本発明の一視点によれば、外周シール部は、第1バックシート部を接合させると共に複数のセルの外側を包囲する第1外周シール部と、第1外周シール部に隣設され第2バックシート部を接合させる第2外周シール部とを備えている。このように第1バックシート部は第1外周シール部に接合され、且つ、第2バックシート部は第2外周シール部に接合される。このように電解質保持用の第1バックシート部および水蒸気バリヤ用の第2バックシート部は互いに独立して配置される。
本発明の一視点によれば、第2バックシート部は、水蒸気バリヤ性を有する金属層と、金属層に接合された高分子材料で形成されたバック層とを有する。金属層はバック層により保護される。また本発明の一視点によれば、第2バックシート部は、水蒸気バリヤ性を有するように金属プレートで形成されている。この場合、高い水蒸気バリヤ性が得られる。
本発明の一視点によれば、第1バックシートと第2バックシートとの間に空間が形成されているが、第1バックシートと第2バックシートとの間には実質的に空間が形成されていなくても良い。
本発明の一視点によれば、基板の厚み方向に沿って切断した断面において、外周シール部の外壁面は、第2バックシート部の長さ方向の端面よりも外側に突出している構造をもつ。第2バックシート部の金属層または金属母材は高い水蒸気バリヤ性を発揮するものの、導電性を有する。このような第2バックシート部が金属層または金属母材を有するときであっても、上記構造により、第2バックシート部が透明導電膜に導通接触することが効果的に抑えられる。
本発明の一視点によれば、基板の厚み方向に沿って切断した断面において、外周シール部は、透明導電膜の長さ方向の端面を外側から被覆してシールする被覆部を有しており、水蒸気バリヤ性をもつ第2バックシート部は、外周シール部の被覆部を外側から被覆するバックシートカバー部を有する。水蒸気が外周シール部を透過して電解質室に進入することが効果的に抑えられる。
(実施形態1)
図1は色素増感型太陽電池の断面を模式的に示す。図1に示すように、色素増感型太陽電池は、基板1と、基板1の搭載面12に形成された透明導電膜2と、基板1の搭載面12側に設けられた色素増感型の複数のセル3で形成されたセル群30と、基板1の搭載面12側に設けられた第1外周シール部4と、電解質室50に収容された電解質5と、基板1の搭載面12側に設けられた膜状をなす第1バックシート部6と、基板1の搭載面12側に設けられ第2外周シール部7と、基板1の搭載面12側に設けられた膜状をなす第2バックシート部8とを有する。
基板1は光透過性をもち、光が入射される入射面10と、入射面10に対して反対側に形成された搭載面12とを有する。基板1は無機ガラスでもよいし、有機ガラスでも良い。入射面10および搭載面12は平坦面とされている。基板1は平板状をなしており、厚みの他に、長さおよび幅を有する。なお本明細書において、長さ方向と定義されるときには、幅方向も含む。
基板1の搭載面12には透明導電膜2が積層されている。透明導電膜2の端部20は、基本的には基板1の長さ方向の端面1eまたは端面1e付近まで到達する。透明導電膜2の材質は、フッ素またはアンチモンをドープの酸化錫、インジウムに酸化錫に置換固溶させたITOが例示される。透明導電膜2には絶縁溝2cが形成されており、これにより透明導電膜2の連続性が切断され、透明導電膜2の連続導電性が切断されている。絶縁溝2cにより各セル3の電気絶縁性が高められ、基板1上における各セル3の直列接続が可能となる。この場合、隣設するセル3同士は、後述する対向電極33を介して電気的に接続されている。
セル3は、透明導電膜2に互いに間隔を隔てて配置された複数配置されており、セル群30を形成する。単数のセル3は、透明導電膜2に積層された受光用の光極31と、光極31に積層されたセパレータ32と、セパレータ32に積層された対向電極33とを有する。光極31は、基板1の入射面10から入射した光を受光できるものである。光極31は、N型半導体(アナターゼ型酸化チタン)に光増感色素(光照射により電子放出性をもつ)を担持させて形成されていることが好ましい。セパレータ32は光極31と対向電極33との間に介在しており、ルチル型の酸化チタンの多孔質体で形成されていることが好ましい。対向電極33は光極31に対して所定の間隔を隔てて配置されている。対向電極33は、ハロゲンであるヨウ素に対して高い耐食性および導電性をもつカーボン系の微粒子の集合体、或いは、金属材料で形成されていることが好ましい。金属としては、チタン、タンタル、ニオブ、タングステン、白金などを例示できる。この場合、隣設するセル3同士は、対向電極33を介して電気的に接続されている。
図1に示すように、隣設するセル3同士は、隔壁として機能するリブ状の中間シール部45で仕切られている。図1に示すように、第1外周シール部4は、基板1の搭載面12側において、複数のセル3で形成されたセル群30の外側を1周するように包囲する。第1外周シール部4および中間シール部45は、電解質5に対して化学的に安定で且つ電解質5に有害な物質を溶出させない材料が形成されていることが好ましい。例えば、ポリイソブチレン系、ポリプロピレン系、ポリエチレン系などのポリオレフィン系材料、または、それらの共重合体等が挙げられる。ここで、第1外周シール部4および中間シール部45は、これらのポリオレフィン系材料に接着官能基を導入させた変性ポリオレフィン系材料で形成されていることが好ましい。具体的には、接着官能基としてカルボキシル基等を導入した変性(接着性)低密度ポリエチレンで形成されていることが好ましい。透明導電膜2に対する第1外周シール部4の高さおよび中間シール部45の高さは、同じであることが好ましい。
