JP2018041908A - 電気モジュールの製造方法及び電気モジュールの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二枚の基材の間に半導体層と電解液と封止材とを備え、二枚の基材のうち一方の基材の表面に沿って半導体層及び電解液が封止材の間に設けられた電気モジュールの製造方法において、製造直後に電気モジュールの充分に高い性能を得る。
【解決手段】第一基材１の表面１ａに半導体層１０を形成する半導体層形成工程と、半導体層１０の上に電解液１５を塗布する電解液塗布工程と、電解液１５を塗布した後に、電解液１５の未塗布領域の表面１ａに封止材９を塗布する封止材塗布工程と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気モジュールの製造方法及び電気モジュールの製造装置に関する。

近年、クリーンな発電源として、光エネルギーを直接かつ即時に電力に変換することができ、二酸化炭素等の汚染物質を排出しない太陽電池が注目されている。その中でも、色素増感太陽電池は、高い変換効率を有し、比較的簡易な方法により製造され、且つ原材料単価が安価であるため、次世代太陽電池として期待されている。

最近では、色素増感太陽電池をはじめとする太陽電池の実用化に向けて、ロール・ツー・ロール方式（以下、ＲｔｏＲ方式と記載する）を導入した連続生産が検討されている。例えば、特許文献１には、ＲｔｏＲ方式で製造可能であって、透明導電層と、半導体電極と、対極基板と、対電極と、封止材と、電解液と、集電電極と、を備えた色素増感太陽電池及びその製造方法が開示されている。特許文献１に記載の色素増感太陽電池では、対極基板及び複数個の封止材に形成された孔部を介して、透明導電層と集電電極とが電気的に接続されている。

特許文献１に記載の色素増感太陽電池の製造方法は、透明導電層の一主面上の少なくとも一部に多孔質半導体層を形成する工程と、多孔質半導体層に増感色素を担持させ、半導体電極を形成する工程と、対極基板の一主面上の少なくとも一部に対電極を設ける工程と、半導体電極と対電極とを対向配置するとともに、半導体電極と対電極との間に複数個の封止材を介在させる工程と、半導体電極と対電極との間に電解液を設ける工程と、対極基板及び複数個の封止材のそれぞれに連通するようにして対極基板及び複数個の封止材のそれぞれに形成された孔部と対極基板の対電極が設けられた面とは反対側の主面上とに一体的に集電電極を形成する工程と、を備えている。

特開２０１２−１７４５９６号公報

しかしながら、ＲｔｏＲ方式を用いた色素増感太陽電池等の電気モジュールの製造においては、電解液が半導体層に染みこむのに所定を要する。また、電解液の塗布後から基材同士の貼り合わせやモジュール完成までの時間、基材の搬送距離をできるだけ多くとることが重要であると考えられる。ところが、現状では、基材の搬送方向において電解液塗布装置のすぐ前方に、電気モジュールを完成させるための基材貼り合わせ部等の装置類があるため、半導体層に電解液が充分に染みこまずに電気モジュールが製造されてしまい、製造直後の電気モジュールで充分に性能が発揮されないという問題があった。現状では、仮に半導体層に電解液を染みこませるための時間や距離を稼ぐために基材の搬送距離を長くすると、装置が大型化するという別の問題が生じる。

本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、製造直後に電気モジュールの性能を充分に発揮させることができ、製造装置の大型化を抑えることができる電気モジュールの製造方法及び電気モジュールの製造装置を提供する。

本発明に係る電気モジュールの製造方法は、二枚の基材の間に半導体層と電解液と封止材とを備え、前記二枚の基材のうち一方の基材の表面に沿って前記半導体層及び前記電解液が前記封止材の間に設けられた電気モジュールの製造方法であって、前記表面に前記半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層の上に前記電解液を塗布する電解液塗布工程と、前記電解液を塗布した後に前記表面に前記封止材を塗布する封止材塗布工程と、を有することを特徴とする。

上述の構成によれば、一方の基材（以下、単に「基材」という場合がある）に封止材を塗付する前に半導体層に電解液を塗布することで、電気モジュールの製造後までに電解液が半導体層に染みこむ時間や距離が長く確保され、製造後には半導体層に電解液が充分に染みこんだ状態になるので、製造直後であっても電気モジュールが充分に性能を発揮する。また、電解液を塗布してから電気モジュールの完成までの基材の搬送時間や距離を無理に長くする必要がなく、装置の大型化が抑えられる。

上述の電気モジュールの製造方法では、前記一方の基材を所定の方向に搬送しつつ、前記所定の方向において前記電解液塗布工程を行う位置と前記封止材塗布工程を行う位置との搬送距離間隔を５０ｃｍ以上とすることが好ましい。

