JP5375804B2 - 電気化学セルの製造方法 - Google Patents

電気化学セルの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5375804B2
JP5375804B2 JP2010263544A JP2010263544A JP5375804B2 JP 5375804 B2 JP5375804 B2 JP 5375804B2 JP 2010263544 A JP2010263544 A JP 2010263544A JP 2010263544 A JP2010263544 A JP 2010263544A JP 5375804 B2 JP5375804 B2 JP 5375804B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal oxide
layer
electrochemical cell
conductive layer
oxide layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010263544A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2011077049A (ja
Inventor
マクレガー バリー
方哉 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of JP2011077049A publication Critical patent/JP2011077049A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5375804B2 publication Critical patent/JP5375804B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1506—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect caused by electrodeposition, e.g. electrolytic deposition of an inorganic material on or close to an electrode
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/1533—Constructional details structural features not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/02—Materials and properties organic material
    • G02F2202/022—Materials and properties organic material polymeric
    • G02F2202/023—Materials and properties organic material polymeric curable
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/04—Materials and properties dye
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2081—Serial interconnection of cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/13—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing
    • H10K71/135—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing using ink-jet printing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、電気化学セルの構造及び製造方法に関する。
国際エネルギー機関の「Ｗｏｒｌｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｏｕｔｌｏｏｋ」では、世界の一
次エネルギーの需要は、２０００年から２０３０年までに年率平均１．７％で増加すると
予測している。また、化石燃料がこの需要の９０パーセントをまかなうと予想している。
その結果、二酸化炭素の増加は、２０００年から２０３０年までに平均年率１．８％にな
り、２０３０年には３８０億トンに到達することになる。太陽電池を含む、よりクリーン
で再生可能なエネルギー源は、この増加する汚染傾向の対抗策として長く期待されてきた
。改良型のシリコンによる太陽電池は、現在広く市販されているが、高い生産費、耐性の
不足、及び大きな表面露出要件に起因する視覚公害の理由から、その普及は遅れている。
色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）は結晶系太陽電池より製造コストが安く、結晶系太陽電
池の代替品である。しかしながら、ＤＳＳＣは、結晶系太陽電池よりも効率が悪い。従っ
て、ＤＳＳＣは、効果的な発電機となるためには、かなりの被覆面積を要する。
Ｍ．Ｇｒａｔｚｅｌ氏等による米国特許第４，９２７，７２１号明細書（特許文献１）
の「Ｐｈｏｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ（光電気化学セル）」は、
典型的なＤＳＳＣを開示している。図１に示すように、ＤＳＳＣ１０は、第１透明絶縁層
１、第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層２、二酸化チタン（ＴｉＯ2）透明金属酸化
物層３、増感剤（色素）の分子単層４、電解液層５、第２透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電
極層６、及び第２透明絶縁層７から成る。
ＤＳＳＣは、可視光線を直接吸収することによって電荷を発生させる。大抵の金属酸化
物は、電磁波スペクトラムの主に紫外線領域の光を吸収するため、増感剤（色素）４は、
太陽電池の光吸収範囲を可視光線領域まで広げるために、金属酸化物層３の表面上に吸収
される。
金属酸化物層３および増感剤(色素)層４の吸収可能な光量を増加させるため、少なくと
も金属酸化物層３の一部は、多孔質となっており、金属酸化物層３の表面領域を拡大して
いる。この拡大された表面領域は、増感剤（色素）４の増加量に対応し、光吸収を増加さ
せ、ＤＳＳＣのエネルギー変換効率を１０％以上に向上させる。
エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）は、比較的新しい電気化学的双安定ディ
スプレイである。この応用は、ＤＳＳＣとは異なるが、これらのデバイスは、図１に示す
ように、多くの物理的特性を共有し、デバイスに電流又は電圧を印加した場合に可逆的に
色変化をするエレクトロクロミック材層によって増感剤（色素）層４を交換するため、酸
化状態では透明になり、還元状態では着色される。
第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層２に充分な負電位を印加すると、第２透明導電
性酸化物（ＴＣＯ）電極層６がグラウンド電位で維持される一方、金属酸化半導体層３の
伝導帯に電子が注入され、吸収分子量を減少させる（着色プロセス）。これとは逆のプロ