図2に示すように、第1外周シール部4は辺部4a,4b,4c,4dをもち、1周するように枠形状をなしており、中間シール部45に連設されており、中間シール部45と共に、セル3を収容するための複数の電解質室50を基板1の搭載面12側に形成する。第1外周シール部4は、複数の電解質室50を1周するように包囲している。図1に示すように、電解質室50には、流動性を有する電解質5が収容される。電解質5は、電解質5物質を溶媒に溶解させた電解液とすることができる。この場合、溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、プロピロニトリル等のニトリル化合物を用いることができ、あるいは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどの溶媒またはこれらの混合溶媒を用いることができる。これら溶媒の代わりに溶融塩(イオン性液体)を用いても良い。また、電解質5としては、固体状電解質としても良い。電解質5はハロゲンイオン(ヨウ素イオン)を含む。
図1に示すように、第1バックシート部6は、電解質室50に収容されている電解質5が洩れないように電解質5を保持する電解質保持用であり、従って電解質室50をシールする。従って、第1バックシート部6は、電解質室50に収容されている電解質5を保持するように、第1外周シール部4の接合面4cおよび中間シール部45の接合面45cに複数箇所で接合されている。第1バックシート部6は、加熱加圧(例えば熱融着)時のような加熱時における熱収縮、または、太陽電池の使用時における熱収縮が抑えられている材料で形成されていることが好ましい。なお、加熱加圧に替えて、レーザビーム融着、超音波溶着等とすることもできる。
電気絶縁性およびガスバリヤ性を考慮すると、第1バックシート部6の母材は、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ボリエチレンテレテタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリブチレンナフタレート(PBN)が好ましい。具体的には、第1バックシート部6は、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ボリエチレンテレテタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリブチレンナフタレート(PBN)で形成された基材層となる第1層61と、第1外周シール部4および中間シール部45に対向するように第1層61に積層された第2層62とを有する。第1バックシート部6は第1層61と第2層62とで形成されていても良いし、あるいは、厚み方向において第1層61と第2層62との間に接着層等の中間層(単層または複数層)が介在していても良い。
第1バックシート部6の第2層62は、第1外周シール部4および中間シール部45に対して接合されるため、第1外周シール部4および中間シール部45に対して接合性が良い材料で形成されていることが好ましい。従って、第1バックシート部6の第2層62は、第1外周シール部4および中間シール部45と同一材質または同系材質で形成されていることが好ましい。この場合、第1バックシート部6の第2層62は、第1外周シール部4および中間シール部45に対する接合性が向上する。上記した観点から、第1バックシート部6の第2層62は、例えば、ポリイソブチレン系、ポリプロピレン系、ポリエチレン系などのポリオレフィン系材料、または、それらの共重合体等が挙げられる。ここで、第1外周シール部4および中間シール部45は、これらのポリオレフィン系材料に接着官能基を導入させた変性ポリオレフィン系材料で形成されていることが好ましい。具体的には、接着官能基としてカルボキシル基等を導入した変性(接着性)低密度ポリエチレンで形成されていることが好ましい。
上記したように本実施形態によれば、結果として、第1外周シール部4、中間シール部45および第2層62は、ポリオレフィン系材料に接着官能基を導入させた変性ポリオレフィン系材料で形成されていることが好ましい。具体的には、接着官能基としてカルボキシル基等を導入した変性(接着性)低密度ポリエチレンで形成されていることが好ましい。この場合、変成(接着性)低密度ポリエチレンは、接着官能基としてカルボキシル基等を含むため、極性が高くなり、透明導電膜2に対する密着性が確保されている。なお第1バックシート部6は高分子材料で形成されており、金属箔等の金属層を埋設していない。但し、第1バックシート部6は必要に応じて金属層を埋設していても良い。