上述の構成によれば、電解液中に生じた気泡等が抜けた後に封止材が塗布されるので、気泡等が抜け切る前に電解液が封止材で覆われてしまうことで電解液に気泡が残存し、製造後の電気モジュールの品質が低下する虞がない。

上述の電気モジュールの製造方法では、前記一方の基材を所定の方向に搬送しつつ、前記所定の方向において前記封止材塗布工程を行う位置から前記一方の基材を搬送する搬送距離を１００ｃｍ以上とすることをことが好ましい。

封止材塗布工程
上述の構成によれば、基材が１００ｃｍ以上の搬送距離で搬送されることで、電解液が半導体層に充分に浸透するための時間が確保される。従って、電解液が半導体層に充分に浸透し、半導体電極の良好な動作が見込まれる。

上述の電気モジュールの製造方法では、前記電解液を前記一方の基材に対して水平方向と上向きの方向との間の範囲の何れかの向きから塗布することが好ましい。

上述の構成によれば、電解液が水平方向と上向きの方向との間の範囲の何れかの向きから塗布されるので、例えば封止材より粘性の低い電解液を用いた場合であっても、電解液の自重によって電解液塗布装置から電解液が過剰に塗布されることなく、適量で塗布され、電解液の液漏れが防止されると共に、電解液が半導体層に良好に染みこむ。

上述の電気モジュールの製造方法では、前記電気モジュールは色素増感太陽電池であってもよい。

本発明に係る電気モジュールの製造装置は、上述の電気モジュールを製造するための電気モジュールの製造装置であって、前記一方の基材に前記電解液を塗布するための電解液塗布装置と、前記一方の基材に前記封止材を塗布するための封止材塗布装置と、を備え、
前記封止材塗布装置は、前記電解液塗布装置で塗布した電解液の近傍に前記封止材を塗布することが可能な位置に配置されていることを特徴とする。

上述の構成によれば、封止材塗布装置によって基材に封止材が塗付される前に、基材の搬送方向の上流側で電解液塗布装置によって半導体層に電解液が塗布されるので、電気モジュールの製造後までに電解液が半導体層に染みこむ時間が長く確保され、製造後には半導体層に電解液が充分に染みこんだ状態になる。これにより、製造直後であっても電気モジュールの高い性能が得られる。また、電気モジュールの製造装置の大型化が抑えられる。

本発明に係る電気モジュールの製造装置では、前記一方の基材は所定の方向に搬送され、前記所定の方向に沿って上流側から下流側に向けて前記電解液塗布装置と、前記封止材塗布装置と、がその順で配置され、前記所定の方向における前記電解液塗布装置の設置位置と前記封止材塗布装置の設置位置との搬送距離間隔が５０ｃｍ以上であることが好ましい。

上述の構成によれば、電解液中に生じた気泡等が抜けた後に封止材の塗布が行われるので、気泡等が抜け切る前に電解液が封止材で覆われる虞がない。

本発明に係る電気モジュールの製造装置では、前記一方の基材は所定の方向に搬送され、前記所定の方向において前記封止材塗布装置の設置位置の下流側に１００ｃｍ以上の搬送距離が設けられていることが好ましい。

上述の構成によれば、１００ｃｍ以上の搬送距離が確保されることで、電解液が半導体層に充分に浸透するための時間が得られるので、電解液が半導体層に充分に浸透し、半導体電極の良好な動作が見込まれる。

本発明に係る電気モジュールの製造装置では、前記電解液塗布装置の塗布口が横向きから上向きまでの範囲に位置していることが好ましい。

上述の構成によれば、上述の電気モジュールの製造方法と同様に、例えば封止材より粘性の低い電解液を用いた場合であっても、電解液の自重によって電解液塗布装置から電解液が過剰に塗布されることなく、適量で塗布され、電解液の液漏れが防止されると共に、電解液が半導体層に良好に染みこむ。

上述の電気モジュールの製造装置においても、前記電気モジュールは色素増感太陽電池であってもよい。

本発明に係る電気モジュールの製造方法及び電気モジュールの製造装置によれば、製造直後に電気モジュールの充分に高い性能を容易に得ることができる。

本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造方法を用いて製造可能な電池シートの構成を示す平面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造方法を用いて製造可能な電池シートの構成を示す図であり、図１に示すＸ−Ｘ線で矢視した断面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造装置の概略側面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造装置の第一変形例を示す概略側面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造装置の第二変形例を示す概略側面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造方法を説明するための電池シートの前駆体の断面図である。 本発明を適用した一実施形態の電気モジュールの製造方法を説明するための電池シートの前駆体の断面図である。

