JP4657712B2 - 液体封入式光起電力素子用の中間製品に液体を充填するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体封入式光起電力素子用の中間製品に液体を充填するための方法に関するものであり、ここで、当該中間製品は、少なくとも１つのプレート状の作用電極と、蒸気及び液密の周縁部によりそこに付着されたプレート状の対向電極とを備え、これら作用電極、対向電極及び周縁部の間には、液体を受けるためのスペースが設けられている。

液体封入式光起電力素子は、米国特許第５,３５０,６４４号明細書から既知である。この既知の光起電力素子は、第１基板上に、例えば付着されるか或いは第１基板を形成する少なくとも第１導電層の層状構造により形成された作用電極と、この第１導電層上に付着される結晶金属酸化物半導体材料の層と、透明第２基板上に付着される透明第２導電層により形成される対向電極と、半導体材料の層及び第２導電層の間に保持される電解液とを備えている。実際の状況では、第１及び第２基板についてはガラス板が通常使用されている。

液体封入式光起電力素子の製造中、若干粘着特性を有する電解液を充填しなければならない。この充填は、付着された層をそれぞれ有する第１及び第２基板が熱可塑性接着材料の蒸気及び液密の周縁部により互いに接着された後に行われ、これにより２つの基板及び周縁部の間に、液体を受けるためのスペースが形成されることになる。

先行技術によると、充填は、基板の一方に２つの穴を設け、スペースが完全に充填されるまで第１の穴を通じて電解液を当該スペース内に注入して、第２の穴を通じて空気を逃がし、続いて双方の穴を封止することにより行われる。基板の１つに２つの穴を設けることは、機械的には望ましいことではなく、更に、光起電力素子の費用原価に悪影響を及ぼしている。

別の既知の方法によると、１つの穴を基板の一方に設け、その後、真空吸引される真空チャンバ内に、この穴を備えた基板を上に向けて、充填されるべき素子が配置される。その後、上側が開放されている、電解液を充填されるべきホルダは、この穴を囲んで基板上に配置され、真空チャンバが真空吸引されると共に、同様に両基板間のスペースが真空吸引され、最後に空気が真空チャンバに入れられ、そこで電解液は、穴を通りホルダ外に押し出されて基板と基板との間のスペースに入る。この方法は、時間がかかり、また、電解液内の酸化成分に曝される高価な真空ポンプを本来的に使用するため、光起電力素子の費用原価に悪影響を有している。

本発明の目的は、液体封入式光起電力素子用の中間製品に電解液を充填するための方法であって、かかる方法によると、基板と基板との間のスペースに真空ポンプを有することなく、中間製品の基板の一方に穴を設けて液体がこのスペースに入るのに十分にすることが可能である方法を提供することにある。

更なる目的は、迅速であり且つ費用を節約する方法で中間製品の製造を可能とするような方法を提供することにある。

これらの目的は、前提部分に記載された形式の方法により達成され、該方法は、本発明によると、（iii）前記充填開口が水平に置かれた回転自在のディスクの回転軸心を囲んで所定半径Ｒの円内で広がるように、前記中間製品を、前記充填開口を上方に向けて、前記ディスク上に配置するステップと、（iv）平らな下面を有すると共に少なくとも内径２Ｒの開口を備えたホルダであって、前記下面での前記ホルダの外径が前記中間製品の最小表面領域寸法よりも小さい前記ホルダを、前記中間製品の前記充填開口を囲んで配置するステップと、（ｖ）前記ホルダ内に液体を導入すると共に、前記中間製品にある前記スペースが液体に作用する重力及び遠心力の影響下で該液体が充填されるように、ある回転速度である期間にわたり、前記ディスクを前記中間製品並びにその上に配置された前記ホルダと共に回転させるステップと、（vi）前記充填開口を封止するステップとを含んでいる。

ステップ（iv）における配置のためのホルダの下面と中間製品との間の良好な機械的接触を向上させるために、この方法についての実施形態によると、前記ホルダは、前記中間製品上に予備加圧下で配置されている。

有利な実施形態においては、液体が遠心力の影響下にホルダから出てホルダの下面及び中間製品の間に漏れることがないように、液密シールが、前記ステップ（iv）において前記ホルダを配置している間、前記ホルダの下面と前記中間製品との間に設けられる。

本発明による方法の前記ステップ（ｖ）における前記回転速度は、少なくとも２０００ｒｐｍ（毎分回転数）に達し、好ましくは、少なくとも４０００ｒｐｍに達する。この後者の回転速度において、一方では、中間製品の充填が十分に短い時間で完了し、他方では、中間製品の諸構成部分に生ずる遠心力が中間製品に損傷を生じさせ得るほど大きくはならない。

