JP2010092762A - 機能性デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】機能性デバイスである色素増感型太陽電池は、透明電導膜13aが形成された透明基板12aと、電膜13bが形成された基板12bと、両基板の間に充填された電解質溶液16と、電解質溶液を封止し両基板を接合する第1の紫外線硬化型樹脂による内側メインシール15aと、内側メインシールの外側で両基板を接合する第2の紫外線硬化型樹脂による外側メインシール17aとを有する。基板16bに形成され電解質溶液を充填するための電解質溶液注入孔18a、18bの開口部を塞ぎ電解質溶液を封止する第1の紫外線硬化型樹脂による内側エンドシール15b、15cと、内側エンドシールの外側に配置された第2の紫外線硬化型樹脂による外側エンドシール17bによって、基板12bに接合されたエンドシール板19を有する。
【選択図】図1
Description
[色素増感太陽電池の構成例]
図1は、本発明の実施の形態における、色素増感太陽電池の構成例を模式的に示す断面図である。
2I- → I2 +2e-
I2 + I- →I3 -
によって電子を受け取り、電解質溶液中に酸化剤、例えば、三ヨウ化物イオンI3 -(I2 とI- との結合体)を生成させる。生じた酸化剤は拡散によって対向電極に到達し、上記反応の逆反応
I3 - → I2 +I-
I2 +2e- →2I-
によって対向電極から電子を受け取り、もとの還元剤に還元される。
図2は、本発明の実施の形態における、色素増感太陽電池の製造工程の例を説明する斜視図、SS部断面図を含む図である。
以下、色素増感太陽電池の封止構造について説明する。図2に示す製造工程に従って色素増感太陽電池を製作した。
ガラス板からなる光電極側透明基板12aと、その上にFTO材料が透明導電膜として形成された光電極側透明電導膜13aからなる光電極として、日本板硝子社製FTO材料(10Ω)を使用した。
上記の光電極のFTO層上にスクリーン印刷機で酸化チタンを塗布し、510℃にて30分焼結して、半導体多孔質膜として酸化チタン(TiO2)半導体多孔質膜14を形成した。
図3は、本発明の実施例における、増感色素の例を示す図である。
対向電極側電導膜13bが対向極側基板12b上に形成された対向電極として、ガラス板にCr(厚さ500Å)/Pt(厚さ1000Å)がそれぞれスパッタされたガラス/Cr/Pt(株式会社ジオマテックより購入。)を使用した。
図2(A)に示すように、増感色素が担持されたTiO2多孔質膜14を包囲するように、光電極側透明導電膜13a上にフォトマスクを形成して、紫外線硬化型樹脂(スリーボンド社製、31X−101系樹脂、メタアクリレート基を有するポリブタジエン重合材)を内側メインシール(内側主封止剤)15aとして使用してこれを環状に塗布した。
図2(C)に示すように、接合された両基板12a、12bの周縁部の間隙に、粘度の小さい紫外線硬化型樹脂(スリーボンド社製、TB3042、一液性無溶剤のラジカル硬化型樹脂)を外側メインシール(外側主封止剤)17aとしてこれを、毛細管現象を利用して注入し、紫外線を照射して硬化させて上記の周縁部で両基板12a、12bを接合した。この結果、両基板12a、12bと内側メインシール15aによって、電解質溶液16が封入される内部空間が形成された。
図2(D)に示すように、対向極側基板12bに形成されている電解質溶液用注入孔18a、18bの一方を空気抜き孔とし他方の孔から、ヨウ素等を含む電解質溶液16を、上記の内部空間に注入した。
図2(E)に示すように、対向電極側基板12b上にフォトマスクを形成して電解質溶液用注入孔18a、18bの開口部を少なくとも塞ぐように、紫外線硬化型樹脂(スリーボンド社製、31X−101系樹脂)を内側エンドシール(内側副封止剤)15b、15cとして使用してこれを塗布した。なお、この内側エンドシール15b、15cは、図2に示す例とは異なり、連接して形成した。
次に、図2(E)に示すように、接合された対向電極側基板12とエンドシール板19の周縁部の間隙に、粘度の小さい紫外線硬化型樹脂(スリーボンド社製、TB3042)を外側エンドシール(外側主封止剤)17bとしてこれを、毛細管現象を利用して注入し、紫外線を照射して硬化させて上記の周縁部で対向電極側基板12とエンドシール板19を接合した。
図5は、本発明の実施例における、色素増感太陽電池の構成例を示す図であり、図5(A)は平面図、図5(B)はA−A部断面図、図5(C)はB−B部断面図である。
以上説明したような、異なる紫外線硬化型樹脂による2重封止構造のメインシール及びエンドシールによって形成されたDSCが、単一の紫外線硬化型樹脂による2重封止構造のメインシール及びエンドシールによって形成されたDSCよりも、優れていることを確認するために比較例を製作し、特性劣化評価実験を行い、実施例によるDSCとの耐久性の比較を行った。
以下の説明では、紫外線硬化型封止剤(主封止剤(31X−101系樹脂、スリーボンド社製))をαと表し、紫外線硬化型封止剤(副封止剤(TB3042、スリーボンド社製))をβと表すことにする。
図7は、図6に示す封止構造と色素増感太陽電池の特性劣化の関係を示す図である。図7において、特性劣化は、初回の光電変換効率の測定時点(経過日数=0日とする。)から経過日数と、この経過日数後に実測された光電変換効率を、初回に測定された光電変換効率で規格化して得られた光電変換効率(%、相対光電変換効率)によって、示している。
13a…光電極側透明導電膜、13b…対向電極側導電膜、14…TiO2多孔質膜、
15a…内側メインシール、15b、15c…内側エンドシール、16…電解質溶液、
17a…外側メインシール、17b…外側エンドシール、
18a、18b…電解質溶液注入孔、19…エンドシール板
Claims (11)
- 第1の導電性電極が形成された第1の基板と、
第2の導電性電極が形成された第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板の間に充填された機能物質と、
第1の紫外線硬化型樹脂によって形成され、前記第1の基板と前記第2の基板の間に
配置され、前記機能物質を封止し前記第1の基板と前記第2の基板を接合する第1の封
止部と、
第2の紫外線硬化型樹脂によって形成され、前記第1の基板と前記第2の基板の間に
配置され、前記第1の封止部の外側で前記第1の基板と前記第2の基板を接合する第2
の封止部と、
を有する機能性デバイス。 - 前記第2の基板に形成され、前記第1の基板と前記第2の基板の間に前記機能物質を充填するための開口部と、第3の紫外線硬化型樹脂によって形成され、少なくとも前記開口部を塞ぐように形成され前記機能物質を封止する第3の封止部と、第4の紫外線硬化型樹脂によって形成され、前記第3の封止部の外側に配置された第4の封止部と、前記第3の封止部と前記第4の封止部によって前記第2の基板に接合された第3の基板とを有する、請求項1に記載の機能性デバイス。
- 前記第1の紫外線硬化型樹脂は、前記機能物質の透過性が少なく、前記第2の紫外線硬化型樹脂は、水、酸素、有機溶媒に対する透過性が、前記第1の紫外線硬化型樹脂よりもさく、前記第1の封止部及び前記第2の封止部によって、前記機能物質の外部への漏洩が防止され、外部の雰囲気から遮断された、請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイス。
- 前記第1の紫外線硬化型樹脂と前記第3の紫外線硬化型樹脂が同じであり、前記第2の紫外線硬化型樹脂と前記第4の紫外線硬化型樹脂が同じである、請求項3に記載の機能性デバイス。
- 前記第1の基板が光透過性の材料からなり、光電変換機能、又は、調光機能、又は、画像表示機能を有するデバイスとして構成された、請求項3に記載の機能性デバイス。
- 光電変換機能として構成された機能性デバイスであり、前記第1の導電性電極の面に形成され増感色素を保持した半導体電極層を有し、前記機能物質として、電解質溶液が前記第1の基板と前記第2の基板の間に充填され、光吸収によって励起された前記増感色素の電子が前記半導体電極層へ取り出されるとともに、前記電子を失った前記増感色素が、前記電解質溶液中の還元剤によって還元される色素増感光電変換装置として構成された、請求項5に記載の機能性デバイス。
- 第1の導電性電極が形成された第1の基板の面に、第1の紫外線硬化型樹脂を環状に
塗布する第1の工程と、
第2の導電性電極が形成された第2の基板を前記第1の基板に対向させ、前記第1の
紫外線硬化型樹脂を硬化させて形成された環状の第1の封止部よって、前記第1の基板
と前記第2の基板を接合する第2の工程と、
前記第1の封止部の外側において前記第1の基板と前記第2の基板の間に、第2の紫
外線硬化型樹脂を充填して硬化させて第2の封止部を形成し、前記第1の基板と前記第
2の基板を接合する第3の工程と、
前記第1及び第2の基板と前記第1の封止部によって形成された内部空間に、前記第
1の基板に設けられている開口部から機能物質を充填する第4の工程と、
前記開口部を封止する第5の工程と
を有する機能性デバイスの製造方法。 - 前記第5の工程は、第3の紫外線硬化型樹脂によって少なくとも前記開口部を塞ぐように塗布して硬化させて、前記機能物質を封止する第3の封止部を形成し、第3の基板と前記第2の基板を接合する工程と、前記第3の封止部の外側において前記第2の基板と前記第3の基板の間に、第4の紫外線硬化型樹脂を充填して硬化させて第4の封止部を形成し、前記第2の基板と前記第3の基板を接合する工程を有する、請求項7に記載の機能性デバイスの製造方法。
- 前記第1の紫外線硬化型樹脂は、前記機能物質の透過性が少なく、前記第2の紫外線硬化型樹脂は、水、酸素、有機溶媒に対する透過性が、前記第1の紫外線硬化型樹脂よりもさく、前記第1の封止部及び前記第2の封止部によって、前記機能物質の外部への漏洩が防止され、外部の雰囲気から遮断される、請求項7又は請求項8に記載の機能性デバイスの製造方法。
- 前記第1の紫外線硬化型樹脂と前記第3の紫外線硬化型樹脂が同じであり、前記第2の紫外線硬化型樹脂と前記第4の紫外線硬化型樹脂が同じである、請求項9に記載の機能性デバイスの製造方法。
- 前記第1の基板が光透過性の材料からなり、増感色素を保持した半導体電極層を前記第1の導電性電極の面に形成する工程を有し、前記機能物質として、電解質溶液が前記第1の基板と前記第2の基板の間に充填され、光吸収によって励起された前記増感色素の電子が前記半導体電極層へ取り出されるとともに、前記電子を失った前記増感色素が、前記電解質溶液中の還元剤によって還元される色素増感光電変換装置として構成された、請求項7又は請求項8に記載の機能性デバイスの製造方法。
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