以下、本発明を適用した電気モジュールの製造方法及び電気モジュールの製造装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。

（電気モジュールの構成）
以下では、後述する電気モジュールの製造方法を用いて製造される電気モジュールの一例として、ＲｔｏＲ方式を用いて製造されるフィルム型の色素増感太陽電池（電気モジュール）を挙げて、説明する。ＲｔｏＲ方式を用いて製造される色素増感太陽電池は、例えば図１及び図２に示す電池シート２１を所望の大きさで切り出し、配線７の接続等を施したものである。

なお、本実施形態の電気モジュールの製造方法を用いて製造される電気モジュールは、色素増感太陽電池に限定されず、二枚の基材の間に半導体層と電解液と封止材とを備え、二枚の基材のうち少なくとも一方の基材の表面に沿って半導体層及び電解液が封止材の間に設けられたものであれば、色素増感太陽電池以外の電気モジュールを全て含んでいる。また、本実施形態の電気モジュールの製造方法を用いて製造される電気モジュールは、ＲｔｏＲ方式を用いて製造されるもの、即ち基材を所定の方向に搬送しつつ連続的に製造されるものに限定されず、予め切り分けられた基材毎にセル構造が形成されるものも含んでいる。

図１及び図２に示すように、電池シート（色素増感太陽電池）２１は、第一基材（一方の基材）１と、第一基材１の一方の表面１ａの所定の領域に形成された半導体電極５と、配線７と、封止材９と、第二基材（基材）６と、第二基材６の一方の表面６ａの所定の領域に形成された触媒層８と、を備えている。

第一基材１は、半導体電極５、配線７、封止材９の基台となる部材である。第一基材１は、ＲｔｏＲ方式を用いた太陽電池の連続生産に適用できる適度な柔軟性を有し、大面積フィルム状に形成可能な材質であれば特に限定されない。第一基材１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等の透明の樹脂材料が挙げられる。

半導体電極５は、透明導電膜３と、半導体層１０と、電解液１５で構成されている。
透明導電膜３は、第一基材１の表面１ａの全体に亘って成膜されている。透明導電膜３としては、例えば、酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が挙げられる。なお、製造対象の色素増感太陽電池の構成に応じて、第一基材１の表面１ａには、適宜絶縁処理が施されていてもよい。また、透明導電膜３や上述の絶縁処理は、第一基材１の表面１ａに沿って非連続的に形成されていても構わない。

半導体層１０は、第一基材１の透明導電膜３上の所定の領域Ｒ１に形成されている。領域Ｒ１は、第一基材１の搬送方向（所定の方向）Ｐ１及び搬送方向Ｐ１に直交する第一基材１における幅方向Ｐ２において、互いに間隔を空けて設けられている。ここで、搬送方向Ｐ１において、始点側を上流側とし、終点側を下流側として以下説明する。

半導体層１０は、例えば、増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有する金属酸化物からなる多孔質層に増感色素が担持されることで所謂染色された状態で形成されている。このような金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、等が挙げられる。

上述の増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素としては、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、等の各種有機色素等が挙げられる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等が挙げられる。

半導体層１０には、電解液１５が含浸されている。電解液１５としては、例えば、アセトニトリル、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム又はヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解質とヨウ素とが混合された溶液（具体的には、プロピオニトリル等の非水系溶剤）等が挙げられる。

配線７は、第一基材１の透明導電膜３上において半導体層１０が形成されない領域Ｒ２、即ち透明導電膜３上の所定の領域Ｒ１以外の領域Ｒ２に形成され、半導体電極５と触媒層８からなる電極構造Ｃ同士を接続するための導電構造である。配線７としては、導通可能な素材であれば特に限定されず、例えば、公知の導電材、導電ペースト、導電性微粒子と接着剤の混合物等が挙げられる。次に説明する封止材９と同様の材料からなるバインダーを配線７に用いてもよい。

封止材９は、第一基材１の透明導電膜３上の領域Ｒ２で幅方向Ｐ２において隣り合う半導体層１０同士の間、且つ配線７の両側に形成され、第一基材１と第二基材６とを貼り合わせて接着するための樹脂等を含む。封止材９としては、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂のうち少なくとも一種を含む樹脂材料が挙げられる。

第二基材６は、触媒層８の基台となる部材である。第二基材６は、ＲｔｏＲ方式を用いた太陽電池の連続生産に適用できる適度な柔軟性を有し、大面積フィルム状に形成可能な材質であれば特に限定されない。第二基材６としては、第一基材１と同様の材質が挙げられる。

触媒層８は、第二基材６の表面６ａの全体に亘って形成されている。触媒層８としては、プラチナ、ＩＴＯ、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、カーボン等が挙げられる。