本発明による方法の別の実施形態において、前記ステップ（ｖ）を通じて前記ホルダ内に液体を導入している間、前記ホルダ中に脈動する小圧力（underpressure)が加えられる。前記ホルダ中に脈動する小圧力を加えることにより、充填開口を通る液体の流速は、この脈動する小圧力がない場合の流速と比較して、その他の同一条件下で、増大することが分かった。有利な実施形態において、加えられるべき前記小圧力は約１０ｋＰａに達している。

本発明による方法は、少なくとも１つのガラス基板を備える中間製品に充填するのに特に適している。

本発明は更に、上述した発明の方法を実施するための装置に関するものであり、この装置は、充填開口を上方に向けて中間製品を載置するため、作動状況において水平に配置される回転自在のディスクと、前記中間製品の前記充填開口を囲んで配置することが可能であると共に、下面が平らであり、開口が設けられた回転自在の液体ホルダとを備え、その下面での液体ホルダの外径は前記中間製品の最小表面寸法よりも小さくなっている。

一実施形態において、前記ホルダは、対称軸に対して対称であり、前記ホルダは、該対称軸が前記ディスクの回転軸心と一致するように、配置することが可能である。

対称のホルダは、回転中にバランスがとれており、下側の中間製品に何ら振動を生じさせないという利点を有している。

ホルダは、例えば、２回、４回又は６回の対称性を有し、即ち、それぞれ角度２π／２、２π／４又は２π／６だけ回転するときに、ホルダはそれ自体不変である。

ホルダは回転対称であることが好ましい。本発明による装置の実施形態のホルダにおいて、前記ホルダの内部は、長手方向断面において下向きに広がる推移（progression)を示している。このような円錐形の推移は、ホルダの内壁に沿った液体の押上げが遠心力の結果として打ち消されるという利点をもたらしている。

本発明による装置の別の実施形態において、前記ホルダは、同ホルダを予備加圧下に前記中間製品上に配置するためのスプリング手段を備えており、それによりホルダの下面と中間製品との間の良好な機械的接触を向上させている。

有利な実施形態において、前記ホルダの下面には、前記ホルダの下面と前記中間製品との間に液密シールを提供するための封止手段が設けられている。

本発明は、図面を参照し、装置の実施形態に基づいて以下に明らかにされるであろう。

対応する部分は、図面において、同一参照数字で表わされている。

図１は、液体封入式太陽電池用の中間製品１を示しており、該中間製品１は、プレート状の作用電極２と、蒸気及び液密の周縁部３によりそこに付着されたプレート状の対向電極４とを備えている。この場合、作用電極２、対向電極４及び周縁部３は、液体を受け入れるためのスペース５を囲んでおり、対向電極４には充填開口６が配置されている。対向電極４上には、下向きに拡大すると共に、下側で開いている円錐形ホルダ７が充填開口６を取り囲んで配置されている。この場合、直径は、ホルダの外径が作用電極４の表面領域の外側に広がらず且つ充填開口６がホルダ７の開口内に完全に入るように選択されている。本発明に基づいてスペース５に電解液が充填されると、中間製品１及びホルダ７は、矢印８の通りに垂直回転軸線９を中心として同時に回転されることになる。その場合、液体がホルダ７及び中間製品１内に入れられ、矢印１１の通りの半径方向の遠心力の影響下で、液体はスペース５内に入り、同時に存在する空気が押し出されて、充填開口６を通り（矢印１２で示すように）逃げることになる。

