JP2018032807A - 光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換セル90が、電極基板10と対向基板20と環状の封止部30と電解質40とを備え、封止部が電極基板に接着され、熱可塑性樹脂を含む環状の第1樹脂封止部70と、第1樹脂封止部とともに対向基板を挟むように設けられ、熱可塑性樹脂を含む環状の第2樹脂封止部80とを有し、第2樹脂封止部が第1樹脂封止部よりも高い融点を有し、第1樹脂封止部が電極基板に接着される第1本体部と、第1本体部のうち電極基板と反対側に設けられる第1凸部とを有し、第1本体部が電極基板と対向基板との間に挿入される挿入部と、電極基板と対向基板との間に挿入されない非挿入部とを有し、第1凸部が第1本体部の非挿入部に設けられ、第2樹脂封止部が対向基板のうち電極基板と反対側に設けられる第2本体部を有し、第2樹脂封止部の第2本体部が第1凸部に接着されている光電変換素子100。
【選択図】図1
Description
R=(t1+t2)/t1・・・(1)
(上記式(1)中、t1は前記第1本体部の厚さ(μm)を表し、t2は前記第1凸部の厚さ(μm)を表す)
電極基板10は、上述したように、透明基板13と、透明基板13上に設けられる透明導電層14と、封止部30と接着される環状の絶縁部15とを有している。
透明基板13を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、及び、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板13の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜40000μmの範囲にすればよい。
透明導電層14を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、及び、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層14は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電層14が単層で構成される場合、透明導電層14は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電層14の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。
絶縁部15を構成する材料は、絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、絶縁材料としては、例えばガラスフリットなどの無機絶縁材料、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、ガラスフリットなどの無機絶縁材料又は熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。この場合、封止部30が高温時に流動性を有するようになっても、絶縁部15は、熱可塑性樹脂からなる場合に比べて高温時でも流動化しにくい。このため、電極基板10の透明導電層14と対向基板20との接触が十分に抑制され、透明導電層14と対向基板20との間の短絡を十分に抑制できる。
対向基板20は、上述したように、基板と電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21の電極基板10側に設けられて触媒反応を促進する触媒層22とを備えている。
導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また、導電性基板21は、基板と電極を分けて、樹脂フィルム上にITO、FTO等の導電性酸化物からなる導電層を電極として形成した積層体で構成されてもよく、ガラス上にITO、FTO等の導電性酸化物からなる導電層を形成した積層体でもよい。導電性基板21の厚さは、光電変換素子110のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.01〜0.1mmとすればよい。
触媒層22は、白金などの金属、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
封止部30は、第1樹脂封止部70と、第2樹脂封止部80とで構成される。
R=(t1+t2)/t1・・・(1)
(上記式(1)中、t1は第1本体部71の厚さを表し、t2は第1凸部72の厚さを表す)
電解質40は、酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、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、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、などを用いることができる。酸化還元対としては、例えばヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI−/I3 −)、臭化物イオン/ポリ臭化物イオンなどのハロゲン原子を含む酸化還元対のほか、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。なお、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオンは、ヨウ素(I2)と、アニオンとしてのアイオダイド(I−)を含む塩(イオン性液体や固体塩)とによって形成することができる。アニオンとしてアイオダイドを有するイオン性液体を用いる場合には、ヨウ素のみ添加すればよく、有機溶媒や、アニオンとしてアイオダイド以外のイオン性液体を用いる場合には、LiIやテトラブチルアンモニウムアイオダイドなどのアニオンとしてアイオダイド(I−)を含む塩を添加すればよい。また電解質40は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩などが用いられる。このようなヨウ素塩としては、例えば、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
