JP4862315B2 - 色素増感型太陽電池 - Google Patents
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Description
まず、本発明の色素増感型太陽電池用封止材料について説明する。本発明の色素増感型太陽電池用封止材料は、少なくともエチレン性不飽和シラン化合物および重合用ポリエチレンを重合させてなるシラン変性樹脂を含有することを特徴とするものである。
まず、本発明に用いられるシラン変性樹脂について説明する。本発明に用いられるシラン変性樹脂は、エチレン性不飽和シラン化合物と重合用ポリエチレンとを重合させてなるものである。エチレン性不飽和シラン化合物および重合用ポリエチレンを重合させてなるシラン変性樹脂は、ハロゲン、溶媒、イオン性液体等の電解質に対しての耐性が良好なだけでなく、熱、水分などの外的複合要因により、色素増感型太陽電池用封止材と接するフィルム、透明導電層などの部材との界面にシラノール結合を形成する。これにより、電解質による低下がなく、高い密着性を維持することが可能となる。
次に、本発明に用いられる添加用ポリエチレンについて説明する。本発明の封止材料は、添加用ポリエチレンを含有することもできる。上記シラン変性樹脂はコストが高いため、シラン変性樹脂のみで封止材料を形成するよりも、シラン変性樹脂と、添加用ポリエチレンとを混合して封止材料を形成する方が、コスト的に有利であるからである。
次に、本発明に用いられる添加剤について説明する。本発明の封止材料は、必要により光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等の添加剤を含有していることが好ましい。光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤を添加することで長期にわたり安定した機械強度、接着強度、黄変防止、ひび割れ防止、優れた加工適性を得ることができるからである。
次に、本発明の色素増感型太陽電池用封止材料の物性について説明する。本発明の封止材料は、190℃でのメルトマスフローレートが0.5〜10g/10分であるものが好ましく、1〜8g/10分であるものがより好ましい。後述する保護材または封止材を製造する際の成形性、基材等との接着性等に優れるからである。
次に、本発明の色素増感型太陽電池用封止材料の製造方法について説明する。本発明の色素増感型太陽電池用封止材料の製造方法としては、例えば、押出し機のホッパー内に上記シラン変性樹脂、上記添加用ポリエチレン、添加剤等の混合物を投入し、シリンダ内で加熱溶融する方法等が挙げられる。これらの混合物の加熱溶融混合方法としては、特に限定するものはないが、一様に混ざるよう撹拌することが望ましい。また、加熱温度は、300℃以下が好ましく、さらには270℃以下が好ましい。上記シラン変成樹脂は、加熱によりシラノール基部分が架橋しゲル化しやすいので、上記範囲で溶融混合するのが好適である。
次に、本発明の色素増感型太陽電池用封止材について説明する。本発明の色素増感型太陽電池用封止材は、色素増感型太陽電池の基材と対向基材との間に設けられ、電解質層に含まれる電解質を封止するために用いられるものであって、上記色素増感型太陽電池用封止材料を用いたことを特徴とするものである。
以下、本発明の封止材の各構成について詳細に説明する。
x=Xd/100
で求められる値を用いる。なお、本発明における水蒸気透過率は、測定温度37.8℃、湿度90%RHの条件下で、MOCON社製の水蒸気透過率測定装置(PERMATRAN:機種名)により測定した値を用いるものである。
試験機:エー・アンド・ディー(A&D)株式会社製の引っ張り試験機〔機種名:テンシロン〕
測定角度:180°剥離
剥離速度:50mm/min
次に、本発明の色素増感型太陽電池用保護材について説明する。本発明の色素増感型太陽電池用保護材は、色素増感型太陽電池の周囲を保護するために用いられるものであって、上記色素増感型太陽電池用封止材料を用いたことを特徴とするものである。
以下、本発明の保護材の各構成について詳細に説明する。
次に、本発明の色素増感型太陽電池用積層体について説明する。本発明の色素増感型太陽電池用積層体は、上記色素増感型太陽電池用封止材料を用いて形成される色素増感型太陽電池用保護材が、基体上に積層されてなることを特徴とするものである。
