JP2012174592A - Injection device and injection method and dye sensitized solar cell manufacturing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感太陽電池や液晶表示装置などの2枚の基板の狭い間隙に電解液や液晶などの液状物を注入する注液装置、注液方法およびその注液方法を用いた色素増感太陽電池の製法に関する。さらに詳しくは、液状物を大気中に晒すことなく、しかも、1個1個流れ作業的に液状物を注入することにより、色素増感太陽電池を自動機により製造することができる注液装置、注液方法およびその注液方法を用いた色素増感太陽電池の製法に関する。 The present invention relates to a liquid injection device, a liquid injection method, and a dye using the liquid injection method for injecting a liquid material such as an electrolyte or liquid crystal into a narrow gap between two substrates such as a dye-sensitized solar cell and a liquid crystal display device. The present invention relates to a method for producing a sensitized solar cell. More specifically, a liquid injection device capable of manufacturing a dye-sensitized solar cell by an automatic machine by injecting the liquid material in a flow operation one by one without exposing the liquid material to the atmosphere, The present invention relates to a liquid injection method and a method for producing a dye-sensitized solar cell using the liquid injection method.
従来、色素増感太陽電池の電解質材料(電解液)を、作用極基板および対向極基板を貼り合せた組立体の両基板間の狭い間隙部に注入する場合や、液晶パネルの2枚の基板間に液晶を注入する場合、2枚の基板を貼り合せた組立体や液晶パネルと液晶などの注入液体を真空にし得る耐圧容器内に入れ、耐圧容器内を真空吸引し液晶パネルなどの注入口を液晶などに接触させて、液晶の表面を大気圧などにすることにより、圧力差で注入する方法が一般的に行われている(たとえば特許文献1参照)。この装置は、たとえば図5に示されるように、耐圧容器51内に、液晶52を満たした液晶溜め容器53を設置すると共にその液晶52の上方に、2枚のセル基板を一定の間隔で貼り合せた液晶パネル54を回転軸56により吊るして、バルブ57を開くことにより、排気系により耐圧容器51内を負圧にして液晶パネル54の間隙部を負圧にする。そして、回転軸56を回転させることにより、液晶パネル54の液晶注入口55を液晶溜め容器53内の液晶52に接触させてから、バルブ58を開き外気を吸入して耐圧容器51内を大気圧にすることにより、液晶52の表面の圧力と、液晶パネル54の2枚の基板間の圧力との圧力差を利用して液晶パネル54内に液晶53を注入するものである。なお、この方法によれば、液晶パネル54を複数個並べて吊るすことにより、複数個の液晶注入を同時に行うことができる。
Conventionally, an electrolyte material (electrolytic solution) of a dye-sensitized solar cell is injected into a narrow gap between both substrates of an assembly in which a working electrode substrate and a counter electrode substrate are bonded together, or two substrates of a liquid crystal panel When injecting liquid crystal between the two substrates, the liquid crystal panel and liquid injection liquid such as liquid crystal panel are placed in a pressure-resistant container that can be evacuated, and the pressure container is vacuumed to fill the liquid crystal panel injection port. In general, a method of injecting with a pressure difference by bringing the liquid crystal into contact with liquid crystal or the like to bring the surface of the liquid crystal to atmospheric pressure or the like (see, for example, Patent Document 1). For example, as shown in FIG. 5, this apparatus is provided with a
また、液晶パネルなどの全体を耐圧容器51に入れて、全体を真空吸引しないで、たとえば図6に示されるように、1個ごとの液晶パネル64の液晶注入口65に注入治具63を取り付け、バルブ66、67、68と減圧装置69とを操作することにより注入する方法も知られている。この方法では、まず、液晶貯蔵容器61内を大気圧より若干低い気圧にした状態にしてバルブ66、67を閉じた状態で、液晶パネル64を注入治具63に取り付けてバルブ66を開くと、減圧装置69の作動により液晶パネル64内が液晶貯蔵容器61内の圧力より低い負圧になる。その後、バルブ66を閉じてバルブ67を開くことにより、大気圧より若干負圧にした液晶貯蔵容器61と液晶パネル64との圧力差により、液晶貯蔵容器61内の液晶62が、注入治具63を介して液晶パネル64内に移り、液晶パネル64内に液晶62を注入することができる。この際、液晶貯蔵容器61内の圧力を一定に維持するために、バルブ68を開けて減圧装置69のリークバルブを開放することにより、液晶貯蔵容器61内の圧力を維持する。注入が終ったら、注入治具63より液晶パネル64を取り外すと注入治具63の露出部が大気圧になり、液晶貯蔵容器61内の負圧との圧力差により、注入治具63およびパイプ内に残存する液晶62が液晶貯蔵容器61内に戻り、注入治具63に新たに取り付ける液晶パネル64内の空気を、注入治具63を介して吸引することができる。このような構成にすることにより、液晶パネル64の全体を真空容器内に入れて真空にする必要がないため、狭い空間で液晶の注入を行うことができる(たとえば特許文献2参照)。
In addition, the entire liquid crystal panel or the like is put in the
前述のように、2枚の基板を貼り合せた組立体を真空容器内に入れて、圧力差を利用しながら注入液体を注入する方法は、一度に複数個の注入を行うことができる反面、自動化で流れ作業的に1個1個製造を行う場合には、途中の注液工程だけバッチ処理をすることになり、完全な自動化をすることができないという問題がある。さらに、負圧と大気圧を用いた圧力差により注入する方法では、大気圧にするとき注入液体が空気中に晒されることになり、空気や水分などに触れることを避けたい注入液体の場合には利用することができない。また、一般に圧力差だけでは、狭い間隔の基板間に注入液を注入する場合、時間がかかる割に内部の全体に注入することができず、気泡を生じ安いという問題もある。 As described above, the method of injecting an injection liquid using a pressure difference by putting an assembly in which two substrates are bonded into a vacuum vessel can perform a plurality of injections at the same time, When manufacturing one by one in a flow operation by automation, there is a problem that batch processing is performed only in the liquid injection process in the middle, and complete automation cannot be performed. Furthermore, in the method of injecting by the pressure difference using negative pressure and atmospheric pressure, the injection liquid is exposed to the air when it is set to atmospheric pressure, and in the case of an injection liquid that you want to avoid touching air or moisture. Is not available. In general, when an injection solution is injected between substrates having a narrow interval only by a pressure difference, it cannot be injected into the entire interior for a long time, and there is a problem that bubbles are generated and cheap.
