JP6353274B2

JP6353274B2 - 電子デバイス用ガスケット

Info

Publication number: JP6353274B2
Application number: JP2014106922A
Authority: JP
Inventors: 元由井; 山田　武司; 武司山田
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: JP2015222785A

Description

本発明は、基板間に電解質等の封入物質を介在させて封止した構造の電子デバイスの封止技術に係り、例えば色素増感型太陽電池の対向電極間の電解質や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段として適用可能なガスケットに関するものである。

色素増感型太陽電池は、シリコン（Si）のｐｎ接合型の太陽電池に比較して製造コストが安いという利点がある。この種の色素増感型太陽電池は、２枚の電極基板間に液状又はゲル状の電解質が封入された構造を有するため、この電解液を封止するＵＶ硬化型接着剤やガスケットによる封止性能及び電解質に対する耐性の向上が、色素増感型太陽電池の信頼性や耐久性において重要である。

詳しくは、色素増感型太陽電池は、図７にその基本構造の一例を示すように、互いに対向配置された一対の透明基板１０１，１０２を有し、この透明基板１０１，１０２間の外周部がシール材１０３で密閉され、一方の透明基板１０１における他方の透明基板１０２との対向面に透明な導電膜からなる透明電極１０４が形成されており、この透明電極１０４に光増感色素１０５ｂを吸着させた酸化チタン（TiO_２）粒子１０５ａからなる多孔質半導体層１０５が設けられ、他方の透明基板１０２における一方の透明基板１０１との対向面に透明な導電膜及び触媒層からなる対向電極１０６が形成されており、前記多孔質半導体層１０５と対向電極１０６の間にシール材１０３によって画成された密閉隙間には、例えばヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質１０７が封入されている。

この種の色素増感型太陽電池は、次のような動作によって発電するものである。まず透明基板１０１に太陽光などの光が当たると、光増感色素１０５ｂが光を吸収することにより励起状態となって電子ｅ⁻を放出し、放出された電子ｅ⁻は酸化チタン粒子１０５ａを経て透明電極１０４へ移動し、さらに外部負荷Ｒを経由して、対向電極１０６に達する。一方、電子ｅ⁻を放出することにより酸化した光増感色素１０５ｂは、電解質１０７中のヨウ化物イオンＩ⁻から電子ｅ⁻を受け取ることによって元の状態に戻り、これによってヨウ化物イオンＩ⁻が酸化された三ヨウ化物イオンＩ_３ ⁻は、対向電極１０６まで拡散してここで対向電極１０６から電子ｅ⁻を受け取ることによって還元され、ヨウ化物イオンＩ⁻となる。還元されたヨウ化物イオンＩ⁻は、光増感色素１０５ｂによって再び酸化されることになる。そしてこのような酸化・還元の繰り返しによって外部負荷Ｒを電流が流れるのである。

電解質１０７を封止するシール材１０３としては、従来、ＵＶ硬化型接着剤あるいは熱硬化型接着剤などの接着剤を用いること（下記の特許文献１参照）、及びゴム系材料からなるガスケットを用いること（下記の特許文献２参照）が知られている。

しかしながら、シール材１０３が接着剤からなるものは、長期にわたって電解質１０７と接触することにより、膨潤したり劣化したりして封止性が低下するおそれがあり、その結果、電解質１０７が漏れたり、また、外部から透過した水蒸気によって電解質１０７が劣化したりすると、光電変換効率が低下するばかりか、色素増感型太陽電池の信頼性と耐久性が著しく低下するおそれがある。

また、シール材１０３として、ゴム系材料からなるガスケットを用いる場合は、電解質１０７により膨潤したり劣化したりすることはないが、ゴム系材料は水蒸気の透過による電解質１０７の劣化を防止することができないおそれがある。このため、ラバーオンリーのガスケットにおいて水蒸気の低透過性を実現するには、このガスケットを可及的に薄肉化する必要がある。ところがガスケットを薄肉化することによって剛性が低下することから、ハンドリング性が悪く、装着の際の位置決め作業が困難になり、静電気によって基板にくっついてしまいやすく、装着過程でガスケットのシール面を傷つけてしまうおそれもある。