次に、本発明の色素増感型太陽電池について説明する。本発明の色素増感型太陽電池は、上記色素増感型太陽電池用封止材、上記色素増感型太陽電池用保護材または上記色素増感型太陽電池用積層体を用いたことを特徴とするものである。
まず、第一態様の色素増感型太陽電池について説明する。本態様の色素増感型太陽電池は、上記「B.色素増感型太陽電池用封止材」に記載した封止材を用いてなるものである。
次に、本発明における第二態様の色素増感型太陽電池について説明する。本態様の色素増感型太陽電池は、上記「C.色素増感型太陽電池用保護材」に記載した保護材を用いてなるものである。
次に、本発明における第三態様の色素増感型太陽電池について説明する。本態様の色素増感型太陽電池は、上記「D.色素増感型太陽電池用積層体」に記載した積層体を用いてなるものである。
密度0.898g/cm3の直鎖状低密度ポリエチレン98重量部に対し、ビニルトリメロキシシラン2重量部、ラジカル発生剤を混合し、グラフト重合によりシラン変性樹脂を得た。得られたシラン変性樹脂100重量部に対して紫外線吸収剤、光安定化剤、熱安定化剤からなる耐候剤マスターバッチ5重量部を混合し、封止材料を得た。
実施例1で作製した封止材料シートと日本板硝子社製FTOガラス基材のフッソドープ酸化スズ面(FTO面)とを貼り合せて、真空ラミネーターにより150℃10分加熱しラミネートすることによりFTOガラス基材上に封止材を接着させ、積層体を得た。
実施例2において、FTOガラスのガラス面と、実施例1で作製した封止材料シートとを接着させた以外は実施例2と同様に実施した。1ヶ月の保存試験後のガラス面と封止材料シートとの密着強度を測定したところ、ピーク強度25.9N(シート巾:15mm)で基材破断であり、保存試験後も十分な密着力が保持されていた。
実施例2において、FTOガラスをPETフィルム上に透明導電膜としてITO膜が形成されたITO−PET基材(トービ社製110B−125N(表面抵抗値10Ω/□))に替え、封止材料シートとの貼り合せ面をITO面に替えたこと以外は、実施例2と同様に実施した。1ヶ月の保存試験後のITO面と封止材料シートとの密着強度を測定したところ、ピーク強度23.2N(シート巾:15mm)で基材破断であり、保存試験後も十分な密着力が保持されていた。
実施例4において、ITO−PET基材のITO膜が形成されていない面をコロナ処理し、コロナ処理面と、実施例1で作製した封止材料シートとを接着させた以外は実施例4と同様に実施した。1ヶ月の保存試験後のコロナ処理面と封止材料シートとの密着強度を測定したところ、20.5N(シート巾:15mm)であり、保存試験後も十分な密着力が保持されていた。
厚さ12μmの両面コロナ処理された、2軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(以下、PETフィルム)に酸化珪素をプラズマ化学気相成長法により80nmの蒸着層を設け、酸化珪素積層フィルムを作製した。一方、ポリプロピレン樹脂に、白色化剤としての酸化チタンおよび紫外線吸収剤、光安定化剤とを添加したポリプロピレン樹脂組成物を調整し、Tダイ押出し機により溶融押出し成形して、厚さ80μmの無延伸ポリプロピレンフィルムを作製し、さらに両面にコロナ放電処理を施した。
ラミネート後の裏面側積層体の水蒸気透過率を測定したところ、0.078g/m2/dayであった。
別基材として、厚さ100μmの旭硝子社製ETFEフィルム(AFLEX)を用意し、実施例6と同様にTダイ押出し機を用いて溶融押出し法によりETFEフィルム上へ保護材の厚みが50μmとなるように押出しラミネーションを行うことで、厚さ150μmの前面側積層体を作製した。最後にETFEフィルムと保護材との密着性を向上させるために真空ラミネーターにて150℃10分間ラミネート処理を行った。
ラミネート後の前面側積層体の水蒸気透過率を測定したところ、3.3g/m2/dayであった。また、全光線透過率は93.5%と良好な結果であった。
実施例6および7で作製した積層体をいずれも5cm×7cmに切り取り、双方の保護材が対向するように配置し、実施例1で作製した封止材料を用いて、150℃で3辺を5mm巾でシールした。その後、実施例1で使用した電解液を5mL注入し、上記封止材料を用いて、150℃で残り1辺を5mm巾でシールした。その後、試験体を60℃に設定したオーブン中に1ヶ月間保存した。