（電気モジュールの製造装置）
本発明を適用した電気モジュールの製造装置３０（以下、単に「製造装置」という場合がある）は、前述した電池シート２１を後述する本実施形態の電気モジュールの製造方法を用いて電池シート２１（即ち、色素増感太陽電池）を製造するための装置であって、少なくとも第一基材１の所定の領域（即ち、図１に示す領域Ｒ１）に形成された半導体層１０に電解液１５を塗布する電解液塗布装置３２と、電解液塗布装置３２より所定の方向Ｐ１の下流に設けられ、第一基材１における電解液１５の未塗布領域（即ち、図１に示す領域Ｒ２）に封止材９を塗布する封止材塗布装置３４と、を備えている。

図３に示すように、本実施形態の製造装置３０は、電解液塗布装置３２と、封止材塗布装置３４に加え、第一基材１の表面１ａの所定の領域に半導体電極を形成する半導体電極形成部（図示略）と、封止材同士の間に配線を形成する配線形成装置３６と、第二基材６の表面６ａの所定の領域に触媒層を形成する触媒層形成部（図示略）と、表面６ａに触媒層が形成されている第二基材６を第一基材１に貼り合わせる基材貼り合わせ部３８と、基材貼り合わせ部３８によって貼り合された第一基材１と第二基材６（即ち、貼り合わせ材１１，１２）との接着を固定する接着部（図示略）と、第一基材１及び第二基材６が貼り合されてなる電池シート２１の所定の位置に絶縁処理を施す絶縁処理部（図示略）と、を備えている。

製造装置３０において最も上流側の位置には、半導体電極形成部によって透明導電膜と、電解液１５が含浸する前の状態の半導体層１０が形成され、表面１ａを径方向外側に向けて予めロール状に巻き取られた第一基材１Ｒが設置されている。

第一基材１Ｒの設置位置から下流には、第一基材１を折り返し巻き上げて搬送するための搬送ロール４６が配置されている。搬送ロール４６は、第一基材１の表面１ａ，１ｂのうち、表面１ａには当接せず、半導体層１０が形成されていない表面１ｂのみに当接するように構成されている。

第一基材１を介して搬送ロール４６に略水平に対向する位置には、電解液塗布装置３２が配置されている。電解液塗布装置３２としては、例えばダイコーターが挙げられる。電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐは、搬送ロール４４に巻回されている第一基材１の半導体層に電解液１５を塗布可能な位置に向けられ、第一基材１に対して間隔ｓ３２をあけて配置されている。即ち、塗布口３２ｐが横向き（水平方向を向く方向）に位置している。電解液１５は、第一基材１の表面１ａに水平方向から塗布可能とされている。なお、電解液１５の粘性等を勘案すると、第一基材１の表面１ａからの電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐの高さｈ３２は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。

搬送ロール４６の設置位置から下流の位置には、封止材塗布装置３４が配置されている。封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐは、搬送ロール４６による折り返し部に接する第一基材１の幅方向において電解液１５を塗布した半導体層１０の間に封止材９を塗工可能な位置に向けられ、第一基材１に対して間隔ｓ３２よりも大きい間隔ｓ３４をあけて配置されている。例えば、電解液１５より粘性の高い封止材９は、第一基材１の表面１ａに略鉛直方向に塗布可能とされている。

なお、電解液１５の粘性が封止材９の粘性より低い場合は、第一基材１の表面１ａからの封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐの高さｈ３４は、電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐの高さｈ３２よりも１０μｍ以上１０００μｍ以下高いことが好ましい。

また、図６には、わかりやすくするために、第一基材１の表面１ａに塗布する封止材９の塗布位置と封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐの位置を破線で示している。幅方向Ｐ２において、封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐは、電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐの両側に配置されている。特に電解液１５の粘性等を勘案すると、電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐの幅寸法ｗ３２は、図６及び図７に示すように幅方向Ｐ２において隣り合う封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐ同士の隙間ｓ３４の１０％以上９０％以下であることが好ましい。

電解液塗布装置３２の設置位置と封止材塗布装置３４の設置位置との搬送距離間隔ｄｓ１は、５０ｃｍ以上であることが好ましく、１ｍ以上であることがより好ましい。ただし、搬送距離間隔ｄｓ１は、電解液１５の種類や第一基材１の構成要素の材質、第一基材１の搬送速度等を総合的に勘案し、適切に設定されていればよい。

封止材塗布装置３４の設置位置から下流の位置には、幅方向Ｐ２において配線を形成するための配線形成装置３６が配置されている。配線形成装置３６の配線材料排出口は、略水平方向に沿って搬送される第一基材１に配線７の材料を供給可能な位置に向けられている。