図1に示すように、第2外周シール部7は、基板1の搭載面12側において、第1外周シール部4の外側(外周側)を1周するように包囲するように枠状をなす。ここで、第2バックシート部8を搭載させるため、第2外周シール部7の高さh2は、第1外周シール部4の高さh1よりも高くされている。第2外周シール部7は、第1外周シール部4の外壁面40(外周面)に接触して隣設しつつ第1外周シール部4の外側(外周側)を包囲するリング部71と、電解質室50に向けてリング部71の内縁部に一体に設けられた鍔部72とを有する。鍔部72は、基板1の反対側から、第1バックシート部6の端部60を被覆してシールしている。鍔部72は鍔状に延設されているため、第2バックシート部8の端部80と第2外周シール部7との接合面積が増加し、ひいては第2バックシート部8の接合力が強固にされる。なお、場合によっては、第2外周シール部7と第1外周シール部4の外壁面40(外周面)との間には隙間が存在していても良い。
第2外周シール部7は、水蒸気透過及びガス透過に対して高いバリヤ性を有する材料で形成することが好ましい。具体的には、第2外周シール部7は、ブチルゴムで形成されているが、ウレタンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、ニトリルゴムなどで形成しても良い。これらも水蒸気バリヤ性およびガスバリヤ性が高いためである。なお、第1外周シール部4および第2外周シール部7により外周シール部を形成する。
第2バックシート部8は、外部の水蒸気(液相としての水も含む)が電解質室50に進入することを抑える水蒸気バリヤ用であり、第1バックシート部6の全体を外側から覆うように配置されている。従って、第2バックシート部8の長さ方向の端面8eは、第1バックシート部6の全周において、第1バックシート部6の長さ方向の端面6eよりも基板の長さ方向における外方に位置する。第2バックシート部8の端部80は、第2外周シール部7の接合面7cに接合されている。第2バックシート部8は水蒸気バリヤ性を高める膜であるため、高い水蒸気バリヤ性を有する金属層81を備えている。具体的には、図1に示すように、第2バックシート部8は、高い水蒸気バリヤ性を有する平面状をなす金属層81と、金属層81の厚み方向の一面に接合された高分子材料で形成され且つ第2外周シール部7に背向する側の外バック層82と、金属層81の厚み方向の他面に接合された高分子材料で形成され且つ第2外周シール部7に対面する側の内バック層83とを有する。金属層81は外バック層82および内バツク層83により電気絶縁される。
外バック層82は、ガスバリヤ性が高い高分子材料、すなわち、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ボリエチレンテレテタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリブチレンナフタレート(PBN)で形成されていることが好ましい。内バック層83は、第2外周シール部7に対する接合性が良い材料で形成されていることが好ましい。従って、内バック層83は、ポリオレフィン系材料に接着官能基を導入させた変性ポリオレフィン系材料で形成されていることが好ましく、具体的には、変性(接着性)低密座ポリエチレンで形成されていることが好ましい。
水蒸気バリヤ層として機能する金属層81は、高分子材料よりも高い水蒸気バリヤ性を発揮できるものが好ましく、アルミニウム金属層、ニッケル層等で形成されていることが好ましい。アルミニウムは純アルミニウムでも良いし、アルミニウム合金でも良い。金属層81は、金属箔や金属フィルム等の金属シートで形成されていても良いし、あるいは、成膜手段により金属微粒子を膜状に堆積させた層でも良い。金属箔等の金属シートは圧延シートでも良い。成膜手段としては、蒸着法、スパッタリング法が例示される。
このように第2バックシート部8は内部に金属層81を有するため、第1バックシート部6よりも高い水蒸気バリヤ性を発揮する。故に、色素増感型太陽電池の内部への水蒸気進入が長期にわたり抑制される。よって、電解質室50に保持されている電解質5、セル3等の性質の変化が抑制される。金属層81の厚みtmとしては、水蒸気バリヤ性を考慮すると、5マイクロメートル以上、10マイクロメートル以上、15マイクロメートル以上、20マイクロメートル以上が好ましい。金属層81の厚みの上限値としては、第2バックシート部8の肉厚によっても変化するが、200マイクロメートル、300マイクロメートルが例示される。但しこれらに限定されるものではない。第2バックシート部8は金属層81を有するものの高分子材料を有するため、第2バックシート部8の全厚みを金属で形成させた場合よりも軽量化される。
但し、金属層81を埋設して有する第2バックシート部8では、金属層81の電気絶縁性および保護性を確保しつつ、金属層81を支持する必要がある。このため、第2バックシート部8を構成する高分子材料の厚み、つまり、内バック層83の厚みの厚みtiおよび外バック層82の厚みtpが必要以上に増加する傾向がある。このように第2バックシート部8を構成する内バック層83厚みtiおよび外バック層82の厚みtpが増加する傾向があるため、第2バックシート部8を加熱加圧して第2外周シール部7に接合させるときには、加熱温度T2が高い場合には、第2バックシート部8の熱収縮が増加し、第2バックシート部8のシール性に影響を与えるおそれがある。そこで本実施形態によれば、第2バックシート部8を第2外周シール部7に接合させるときに、第2バックシート部8の端部80を常温領域において加圧圧着させる。また第2バックシート部8の端部80を加熱させるとしても、第2バックシート部8の加熱温度T2を、第1バックシート部6の加熱温度T1よりも低めに設定している。加熱温度T2は例えば110℃以下、100℃以下、90℃以下が好ましい。