1ヶ月後においても、電解液の漏出などなく、シール部の剥離なども認められなかった。
また試験体の1辺を開封し電解液を除去した後、裏面側積層体および前面側積層体に分離した。
裏面側積層体において、1ヶ月保存試験後も無延伸ポリプロピレンとPETフィルムおよび無延伸ポリプロピレンと保護材との間に剥離は認められなかった。一方、前面側積層体において、1ヶ月保存試験後もETFEフィルムと保護材との間に剥離は認められなかった。
(色素増感型太陽電池用基材および対向電極基材の形成)
まず、一次粒子径が15nmの酸化チタン(TiO2)微粒子(昭和電工社製のF−
5)を、水とtert−ブチルアルコールとの混液中にホモジナイザーを用いて分散させて前記のTiO2微粒子を20.5質量%含有する塗布液(スラリー)を調製した。
次いで、第一電極層としてITO層が形成された透明導電フィルム110B−125N(トービ社製)を用意し、上記のスラリーをドクターブレード法によりITO層上に塗布し、その後150℃で30分間乾燥して、ITO層上に多孔質の酸化物半導体層(TiO2層)を設け、膜厚8μmの色素増感型太陽電池用基材を得た。
次に、色素増感剤としてのルテニウム錯体(ペクセルテクノロジーズ社製PECD07)をその濃度が3×10−4mol/lとなるようにエタノールに溶解させた色素担持用塗工液を用意し、上述の色素増感型太陽電池用基材をこの色素担持用塗工液中に浸漬して、液温40℃の条件下で1時間放置した。次いで、上述の色素増感型太陽電池用基材を色素担持用塗工液から引き上げ、酸化物半導体層に付着した色素担持用塗工液を風乾させた。これにより、色素増感型太陽電池用基材に色素を担持させた。
この後、平面視したときに上述した色素増感型太陽電池用基材が1cm×1cmの正方形となるようにトリミングを行った。
次に、上述の透明導電フィルムのITO面上に白金薄膜(膜厚50nm)をスパッタリング法によって形成して、対向電極基材を得た。
(封止工程)
実施例1で作製した封止材料シートを、1cm×1cmの色素増感型太陽電池用基材の外縁部を3mm巾で封止可能な矩形枠状に加工した。
その後、上記色素増感型太陽電池用基材の酸化物半導体層と、上記対向電極基材の白金薄膜とを対向させ、その間に上記矩形枠状の封止材を配置し、上記矩形枠部分のみ加熱できるようなヒートシールバーを有するヒートシーラーにより、両者を貼り合せた。
(電解液注入工程)
電極基材Bに予め空けた2つの注入孔より実施例1で用いた電解液を注入し、最後に実施例1で作製した封止材料により注入孔を封止し、色素増感型太陽電池を得た。
得られた色素増感型太陽電池の性能を測定するにあたり、擬似太陽光(AM1.5、照
射強度100mW/cm2 )を光源として用いたときの電流電圧特性を、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)により測定した。その結果、電池特性としての変換効率は4.3%であった。その後、85℃85RH%の恒温恒湿槽により環境試験を実施し、1000時間経過後の性能評価を実施したところ、変換効率は4.1%と効率低下率は4.7%であった。
実施例6で作製した裏面側積層体および実施例7で作製した前面側積層体を用い、実施例9で作製した色素増感型太陽電池の対向基板側および基板側に設置し、色素増感型太陽電池を得た。
その後、85℃85RH%の恒温恒湿槽により環境試験を実施し、1000時間経過後の性能評価を実施したところ、変換効率は4.3%と効率低下率は0%であった。
2 … 第一電極層
3 … 酸化物半導体層
4 … 色素増感型太陽電池用基材
5 … 対向基材
6 … 第二電極層
7 … 対向電極基材
8 … 電解質層
9 … 封止材
10 … 色素増感型太陽電池
11 … 保護材
12 … 別基材
Claims (1)
- 色素増感型太陽電池の基材と対向基材との間に設けられ、電解質層に含まれる電解質を封止するために用いられる色素増感型太陽電池用封止材と、色素増感型太陽電池の周囲を保護するために用いられる色素増感型太陽電池用保護材とを有し、
前記色素増感型太陽電池用封止材および前記色素増感型太陽電池用保護材が、少なくともエチレン性不飽和シラン化合物および重合用ポリエチレンを重合させてなるシラン変性樹脂を含有することを特徴とする色素増感型太陽電池。
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