JP6530686B2

JP6530686B2 - 電気モジュールの製造装置

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Publication number: JP6530686B2
Application number: JP2015184261A
Authority: JP
Inventors: 壮一郎鈴木; 俊介功刀; 悠長原
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: TW201735388A; JP2018181862A; WO2017047690A1

Description

本発明は、電気モジュールの製造装置に関する。

近年、クリーンな発電源として、光エネルギーを直接かつ即時に電力に変換することができ、二酸化炭素等の汚染物質を排出しない太陽電池が注目されている。その中でも、色素増感太陽電池は、高い変換効率を有し、比較的簡易な方法により製造され、且つ原材料単価が安価であるため、次世代太陽電池として期待されている。

最近では、色素増感太陽電池をはじめとする太陽電池の実用化に向けて、ロール・ツー・ロール方式を導入した連続生産が検討されている。例えば、特許文献１には、シート状の耐熱基板を長手方向にロールで搬送しながら、前記耐熱基板の板面に多孔質層形成用層を形成し、該多孔質層形成用層を焼成して多孔質層とした後、加熱された前記多孔質層に金属化合物を含む塗工液（電解液）を連続的に付与することにより多孔質層上に電極層を形成し、前記電極層上に樹脂材料からなる接着層と基材とを順次、連続的に貼り合わせ、前記耐熱基板を連続的に剥離する酸化物半導体電極の製造方法が開示されている。

ロール・ツー・ロール方式を用いた色素増感太陽電池の連続生産においては、多くの場合、電極及び配線が形成された二枚のフィルム状基板（以下、単に基板という場合もある）を厚み方向に間隔をあけて対向させ、基板同士を貼り合わせる。その後、貼り合わせてできたシート状の色素増感太陽電池から所定数のセルを切り出し、配線のパターンに合わせて適宜、直列又は並列に接続する。このように二枚の基板を貼り合わせて色素増感太陽電池とする際には、封止剤によって半導体層や配線を封止する必要がある。封止剤には種々の材料が考えられるが、紫外線硬化樹脂が多用されている。

特開２００７−２７３４２５号公報

太陽電池等の電気モジュールの連続生産を行う際に、ロール・ツー・ロール方式を用いて二枚の基板を貼り合わせる工程では、所定のように対向配置したフィルム状基板同士をゴムローラーで押圧することで、互いに密着させる。そして、密着状態のフィルム状基板間に設けられた紫外線硬化樹脂に、ゴムローラーの下流側直後の位置で紫外線を照射することで、基板同士を接着すると共に、電気的接点を形成することができる。
しかしながら、ゴムローラーでは配線部分を長い間押圧することは難しく、ゴムローラーから排出された瞬間に押圧力が開放されることで、基板間の隙間が生じ、基板が多少なりとも押圧前の状態に復元されてしまう。その結果、色素増感太陽電池の配線における電気的接続不良が引き起こされるという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、配線における電気的接続不良の発生を防止することができる電気モジュールの製造装置を提供する。

本発明の電気モジュールの製造装置は、一方の板面の互いに異なる領域に第一電極、紫外線硬化樹脂及び配線が形成された第一基板と、一方の板面に第二電極が形成された第二基板と、を前記第一電極及び前記第二電極が対向するように、上下方向から挟んだ状態で押圧する一対のローラーと、前記一対のローラーによって前記第一基板及び前記第二基板が押圧されている押圧領域の外方から前記紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線を発する紫外線照射部と、を備え、前記一対のローラーの外周面のうち少なくとも一部には、前記紫外線照射部から発せられた前記紫外線を反射する材質からなると共に、前記紫外線を少なくとも前記紫外線硬化樹脂が挟まれている前記押圧領域に向けて反射する紫外線反射部が設けられていることを特徴とする。
上述の電気モジュールの製造装置によれば、紫外線照射部から発せられた紫外線が紫外線反射部によって紫外線硬化樹脂が一対のローラーで挟まれている押圧領域に向けて反射される。従って、一対のローラーの押圧によって第一基板及び第二基板の密着状態が保持されている間に、紫外線硬化樹脂が硬化し、基板間に隙間が生じることなく基板同士が接着すると共に、配線が第一基板及び第二基板に対して良好に接着され、電気的接点が形成される。このようにして、配線における電気的接続不良の発生がなくなる。