配線形成装置３６の設置位置から下流の位置には、電解液１５が塗布された半導体層１０、配線及び封止材９が形成された第一基材１（以下、貼り合わせ材１１とする、図１及び図２参照）と、触媒層が形成された第二基材６（以下、貼り合わせ材１２とする、図１及び図２参照）と、を互いに貼り合わせるための基材貼り合わせ部３８が配置されている。

基材貼り合わせ部３８としては、例えば鉛直方向において互いに所定の間隔を空けて配置された一対の押圧ロール６０，６２が挙げられる。上方に配置された第一押圧ロール６０と下方に配置された第二押圧ロール６２との間隔は、貼り合わせ材１１，１２や電池シート２１の厚み寸法等を勘案して適切に設定されている。

基材貼り合わせ部３８の設置位置から方向Ｐ１の上流の斜め上方には、不図示の対極電極形成部によって触媒層が形成され、表面６ａを径方向内側に向けて予めロール状に巻き取られた第二基材６Ｒが設置されている。

第一押圧ロール６０は、斜め上方から搬送される第二基材６の表面６ａ，６ｂのうち、表面６ａには当接せず、触媒層が形成されていない表面６ｂのみに当接するように構成されている。
第二押圧ロール６２は、略水平に搬送される第一基材１の表面１ａ，１ｂのうち、表面１ａには当接せず、封止材９が塗布されていない、且つ電解液１５を含む半導体層１０が形成されていない表面１ｂのみに当接するように構成されている。

基材貼り合わせ部３８の設置位置から方向Ｐ１の僅かに下流には、第一押圧ロール６０と第二押圧ロール６２による押圧領域の外方から該押圧領域に例えば紫外線を照射し、封止材９に含まれる紫外線硬化樹脂を硬化させるための接着部が配置されている。

図示していないが、基材貼り合わせ部３８の設置位置から方向Ｐ１の下流には、基材貼り合わせ部３８によって貼り合わせ材１１，１２が貼り合されてなる電池シート２１の所望の位置に絶縁処理を施すための絶縁処理部が配置されている。

封止材塗布装置３４の設置位置の下流側には、１００ｃｍ以上の搬送距離ｄ２が確保されていることが好ましい。製造装置３１Ａでは、封止材塗布装置３４の設置位置から電池シート２１が製造され、色素増感太陽電池が完成する位置までの搬送距離が少なくとも１００ｃｍ以上確保されている。ただし、搬送距離ｄ２は、搬送距離間隔ｄｓ１、電解液１５の種類や第一基材１の構成要素の材質、第一基材１の搬送速度等を総合的に勘案し、適切に設定されていればよい。

本実施形態の製造装置３０の第一変形例である製造装置３１Ａでは、図４に示すように、第一基材１Ｒの設置位置と搬送ロール４６との間に、第一基材１を上方に立ち上げて搬送するための搬送ロール４４が配置されている。搬送ロール４４は、第一基材１の表面１ａ，１ｂのうち、表面１ｂには当接せず、表面１ａに当接するように構成されている。このような構成により、略水平な方向Ｐ１に巻き出された第一基材１Ｒは搬送ロール４４で略鉛直方向に一旦折り曲げられ、電解液塗布工程の直後に搬送ロール４６によって略水平な方向に折り曲げられた後、略水平の方向Ｐ１に搬送される。

製造装置３１Ａにおいて、電解液塗布装置３２は、図４に実線で示すように、塗布口３２ｐを横向きに位置させるようにして、配置されている。従って、電解液１５は、第一基材１の表面１ａに水平方向から塗布可能とされている。

また、本実施形態の製造装置３０の第二変形例である製造装置３１Ｂは、図５に示すように、製造装置３０と同様の構成要素で構成されているが、電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐが横向きから上向きまでの範囲に位置している。電解液塗布装置３２の配置としては、例えば、図５に破線で示すように電解液塗布装置３２の軸線を水平方向に対して下方に略４５度傾斜させた斜め上向きの配置や、図５に一点鎖線で示すように電解液塗布装置３２の軸線を鉛直方向にした上向きの配置等が挙げられる。これらの配置では、電解液１５は、第一基材１の表面１ａに水平方向より下方から塗工可能とされている。

（電気モジュールの製造方法）
本発明を適用した電気モジュールの製造方法は、上述の製造装置３０等を用いて所定の方向Ｐ１に沿って連続的に搬送され、表面１ａの所定の領域に電解液１５が含浸していない半導体層１０が形成された第一基材１に対して第二基材６を貼り合わせることにより製造する色素増感太陽電池（図１及び図２参照）の製造方法である。この電気モジュールの製造方法は、第一基材１の半導体層（半導体電極）１０に電解液１５を塗布する電解液塗布工程と、電解液塗布工程の後に、第一基材１の表面１ａにおける電解液１５の未塗布領域に封止材を塗布する封止材塗布工程と、有する。