なお本実施形態によれば、第1バックシート部6の厚みをtfとし、第2バックシート部8の厚みをtsとすると、tf=ts、tf≒ts、tf<ts、tf>tsのいずれでも良い。金属層81を有していない第1バックシート部6によりセル3などに対する電気絶縁性が確保されることを考慮すると、第2バックシート部8の厚みtsを薄くでき、tf>tsにできる。また、金属層81の厚みを厚くして第2バックシート部8に高い水蒸気バリヤ性を与えること考慮すると、tf<tsにできる。
図4〜図6は製造過程を説明する。図4のステップ(1)に示すように、搭載面12に透明導電膜2を積層させた基板1を用意する。図4のステップ(2)に示すように、基板1の透明導電膜2に絶縁用の溝2cを形成する。この場合、機械的に溝2cを形成しても良いし、基板1の強度を確保できるように、レーザビームなどの高エネルギ密度ビームを照射させて溝2cを形成させても良い。その後、図4のステップ(3)に示すように、スクリーン印刷等の薄膜形成方法により透明導電膜2に光極31を積層させる。次に、図4のステップ(4)に示すように、スクリーン印刷等の薄膜形成方法により光極31にセパレータ32を積層させる。更に図5のステップ(5)に示すように、スクリーン印刷等の薄膜形成方法によりセパレータ32に対向電極33を積層させる。これにより光極31、セパレータ32および対向電極33が積層されたセル3を形成する。対向電極33は、セパレータ32に積層された部位33aと、透明導電膜2に接触して導通する部位33cとを有する。図5のステップ(6)に示すように、隣設するセル3を仕切るように、第1外周シール部4および中間シール部45を透明導電膜2に積層させる。その後、図5のステップ(7)に示すように、色素含浸方法により、色素を光極31に含浸させる。色素としてはルテニウム錯体が例示される。その後、図5のステップ(8)に示すように、第1外周シール部4および中間シール部45で仕切られた電解質室50に電解質5(電解液)を収容させる。その後、図6のステップ(1)に示すように、第1バックシート部6を第1外周シール部4の接合面4c、中間シール部45の接合面45cに加熱接合(例えば熱融着)させる。この場合、加熱させつつ加圧することが好ましい。
ここで、第1バックシート部6の加熱接合時における加熱温度をT1とする。接合強度を考慮すると、T1は120〜220℃の範囲内、150〜200℃の範囲内が例示される。この場合、第1バックシート部6は第2バックシート部8と異なり、金属層81を有しておらず、金属層81を保護する高分子材料の厚みを過剰に厚くせずとも良い。このため、第1バックシート部6自体は熱収縮が少ない材質または構造である。故に、接合力を高めるべく、加熱温度T1を、前述した加熱温度T2よりも高く設定したとしても、加熱時における第1バックシート部6の熱収縮が抑制される。同様に、太陽電池の使用時に第1バックシート部6が昇温したとしても、第1バックシート部6の熱収縮も抑制される。このように第1バックシート部6の熱収縮が抑制されるため、熱収縮に起因するシール性の低下が抑制され、電解質室50に収容されている電解質5に対する保護性を高めることができる。
上記したように第1バックシート部6を第1外周シール部4の接合面4cおよび中間シール部45の接合面45cに接合させた後、図6のステップ(10)に示すように、ホットメルト型のブチルゴムを基板1の透明導電膜2に枠状に塗布して積層させることにより、第2外周シール部7を透明導電膜2上に形成させる。この場合、第2外周シール部7に圧力を加えることで、透明導電膜2に対する密着性を更に高めることができる。
第2外周シール部7を形成した後、図6のステップ(11)に示すように、第2外周シール部7の接合面7cに第2バックシート部8の端部80を接合させる。この場合、第2バックシート部8を第2外周シール部7の接合面7cに常温雰囲気において機械的に圧着するだけでも良い。あるいは、必要に応じて、第2バックシート部8の端部80を部分的に加熱させつつ加圧させて第2外周シール部7の接合面7cに接合させても良い。また、レーザビーム等の高エネルギ密度ビームや超音波等により部分的に加熱させることにしても良い。但し、第2バックシート部8を第2外周シール部7の接合面7cに加熱接合させるにあたり、第2バックシート部8を加熱させる場合の加熱温度を前述したようにT2とすると、T2<T1の関係にでき、具体的には110℃以下、殊に40〜100℃の範囲内、60〜90℃の範囲内にすることが好ましい。第2バックシート部8の熱収縮等の熱変形を抑え、接合強度を確保するためである。
以上の製造過程により、金属層81を有する第2バックシート部8は第2外周シール部7の接合面7cに接合される。この場合、図1に示すように、第2バックシート部8は、基板1の厚み方向において、第1バックシート部6を覆うように、第1バックシート部6よりも基板1から遠ざかる側に空間87を介して配置されている。図1の矢印U方向から視認されるとき、第2バックシート部8は第1バックシート部6の全体を覆う。