セスは、第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層６に正電位を印加して、分子が漂白（透
明）される場合に行われる。
平面基板上の単一のエレクトロクロミック単分子層は、漂白状態と非漂白状態との間の
強い色コントラストをもたらすほど充分な光を吸収しない。従って、非常に多孔質で、表
面積の大きい非結晶金属酸化物層３を使用し、より大きい効果的な表面積を、非結晶金属
酸化物層３上に結合される電子系発色団に供給することによって、非漂白状態での光吸収
を促進する。光は、分厚い金属酸化物層３を通り抜ける際に、増感剤(色素)４によって着
色された数百の単分子層に、強く吸収されながら交差する。
両電気化学デバイスの構造が類似しているため、ＤＳＳＣの製造方法のみを例として説
明する。同様に、本プロセスは、ＥＤＣ製造のわずかな変形例にも適用される。
図１に図示されるＤＳＳＣを製造するため、例えば、高粘度のペーストをスクリーン印
刷、ドクターブレード法、スパッタリング、又はスプレー塗装などのいくつかの技術のう
ちのいずれか１つを用いて処理し、厚さ数ミクロンの金属酸化物層３を、第１透明導電性
酸化物（ＴＣＯ）電極層２上に形成させる。典型的なペーストは、水又は有機溶媒をベー
スとした金属酸化物ナノ粒子懸濁液（直径５−５００ｎｍ）、典型的には二酸化チタン（
ＴｉＯ2）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）などの粘度改良バインダ、及びＴｒｉｔ
ｏｎ−Ｘなどの界面活性剤から通常成る。形成後、ペーストは乾燥されて溶媒が除去され
、その後、４５０Ｔまでの温度で焼結される。この高温度プロセスは、金属酸化物粒子の
寸法及び密度を調整し、ポリエステルグリコール（ＰＥＧ）などの有機バインダ成分の除
去を確実にするため、良好な導電性パス及びしっかりした物質多孔性を提供する。焼結は
また、金属酸化物粒子と第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層２との間に良好な電気的
コンタクトを提供する。
乾燥及び冷却後、多孔性金属酸化物層３は、低濃度（≦１ｍＭ）の増感剤（色素）溶媒
に長時間、通常は２４時間浸されることによって、増感剤（色素）４でコーティングされ
、カルボン酸誘導体から通常成る機能的なリガンド構造を介し、金属酸化物層３への増感
剤（色素）４の吸収を可能にする。水溶媒は金属酸化物層３の表面への増感剤（色素）４
の吸収を抑制するため、このプロセスに使用される典型的な溶剤は、アセトニトリル又は
エタノールである。
続いて、上面に形成された多孔性金属酸化物層３及びその上に形成された増感剤（色素
）層４を有する第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層２は、第２透明導電性酸化物（Ｔ
ＣＯ）電極層６と組み合わせられる。両電極層２，６は、電解液層５を充填する前に、ス
ペーサ誘導カプセル材を用いて重ね合わされ、電極間に少なくとも１０μｍの間隙をつく
る。スペーサ材は、カプセルシールを提供する熱可塑性のものが通常である。有機溶媒中
のヨウ化物塩／三ヨウ化物塩が通常である電解液層５が導入されると、水の進入及びそれ
によるデバイスの劣化を防ぐために、残留する隙間を熱可塑性ガスケット、エポキシ樹脂
、又はＵＶ硬化樹脂のうちのいずれかで塞ぐことによって、ＤＳＳＣが完成される。
ＤＳＳＣ製造に使用される物質のうち、全てではないにしてもその殆どが、結晶系太陽
電池の製造に伴う高価な真空プロセスの必要性を除去し、空中且つ大気圧下の状態で取り
扱われる。その結果、結晶系太陽電池よりもＤＳＳＣを安価に製造することができる。
ＥＣＤ製造プロセスは、ＤＳＳＣ製造プロセスと非常に類似している。多孔性金属酸化
物層３は、多くの場合、所望の電極電導イメージを提供するために、スクリーン印刷によ
ってパターン化され、選択された領域の着色又は漂白によってデバイスが情報を伝達でき
るようにする。さらに、増感剤（色素）層４は、吸収された電子系発色団層と置き換えら
れる。さらに、焼結金属酸化物の大粒子が通常である透過性拡散反射層を、第１及び第２
電極層２，６間に配置し、視覚イメージコントラストを強めることができる。
Ｈ Ｈｏｆｆｍａｎｎ氏による米国特許第５，８３０，５９７号明細書（特許文献２）
「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ Ｐｈ
ｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ（光化学電池）」もまた、ＤＳＳＣ１００を開示して
いる。図２に図示されるように、ＤＳＳＣ１００は、ガラス又はプラスチック製の第１基
板１０１、第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１０２、二酸化チタン（ＴｉＯ2）層１０
３、色素層１０４、電解液層１０５、第２透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層１０６、ガラス
又はプラスチック製の第２基板１０７、及び絶縁ウェブ１０８，１０９から成る。絶縁ウ
ェブ１０８，１０９は、ＤＳＳＣ中の個々の電池１１０を形成する。
絶縁ウェブ１０８，１０９間に形成された単一の電池１１０は、絶縁ウェブ１０８，１
０９間に形成された隣接の単一の電池１１０とは異なる。これは、ＴｉＯ2層１０３及び
電解液層１０５が、それぞれの隣接する個々の電池１１０の中において置き換えられてい
るからである。異なる層を交互に区分することによって、導電層１０２，１０６から導電
層１１１を形成し、各導電層１１１は、単一の電池１１０の陽（陰）極と隣接する単一の
電池の陰（陽）極とを接続する。結果として得られる構造は、多層構造の組み入れを要さ
ずに、全体的なＤＳＳＣ出力電圧を増加させる手段を提供する。
「Ｈ Ｌｉｎｄｓｔｒｏｍ氏その他によるＮａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００１、Ｖｏ
ｌ．１、９７頁から１００頁、「Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔ
ｕｒｉｎｇ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｎ Ｐｌａｓｔ
ｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ（プラスチック基板上のナノ構造電極の新規製造方法）」（
非特許文献１）では、ＰＥＴでコーティングされたＩＴＯの導電性プラスチック基板上の
酸化チタン（ＴｉＯ2）膜製造を開示している。スペクトルグレードエタノールと混合し
たＴｉＯ2粉末のＴｉＯ2懸濁液は、ドクターブレード法によってプラスチック基板上に形
成させる。エタノールは空中に蒸発し、乾燥した粒子層となる。続いて、速度約１ｍ／ｓ
、ローラー圧力４００ｋＮ／ｍ、及び温度２０℃にて、基板を２つの協働ローラー間に通
すことによって、基板を圧縮する。最後に、基板は、増感剤溶媒中に所定時間浸される。
Ｋ Ｃｈｉｔｔｉｂａｂｕ氏等による米国特許出願公開第号２００４／００２５９３４
号明細書（特許文献３）の「低温下のナノ粒子相互結合」では、薄膜太陽電池を製造する
ために、３００℃未満の温度及び室内圧力下においてナノ粒子を結合させるポリマー結合
剤（ポリリンカー）を開示している。ポリリンカーは、溶剤中にポリリンカーを分散させ
、ナノ粒子との接触を促進させるのが好ましい。
米国特許第４，９２７，７２１号明細書 米国特許第５，８３０，５９７号明細書 米国特許出願公開第２００４／００２５９３４号明細書