また、ハンドリング性を向上させる技術としては、ゴム系材料からなるガスケットを補強用の合成樹脂フィルムに一体成形すること（下記の特許文献２参照）が知られている。しかしながらこの場合は、ゴム系材料のほかに合成樹脂フィルムが必要になることで、製造コストが上昇する問題がある。

特開２００７−０８７６８４号公報特開２００６−２０２６８１号公報特開平１０−３１０１６３号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、色素増感型太陽電池などの電子デバイスに用いられるガスケットの取り扱い方法において、装着作業性を向上させると共に、安定したシール性を得ることにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る電子デバイス用ガスケットの取り扱い方法は、互いに対向配置される一対の基板の間に介装されるガスケット本体部と、このガスケット本体部の外周に連続して前記ガスケット本体部より厚肉に形成さるタブ部とを有する電子デバイス用ガスケットを用いて、封入物質を封入した状態で前記タブ部の内周に前記一対の基板を嵌め込み、それらの内面外周部に前記ガスケット本体部の厚み方向の両面を密接させて介装する工程と、前記タブ部を前記ガスケット本体から切除する工程と、を備える。

請求項１の発明によれば、装着作業に際して、タブ部を持ってこのタブ部を基板の外周に嵌め込むことによって、ガスケット本体部を容易に位置決め配置することができるのに加え、タブ部によってガスケット本体部が補強されるので、装着過程でのねじれや撓みの発生が抑えられ、しかも直接ガスケット本体部を持たなくてもよいので、ガスケット本体部の汚損や損傷を防止することができ、タブ部によってガスケット本体部が補強される結果、ガスケット本体部の薄肉化を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電子デバイス用ガスケットの取り扱い方法において、前記タブ部を前記ガスケット本体から切除する工程は、前記タブ部を前記基板の厚さ方向へ引っ張り、前記ガスケット本体部と前記タブ部との間に形成された前記ガスケット本体部及び前記タブ部より薄肉の易切断部を切断する。

請求項２の発明によれば、ガスケット本体部を一対の基板の間へ装着した後で、易切断部においてタブ部をガスケット本体部から容易に切断除去することができる。

本発明によれば、装着作業に際して、タブ部によってガスケット本体部の位置決め配置が容易になって作業性が向上し、装着過程でのねじれや撓みの発生が抑えられ、ガスケット本体部の汚損や損傷も防止されるので、安定したシール性を奏することができる。しかも、ガスケットが水蒸気の透過性を有する材料からなるものであっても、タブ部によってガスケット本体部の薄肉化が可能であることから、水蒸気の透過の低減を図ることができる。

第一の実施の形態を示すもので、（Ａ）は装着状態、（Ｂ）は未装着状態の断面図である。第一の実施の形態を示す装着過程の断面図である。第一の実施の形態を示すもので、（Ａ）は図２の状態からタブ部を切断する位置を示す断面図、（Ｂ）は切除完了状態の断面図である。第二の実施の形態を示す未装着状態の断面図である。第三の実施の形態を示すもので、（Ａ）は装着過程、（Ｂ）装着状態（タブ部を切除した状態）の断面図である。比較例を示す装着状態の断面図である。従来の電子デバイスとして色素増感型太陽電池の基本構造の一例を概略的に示す説明図である。

以下、電子デバイス用ガスケットを色素増感型太陽電池の封止手段として適用した好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず図１〜図３は、第一の実施の形態を示すもので、このうち図１（Ａ）に概略的に示す電子デバイスとしての色素増感型太陽電池１において、参照符号１１，１２は基板で、互いに対向配置され、このうちの一方の基板１１は、透明なガラス基板と、その内側面に形成された透明電極と、光増感色素を吸着させた多孔質半導体層からなるものであり、他方の基板１２は、透明なガラス基板と、その内側面（一方の基板１１との対向面）に形成された対向電極からなるものである。

基板１１，１２の間には、ヨウ素及びヨウ化物を含有する液状又はゲル状の電解質などの封入物質１３が封入されており、その周囲は、ガスケット２によって封止されている。

詳しくは、ガスケット２は耐電解質性の高いゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）によって成形されたラバーオンリー成形品であって、図１（Ｂ）に示す未装着状態では、薄肉のガスケット本体部２１と、その外周に連続して形成されガスケット本体部２１よりも十分に厚肉のタブ部２２からなるものである。そしてこのガスケット２は、ガスケット本体部２１が色素増感型太陽電池１における基板１１，１２の間の外周部に介装されて内周の封入物質１３を封止するものであり、タブ部２２は、基板１１，１２の外周に嵌め込み可能な大きさの額縁状に形成されており、装着後に切除されるものである。