本発明の電気モジュールの製造装置では、前記紫外線反射部は前記紫外線硬化樹脂に対向する前記ローラーの外周面に位置していてもよい。
上述の電気モジュールの製造装置によれば、紫外線照射部から発せられた紫外線を紫外線反射部によって、紫外線反射部の近傍に位置する押圧領域に対して効率よく反射させる。

本発明の電気モジュールの製造装置では、前記紫外線を反射する材質は、鉄、アルミニウム、チタン又はステンレス等の金属又はその金属を含む合金等が例示可能であり、前記紫外線反射部において、紫外線反射率は５０％以上であり、拡散反射度は５０％以下であることが好ましい。なお、前記材質は、紫外線を反射する材質であれば特に限定されない。また、前述の金属の表面に、クロムメッキ等のメッキ処理がなされてもよい。
なお、「紫外線」の波長は、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下を例示することができるが、紫外線硬化樹脂を硬化可能な波長であれば特に限定されない。また、「紫外線反射率は５０％以上である」及び「拡散反射度は５０％以下である」とは、紫外線硬化樹脂が固まるのに最適な波長の紫外線の紫外線反射率が５０％以上であり、拡散反射度が５０％以上であることを示す。
上述の電気モジュールの製造装置によれば、入手容易で、且つ任意の形状に加工し易い材質である鉄又はステンレスによって紫外線反射部が構成される。そして、紫外線照射部から発せられた紫外線は、より高効率に、紫外線硬化樹脂が挟まれている押圧領域に対して反射することができる。

本発明の電気モジュールの製造装置によれば、配線における電気的接続不良の発生を防止することができる。

本発明に係る電気モジュールの製造装置で製造される電気モジュールの平面図である。本発明に係る電気モジュールの製造装置で製造される電気モジュールの図であって、図１におけるＸ１−Ｘ１線で矢視した断面図である。図１及び図２で示す電気モジュールを構成する貼り合わせ基板の図であって、図１におけるＸ１−Ｘ１線で矢視した断面図である。本発明の一実施形態である電気モジュールの製造装置を示し、前記電気モジュールの製造方法を説明するための図であって、側方から見た断面図である。本発明の一実施形態である電気モジュールの製造装置を示し、前記電気モジュールの製造方法を説明するための平面図である。本発明に係る電気モジュールの製造装置で製造される電気モジュールの変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態である電気モジュールの製造装置（以下、本実施形態の製造装置という）５０について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅、及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更できる。

図１は、本実施形態の製造装置５０を用いて製造可能な電気モジュール２１の平面図である。図２は、電気モジュール２１の図であり、図１に示すＸ１−Ｘ１線で矢視した断面図である。
電気モジュール２１は、フィルム型の色素増感太陽電池である。図１及び図２に示すように、電気モジュール２１は、板面（一方の板面）１ａの互いに異なる領域に第一電極５、封止用紫外線硬化樹脂（紫外線硬化樹脂）９及び配線７が形成された第一基板１と、板面（一方の板面）６ａに第二電極８が形成された第二基板６と、を備えている。

第一基板１は、第一電極５、封止用紫外線硬化樹脂９及び配線７の基台となる部材である。第一基板１は、ロール・ツー・ロール方式等での太陽電池の連続生産に適用できる適度な柔軟性を有し、大面積フィルム状に形成可能な材質であれば特に限定されない。このような材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド等の透明の樹脂材料が挙げられる。

第一基板１の板面１ａには、スパッタリング法や印刷法により、透明導電膜３が成膜されている。透明導電膜３には、例えば、酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が用いられる。

透明導電膜３の上には、複数の半導体層１０が積層されている。半導体層１０は、透明導電膜３とともに電気モジュール２１の第一電極５を構成するものである。半導体層１０は、例えば、増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有する金属酸化物からなる。このような金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、等が挙げられる。

半導体層１０には、不図示の増感色素が担持されている。増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素として、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、等の各種有機色素を用いることができる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等、が好適に用いられる。

透明導電膜３の上には、半導体層１０同士の間に、封止用紫外線硬化樹脂９を介して配線７が設けられている。なお、電気モジュール２１の配線パターンとして配線７が不要な箇所では、半導体層１０同士の間には封止用紫外線硬化樹脂９のみが設けられている。
配線７は、例えば銅等の導電材、或いは前記導電材を含むペーストである。
封止用紫外線硬化樹脂９は、紫外線の照射により硬化する樹脂である。ここで、紫外線の波長は、例えば３００ｎｍ以上４５０ｎｍである。