さらに、1個ごとに2枚の基板を貼り合せた組立体の基板間のみを真空吸引する方法によれば、両基板の間隙部分の狭い空間だけを真空吸引すればよいため、装置を簡単にすることができ、狭い作業場で注入作業を行うことができる。しかし、この方法によっても、注入治具から液晶パネルを取り外した後に、注入治具に残留した液晶などの注入液を注入液貯蔵容器に戻すのに、大気圧を利用しているので、注入治具内の注入液が空気に触れて汚染し、汚染された注入液が注入液貯蔵容器内で混ざってしまうことになり、全体の注入液を汚染することになる。また、減圧装置だけにより負圧を調整しているため、所定の圧力にするのに、時間がかかり(たとえば引用文献2では、液晶セルを取り替えて真空吸引するのに10分放置する、また、注入時間が151分、とある)、かつ、その圧力の制御が非常に大変であると共に、気圧が低いとはいえ、常に空気と注入液やパイプ内部が空気と接触しており、水分などが混入しやすいという問題がある。
Further, according to the method of vacuum suction only between the substrates of the assembly in which two substrates are bonded to each other, it is only necessary to vacuum suction only a narrow space between the gap portions of the two substrates. The injection work can be performed in a small work place. However, this method also uses the atmospheric pressure to return the injection liquid such as liquid crystal remaining in the injection jig to the injection liquid storage container after removing the liquid crystal panel from the injection jig. The injected solution in the device is contaminated by contact with air, and the contaminated injected solution is mixed in the injected solution storage container, thereby contaminating the entire injected solution. In addition, since the negative pressure is adjusted only by the decompression device, it takes time to obtain a predetermined pressure (for example, in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、2枚の基板をそれぞれ作製し、それらを貼着してその間隙部に注入液を注入する一連の工程を自動化でき、かつ、注入液を空気中に晒すことなく自動的に注入液を注入することができ、さらには短時間で注入することができるような注液装置および注液方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and it is possible to automate a series of processes in which two substrates are respectively produced, adhered to each other, and an injection solution is injected into the gap portion, and injection is performed. It is an object of the present invention to provide a liquid injection apparatus and a liquid injection method that can automatically inject an injection liquid without exposing the liquid to the air and that can be injected in a short time.
本発明の他の目的は、この注液方法を用いて色素増感太陽電池の電解液を注入する色素増感太陽電池の製法に関する。 The other objective of this invention is related with the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell which inject | pours the electrolyte solution of a dye-sensitized solar cell using this injection method.
本発明の注入液の注入装置は、(i)筒状体の内壁に固着され、中心部に貫通孔を有する第1および第2の隔壁、(ii)底部が前記筒状体の内壁を摺動し得ると共に、前記第1および第2の隔壁の貫通孔を摺動し、該摺動により先端部と前記第1の隔壁の貫通孔との間隙を可変し得る突起棒が前記底部に固着されたストッパピン、および(iii)該ストッパピンの底部と前記筒状体の一端部との間に設けられた弾性体を有する注入治具と、上部に空隙部を有するように注入液が充填されて密閉し得る注入液貯蔵容器と、組立体の注入口を被覆して該組立体に吸着させるゴムパッドと、該ゴムパッドと一端部が気密に接続され、他端部が第1の開閉バルブを介して真空ポンプに接続される第1のチューブと、該第1のチューブから分岐され、第2のソレノイドを介して不活性ガス源に接続される第2のパイプと、前記不活性ガス源と前記注入液貯蔵容器の前記空隙部とを第3の開閉バルブを介して気密に接続する第3のチューブと、前記注入治具の前記第2の隔壁と前記ストッパピンの底部との間の第1空間部に一端部が気密に接続され、他端部が第4の開閉バルブを介して圧力印加装置に接続される第4のチューブと、前記注入液貯蔵容器内の注入液内に一端部が挿入され、他端部が前記注入治具の他端部に接続される第5のチューブと、前記注入治具の前記第1および第2の隔壁の間に形成される第2空間部に一端部が気密に接続され、他端部が前記ゴムパッド内に挿入されて注入液を前記第2空間部から前記ゴムパッド内に送り出す注入針とを具備している。 The injection device for an injection solution of the present invention comprises (i) first and second partition walls fixed to the inner wall of the cylindrical body and having a through hole at the center, and (ii) a bottom portion sliding on the inner wall of the cylindrical body. A protruding rod that can move and slides through the through holes of the first and second partition walls, and can change the gap between the tip portion and the through hole of the first partition wall, and is fixed to the bottom portion. And (iii) an injection jig having an elastic body provided between the bottom of the stopper pin and one end of the cylindrical body, and an injection solution filled with a gap at the top An infusion solution storage container that can be sealed, a rubber pad that covers the inlet of the assembly and is adsorbed to the assembly, one end of the rubber pad is hermetically connected, and the other end is the first on-off valve. A first tube connected to the vacuum pump via the first tube, branched from the first tube, and second A second pipe connected to an inert gas source via a solenoid, and a third pipe for airtightly connecting the inert gas source and the gap of the injection solution storage container via a third on-off valve; One end is hermetically connected to the first space between the tube, the second partition wall of the injection jig, and the bottom of the stopper pin, and the other end is pressure-applied via a fourth open / close valve. A fourth tube connected to the apparatus; a fifth tube having one end inserted into the infusion solution in the infusion solution storage container and the other end connected to the other end of the infusion jig; One end of the pouring jig is hermetically connected to a second space formed between the first and second partition walls, and the other end is inserted into the rubber pad so that the pouring solution is poured into the second space. And an injection needle that is fed into the rubber pad from the portion.
