行なうことができるものであり、また多数の電池本体６に対して、同じ条件で封止を行なうことができるので、封止の品質が一定し、安定した品質で色素増感太陽電池を製造することができるものである。このように電池本体ホルダー１０に保持した状態で色素増感太陽電池を製造した後、色素増感太陽電池を電池本体ホルダー１０から抜き取ることによって、後の工程での加工等を行なうことができるものである。

図６は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図６（ａ）のように電池本体６の一側端（四角形に形成される電池本体６の注入口８を設けた側端に隣接する側端）に円弧状の係合凹部３３が設けてある。また電池本体ホルダー１０の一対の保持壁２１のうち一方の保持壁２１において、各挿入溝２２の部分に保持壁２１の内面に開口する図６（ｂ）のような取付孔３４を設け、取付孔３４内にスプリング３５とスプリング３５によって弾撥されて取付孔３４から保持壁２１の内面から突出する係合具３６とが取り付けてある。係合具３６の先端面は係合凹部３３の円弧に合致する凸曲面に形成してある。

これらの係合凹部３３、スプリング３５、係合具３６によって脱落防止手段１１が形成されるものであり、電池本体６の両側端縁を挿入溝２２に上端から挿入して保持壁２１，２１間に電池本体６を差し込む際に、図４（ｂ）のように電池本体６の側端の係合凹部３３に係合具３６がスプリング３５に押圧されて係合する。係合具３６は先端面が凸曲面に形成してあるので、電池本体６を挿入溝２２に挿入する際に係合具３６の凸曲面が電池本体６の側面を滑って、係合凹部３３にスムーズに係合具３６が係合し、また電池本体６を挿入溝２２から抜くときも係合具３６はスムーズに係合凹部３３から外れるようになっている。そしてこのように係合凹部３３に係合具３６が係合することによって、電池本体６が抜け落ちることがない状態で電池本体ホルダー１０に保持することができるものである。従って、上記の電解液９の注入工程、注入口８の拭き取り工程、注入口８の封止工程において、電池本体６が電池本体ホルダー１０から脱落するようなおそれなく、安定して各作業を行なうことができるものである。

特に電池本体ホルダー１０に電池本体６を保持した状態で、電池本体ホルダー１０を上下反転しても電池本体６が電池本体ホルダー１０から抜け落ちるおそれがない。従って図７のように、電解液槽２４の液供給凹部２５に電解液９を供給しておき、電池本体６を保持した電池本体ホルダー１０を上下反転して電池本体６を下向きにしながら液供給凹部２５に差し込んで、電解液９に電池本体６の下端に位置する注入口８を浸漬させることによって、上記と同じ真空注入法で注入口８から電池本体６の電解液充填部７に電解液９を注入させることができるものであり、図１（ｂ）（ｃ）のように電池本体ホルダー１０と電解液槽２４をともに反転させたり、反転させた後に液供給凹部２５に電解液９を供給したりする操作が不要になるものである。また電解液充填部７への電解液９の注入・充填が終わると、電池本体ホルダー１０を引き上げて液供給凹部２５から電池本体６を抜き出すことができるものであり、液供給凹部２５から余った電解液９を排出したり、電池本体ホルダー１０と電解液槽２４をともに再度反転させたりするような操作が不要になるものである。このように、電解液９の注入工程での作業効率が高まり、生産性をより向上することができるものである。

本発明の実施の形態の一例における電解液注入工程を示すものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ断面図である。 同上の注入口拭き取り工程を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。 同上の注入口封止工程を示す断面図である。 同上に用いる電池ホルダーの平面図である。 同上に用いる電解液槽を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は電池本体の斜視図、（ｂ）は電池本体を電池本体ホルダーに保持した状態の断面図である。 同上における電解液注入工程を示す断面図である。 色素増感太陽電池の製造の手順を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）（ｃ）は断面図である。

符号の説明

２ 第一電極
３ 第一基板
４ 第二電極
５ 第二基板
６ 電池本体
７ 電解液充填部
８ 注入口
９ 電解液
１０ 電池本体ホルダー
１１ 脱落防止手段

Claims (3)

1. 増感色素が担持された半導体膜を形成した第一の電極を有する第一の基板と、対電極となる第二の電極を有する第二の基板とを対向配置して電池本体を形成すると共に、第一の基板と第二の基板の間の電解液充填部内に電池本体の端面の注入口から電解液を注入して封止することによって、色素増感太陽電池を製造するにあたって、注入口が上になるように複数個の電池本体を並列して電池本体ホルダーに保持し、電池本体ホルダーに保持した各電池本体の注入口の部分を電解液に浸漬することによって、各電池本体の電解液充填部内に注入口から同時に電解液を注入させることを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
2. 電池本体ホルダーに保持した各電池本体の電解液充填部に注入口から電解液を注入した後、この電池本体ホルダーに保持した各電池本体の注入口の拭き取りを行なうことを特徴とする請求項１に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
3. 電池本体ホルダーには、電池本体が電池本体ホルダーから脱落することを防止する脱落防止手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の色素増感太陽電池の製造方法。

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