第二基板６は、第一基板１と同様に透明の樹脂材料等から構成されている。
第二基板６の板面６ａには、スパッタリング法や印刷法により、第二電極８が成膜されている。第二電極８には、例えば、ＩＴＯ、プラチナ、ポリアニリン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、カーボン等が用いられる。

なお、半導体層１０と第二電極８との間に隙間が生じている際には、その隙間に電解液が充填されていてもよい。電解液としては、例えば、アセトニトリル、ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウムまたはヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解質とヨウ素とが混合された溶液（プロピオニトリル等の非水系溶剤）等の液体が挙げられる。

電気モジュール２１のセルＣは、半導体層１０と、半導体層１０を挟んで対向する第一電極５と第二電極８から構成されてなる。

電気モジュール２１は、図３に示すように、板面１ａの互いに異なる領域に第一電極５、封止用紫外線硬化樹脂９及び配線７が形成された第一基板１（以下、貼り合わせ基板１１とする）と、板面６ａに第二電極８が形成された第二基板６（以下、貼り合わせ基板１２とする）と、それぞれを分離した状態から互いに貼り合わせて製造される。
なお、製造容易性等を考慮し、第一基板１の板面１ａ、或いは第二基板６の板面６ａに切り欠き等が形成されていてもよい。また、第二基板６との貼り合わせ前において、第一基板１の透明導電膜３上の半導体層１０、封止用紫外線硬化樹脂９及び配線７は、上下方向から押圧された際にそれぞれ押し拡げられ、その状態で固定されることから、互いに、押し広げられる寸法分の隙間をあけて設けられていてもよい。

図４は、本実施形態の製造装置５０の構成を示し、電気モジュール２１の製造方法を説明するための図であり、側方（即ち、鉛直方向に平行なＺ方向に直交し、且つ基材が搬送されるＰ方向に直交する方向）から見た断面図である。
図４に示すように、製造装置５０は、貼り合わせ基板１１と、貼り合わせ基板１２と、を第一電極５の半導体層１０及び第二電極８が対向するように、上下方向から挟んだ状態で押圧する一対のローラー３１，３２（以下、第一ローラー３１、第二ローラー３２とする）と、一対のローラー３１，３２によって第一基板１及び第二基板６が押圧されている押圧領域Ｒの外方から封止用紫外線硬化樹脂９を硬化させる紫外線ＵＶを発する紫外線照射部３６と、を備えている。
一対のローラー３１，３２は、互いに図２に示す電気モジュール２１の厚み寸法を勘案した所定の間隔をあけて上下方向に沿って配置されている。
なお、電気モジュール２１は、図６に示す電気モジュール２１Ｂであってもよい。

図５は、本実施形態の製造装置５０の構成を示し、電気モジュール２１の製造方法を説明するための平面図である。
図４及び図５に示すように、一対のローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓのうち少なくとも一部には、紫外線照射部３６から発せられた紫外線ＵＶを反射する材質からなると共に、紫外線ＵＶを少なくとも封止用紫外線硬化樹脂９が挟まれている押圧領域Ｒに向けて反射する紫外線反射部３８が設けられている。
一対のローラー３１，３２は、互いに図２に示す電気モジュール２１の厚み寸法と略同等の間隔をあけた状態で上下方向に沿って配置されている。

紫外線照射部３６は、一対のローラー３１，３２に対して、貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２が搬送されるＰ方向の下流側上方に設けられている。
紫外線照射部３６は、市販の紫外線光源、又は、離れた場所に設置された前記紫外線光源から光ファイバ等で導かれた紫外線ＵＶの出射部等で構成されている。紫外線照射部３６から出射される紫外線ＵＶの押圧領域Ｒにおけるパワーは、例えば封止用紫外線硬化樹脂９の硬化に必要とされるパワー以上であればよく、特に限定されない。