図２は太陽電池用の中間製品に充填するための装置の充填器ヘッド１３を示している。この充填器ヘッド１３は、静止部及び回転自在部から組み立てられている。回転自在部は、特に、内部が下向きに広がった回転対称の円錐形液体ホルダ７から構成されており、該液体ホルダは、脚部１４と、インサートホルダ１６内に懸架されると共に連続軸方向孔１７を備えたインサート１５とを有しており、該軸方向孔１７は液体ホルダ７の中に開いている。静止部は、特に、ボルト２５で互いに固定される部材１８，１９から組み立てられると共に、上蓋２０により閉じられたハウジングから構成されている。この上蓋は、ボルト３２でハウジング１９に固定されると共に、液体入口開口２１を備えている。また、静止部は、ステータ３５内に収容されると共に下方の回転自在のシール３４と共同作用する上方の静止シール３３を備えている。インサートホルダ１６は、軸受２２でハウジング１８，１９に装着されており、液体ホルダ７は、装着フランジ２３及びボルト２４によりインサートホルダ１６に取り付けられている。脚部１４に形成されている出口開口２６は、加圧スプリング２７の所定圧力下に封入されると共に、上側にロックナット２８を備えたバルブ２９によって閉じられている。脚部１４は、多数のシール３０と、例えばゴムである適当な材料のキャリヤリング３１とを備えている。
本発明による充填装置において、充填器ヘッド１３は、液体ホルダ７の回転軸心９と水平に配置された回転自在のディスクもしくはターンテーブル（図示せず）のそれとが一致するような方法で、同ターンテーブルの上方で垂直方向に変位可能である。充填のため、中間製品１は、ターンテーブル上に載置され、その場合、中間製品１にある充填開口６がターンテーブルの回転中心の周りに広がるように注意が払われている。また、充填器ヘッド１３は、中間製品１の上に降下され、そこでバルブ２９及び閉止スプリング２７が押圧され、ターンテーブル、中間製品１及び充填器ヘッド１３の回転自在の諸部分を回転状態に設置した後、液体入口２１及び軸孔１７を介して供給される液体は、液体ホルダ７から出口開口２６及び充填開口６を経て中間製品１にあるスペース５に入れられ、そこで液体は図１の記載において上述した方法で広がることになる。充填器ヘッド１３の回転自在の諸部分は、充填器ヘッド１４にあるゴム製キャリヤリング３１によりターンテーブルと共に回転する中間製品１によって回転状態にされる。静止ピン３６は、ステータ３５及び上側のシール３３が回転しないようロックしている。軸受２２への液体の望ましくない漏洩を防止するため、インサート１５の上側部分に配設された回転自在の周縁３７と、ハウジング１９に接続された補完形状の共同作用する静止周縁３８とでラビリンスを形成しており、排水管３９が上蓋２０及びハウジング１９に配置されている。

この方法は、複数の中間製品の周辺が正多角形で、且つこれらの中間製品の充填開口が全てターンテーブルの中央に位置するように配置されていれば、これらの中間製品の同時充填の選択肢を提供することが分かるであろう。

円錐形状のホルダが上に配置されている、液体封入式太陽電池用の中間製品を示す概略垂直断面である。 太陽電池用の中間製品に充填するための装置の回転自在な液体ホルダを有する構成要素の一実施形態を示す簡略垂直断面である。

Claims (8)

1. 液体封入式光起電力素子用の中間製品（１）に液体を充填するための方法であって、前記中間製品（１）は、少なくとも１つのプレート状の作用電極（２）と、そこに蒸気及び液密の周縁部（３）により付着されたプレート状の対向電極（４）とを備え、前記作用電極（２）、対向電極（４）及び周縁部（３）の間に、液体を受けるためのスペース（５）が設けられており、
   （ｉ） 前記中間製品（１）を用意するステップと、
   （ｉｉ） 前記作用電極（２）又は前記対向電極（４）に所望の充填開口（６）を設けるステップと、
   を含んでいる方法において、
   （ｉｉｉ） 前記充填開口（６）が水平に置かれた回転自在のディスクの回転軸心を囲んで所定半径Ｒの円内で広がるように、前記中間製品（１）を、前記充填開口（６）を上方に向けて、前記ディスク上に配置するステップと、
   （ｉｖ） 平らな下面（１４）を有すると共に少なくとも内径２Ｒの開口（２６）を備えたホルダ（７）であって、前記下面（１４）での前記ホルダ（７）の外径が前記中間製品（１）の最小表面領域寸法よりも小さい前記ホルダを、前記中間製品の前記充填開口（６）を囲んで配置するステップと、
   （ｖ） 前記ホルダ（７）内に液体を導入すると共に、前記中間製品（１）にある前記スペース（５）が液体に作用する重力及び遠心力の影響下で該液体が充填されるように、ある回転速度である期間にわたり、前記ディスクを前記中間製品（１）並びにその上に配置された前記ホルダ（７）と共に回転させるステップと、
   （ｖｉ） 前記充填開口（６）を封止するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ステップ（ｉｖ）において配置するための前記ホルダ（７）は、前記中間製品上に予備加圧下で配置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップ（ｉｖ）において前記ホルダ（７）を配置している間、液密シール（３０）が前記ホルダ（７）の下面（１４）と前記中間製品との間に設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ステップ（ｖ）における前記回転速度は、少なくとも２０００ｒｐｍ（毎分回転数）に達することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ステップ（ｖ）における前記回転速度は、少なくとも４０００ｒｐｍ（毎分回転数）に達することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ステップ（ｖ）において前記ホルダ（７）内に液体を導入している間、前記ホルダ（７）中に脈動する小圧力が加えられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記小圧力は約１０ｋＰａに達することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記中間製品（１）は少なくとも１つのガラス基板を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。

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