本実施形態の電気モジュールの製造方法は、電解液塗布工程と、封止材塗布工程に加え、封止材塗布工程の後に、表面６ａに触媒層が形成されている第二基材６を第一基材１に貼り合わせる基材貼り合わせ工程と、封止材塗布工程と基材貼り合わせ工程との間に、第一基材１に配線を形成する配線形成工程と、をさらに有している。なお、配線形成工程は、電解液塗布工程の後、且つ封止材塗布工程の前に行っても構わない。
以下、上述の各工程を含めて、本実施形態の色素増感太陽電池の前駆体である電池シート２１を製造する方法を、図３を参照し、説明する。

不図示のＲｔｏＲ方式を用いた装置を用いて、第一基材１を所定の方向に沿って連続的に搬送しながら、公知のスパッタリング法や印刷法等により、第一基材１の表面１ａに透明導電膜３を形成する。続いて、公知のエアロゾルデポジション法（Ａｅｒｏｓｏｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ：ＡＤ法）等により、第一基材１の表面１ａの所定の領域に酸化チタン等の金属酸化物からなる多孔質層を形成する。さらに、該多孔質層に増感色素を担持することで、半導体層１０を形成する。このようにして表面１ａの所定の領域に電解液１５を含浸する前の半導体層１０が形成された第一基材１を、表面１ａを外側に向けてロール状に巻き取り、ロール状の第一基材１Ｒとする。

不図示のＲｔｏＲ方式を用いた装置を用いて、上述のロール状の第一基材１Ｒとは別途、第二基材６を所定の方向に沿って連続的に搬送しながら、公知のスパッタリング法や印刷法等により、第二基材６の表面６ａに触媒層を形成し、表面６ａを内側に向けてロール状に巻き取り、ロール状の第二基材６Ｒとする。

図３に示すように、製造装置３０にロール状の第一基材１Ｒを設置し、第一基材１Ｒから第一基材１を所定の方向Ｐ１に巻き出し、巻き出した第一基材１に対して必要に応じて絶縁処理を施す。

＜電解液塗布工程＞
次に、搬送ロール４６を第一基材１の表面１ｂに当てて折り返すと共に、搬送ロール４６に対向して略水平に向けて配置された電解液塗布装置３２の塗布口３２ｐから、電解液１５の粘性や第一基材１の搬送速度等を勘案した適切な流量で電解液１５を排出させ、第一基材１の表面１ａ側から半導体層１０に電解液１５を塗布する。電解液１５の粘性が封止材９の粘性より低い場合は、電解液１５の塗布位置における第一基材１の表面１ａからの電解液１５の高さｈｐ１５を、電解液１５の粘性及び第一基材１の搬送速度等を勘案し、後述する封止材９の塗布位置における電解液１５の高さｈ１５よりも適度に高く設定する（図６及び図７参照）。また、電解液１５の高さ（高さ寸法）ｈｐ１５は、１０μｍ以上１０００μｍ以下とすることが好ましい。また、電解液塗布工程では、電解液１５の幅寸法ｗｐ１５を幅方向Ｐ２において隣り合う封止材９同士の隙間ｓ９の１０％以上９０％以下とし、電解液１５の粘性等を勘案して適度に設定することが好ましい。

＜封止材塗布工程＞
次に、搬送ロール４６から第一基材１を折り返すことにより、第一基材１を略水平な方向Ｐ１に搬送する。封止材塗布装置３４の塗布口３４ｐから、封止材９の粘性や第一基材１の搬送速度等を勘案した適切な流量で封止材９を排出させ、第一基材１の所定の領域に封止材９を塗布する。例えば、第一基材１の搬送速度が０．１ｍ／分以上１０ｍ／分以下の範囲内であれば、所定の方向Ｐ１において前述の電解液塗布工程を行う位置と封止材塗布工程を行う位置との搬送距離間隔ｄｓ１を５０ｃｍ以上とすることが好ましく、１ｍ以上とすることが好ましい。搬送距離間隔ｄｓ１を５０ｃｍ以上確保するのが難しい場合は、電解液塗布工程を行った後、１０秒以上の時間間隔をおいて封止材塗布工程を行うことが好ましい。