紫外線照射部３６から発せられた紫外線ＵＶは、下側に配置されている第二ローラー３２の外周面３２Ｓに当たり、第一ローラー３１の外周面３１Ｓに向かって反射して押圧領域Ｒに照射される。紫外線ＵＶは、第一ローラー３１の外周面３１Ｓに当たり、さらに押圧領域Ｒの上流側に向かって反射する。このように、紫外線ＵＶが一対のローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓ間を反射しながら往復することで、押圧領域Ｒに照射される。
このとき、紫外線ＵＶを反射する条件として、紫外線反射率は５０％以上であって、拡散反射度は５０％以下であることが好ましい。
なお、紫外線照射部３６は、第一基板１及び第二基板６によって封止用紫外線硬化樹脂９が挟まれている（即ち、封止用紫外線硬化樹脂９を含む）押圧領域Ｒに向かって、紫外線ＵＶをローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓで反射させることができれば、何れの位置に配されていても構わない。

一対のローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓは、紫外線ＵＶを反射しやすくするために、鏡面加工等がなされていてもよい。ローラー３１，３２の少なくとも外周面３１Ｓ，３２Ｓを構成する材質は、紫外線ＵＶを反射する材質であれば特に限定されない。ローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓを構成する材質としては、例えば鏡面加工された鉄、アルミニウム、チタン又はステンレス（ＳＵＳ）等の金属又はその金属を含む合金が挙げられる。強度や耐久性を高める目的で、ローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓには、メッキ処理が行われることで紫外線ＵＶを反射しやすくする構造が設けられていてもよい。
一対のローラー３１，３２の少なくとも紫外線反射部３８が鉄又はステンレスで構成されていることにより、波長３００ｎｍから４５０ｎｍの紫外線ＵＶに対して、紫外線反射率が５０％以上となり、拡散反射度が５０％以下となる。

紫外線反射部３８は、少なくとも封止用紫外線硬化樹脂９に対向するローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓに位置している。本実施形態では、図５に示すように、ローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓのうち、封止用紫外線硬化樹脂９に対向する部分、即ちローラー３１，３２の幅方向の中央部分がステンレスから構成され、紫外線反射部３８となっている。
また、紫外線反射部３８は、ローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓの周方向全体にわたって設けられていなくてもよく、貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２がＰ方向（即ち、搬送方向）に移動したときに、封止用紫外線硬化樹脂９が断続的に対向する部分に設けられていてもよい。
なお、ローラー３１，３２の全体が上述したように紫外線ＵＶを反射する材質から構成されていてもよい。

上述の製造装置５０を用いて電気モジュール２１を製造する際には、図４に示すように、第一電極５の半導体層１０と第二電極８とを対向させるようにして、予め用意した貼り合わせ基板１１と、貼り合わせ基板１２とを一対のローラー３１，３２に向かって近接させる。

次に、上述のように互いに近接させた貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２を、一対のローラー３１，３２によって上下方向から挟むと共に押圧する。基材が搬送されるＰ方向において、上側に配置された第一ローラー３１の下端と下側に配置された第二ローラー３２の上端とが最も接近した位置から、貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２のそれぞれの構成要素がローラー３１，３２による押圧力から開放されて復元し始める位置までが、押圧領域Ｒとなる。ローラー３１，３２によって貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２を挟むと同時に、押圧領域Ｒの下流側において、紫外線照射部３６から紫外線ＵＶを出射すると共に、紫外線反射部３８によって反射させる。これにより、押圧領域Ｒにおいてローラー３１，３２により上下方向から押圧された状態の封止用紫外線硬化樹脂９に対して紫外線ＵＶが照射され、封止用紫外線硬化樹脂９が硬化する。紫外線照射部３６の下流側には、上述のように製造された電気モジュール２１が供給される。
この後、配線パターン等に合わせて、セルＣの切り出しや配線７同士の接続等を行い、電気モジュール２１の製品が完成する。

以上説明した本実施形態の製造装置５０によれば、紫外線照射部３６から発せられた紫外線ＵＶを紫外線反射部３８によって押圧領域Ｒに向けて反射することができる。押圧領域Ｒでは封止用紫外線硬化樹脂９が一対のローラー３１，３２によって上下方向に挟まれているので、一対のローラー３１，３２の押圧によって貼り合わせ基板１１及び貼り合わせ基板１２の密着状態が保持されている間に、封止用紫外線硬化樹脂９を硬化させ、基板間に隙間を生じさせることなく接着すると共に、配線７を第一基板１の透明導電膜３及び第二基板６の第二電極８に対して良好に接着し、電気的接点を形成することができる。従って、配線７における電気的接続不良の発生を防止することができる。