上記構成を備える第一の実施の形態のガスケット２は、色素増感型太陽電池１への装着に際して、まず図２に示すような状態に組み込む。そしてその過程では、タブ部２２を持ってこれを例えばまず基板１２の外周に遊嵌することによって、その内周側に連続したガスケット本体部２１が基板１２の内面外周部へ容易に位置決め配置されることになる。また、薄肉のガスケット本体部２１が厚肉のタブ部２２によって外周側から支持され補強されるので、装着過程でのガスケット本体部２１のねじれや撓みの発生が抑えられる。しかも、直接ガスケット本体部２１を持たなくてもよいので、ガスケット本体部２１の汚損や損傷を防止することができる。それらの結果、ハンドリング性が良くなり、装着作業性を向上することができる。

また、厚肉（例えば厚さｔ２が６ｍｍ程度）のタブ部２２によってガスケット本体部２１が外周側から支持され補強されるので、このガスケット本体部２１を十分に薄肉（例えば厚さｔ１が５０μｍ程度あるいはそれ以下）とすることができる。その結果、水蒸気の透過面積が小さくなり、外部からの水蒸気の透過による電解質等の封入物質１３の劣化を有効に抑制することができる。

しかもガスケット２は、電解質に対する耐性が高いゴム状弾性材料からなるため、ＵＶ硬化型接着剤などの接着剤からなるシール材のように膨潤したり劣化したりせず、長期にわたって漏れを防止することができる。

このガスケット２は、ガスケット本体部２１が基板１１，１２に密接することによって封入物質１３が外部へ漏れるのを防止するものであり、色素増感型太陽電池１への装着後は、シール機能を有しないタブ部２２は不要となるため、図３（Ａ）に一点鎖線Ｃで示す位置でこれを切除し、図３（Ｂ）に示すように、シール機能を有するガスケット本体部２１のみを残すことができる。

図４は、装着後のタブ部２２の切除を容易にできるようにした第二の実施の形態を示すものである。すなわち、第二の実施の形態によるガスケット２において、上述した第一の実施の形態と異なるところは、ガスケット本体部２１とタブ部２２との間に、ガスケット本体部２１及びタブ部２２より薄肉の易切断部２３が形成された点にある。この易切断部２３は、ガスケット本体部２１を図１又は図３に示す基板１１，１２の間に位置決め配置した状態において、基板１１，１２の外周縁に沿って延びるように形成されている。

上記構成のガスケット２によれば、第一の実施の形態と同様にして位置決めしてガスケット本体部２１を基板１１，１２の間に挟持した後、タブ部２２を基板１１，１２の厚さ方向へ引っ張ることによって易切断部２３が切断され、このとき、ガラスからなる基板１１，１２には無理な力がかからないので、タブ部２２を容易に切り離すことができる。

そして、このガスケット２は合成樹脂フィルム等の補強材を用いないラバーオンリー成形品であることに加え、タブ部２２及び易切断部２３は、ガスケット２を成形するのに用いる金型のキャビティの外周のバリ溝及びこのバリ溝とキャビティの間の隙間を有効に利用して形成することができるため、低コストで製作することができる。

図５は、第三の実施の形態を示すもので、すなわちこの実施の形態によるガスケット２Ａは、色素増感型太陽電池１の外部で水蒸気をシール対象とする二次シールとして用いたものである。

詳しくは、色素増感型太陽電池１は、透明なガラス基板の内側面に形成された透明電極及び光増感色素を吸着させた多孔質半導体層からなる基板１１と、透明なガラス基板の内側面に形成された対向電極及び触媒からなる基板１２の間に電解質などの封入物質１３を封入してガスケット２で密封したもので、すなわち先に説明した図１あるいは図３と同様の構成を備える。この色素増感型太陽電池１は、透明なガラス基板３，４間に挟持されると共に、周囲が第三の実施の形態としてのガスケット２Ａによって封止されている。