電解液１５の粘性が封止材９の粘性より低い場合は、電解液１５の塗布位置から封止材９の塗布位置まで第一基材１が搬送される間に、電解液１５の高さｈｐ１５は高さｈ１５に減少し、電解液１５の幅寸法ｗｐ１５は幅寸法ｗ１５に拡がる。前述のように、間隔ｓ３４は間隔ｓ３２よりも大きく設定されているので、図６に示すように、封止材９の塗布時の高さｈ９は、封止材９の塗布位置における電解液１５の高さｈ１５よりも高くなる。このように、封止材９を塗布する位置において、図７に示すように、封止材９の高さｈ９を電解液１５の高さｈ１５よりも高くして塗布する。この際、封止材９の高さｈ９を電解液１５の高さｈ１５よりも１０μｍ以上１０００μｍ以下高くして塗布することが好ましい。

＜配線形成工程＞
次に、所定の方向Ｐ１に沿って搬送される第一基材１に対して配線形成装置３６の配線材料排出口から、配線材料の粘性や第一基材１の搬送速度等を勘案した適切な流量で配線材料を排出させ、第一基材１の所定の領域に配線を形成する。

次に、製造装置３０にロール状の第二基材６Ｒを設置し、第二基材６Ｒから第二基材６を所定の方向に巻き出し、巻き出した第二基材６に対して必要に応じて絶縁処理を施す。

前述のように、半導体電極、配線及び封止材９が形成された第一基材１を貼り合わせ材１１とし、触媒層が形成された第二基材６を貼り合わせ材１２とする。

＜基材貼り合わせ工程＞
次に、第一押圧ロール６０と下方に配置された第二押圧ロール６２との間に、略水平な方向Ｐ１に沿って貼り合わせ材１１を導入すると共に、斜め上方の方向から貼り合わせ材１２を導入し、第一押圧ロール６０及び第二押圧ロール６２を通過させ、貼り合わせ材１１，１２を互いに押圧して貼り合わせる。

この後、必要に応じて、貼り合わせ材１１、１２を貼り合わせてなる色素増感太陽電池の前駆構造体にＵＶランプ等を用いて紫外線を照射し、封止材９を硬化させる。

封止材塗布工程を行う位置の下流側には、１００ｃｍ以上の搬送距離ｄ２を確保することが好ましい。即ち、製造装置３１Ａでは、封止材塗布工程を行う位置から電池シート２１を製造し、上述のように色素増感太陽電池を完成させる位置までの搬送距離を少なくとも１００ｃｍ以上確保することが好ましい。

以上の工程により、図１及び図２に示す電池シート２１を製造することができる。この後、必要に応じて、電池シート２１から所望のパターンで色素増感太陽電池を切り出す。これにより、色素増感太陽電池が得られる。

なお、図４に示す製造装置３１Ａを用いた電気モジュールの製造方法は、ロール状の第一基材１Ｒから第一基材１を略水平な所定の方向Ｐ１に巻き出し、巻き出した第一基材１を搬送ロール４４で一旦、略鉛直方向に折り返した後、搬送ロール４６で巻き返すこと以外は、製造装置３０を用いた電気モジュールの製造方法と同様である。
また、図５に示す製造装置３１Ｂを用いた電気モジュールの製造方法は、製造装置３０を用いた電気モジュールの製造方法と同様である。

以上説明した本実施形態の電気モジュールの製造方法によれば、半導体層形成工程、電解液塗布工程及び封止材塗布工程を経て、第一基材１の表面１ａに先ず半導体層１０を形成し、半導体層１０の電解液１５を塗布した後に、半導体層１０が形成されていない第一基材１の表面１ａに封止材９を塗布することで、電気モジュールの製造後までに電解液１５が半導体層１０に染みこむ時間を長く確保し、製造後には半導体層１０に電解液１５が充分に染みこんだ状態にして、製造直後であっても電気モジュールの充分に高い性能を得ることができる。また、電解液１５を塗布してから色素増感太陽電池の完成までの第一基材１の搬送時間や距離を無理に長くする必要がなく、装置の大型化を抑えることができる。

また、本実施形態の電気モジュールの製造方法によれば、第一基材１を所定の方向Ｐ１に搬送しつつ、所定の方向Ｐ１において電解液塗布工程を行う位置と封止材塗布工程を行う位置との搬送距離間隔ｄｓ１を５０ｃｍ以上とすることで、電解液１５中に生じた気泡等が抜けた後に封止材９を塗布することができ、従来のように、例えば気泡等が残っている状態の電解液１５が封止材９で覆われ、電解液１５から気泡が抜け切らず、製造後の色素増感太陽電池の半導体電極５に気泡が残存することによって色素増感太陽電池の品質が低下するのを防止することができる。