また、製造装置５０において、紫外線反射部３８を封止用紫外線硬化樹脂９に対向するローラー３１，３２の外周面３１Ｓ，３２Ｓに設けることで、紫外線反射部３８によって、紫外線ＵＶを紫外線反射部３８の近傍に位置する押圧領域Ｒに対して効率よく反射させることができる。
また、製造装置５０において、紫外線反射部３８を構成する材質を鉄又はステンレスとし、紫外線反射部３８において、紫外線反射率を５０％以上、拡散反射度を５０％以下とすることで、入手容易で、且つ任意の形状に加工し易い材質を用いて紫外線反射部３８を容易に且つ比較的安価で構成することができる。そして、紫外線照射部３６から発せられた紫外線ＵＶを、封止用紫外線硬化樹脂９が挟まれている押圧領域Ｒに対して、より高効率に反射させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、Ｐ方向に沿って二段階以上の多段階で封止用紫外線硬化樹脂９を硬化させてもよい。即ち、一段目に上述した紫外線照射部３６が設けられ、二段目以降として、紫外線照射部３６よりもＰ方向の下流側に、紫外線照射部３６とは別の紫外線照射部が設けられていてもよい。二段階で封止用紫外線硬化樹脂９の硬化を行う場合は、先ず、一段階目として、紫外線照射部３６から紫外線反射部３８に対して紫外線ＵＶを照射し、貼り合わせ基板１１，１２のそれぞれの構成要素がローラー３１，３２による押圧力から開放されて復元しない程度に封止用紫外線硬化樹脂９を一次的に硬化してもよい。その後、二段階目として、一次的に貼り合された貼り合わせ基板１１，１２の封止用紫外線硬化樹脂９に、押圧領域Ｒよりも下流側において紫外線照射部３６とは別の紫外線照射部から紫外線を照射することで、封止用紫外線硬化樹脂９を完全に硬化させてもよい。

また、一対のローラー３１，３２は側面視真円形でなくてもよく、Ｐ方向における押圧領域Ｒの長さ寸法ｗを確保するために、所定の長さ寸法ｗを有する側面視楕円形の芯材の外周面に沿って移動し、外周面に紫外線反射部３８が設けられた搬送ベルトであってもよい。

また、本実施形態における連続生産可能な電気モジュール２１としてフィルム型の色素増感太陽電池を例示して説明したが、電気モジュール２１は、Ｐ方向に搬送しながら紫外線硬化樹脂を挟んで基板同士を貼り合わせてなる電気モジュールであれば、その種類や各構成要素の形状及び配置は特に限定されない。

本発明は、太陽電池等の電気モジュールに関する分野で利用可能である。

１…第一基板、１ａ，６ａ…板面、５…第一電極、７…配線、８…第二電極、９…封止用紫外線硬化樹脂（紫外線硬化樹脂）、２１，２１Ｂ…電気モジュール、３１，３２…ローラー、３１Ｓ，３２Ｓ…外周面、３６…紫外線照射部、３８…紫外線反射部、５０…製造装置（電気モジュールの製造装置）、Ｒ…押圧領域

Claims

一方の板面の互いに異なる領域に第一電極及び紫外線硬化樹脂が形成された第一基板と、一方の板面に第二電極が形成された第二基板と、を前記第一電極及び前記第二電極が対向するように、上下方向から挟んだ状態で押圧する一対のローラーと、
前記一対のローラーによって前記第一基板及び前記第二基板が押圧されている押圧領域の外方から前記紫外線硬化樹脂を硬化させる紫外線を発する紫外線照射部と、
を備え、
前記一対のローラーの外周面のうち少なくとも一部には、前記紫外線照射部から発せられた前記紫外線を反射する材質からなると共に、前記紫外線を少なくとも前記紫外線硬化樹脂が挟まれている前記押圧領域に向けて反射する紫外線反射部が設けられている電気モジュールの製造装置。
前記紫外線反射部は前記紫外線硬化樹脂に対向する前記ローラーの外周面に位置している請求項１に記載の電気モジュールの製造装置。
前記紫外線を反射する材質は、鉄、アルミニウム、チタン及びステンレスからなる群より選ばれる金属又はその金属を含む合金であり、
前記紫外線反射部において、紫外線反射率は５０％以上であり、拡散反射度は５０％以下である請求項１又は請求項２に記載の電気モジュールの製造装置。