図1に示すように、接合面積を増加させる等のため、第2外周シール部7のうち鍔部72が第1バックシート部6の端部60を覆うように形成されている関係上、第1バックシート部6と第2バックシート部8の間には、第2外周シール部7の鍔部72の厚みにより、隙間幅hcをもつ空間87が形成されている。空間87は空気が存在しても良いし、減圧雰囲気でも良い。空間87により、第2バックシート部8の内面8iが第1バックシート部6の外面6pに干渉したり接触したりすることが軽減される。故に使用時等において、第2バックシート部8が熱膨張等により伸張したとしても、第2バックシート部8の内面8iが第1バックシート部6の外面6pに過剰に干渉したり接触したりすることは抑制され、双方のバックシート部6,8の保護性が確保されている。
但し、使用時において、色素増感型太陽電池の設置方向および設置場所によっては、第2バックシート部8の熱膨張が大きいときには、第2バックシート部8の内面8iが重力の影響で第1バックシート部6の外面6pに接触する頻度が増加するおそれがある。このような場合であっても本実施形態によれば、第1バックシート部6および第2バックシート部8は互いに独立しており、独立した部位に固定されており、第1バックシート部6および第2バックシート部8同士は接合されておらず、且つ、第2バックシート部8の内面8iは第1バックシート部6の外面6pに対して相対変位可能である。よって第2バックシート部8の内面8iの相対変位が第1バックシート部6の外面6pに影響を与えることが抑制される。
なお、図1に示す断面(基板1の長さ方向且つ厚み方向に沿って切断した断面)において、第1バックシート部6の長さをLfとし、基板1の長さをLbとし、透明導電膜2の長さをLtとし、第2外周シール部7の長さをLsとすると、LfはLs,Lb,Ltよりも短くされている。LsはLb,Ltよりも短くされている。従って、透明導電膜2のうち端部20は、第2外周シール部7よりも基板の長さ方向における外方に露出している。図1に示すように、第2バックシート部8の長さ方向の端面8eは、第2外周シール部7の外壁面(外周面)70よりも内側(電解質室50側)にΔW(0.5ミリメートル以上,1ミリメートル以上)ぶん退避している。金属層81は高い水蒸気バリヤ性をもつものの導電性も有しており、且つ、端面8eに露出するおそれがある。このため、使用時において金属層81の他に高分子材料を母材とする第2バックシート部8が撓むときであっても、ΔWの退避により、第2バックシート部8に埋設されている導電性をもつ金属層81が基板1上の透明導電膜2に接触して導通することが防止される。なお、使用時には、第1に示す構造の色素増感型太陽電池を、樹脂を母材とする防湿層で被覆することもできる。使用時には、基板1の入射面10が光源に対向するように色素増感型太陽電池が配置される。
以上説明したように本実施形態によれば、第1バックシート部6と別体をなす第2バックシート部8は水蒸気バリヤ用であり、第2バックシート部8には、水蒸気バリヤ性を高めるべく金属層81が積層されている。このため色素増感型太陽電池の使用時において、外部の水蒸気が色素増感型太陽電池の内部に進入することが長期にわたり抑制されており、色素増感型太陽電池の長寿命化に貢献できる。このように水蒸気バリヤ性は、第1バックシート部6の外側に第1バックシート部6に対して別体として配置されている第2バックシート部8により達成される。このため電解質室50に収容されている電解質5を保持するための第1バックシート部6には金属層81を埋設せずとも良い。よって、電解質保持用の第1バックシート部6においては、金属層の保護のため、第1バックシート部6を構成する高分子材料の厚みを過剰にせずとも良い。
このように本実施形態によれば、第1バックシート部6を構成する高分子材料の厚みの過剰化が抑制されるため、第1バックシート部6の端部60を第1外周シール部4の接合面4cおよび中間シール部45の接合面45cに熱を利用して加熱接合させるときであっても、第1バックシート部6の過剰な熱収縮が抑制される。よって本実施形態によれば、製造過程時における加熱による熱収縮が起因して第1バックシート部6のシール性が低下することが効果的に抑制される。この場合、第1バックシート部6による電気絶縁性が確保されると共に、電解質室50に収容されている電解質5の洩れを抑制するのに有利である。
更には、使用時の雰囲気により色素増感型太陽電池が昇温されるときであっても、第1バックシート部6の過剰な熱収縮が抑制される。結果として、第1バックシート部6と第1外周シール部4とのシール性が長期間にわたり良好に維持される。同様に、第1バックシート部6と中間シール部45とのシール性が良好に維持される。結果として、電解質室50に収容されている電解質5に対する密閉性が長期にわたり向上し、色素増感型太陽電池の信頼性の向上、長寿命化に貢献できる。
前述したように第2バックシート部8は水蒸気バリヤ用であるため、高分子材料よりもバリヤ性が高い金属箔等の金属層81が埋設されて積層されている。このため第2バックシート部8については、金属層81の保護性を高めるべく、要請される水蒸気バリヤ性を確保しつつも、第2バックシート部8を構成する高分子材料の厚み、つまり、内バック層83の厚みおよび外バック層82の厚みが増加する傾向がある。このため、もし第2バックシート部8を第2外周シール部7に接合させる場合において、第2バックシート部8を加熱させるとき、第2バックシート部8の加熱温度T2が高いと、第2バックシート部8の熱収縮量が増加する傾向がある。過剰な熱収縮は、高いシール性を維持させるためには好ましくない。この点本実施形態によれば、高分子材料に金属層81を埋設している第2バックシート部8の端部80を第2外周シール部7の接合面7cに機械的に圧着させて接合させることにしている。場合によっては、第2バックシート部8を第2外周シール部7の接合面7cに加熱接合させることがあるとしても、第2バックシート部8を加熱する温度T2については、T2<T1の関係とされて、低めの温度とされている。このため、第2バックシート部8を第2外周シール部7に加熱接合させるときにおいて、加熱温度T2が低めにされる。加熱温度Tを低めにしたとしても、電解質5の洩れ防止および電気絶縁性は第1バックシート部6により充分に確保されているため、別段支障はない。このように本実施形態によれば、製造時における第2バックシート部8の過剰な熱収縮が抑制されており、第2バックシート部8のシール性の低下が抑制され、高い水蒸気バリヤ性が得られる。