Ｈ Ｌｉｎｄｓｔｒｏｍ氏その他によるＮａｎｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２００１、Ｖｏｌ．１、９７頁から１００頁、「Ａ Ｎｅｗ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｎ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ（プラスチック基板上のナノ構造電極の新規製造方法）
入射光子の電力への交換効率を向上させ、また、ＤＳＳＣの性能の安定性／再現性を調
整するためには、金属酸化物層の物理的特性、ひいては増感剤（色素）分子の吸収を精密
に調整することが重要である。しかしながら、スクリーン印刷を用いた金属酸化物層の製
造は、粘性ペーストから完全にガスを抜くことができないために生じる、詰まった又は汚
れたスクリーンセルの残留、基板表面からの分離の際のスクリーンへの粘着、及び閉じ込
められた気泡の乾燥時の膨張によって、膜厚±５％の変動を生じさせる。ドクターブレー
ド法などの他の方法もまた、大幅な空間的な偏差なしに明確な厚さの金属酸化物層を提供
することができないという欠点がある。従って、その結果生じる多孔率及び膜質の偏差は
、金属酸化物層全体に起こり、ＤＳＳＣ及びＥＣＤそれぞれの効率性及び画質を低下させ
ることになる。
ＥＣＤの場合、より高い画質のためにさらに精密な金属酸化物層機能を製造するための
要件、つまり、画素構成された表示部の１インチあたりのドット数（ｄｐｉ）を増加させ
るための要件によって、スクリーン印刷の要求は、深刻化している。ｄｐｉが増加するに
つれ、スクリーンメッシュの寸法がメッシュ分割幅に近づくため、最小の加工寸法が限ら
れてくる。
その結果、上述した製造技術を用いた、機能的に増感された分厚い多孔性の金属酸化物
層に基づく電気化学デバイスの製造は、ＤＳＳＣ及びＥＣＤに関しては、デバイスの再現
性及び大型デバイス製造への適応性の観点から、不適当である。
本発明は、従来技術の電気化学セル（ＤＳＳＣ及びＥＣＤに利用される）製造における
上述した問題を解決し、電気化学セル製造における効率を向上させ、コスト削減を目的と
する。また、本発明は、高温の工程を要さずに、金属酸化物層の製造を可能にすることを
目的とする。従って、プラスチック基板の使用を可能にする。
本発明の一態様における電気化学セルの製造方法は、インクジェット法によって金属酸化物の原料を含む液体を噴射し、前記金属酸化物を形成する第１の工程と、インクジェット法によって前記金属酸化物の上に色素を形成する第２の工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の第１実施例では、金属酸化物粒子及びバインダを有する電気化学セルのための金属酸化物層の製造方法が提供されている。製造方法は、金属酸化物の層を形成する工程と、前記金属酸化物の層の上にポリマー結合剤を形成する工程とを含む。

ある実施例では、製造方法は、前記金属酸化物の層から溶媒を蒸発させる工程をさらに
含む。他の実施例では、前記溶媒を蒸発させるステップは、前記ポリマー結合剤を形成す
る工程の前に行われる。他の実施例では、前記溶媒を蒸発させるステップは、前記ポリマ
ー結合剤を形成する工程の後に行われる。他の実施例では、前記金属酸化物の層は、イン
クジェット印刷によって形成され、前記ポリマー結合剤は、インクジェット印刷によって
形成される。他の実施例では、前記金属酸化物の層は、１ステップで形成される。他の実
施例では、前記金属酸化物の層は、インクジェット印刷間での乾燥プロセスなしで形成さ
れる。他の実施例では、前記ポリマー結合剤は、ポリ（ｎ−ブチルチタネート）から成る
。他の実施例では、前記金属酸化物層は、互いに間隔をあけて隣接した複数の金属酸化物
セルから成る。
本発明の第２実施例では、電気化学セルの製造方法が提供されている。製造方法は、複
数の隣接した前記金属酸化物セルのそれぞれを取り囲む第１導電層上に分離手段を形成す
る工程をさらに含む。他の実施例では、前記電解液と前記第２導電層との間に電極触媒層
を設ける工程をさらに含む。他の実施例では、第１絶縁基板上に前記第１導電層を形成す
る工程をさらに含み、前記第１絶縁基板及び前記金属酸化物層は、前記第１導電層の対側
に設けられる。他の実施例では、第２絶縁基板上に前記第２導電層を形成する工程をさら
に含み、前記第２絶縁基板及び前記電解液は、前記第２導電層の対側に設けられる。
本発明の第３実施例では、電気化学セルのための金属酸化物層の製造方法が提供されて
いる。製造方法は、互いに間隔をあけて隣接した複数の金属酸化物セルから成る金属酸化
物層を形成する工程と、前記金属酸化物層に圧力を与える工程とを含む。他の実施例では
、前記圧力は、２００ｋｇ／ｃｍ2以上であり、室温下で与えられる。
本発明の第４実施例では、電気化学セルが製造方法が提供されている。製造方法は、第
１導電層を形成する工程と、前記金属酸化物層を前記第１導電層上に形成する工程と、前
記金属酸化物層上に機能性色素層を形成する工程と、第２導電層を形成する工程と、前記
機能性色素層と前記第２導電層との間に電解液を設ける工程とを含み、第１導電層及び第
２導電層のうちの少なくとも１つは、透明である。
ある実施例では、製造方法は、複数の隣接した前記金属酸化物セルのそれぞれを取り囲
む第１導電層上に分離手段を形成する工程をさらに含む。他の実施例では、前記金属酸化
物層は、前記第１導電層上にインクジェット印刷される。他の実施例では、前記金属酸化
物層は、１ステップで前記第１導電層上にインクジェット印刷される。他の実施例では、
前記金属酸化物層は、インクジェット印刷間での乾燥プロセスなしで前記第１導電層上に
インクジェット印刷される。
他の実施例では、製造方法は、前記電解液と前記第２導電層との間に電極触媒層を設け
る工程をさらに含む。他の実施例では、第１絶縁基板上の前記第１導電層を形成する工程
をさらに含み、前記第１絶縁基板及び前記金属酸化物層は、前記第１導電層の対側に設け
られる。他の実施例では、第２絶縁基板上の前記第２導電層を形成する工程をさらに含み
、前記第２絶縁基板及び前記電解液は、前記第２導電層の対側に設けられる。他の実施例
では、前記第１絶縁基板はプラスチックである。他の実施例では、前記第１絶縁基板はＰ
ＥＴ又はＰＥＮである。
本発明の第５実施例では、電気化学セルが提供される。電気化学セルは、第１導電層と
、前記第１導電層上に形成され、金属酸化物粒子及びバインダから成る金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上に形成される機能性色素層と、第２導電層と、前記機能性色素層と前
記第２導電層との間の電解液とを備え、前記第１導電層及び前記第２導電層のうち少なく
とも１つは、透明である。
ある実施例では、前記金属酸化物層は、互いに間隔をあけて隣接した複数の金属酸化物
セルから成る。他の実施例では、複数の隣接した前記金属酸化物セルのそれぞれを取り囲
む前記第１導電層上に形成される分離手段をさらに備える。他の実施例では、前記分離手
段は、ポリマーパターンである。尾他の実施例では、前記分離手段は、ポリイミドパター
ンである。他の実施例では、少なくとも前記分離手段の部分は、疎水性及び／又は疎油性
であり、前記第１導電層は、親水性及び／又は親油性である。
さらに他の実施例では、前記分離手段は、前記第１導電層上でセルのマトリックスを形
成する。他の実施例では、各前記金属酸化物セルは、略正方形、略円形、略六角形、又は
略長方形である。他の実施例では、前記分離手段はバンクである。
他の実施例では、前記電解液と前記第２導電層との間に電極触媒層をさらに備える。他
の実施例では、前記電極触媒層は、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウ
ム、又はオスミウムのいずれか１つである。他の実施例では、前記金属酸化物層と反対の
前記第１導電層の側面上に第１絶縁基板をさらに備える。他の実施例では、前記電解液と
反対の前記第２導電層の側面上に第２絶縁基板をさらに備える。他の実施例では、前記第
１絶縁基板及び前記第２絶縁基板の少なくとも１つは、ガラス又はプラスチックである。
他の実施例では、前記金属酸化物層は、半導体である。他の実施例では、前記金属酸化
物層は、二酸化チタン層であるほかの実施例では、前記金属酸化物層は、金属酸化物粒子
から成り、前記機能性色素層は、前記金属酸化物層の表面上に形成される。他の実施例で
は、前記第１導電層及び前記第２導電層は、連続する層である。他の実施例では、前記第
１導電層は、透明導電性酸化物層である。他の実施例では、前記第２導電層は、透明導電
性酸化物層である。さらに他の実施例では、前記電気化学セルは、色素増感太陽電池であ
る。さらに他の実施例では、前記電気化学セルは、エレクトロクロミックディスプレイで
ある。さらに他の実施例では、前記機能性色素層は、電子系発色団層である。
インクジェット印刷を利用した、本発明における電気化学セルの製造方法は、フォーマ
ットのスケーリング（拡大縮小）にマシンハードウェアの再投資を要さないため、スクリ
ーン印刷製造より有利である。これは、インクジェット製造は、ソフトウェアによって制
御され、このソフトウェアは、新しいスクリーンの発注費用を要さずに再設定することが
できる。また、パターン化されたスクリーンは、およそ１００回の使用しか持ちこたえな
いため、インクジェットヘッドは、パターン化されたスクリーンに比べて、かなりの耐久
性がある。
さらに、インクジェット製造によって可能となったドロップオンデマンドの配置は、ス
クリーン印刷より無駄が少ない。従来のインクジェットのオーバーライト方式では、形成
した各層は乾燥後にその上に印刷され、厚く形成している場合、破断のない金属酸化物層
を製造するために、所望の形成厚さを提供するために大量の液体を密閉領域に投与するイ
ンクジェットの塗りつぶし技術が用いられる。さらに、塗りつぶしのために利用される表
面閉じ込め処理は、バンク構造を利用し、長い範囲にわたって均一の物質分布を可能にし
、その結果、均一で反復可能な性能を可能にする。また、低温プロセスの利用によって、
フレキシブルプラスチック基板の使用が可能になる。
典型的な従来の色素増感太陽電池（ＤＳＳＣ）を示す図である。 従来のＤＳＳＣのさらなる例を示す図である。 本発明による電気化学セルを示す図である。 本発明による電気化学セルの製造過程のフローチャートである。
本発明は、色素増感太陽電池やエレクトロクロミックディスプレイなどの電気化学セル
に関する。図３を参照する。本発明の単一の電気化学セル４００は、第１透明絶縁層４０
１、第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層４０２、金属酸化物層４０３、増感剤（色素
）／エレクトロクロミック材層４０４、電解液層４０５、第２ＴＣＯ電極層４０６、及び
第２透明絶縁層４０７から成る。
第１及び第２透明絶縁層４０１，４０７は、ガラス又はプラスチックが好ましい。金属
酸化物層４０３は、二酸化チタン（ＴｉＯ2）が好ましく、半導体である。
金属酸化物層４０３は、その表面上の増感剤（色素）／エレクトロクロミック材層４０
４の均質な粘着を促進する物質であるのが好ましい。また、金属酸化物層４０３は、適度
に光伝導性を有するべきである。５００ｎｍ以上の粒子は、光を通さないと予想され、通
常、本発明に適さないとされる。そのような大粒子は、インクジェットノズルを詰まらせ
る原因にもなる。
本発明の第１実施例において、バンク構造４０１は、金属酸化物層４０３の塗布前に、
第１ＴＣＯ層４０２上に形成され、金属酸化物層４０３は、分離されたセルから形成され
る。１つの実施例において、バンク構造４１０は、ポリマー又はポリイミドから形成され
てもよい。
バンク構造は、金属酸化物層４０３の形成に使用される金属酸化物インクの特質によっ
て、ある部分は疎水性及び／又は疎油性である一方、ＴＣＯ層４０２は、親水性及び／又
は親油性であることが好ましい。
バンク構造４１０は、第１ＴＣＯ層４０２上の各画素のマトリックスを形成する任意の
所望の形状をとることができ、金属酸化物がバンク構造を超えて短絡を生じさせないよう
に、上記構造の中で分離された金属酸化物セルが形成される。
電気化学セルがＥＣＤの場合、画像形成を制御するために、全ての金属酸化物セル（ピ
クセル）が電気的に互いに分離されていることが不可欠である。電気化学セルがＤＳＳＣ
の場合には、金属酸化物セルを電気的に絶縁する必要はないが、金属酸化物の均一な分散
を能動素子範囲全体で維持することが望ましい。
ＥＣＤ電気化学セルは、複数の微小電気化学セルから成ると考えることもでき、異なる
微小電気化学セルは、異なる有色の電子系発色団の層４０４を有していてもよい。各微小
電気化学セルは、ＥＣＤを共に形成する他の微小電気化学セルから、バンク構造によって
分離されている。各微小電気化学セルは、２０μｍから５００μｍの範囲であることが好
ましい。
本発明のさらなる実施例において、電解液層４０５と第２ＴＣＯ層４０８との間に電極
触媒層を形成することができる。電極触媒層は、２ｎｍ以上の厚さが好ましく、電解液再
生を増進するために選択される。ＤＳＳＣの場合、効果的な電極触媒は、白金、ルテニウ
ム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、又はオスミウムの白金族から選択されることが
できる。電極触媒層を使用することによって、本発明の電気化学セルの全体的性能を向上
させることができる。
バンク構造４１０によって、連続した金属酸化物層４０３に比べて、破断することなし
に曲げ応力に順応する金属酸化物層４０３の順応力が増強される。これによって、プラス
チック基板などのフレキシブル基板の活用が可能になる。しかしながら、基板がポリエチ
レンテレフレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのプラスチック
の場合、低温製造プロセスが必要になる。
本発明はまた、本発明による電気化学セル４００の製造方法に関する。図４は、本発明
による電気化学セル４００の製造過程のフローチャートである。
図４ａに示されるように、ＴＣＯ層４０２は、第１透明絶縁層４０１上に形成される。
ＴＣＯ層４０２は、８〜１０Ω／ｓｑのシート抵抗値を有し、酸化インジウムスズ又はフ
ッ素をドープした酸化スズから成ることが好ましい。高温焼結段階が行われる場合、フッ
素をドープした酸化スズは、不活性であるので好ましい。
その後、図４に示されるように、バンク構造４１０は、ＴＣＯ層上に組み立てられる。
本発明の第１実施例では、バンク構造４１０は、正方形ピクセルのマトリックスを形成す
る。ＴＣＯ層４０２上にバンク構造を形成するために、光反応性アクリルポリマー原料物
質をＴＣＯ層４０２上に塗装し、乾燥させる。続いて、ピクセルのマトリックス形状のマ
スクを、ＴＣＯ層４０２上に塗布する。紫外（ＵＶ）光は、マスクを介して照射され、露
光領域におけるアクリルポリマーの相互結合を起こす。非露光領域は、化学現像方法によ
って除去され、バンク構造４１０は、１３０℃にて熱的に処理される。
バンク構造４１０を有するＴＣＯ層４０２は、続いて、酸素又は酸素及び四フッ化炭素
プラズマにより処理され、露光領域に残留するポリイミドが除去される。その後、四フッ
化炭素（ＣＦ４）プラズマ処理がなされ、ＴＣＯ層表面が親水性に維持される一方、アク
リルポリマーのバンク構造４１０は疎水性になる。
続いて、金属酸化物層４０３は、その上にバンク構造が形成されたＴＣＯ層４０２上に