本発明の注液方法は、注入液を注入する組立体の注入口に真空ポンプと接続されるゴムパッドを吸着させて前記組立体の内部を負圧にする工程と、該負圧にされたゴムパッド内および前記組立体の少なくとも注入口部に注入液を導入する工程と、前記ゴムパッド内の注入液に不活性ガスにより圧力を加えることにより、前記組立体内に前記注入液を押し込む工程と、前記不活性ガスにより前記ゴムパッド側に導入され、前記組立体内に押込まれないで残留した注入液を注入治具まで押し戻す工程とを有している。 The liquid injection method of the present invention includes a step of adsorbing a rubber pad connected to a vacuum pump to an injection port of an assembly for injecting an injection solution to make the inside of the assembly have a negative pressure, and the rubber pad having the negative pressure A step of introducing an injection solution into at least an injection port of the assembly and the assembly, a step of pushing the injection solution into the assembly by applying pressure to the injection solution in the rubber pad with an inert gas, And a step of pushing back the injected liquid which is introduced into the rubber pad side by the active gas and remains without being pushed into the assembly body to the injection jig.
さらに、本発明による色素増感太陽電池の製法は、透明基板表面に透明導電膜、光電変換層、集電線、およびシール剤層を形成することにより、作用極を形成し、基板表面に耐食性で導電性の膜および触媒性の金属層を形成することにより対向極を形成し、該作用極および対向極を前記シール剤層により貼着した後、前記作用極と対向極との間の間隙部に電解液を注入する色素増感太陽電池の製法であって、前記電解液の注入方法を請求項2記載の方法により行うことを特徴とする。
ここに「透明」とは、光を透過させる透光性の意味で、完全に透き通ることを意味するものではない。
Furthermore, the method for producing a dye-sensitized solar cell according to the present invention is to form a working electrode by forming a transparent conductive film, a photoelectric conversion layer, a current collector, and a sealant layer on the transparent substrate surface, and to provide corrosion resistance on the substrate surface. A counter electrode is formed by forming a conductive film and a catalytic metal layer, and the working electrode and the counter electrode are pasted by the sealant layer, and then a gap between the working electrode and the counter electrode is formed. A method for producing a dye-sensitized solar cell in which an electrolytic solution is injected into the electrolytic solution, wherein the electrolytic solution is injected by the method according to
Here, “transparent” means translucency that transmits light, and does not mean that it is completely transparent.
本発明の注入装置および注入方法によれば、組立体の全体を真空容器内に入れて負圧にするのではなく、組立体の間隙部だけを真空吸引する構成であるため、非常に短時間で組立体の間隙部を負圧にすることができる。しかも、注入口近傍に供給された注入液を不活性ガスにより組立体の間隙部に押し込む構成にしているため、真空吸引から注入液の注入完了までを40秒弱の非常に短時間で完了させることができる。 According to the injection device and the injection method of the present invention, since the entire assembly is not placed in the vacuum vessel and set to a negative pressure, only the gap portion of the assembly is vacuum-sucked, so that the time is very short. Thus, the gap of the assembly can be set to a negative pressure. In addition, since the injection solution supplied near the injection port is pushed into the gap of the assembly by an inert gas, the process from the vacuum suction to the completion of the injection of the injection solution is completed in a very short time of less than 40 seconds. be able to.
さらに、組立体の注入口への注入液の供給および注入後に注入口近傍に残存する注入液を注入液貯蔵容器側に戻す操作を、全て不活性ガスとの接触だけで行っているため、注入液を、全く空気に触れさせる必要がなく、空気中の水分や不純物を注入液内に紛れ込ませることがない。そのため、不純物が混入すると非常に困る注入液の場合でも、全く問題が生じない。 In addition, the injection solution is supplied to the injection port of the assembly and the operation of returning the injection solution remaining in the vicinity of the injection port to the injection solution storage container side after injection is performed only by contact with an inert gas. The liquid does not need to be exposed to air at all, and moisture and impurities in the air do not get mixed into the injected liquid. Therefore, no problem occurs even in the case of an infusion solution that is very difficult to be mixed with impurities.
とくに、色素増感太陽電池の場合には、作用極基板と対向極基板との間隙部に電解液を注入する。このような電解液は僅かな水分の混入もその作用が低下するので好ましくないが、本発明によれば、全く性能を劣化させることなく、しかも非常に短時間で注入することができるため、各生産工程のタイミングと合せて行うことができ、全工程を自動化して色素増感太陽電池の製造をすることができるという効果がある。 In particular, in the case of a dye-sensitized solar cell, an electrolytic solution is injected into the gap between the working electrode substrate and the counter electrode substrate. Such an electrolytic solution is not preferable because even a slight amount of moisture is mixed in, so that the action is reduced. However, according to the present invention, since the performance can be injected in a very short time without any deterioration, It can be performed in conjunction with the timing of the production process, and there is an effect that the dye-sensitized solar cell can be manufactured by automating all the processes.