本実施形態によれば、第2バックシート部8は、高分子材料で形成された外バック層82および内バック層83で金属層81を厚み方向に両側から挟んで形成されている。このため使用時等において、金属層81を構成する金属と、高分子材料との熱膨張係数が相違するときであっても、弾性に富む高分子材料で形成された外バック層82および内バック層83は追従できる。
本実施形態によれば、金属層81は第2バックシート部8の内部に埋設されているものの、第1バックシート部6の内部には埋設されていない。従って、第2バックシート部8よりもセル3に近い位置に配置されている第1バックシート部6が、万一、予想外の事情により損傷したときであっても、導電性を発揮できる金属層とセル3とが接触して導通することが抑えられる。第2バックシート部8に埋設されている金属層81とセル3との間には、高分子材料で形成された高い電気絶縁性をもつ第1バックシート部6が配置されているため、予期せぬ事情により、第2バックシート部8が万一損傷したとしても、第2バックシート部8に埋設されている金属層81とセル3とが接触して導通することが抑えられる。
図1に示すように、第1外周シール部7の外周側に接触または接合しつつ第1外周シール部4をこれの外周側から包囲して被覆するように第2外周シール部7が形成されている。このため第1外周シール4の保護性を向上でき、ひいては第1外周シール部4に接合されている第1バックシート部6の保護性を向上でき、電解質室50の電解質5の洩れ防止に貢献できる。
なお、上記のようにして製造された実機の太陽電池のテストピースを作成し、耐久試験をした。テストピースでは、第2バックシート部8の金属層81については、材質をアルミニウム箔とし、厚みtmを10マイクロメートルとした。第2バックシート部8の外バック層82については、材質をPETとし、厚みを10マイクロメートルとした。第2バックシート部8の内バック層83については、材質をポリエチレンとし、厚みを50マイクロメートルとした。第1バックシート部6の第1層61については、材質をPENとし、厚みを100マイクロメートルとした。第1バックシート部6の第2層62については、材質をポリエチレンとし、厚みを50マイクロメートルとした。この試験では、温度85℃、相対湿度85%の雰囲気内に太陽電池テストピースを1000時間放置した後における初期性能を測定したところ、色素増感型太陽電池の初期性能の維持率が改善された。水蒸気の進入が良好に防止されているためと考えられる。
(実施形態2)
図7は実施形態2を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図7に示すように、第2バックシート部8の長さ方向の端部80は、第2外周シール部7の外壁面70(外周面)よりも、基板1の長さ方向に沿って外方にΔW2ぶん突出している。第2バックシート部8は金属層81を有する。ΔW2は第2外周シール部7の高さh2よりも短いため、高分子材料で形成されている第2バックシート部8の長さ方向の端部80が過剰に撓むことが抑えられている。従って、第2バックシート部8の端部80の金属層81が基板1上の透明導電膜2に導通接触することが抑えられている。なお図7では、図面の複雑化を避けるためセル3は図略されている。
(実施形態3)
図8は実施形態3を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。第2バックシート部8は水蒸気バリヤを発揮させるため、金属層81を埋設している。金属層81は第2バックシート部8の長さ方向の端面8eに露出している。金属層81は高い水蒸気バリヤを発揮させる利点を発揮させるものの、導電性を有するため、基板1上の透明導電膜2と導通することを防止することが好ましい。そこで図8に示すように、第2外周シール部7の外壁面70は、第2バックシート部8の長さ方向の端部80の端面8eよりも外方向(基板1の長さ方向において)に向けてΔW30ぶん突出している。換言すると、第2外周シール部7の外壁面70よりも、第2バックシート部8の長さ方向の端部80の端面8eは、内方に向けてつまり電解質室50に向けてΔW30ぶん退避している。このため第2バックシート部8の端部80に埋設されている導電性も有する金属層81が基板1の透明導電膜2側に撓んで直接的に導通することが抑制される。
更に図8に示すように、第2外周シール部7の外壁面70は、基板1の長さ方向の端面1e、透明導電膜2の長さ方向の端面2eよりも外方向(基板1の長さ方向において)に向けてΔW32ぶん突出している。この意味においても、第2バックシート部8の端部80が基板1の透明導電膜2側に撓んで導通することが抑制される。なおΔW30>ΔW32であるため、前記導通が効果的に抑えられる。但しΔW30≒ΔW32としても良く、ΔW30<ΔW32としても良い。