インクジェット印刷される。図４ｃに示されるように、金属酸化物インクは、分離された
各ピクセル内に噴射され、金属酸化物層４０３を形成する。二酸化チタン（ＴｉＯ2）を
有する水溶性コロイドのインクの使用が好ましい。
低温製造プロセスが要求される場合、ポリマー結合材は、水溶性コロイド二酸化チタン
と共に活用することができ、金属酸化物インクのナノ粒子が相互結合される。ある実施例
では、二酸化チタン（ＴｉＯ2）は、金属酸化物として使用され、ポリ（ｎ−ブチルチタ
ネート）は、ポリマー結合剤溶媒として使用される。ポリ（ｎ−ブチルチタネート）ポリ
リンカーは、ブトキシ反応基を有する分岐した−Ｔｉ−Ｏ−Ｔｉ−Ｏ骨格構造を含む。ポ
リマー結合剤の安定粒子は、二酸化チタンのナノ粒子間のバインダとして残留する。従っ
て、金属酸化物層は、金属酸化物粒子及びバインダから成る。
金属酸化物粒子から成る金属酸化物インクは、バンク構造４１０の各ピクセル内に噴射
される。金属酸化物インクの溶剤蒸発後、金属酸化物粒子の層が残るように、ポリマー結
合剤溶媒は、金属酸化物粒子層の上層部にて各ピクセル内に噴射される。あるいは、ポリ
マー結合剤溶媒は、溶剤が蒸発する前に、金属酸化物粒子層の上層部にて各ピクセル内に
噴射されてもよい。どちらの場合において、金属酸化物層４０３は、低温下にて製造され
る。
他の実施例では、ポリマー結合剤は使用されず、かわりに金属酸化物粒子（好ましくは
ＴｉＯ2）は、ＴＣＯ層４０２の表面上で各ピクセル内にパターン化処理される。パター
ン化処理に続いて、その上に金属酸化粒子を有するＴＣＰ層４０２は、２００ｋｇ／ｃｍ
2を超える圧力で圧縮され、機械的に安定した金属酸化物層４０３が生成される。ＴＣＯ
層４０２の圧縮によって、バンク構造４１０に深刻な機械的損傷を起こすことがない。
金属酸化物層４０３の厚さは、水溶性コロイドＴｉＯ2インクの濃度及び形成物の厚さ
によって制御される。結果として伴う金属酸化物層４０３最高厚での偏差は、５０ｃｍ2
の基板表面にわたってピクセル間で１．５％未満である。
ＴＣＯ層４０２、バンク構造４１０、及び金属酸化物層４０３から成る基板層４０１は
、続いて、増感剤（色素）４０４中に所定時間浸される。増感剤（色素）４０４は、その
結果、図４ｄに示されるように、金属酸化物層４０３の表面上に吸収される。ＤＳＳＣを
例にすると、基板は、乾燥エタノール中の０．３ｍＭの溶媒Ｎ７１９（ソラロニクス社製
）に浸された。増感剤（色素）４０４の固定後、基板は、エタノール中で洗浄され、窒素
を用いて乾燥させられる。
多孔性金属酸化物層４０３及びその上に形成された増感剤（色素）層４０４を有する第
１ＴＣＯ層４０２は、その後、第２ＴＣＯ層４０６と組み立てられる。両電極層４０２，
４０６は、電解液層４０５を充填する前に、スペーサを用いて重ね合わされ、電極間に間
隙をつくる。電解液層４０５が導入されると、残留する隙間を塞ぐことによって、ＤＳＳ
Ｃが完成される。
本発明の電気化学セル中に、電極触媒層が所望されている場合、電極層４０６，４０６
の重ね合わせの前に、電極触媒層は、第２ＴＣＯ層４０６上に形成される。
インクジェットヘッドは、±１．５％未満の容量偏差を有する、規定された水溶性コロ
イド金属酸化物インクの液滴を、ＴＣＯ層４０２上の正確な位置に提供することができる
。さらに、この１．５％の容量精度は、市販のプリンターヘッドの精度に相当する。この
数字を≦１％まで減らすことができる、いくつかの産業用ヘッド及び補足的技術は、利用
可能である。
インクジェットの形成は、要求に応じて、バンク構造４１０の各ピクセル内において、
ＴＣＯ層４０２上の金属酸化物の正確な位置付けを可能にする。
少なくとも、バンク構造４１０の部分は、疎水性及び／又は疎油性である一方、少なく
とも、ＴＣＯ層４０２の部分は、親水性及び／又は親油性である場合、バンク構造４１０
は、形成した金属酸化物インクをはじき、対象表面上に形成した金属酸化物インク液滴の
最終的位置付けを修正し、インクジェットノズルの軸からの液滴固有の±１５μｍの水平
方向への逸脱を補う。この反発作用は、ＥＣＤの場合、バンク構造４１０を超える金属酸
化物４０３によって起こるピクセルの短絡を防ぐのに特に有益である。バンク構造４１０
は、バンクが少ない、自由な印刷に必要な３０μｍの間隙をとることによってつくられる
ＥＣＤピクセル間の間隙より狭い間隙の形成を可能にし、ＥＣＤにおいて、より高い活性
面積比及び向上した画質が得られる。
金属酸化物層４０３は、効果的に機能するには、数ミクロンが厚さを持つべきである。
従来の印刷では、形成物の厚さは、オーバーライト技術によって、所望の厚さまで重ねら
れ、各形成層は、所望の厚さに到達するまで、乾燥され、焼結されてから、他のインク層
などとオーバーライトする。
しかしながら、本発明の方法は、塗りつぶし技術を利用するため、１ステップで大量の
金属酸化物インクがバンク構造４１０の各ピクセル内に導入される。バンク構造４１０は
、金属酸化物インクが、隣接したピクセル内に広がることを防ぐ。このプロセスでは、金
属酸化物層４０３の所望厚さを生成するために、たった１度の乾燥及び焼結段階を要する
。
各ピクセルを金属酸化物インクで充填するために塗りつぶし技術が利用される場合、正
方形ピクセルのマトリックスを有するバンク構造４１０は、擬似ピラミッド型の乾燥金属
酸化物トポグラフィーを生成する。バンク構造４１０は、形成金属酸化物インクをＴＣＯ
層４０２状のピクセル内において局部的な領域に閉じ込める機能を果たす。この閉じ込め
がなければ、金属酸化物インクは、形成後、ＴＣＯ層４０２全体に自由に分散し、連続し
た金属酸化物層４０３を形成してしまう。
本発明のバンク構造４１０は、連続した金属酸化物層４０３に比べて、破断することな
しに曲げ応力に順応する金属酸化物層４０３の順応力を増強する。これによって、これに
よって、プラスチック第１絶縁基板などのフレキシブル基板の活用が可能になる。
本発明の第１実施例では、バンク構造４１０は、正方形ピクセルから成る。しかしなが
ら、ピクセルは正方形に限定されない。本発明の電気化学セル４００がＥＣＤである場合
、正方形ピクセルは、アクティブマトリックスバックプレーンの製造技術と互換性がある
ため、正方形ピクセルが好ましい。しかしながら、本発明の電気化学セル４００がＤＳＳ
Ｃの場合、三角形、円形、六角形、又は長方形などの、いくつかの異なるピクセルの形状
を使用することができる。金属酸化物層を３００℃で焼結することによるＥＳＳＣ製造は
、それぞれ、５．０％のエネルギー変換効率（ｎ）、０．４８Ｖの開回路電圧（Ｖoc）、
１４ｍＡＪｅｍ２の短絡回路電流（ＩＳ）、及び５６％の充填比ＦＦを有する。
ポリマー結合剤を使用して製造される本発明のＤＳＳＣは、それぞれ、η＝４．９％、
Ｖｏｃ＝０．４７Ｖ、Ｉｓｃ＝１３ｍＡ／ｃｍ２、及びＦＦ＝５４％により製造される。
また、金属酸化物粒子を圧縮することによって製造される本発明のＤＳＳＣは、それぞれ
、η＝４．６％、Ｖｏｃ＝０．４６Ｖ、Ｉｓｃ＝１１ｍＡ／ｃｍ２、及びＦＦ＝５２％に
より製造される。従って、本発明の金属酸化物の低温製造方法は、ＤＳＳＣの特性を大幅
に変更することはない。
より広いバンク構造４１０は、活性領域増加によって引き起こされる、ＥＣＤにおける
画質の低下及びＤＳＳＣにおける効率性の低下という点で、両工程において有害である。
従って、バンク構造４１０は、０．２μｍから２０μｍの範囲で好ましい幅を有する。０
．２μｍは、フォトリソグラフィを用いたバンク構造４１０の費用効率の高い製造のため
の解像度の限界値である。２０μｍは、一般的なディスプレイの最低解像度である７２ｄ
ｐｉに比べて、深刻な画質及び性能低下が抑制される前の効果的バンク構造４１０の最大