ガスケット２Ａは水蒸気透過性の低いゴム状弾性材料によって成形されたラバーオンリー成形品であって、図５（Ａ）に示すように、装着完了前の状態では基板３，４間の外周部に介装されるガスケット本体部２１Ａと、その外周に連続して形成されガスケット本体部２１Ａよりも厚肉のタブ部２２Ａからなり、タブ部２２Ａは、基板３，４の外周に嵌め込み可能な額縁状に形成されており、図５（Ｂ）に示すように、装着後に切除されるものである。

図１に示すような形態のガスケット２において、ガスケット本体部２１の厚さｔ１＝５０μｍ、タブ部２２の厚さｔ２＝６ｍｍ、ガスケット本体部２１の幅ｗ１＝２ｍｍ、タブ部２２の幅ｗ２＝５ｍｍ、１辺Ｌ１＝５１ｍｍの正方形の額縁状のものを、耐電解質性の高いＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）で製作し、基板への組み付けを試行したところ、作業者の熟練度にもよるが、ガスケット本体部２１のみからなる従来例のガスケット(タブ部２２なし。ガスケット本体部２１の寸法は同じ)に比較して、組み付け作業時間がおおむね１８０秒から２０秒程度へと短縮された。また、ガスケット本体部２１の寸法は従来例と同じであるにも拘らず１０００時間経過後の水蒸気透過量が２０％低減し、ねじれや撓みが発生しにくいことによるシール安定性の向上が確認された。

また、図５に示すような形態のガスケット２Ａにおいて、ガスケット本体部２１Ａの厚さｔ１１＝５０μｍ、タブ部２２Ａの厚さｔ１２＝６ｍｍ、ガスケット本体部２１Ａの幅ｗ１１＝２ｍｍ、タブ部２２Ａの幅ｗ１２＝５ｍｍ、１辺Ｌ２＝７１ｍｍの正方形の額縁状のものを、水蒸気透過性の低いＩＩＲ（ブチルゴム）で製作し、基板への組み付けを試行したところ、作業者の熟練度にもよるが、ガスケット本体部２１Ａのみからなる従来例のガスケット(タブ部２２なし。ガスケット本体部２１の寸法は同じ)に比較して、組み付け作業時間がおおむね１８０秒から２０秒程度へと短縮された。また、ガスケット本体部２１Ａの寸法は従来例と同じであるにも拘らず１０００時間経過後の水蒸気透過量が２０％低減し、ねじれや撓みが発生しにくいことによるシール安定性の向上が確認された。

なお、図６に示す比較例のように、ガスケット２は、タブ部２２をガスケット本体部２１と同じ厚さに形成することも考えられるが、特にガスケットの厚さが５０μｍ程度の薄肉の場合、タブ部２２にはガスケット本体部２１に対する補強機能はほとんどなく、装着過程で、タブ部２２を基板の外周に嵌め込むことによる位置決めができず、ガスケット本体部２１が静電気等によって基板に張り付いたりするのを防止することも困難である。

また、上述の例は色素増感型太陽電池の封止手段として適用した場合を説明したが、他の電子デバイスの封止手段、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイの対向基板間の封入ガスの封止手段としても適用することができる。

１色素増感型太陽電池（電子デバイス）
１１，１２基板
１３封入物質
２，２Ａガスケット
２１，２１Ａガスケット本体部
２２，２２Ａタブ部
２３易切断部

Claims

互いに対向配置される一対の基板の間に介装されるガスケット本体部と、このガスケット本体部の外周に連続して前記ガスケット本体部より厚肉に形成されるタブ部とを有する電子デバイス用ガスケットを用いて、封入物質を封入した状態で前記タブ部の内周に前記一対の基板を嵌め込み、それらの内面外周部に前記ガスケット本体部の厚み方向の両面を密接させて介装する工程と、
前記タブ部を前記ガスケット本体から切除する工程と、
を備えることを特徴とする電子デバイス用ガスケットの取り扱い方法。
前記タブ部を前記ガスケット本体から切除する工程は、
前記タブ部を前記基板の厚さ方向へ引っ張り、前記ガスケット本体部と前記タブ部との間に形成された前記ガスケット本体部及び前記タブ部より薄肉の易切断部を切断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス用ガスケットの取り扱い方法。