(実施形態4)
図9は実施形態4を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図9に示すように、第2外周シール部7は被覆部78を有する。被覆部78は、基板1の端面1e側に向けてほぼ90度に曲成されており、基板1の長さ方向の端面1e、透明導電膜2の長さ方向の端面2eを外側から被覆し、端面2eの保護性を高めている。更に図9に示すように、第2バックシート部8の端部に相当するバックシートカバー部85は、基板1の端面1e側に向けて曲成されており、被覆部78を外側から被覆している。バックシートカバー部85は第2バックシート部8の一部であり、金属層81を埋設しており、高い水蒸気バリヤ性を有する。このように高い水蒸気バリヤ性をもつバックシートカバー部85が第2外周シール部7の被覆部78を外側から包囲している。このため、外部の水蒸気が被覆部78から第2外周シール部7を介して電解質室50に進入することが抑制され、長寿命化に一層貢献できる。
更に図9に示すように、第2外周シール部7の被覆部78の端面78eは、第2バックシート部8のバックシートカバー部85の端面85eよりもΔW4ぶん基板1の入射面10側に進出している。このため第2バックシート部8の金属層81が基板1上の透明導電膜2に導通接触することが効果的に抑えられている。また図9に示すように、透明導電膜2の長さ方向の端面2eは、第2外周シール部7の被覆部78によって端面2eの外側から被覆されている。このため、第2バックシート部8の金属層81が基板1上の透明導電膜2に導通接触することがさらに効果的に抑えられている。第2外周シール部7の被覆部78およびバックシートカバー部85は、基板1の端面1eの全周にわたり被覆していることが好ましい。
ここで、第2外周シール部7と共に被覆部78は、ブチルゴム等のガスバリヤ性が高い材料で形成されている。更に、高い水蒸気バリヤ性を発揮する金属層81が積層されている第2バックシート部8の端部80のバックシートカバー部85が、被覆部78を外側から被覆している。この結果、水蒸気が第2外周シール部7を透過して電解質室50に進入することが一層抑えられており、色素増感型太陽電池の長寿命化に更に貢献できる。
第2バックシート部8に埋設されている金属層81としては、例えば金属箔で形成できる。金属箔自体は可撓性を有する。第2バックシート部8が曲成部を8rを形成するように曲成されるときであっても、金属箔は、第2バックシート部8の曲成に対して追従できる。金属箔は平箔状でも良いし、あるいは、多数の皺を金属箔に形成したものでも良い。この場合、第2バックシート部8の曲成角度が大きいときであっても、皺が金属箔の可撓柔軟性を高め得る。
(実施形態5)
図10は実施形態5を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図10に示すように、第2バックシート部8の長さ方向の端部80が曲成されたとしても、透明導電膜2との間にΔW5の空間を形成する。よって、第2バックシート部8の端部80の端面8e(端面8eに露出する金属層81)が基板1上の透明導電膜2に着地しないようにされている。よって、端面8eに露出する金属層81が基板1上の透明導電膜2に導通接触することが抑えられている。このように第2バックシート部8のうち第2外周シール部7から外方に突出する長さΔLcが制限されている。
(実施形態6)
図11は実施形態6を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図11に示すように、第2バックシート部8Bの長さ方向の端面8eは、第2外周シール部7の外壁面70よりも外方にΔW2ぶん突出している。しかし第2バックシート部8Bは、高分子材料よりも高い剛性を有する金属プレートで形成されており、接着剤を介して第2外周シール部7の接合面7cに接合されている。第2外周シール部7の接合面7cは高分子材料で形成されている。このため、第2バックシート部8Bと第2外周シール部7の接合面7cとの接合性、シール性は確保されている。
前述したように、第2バックシート部8Bを構成する金属プレート(例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄合金、ステンレス鋼)は、高分子材料よりも高い剛性を有する。よって、金属プレートで形成された第2バックシート部8Bの端部80が撓むことが抑えられている。従って、第2バックシート部8Bの端部80が撓んで基板1上の透明導電膜2に導通接触することが抑えられている。金属プレートの厚みは基板1の厚みよりも小さくされており、軽量化が図られていることが好ましい。
更に本実施形態によれば、基板1の厚み方向において、セルで形成されたセル群は、ガラスで形成された高い剛性を有する基板1と、高い剛性を有する金属プレートとで挟まれている。このため、第2外周シール部7および第1外周シール部4が高分子材料で形成されているときであっても、全体として高い剛性が得られる。故に、色素増感型太陽電池の耐久性が向上する。なお図11では、図面の複雑化を避けるためセルは図略されている。場合によっては、第2バックシート部8Bを構成するプレートの母材をアルミナ等のセラミックスとすることもできる。