幅である。親水性ピクセルの寸法が１ｍｍ2未満のインクジェット技術は、数百ミクロン
未満の長さが好ましくはあるが、容易に実現可能である。
ＤＳＳＣの場合、光の吸収は、多孔性金属酸化物層４０３の厚さに比例する。薄すぎる
場合、入射光線の一部は金属酸化物層４０３を自由に通過し、電位効率の損失を伴う。厚
すぎる場合、有益な光線が完全に全て吸収されると、いかなる金属酸化物層４０３の残余
厚さも無駄になる。従って、形成する金属酸化物層４０３の厚さは、０．５μｍから２０
μｍの範囲が好ましい。
さらに、スクリーン印刷に比べて、インクジェット印刷によって生成された金属酸化物
層４０３の厚さは均一であるため、金属酸化物層４０３の最大厚さは、インクジェット印
刷を使用する場合、より一層薄くすることができる。
さらに、スクリーン印刷の場合、インク粘度は、インクジェット印刷のための粘度より
、大幅に高くなければならない。従って、粘度増加のために加えられる物質は、焼結プロ
セスの間に除去されなければならない。結果として、形成された焼結前の金属酸化物層４
０３は、インクジェット印刷の場合に比べてスクリーン印刷の場合、厚くなければならな
い。
バンク構造４１０は、金属酸化物インクの塗布前に、ＴＣＯ層４０２上の分離されたピ
クセルのマトリックスを形成するために利用されるが、本発明はバンクに限定するもので
はない。ＴＣＯ層４０２中に溝を形成することによる方法など、ＴＣＯ層４０２上の分離
されたピクセルを形成するいかなる方法を利用してもよい。
また、増感剤（色素）４は、金属酸化物層を増感剤（色素）４０４上に所定時間浸すこ
とによって、金属酸化物層４０３上に形成されるが、増感剤（色素）４０４は、異なる技
術を用いて金属酸化物層上に形成されてもよい。例えば、増感剤（色素）４０４は、金属
酸化物層４０３の形成後に、金属酸化物層４０３上にインクジェットで印刷されてもよい
。
さらに、本発明の電気化学セルが機能するために、第１透明導電性酸化物４０２は、酸
化物材料から形成される必要はない。また、第２透明導電性酸化物４０６は、本発明の電
気化学セルが機能するために、透明である必要又は酸化物材料から形成される必要はない
。実際は、第２基板（又は、出来上がったデバイスのどちらかの基板）を提供する必要は
ない。
バンク構造には、任意の適切な物質を使用することができる。しかしながら、ポリマー
パターンとして物質を形成することが好ましく、ポリイミドパターンとして形成すること
がより好ましい。
上述の説明は、例証のみで行われたが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形例をなす
ことができることは、当業者によって理解される。
本発明は、ＤＳＳＣやＥＣＤなどの電気化学セル製造において利用することが可能であ
る。
１・・・第１透明絶縁層、２・・・第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層、３・・・
二酸化チタン（ＴｉＯ2）透明金属酸化物層、４・・・増感剤（色素）層、５・・・電解
液層、６・・・第２透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層、７・・・及び第２透明絶縁層、
１００・・・ＤＳＳＣ、１０１・・・第１基板、１０２・・・第１透明導電性酸化物（Ｔ
ＣＯ）層、１０３・・・二酸化チタン（ＴｉＯ2）層、１０４・・・色素層、１０５・・
・電解液層、１０６・・・第２透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層、１０７・・・第２基板、
１０８，１０９・・・絶縁ウェブ、１１０・・・電池、４００・・・電気化学セル、４０
１・・・第１透明絶縁層、４０２・・・第１透明導電性酸化物（ＴＣＯ）電極層、４０３
・・・金属酸化物層、４０４・・・増感剤（色素）／エレクトロクロミック材層、４０５
・・・電解液層、４０６・・・第２ＴＣＯ電極層、４０７・・・第２透明絶縁層、４０８
・・・第２ＴＣＯ層、４１０・・・バンク構造

Claims (12)

  1. 電気化学セルの製造方法であって、
    インクジェット法によって金属酸化物の原料を含む液体を噴射し、前記金属酸化物を形成する第１の工程と、
    インクジェット法によって前記金属酸化物の上に色素を形成する第２の工程と、
    を含むことを特徴とする電気化学セルの製造方法。
  2. 前記液体から溶剤を蒸発させる第３の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セルの製造方法。
  3. 前記第３の工程は、前記第２の工程の前に行われることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セルの製造方法。
  4. 前記第１の工程と前記第２の工程の間に、インクジェット法によって前記金属酸化物の上にポリマー結合剤を噴射する第４の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学セルの製造方法。
  5. 前記金属酸化物は、乾燥プロセスなしで形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セルの製造方法。
  6. 前記ポリマー結合剤は、ポリ（ｎ−ブチルチタネート）を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電気化学セルの製造方法。
  7. 前記金属酸化物は、互いに間隔を有する複数の金属酸化物セルから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電気化学セルの製造方法。
  8. 前記金属酸化物に圧力を与える工程を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電気化学セルのための電気化学セルの製造方法。
  9. 第１導電層を形成する第５の工程と、
    第２導電層を形成する第６の工程と、
    前記色素と前記第２導電層との間に電解液を設ける第７の工程と、
    をさらに含み、前記色素は前記第１導電層と前記第２導電層との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電気化学セルの製造方法。
  10. 前記第１導電層及び前記第２導電層のうちの少なくとも１つは、透明であることを特徴とする請求項９に記載の電気化学セルの製造方法。
  11. 前記電解液と前記第２導電層との間に電極触媒層を設ける第９の工程をさらに含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の電気化学セルの製造方法。
  12. 前記第６の工程は、第２絶縁基板の上に前記第２導電層を形成する工程であり、
    前記第２絶縁基板及び前記電解液は、前記第２導電層を挟むように設けられることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載の電気化学セルの製造方法。
JP2010263544A 2005-11-25 2010-11-26 電気化学セルの製造方法 Expired - Fee Related JP5375804B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0524072A GB2432720A (en) 2005-11-25 2005-11-25 Electrochemical cell structure and method of fabrication
GB0524072.6 2005-11-25