また、本実施形態の電気モジュールの製造方法によれば、第一基材１を所定の方向Ｐ１に搬送しつつ、所定の方向Ｐ１において封止材塗布工程を行う位置から第一基材１を搬送する搬送距離を１００ｃｍ以上とすることをことで、電解液１５が半導体層１０に充分に浸透するための時間をより確実に確保することができる。従って、電解液１５が半導体層１０に充分に浸透し、半導体電極５が良好に動作する色素増感太陽電池を製造することができる。

また、本実施形態の電気モジュールの製造方法によれば、電解液１５が電解液塗布装置３２から第一基材１に向けて水平または水平より下方から塗布されるので、封止材９よりも粘性の低い電解液１５が電解液１５の自重によって電解液塗布装置３２から過剰に塗布されることなく、適量で塗布され、電解液１５の液漏れを確実に防止することができる。

また、本実施形態の電気モジュールの製造方法において、封止材９の塗布位置における電解液１５の高さ寸法ｈ１５を封止材の塗布時の高さ寸法ｈ９よりも低くすれば、封止材９を塗付する際に、封止材塗布装置３４に電解液１５が擦れるのを確実に防止することができる（図６及び図７参照）。

本実施形態の電気モジュールの製造装置３０，３１Ａ,３１Ｂによれば、封止材塗布装置３４によって第一基材１に封止材９が塗付される前に、第一基材１の搬送方向の後方（即ち、上流側）で電解液塗布装置３２によって半導体層１０に電解液１５が塗布されるので、電気モジュールの製造後までに電解液１５が半導体層１０に染みこむための時間を長く確保することができる。そのため、製造後には半導体層１０に電解液１５が充分に染みこんだ状態にし、製造直後であっても電気モジュールの充分に高い性能を容易に得ることができる。また、電解液１５を塗布してから色素増感太陽電池の完成までの第一基材１の搬送時間や距離を無理に延ばさずに済み、装置の大型化を抑えることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１…第一基材（基材）、６…第二基材（基材）、９…封止材、１０…半導体層、１５…電解液、３０，３１Ａ，３１Ｂ…製造装置（電気モジュールの製造装置）、３２…電解液塗布装置、３４…封止材塗布装置、ｄｓ１…搬送距離間隔、ｄ２…搬送距離

Claims (10)

1. 二枚の基材の間に半導体層と電解液と封止材とを備え、前記二枚の基材のうち一方の基材の表面に沿って前記半導体層及び前記電解液が前記封止材の間に設けられた電気モジュールの製造方法であって、
   前記表面に前記半導体層を形成する半導体層形成工程と、
   前記半導体層の上に前記電解液を塗布する電解液塗布工程と、
   前記電解液を塗布した後に前記表面に前記封止材を塗布する封止材塗布工程と、を有することを特徴とする電気モジュールの製造方法。
2. 前記一方の基材を所定の方向に搬送しつつ、
   前記所定の方向において前記電解液塗布工程を行う位置と前記封止材塗布工程を行う位置との搬送距離間隔を５０ｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の電気モジュールの製造方法。
3. 前記一方の基材を所定の方向に搬送しつつ、
   前記所定の方向において前記封止材塗布工程を行う位置から前記一方の基材を搬送する搬送距離を１００ｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気モジュールの製造方法。
4. 前記電解液塗布工程において、
   前記電解液を前記一方の基材に対して水平方向と上向きの方向との間の範囲の何れかの向きから塗布することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電気モジュールの製造方法。
5. 前記電気モジュールは色素増感太陽電池であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電気モジュールの製造方法。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電気モジュールを製造するための電気モジュールの製造装置であって、
   前記一方の基材に前記電解液を塗布するための電解液塗布装置と、前記一方の基材に前記封止材を塗布するための封止材塗布装置と、を備え、
   前記封止材塗布装置は、前記電解液塗布装置で塗布した電解液の近傍に前記封止材を塗布することが可能な位置に配置されていることを特徴とする電気モジュールの製造装置。
7. 前記一方の基材は所定の方向に搬送され、
   前記所定の方向に沿って上流側から下流側に向けて前記電解液塗布装置と、前記封止材塗布装置と、がその順で配置され、
   前記所定の方向における前記電解液塗布装置の設置位置と前記封止材塗布装置の設置位置との搬送距離間隔が５０ｃｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の電気モジュールの製造装置。
8. 前記一方の基材は所定の方向に搬送され、
   前記所定の方向において前記封止材塗布装置の設置位置の下流側に１００ｃｍ以上の搬送距離が設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電気モジュールの製造装置。
9. 前記電解液塗布装置の塗布口が横向きから上向きまでの範囲に位置していることを特徴とする請求項６から請求項８の何れか一項に記載の電気モジュールの製造装置。
10. 前記電気モジュールは色素増感太陽電池であることを特徴とする請求項６から請求項９の何れか一項に記載の電気モジュールの製造装置。

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