次に、図面を参照しながら、本発明の注液装置および注液方法について説明する。 Next, the liquid injection device and the liquid injection method of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の注液装置は、その一実施形態の構成例が図1に示されるように、注入治具1と、真空吸引および不活性ガスによる圧力の制御により注入液を注入することに特徴がある。注入治具3は、図2にその部分の拡大説明図が示されるように、筒状体31の内壁31aに第1の隔壁32および第2の隔壁33が一定の間隙を介して固着されている。その第1および第2の隔壁32、33の中心部には貫通孔32a、33aが設けられ、ストッパピン34の突起部34bがエアや注入液が殆ど漏れないで第2の隔壁33の貫通孔33aと摺動でき、第1の隔壁32の貫通孔32aとは、突起部34bが押し付けられた状態では貫通孔32aを閉塞し、突起部34bの移動により間隙部が生じるようになっている。ストッパピン34は、突起部34bを固着する底部34aを有しており、その底部34aは筒状体31の内壁31aを摺動し得ると共に、エアなどが殆ど漏れないように形成されている。ストッパピン34の突起部34bの先端は、徐々に細くなるテーパ状になっており、前述のように、ストッパピン34bの移動により、第1の隔壁32の中心部に設けられる貫通孔32aとの間隙の程度が変動するようになっている。そのストッパピン34の底部34aと筒状体31の一端部との間にスプリングなどの弾性体35が設けられている。これらにより前述の注入治具3が構成されている。なお、図1に示される例では、筒状体31が、ブロックの中心部に断面が円形の空洞部を形成した例であるが、外形も円形で、円筒状の形状をした簡単な構成でも良い。
As shown in FIG. 1, the liquid injection device of the present invention is characterized in that an injection solution is injected by an
本発明の注液装置は、さらに、注入液貯蔵容器4を有しており、注入液貯蔵容器4は、その上部に空隙部42を有するように、たとえば色素増感太陽電池の2枚の基板間1、2に充填する電解液などの注入液41が充填されて密閉し得る容器になっている。また、色素増感太陽電池の作用極(基板)1と対向極(基板)2とを貼り合せた組立体10(図2参照)の注入口23(図2参照)を被覆して、その組立体10に吸着させるゴムパッド5を有し、そのゴムパッド5は、第1のチューブ91の一端部と気密に接続され、第1のチューブ91の他端部は第1の開閉バルブ91aを介して真空ポンプ6に接続されている。また、第1のチューブ91から分岐された第2のチューブ92が第2のソレノイド92aを介して不活性ガス源7に接続されている。不活性ガス源7は、また、注入液貯蔵容器4の空隙部42と、第3の開閉バルブ93aを介して第3のチューブ93により接続され、注入液41に一定の圧力を印加できるように、不活性ガス7の出力圧が圧力調整弁7aにより制御されている。
The liquid injection device of the present invention further includes an injection
前述した注入治具3の第2の隔壁33とストッパピン34の底部34aとの間の第1空間部31dとコンプレッサなどの圧力印加装置8との間に第4のチューブ94が第4の開閉バルブ94aを介して気密に接続されている。さらに、この注入治具3の他端部31c(図2参照)が、前述の注入液貯蔵容器4内の注入液41内に一端部が挿入された第5のチューブ95により接続され、注入液41を注入治具3の他端部31cと第1の隔壁32との間の第3空間部31fに送り込まれる構造になっている。さらに、注入治具3の第1および第2の隔壁32、33の間に形成される第2空間部31eに一端部が接続され、他端部がゴムパッド5内に挿入されて注入液41を第2空間部31eからゴムパッド5内に送り出す注入針36を具備している。
A
注入治具3(図2に拡大図が示されている)は、たとえば電解液などの注入液41にも腐食し難いステンレスなどの金属またはプラスティックなどにより形成することができる。ストッパピン34の底部34aと筒状体31の内壁31aとの摺動性は、コンプレッサ8などの圧力ガスが余り漏れない程度に滑合していればよく、少々のエアの漏れがあっても、筒状体31の一端部側にエア抜き用の孔31b(図2参照)を設けておけば問題はない。また、ストッパピン34の突起部34bと第2の隔壁33の貫通孔33aは、第1空間31dに送り込まれるエアおよび第3空間31fに送り込まれる注入液41が漏れないように滑合していることが好ましい。前述のように、突起部34bの先端部は徐々に細くなっており(図2参照)、ストッパピン34の位置がスプリング35により押し付けられているときは、第1の隔壁32の貫通孔32aを閉塞し、注入液が第3空間31fから第2空間31eに流れないようになり、第1空間31dに圧力印加装置(エアコンプレッサ)8から高圧エアが送り込まれて、スプリング35が縮んでストッパピン34が第1の隔壁32から離れると、突起部34bの細くなった部分と第1の隔壁32の貫通孔32aとの間の間隙が大きくなり、注入液41が移動できるように形成されている。
The injection jig 3 (enlarged view is shown in FIG. 2) can be formed of, for example, a metal such as stainless steel or plastic that hardly corrodes the
第1空間31dには、前述のように、エアコンプレッサのような圧力印加装置8が第4の開閉バルブ94aを介した第4のチューブで気密に接続されており、第1空間31dの圧力を調整することにより前述のように、弾性部材35を伸縮させ、ストッパピン34の位置を調整し、注入液41を移動させたり、移動を阻止させたりする制御をできるようになっている。また、第2空間31eには、注入針36が接続されており、第2空間31eに送り込まれた注入液41をゴムパッド5内に送り込んだり、注入が完了した後にゴムパッド5内に残った注入液を再度第3空間31fに戻したりする通路として用いられる。
As described above, the pressure applying device 8 such as an air compressor is airtightly connected to the
真空ポンプ6は、通常のロータリーポンプを使用することができ、100mTorr程度に真空吸引することができるものであれば問題はない。なお、6aは、ポンプ部で、6cはモータ部である。また、不活性ガス源7は、たとえば窒素ボンベなどを用いることができ、圧力調整弁7aを調整しておくことにより、一定の圧力、たとえば75Torr程度を常に印加することができ、第3開閉バルブ93aを開にすることにより、注入液貯蔵容器4内を常に一定の圧力にすることができる。なお、図1に示される例では、第3の開閉バルブ93aを2方向の開閉バルブとすることにより、注入液貯蔵容器4を不活性ガス源7と接続したり、真空ポンプ6と接続したりすることができるようになっている。真空ポンプ6と接続するのは、注入液41の注入が完了した後に、ゴムパッド5内に残った余分な注入液を注入液貯蔵容器4に戻すとき、あるいはたとえば注入液貯蔵容器4を取り替えた場合など、容器や第3のチューブ93内に空気が入ったときに、真空ポンプ6と接続して、注入液貯蔵容器4および第3のパイプ93内の空気を除去するときに使用する。
As the
第1〜第6のパイプ91〜96は、たとえばテフロン(登録商標)チューブや、ゴムチューブなどを用いることができ、気体通路として用いられる場合には気体が漏れないようにするもので、注入液の通路として用いられる場合には、注入液により腐食されないで、かつ、注入液が漏れないような材料が用いられる。第1〜第4のチューブ91〜94には、その間に第1〜第4の開閉バルブ91a〜94aが介在されており、気体の通過または遮断が制御されるようになっている。この開閉バルブ91a〜94aは、図1に示される例では、ソレノイドバルブが用いられており、電気信号によりその開閉を制御できるように、制御装置97と結線されている。しかし、このようなソレノイドバルブに限定されるものではなく、機械的にオン・オフを制御できる開閉バルブでも用いることができる。
As the first to
つぎに、この注液装置の動作および本発明の注液方法について、図1〜3を参照しながら説明する。なお、図1は、初期状態(注入液の注入を行うように設定された状態)を示しており、第1、第2および第4の開閉バルブ91a、92a、94aは閉じられた状態で、第3の開閉バルブ93aは開になっており、窒素ボンベ(不活性ガス源)7と注入液貯蔵容器4とが接続される状態になっている。従って、第1のパイプ91は真空ポンプ6と第1の開閉バルブ91aと第3の開閉バルブ93aとの間が真空吸引されており、点々で示した真空状態6bを示している。また、窒素ボンベ7からの窒素ガス7bは、窒素ボンベ7から第3の開閉バルブ93aを経て注入液貯蔵容器4の空隙部42まで窒素ガス7bが充満している(便宜上注入液貯蔵容器4内の空間部に42には窒素ガスを示す斜線を付していない)。さらに、エアコンプレッサ8も動作しており、第4の開閉バルブ94aまで高圧エア8aがきている。また、電解液などの注入液41は、窒素ボンベ7からの窒素ガス7bの圧力により注入液貯蔵容器4内の注入液41の表面が押されて注入治具3の第3空間31f(図2参照)まで押し出されている。
Next, the operation of the liquid injection apparatus and the liquid injection method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an initial state (a state where injection liquid is set to be injected), and the first, second and fourth on-off
図1に示される状態で、まず、図2に示されるように、たとえば色素増感太陽電池の作用極1と対向極2を貼着した組立体10の注入口23に真空ポンプ6と接続されるゴムパッド5を当てて、第1の開閉バルブ91aを開にすることにより、ゴムパッド5内も真空吸引されて組立体10を吸着させると共に、組立体10の内部を負圧にする。この状態では、図3(a)に示されるように、ゴムパッド5内のみならず、組立体10の間隙部も真空状態になり、さらに図示されていないが、第2のパイプ92も真空吸引されている。
In the state shown in FIG. 1, first, as shown in FIG. 2, for example, the
つぎに、図3(b)に示されるように、第4の開閉バルブ94aを開にすることにより、エアコンプレッサ8の高圧エア8aを注入治具3の第1空間に供給することにより、弾性部材35が収縮し、ストッパピン34が筒状体31の一端側に移動する。その結果、ストッパピン34の突起部34bと第1の隔壁32の貫通孔32aとの間に隙間が生じ、第3空間部31fにある注入液41が第2空間部31eに流れ、さらに注入針36を介して、負圧にされたゴムパッド5の内部および組立体10の少なくとも注入口23部に注入液41を導入することができる。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the fourth on-off
つぎに、図3(c)に示されるように、第4の開閉バルブ94aを閉じることにより、弾性部材35の収縮が解除されて伸びるため、ストッパピン34が押し戻され、ストッパピン34の突起部34bの先端部と第1の隔壁32の貫通孔32aとの間隙は閉じられ、注入液41の第1の隔壁32を介した移動は停止される。この状態で、第1の開閉バルブ91aを閉じ、かつ、第2の開閉バルブ92aを開にすることにより、窒素ボンベ7からの高圧窒素が、第2のパイプ92および第1のパイプ91の第1の開閉バルブ91aからゴムパッド5の内部まで充満し、窒素ガス(不活性ガス)7bの圧力により、ゴムパッド5内の注入液41が押し付けられて組立体10の間隙部に押し込まれる。注入液41の充填後、一旦第2の開閉バルブ92aを閉じる。
Next, as shown in FIG. 3 (c), by closing the fourth on-off
その後、第3の開閉バルブ93aを、第3のパイプ93が第6のパイプ96と連通するように開き、第3のパイプ93および注入液貯蔵容器4内を真空ポンプ6により0.5秒程度減圧する。その後、第2および第4の開閉バルブ92a、94aを開き、図3(d)に示されるように、注入治具3の第1空間部31dに高圧エアが送り込まれ、図3(b)の場合と同様に、弾性部材35が収縮し、ストッパピン34の突起部34bの先端と第1の隔壁32の貫通孔32aとの間に間隙が生じる。間隙ができると、ゴムパッド5内にある注入液41の表面は高圧窒素により押し付けられ、ゴムパッド5内にある注入液41は、注入針36を逆流して第3空間部31fに押し返される。そのため、高圧窒素7bは、注入針36内、および第2空間部31eまで侵入する。すなわち、高圧窒素7bにより、ゴムパッド5側に導入され、組立体内に押込まれないで残留した注入液41を注入治具3の他端部側である第3空間部31fまで押し戻される。
Thereafter, the third on-off
この状態で、第4の開閉バルブ94aを閉じることにより、高圧エア8aの注入治具3への供給は止まり、ストッパピン34と第1の隔壁32の貫通孔32aとは嵌合した状態になり、注入液41の移動は停止する。ここで、第2の開閉バルブ92aを閉じることにより、ゴムパッド5から容易に組立体10を取り外すことができ、取り外すことにより図1に示される状態に戻る。従って、新たな組立体をゴムパッド5に当てて、第1の開閉バルブ91aを開にすることにより、同様に次の組立体への注入液41の注入を行うことができる。
In this state, by closing the fourth open /
以上のように、本発明の注液装置および注入方法によれば、常に窒素ガスなどの不活性ガスと注入液とを接触させているため、高圧のみならず低圧の状態でも、注入液を一切空気中に触れることなく、組立体に注入することができる。しかも、組立体の表面にある注入液を不活性ガスにより押し込んでいるため、短時間注入を完了することができると共に、組立体内に注入できなかった注入液は、残らず回収してつぎの注入に用いているので、注入液の無駄が全くない。また、真空中に注入液が晒される時間も図3(b)および図3(d)の工程だけであり、非常に短い時間であるため、注入液中の成分の蒸発も最小限に抑えることができる。さらに、注入液貯蔵容器をエタノールに変えることにより、チューブやゴムパッドなどを自動的に洗浄することができ、簡単にメインテナンスを行うことができる。また、窒素ガスなどの不活性ガスも、広い領域を窒素ガスで満たしたり、広い領域の空気などを置換したりする必要がないので、非常に少量ですむ。また、ゴムパッドの大きさは、組立体などの作業対象の注入液の注入量を確保できる大きさに設定する必要がある。さらに、スピードアップするため、複数のゴムパッドにすることも容易にできる。 As described above, according to the liquid injection device and the injection method of the present invention, since the inert gas such as nitrogen gas is always brought into contact with the injection liquid, the injection liquid can be completely discharged not only at a high pressure but also at a low pressure. It can be injected into the assembly without touching the air. In addition, since the injection solution on the surface of the assembly is pushed in by the inert gas, the injection can be completed for a short time, and all the injection solution that could not be injected into the assembly is recovered and the next injection. As a result, there is no waste of the injected solution. Also, the time during which the injection solution is exposed to vacuum is only the steps shown in FIGS. 3 (b) and 3 (d), and since it is a very short time, the evaporation of components in the injection solution can be minimized. Can do. Furthermore, by changing the infusion solution storage container to ethanol, the tubes, rubber pads and the like can be automatically cleaned, and maintenance can be performed easily. Further, an inert gas such as nitrogen gas is very small because it is not necessary to fill a wide area with nitrogen gas or replace air in a wide area. Further, the size of the rubber pad needs to be set to a size that can secure the injection amount of the injection liquid to be worked such as an assembly. Furthermore, a plurality of rubber pads can be easily formed to increase the speed.
さらに、本発明の注入方法によれば、1個ごとに注入作業を行いながら、1個当りの注入時間を、たとえば真空吸引を30秒、電解液注入を10秒、電解液回収を20秒程度の合計1分程度の短時間で行うことができるため、他の製造工程とタイミングを合せることができ、しかも電気信号による開閉バルブの開閉制御だけで注入を行うことができるため、完全な自動化により行うことができる。その結果、たとえば色素増感太陽電池の他の工程と合せて全ての工程を自動化することができる。 Further, according to the injection method of the present invention, while performing the injection operation one by one, the injection time per piece is, for example, 30 seconds for vacuum suction, 10 seconds for electrolyte injection, and about 20 seconds for electrolyte recovery. Because it can be performed in a short time of about 1 minute in total, the timing can be matched with other manufacturing processes, and injection can be performed only by opening / closing control of the opening / closing valve by an electric signal. It can be carried out. As a result, for example, all processes can be automated together with other processes of the dye-sensitized solar cell.
つぎに、色素増感太陽電池の製法について説明をする。色素増感太陽電池は、その一例の構造図が図4に対向極(対向電極基板)2を除去して作用極(光電極基板)1を上から見た平面説明図および対向極2を設けた状態のB−B断面説明図が示されるように、作用極1および対向極2が一定間隙を介して対向するようにシール剤14により貼着され、その作用極1と対向極2との間隙部に電解質材料(電解液)16が封入される構造になっており、太陽光により光電変換層15の色素内で励起された電子が光電変換層15内の半導体である酸化チタンなどの多孔質金属酸化物薄膜に注入され、薄膜内を移動して透明導電膜12に伝達され、さらに、作用極電極17を経て負荷を含む外部回路を介して対向極2の対向極電極25に到達することにより電流が流れて電池として作用する。
Next, a method for producing a dye-sensitized solar cell will be described. The example of the structure of the dye-sensitized solar cell is shown in FIG. 4 in which a counter electrode (opposite electrode substrate) 2 is removed and a plan view showing the working electrode (photoelectrode substrate) 1 as viewed from above and the
まず、透明基板11の一面に透明導電膜12を形成する。この透明導電膜12の製膜法としてはCVD法、スパッタ法、蒸着法あるいはスプレー熱分解法などが用いられる。この透明導電膜12としては可視光透過率が高く、シート抵抗の低いフッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜が好ましいが、この例に限らず、酸化インジウム・スズ(ITO)膜あるいはアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜のうちの少なくとも一つを含む膜から選ぶことができる。
First, the transparent
つぎに、透明導電膜12上に、図4に示されるようなパターンで、枠部13bおよび枠部13bの一辺から延びる線状部分13aを形成する。この集電線13(13a、13b)は、たとえば銀ペーストをディスペンサなどにより塗布することにより、光電変換層15の周囲および透明基板11の周囲になるように、0.5±0.1mmの幅で形成する。
Next, a
そして、この集電線13で囲まれた部分に酸化物半導体膜(TiO2膜)を形成する。このTiO2膜は、n型酸化物半導体層で、色素を吸収し、DSCの活性層として作用する。多孔質半導体(酸化物半導体)膜としては酸化チタン(TiO2)の他に、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)あるいは酸化ニオブ(Nb2O5)などを使用することもできる。この膜はドクターブレード法、スピンコート法、スクリーン印刷法あるいはスプレー製膜法などで成膜し、その後500℃前後で焼成する。焼成された酸化物半導体膜に増感色素を吸着させて光電変換層15を形成する。この酸化物半導体膜は、集電線13を形成する前に形成することもできる。
Then, an oxide semiconductor film (TiO 2 film) is formed in a portion surrounded by the
その後、色素を吸着させる。色素としては可視光および赤外光領域に吸収スペクトルを有するルテニウム系色素、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、クマリン系色素などを使用することができ、これらの色素をアセトニトリルとt−ブチルアルコールの50:50混合溶液に浸漬することにより行う。この色素吸着は、DSCの光感知活性層で、励起電子を発生させ、TiO2膜に移送する働きをする。このTiO2などの酸化物半導体層へのこの色素吸着により、光電変換層15になる。
Thereafter, the dye is adsorbed. As the dye, ruthenium dyes having absorption spectra in the visible light and infrared light regions, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, coumarin dyes, and the like can be used. These dyes are immersed in a 50:50 mixed solution of acetonitrile and t-butyl alcohol. This dye adsorption serves to generate excited electrons in the DSC light-sensitive active layer and transfer them to the TiO 2 film. This dye adsorption to the oxide semiconductor layer such as TiO 2 becomes the
その後、シール剤14として、たとえば紫外線硬化樹脂を、たとえば集電線13を被覆するように塗付する。このシール剤14としては、紫外線硬化樹脂の他にもエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、またはアイオノマー樹脂などを使用することができる。このシール剤14は、両者の接着のみではなく、集電線13を電解質材料16から保護する機能も有しているため、集電線13の上面だけではなく、その側面にも完全に被覆するように集電線13に沿って塗布されている。このシール剤14は、電解質材料16の蒸発、および水分や大気中の不純物や電解質材料16が集電線13と接触するのも防止している。この紫外線硬化樹脂の塗布は、たとえば多ノズルディスペンサでノズルを使用することができる。
Thereafter, for example, an ultraviolet curable resin is applied as the
以上の各工程で作用極(光電極)1の形成が終了する。この作用極1の形成と並行して行われるが、対向極2の製造について、次に説明をする。
The formation of the working electrode (photoelectrode) 1 is completed in the above steps. Although it is performed in parallel with the formation of the working
まず、金属基板21に電解質材料16の注入用の注入孔23を、ホールドリリング装置などを用いて穿孔する。この注入口23は、前述の集電線13で仕切られた空間ごとに形成する必要があるが、図4に示されるように、集電線13で仕切られる空間が1つに繋がっている場合、すなわち光電変換層15が1つに連続するように集電線13が形成されていれば、注入口23は1個でも電解質材料16を全体に注入することができる。
First, an
その後、耐食性および導電性を具備する耐食性導電層22を形成する。この耐食性導電層22は、作用極側の透明導電膜12と全く同様に形成することができるが、ピンホールやクラックがなくシート抵抗を1Ω/□に形成される。この耐食性導電層22は、金属基板21を用いる場合には、導電層としての意味合いは小さくなるが、電解質材料16に対する腐食を防止することができ、金属基板21の材料が限定されなく、安価なものを使用することができる。この金属基板21としては、たとえばクロム、銅、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタンあるいは亜鉛などの高導電性の基板を用いることができる。また、耐食性導電層22としては、FTO膜の他に、チタン、タングステン、バナジウム、ジルコニウムなどの高耐食性膜などを使用することができる。
Thereafter, a corrosion-resistant
そして触媒性金属膜の例として、白金膜を、たとえばスプレーにより形成する。この白金膜は、触媒として利用するもので、対向極電極25から効率的に電子が移動するのを助ける。そのため、厚くする必要はなく、40〜100nm程度の厚さで、むしろ途切れて粒状になった方が、表面積が大きくなって好ましい。この白金膜の形成は、150±10℃の温度で行う。その後、ベルト炉などにより450℃程度で、30分程度のシンタリングを行う。この熱処理により、耐食性導電層22上に、アイランドが形成され、触媒硬化を助長する。
As an example of the catalytic metal film, a platinum film is formed by spraying, for example. This platinum film is used as a catalyst, and helps to efficiently move electrons from the
以上の工程で対向極2を形成することができる。そして、シール剤14が塗布された作用極1と対向極2とを重ね合せる。この両者の重ね合せの精度も±0.2mmの精度で行う。そして、紫外線を照射して硬化させる。紫外線の照射時間は、ランプの紫外線エネルギーをモニターする実時間により調整される。
The
ついで、電解質材料16の注入を行う。この電解質材料(電解液)16の注入は、前述の注入液の注入方法を用いる。注入口23が複数個ある場合には、マルチノズルを有する注入装置を用いて、複数の注入口から同時に電解質材料(電解液)16の注入を行う。この電解質材料16は、対向極電極25からの電子を作用極1のTiO2膜上の色素分子に移動させる重要な機能を有している。そして、注入口23をカバーガラス24などにより封止することにより、DSCモジュールが完成(DSCモジュール完成ステージ84)し、ベルトコンベヤから降ろして製造作業が完了する。電解質材料16は、たとえばアセトニトリル、γ−ブチロラクトン、メトキシプロピオニトリルあるいはプロピレンカーボネートなどの溶媒にヨウ化リチウム、t−ブチルピリジン、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムまたはヨウ化メチルプロピルイミダゾリウムなどを溶解したものを使用することができる。
Next, the
最後に作用極電極17および対向極電極25をそれぞれ隣接する2辺の基板端部に形成し、色素増感太陽電池1とする。
Finally, the working
1 作用極
2 対向極
3 注入治具
4 注入液貯蔵容器
5 ゴムパッド
6 真空ポンプ
7 不活性ガス源(窒素ボンベ)
8 圧力印加装置(エアコンプレッサ)
10 組立体
11 透明基板
12 透明導電膜
13 集電線
14 シール剤
15 光電変換層
16 電解質材料
17 作用極電極
21 基板
22 導電層
23 電解質材料の注入口
24 カバーガラス
25 対向極電極
31 筒状体
32 第1の隔壁
33 第2の隔壁
34 ストッパピン
35 弾性部材(スプリング)
41 注入液(電解液)
42 空隙部
6b 真空状態
7b 窒素ガス
8a 高圧エア
91〜95 第1〜第5のチューブ
91a〜94a 第1〜第4の開閉バルブ
DESCRIPTION OF
8 Pressure application device (air compressor)
DESCRIPTION OF
41 Injection solution (electrolyte)
42
Claims (3)
上部に空隙部を有するように注入液が充填されて密閉し得る注入液貯蔵容器と、
組立体の注入口を被覆して該組立体に吸着させるゴムパッドと、
該ゴムパッドと一端部が気密に接続され、他端部が第1の開閉バルブを介して真空ポンプに接続される第1のチューブと、
該第1のチューブから分岐され、第2のソレノイドを介して不活性ガス源に接続される第2のパイプと、
前記不活性ガス源と前記注入液貯蔵容器の前記空隙部とを第3の開閉バルブを介して気密に接続する第3のチューブと、
前記注入治具の前記第2の隔壁と前記ストッパピンの底部との間の第1空間部に一端部が気密に接続され、他端部が第4の開閉バルブを介して圧力印加装置に接続される第4のチューブと、
前記注入液貯蔵容器内の注入液内に一端部が挿入され、他端部が前記注入治具の他端部に接続される第5のチューブと、
前記注入治具の前記第1および第2の隔壁の間に形成される第2空間部に一端部が気密に接続され、他端部が前記ゴムパッド内に挿入されて注入液を前記第2空間部から前記ゴムパッド内に送り出す注入針
とを具備する注液装置。 (I) first and second partition walls fixed to the inner wall of the cylindrical body and having a through hole in the center; (ii) a bottom portion can slide on the inner wall of the cylindrical body; A stopper pin fixed to the bottom, and a projection pin that slides through the through-hole of the two partition walls and can change the gap between the tip portion and the through-hole of the first partition wall by the sliding; An injection jig having an elastic body provided between the bottom of the stopper pin and one end of the cylindrical body;
An infusion solution storage container that can be sealed by being filled with an infusion solution so as to have a void at the top;
A rubber pad that covers the inlet of the assembly and is adsorbed to the assembly;
A first tube whose one end is hermetically connected to the rubber pad and whose other end is connected to a vacuum pump via a first on-off valve;
A second pipe branched from the first tube and connected to an inert gas source via a second solenoid;
A third tube that hermetically connects the inert gas source and the gap of the infusate storage container via a third on-off valve;
One end of the injection jig is hermetically connected to the first space between the second partition wall and the bottom of the stopper pin, and the other end is connected to the pressure application device via a fourth open / close valve. A fourth tube to be
A fifth tube in which one end is inserted into the infusate in the infusate storage container and the other end is connected to the other end of the infusion jig;
One end of the pouring jig is hermetically connected to a second space formed between the first and second partition walls, and the other end is inserted into the rubber pad so that the pouring solution is poured into the second space. A liquid injection device comprising an injection needle that is fed from a section into the rubber pad.
該負圧にされたゴムパッド内および前記組立体の少なくとも注入口部に注入液を導入する工程と、
前記ゴムパッド内の注入液に不活性ガスにより圧力を加えることにより、前記組立体内に前記注入液を押し込む工程と、
前記不活性ガスにより前記ゴムパッド側に導入され、前記組立体内に押込まれないで残留した注入液を注入治具まで押し戻す工程
とを有する注入液の注入方法。 Adsorbing a rubber pad connected to a vacuum pump to an inlet of an assembly for injecting an injection solution to make the inside of the assembly negative pressure;
Introducing an injection liquid into the negative pressure rubber pad and at least an injection port of the assembly;
Pushing the infusion into the assembly by applying pressure to the infusion in the rubber pad with an inert gas;
A method of injecting an injection solution, comprising the step of pushing back the injection solution that is introduced into the rubber pad side by the inert gas and remains without being pushed into the assembly into an injection jig.
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