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006312627A Division JP4720728B2 (ja) 2005-11-25 2006-11-20 電気化学セルのための金属酸化物層の製造方法及び電気化学セルの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011077049A JP2011077049A (ja) 2011-04-14
JP5375804B2 true JP5375804B2 (ja) 2013-12-25

Family

ID=35601249

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006312627A Active JP4720728B2 (ja) 2005-11-25 2006-11-20 電気化学セルのための金属酸化物層の製造方法及び電気化学セルの製造方法
JP2010263544A Expired - Fee Related JP5375804B2 (ja) 2005-11-25 2010-11-26 電気化学セルの製造方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006312627A Active JP4720728B2 (ja) 2005-11-25 2006-11-20 電気化学セルのための金属酸化物層の製造方法及び電気化学セルの製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20070120177A1 (ja)
EP (1) EP1791146A3 (ja)
JP (2) JP4720728B2 (ja)
KR (1) KR20070055404A (ja)
CN (1) CN1971968A (ja)
GB (1) GB2432720A (ja)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110139233A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US20100043874A1 (en) * 2007-06-26 2010-02-25 Honeywell International Inc. Nanostructured solar cell
US20110174364A1 (en) * 2007-06-26 2011-07-21 Honeywell International Inc. nanostructured solar cell
US8710354B2 (en) * 2007-12-19 2014-04-29 Honeywell International Inc. Solar cell with hyperpolarizable absorber
US8106388B2 (en) * 2007-12-19 2012-01-31 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell with rigid bridge molecule
US8089063B2 (en) * 2007-12-19 2012-01-03 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell with electron rich anchor group
US8067763B2 (en) * 2007-12-19 2011-11-29 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell with conjugated bridge molecule
US8288649B2 (en) * 2008-02-26 2012-10-16 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US8373063B2 (en) * 2008-04-22 2013-02-12 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US8299355B2 (en) 2008-04-22 2012-10-30 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US8283561B2 (en) * 2008-05-13 2012-10-09 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US20100006148A1 (en) * 2008-07-08 2010-01-14 Honeywell International Inc. Solar cell with porous insulating layer
US8148632B2 (en) * 2008-07-15 2012-04-03 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US20100012168A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Honeywell International Quantum dot solar cell
US8455757B2 (en) 2008-08-20 2013-06-04 Honeywell International Inc. Solar cell with electron inhibiting layer
US8227687B2 (en) * 2009-02-04 2012-07-24 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US8227686B2 (en) * 2009-02-04 2012-07-24 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cell
US20100258163A1 (en) * 2009-04-14 2010-10-14 Honeywell International Inc. Thin-film photovoltaics
US20100294367A1 (en) * 2009-05-19 2010-11-25 Honeywell International Inc. Solar cell with enhanced efficiency
US8426728B2 (en) * 2009-06-12 2013-04-23 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cells
CN101930142B (zh) * 2009-06-22 2012-08-08 财团法人工业技术研究院 光电致变色元件及其制造方法
US20100326499A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Honeywell International Inc. Solar cell with enhanced efficiency
WO2011002256A2 (ko) * 2009-07-02 2011-01-06 건국대학교 산학협력단 롤투롤 연속공정을 통한 염료감응형 태양전지의 생산장치 및 생산방법
US20110139248A1 (en) * 2009-12-11 2011-06-16 Honeywell International Inc. Quantum dot solar cells and methods for manufacturing solar cells