酸化物半導体層50は酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In3O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タリウム(Ta2O5)、酸化ランタン(La2O3)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ホルミウム(Ho2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化セリウム(CeO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)又はこれらの2種以上で構成される。酸化物半導体層50の厚さは、例えば0.1〜100μmとすればよい。
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)が用いられる。上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。なお、色素として、光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子となる。
まずガラス(商品名「TECa7」、ピルキントン社製)からなる厚さ2.2mmの透明基板の上に、スパッタリングで厚さ0.7μmのFTOからなる透明導電層を形成して導電性基板を得た。
第2樹脂封止部を形成するための第2封止部形成体として、エチレンビニルアルコール共重合体の代わりに、第1封止部形成体と同一の低密度ポリエチレンを用いたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
構造体Aの第1封止部形成体、並びに、構造体Bの第1封止部形成体および第2封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させる際、段付き熱型の突出部の表面温度を200℃から180℃に変更し、プレス推力を約1kNから約0.5kNに変更することにより、図3において第1樹脂封止部が第1凸部を有しない封止部(すなわち、上述した式(1)で表されるRの値が2である封止部)を形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
上記のようにして得られた実施例1、比較例1及び比較例2の光電変換素子について、温度サイクル試験を行い、温度サイクル試験の前後で、白色LEDを光源とし、200ルクスの照度下でIV曲線の測定を行った。そして、IV曲線から求められた出力、及び、下記式に基づいて出力維持率を算出した。結果を表1に示す。
出力維持率(%)=温度サイクル試験後の出力/温度サイクル試験前の出力
なお、温度サイクル試験は、JIS C8917に従って、温度を−40℃まで低下させた後90℃まで上昇させる熱サイクルを1サイクルとして200サイクル行った。
20…対向基板
30…封止部
40…電解質
50…酸化物半導体層
70…第1樹脂封止部
71…第1本体部
71a…挿入部
71b…非挿入部
72…第1凸部
73…第2凸部
80…第2樹脂封止部
81…第2本体部
83…回込み部
90,390.490…光電変換セル
100,200,300,400…光電変換素子
420…絶縁性基板(対向基板)
Claims (4)
- 少なくとも1つの光電変換セルを有する光電変換素子であって、
前記光電変換セルが、
電極基板と、
前記電極基板に対向する対向基板と、
前記電極基板及び前記対向基板を接合させる環状の封止部と、
前記封止部の内側に配置される電解質とを備え、
前記封止部が、
前記電極基板に接着され、熱可塑性樹脂を含む環状の第1樹脂封止部と、
前記第1樹脂封止部とともに前記対向基板を挟むように設けられ、熱可塑性樹脂を含む環状の第2樹脂封止部とを有し、
前記第2樹脂封止部が前記第1樹脂封止部よりも高い融点を有し、
前記第1樹脂封止部が、
前記電極基板に接着される第1本体部と、
前記第1本体部のうち前記電極基板と反対側に設けられる第1凸部とを有し、
前記第1本体部が、
前記電極基板と前記対向基板との間に挿入される挿入部と、
前記電極基板と前記対向基板との間に挿入されない非挿入部とを有し、
前記第1凸部が、前記第1本体部の前記非挿入部に設けられ、
前記第2樹脂封止部が、前記対向基板のうち前記電極基板と反対側に設けられる第2本体部を有し、
前記第2樹脂封止部の前記第2本体部が前記第1凸部に接着されている、光電変換素子。 - 前記光電変換セルが、前記電極基板又は前記対向基板上に酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に担持される色素とをさらに有し、
前記第2樹脂封止部の酸素透過度が前記第1樹脂封止部の酸素透過度よりも小さい、請求項1に記載の光電変換素子。 - 前記第1樹脂封止部が、前記第1本体部の前記挿入部において前記電極基板と反対側に第2凸部をさらに有し、
前記第2樹脂封止部が、前記第2本体部に接続されて前記電極基板と前記対向基板との間に回り込む回込み部をさらに有し、
前記回込み部が前記第2凸部に接着されている、請求項1又は2に記載の光電変換素子。 - 下記式(1)で表されるRが3.0以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換素子。
R=(t1+t2)/t1・・・(1)
(上記式(1)中、t1は前記第1本体部の厚さを表し、t2は前記第1本体部からの前記第1凸部の厚さを表す)
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