(実施形態7)
図12は実施形態7を示す。本実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成および同様な作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図12に示すように、基板1上の透明導電膜2には枠状の第1外周シール部4Cが積層されている。そして、第1外周シール部4Cに第1バックシート部6の端部60を載せて接合させる。次に、第1バックシート部6および第1外周シール部4Cに、枠状の第2外周シール部7Cを載せて接合させる。このように基板1の厚み方向に外周シール部4C,7Cを隣設される。
本実施形態においても、図12に示すように、電解質室50に収容されている電解質5の密閉性を高める電解質保持用の第1バックシート部6が設けられている。更に、水蒸気バリヤ用の金属箔等の金属層81を有する第2バックシート部8が別体として設けられている。このため電解質室50に収容されている電解質5の密閉性を高めつつ、水蒸気バリヤ性を高めることができる。
(その他)上記した実施形態によれば、第1層61、第2層62、金属層81、外バック層82の厚さの下限値および上限値については次のように例示できる。下限値としては、第1層61は5μm以上、10μm以上にでき、第2層62は5μm以上、50μm以上にでき、金属層81は5μm以上、10μm以上にでき、外バック層82は5μm以上、50μm以上にできる。上限値としては、いずれの層も250μm以下、150μm以下、100μm以下が例示される。但しこれらに限定されるものではない。実施形態1によれば、第1バックシート部6は、PPE、PET、PBTまたはPBNで形成された第1層61と、第1層61に一体的に積層された第2層62とで形成されているが、これに限らず、第1層61のみで形成されていても良いし、第2層62のみで形成されていても良い。第1バックシート部としては、PPE、PET、PBTまたはPBNで形成された第1層61と、第1層61に対して別体をなす第2層62で形成されていても良い。要するに、第1層61を第1外周シール部4の接合面4cに接合させた後に、第1層61に対して別体をなす第2層62を第1層61に接合させても重ねても良い。第1バックシート部6は金属層を有しない方が好ましいが、第1バックシート部6の接合性が充分に確保できる限り、第1バックシート部6に薄い金属層を埋設しても良い。
第1外周シール部4および中間シール部45は、接着官能基を導入した変性(接着性)低密度ポリエチレンで形成されていることが好ましいが、接着官能基を導入した変性(接着性)中密度ポリエチレンまたは高密度ポリエチレンで形成されていても良く、更には、他の材質で形成することもできる。場合によっては、第1外周シール部および第2外周シール部を金属で形成しても良い。この場合には、第1バックシート部6および第2バックシート部8を第1外周シール部および第2外周シール部に接合させるにあたり、接着剤を用いることができる。水蒸気バリヤ用の金属層または金属母材を有する第2バックシート部8に限らず、水蒸気バリヤ用の酸化金属層(アルミナ等のセラミックス層)または酸化金属(アルミナ等のセラミックス)を母材とする第2バックシート部を用いても良い。上記した実施形態では第1バックシート部6と第2バックシート部8は間隔を隔てて設けられているが、第1バックシート部6と第2バックシート部8とは非接合状態であれば互いに接触してても良い。第1バックシート部6および第2バックシート部8同士は互いに接合されていないが、場合によっては、第1バックシート部6および第2バックシート部8同士は互いに部分的に接合されていても良い。
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。本明細書の記載から次の技術的思想も把握される。
(付記項1)光が入射される入射面と入射面に対して反対側に形成された搭載面とを有する光透過性をもつ基板と、基板の搭載面に形成された透明導電膜と、基板の搭載面側に設けられ透明導電膜に互いに間隔を隔てて配置された色素増感型の複数のセルと、基板の搭載面側に設けられセルを収容する電解質室を形成すると共に複数のセルの外側を包囲する外周シール部と、電解質室に収容された電解質と、基板の搭載面側に設けられ電解質室に収容されている電解質を保持するように外周シール部に接合された電解質保持用のバックシート部とを具備する色素増感型太陽電池。
(付記項2)光が入射される入射面と入射面に対して反対側に形成された搭載面とを有する光透過性をもつ基板と、基板の搭載面に形成された透明導電膜と、基板の搭載面側に設けられ透明導電膜に互いに間隔を隔てて配置された色素増感型の複数のセルと、基板の搭載面側に設けられセルを収容する電解質室を形成すると共に複数の前記セルの外側を包囲する外周シール部と、電解質室に収容された電解質と、基板の搭載面側に設けられ電解質室に収容されている電解質を保持するように外周シール部に接合された電解質保持用の第1バックシート部と、外周シール部において第1バックシート部とは異なる部位に接合され水蒸気バリヤ層または水蒸気バリヤを有する母材を有すると共に第1バックシート部とは別体をなす第2バックシート部とを具備する色素増感型太陽電池。水蒸気バリヤ層は金属層、セラミックス層が挙げられる。