JP2011070891A - 太陽電池付き成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池の機能が損なわない太陽電池付き成形品を容易に金型内で得る。
【解決手段】 基体シートの片面に透明導電膜と金属酸化物半導体層と電解質層と導電膜とが太陽電池を形成するように順次積層された太陽電池付きシートを、太陽電池が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させることによって、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を得る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、太陽電池と成形品とが一体化した太陽電池付き成形品の製造方法に関する。

従来の太陽電池付き成形品を製造するためのシートとして、光透過性の樹脂シート１０１の片面に透明導電膜１０２が形成された透明導電性シート１０３が特許文献１に開示されている（図１０参照）。

このシートの透明導電膜１０２が金型内のキャビティに面するように金型内に設置した後に、金型内に樹脂を流し込むことによって、成形品１０４の表面に透明導電膜１０２を設けることができる（図１１（ａ）参照）。これにより透明導電性シート１０３にシワなどを入れずに成形品１０４と一体化できる。この一体化物の透明導電膜１０２の上に金属酸化物半導体１０５を設けるとともに金属酸化物半導体層１０５の表面に色素を付着させ、金属酸化物半導体１０５に対して導電膜１０７を相対向して設けるとともに金属酸化物半導体１０５と導電膜１０７との間に電解質材料１０６を充填して太陽電池付き成形品１０８を形成することができる（図１１（ｂ）参照）。この太陽電池付き成形品１０８は外部からの光線１０９を照射することにより太陽電池として機能するものである。

特開２００５−２１６６９２号

ここで、上記の方法により太陽電池付き成形品を形成する代わりに、シート上に太陽電池が形成された太陽電池付きシートを金型内に挿入した後、溶融樹脂を金型内に注入し、冷却固化することによって太陽電池付き成形品を形成する場合は、電解質材料が溶融樹脂の注入時に流れてしまい、太陽電池の機能を損ねてしまう問題が生じる。

本発明は、太陽電池付きシートを使用して金型内で太陽電池付き成形品を形成する際にも太陽電池の機能を損ねることのない、太陽電池付き成形品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するため、以下のような特徴を備える。

本発明の太陽電池付き成形品の製造方法は、基体シートの片面に透明導電膜と金属酸化物半導体層と電解質層と導電膜とが太陽電池を形成するように順次積層された太陽電池付きシートを、太陽電池が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させることによって、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を得る工程をとる。

本発明の太陽電池付き成形品の製造方法は、基体シートの片面に導電膜と電解質層と金属酸化物半導体層と透明導電膜とが太陽電池を形成するように順次積層された太陽電池付きシートを、太陽電池が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させることによって、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を得る工程をとる。

また、上記の発明において、太陽電池付きシートが基体シートと太陽電池との間に剥離層をさらに備え、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を形成した後に基体シートを剥離してもよい。

また、上記の発明において、太陽電池付きシートが加飾層をさらに備えてもよい。

また、上記の発明において、硬化型樹脂の硬化後に硬化型樹脂を被覆するように金型内に成形樹脂を流し込んでもよい。

本発明の太陽電池付き成形品の製造方法は、太陽電池付きシートを金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させる。硬化前の硬化型樹脂は溶融樹脂より粘度が小さいので、硬化型樹脂の充填時に太陽電池の電解質材料が流れてしまうことはない。したがって、太陽電池の機能が損なわない太陽電池付き成形品を容易に金型内で得ることができる。

本発明の太陽電池付き成形品の製造方法で製造された太陽電池付き成形品を示す断面図である。 本発明の太陽電池付き成形品の製造方法に使用する太陽電池付きシートを示す断面図である。 本発明の太陽電池付き成形品の製造方法を示す断面図である。 本発明の太陽電池付き成形品の製造方法で製造された太陽電池付き成形品を示す断面図である。 本発明の他の太陽電池付き成形品の製造方法に使用する太陽電池付きシートを示す断面図である。 本発明の他の太陽電池付き成形品の製造方法で製造された太陽電池付き成形品を示す断面図である。 本発明の他の太陽電池付き成形品の製造方法に使用する太陽電池付きシートを示す断面図である。 本発明の他の太陽電池付き成形品の製造方法で製造された太陽電池付き成形品を示す断面図である。 本発明の他の太陽電池付き成形品の製造方法を示す断面図である。 従来の太陽電池付き成形品の製造方法に使用する透明導電性シートを示す断面図である。 従来の太陽電池付き成形品の製造方法を示す断面図である。

図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳しく説明する。

本発明の太陽電池付き成形品の製造方法に使用する太陽電池付きシート１１は、基体シート１の片面に太陽電池６の材料である透明導電膜２と金属酸化物半導体層３と電解質層４と導電膜５とが太陽電池６を形成するように順次積層されたものである（図２参照）。太陽電池付きシート１１は金型内に配置して硬化型樹脂７と一体化させることによって、太陽電池付き成形品１２を形成するためのものである。

基体シート１は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂などのポリエステル樹脂フィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂フィルム、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。厚みは、特に限定されるものではないが、２５μｍ〜１０００μｍ程度のものが好適に用いられる。基体シート１には硬化型樹脂７の密着性を向上させるため表面処理を行っておいてもよい。表面処理には、例えばＵＶ処理、コロナ放電処理、プラズマ放電処理、火炎処理、サンディングなどの粗面化処理などが挙げられる。また、硬化型樹脂７との密着性向上のために後述する接着層２４を別途設けてもよい。

透明導電膜２は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜やフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）膜、酸化亜鉛膜等があり、その用途に合わせて選定すればよい。ＩＴＯ膜は、透明でかつ導電性を有している。これは酸化インジウムと少量の酸化スズとからなる薄膜で、Ｉｎ３＋の位置に置換したＳｎ４＋がキャリア電子を発生して導電性を示すものである。ＦＴＯは、酸化スズにフッ素をドープしたものである。また、酸化亜鉛膜は、酸化亜鉛に酸化アルミニウムや酸化ガリウムを添加したもので、若干抵抗は大きいが透明膜を形成できる。上記の膜をシート上に形成させる方法としては、例えば真空蒸着、スパッタリング、ゾル・ゲル法、クラスタービームによる蒸着などが挙げられる。

金属酸化物半導体層３は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ストロンチウム、酸化インジウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブテン、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銀などや、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウムなど、またこれらの混合物を用いることができ、化学安定性やコスト、発電の起電力を考慮すると酸化チタンを用いるのが好ましい。

酸化チタンとしては、その活性の高いアナターゼ型の酸化チタンが好ましい。導電性薄膜上の酸化チタンは、微粒子が積層されているとよく、このようになされていることによって、表面積が大きくなり、光の照射される面積が広いとともに、電解質との電子の授受も好適に行われる。このとき、酸化チタンは数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の微粒子であるとよい。また、粒径の異なる２種類以上の粒子を混在させてもよく、入射した光を好適に散乱させて効率良く光を吸収することが出来る。また、微粒子状でなく、直径が数ｎｍ〜数十ｎｍの筒状のナノチューブ型酸化チタンを用いた場合は電子伝導性が良いため効率を上げることができる。

金属酸化物半導体層３を形成させる方法は、特に限定されるものではないが、たとえば酸化チタン微粉末を適当な溶媒に分散させてインキ化したものをグラビア印刷やスクリーン印刷などの印刷法あるいはスプレー装置などで形成した後に、ホットプレート、オーブン、赤外線ランプ、熱風送風機などで８０℃〜２００℃の温度設定で溶媒を蒸発させるとロールツーロールプロセスとすることができ、高生産性で金属酸化物半導体層３を形成することができる。

上記のように金属酸化物半導体層３を形成した後、その金属酸化物半導体３の表面に色素を吸着させる。吸着させる色素は、様々な色素が色素増感太陽電池用に提案されており、それらを用いることができる。例えば、金属錯体系ではルテニウム錯体系、コバルト錯体系、有機系色素ではシアニン系、メロシアニン系、シアノアクリル酸系、クマリン系、インドリン系などのものがよく知られており、これらを用いることができ、特に金属錯体系であればルテニウム錯体、有機系ではメロシアニン系が好ましい。

電解質層４としては、様々な電解質材料が色素増感太陽電池用に提案されており、これらを用いることができる。一般なものとしては、ヨウ化リチウムとヨウ素と常温溶融塩のイミダゾリウム塩であるＤＭＰIｍIを電解質とし、これらをメトキシアセトニトリルの溶媒に溶解させ、添加剤として電圧調整のための４−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンを加えたものを電解質材料として用いられている。このほか、溶剤としてエチレンカーボネート等を配合しても良く、また、常温溶融塩として、ＭＰｒIｍIやＭＢｕＩｍＩなどを用いてもよい。また、さらに希釈剤としてＭＥＩｍＢＦ４−を添加してもよい。

また、上記の電解質材料にポリマー化剤を加えゲル化させるようにすると、太陽電池からの電解質材料の液もれなどの事故を未然に防ぐことができる。 また、電解質材料として、固体電解質材料であるＣｕＩを用いることもできる。これらの電解質材料をグラビア印刷やスクリーン印刷などの印刷法あるいはスプレー装置などによって金属酸化物半導体層３上に形成して電解質層４を形成するとよい。

導電膜５は、電解質の還元を助けるカソードとしての触媒機能を有するとともに電解質に侵されない導電性の物質を少なくとも表面に有するものであればよく、例えば白金やチタンなどの金属シートをそのまま導電膜５として用いてもよいし、ＩＴＯやＦＴＯ膜などの導電膜上に白金やカーボン、カーボンナノチューブなどを付着させたものを用いてもよい。

基体シート１には接着層２４を設けて、硬化型樹脂７との密着性を向上させることもできる。接着層２４は太陽電池６を形成する前に設けてもよいが（図２参照）、太陽電池６の形成後に設け（図５参照）、射出成形時の高温溶融樹脂による熱圧力に対する保護層の働きをさせてもよい。接着層２４として例えばエチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン等を用いることができる。

太陽電池付きシート１１は加飾層２２を有してもよい。加飾層２２は、例えば着色インキ層として形成する。着色インキ層の材質としては、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリエステルウレタン系樹脂、セルロースエステル系樹脂、アルキド樹脂などの樹脂をバインダーとし、適切な色の顔料または染料を着色剤として含有する着色インキを用いるとよい。着色インキ層の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。

また、加飾層２２は金属薄膜層からなるものでもよい。金属薄膜層は、単独であるいは着色インキとの組合せで金属色調、ハーフミラー調、玉虫色等の金属光沢を表現するためのものであり、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などで形成する。この場合、表現したい金属光沢に応じて、アルミニウム、ニッケル、金、白金、クロム、鉄、銅、スズ、インジウム、銀、チタニウム、鉛、亜鉛などの金属、これらの合金又は化合物を使用する。

加飾層２２は太陽電池６の形成前に形成しても（図２参照）、太陽電池６の形成後に形成してもよいが（図５参照）、外部からの光線３３が太陽電池６に届いて太陽電池の機能を果たすように、例えば加飾層２２を透明にするといった、光線透過性についての検討は必要である。

最終形成品である太陽電池付き成形品１２として、最後に基体シート１が剥離された太陽電池付き成形品１２とすることもできる（図６参照）。この場合、基体シート１に対して太陽電池６を形成する前に予め剥離層２１を形成する（図５参照）。剥離層２１は、基体シート１又は別途設けられる離型層（図示せず）上に全面的または部分的に形成される。基体シート１と硬化型樹脂７との間に太陽電池６が配置された太陽電池付き成形品を形成した後に基体シート１を剥離することによって、剥離層２１は太陽電池付き成形品１２の最外面となる（図６参照）。

剥離層２１の材質としては、アクリル系樹脂、硝化綿系樹脂、ポリウレタン系樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、オレフィン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂等を用いるとよい。剥離層２１に硬度が要求される場合には、紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などを選定して用いるとよい。

剥離層２１の厚みは、０．５〜５０μｍが好ましい。膜厚が０．５μｍより薄いと、十分な接着性が得られないという問題があり、５０μｍより厚いと、印刷後に乾燥し難いという問題があるためである。剥離層２１の形成方法としては、グラビアコート法、ロールコート法、コンマコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの印刷法がある。

電解質層４の周囲には封止材２３を設けてもよい（図５参照）。封止材２３は紫外線硬化性樹脂などの光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂などの放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂やホットメルト材などを使用できる。封止材２３の形成には、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法などを用いるとよい。

硬化型樹脂７としては、例えば紫外線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂、２液硬化型樹脂を挙げることができる。

紫外線硬化型樹脂としては、アクリレートモノマー、メタクリレートモノマー、カチオン重合系モノマー、アクリレートオリゴマー、ポリエステル系オリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、ウレタンアクリレートオリゴマー等を挙げることができる。なかでも本発明においては、アクリレートモノマー、および、アクリレートオリゴマーを用いることが好ましい。紫外線硬化型樹脂は１種類のみ用いても良く、または、２種類以上を混合して用いてもよい。金型３１内で紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射するためには紫外線照射部分の金型材料として石英ガラス、ほう珪酸ガラスなどの透明ガラスや、透明なプラスチックなど透光性材料を用いるのがよい。

熱硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。熱硬化型樹脂は１種類または２種類以上を選択して用いることができる。金型３１内で熱硬化型樹脂を硬化させるためには金型３１に加熱機構を設置するのがよい。

２液硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等を挙げることができる。なかでも本発明においては、エポキシ樹脂およびウレタン樹脂を用いることが好ましい。金型３１内で一様に２液硬化型樹脂を硬化させるためには金型３１に流し込む直前に２液を混合させておくのが好ましい。

太陽電池付きシート１１は、太陽電池６の材料の形成順序を反対にして、基体シート１の片面に導電膜５と電解質層４と金属酸化物半導体層３と透明導電膜２とが太陽電池６を形成するように順次積層してもよい（図７参照）。このように形成した太陽電池付きシート１１は、太陽電池付き成形品１２の裏側に配置できる。この太陽電池付きシート１１によって成形品の裏面に太陽電池を形成する場合、硬化型樹脂７は透明なものを使用し、外部からの光線３３が硬化型樹脂７を通過して太陽電池６に到達できるようにする（図８参照）。

本発明の太陽電池付き成形品１２の製造方法について説明する。

まず、太陽電池６が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように太陽電池付きシート１１を金型３１内に配置する（図３（ａ）参照）。このとき、太陽電池部分を金型キャビティ面の三次元形状箇所に配置することによって、容易に太陽電池付き成形品１２の三次元形状箇所に太陽電池６を配置することができる。次いで、太陽電池６を被覆するように金型３１内に硬化型樹脂７を流し込み、硬化させる（図３（ｂ）参照）。最後に、金型３１を開くことによって基体シート１と硬化型樹脂７との間に太陽電池６が配置された太陽電池付き成形品１２が得られる（図３（ｃ）、図１参照）。

得られた太陽電池付き成形品１２に対し、成形品の裏側から透明導電膜２および導電膜５の箇所まで穴をあけ、その穴に導電性ペースト３２を注入することによって、この太陽電池付き成形品１２を太陽電池として使用することができる（図４参照）。導電性ペースト３２としては、熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂型導電性ペーストなどを使用できる。

また、金型３１ａと金型３１ｂとで形成されるキャビティ内に硬化型樹脂７を流し込み、硬化させて基体シート１と硬化型樹脂７との間に太陽電池６が配置された太陽電池付き成形品を形成した後（図９（ａ）参照）、金型３１ａに対向する金型を金型３１ｂから金型３１ｃに切り替え（図９（ｂ）参照）、金型３１ａと金型３１ｃとで形成されるキャビティ内に硬化型樹脂７を被覆するように成形樹脂８を流し込むことによって太陽電池付き成形品１２を製造してもよい（図９（ｃ）、（ｄ）参照）。

成形樹脂８としては、その用途や耐久性などを考慮して選定すればよく、例えば、ポリプロピレン樹脂やポリエチレン樹脂などのポリオレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ＰＥＴ樹脂やＰＥＮ樹脂などのポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタアクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド樹脂などを用いることができる。必要に応じて透明、不透明、半透明の成形樹脂を選定すればよい。

１ 基体シート
２ 透明導電膜
３ 金属酸化物半導体層
４ 電解質層
５ 導電膜
６ 太陽電池
７ 硬化型樹脂
８ 成形樹脂
１１ 太陽電池付きシート
１２ 太陽電池付き成形品
２１ 剥離層
２２ 加飾層
２３ 封止材
２４ 接着層
３１ 金型
３１ａ 金型
３１ｂ 金型
３１ｃ 金型
３２ 導電性ペースト
３３ 光線
１０１ 樹脂シート
１０２ 透明導電膜
１０３ 透明導電性シート
１０４ 成形品
１０５ 金属酸化物半導体
１０６ 電解質材料
１０７ 導電膜
１０８ 太陽電池付き成形品
１０９ 光線

Claims (5)

1. 基体シートの片面に透明導電膜と金属酸化物半導体層と電解質層と導電膜とが太陽電池を形成するように順次積層された太陽電池付きシートを、太陽電池が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させることによって、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を得ることを特徴とする太陽電池付き成形品の製造方法。
2. 基体シートの片面に導電膜と電解質層と金属酸化物半導体層と透明導電膜とが太陽電池を形成するように順次積層された太陽電池付きシートを、太陽電池が形成されていない基体シートの面が金型キャビティに面するように金型内に配置し、太陽電池を被覆するように金型内に硬化型樹脂を流し込み、硬化させることによって、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を得ることを特徴とする太陽電池付き成形品の製造方法。
3. 太陽電池付きシートが基体シートと太陽電池との間に剥離層をさらに備え、基体シートと硬化型樹脂との間に太陽電池が配置された太陽電池付き成形品を形成した後に基体シートを剥離する請求項１または２に記載の太陽電池付き成形品の製造方法。
4. 太陽電池付きシートが加飾層をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池付き成形品の製造方法。
5. 硬化型樹脂の硬化後に硬化型樹脂を被覆するように金型内に成形樹脂を流し込む請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池付き成形品の製造方法。

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