US8372678B2 (en) * 2009-12-21 2013-02-12 Honeywell International Inc. Counter electrode for solar cell
US20110155233A1 (en) * 2009-12-29 2011-06-30 Honeywell International Inc. Hybrid solar cells
WO2011125843A1 (ja) * 2010-04-02 2011-10-13 株式会社フジクラ 電子機器及びその製造方法
KR101180794B1 (ko) 2010-10-12 2012-09-10 (주)솔라세라믹 잉크젯 프린팅 공정을 이용한 염료감응 태양전지의 전극 제조방법 및 이에 따른 전극을 가지는 염료감응 태양전지
US20130139887A1 (en) * 2011-01-07 2013-06-06 Brite Hellas Ae Scalable production of dye-sensitized solar cells using inkjet printing
US20140216536A1 (en) * 2013-02-06 2014-08-07 National Cheng Kung University Flexible dye-sensitized solar cell
WO2021024662A1 (ja) * 2019-08-02 2021-02-11 日本ゼオン株式会社 光電変換装置
CN113267932B (zh) * 2020-02-14 2022-07-08 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 一种电致变色器件及其制作方法
US11448380B2 (en) * 2020-09-29 2022-09-20 GM Global Technology Operations LLC Light-emitting assembly with transparent nanostructured electrochromic polymer color filter

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4448493A (en) * 1981-02-25 1984-05-15 Toppan Printing Co., Ltd. Electrochromic display device
CH674596A5 (ja) * 1988-02-12 1990-06-15 Sulzer Ag
DE19514156A1 (de) * 1995-04-15 1996-10-24 Heidelberger Druckmasch Ag Photochemische Zelle
JP3966638B2 (ja) * 1999-03-19 2007-08-29 株式会社東芝 多色色素増感透明半導体電極部材とその製造方法、多色色素増感型太陽電池、及び表示素子
US6706963B2 (en) * 2002-01-25 2004-03-16 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell interconnection
JP4574816B2 (ja) * 2000-08-25 2010-11-04 シャープ株式会社 カラー太陽電池およびその作製方法
AU2002237520B2 (en) * 2001-02-21 2006-10-19 Showa Denko K.K. Metal oxide dispersion and photoactive electrode for dye-sensitized solar cell, and dye-sensitized solar cell
WO2003065394A2 (en) * 2002-01-25 2003-08-07 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell components and materials
JP2004161589A (ja) * 2002-06-17 2004-06-10 Fuji Photo Film Co Ltd 酸化チタンゾル及び酸化チタン微粒子の製造方法、並びに光電変換素子
WO2005083730A1 (en) * 2004-02-19 2005-09-09 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic cell with spacers
JP2005251605A (ja) * 2004-03-05 2005-09-15 Toppan Printing Co Ltd 色素増感太陽電池およびモジュールおよび色素増感太陽電池の製造方法
JP4665426B2 (ja) * 2004-04-12 2011-04-06 凸版印刷株式会社 色素増感太陽電池及びその製造方法
JP2005297498A (ja) * 2004-04-16 2005-10-27 Dainippon Printing Co Ltd 可撓性基板およびそれを用いた有機デバイス
US7772484B2 (en) * 2004-06-01 2010-08-10 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic module architecture

Also Published As

Publication number Publication date
GB2432720A (en) 2007-05-30
EP1791146A3 (en) 2008-08-27
EP1791146A2 (en) 2007-05-30
JP2011077049A (ja) 2011-04-14
KR20070055404A (ko) 2007-05-30
US20070120177A1 (en) 2007-05-31
JP4720728B2 (ja) 2011-07-13
JP2007149667A (ja) 2007-06-14
GB0524072D0 (en) 2006-01-04
CN1971968A (zh) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5375804B2 (ja) 電気化学セルの製造方法
US7749645B2 (en) Electrochemical cell structure and method of fabrication
JP5598458B2 (ja) 電気化学セル構造及び製造方法
US20070122927A1 (en) Electrochemical cell structure and method of fabrication
KR101150319B1 (ko) 기판 위에 다공성 반도체 필름을 제조하는 방법
JP5003116B2 (ja) 電気化学セル及びその製造方法
US20110014392A1 (en) Electrochemical cell structure and method of fabrication
JP4867602B2 (ja) 電気化学セルの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130611

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130827

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130909

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees