JP2014143077A - Dye-sensitized solar cell, method for manufacturing the same, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、色素増感太陽電池(DSC:Dye-sensitized Solar Cells)に係り、特に、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法および電子機器に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell (DSC), and in particular, a dye-sensitized solar cell capable of suppressing moisture permeation into an element and suppressing a decrease in power generation efficiency and a method for manufacturing the same. And electronic devices.
近年、安価で高性能の太陽電池としてDSCが注目されている。DSCは、スイス・ローザンヌ工科大学のグレツェルが開発したもので、増感色素を表面に担持した酸化チタンを用いることで、光電変換効率が高く、製造コストが安いなどの利点を有することから、次世代の太陽電池として期待されている。この太陽電池は、内部に電解液を封入してあることから、湿式太陽電池とも呼ばれる。 In recent years, DSC has attracted attention as an inexpensive and high-performance solar cell. DSC was developed by Grezell of Lausanne University of Technology in Switzerland, and has the advantages of high photoelectric conversion efficiency and low manufacturing cost by using titanium oxide carrying a sensitizing dye on the surface. It is expected as a solar cell of the next generation. This solar cell is also called a wet solar cell because an electrolyte is sealed inside.
DSCは、増感色素を表面に担持した多孔質の酸化チタン層を備えた作用極と、作用極の酸化チタン層に対向して配置された対極と、作用極と対極との間に充填された電解質溶液とを備える(例えば、特許文献1参照。)。 DSC is packed between a working electrode having a porous titanium oxide layer carrying a sensitizing dye on its surface, a counter electrode disposed opposite the titanium oxide layer of the working electrode, and the working electrode and the counter electrode. An electrolyte solution (see, for example, Patent Document 1).
また、作用極と対極との間にあって、電解質溶液を封止する封止材としては、紫外線照射によって硬化される紫外線硬化樹脂が広く用いられる。 Further, as a sealing material that is between the working electrode and the counter electrode and seals the electrolyte solution, an ultraviolet curable resin that is cured by ultraviolet irradiation is widely used.
例えば、特許文献2には、封止材として紫外線硬化型エポキシ樹脂を用いたDSCが記載されている。 For example, Patent Document 2 describes DSC using an ultraviolet curable epoxy resin as a sealing material.
本発明の目的は、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法および電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell that can suppress moisture permeation into the device and suppress a decrease in power generation efficiency, a method for manufacturing the same, and an electronic device.
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、第1基板と、前記第1基板上に配置された内部第1電極と、前記内部第1電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、前記電解液に接する内部第2電極と、前記内部第2電極上に配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材とを備え、前記封止材は、外部の側壁において撥水処理を実施される色素増感太陽電池が提供される。 According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a first substrate, an internal first electrode disposed on the first substrate, a semiconductor fine particle and a dye disposed on the internal first electrode A porous semiconductor layer comprising molecules; an electrolyte solution in contact with the porous semiconductor layer; a redox electrolyte dissolved in a solvent; an internal second electrode in contact with the electrolyte solution; and an internal second electrode disposed on the internal second electrode A second substrate, and a sealing material that is disposed between the first substrate and the second substrate and seals the electrolytic solution, and the sealing material performs water-repellent treatment on an external side wall. A dye-sensitized solar cell is provided.
本発明の他の態様によれば、第1基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第1基板上に内部第1電極および外部第1電極をパターン形成する工程と、前記内部第1電極上に多孔質半導体層を形成後、前記多孔質半導体層に色素を浸漬する工程と、第2基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第2基板上に内部第2電極および外部第2電極をパターン形成する工程と、前記内部第2電極上に触媒層を形成する工程と、前記第1基板と前記第2基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、前記封止材の外部の側壁に撥水処理を実施する工程と、開口部よりDSCセル内部に電解液を封入し、開口部を封止する工程とを有する色素増感太陽電池の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, after the first substrate is pre-processed by a cleaning process, a step of patterning the internal first electrode and the external first electrode on the first substrate, and the internal first electrode After forming the porous semiconductor layer on the substrate, the step of immersing the dye in the porous semiconductor layer, the second substrate is pretreated by the cleaning step, and then the internal second electrode and the external second electrode are formed on the second substrate. A step of forming a pattern, a step of forming a catalyst layer on the internal second electrode, a step of making the first substrate and the second substrate face each other and bonding them together using a sealing material, and the sealing Provided is a method for manufacturing a dye-sensitized solar cell, which includes a step of performing water-repellent treatment on an outer side wall of a material, and a step of sealing an opening by enclosing an electrolyte in a DSC cell from the opening. .
本発明の他の態様によれば、上記の色素増感太陽電池を搭載した電子機器が提供される。 According to another aspect of the present invention, an electronic apparatus equipped with the dye-sensitized solar cell is provided.
本発明によれば、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法および電子機器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell that can suppress moisture permeation into the device and suppress a decrease in power generation efficiency, a method for manufacturing the same, and an electronic apparatus.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
以下の実施の形態に係るDSCにおいて、「透明」とは、透過率が約50%以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係るDSCにおいて、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約360nm〜830nm程度、エネルギー約3.45eV〜1.49eV程度に相当し、この領域で透過率が50%以上あれば透明である。 In the DSC according to the following embodiment, “transparent” is defined as a transmittance of about 50% or more. In addition, “transparent” is also used to mean colorless and transparent to visible light in the DSC according to the embodiment. Visible light corresponds to a wavelength of about 360 nm to 830 nm and an energy of about 3.45 eV to 1.49 eV, and is transparent if the transmittance is 50% or more in this region.
[第1の実施の形態]
(DSC:比較例)
比較例に係るDSC200Aの模式的平面パターン構成は、図1に示すように表され、図1のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2に示すように表され、図1のII−II線に沿う模式的断面構造は、図3に示すように表され、図1のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図4に示すように表される。
[First embodiment]
(DSC: comparative example)
A schematic planar pattern configuration of the DSC 200A according to the comparative example is expressed as shown in FIG. 1, and a schematic cross-sectional structure taken along line II in FIG. 1 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line -II is represented as shown in FIG. 3, and a schematic cross-sectional structure along the line III-III in FIG. 1 is represented as shown in FIG.
比較例に係るDSC200Aは、図1〜図4に示すように、第1基板20と、第1基板20上に配置された第1電極10と、第1電極10上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層12と、多孔質半導体層12と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液14と、電解液14に接する第2電極(対極)18と、第2電極18上に配置された第2基板22と、電解液14に接して第2電極18の表面上に配置される触媒層19と、第1電極10・第2電極18間に配置され、電解液14を封止する封止材16とを備える。ここで、3a・3bは、電解液14の注入用の開口部の封止材である。 1 to 4, the DSC 200A according to the comparative example includes a first substrate 20, a first electrode 10 disposed on the first substrate 20, a semiconductor fine particle disposed on the first electrode 10, and A porous semiconductor layer 12 having a dye molecule, an electrolytic solution 14 in contact with the porous semiconductor layer 12 and having a redox electrolyte dissolved in a solvent, a second electrode (counter electrode) 18 in contact with the electrolytic solution 14, and a second electrode 18 The second substrate 22 disposed above, the catalyst layer 19 disposed on the surface of the second electrode 18 in contact with the electrolytic solution 14, and disposed between the first electrode 10 and the second electrode 18, and the electrolytic solution 14 And a sealing material 16 for sealing. Here, 3a and 3b are sealing materials for the opening for injecting the electrolytic solution.
比較例に係るDSC200Aにおいて、封止材16は、図1〜図4に示すように、第1電極10・第2電極18に接触している。 In the DSC 200A according to the comparative example, the sealing material 16 is in contact with the first electrode 10 and the second electrode 18 as shown in FIGS.
試作された比較例に係るDSC200Aの概観写真例は、図5に示すように表される。図5から明らかなように、封止材16によって封止された電解液14が封止材16の外部に流出している。 An example of an overview photograph of a DSC 200A according to a comparative example manufactured as a prototype is expressed as shown in FIG. As is clear from FIG. 5, the electrolyte solution 14 sealed with the sealing material 16 flows out of the sealing material 16.
比較例に係るDSC200Aにおいて、封止材16と第1電極10および第2電極18との接触部分Lu・Ldの拡大された模式的断面構造は、図6に示すように表される。 In the DSC 200A according to the comparative example, an enlarged schematic cross-sectional structure of contact portions Lu and Ld between the sealing material 16 and the first electrode 10 and the second electrode 18 is expressed as shown in FIG.
別の比較例に係るDSC200Bの模式的平面パターン構成は、図7に示すように表される。別の比較例に係るDSC200Bにおいては、図7に示すように、第1電極10、および第2電極18の一部をパターニングにより除去している。このため、封止材16は、第1電極10、および第2電極18の除去された領域では、直接第1基板20、および第2基板22に接触している。図7において、B部分では、封止材16が第2電極18と第2基板22との両方に跨って接触している。 A schematic planar pattern configuration of a DSC 200B according to another comparative example is expressed as shown in FIG. In a DSC 200B according to another comparative example, as shown in FIG. 7, a part of the first electrode 10 and the second electrode 18 is removed by patterning. For this reason, the sealing material 16 is in direct contact with the first substrate 20 and the second substrate 22 in the region where the first electrode 10 and the second electrode 18 are removed. In FIG. 7, the sealing material 16 is in contact with both the second electrode 18 and the second substrate 22 in the portion B.
別の比較例に係るDSC200Bの試作例であって、60℃90%RH試験において、250時間経過後の図7のB部分の表面光学顕微鏡写真例は、図8に示すように表される。 FIG. 8 shows an example of a surface optical micrograph of a portion B of FIG. 7 after 250 hours in a 60 ° C. 90% RH test, which is a prototype example of DSC 200B according to another comparative example.
図8から明らかなように、封止材16が直接第2基板22に接触している範囲では、封止材16の浮きは観測されない。一方、封止材16が第2電極18に接触している境界領域では、封止材16のシール浮き状態(封止材16A)が観測され、このシール浮き部分(封止材16が第2電極18に接触している境界領域)が、電解液14Aの外部への流出(電解液14A)の原因となる。 As is clear from FIG. 8, in the range where the sealing material 16 is in direct contact with the second substrate 22, no floating of the sealing material 16 is observed. On the other hand, in the boundary region where the sealing material 16 is in contact with the second electrode 18, the seal floating state (sealing material 16A) of the sealing material 16 is observed, and this seal floating portion (the sealing material 16 is the second material). The boundary region in contact with the electrode 18) causes the electrolyte solution 14A to flow out (electrolyte solution 14A).
このように、比較例に係るDSC200Aもしくは200Bでは、封止材16が直接、第1電極10・第2電極18に接触しているために、図6に示された封止材16と第1電極10および第2電極18との接触部分Lu・Ldにおいて、電解液14の外部への流出が観測される。 Thus, in the DSC 200A or 200B according to the comparative example, since the sealing material 16 is in direct contact with the first electrode 10 and the second electrode 18, the first sealing material 16 and the first sealing material 16 shown in FIG. The outflow of the electrolyte solution 14 is observed at the contact portions Lu and Ld between the electrode 10 and the second electrode 18.
(DSC:第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係るDSCの模式的平面パターン構成は、図9に示すように表され、図9のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図10に示すように表され、図9のV−V線に沿う模式的断面構造は、図11に示すように表され、図9のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図12に示すように表され、図9のA部分の拡大された模式的平面パターン構成は、図13に示すように表される。
(DSC: First Embodiment)
A schematic planar pattern configuration of the DSC according to the first embodiment is expressed as shown in FIG. 9, and a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 9 is expressed as shown in FIG. 9 is represented as shown in FIG. 11, and the schematic cross-sectional structure along line VI-VI in FIG. 9 is represented as shown in FIG. An enlarged schematic plane pattern configuration of the A part of the A is expressed as shown in FIG.
第1の実施の形態に係るDSC200は、図9〜図13に示すように、第1基板20と、第1基板20上に配置された内部第1電極10Aと、内部第1電極10A上に配置された多孔質半導体層12と、多孔質半導体層12と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液14と、電解液14に接する内部第2電極(対極)18Aと、内部第2電極18上に配置された第2基板22と、第1基板20と第2基板22との間に配置され、電解液14を封止する封止材16とを備える。ここで、封止材16は、外部の側壁において、撥水処理が実施されている。 As shown in FIGS. 9 to 13, the DSC 200 according to the first embodiment includes a first substrate 20, an internal first electrode 10 </ b> A disposed on the first substrate 20, and an internal first electrode 10 </ b> A. The disposed porous semiconductor layer 12, the electrolytic solution 14 in contact with the porous semiconductor layer 12, in which the redox electrolyte is dissolved in the solvent, the internal second electrode (counter electrode) 18A in contact with the electrolytic solution 14, and the internal second electrode The second substrate 22 disposed on the first substrate 18 and the sealing material 16 disposed between the first substrate 20 and the second substrate 22 and sealing the electrolyte solution 14 are provided. Here, the sealing material 16 is subjected to water repellent treatment on the outer side wall.
撥水処理は、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS:hexamethyldisilazane)によって実施可能である(HMDS処理)が、それ以外の同様の効果を持つ物質、薬品を用いても良い。 The water repellent treatment can be performed by, for example, hexamethyldisilazane (HMDS) (HMDS treatment), but other substances and chemicals having the same effect may be used.
また、第1の実施の形態に係るDSC200は、図9〜図13に示すように、封止材16の外部の第1基板20上に配置された外部第1電極10Bと、封止材16の外部の第2基板22上に配置された外部第2電極18Bとを備えていても良い。 Moreover, the DSC 200 according to the first embodiment includes an external first electrode 10B disposed on the first substrate 20 outside the sealing material 16 and the sealing material 16 as shown in FIGS. The external second electrode 18B disposed on the external second substrate 22 may be provided.
また、第1の実施の形態に係るDSC200は、図9〜図13に示すように、第1基板20と第2基板22に挟まれ、かつ封止材16に囲まれたセル領域に電解液14を注入する開口部を備え、内部第1電極10Aと外部第1電極10Bは、第1基板20上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されていても良い。 Further, as shown in FIGS. 9 to 13, the DSC 200 according to the first embodiment has an electrolyte solution in a cell region sandwiched between the first substrate 20 and the second substrate 22 and surrounded by the sealing material 16. The internal first electrode 10A and the external first electrode 10B may be patterned on the first substrate 20 and connected to each other in the opening.
また、内部第2電極18Aと外部第2電極18Bは、第2基板22上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されていても良い。 The internal second electrode 18A and the external second electrode 18B may be patterned on the second substrate 22 and connected to each other at the opening.
また、開口部を封止する開口部封止材3bと、開口部に配置され、封止材16と開口部封止材3bとを結合するキャップ封止材3aとを備えていても良い。 Moreover, you may provide the opening part sealing material 3b which seals an opening part, and the cap sealing material 3a which is arrange | positioned at an opening part and couple | bonds the sealing material 16 and the opening part sealing material 3b.
第1の実施の形態に係るDSC200において、封止材16は、図9〜図13に示すように、第1基板20・第2基板22に接触している。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the sealing material 16 is in contact with the first substrate 20 and the second substrate 22 as shown in FIGS.
内部第1電極10A・外部第1電極10Bは、図9、図11〜図13に示すように、電解液14の注入用の開口部近傍において、電気的に接続されている。 The internal first electrode 10A and the external first electrode 10B are electrically connected in the vicinity of the opening for injecting the electrolyte solution 14, as shown in FIGS.
内部第2電極18A・外部第2電極18Bは、図9、図11〜図13に示すように、電解液14の注入用の開口部近傍において、電解液14の注入用の開口部近傍において、電気的に接続されている。 As shown in FIGS. 9 and 11 to 13, the internal second electrode 18 </ b> A and the external second electrode 18 </ b> B are in the vicinity of the opening for injecting the electrolytic solution 14 and in the vicinity of the opening for injecting the electrolytic solution 14. Electrically connected.
また、封止材16は、図9〜図13に示すように、内部第1電極10A・内部第2電極18Aとは接触していない。一方、封止材16は、図9〜図13に示すように、外部第1電極10B・外部第2電極18Bとは電解液14の注入用の開口部近傍において接触している。 Moreover, the sealing material 16 is not in contact with the internal first electrode 10A and the internal second electrode 18A, as shown in FIGS. On the other hand, as shown in FIGS. 9 to 13, the sealing material 16 is in contact with the external first electrode 10 </ b> B and the external second electrode 18 </ b> B in the vicinity of the opening for injecting the electrolytic solution 14.
また、キャップ封止材3a・開口部封止材3bは、図9、図11〜図13に示すように、電解液14の注入用の開口部において、第1電極10B・第2電極18Bと接触している。 Further, as shown in FIGS. 9 and 11 to 13, the cap sealing material 3 a and the opening sealing material 3 b are connected to the first electrode 10 </ b> B and the second electrode 18 </ b> B in the opening for injecting the electrolyte solution 14. In contact.
また、第1の実施の形態に係るDSC200においては、図9〜図13に示すように、内部第2電極18Aの表面には、電解液14に接して、触媒層19を備えていても良い。 Moreover, in DSC200 which concerns on 1st Embodiment, as shown in FIGS. 9-13, the surface of internal 2nd electrode 18A may be provided with the catalyst layer 19 in contact with the electrolyte solution 14. As shown in FIG. .
試作された第1の実施の形態に係るDSC200の概観写真例は、図14に示すように表される。図14に示すように、封止材16によって封止された電解液14の封止材16の外部への流出は観測されていない。 An example of an overview photograph of the prototype DSC 200 according to the first embodiment is represented as shown in FIG. As shown in FIG. 14, the outflow of the electrolyte solution 14 sealed with the sealing material 16 to the outside of the sealing material 16 is not observed.
封止材16・キャップ封止材3a・開口部封止材3bは、ガラスフリット、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂若しくはこれらを構造的に組み合わせて構成可能である。 The sealing material 16, the cap sealing material 3 a, and the opening sealing material 3 b can be configured by glass frit, ultraviolet curable resin, thermosetting resin, or a structural combination thereof.
紫外線硬化樹脂を硬化するための紫外線(UV)は波長10〜400nmの範囲の波長の短い電磁波である。また、紫外線(UV)は波長によってUV−A(長波長紫外線:波長315〜400nm)、UV−B(中波長紫外線:波長280〜315nm)、UV−C(短波長紫外線:波長10nm前後〜280nm)の3つに区分される。紫外線(UV)の照射源としては、UVランプ(水銀ランプ、メタルハライドランプ)等が用いられる。ここで、紫外線硬化樹脂としては、例えばエポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、不飽和ポリエステル、ポリエーテルアクリレート、ビニルアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、ポリスチリルエチルメタクリレート等が挙げられる。なお、耐電解液性、封止性の点ではアクリル系紫外線硬化樹脂がより好ましい。 Ultraviolet light (UV) for curing the ultraviolet curable resin is an electromagnetic wave having a short wavelength in the range of 10 to 400 nm. Moreover, ultraviolet rays (UV) are UV-A (long wavelength ultraviolet rays: wavelength 315 to 400 nm), UV-B (medium wavelength ultraviolet rays: wavelength 280 to 315 nm), UV-C (short wavelength ultraviolet rays: wavelength around 10 nm to 280 nm) depending on the wavelength. ). As an ultraviolet (UV) irradiation source, a UV lamp (mercury lamp, metal halide lamp) or the like is used. Here, examples of the ultraviolet curable resin include epoxy acrylate, urethane acrylate, polyester acrylate, unsaturated polyester, polyether acrylate, vinyl acrylate, polybutadiene acrylate, and polystyrylethyl methacrylate. In addition, acrylic ultraviolet curable resin is more preferable in terms of electrolytic solution resistance and sealing properties.
第1基板20および第2基板22は、例えば、ガラス基板などで形成することができる。また、フレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。この場合、多孔質半導体層を構成するTiO2ペーストとしては、200℃以下で焼成可能なものを用いる。 The 1st board | substrate 20 and the 2nd board | substrate 22 can be formed with a glass substrate etc., for example. A flexible plastic substrate can also be used. In this case, as the TiO 2 paste constituting the porous semiconductor layer, one that can be fired at 200 ° C. or less is used.
また、光を照射するため、第1基板20・第2基板22は、照射光(白色光)に対して、透明であることが望ましい。なお、第1基板20・第2基板22の光が入射する側に反射防止膜などをコーティングしても良い。 Moreover, in order to irradiate light, it is desirable that the first substrate 20 and the second substrate 22 are transparent to the irradiation light (white light). An antireflection film or the like may be coated on the light incident side of the first substrate 20 and the second substrate 22.
第1電極10A・10Bは、例えば、ITO、FTO、ZnO、SnO2などの透明電極で形成される。第1基板20上に電極加工し、FTO付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。 The first electrodes 10A and 10B are formed of transparent electrodes such as ITO, FTO, ZnO, and SnO 2 . An electrode may be processed on the first substrate 20 to form a substrate with an FTO, a substrate with a grid such as metal, or the composite substrate described above.
同様に、第2電極18A・18Bは、例えば、ITO、FTO、ZnO、SnO2などの透明電極で形成される。第2基板22上に電極加工し、FTO付き基板、金属などのグリッド付き基板、或いは上記の複合基板としても良い。 Similarly, the second electrodes 18A and 18B are formed of transparent electrodes such as ITO, FTO, ZnO, and SnO 2 . An electrode may be processed on the second substrate 22 to form a substrate with FTO, a substrate with a grid such as metal, or the above-described composite substrate.
多孔質半導体層12は、TiO2、ZnO、WO3、InO3、Nb2O3、SnO2などの材料を用いて形成されていても良い。特に、効率面から安価なTiO2(アナターゼ型、ルチル型)が主に用いられる。 The porous semiconductor layer 12 may be formed using a material such as TiO 2 , ZnO, WO 3 , InO 3 , Nb 2 O 3 , SnO 2 . In particular, TiO 2 (anatase type, rutile type) which is inexpensive from the viewpoint of efficiency is mainly used.
多孔質半導体層12は、例えば、スクリーン印刷技術、スピンコート技術、ディッピング、スプレーコート技術などを用いて形成することができる。 The porous semiconductor layer 12 can be formed using, for example, screen printing technology, spin coating technology, dipping, spray coating technology, or the like.
触媒層19は、例えば、Pt、炭素、若しくは、導電性高分子などで構成されていても良い。導電性高分子は、例えば、PEDOT:PSSなどで構成されていても良い。 The catalyst layer 19 may be made of, for example, Pt, carbon, or a conductive polymer. The conductive polymer may be made of, for example, PEDOT: PSS.
第1の実施の形態に係るDSC200において、溶媒は、電解質、添加剤を溶解する液体であり、高沸点、化学的安定性が高く、高誘電率(電解質が良く溶解する)、低粘度であること望ましい。例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、γブチロラクトン、メトキシアセトニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどで構成されていても良い。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the solvent is a liquid that dissolves the electrolyte and the additive, has a high boiling point, high chemical stability, high dielectric constant (electrolyte dissolves well), and low viscosity. It is desirable. For example, it may be composed of acetonitrile, propylene carbonate, γ-butyrolactone, methoxyacetonitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, and the like.
色素は、レッドダイ(N719)、ブラックダイ(N749)、D131などを適用することができる。 Red dye (N719), black dye (N749), D131, etc. can be applied as the dye.
比較例に係るDSC200Aにおいて、封止材16を通して水分(H2O)が浸入する様子を説明する模式的断面構造は、図15(a)に示すように表される。一方、第1の実施の形態に係るDSC200において、撥水処理(HMDS処理)により素子内への水分透過を抑制可能な様子を説明する模式的断面構造は、図15(b)に示すように表される。比較例に係るDSC200Aにおいて、封止材16を通して水分(H2O)がDSCセル内に侵入し、電解液14の変質、若しくは色素の脱離を起こし、発電効率が低下する可能性がある。一方、第1の実施の形態に係るDSC200においては、封止材16の外部の側壁において、撥水処理(HMDS処理)を実施することによって、封止材16を通して水分(H2O)がDSCセル内に侵入することを抑制可能である。 In the DSC 200A according to the comparative example, a schematic cross-sectional structure for explaining how moisture (H 2 O) enters through the sealing material 16 is expressed as shown in FIG. On the other hand, in the DSC 200 according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure for explaining how water permeation into the element can be suppressed by water repellent treatment (HMDS treatment) is as shown in FIG. expressed. In the DSC 200A according to the comparative example, moisture (H 2 O) penetrates into the DSC cell through the sealing material 16 and the electrolyte solution 14 may be altered or the pigment may be desorbed, resulting in a decrease in power generation efficiency. On the other hand, in the DSC 200 according to the first embodiment, the water repellent treatment (HMDS treatment) is performed on the outer side wall of the sealing material 16, so that moisture (H 2 O) is passed through the sealing material 16 through the DSC. Intrusion into the cell can be suppressed.
第1の実施の形態に係るDSC200において、封止材16の表面における撥水処理(HMDS処理)の動作原理は、図16に示すように表される。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the operation principle of the water repellent treatment (HMDS treatment) on the surface of the sealing material 16 is expressed as shown in FIG.
第1の実施の形態に係るDSC200においては、封止材16の表面における撥水処理(HMDS処理)によって、HMDS分子(NH(Si(CH3)3)2)と封止材16の表面上の2個のOH基が反応する。すなわち、(1)式の反応が進行する。 In the DSC 200 according to the first embodiment, HMDS molecules (NH (Si (CH 3 ) 3 ) 2 ) and the surface of the sealing material 16 are formed by water repellent treatment (HMDS treatment) on the surface of the sealing material 16. The two OH groups react. That is, the reaction of the formula (1) proceeds.
NH(Si(CH3)3)2+2OH→2SiO(CH3)3+NH3↑ (1)
結果として、封止材16の表面には、図16に示すように、SiO(CH3)3で表される分子が吸着し、外部からの水(H2O)分子の浸入を抑制可能となる。
NH (Si (CH 3 ) 3 ) 2 + 2OH → 2SiO (CH 3 ) 3 + NH 3 ↑ (1)
As a result, as shown in FIG. 16, molecules represented by SiO (CH 3 ) 3 are adsorbed on the surface of the sealing material 16, and entry of water (H 2 O) molecules from the outside can be suppressed. Become.
封止材16の表面に撥水処理(HMDS処理)を未処理の場合の封止材16の表面上の水滴17の顕微鏡写真例は、図17に示すように表される。一方、第1の実施の形態に係るDSC200において、封止材16の表面に撥水処理(HMDS処理)を実施した場合の封止材16の表面上の水滴17の顕微鏡写真例は、図18に示すように表される。 An example of a micrograph of the water droplet 17 on the surface of the sealing material 16 when the surface of the sealing material 16 has not been subjected to water repellent treatment (HMDS treatment) is represented as shown in FIG. On the other hand, in the DSC 200 according to the first embodiment, an example of a micrograph of the water droplet 17 on the surface of the sealing material 16 when the surface of the sealing material 16 is subjected to water repellent treatment (HMDS treatment) is shown in FIG. It is expressed as shown in
図17の例では、水滴17の吸着角は、約60度である。一方、図18の例では、水滴17の吸着角は、約90度である。したがって、第1の実施の形態に係るDSC200においては、封止材16の表面にHMDS処理を実施した場合の水滴17の吸着角は、約90度であり、撥水性が向上する。 In the example of FIG. 17, the adsorption angle of the water droplet 17 is about 60 degrees. On the other hand, in the example of FIG. 18, the adsorption angle of the water droplet 17 is about 90 degrees. Therefore, in the DSC 200 according to the first embodiment, the adsorption angle of the water droplet 17 when the HMDS treatment is performed on the surface of the sealing material 16 is about 90 degrees, and the water repellency is improved.
第1の実施の形態に係るDSC200において、封止材16の表面にHMDS分子が近接した様子は、模式的に図19に示すように表され、封止材16の表面にHMDS分子が近接し、化学結合反応が生じた様子は、模式的に図20に示すように表される。 In DSC200 which concerns on 1st Embodiment, a mode that the HMDS molecule | numerator adjoined to the surface of the sealing material 16 is typically represented as shown in FIG. The state in which the chemical bonding reaction has occurred is schematically represented as shown in FIG.
第1の実施の形態に係るDSC200においては、封止材16の表面におけるHMDS処理によって、HMDS分子(NH(Si(CH3)3)2)と封止材16の表面上の2個のOH基が(1)式の反応式にしたがって進行し、アンモニア分子NH3が解離する。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the HMDS treatment on the surface of the encapsulant 16 causes HMDS molecules (NH (Si (CH 3 ) 3 ) 2 ) and two OH on the surface of the encapsulant 16. The group proceeds according to the reaction formula (1), and the ammonia molecule NH 3 is dissociated.
結果として、封止材16の表面には、図20に示すように、SiO(CH3)3で表される分子が吸着し、外部からの水(H2O)分子の浸入を抑制可能となる。 As a result, as shown in FIG. 20, molecules represented by SiO (CH 3 ) 3 are adsorbed on the surface of the sealing material 16, and entry of water (H 2 O) molecules from the outside can be suppressed. Become.
第1の実施の形態に係るDSC200において、60℃90%RH試験結果であって、HMDS処理の有無による発電量初期値比と時間との関係は、図21に示すように表される。発電量初期値比は時刻t=0の場合を1とし、時間とともに変化する相対的な値である。HMDS処理を約20分実施した場合には、発電量初期値比は、t=300hを超えても1を保持可能であるのに対し、HMDS処理を実施しない場合には、発電量初期値比は、t=250hを超えると、低下傾向が観測されている。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the relationship between the initial value ratio of the power generation amount and the time according to the presence or absence of the HMDS process, which is a result of the 60 ° C. and 90% RH test, is expressed as shown in FIG. The power generation initial value ratio is a relative value that changes with time, assuming 1 when the time t = 0. When the HMDS process is performed for about 20 minutes, the power generation initial value ratio can be maintained at 1 even when t = 300h, whereas when the HMDS process is not performed, the power generation initial value ratio is maintained. When t exceeds 250 h, a downward trend is observed.
第1の実施の形態に係るDSCによれば、封止材の表面に撥水処理(HMDS処理)を実施することによって、t=300hを超えても発電効率の低下を抑制することができる。 According to the DSC according to the first embodiment, by performing the water repellent treatment (HMDS treatment) on the surface of the sealing material, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency even if it exceeds t = 300 h.
第1の実施の形態に係るDSC200の多孔質半導体層12の半導体微粒子2の模式的構造は、図22に示すように表される。図22に示すように、多孔質半導体層12は、TiO2などからなる半導体微粒子2が互いに結合して複雑なネットワークを形成している。色素分子4は、半導体微粒子2の表面に吸着される。多孔質半導体層12内には、大きさ約100nm以下の細孔が多数存在する。 A schematic structure of the semiconductor fine particles 2 of the porous semiconductor layer 12 of the DSC 200 according to the first embodiment is expressed as shown in FIG. As shown in FIG. 22, in the porous semiconductor layer 12, semiconductor fine particles 2 made of TiO 2 or the like are bonded to each other to form a complex network. The dye molecules 4 are adsorbed on the surface of the semiconductor fine particles 2. A large number of pores having a size of about 100 nm or less exist in the porous semiconductor layer 12.
(動作原理)
第1の実施の形態に係るDSC200の動作原理は、図23に示すように表される。
(Operating principle)
The operation principle of the DSC 200 according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.
下記の(a)〜(d)の反応が継続して起こることで、起電力が発生し、負荷24に電流が導通する。 When the following reactions (a) to (d) occur continuously, an electromotive force is generated, and a current is conducted to the load 24.
(a)色素分子32が光子(hν)を吸収し、電子(e−)を放出し、色素分子32は酸化体DOになる。 (A) The dye molecule 32 absorbs a photon (hν), emits an electron (e − ), and the dye molecule 32 becomes an oxidized DO.
(b)Reで表される還元体の酸化還元電解質26が多孔質半導体層12中を拡散して、DOで表される酸化体の色素分子32に接近する。 (B) The reduced redox electrolyte 26 represented by Re diffuses in the porous semiconductor layer 12 and approaches the oxidized dye molecule 32 represented by DO.
(c)酸化還元電解質26から色素分子32に電子(e−)が供給される。酸化還元電解質26は、Oxで表される酸化体の酸化還元電解質28になり、色素分子32はDRで表される還元された色素分子30になる。 (C) Electrons (e − ) are supplied from the redox electrolyte 26 to the dye molecules 32. The redox electrolyte 26 becomes an oxidized redox electrolyte 28 represented by Ox, and the dye molecule 32 becomes a reduced dye molecule 30 represented by DR.
(d)酸化還元電解質28は、触媒層19方向に拡散し、触媒層19より電子を供給されて、Reで表される還元体の酸化還元電解質26になる。 (D) The redox electrolyte 28 diffuses in the direction of the catalyst layer 19 and is supplied with electrons from the catalyst layer 19 to become a redox electrolyte 26 of a reductant represented by Re.
酸化還元電解質26は、多孔質半導体層12中の入り組んだ空間を拡散しながら色素分子32の近傍に接近する必要がある。 The redox electrolyte 26 needs to approach the vicinity of the dye molecule 32 while diffusing in the complicated space in the porous semiconductor layer 12.
また、第1の実施の形態に係るDSC200の電解液14における電荷交換反応に基づく動作原理は、図24に示すように表される。 The operation principle based on the charge exchange reaction in the electrolyte solution 14 of the DSC 200 according to the first embodiment is expressed as shown in FIG.
まず、外部から光照射されると光子(hν)が色素分子32と反応して、色素分子32は基底状態から励起状態へと遷移する。このとき発生した励起電子(e−)がTiO2からなる多孔質半導体層12の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層12中を導通した電子(e−)は、第1電極10Aから外部回路の負荷24を導通し、第2電極18Aへ移動する。第2電極18Aから電解液14中に注入された電子(e−)は、電解液14中のヨウ素酸化還元電解質(I−/I3 −)と電荷交換される。ヨウ素酸化還元電解質(I−/I3 −)が電解液14内を拡散し、色素分子32と再反応する。ここで、電荷交換反応は、色素分子表面において、3I−→I3 −+2e−に従って進行し、第2電極18Aにおいて、I3 −+2e−→3I−に従って進行する。 First, when light is irradiated from the outside, photons (hν) react with the dye molecules 32, and the dye molecules 32 transition from the ground state to the excited state. The excited electrons (e − ) generated at this time are injected into the conduction band of the porous semiconductor layer 12 made of TiO 2 . The electrons (e − ) conducted through the porous semiconductor layer 12 conduct the load 24 of the external circuit from the first electrode 10A and move to the second electrode 18A. Electrons (e − ) injected from the second electrode 18 </ b> A into the electrolytic solution 14 are charge-exchanged with the iodine redox electrolyte (I − / I 3 − ) in the electrolytic solution 14. The iodine redox electrolyte (I − / I 3 − ) diffuses in the electrolytic solution 14 and reacts with the dye molecules 32 again. Here, the charge exchange reaction proceeds according to 3I − → I 3 − + 2e − on the surface of the dye molecule, and proceeds according to I 3 − + 2e − → 3I − on the second electrode 18A.
電解液14は、溶媒として、例えば、アセトニトリルを使用し、この場合の電解質として、例えば、ヨウ素は、電解液14中のヨウ素酸化還元電解質I3 −として存在する。また、電解質として、例えば、ヨウ化物塩(ヨウ化リチウム、ヨウ化カリウムなど)は、電解液14中のヨウ素酸化還元電解質I−として存在する。また、電解液14中には、逆電子移動抑制溶液として添加剤(例えば、TBP:ターシャルブチルピリジン)を適用しても良い。 The electrolytic solution 14 uses, for example, acetonitrile as a solvent, and as an electrolyte in this case, for example, iodine exists as an iodine redox electrolyte I 3 − in the electrolytic solution 14. Further, as an electrolyte, for example, an iodide salt (lithium iodide, potassium iodide, etc.) exists as an iodine redox electrolyte I − in the electrolytic solution 14. Further, an additive (for example, TBP: tertiary butyl pyridine) may be applied to the electrolytic solution 14 as a reverse electron transfer inhibiting solution.
上記の溶質、添加剤を溶媒(アセトニトリル)に溶解させることによって、電解液14を構成することができる。なお、上記の材料は湿式DSCなどに適用可能なものであって、常温溶融塩(イオン性液体)や固体電解質を用いる場合には、構成材料が異なる。 The electrolytic solution 14 can be constituted by dissolving the above solute and additive in a solvent (acetonitrile). In addition, said material is applicable to wet DSC etc., Comprising material differs, when normal temperature molten salt (ionic liquid) and a solid electrolyte are used.
第1の実施の形態に係るDSC200において、多孔質半導体層(12)/色素分子(32)/電解液(14)間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムは、図25に示すように表される。また、色素分子(32)/電解液(14)間のエネルギーポテンシャルダイヤグラムであって、図25のJ部分の拡大図は、図26に示すように表される。 In the DSC 200 according to the first embodiment, the energy potential diagram between the porous semiconductor layer (12) / dye molecule (32) / electrolytic solution (14) is expressed as shown in FIG. Moreover, it is an energy potential diagram between a dye molecule (32) / electrolyte solution (14), Comprising: The enlarged view of J part of FIG. 25 is represented as shown in FIG.
外部から光照射されると光子(hν)により、色素分子32は基底状態HOMOから励起状態LUMOへと遷移する。このとき発生した励起電子(e−)がTiO2からなる多孔質半導体層12の伝導帯へ注入される。多孔質半導体層12中を導通した電子(e−)は、第1電極10Aから外部回路の負荷24を導通し、第2電極18Aへ移動する。触媒層19から電解液14中に注入された電子(e−)は、電解液14中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液14内を拡散し、色素分子32を還元する。 When irradiated with light from the outside, the dye molecule 32 changes from the ground state HOMO to the excited state LUMO by photons (hν). The excited electrons (e − ) generated at this time are injected into the conduction band of the porous semiconductor layer 12 made of TiO 2 . The electrons (e − ) conducted through the porous semiconductor layer 12 conduct the load 24 of the external circuit from the first electrode 10A and move to the second electrode 18A. Electrons (e − ) injected from the catalyst layer 19 into the electrolytic solution 14 are exchanged with the redox electrolyte in the electrolytic solution 14. The redox electrolyte diffuses in the electrolytic solution 14 and reduces the dye molecules 32.
電解液14の酸化還元準位EROと多孔質半導体層12のフェルミ準位Ef間の電位差が最大起電力VMAXである。最大起電力VMAXの値は、電解液14の酸化還元電解質により変化する。酸化還元電解質単独系(ヨウ素酸化還元電解質)の場合には、例えば、0.9V(I,N719)である。電解液14がヨウ素・臭素の混合系酸化還元電解質を含む場合には、図26に示すように、混合比率を調整することで混合系酸化還元電解質の酸化還元電位を、ヨウ素酸化還元電解質の酸化還元電位と臭素酸化還元電解質の酸化還元電位の間の任意の値に調整することができる。 The potential difference between the oxidation-reduction level E RO of the electrolytic solution 14 and the Fermi level E f of the porous semiconductor layer 12 is the maximum electromotive force V MAX . The value of the maximum electromotive force V MAX varies depending on the redox electrolyte of the electrolytic solution 14. In the case of a single redox electrolyte system (iodine redox electrolyte), for example, 0.9 V (I, N719). When the electrolytic solution 14 contains a mixed redox electrolyte of iodine and bromine, as shown in FIG. 26, the redox potential of the mixed redox electrolyte is adjusted by adjusting the mixing ratio to oxidize the iodine redox electrolyte. It can be adjusted to any value between the reduction potential and the redox potential of the bromine redox electrolyte.
第1の実施の形態に係るDSC200の各構成材料のエネルギーレベルと発電サイクルは図27に示すように表される。図27においては、外部から光照射されると光子(hν)により、色素(Dye)の充満帯S0/S+に存在する電子は、導電帯S*に励起され、多孔質半導体層12の伝導帯ECへ電子注入(electron injection)される。伝導帯ECへ電子注入された電子の一部は、再結合(recombination)されて、Dyeの充満帯S0/S+に遷移する。多孔質半導体層12中を導通した電子(e−)は、第1電極10Aから外部回路の負荷24を導通し、第2電極18Aへ移動する。触媒層19から電解液14中に注入された電子(e−)は、電解液14中の酸化還元電解質と電荷交換される。酸化還元電解質が電解液14内を拡散し、電子注入により、Dyeの充満帯S0/S+において、色素分子32を還元する。電解液14の酸化還元準位EROと多孔質半導体層12のフェルミ準位Ef間の電位差VOCが最大起電力VMAXである。 The energy level and power generation cycle of each constituent material of the DSC 200 according to the first embodiment are expressed as shown in FIG. In FIG. 27, when light is irradiated from the outside, electrons existing in the full band S 0 / S + of the dye (Dye) are excited by the conduction band S * by the photons (hν), and the porous semiconductor layer 12 Electrons are injected into the conduction band E C. Some of the electrons injected into the conduction band E C are recombined and transition to the Dye full band S 0 / S + . The electrons (e − ) conducted through the porous semiconductor layer 12 conduct the load 24 of the external circuit from the first electrode 10A and move to the second electrode 18A. Electrons (e − ) injected from the catalyst layer 19 into the electrolytic solution 14 are exchanged with the redox electrolyte in the electrolytic solution 14. The redox electrolyte diffuses in the electrolyte solution 14 and reduces the dye molecules 32 in the Dye full zone S 0 / S + by electron injection. The potential difference V OC between the oxidation-reduction level E RO of the electrolytic solution 14 and the Fermi level E f of the porous semiconductor layer 12 is the maximum electromotive force V MAX .
第1の実施の形態に係るDSCに用いられる色素を示す化学構造式であって、indolineを示す化学構造式は、図28(a)に示すように表され、N719を示す化学構造式は、図28(b)に示すように表され、D131を示す化学構造式は、図28(c)に示すように表される。 The chemical structural formula showing the dye used in the DSC according to the first embodiment, the chemical structural formula showing indoline is expressed as shown in FIG. 28 (a), and the chemical structural formula showing N719 is The chemical structural formula represented as shown in FIG. 28 (b) and D131 is represented as shown in FIG. 28 (c).
―直列構成―
第1の実施の形態に係るDSC200において、基本セルを4個直列構成に配置した模式的断面構造は、図29(a)に示すように表される。また、図29(a)の模式的回路表現は、図29(b)に示すように表される。
-Series configuration-
In the DSC 200 according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure in which four basic cells are arranged in series is expressed as shown in FIG. Also, the schematic circuit representation of FIG. 29A is expressed as shown in FIG.
基本セルは、図29(a)に示すように、第1基板20と、第1基板20上に配置された内部第1電極101A・102A・103A・104Aと、内部第1電極101A・102A・103A・104A上に配置された多孔質半導体層121・122・123・124と、多孔質半導体層121・122・123・124と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液141・142・143・144と、電解液141・142・143・144に接する内部第2電極(対極)181A・182A・183A・184Aと、内部第2電極181A・182A・183A・184A上に配置された第2基板22と、第1基板20・第2基板22間に配置され、電解液141・142・143・144を封止する封止材16とを備える。 As shown in FIG. 29A, the basic cell includes a first substrate 20 and internal first electrodes 10 1 A, 10 2 A, 10 3 A, and 10 4 A arranged on the first substrate 20, Porous semiconductor layers 12 1 , 12 2 , 12 3, and 12 4 disposed on internal first electrodes 10 1 A, 10 2 A, 10 3 A, 10 4 A, and porous semiconductor layers 12 1 , 12 2 · 12 3 · 12 4 in contact with an electrolytic solution 14 1 · 14 2 · 14 3 · 14 4 in which a redox electrolyte is dissolved in a solvent, and an internal second in contact with the electrolytic solution 14 1 · 14 2 · 14 3 · 14 4 The electrode (counter electrode) 18 1 A, 18 2 A, 18 3 A, 18 4 A, and the second substrate 22 disposed on the internal second electrode 18 1 A, 18 2 A, 18 3 A, 18 4 A, And a sealing material 16 which is disposed between the first substrate 20 and the second substrate 22 and seals the electrolytes 14 1 , 14 2 , 14 3 and 14 4 .
また、基本セルは、図29(a)に示すように、封止材16の外部の第1基板20上に配置された外部第1電極101B・102B・103B・104Bと、封止材16の外部の第2基板22上に配置された外部第2電極181B・182B・183B・184Bとを備えていても良い。 In addition, as shown in FIG. 29 (a), the basic cell has external first electrodes 10 1 B, 10 2 B, 10 3 B, and 10 4 arranged on the first substrate 20 outside the sealing material 16. B and external second electrodes 18 1 B, 18 2 B, 18 3 B, and 18 4 B disposed on the second substrate 22 outside the sealing material 16 may be provided.
さらに、外部第1電極102Bと外部第2電極181Bは、図29(a)に示すように、封止材16の外部の側壁に沿って第1基板20・第2基板22間に配置された接続電極13Aを介して接続される。同様に、外部第1電極103B・外部第2電極182B、外部第1電極104B・外部第2電極183Bも接続電極13Aを介して接続される。 Further, the external first electrode 10 2 B and the external second electrode 18 1 B are formed between the first substrate 20 and the second substrate 22 along the outer side wall of the sealing material 16 as shown in FIG. Are connected through a connection electrode 13A. Similarly, the external first electrode 10 3 B / external second electrode 18 2 B and the external first electrode 10 4 B / external second electrode 18 3 B are also connected via the connection electrode 13A.
結果として、図29(b)に示すように、基本セル4個は、直列構成に配置される。 As a result, as shown in FIG. 29 (b), the four basic cells are arranged in a series configuration.
また、図29に示される各基本セルにおいても、第1基板20と第2基板22に挟まれ、かつ封止材16に囲まれたセル領域に電解液141・142・143・144を注入する開口部を備え、内部第1電極101A・102A・103A・104Aと外部第1電極101B・102B・103B・104Bは、第1基板20上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されている。 Also in each basic cell shown in FIG. 29, the electrolytes 14 1 , 14 2 , 14 3 , 14 are located in the cell region sandwiched between the first substrate 20 and the second substrate 22 and surrounded by the sealing material 16. 4 with an opening for injecting 4 and the internal first electrodes 10 1 A, 10 2 A, 10 3 A, 10 4 A and the external first electrodes 10 1 B, 10 2 B, 10 3 B, 10 4 B A pattern is formed on the first substrate 20 and connected to each other at the opening.
また、内部第2電極181A・182A・183A・184Aと外部第2電極181B・182B・183B・184Bは、第2基板22上においてパターン形成されると共に、開口部において互いに接続されている。 The internal second electrodes 18 1 A, 18 2 A, 18 3 A, 18 4 A and the external second electrodes 18 1 B, 18 2 B, 18 3 B, 18 4 B are patterned on the second substrate 22. And are connected to each other at the opening.
また、図29に示される各基本セルにおいても、内部第2電極181A・182A・183A・184Aの表面には、電解液141・142・143・144に接して、触媒層191・192・193・194を備えていても良い。その他の構成は、図9〜図13に示す第1の実施の形態に係るDSC200と同様である。 In each basic cell shown in FIG. 29, the electrolytes 14 1 , 14 2 , 14 3 , 14 4 are formed on the surfaces of the internal second electrodes 18 1 A, 18 2 A, 18 3 A, 18 4 A. The catalyst layers 19 1 , 19 2 , 19 3, and 19 4 may be provided in contact therewith. Other configurations are the same as those of the DSC 200 according to the first embodiment shown in FIGS.
―並列構成―
第1の実施の形態に係るDSC200において、基本セルを4個並列構成に配置した模式的断面構造は、図30(a)に示すように表される。また、図30(a)の模式的回路表現は、図30(b)に示すように表される。
―Parallel configuration―
In the DSC 200 according to the first embodiment, a schematic cross-sectional structure in which four basic cells are arranged in a parallel configuration is expressed as shown in FIG. The schematic circuit representation of FIG. 30A is expressed as shown in FIG.
外部第1電極102Bと外部第2電極181Bは、図30(a)に示すように、封止材16の外部の側壁に沿って第1基板20・第2基板22間に配置された絶縁層13Bを介して絶縁される。同様に、外部第1電極103B・外部第2電極182B、外部第1電極104B・外部第2電極183Bも絶縁層13Bを介して絶縁される。結果として、図30(b)に示すように、基本セル4個は、並列構成に配置される。その他の構成は、図9〜図13に示す第1の実施の形態に係るDSC200と同様である。 The external first electrode 10 2 B and the external second electrode 18 1 B are arranged between the first substrate 20 and the second substrate 22 along the outer side wall of the sealing material 16 as shown in FIG. The insulating layer 13B is insulated. Similarly, the external first electrode 10 3 B / external second electrode 18 2 B and the external first electrode 10 4 B / external second electrode 18 3 B are also insulated through the insulating layer 13B. As a result, as shown in FIG. 30 (b), the four basic cells are arranged in a parallel configuration. Other configurations are the same as those of the DSC 200 according to the first embodiment shown in FIGS.
(製造方法)
第1の実施の形態に係るDSCの製造方法は、図31(a)〜図31(g)に示すように表される。
(Production method)
The DSC manufacturing method according to the first embodiment is expressed as shown in FIGS. 31 (a) to 31 (g).
(a)まず、図31(a)に示すように、第2基板22を、洗浄工程によって前処理する。ここで、第2基板22は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能であり、また透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。 (A) First, as shown in FIG. 31A, the second substrate 22 is pretreated by a cleaning process. Here, the second substrate 22 can be composed of a glass substrate, a flexible plastic substrate, or the like, and a glass substrate with a transparent electrode having a transparent electrode formed on the entire surface or a flexible plastic substrate can also be used.
(b)次に、図31(b)に示すように、第2基板22上に内部第2電極18Aをパターン形成する。外部第2電極18Bも、第2基板22上に同時に形成される。ここで、内部第2電極18A・外部第2電極18Bは、スクリーン印刷で塗布されるITO微粒子含有膜を大気焼結およびN2雰囲気下の熱処理を行なって形成可能であり、透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板であれば各種エッチング法によりパターン形成することが可能である。 (B) Next, as shown in FIG. 31 (b), the internal second electrode 18 </ b> A is patterned on the second substrate 22. The external second electrode 18B is also formed on the second substrate 22 at the same time. Here, the internal second electrode 18A and the external second electrode 18B can be formed by subjecting an ITO fine particle-containing film to be applied by screen printing to air sintering and heat treatment in an N 2 atmosphere, and glass with a transparent electrode. A substrate or a flexible plastic substrate can be patterned by various etching methods.
(c)次に、図31(c)に示すように、内部第2電極18A上に触媒層19を形成する。触媒層19は、スクリーン印刷等によって形成することができる。 (C) Next, as shown in FIG. 31C, the catalyst layer 19 is formed on the internal second electrode 18A. The catalyst layer 19 can be formed by screen printing or the like.
(d)次に、図31(d)に示すように、第2基板22と同様に、第1基板20を前処理後、第1基板20上に内部第1電極10Aをパターン形成する。外部第1電極10Bも、第1基板20上に同時に形成される。ここで、第1基板20は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能である。ここで、内部第1電極10A・外部第1電極10Bは、スクリーン印刷で塗布されるITO微粒子含有膜を大気焼結およびN2雰囲気下の熱処理を行なって形成可能である。 (D) Next, as shown in FIG. 31 (d), similarly to the second substrate 22, after the first substrate 20 is pretreated, the internal first electrode 10 </ b> A is patterned on the first substrate 20. The external first electrode 10B is also formed on the first substrate 20 at the same time. Here, the 1st board | substrate 20 can be comprised with a glass substrate or a flexible plastic substrate. Here, the internal first electrode 10A and the external first electrode 10B can be formed by subjecting an ITO fine particle-containing film applied by screen printing to air sintering and heat treatment in an N 2 atmosphere.
(e)次に、図31(e)に示すように、内部第1電極10A上に多孔質半導体層12を形成後、多孔質半導体層12に色素Dyeを浸漬する。多孔質半導体層12は、スクリーン印刷等を応用して形成することができる。なお、ここまでの工程においては、第2基板22に対する処理工程を第1基板20に対する処理工程に対して先に実施しているが、第1基板20に対する処理工程を第2基板22に対する処理工程に対して先に実施しても良い。 (E) Next, as shown in FIG. 31 (e), after forming the porous semiconductor layer 12 on the internal first electrode 10 </ b> A, the dye Dye is immersed in the porous semiconductor layer 12. The porous semiconductor layer 12 can be formed by applying screen printing or the like. In the steps so far, the processing step for the second substrate 22 is performed first with respect to the processing step for the first substrate 20, but the processing step for the first substrate 20 is performed for the second substrate 22. May be performed first.
(f)次に、図31(f)に示すように、図31(c)の工程後の第2基板22と図31(e)の工程後の第1基板20とを互いに対向させ、封止材16を用いて張り合わせた後、封止材16の外部の側壁に撥水処理を実施する。ここで、撥水処理は、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)によって実施可能である(HMDS処理)。 (F) Next, as shown in FIG. 31 (f), the second substrate 22 after the step of FIG. 31 (c) and the first substrate 20 after the step of FIG. After bonding using the stopper 16, a water repellent treatment is performed on the outer side wall of the sealing member 16. Here, the water repellent treatment can be carried out with, for example, hexamethyldisilazane (HMDS) (HMDS treatment).
(g)次に、図31(g)に示すように、開口部より内部に電解液14を封入し、開口部を封止し、DSCセルを形成する。尚、図31(g)に示すように、HMDS処理は、電解液14を封入後において実施しても良い。 (G) Next, as shown in FIG. 31 (g), the electrolytic solution 14 is sealed inside the opening, the opening is sealed, and a DSC cell is formed. In addition, as shown in FIG.31 (g), you may implement the HMDS process after enclosing the electrolyte solution 14. FIG.
(DSCテストセルの基板内配置例とカットライン)
第1の実施の形態に係るDSCのサンプル(テストセル)20011・20012・…・2001n・…・200m1・200m2・…・200mnの第1基板20内の配置例とカットラインSL1・SL2の模式的平面パターン構成は、図32に示すように表される。また、別の基板内配置例とカットラインの模式的平面パターン構成は、図33に示すように表される。更に別の基板内配置例とカットラインを示す模式的平面パターン構成は、図33に示すように表される。
(DSC test cell placement example and cut line)
DSC samples (test cells) 200 11 , 200 12 ,... 200 1n ,..., 200 m1 , 200 m2 ,..., 200 mn in the first substrate 20 and cut lines A schematic planar pattern configuration of SL1 and SL2 is expressed as shown in FIG. Further, another exemplary arrangement in the substrate and a schematic plane pattern configuration of the cut line are expressed as shown in FIG. Further, another exemplary arrangement in the substrate and a schematic plane pattern configuration showing a cut line are expressed as shown in FIG.
第1基板20上には、内部第1電極10A上に配置された多孔質半導体層12および外部第1電極10Bがマトリックス状に配置されている。第1基板20と対向する第2基板22上においても内部第2電極18A上に配置された触媒層19および外部第2電極18Bがマトリックス状に配置される(図示省略)。図32に示される外部第1電極10Bのパターン形状は、図9に示された例に対応している。 On the 1st board | substrate 20, the porous semiconductor layer 12 arrange | positioned on the internal 1st electrode 10A and the external 1st electrode 10B are arrange | positioned at matrix form. Also on the second substrate 22 facing the first substrate 20, the catalyst layer 19 and the external second electrode 18B disposed on the internal second electrode 18A are disposed in a matrix (not shown). The pattern shape of the first external electrode 10B shown in FIG. 32 corresponds to the example shown in FIG.
図33・図34に示された外部第1電極10Bのパターン形状は、図32に示された外部第1電極10Bのパターン形状の変形例である。図31に示された製造工程を経た後、カットラインSL1・SL2において、カットすることによって、個別のDSCセルを複数同時形成可能である。また、図29に示された直列構成若しくは図30に示された並列構成も複数同時形成可能である。 The pattern shape of the external first electrode 10B shown in FIGS. 33 and 34 is a modification of the pattern shape of the external first electrode 10B shown in FIG. After the manufacturing process shown in FIG. 31, a plurality of individual DSC cells can be simultaneously formed by cutting along the cut lines SL1 and SL2. Also, a plurality of serial configurations shown in FIG. 29 or a parallel configuration shown in FIG. 30 can be formed simultaneously.
図33・図34に示された外部第1電極10Bのパターン形状を適用する場合においても、図31に示された製造工程を経た後、カットラインSL1・SL2において、カットすることによって、個別のDSCセルを複数同時形成可能である。また、図29に示された直列構成若しくは図30に示された並列構成も複数同時形成可能である。 Even when the pattern shape of the external first electrode 10B shown in FIG. 33 and FIG. 34 is applied, after the manufacturing process shown in FIG. 31, the individual cuts are made at the cut lines SL1 and SL2. A plurality of DSC cells can be formed simultaneously. Also, a plurality of serial configurations shown in FIG. 29 or a parallel configuration shown in FIG. 30 can be formed simultaneously.
(複数のDSCの製造方法)
実施の形態に係るDSCにおいて、複数のDSCセルの製造方法は、複数個(m×n:但し、mおよびnは整数)のセルを作り込み、分離して複数個のDSC200を得る製造方法である。
(Manufacturing method of a plurality of DSCs)
In the DSC according to the embodiment, a method for manufacturing a plurality of DSC cells is a manufacturing method in which a plurality of (m × n: where m and n are integers) cells are formed and separated to obtain a plurality of DSCs 200. is there.
第1の実施の形態に係るDSCの製造方法の一工程であって、第1基板20上に複数の内部第1電極1011A・1012A・…・101nA・…・10m1A・10m2A・…・10mnAが形成された状態を示す平面図は、図35に示すように表される。ここで、外部第1電極1011B・1012B・…・101nB・…・10m1B・10m2B・…・10mnBについては、簡単化のため、図示を省略する。 A process of manufacturing a DSC according to the first embodiment, which includes a plurality of internal first electrodes 10 11 A, 10 12 A,..., 10 1n A ,. A plan view showing a state where 10 m2 A... 10 mn A is formed is expressed as shown in FIG. Here, the external first electrodes 10 11 B, 10 12 B,..., 10 1n B,..., 10 m1 B, 10 m2 B ,.
第1の実施の形態に係るDSCの製造方法の一工程であって、第2基板22上に複数の第2電極1811A・1812A・…・181nA・…・18m1A・18m2A・…・18mnAが形成された状態を示す平面図は、図36に示すように表される。ここで、外部第2電極1811B・1812B・…・181nB・…・18m1B・18m2B・…・18mnBについては、簡単化のため、図示を省略する。 A step in the method of manufacturing the DSC according to the first embodiment, the second electrode 18 11 A · 18 12 A · ... · 18 more on the second substrate 22 1n A · ... · 18 m1 A · FIG. 36 is a plan view showing a state in which 18 m2 A... 18 mn A is formed. Here, the external second electrodes 18 11 B, 18 12 B,..., 18 1n B,..., 18 m1 B, 18 m2 B ,.
第1の実施の形態に係るDSCの製造方法の一工程であって、第1基板(作用極側)20と第2基板(対極側)22を封止材16を介して貼り合わせた状態を示す平面図は、図37に示すように表され、図37のVII−VII線に沿う模式的断面構造は、図38に示すように表される。図37および図38では、第1基板(作用極側)20を上方向、第2基板(対極側)を下方向に配置している。 It is a process of the DSC manufacturing method according to the first embodiment, and includes a state in which the first substrate (working electrode side) 20 and the second substrate (counter electrode side) 22 are bonded together via the sealing material 16. The plan view shown is represented as shown in FIG. 37, and the schematic cross-sectional structure taken along line VII-VII in FIG. 37 is represented as shown in FIG. In FIG. 37 and FIG. 38, the first substrate (working electrode side) 20 is arranged upward, and the second substrate (counter electrode side) is arranged downward.
第1の実施の形態に係るDSCの製造方法の一工程であって、横方向のスクライブラインSL1を形成した状態を示す平面図は、図39に示すように表され、さらに縦方向のスクライブラインSL2を形成した状態を示す平面図は、図40に示すように表される。 FIG. 39 is a plan view showing a state in which the horizontal scribe line SL1 is formed, which is a step of the DSC manufacturing method according to the first embodiment, and is further represented by a vertical scribe line. A plan view showing a state in which SL2 is formed is expressed as shown in FIG.
なお、図38に示すように、封止材16の間に基板のみ残る箇所があるが、そこがスクライブラインSL2となり、打撃等のブレークにより各素子に分離される。 As shown in FIG. 38, there is a portion where only the substrate remains between the sealing materials 16, but this becomes a scribe line SL2, which is separated into each element by a break such as hitting.
次いで、図38のように計m×n個のDSCが貼り合わされた状態で、図39に示すように横方向のスクライブラインSL1を形成する。 Next, in a state where a total of m × n DSCs are bonded as shown in FIG. 38, a horizontal scribe line SL1 is formed as shown in FIG.
具体的には、封止材16が設けられた位置に、スクライビング装置のスクライビングホイールを高精度に位置合わせして各スクライブラインSL1を形成する。 Specifically, each scribing line SL1 is formed by accurately aligning the scribing wheel of the scribing device at the position where the sealing material 16 is provided.
続いて、図40に示すように縦方向のスクライブラインSL2を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 40, a vertical scribe line SL2 is formed.
そして、スクライブラインSL1およびスクライブラインSL2に沿って打撃を与えるなどすると、ガラス材が有する壁開性によりスクライブラインSL1およびスクライブラインSL2に沿って割れて各素子に分離される。 Then, when an impact is given along the scribe line SL1 and the scribe line SL2, etc., the glass material breaks along the scribe line SL1 and the scribe line SL2 and is separated into each element due to the wall opening property of the glass material.
なお、図示は省略するが、各素子に分離された後、電解液が注入され、ガラス板の接着や、樹脂の充填等によって封止し、電解液が漏れ出さないよう処置することでDSCが作り込まれる。 Although not shown in the figure, after being separated into each element, the electrolyte solution is injected, sealed by bonding of a glass plate, filling with resin, etc., and the DSC is treated by preventing the electrolyte solution from leaking out. Built.
第1の実施の形態によれば、封止材の側面に撥水処理を実施することによって、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することができる。 According to the first embodiment, a water-repellent treatment is performed on the side surface of the sealing material, thereby suppressing moisture permeation into the element and suppressing a decrease in power generation efficiency, and its A manufacturing method can be provided.
[第2の実施の形態]
(DSC)
第2の実施の形態に係るDSCの模式的断面構造は図41に示すように表される。
[Second Embodiment]
(DSC)
A schematic cross-sectional structure of the DSC according to the second embodiment is expressed as shown in FIG.
第2の実施の形態に係るDSC200は、図41に示すように、第1基板20と、第1基板20上に配置された内部第1電極10Aと、内部第1電極10A上に配置された多孔質半導体層12と、多孔質半導体層12と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液14と、電解液14に接する内部第2電極(対極)18Aと、内部第2電極18上に配置された第2基板22と、第1基板20と第2基板22との間に配置され、電解液14を封止する封止材16とを備える。ここで、第1基板20・第2基板22は、対向する面に粗面化処理を実施しており、図41に示すように、粗面化層20F・22Fを備える。ここで、封止材16は、外部の側壁において、撥水処理が実施されている。撥水処理は、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)によって実施可能である(HMDS処理)。 As shown in FIG. 41, the DSC 200 according to the second embodiment is disposed on the first substrate 20, the internal first electrode 10A disposed on the first substrate 20, and the internal first electrode 10A. On the porous semiconductor layer 12, an electrolytic solution 14 in contact with the porous semiconductor layer 12, a redox electrolyte dissolved in a solvent, an internal second electrode (counter electrode) 18 A in contact with the electrolytic solution 14, and the internal second electrode 18 The second substrate 22 is disposed, and the sealing material 16 is disposed between the first substrate 20 and the second substrate 22 and seals the electrolytic solution 14. Here, the 1st board | substrate 20 and the 2nd board | substrate 22 are implementing the roughening process to the surface which opposes, and are provided with the roughening layers 20F * 22F as shown in FIG. Here, the sealing material 16 is subjected to water repellent treatment on the outer side wall. The water repellent treatment can be performed, for example, with hexamethyldisilazane (HMDS) (HMDS treatment).
第2の実施の形態に係るDSC200は、第1基板20・第2基板22上に粗面化層20F・22Fを備えることによって、封止材16と第1基板20・第2基板22との密着性を向上することができる。 The DSC 200 according to the second embodiment includes the roughening layers 20F and 22F on the first substrate 20 and the second substrate 22, so that the sealing material 16 and the first substrate 20 and the second substrate 22 are separated from each other. Adhesion can be improved.
さらに、第2の実施の形態DSC200は、封止材の側面に撥水処理を実施することによって、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能である。 Furthermore, the second embodiment DSC 200 can suppress water permeation into the element and reduce power generation efficiency by performing water repellent treatment on the side surface of the sealing material.
また、第2の実施の形態に係るDSC200は、図41では、図示を省略しているが、封止材16の外部の第1基板20の粗面化層20F上に配置された外部第1電極10Bと、封止材16の外部の第2基板22の粗面化層22F上に配置された外部第2電極18Bとを備えていても良い。その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。 In addition, although the DSC 200 according to the second embodiment is not shown in FIG. 41, the external first first electrode disposed on the roughened layer 20 </ b> F of the first substrate 20 outside the sealing material 16. The electrode 10B and the external second electrode 18B disposed on the roughened layer 22F of the second substrate 22 outside the sealing material 16 may be provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
―直列構成―
第2の実施の形態に係るDSCにおいて、基本セルを4個直列構成に配置した模式的断面構造は、図42(a)に示すように表され、図42(a)の模式的回路表現は、図42(b)に示すように表される。ここで、第1基板20・第2基板22は、対向する面に粗面化処理を実施しており、図42(a)に示すように、粗面化層20F・22Fを備える。
-Series configuration-
In the DSC according to the second embodiment, a schematic cross-sectional structure in which four basic cells are arranged in a series configuration is represented as shown in FIG. 42A, and the schematic circuit expression of FIG. This is expressed as shown in FIG. Here, the 1st board | substrate 20 and the 2nd board | substrate 22 are implementing the roughening process on the surface which opposes, and as shown to Fig.42 (a), it is provided with the roughening layers 20F and 22F.
また、図42(a)に示すように、封止材16の外部の第1基板20の粗面化層20F上に配置された外部第1電極101B・102B・103B・104Bと、封止材16の外部の第2基板22の粗面化層22F上に配置された外部第2電極181B・182B・183B・184Bとを備える。第1基板20・第2基板22上に粗面化層20F・22Fを備えることによって、封止材16と第1基板20・第2基板22との密着性を向上することができる。その他の構成は、図29に示した第1の実施の形態と同様である。 42A, the external first electrodes 10 1 B, 10 2 B, 10 3 B, and the like are disposed on the roughened layer 20F of the first substrate 20 outside the sealing material 16. 10 4 B and external second electrodes 18 1 B, 18 2 B, 18 3 B, and 18 4 B disposed on the roughened layer 22F of the second substrate 22 outside the sealing material 16 are provided. By providing the roughened layers 20F and 22F on the first substrate 20 and the second substrate 22, the adhesion between the sealing material 16 and the first substrate 20 and the second substrate 22 can be improved. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
―並列構成―
第2の実施の形態に係るDSCにおいて、基本セルを4個並列構成に配置した模式的断面構造は、図43(a)に示すように表され、図43(a)の模式的回路表現は、図43(b)に示すように表される。ここで、第1基板20・第2基板22は、対向する面に粗面化処理を実施しており、図43(a)に示すように、粗面化層20F・22Fを備える。
―Parallel configuration―
In the DSC according to the second embodiment, a schematic cross-sectional structure in which four basic cells are arranged in a parallel configuration is expressed as shown in FIG. 43 (a), and the schematic circuit expression of FIG. This is expressed as shown in FIG. Here, the 1st board | substrate 20 and the 2nd board | substrate 22 are implementing the roughening process to the surface which opposes, and are provided with the roughening layers 20F and 22F as shown to Fig.43 (a).
また、図43(a)に示すように、封止材16の外部の第1基板20の粗面化層20F上に配置された外部第1電極101B・102B・103B・104Bと、封止材16の外部の第2基板22の粗面化層22F上に配置された外部第2電極181B・182B・183B・184Bとを備える。第1基板20・第2基板22上に粗面化層20F・22Fを備えることによって、封止材16と第1基板20・第2基板22との密着性を向上することができる。その他の構成は、図30に示した第1の実施の形態と同様である。 As shown in FIG. 43 (a), the external first electrodes 10 1 B, 10 2 B, 10 3 B, and the like are disposed on the roughened layer 20F of the first substrate 20 outside the sealing material 16. 10 4 B and external second electrodes 18 1 B, 18 2 B, 18 3 B, and 18 4 B disposed on the roughened layer 22F of the second substrate 22 outside the sealing material 16 are provided. By providing the roughened layers 20F and 22F on the first substrate 20 and the second substrate 22, the adhesion between the sealing material 16 and the first substrate 20 and the second substrate 22 can be improved. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
(製造方法)
第2の実施の形態に係るDSCの製造方法は、図44(a)〜図44(i)に示すように表される。
(Production method)
The DSC manufacturing method according to the second embodiment is expressed as shown in FIGS. 44 (a) to 44 (i).
(a)まず、図44(a)に示すように、第2基板22を、洗浄工程によって前処理する。ここで、第2基板22は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能であり、また透明電極が全面に形成された透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板を用いることもできる。 (A) First, as shown in FIG. 44A, the second substrate 22 is preprocessed by a cleaning process. Here, the second substrate 22 can be composed of a glass substrate, a flexible plastic substrate, or the like, and a glass substrate with a transparent electrode having a transparent electrode formed on the entire surface or a flexible plastic substrate can also be used.
(b)次に、図44(b)に示すように、第2基板22上に内部第2電極18Aをパターン形成する。外部第2電極18Bも、図9に示すように、第2基板22上に同時に形成される。ここで、内部第2電極18A・外部第2電極18Bは、スクリーン印刷で塗布されるITO微粒子含有膜を大気焼結およびN2雰囲気下の熱処理を行なって形成可能であり、透明電極付きのガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板であれば各種エッチング法によりパターン形成することが可能である。 (B) Next, as shown in FIG. 44B, the internal second electrode 18A is patterned on the second substrate 22. The external second electrode 18B is also formed on the second substrate 22 at the same time as shown in FIG. Here, the internal second electrode 18A and the external second electrode 18B can be formed by subjecting an ITO fine particle-containing film applied by screen printing to air sintering and heat treatment in an N 2 atmosphere, and glass with a transparent electrode. A substrate or a flexible plastic substrate can be patterned by various etching methods.
(c)次に、図44(c)に示すように、内部第2電極18A上に触媒層19を形成する。触媒層19は、スクリーン印刷等によって形成することができる。 (C) Next, as shown in FIG. 44C, the catalyst layer 19 is formed on the internal second electrode 18A. The catalyst layer 19 can be formed by screen printing or the like.
(d)次に、図44(d)に示すように、触媒層19上にレジスト層21を形成し、レジスト層21をマスクとして、第2基板22の表面を粗面化処理する。粗面化処理においては、例えば、約4.5%のフッ酸により、第2基板22を約10分程度処理することによって、容易に第2基板22の表面を粗面化することができる。 (D) Next, as shown in FIG. 44D, a resist layer 21 is formed on the catalyst layer 19, and the surface of the second substrate 22 is roughened using the resist layer 21 as a mask. In the surface roughening treatment, for example, the surface of the second substrate 22 can be easily roughened by treating the second substrate 22 with about 4.5% hydrofluoric acid for about 10 minutes.
(e)次に、図44(e)に示すように、第2基板22表面上に粗面化層22Fを形成後、レジスト層21を除去する。なお、上記の粗面化処理工程によって、内部第2電極18A・外部第2電極18Bも同時にエッチング処理可能であるため、上記の(b)および(c)のスクリーン印刷工程を省略し、内部第2電極18A・外部第2電極18Bのパターン形成、触媒層19のパターン形成および粗面化層22Fの形成を同時に実施しても良い。 (E) Next, as shown in FIG. 44E, after the roughened layer 22F is formed on the surface of the second substrate 22, the resist layer 21 is removed. Since the internal second electrode 18A and the external second electrode 18B can be simultaneously etched by the roughening process, the screen printing processes (b) and (c) are omitted, The pattern formation of the two electrodes 18A and the external second electrode 18B, the pattern formation of the catalyst layer 19, and the formation of the roughened layer 22F may be performed simultaneously.
(f)次に、図44(f)に示すように、第2基板22と同様に、第1基板20を前処理後、第1基板20上に内部第1電極10Aをパターン形成すると同時に第1基板20の表面を粗面化処理し、粗面化層20Fを形成する。外部第1電極10Bも、図9に示すように、第1基板20上に同時に形成される。ここで、第1基板20は、ガラス基板またはフレキシブルなプラスチック基板等で構成可能である。ここで、内部第1電極10A・外部第1電極10Bは、スクリーン印刷で塗布されるITO微粒子含有膜を大気焼結およびN2雰囲気下の熱処理を行なって形成可能である。粗面化処理においては、例えば、約4.5%のフッ酸により、第1基板20を約10分程度処理することによって、容易に第1基板20の表面を粗面化することができる。なお、上記の粗面化処理工程によって、内部第1電極10A・外部第1電極10Bも同時にエッチング処理可能であるため、内部第1電極10A・外部第1電極10Bのパターン形成および粗面化層20Fの形成を同時に実施可能である。なお、ここまでの工程においては、第2基板22に対する処理工程を第1基板20に対する処理工程に対して先に実施しているが、第1基板20に対する処理工程を第2基板22に対する処理工程に対して先に実施しても良い。 (F) Next, as shown in FIG. 44 (f), as with the second substrate 22, after the pretreatment of the first substrate 20, the internal first electrode 10 </ b> A is patterned on the first substrate 20 and the first The surface of one substrate 20 is roughened to form a roughened layer 20F. The external first electrode 10B is also formed on the first substrate 20 simultaneously as shown in FIG. Here, the 1st board | substrate 20 can be comprised with a glass substrate or a flexible plastic substrate. Here, the internal first electrode 10A and the external first electrode 10B can be formed by subjecting an ITO fine particle-containing film applied by screen printing to air sintering and heat treatment in an N 2 atmosphere. In the roughening treatment, the surface of the first substrate 20 can be easily roughened by treating the first substrate 20 with about 4.5% hydrofluoric acid for about 10 minutes, for example. In addition, since the internal first electrode 10A and the external first electrode 10B can be simultaneously etched by the roughening process, the pattern formation and the roughening layer of the internal first electrode 10A and the external first electrode 10B are possible. 20F can be formed at the same time. In the steps so far, the processing step for the second substrate 22 is performed first with respect to the processing step for the first substrate 20, but the processing step for the first substrate 20 is performed for the second substrate 22. May be performed first.
(g)次に、図44(g)に示すように、内部第1電極10A上に多孔質半導体層12を形成後、多孔質半導体層12に色素Dyeを浸漬する。多孔質半導体層12は、スクリーン印刷等を応用して形成することができる。 (G) Next, as shown in FIG. 44G, after forming the porous semiconductor layer 12 on the internal first electrode 10 </ b> A, the dye Dye is immersed in the porous semiconductor layer 12. The porous semiconductor layer 12 can be formed by applying screen printing or the like.
(h)次に、図44(h)に示すように、図44(e)の工程後の第2基板22と図44(g)の工程後の第1基板20とを互いに対向させ、封止材16を用いて張り合わせた後、封止材16の側壁部にDSCセルの外部から撥水処理を実施する。撥水処理は、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)によって、実施可能である(HMDS処理)。また、封止材16は、粗面化層20F・22Fと接触するため、封止材16と第1基板20・第2基板22との密着性を向上することができる。 (H) Next, as shown in FIG. 44 (h), the second substrate 22 after the step of FIG. 44 (e) and the first substrate 20 after the step of FIG. 44 (g) are opposed to each other and sealed. After bonding using the stopper 16, a water repellent treatment is performed on the side wall of the sealing member 16 from the outside of the DSC cell. The water repellent treatment can be carried out with, for example, hexamethyldisilazane (HMDS) (HMDS treatment). Moreover, since the sealing material 16 contacts the roughened layers 20F and 22F, the adhesion between the sealing material 16 and the first substrate 20 and the second substrate 22 can be improved.
(i)次に、図44(i)に示すように、開口部より内部に電解液14を封入し、開口部を封止し、DSCセルを形成する。尚、図44(i)に示すように、HMDS処理は、電解液14を封入後において実施しても良い。 (I) Next, as shown in FIG. 44 (i), the electrolytic solution 14 is sealed inside the opening, the opening is sealed, and a DSC cell is formed. Note that, as shown in FIG. 44 (i), the HMDS treatment may be performed after the electrolytic solution 14 is sealed.
粗面化処理を実施しない場合の第2基板22上の模式的平面パターン構成(第1の実施の形態に対応)は、図45(a)に示すように表され、粗面化処理を実施した第2の実施の形態に係るDSCの第2基板22上の模式的平面パターン構成は、図45(b)に示すように表される。尚、図示は省略するが、粗面化処理を実施した第2の実施の形態に係るDSCの第1基板20上の模式的平面パターン構成は、図45(b)と同様に表すことができる。 A schematic planar pattern configuration (corresponding to the first embodiment) on the second substrate 22 when the roughening process is not performed is expressed as shown in FIG. 45A, and the roughening process is performed. A schematic plane pattern configuration on the second substrate 22 of the DSC according to the second embodiment is expressed as shown in FIG. Although not shown, a schematic planar pattern configuration on the first substrate 20 of the DSC according to the second embodiment in which the roughening process is performed can be expressed in the same manner as in FIG. .
第2の実施の形態に係るDSCにおいては、図45(b)に示すように、第2基板22上に粗面化処理を実施することによって、粗面化層22Fが形成されている。 In the DSC according to the second embodiment, as shown in FIG. 45 (b), a roughening layer 22 </ b> F is formed by performing a roughening process on the second substrate 22.
粗面化処理を実施しない場合(第1の実施の形態に対応)の試作サンプルの外観写真例は、図46(a)に示すように表され、粗面化処理を実施した第2の実施の形態に係るDSCの試作サンプルの外観写真例は、図46(b)に示すように表される。図46(a)では、ガラス基板で形成された第1基板20(第2基板22)が透明である。一方、図46(b)では、粗面化処理により、ガラス基板で形成された第1基板20(第2基板22)が擦りガラス状の不透明である。 An example of an appearance photograph of a prototype sample when the surface roughening process is not performed (corresponding to the first embodiment) is expressed as shown in FIG. An example of an external appearance photograph of the DSC prototype sample according to the form is represented as shown in FIG. In FIG. 46A, the first substrate 20 (second substrate 22) formed of a glass substrate is transparent. On the other hand, in FIG.46 (b), the 1st board | substrate 20 (2nd board | substrate 22) formed with the glass substrate by the roughening process is frosted glass-like opaque.
第2の実施の形態に係るDSCによれば、第1基板と第2基板の封止材と接する対向面に粗面化処理を実施することによって、封止材と第1基板および第2基板との密着性を向上することができる。 According to the DSC according to the second embodiment, the roughening process is performed on the facing surfaces of the first substrate and the second substrate that are in contact with the sealing material, thereby the sealing material, the first substrate, and the second substrate. Adhesion with can be improved.
また、第2の実施の形態に係るDSCにおいても、第1の実施の形態と同様に、封止材の表面に撥水処理(HMDS処理)を実施することによって、発電効率の低下を抑制可能である。 Also, in the DSC according to the second embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to suppress a decrease in power generation efficiency by performing water repellent treatment (HMDS treatment) on the surface of the sealing material. It is.
第2の実施の形態によれば、封止材の側面の撥水処理により素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法を提供することができる。 According to the second embodiment, there is provided a dye-sensitized solar cell capable of suppressing moisture permeation into the element by water-repellent treatment on the side surface of the sealing material and suppressing a decrease in power generation efficiency and a method for manufacturing the same. be able to.
(適用例)
―バッテリーセル―
次に、図47〜図50を参照して、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200で構成されるバッテリーセル(以下、単に「セル」と呼ぶ)の適用例について説明する。
(Application example)
-Battery cell-
Next, with reference to FIGS. 47 to 50, application examples of battery cells (hereinafter simply referred to as “cells”) configured by the DSC 200 according to the first and second embodiments will be described.
図47の(a)は、3個のセルB1〜B3を形成した状態を示す。図47の(a)の例では、面積の等しい3つのセルB1、B2、B3が同一基板内に設けられている。 FIG. 47A shows a state in which three cells B1 to B3 are formed. In the example of FIG. 47A, three cells B1, B2, and B3 having the same area are provided in the same substrate.
この3個のセルB1〜B3は図示しない配線によって、図47の(b)に示すように直列接続される。セルB1〜B3の総電圧Vは、V=V1+V2+V3となり、総電流量Iは、I=I1=I2=I3となる。 The three cells B1 to B3 are connected in series by wiring (not shown) as shown in FIG. The total voltage V of the cells B1 to B3 is V = V1 + V2 + V3, and the total current amount I is I = I1 = I2 = I3.
図48は、5個のセルB1〜B5を並設した状態を示す。 FIG. 48 shows a state in which five cells B1 to B5 are arranged in parallel.
この5個のセルB1〜B5は配線によって、図48の(b)に示すように直列接続される。セルB1〜B5の総電圧Vは、各セルB1〜B5の電圧の総和5Eとなる。 The five cells B1 to B5 are connected in series by wiring as shown in FIG. The total voltage V of the cells B1 to B5 is the sum 5E of the voltages of the cells B1 to B5.
図49は、n個のセルをタンデム構成に積層させた状態を模式的に示す。このn個のセルは、図49の(b)に示すように直列接続される。セルの総電圧Vは、各セルの電圧の総和nEとなる。 FIG. 49 schematically shows a state in which n cells are stacked in a tandem configuration. The n cells are connected in series as shown in FIG. The total cell voltage V is the total voltage nE of the cells.
図50は、n個のセルをタンデム構成に積層させたものを並列接続した状態を模式的に示す。セルの総電圧Vは、直列接続されたセルの電圧の総和nEとなる。 FIG. 50 schematically shows a state in which n cells stacked in a tandem configuration are connected in parallel. The total cell voltage V is the sum nE of the voltages of the cells connected in series.
図51には、紫外線L1の波長領域(波長10〜400nm)、白色光L2の波長領域(波長400〜800nm)、赤外線L3の波長領域(波長600〜1000nm)を示す。第1〜第2の実施の形態に係るDSC200は、L1〜L3の少なくとも1つの領域の光線によって発電機能を発揮させることができる。 FIG. 51 shows the wavelength region of the ultraviolet light L1 (wavelength of 10 to 400 nm), the wavelength region of the white light L2 (wavelength of 400 to 800 nm), and the wavelength region of the infrared light L3 (wavelength of 600 to 1000 nm). The DSC 200 according to the first to second embodiments can exhibit a power generation function by using light rays in at least one region of L1 to L3.
―電子機器―
第1〜第2の実施の形態に係るDSCは、様々な電子機器に搭載可能である。例えば、リモコン装置、卓上デジタル時計、電子手帳、電子辞書、DSC駆動センサモジュールなどの適用可能である。
-Electronics-
The DSCs according to the first and second embodiments can be mounted on various electronic devices. For example, a remote control device, a desktop digital clock, an electronic notebook, an electronic dictionary, a DSC drive sensor module, etc. can be applied.
図52〜図54を参照して、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載したリモコン装置330の構成例について説明する。 With reference to FIGS. 52 to 54, a configuration example of a remote control device 330 on which the DSC 200 according to the first to second embodiments is mounted will be described.
図52および図53に示すように、リモコン装置330は、プラスチック等で構成される筐体38において表裏に貫通する開口部41が形成され、この開口部41からDSC200が臨むように設けられて、太陽電池部39が構成されている。 As shown in FIGS. 52 and 53, the remote control device 330 has an opening 41 penetrating the front and back in a casing 38 made of plastic or the like, and is provided so that the DSC 200 faces the opening 41. A solar cell unit 39 is configured.
また、リモコン装置330には、太陽電池部39を電源として駆動され、例えば日付や時刻、テレビのチャンネル番号等を表示する液晶部34と、テレビのチャンネルの選択等の操作を行う操作ボタン36が設けられている。 In addition, the remote control device 330 is driven by the solar cell unit 39 as a power source, and includes a liquid crystal unit 34 that displays, for example, date and time, a TV channel number, and an operation button 36 that performs operations such as selecting a TV channel. Is provided.
DSC200は、リモコン装置330の厚み方向の略中央部に水平状態で設けられている。なお、DSC200の第1基板20側、第2基板22側の何れをリモコン装置330の表側または裏側とするかは任意でよい。 The DSC 200 is provided in a horizontal state at a substantially central portion in the thickness direction of the remote control device 330. It should be noted that which of the first substrate 20 side and the second substrate 22 side of the DSC 200 is the front side or the back side of the remote control device 330 may be arbitrary.
図53に示す構成例では、開口部41に、筐体38の表面および裏面と面一となるように、DSC200を保護する透明部材40が嵌め込まれている。これにより、DSC200の表面や裏面にホコリが付着したり、傷つくことが防止される。 In the configuration example shown in FIG. 53, the transparent member 40 that protects the DSC 200 is fitted in the opening 41 so as to be flush with the front and back surfaces of the housing 38. This prevents dust from being attached to or damaged from the front and back surfaces of the DSC 200.
また、開口部41の側面にも透明部材を設けると良い。 A transparent member may be provided on the side surface of the opening 41.
これにより、透明部材40を介して、リモコン装置330の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、DSC200の第1基板20側からの入射光および第2基板22側からの入射光の何れもが、多孔質半導体層12に到達することとなる。したがって、DSC200により、外部光を効率的に利用した発電を行ってリモコン装置330に電力を安定的に供給することができる。 As a result, external light such as sunlight and room light enters from the front surface side, back surface side, and side surface side of the remote control device 330 via the transparent member 40, so that incident light from the first substrate 20 side of the DSC 200 and All of the incident light from the two substrates 22 side reaches the porous semiconductor layer 12. Therefore, the DSC 200 can stably supply power to the remote control device 330 by generating power efficiently using external light.
特に、テレビやビデオ装置等のリモコン装置330は、置き方によっては、操作ボタン36等が設けられた表側が例えばテーブルの天板等に面するような状態(裏返しの状態)となることがある。 In particular, the remote control device 330 such as a television or a video device may be in a state in which the front side provided with the operation buttons 36 or the like faces, for example, a table top plate or the like (inverted state). .
第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載したリモコン装置330では、透明部材40を介して、リモコン装置330の表面側、裏面側および側面側から太陽光や室内光等の外部光が入射するので、装置の表面または裏面から光線が入射すればDSC200は発電機能を発揮する。したがって、裏返しの状態でリモコン装置330が置かれた場合であっても、安定して電力を供給することができ、使用者の利便性を向上させることができる。 In the remote control device 330 on which the DSC 200 according to the first to second embodiments is mounted, external light such as sunlight and indoor light is transmitted from the front surface side, back surface side, and side surface side of the remote control device 330 via the transparent member 40. Since the light is incident, the DSC 200 exhibits a power generation function when a light beam enters from the front surface or the back surface of the apparatus. Therefore, even when the remote control device 330 is placed in an upside down state, power can be stably supplied, and convenience for the user can be improved.
なお、DSC200で発電された電力は、液晶部34に直接供給されるのではなく、バッテリーなどに蓄電された後、このバッテリーなどから供給可能である。 The electric power generated by the DSC 200 is not directly supplied to the liquid crystal unit 34, but can be supplied from the battery after being stored in the battery.
図54に示すリモコン装置330の変形例では、透明部材40を省き、支持部38a、38bによってDSC200を支持する構成としている。なお、太陽電池部39の側部は筐体38の一部によって覆われている。 In the modification of the remote control device 330 shown in FIG. 54, the transparent member 40 is omitted and the DSC 200 is supported by the support portions 38a and 38b. In addition, the side part of the solar cell part 39 is covered with a part of the housing 38.
図54に示すリモコン装置330では、太陽電池部39の表裏から入射する光線(hνf)、(hνr)によってDSC200は発電機能を発揮する。なお、2枚以上のDSC200を重ね合わせ、配線によって直列接続等するようにしてもよい。 In the remote control device 330 shown in FIG. 54, the DSC 200 exhibits a power generation function by light rays (hνf) and (hνr) incident from the front and back of the solar cell unit 39. Two or more DSCs 200 may be overlapped and connected in series by wiring.
図55を参照して、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した卓上デジタル時計50の構成例について説明する。 With reference to FIG. 55, a configuration example of a desktop digital timepiece 50 equipped with the DSC 200 according to the first to second embodiments will be described.
卓上デジタル時計50は、透明なアクリル板等で構成される側面形状が三角形の筐体54の一平面に、デジタル式の時計表示を行う時計部52と、DSC200が設けられている。 The desktop digital timepiece 50 is provided with a timepiece unit 52 for performing digital timepiece display and a DSC 200 on one plane of a case 54 having a triangular side surface formed of a transparent acrylic plate or the like.
DSC200は、筐体54に2ヶ所の開口部43が形成され、この各開口部43からDSC200が臨むように設けられている。 The DSC 200 is provided with two openings 43 formed in the housing 54 so that the DSC 200 faces the openings 43.
図55に示す構成例では、各開口部43に取付けられるDSC200は、フレーム56を介して2つのセルが並設されている。特には限定されないが、DSC200の各セルは配線によって直列接続として、電圧および電流を稼ぐようにできる。 In the configuration example shown in FIG. 55, the DSC 200 attached to each opening 43 has two cells arranged in parallel via a frame 56. Although not particularly limited, each cell of the DSC 200 can be connected in series by wiring to gain voltage and current.
卓上デジタル時計50が備えるDSC200は、図55に示すように、正面側から入射する光線(hνf)および透明な筐体54を介して裏面側から入射する光線(hνr)の何れによっても発電機能を発揮することができる。 As shown in FIG. 55, the DSC 200 included in the tabletop digital timepiece 50 has a power generation function by using either a light beam (hνf) incident from the front side or a light beam (hνr) incident from the back side through the transparent casing 54. It can be demonstrated.
したがって、卓上デジタル時計50を置く場所の自由度が高まると共に、外部光を有効に利用して時計部52に安定して電力を供給することができる。 Accordingly, the degree of freedom of the place where the desktop digital timepiece 50 is placed is increased, and power can be stably supplied to the timepiece unit 52 by effectively using the external light.
図56を参照して、実施の形態に係るDSC200を搭載した電子手帳80の構成例について説明する。 With reference to FIG. 56, a configuration example of electronic notebook 80 equipped with DSC 200 according to the embodiment will be described.
電子手帳80は、各種入力を行う操作ボタン36や各種情報を表示する液晶部34を備える本体部80bと、本体部80bと蝶番部80cを介して開閉自在に取付けられるDSC200を備えた蓋部80aとから構成されている。 The electronic notebook 80 includes an operation button 36 for performing various inputs and a main body 80b having a liquid crystal unit 34 for displaying various information, and a lid 80a having a DSC 200 that can be freely opened and closed via the main body 80b and the hinge 80c. It consists of and.
蓋部80aには、蓋部80a自体を表裏に貫通する開口部45が形成され、この開口部45からDSC200が臨むように設けられている。DSC200は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。 An opening 45 is formed in the lid 80a so as to penetrate the lid 80a itself from the front and back, and the DSC 200 is provided so as to face the opening 45. The DSC 200 may be configured by connecting a plurality of cells.
電子手帳80が備えるDSC200は、図56(a)に示すように蓋部80aを開いた状態においては、表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、本体部80bに安定した電力を供給することができる。 The DSC 200 provided in the electronic notebook 80 exhibits a power generation function by any of the light rays incident from both the front and back surfaces when the lid 80a is opened as shown in FIG. 56 (a), and stable power is supplied to the main body 80b. Can be supplied.
一方、図56(b)に示すように蓋部80aを閉じた状態においても、DSC200は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部80b側が備えるリチウムイオン電池等の二次電池を充電することができる。 On the other hand, even when the lid portion 80a is closed as shown in FIG. 56 (b), the DSC 200 exhibits a power generation function by incident light from the front surface side, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery provided on the main body portion 80b side. The battery can be charged.
このように、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した電子手帳80によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。 As described above, according to the electronic notebook 80 equipped with the DSC 200 according to the first and second embodiments, the external light can be used efficiently and the convenience of the user can be improved.
また、例えば、蓋部の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した電子手帳80は大型化することがなく、また一つのDSC200で足りるため製造コストを低減することができる。 Further, for example, the electronic notebook 80 equipped with the DSC 200 according to the first and second embodiments is not increased in size as compared with the case where conventional solar cells are arranged on both sides of the lid portion. Since one DSC 200 is sufficient, the manufacturing cost can be reduced.
図57を参照して、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した電子辞書90の構成例について説明する。 With reference to FIG. 57, a configuration example of electronic dictionary 90 equipped with DSC 200 according to the first to second embodiments will be described.
電子辞書90は、各種入力を行う操作ボタン36aおよびDSC200を備える本体部90bと、本体部90bと蝶番部90cを介して開閉自在に取付けられる各種情報を表示する液晶部34およびDSC200を備えた蓋部90aとから構成されている。 The electronic dictionary 90 includes an operation button 36a for performing various inputs and a main body 90b including the DSC 200, a liquid crystal unit 34 for displaying various information that can be freely opened and closed via the main body 90b and the hinge 90c, and a lid including the DSC 200. Part 90a.
蓋部90aおよび本体部90bには、表裏に貫通する開口部46が形成され、この各開口部46からDSC200が臨むように設けられている。DSC200は、複数のセルを接続した構成とすることもできる。 The lid portion 90a and the main body portion 90b are formed with openings 46 penetrating the front and back surfaces so that the DSC 200 faces each opening portion 46. The DSC 200 may be configured by connecting a plurality of cells.
図57に示すように蓋部90aを開いた状態においては、蓋部90a側のDSC200は表裏両面から入射する光線の何れによっても発電機能を発揮し、また本体部90b側のDSC200は表面側から入射する光線によって発電機能を発揮する。したがって、液晶部34や本体部90bが備える演算装置等に安定した電力を供給することができる。 As shown in FIG. 57, in the state where the lid 90a is opened, the DSC 200 on the lid 90a side performs a power generation function by any light incident from both the front and back surfaces, and the DSC 200 on the main body 90b side The power generation function is demonstrated by the incident light. Therefore, stable power can be supplied to the arithmetic unit and the like included in the liquid crystal unit 34 and the main body 90b.
一方、蓋部90aを閉じた状態においても、蓋部90a側のDSC200は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮し、例えば本体部90b側が備える二次電池を充電することができる。 On the other hand, even when the lid 90a is closed, the DSC 200 on the lid 90a side exhibits a power generation function by incident light from the front side, and can charge, for example, a secondary battery provided on the main body 90b side.
また、例えば、蓋部90a側が下となるように電子辞書90が置かれた場合であっても、本体部90bのDSC200は、表面側からの入射光によって発電機能を発揮するので、例えば本体部90b側が備える二次電池を充電することができる。 For example, even when the electronic dictionary 90 is placed with the lid 90a side down, the DSC 200 of the main body 90b exhibits a power generation function by incident light from the front side. The secondary battery provided on the 90b side can be charged.
このように、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した電子辞書90によれば、外部光を効率的に利用することができ、使用者の利便性を向上させることができる。 As described above, according to the electronic dictionary 90 equipped with the DSC 200 according to the first to second embodiments, external light can be used efficiently, and user convenience can be improved.
また、例えば、蓋部や本体の両面に従来の太陽電池を配置する場合に比して、第6の実施の形態に係る電子辞書90は大型化することがなく、また一つのDSC200で足りるため製造コストを低減することができる。 In addition, for example, the electronic dictionary 90 according to the sixth embodiment does not increase in size as compared with the case where conventional solar cells are arranged on both the lid and the main body, and a single DSC 200 is sufficient. Manufacturing cost can be reduced.
なお、第1〜第2の実施の形態に係るDSC200を搭載した電子辞書90のDSC200の配置の仕方は、同様の構造を備えるゲーム機器やノート型パソコン等の各種電子機器に適用することが可能である。 The arrangement of the DSC 200 in the electronic dictionary 90 equipped with the DSC 200 according to the first and second embodiments can be applied to various electronic devices such as game machines and notebook computers having the same structure. It is.
(センサネットワークへの応用)
無線通信モジュールやDSC、センサなどを組み合わせたセンサネットワークを構築することができる。30m程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、315MHzや868MHzを適用可能である。さらに、100m程度の範囲の通信距離であれば、波長帯域としては、例えば、920MHzを適用可能である。
(Application to sensor network)
A sensor network combining a wireless communication module, DSC, sensor, and the like can be constructed. If the communication distance is in the range of about 30 m, for example, 315 MHz or 868 MHz can be applied as the wavelength band. Furthermore, if the communication distance is in the range of about 100 m, for example, 920 MHz can be applied as the wavelength band.
第1〜第2の実施の形態に係るDSCを搭載したDSC駆動センサモジュール800は、図58に示すように、DSCモジュール801と、無線通信モジュール805とを備える。DSCモジュール801は、室内光で発電可能なDSC直列若しくは並列セルDSC1・DSC2を備え、センサ駆動電源として機能する。無線通信モジュール805は、無線センサノード804を搭載し、センシングと無線通信を行うことができる。 As shown in FIG. 58, a DSC drive sensor module 800 equipped with a DSC according to the first to second embodiments includes a DSC module 801 and a wireless communication module 805. The DSC module 801 includes DSC series or parallel cells DSC1 and DSC2 that can generate electric power with room light, and functions as a sensor driving power source. The wireless communication module 805 is equipped with a wireless sensor node 804 and can perform sensing and wireless communication.
第1〜第2の実施の形態に係るDSCを搭載した別のDSC駆動センサモジュール807の模式的ブロック構成は、図59に示すように、DSCモジュール801と、無線通信モジュール805と、蓄電部806とを備える。DSCモジュール801は、室内光で発電可能なDSC直列若しくは並列セルDSC1・DSC2・DSC3・DSC4を備え、センサ駆動電源として機能する。蓄電部806には、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electrical Double Layer Capacitor)808および制御IC809が搭載される。DSCモジュール801において発電された電力を蓄電部806に蓄積することで、安定的に無線通信モジュール805に電力を供給可能である。 As shown in FIG. 59, a schematic block configuration of another DSC drive sensor module 807 equipped with the DSC according to the first to second embodiments includes a DSC module 801, a wireless communication module 805, and a power storage unit 806. With. The DSC module 801 includes DSC series or parallel cells DSC1, DSC2, DSC3, and DSC4 that can generate electric power with room light, and functions as a sensor driving power source. The power storage unit 806 is equipped with an electric double layer capacitor (EDLC) 808 and a control IC 809. By accumulating the electric power generated in the DSC module 801 in the power storage unit 806, the electric power can be stably supplied to the wireless communication module 805.
第1〜第2の実施の形態に係るDSCを搭載したDSC駆動センサモジュール800を適用したホームエネルギーマネージメントシステム(HEMS:Home Energy Management System)900の構成例は、図60に示すように表される。 A configuration example of a home energy management system (HEMS) 900 to which the DSC driving sensor module 800 equipped with the DSC according to the first to second embodiments is applied is expressed as shown in FIG. .
各DSC駆動センサモジュール800では、温度/湿度センサ、照度センサなどのセンシング情報、PC930・TV901・エアコン940(エアコンコントローラ903)・太陽電池902などの利用状況が収集され、無線通信によって、センサ情報受信器920にデータ送信される。センサ情報受信器920においては、データ受信、エネルギーの利用状況の把握などのための信号処理が実施される。 Each DSC drive sensor module 800 collects sensing information such as a temperature / humidity sensor and an illuminance sensor, and usage statuses of the PC 930, the TV 901, the air conditioner 940 (air conditioner controller 903), the solar battery 902, etc., and receives sensor information by wireless communication. Data is transmitted to the device 920. In the sensor information receiver 920, signal processing for data reception, grasping of energy usage status, and the like is performed.
第1〜第2の実施の形態に係るDSCを搭載したDSC駆動センサモジュール800を適用したホームエネルギーマネージメントシステム900によれば、建物910全体の屋内環境に合わせて電力供給をコントロールすることができる。 According to the home energy management system 900 to which the DSC driving sensor module 800 equipped with the DSC according to the first to second embodiments is applied, the power supply can be controlled in accordance with the indoor environment of the entire building 910.
以上説明したように、本発明によれば、封止材の側面の撥水処理により、素子内への水分透過を抑制し、発電効率の低下を抑制可能な色素増感太陽電池およびその製造方法および電子機器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a dye-sensitized solar cell capable of suppressing moisture permeation into the element and suppressing a decrease in power generation efficiency by water-repellent treatment on the side surface of the sealing material and a method for manufacturing the same And an electronic device can be provided.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.
本発明の色素増感太陽電池は、小型軽量高効率の電源として適用することによって、様々な電子機器、ワイヤレスセンサネットワークシステムなどに適用可能である。 The dye-sensitized solar cell of the present invention can be applied to various electronic devices, wireless sensor network systems, and the like by being applied as a small, lightweight and highly efficient power source.
2…半導体微粒子
3a…開口部封止材
3b…キャップ封止材
4、30、32…色素分子
10…第1電極
10A・101A・102A・103A・104A…内部第1電極
10B・101B・102B・103B・104B…外部第1電極
12・121・122・123・124…多孔質半導体層
13A…接続電極
13B…絶縁層
14・141・142・143・144…電解液(電荷輸送層)
16、16A…封止材
17…水滴
18…第2電極
18A・181A・182A・183A・184A…内部第2電極
18B・181B・182B・183B・184B…外部第2電極
19・191・192・193・194…触媒層
20…第1基板
20F、22F…粗面化層
21…レジスト層
22…第2基板
26、28…酸化還元電解質
200、200A、200B…色素増感太陽電池(DSC)
2 ... Semiconductor fine particle 3a ... Opening sealing material 3b ... Cap sealing material 4, 30, 32 ... Dye molecule 10 ... First electrode 10A, 10 1 A, 10 2 A, 10 3 A, 10 4 A, inner part 1 electrode 10B, 10 1 B, 10 2 B, 10 3 B, 10 4 B ... external first electrode 12, 12 1 , 12 2 , 12 3 , 12 4 ... porous semiconductor layer 13A ... connection electrode 13B ... insulating layer 14 · 14 1 · 14 2 · 14 3 · 14 4 ... Electrolyte (charge transport layer)
16, 16A ... Sealing material 17 ... Water droplet 18 ... Second electrode 18A, 18 1 A, 18 2 A, 18 3 A, 18 4 A ... Internal second electrode 18B, 18 1 B, 18 2 B, 18 3 B 18 4 B: external second electrodes 19, 19 1 , 19 2 , 19 3 , 19 4, catalyst layer 20, first substrate 20 F, 22 F, roughening layer 21, resist layer 22, second substrates 26, 28. ... Redox electrolyte 200, 200A, 200B ... Dye-sensitized solar cell (DSC)
Claims (27)
前記第1基板上に配置された内部第1電極と、
前記内部第1電極上に配置され、半導体微粒子と色素分子を備える多孔質半導体層と、
前記多孔質半導体層と接し、酸化還元電解質を溶媒に溶解した電解液と、
前記電解液に接する内部第2電極と、
前記内部第2電極上に配置された第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に配置され、前記電解液を封止する封止材と
を備え、
前記封止材は、外部の側壁において撥水処理を実施されることを特徴とする色素増感太陽電池。 A first substrate;
An internal first electrode disposed on the first substrate;
A porous semiconductor layer disposed on the internal first electrode and comprising semiconductor fine particles and dye molecules;
An electrolyte solution in contact with the porous semiconductor layer and having a redox electrolyte dissolved in a solvent;
An internal second electrode in contact with the electrolyte;
A second substrate disposed on the internal second electrode;
A sealing material disposed between the first substrate and the second substrate and sealing the electrolytic solution;
The dye-sensitized solar cell, wherein the sealing material is subjected to water repellent treatment on an external side wall.
前記封止材の外部の前記第2基板上に配置された外部第2電極と
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。 An external first electrode disposed on the first substrate outside the sealing material;
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising an external second electrode disposed on the second substrate outside the sealing material.
前記内部第1電極と前記外部第1電極は、前記第1基板上においてパターン形成されると共に、前記開口部において互いに接続されることを特徴とする請求項4に記載の色素増感太陽電池。 An opening for injecting the electrolyte into a cell region sandwiched between the first substrate and the second substrate and surrounded by the sealing material;
5. The dye-sensitized solar cell according to claim 4, wherein the internal first electrode and the external first electrode are patterned on the first substrate and connected to each other in the opening.
前記開口部に配置され、前記封止材と前記開口部封止材とを結合するキャップ封止材と
を備えることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。 An opening sealing material for sealing the opening;
The dye sensitization according to any one of claims 4 to 6, further comprising: a cap sealing material that is disposed in the opening and joins the sealing material and the opening sealing material. Solar cell.
前記色素増感太陽電池の複数のセルを、前記接続電極を介して直列接続したことを特徴とする請求項4〜19のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。 A connection electrode disposed between the first substrate and the second substrate along the outer side wall of the sealing material, the external first electrode and the external second electrode;
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 4 to 19, wherein a plurality of cells of the dye-sensitized solar cell are connected in series via the connection electrode.
前記色素増感太陽電池の複数のセルを、前記絶縁層を介して並列接続したことを特徴とする請求項4〜19のいずれか1項に記載の色素増感太陽電池。 An insulating layer disposed between the first substrate and the second substrate along the outer side wall of the sealing material, the external first electrode and the external second electrode;
The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 4 to 19, wherein a plurality of cells of the dye-sensitized solar cell are connected in parallel via the insulating layer.
前記内部第1電極上に多孔質半導体層を形成後、前記多孔質半導体層に色素を浸漬する工程と、
第2基板を、洗浄工程によって前処理後、前記第2基板上に内部第2電極および外部第2電極をパターン形成する工程と、
前記内部第2電極上に触媒層を形成する工程と、
前記第1基板と前記第2基板とを互いに対向させ、封止材を用いて張り合わせる工程と、
前記封止材の外部の側壁に撥水処理を実施する工程と、
開口部よりDSCセル内部に電解液を封入し、開口部を封止する工程と
を有することを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。 After the first substrate is pre-processed by a cleaning step, a step of patterning the internal first electrode and the external first electrode on the first substrate;
A step of immersing a dye in the porous semiconductor layer after forming a porous semiconductor layer on the internal first electrode;
After the second substrate is pre-processed by a cleaning step, a step of patterning an internal second electrode and an external second electrode on the second substrate;
Forming a catalyst layer on the internal second electrode;
A step of causing the first substrate and the second substrate to face each other and bonding using a sealing material;
Performing a water repellent treatment on the outer side wall of the sealing material;
A method of manufacturing a dye-sensitized solar cell, comprising: encapsulating an electrolyte in the DSC cell from the opening, and sealing the opening.
前記触媒層上にレジスト層を形成し、前記レジスト層をマスクとして、第2基板の表面を粗面化処理することによって第2粗面化層を形成する工程と
をさらに有することを特徴とする請求項22に記載の色素増感太陽電池の製造方法。 Forming the first roughened layer by roughening the surface of the first substrate simultaneously with the step of patterning the internal first electrode and the external first electrode;
Forming a second roughened layer by forming a resist layer on the catalyst layer and roughening the surface of the second substrate using the resist layer as a mask. The manufacturing method of the dye-sensitized solar cell of Claim 22.
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