JPWO2013027820A1 - 電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
最大変形率(%)=100×(最大変位量/シート状基材の厚さ)
に基づいて算出される値を言う。したがって、例えば厚さ0.04mmのシート状基材が上記のようにして荷重をかけることにより撓み、最大変形量が0.01mmとなった場合、最大変形率は25%となり、このシート状基材は可撓性基材となる。
まず本発明に係る電子機器の第1実施形態について図1および図2を用いて説明する。図1は本発明に係る電子機器の一実施形態である光電変換素子としての色素増感太陽電池を示す断面図、図2は図1の封止部を示す部分断面図である。
透明基板6を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板6の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50〜10000μmの範囲にすればよい。
光増感色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素が挙げられる。
対極基板9は、例えばチタン、ニッケル、ステンレス、白金、モリブデン、タングステン等の耐食性の金属材料や、炭素系材料や、作用極1の透明基板6と同様の透明基板上にITO、FTO等の導電性酸化物を形成したもので構成される。対極基板9の厚さは、色素増感太陽電池100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.005〜0.1mmとすればよい。
電解質3は通常、電解液で構成され、この電解液は例えばI−/I3 −などの酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、グルタロニトリル、メタクリロニトリル、イソブチロニトリル、フェニルアセトニトリル、アクリロニトリル、スクシノニトリル、オキサロニトリル、ペンタニトリル、アジポニトリルなどを用いることができる。酸化還元対としては、例えばI−/I3 −のほか、臭素/臭化物イオン、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対などの対が挙げられる。色素増感太陽電池100は、酸化還元対としてI−/I3 −のような揮発性溶質及び、高温下で揮発しやすいアセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリルのような有機溶媒を含む電解液を電解質として用いた場合に特に有効である。この場合、色素増感太陽電池100の周囲の環境温度の変化によりセル空間の内圧の変化が特に大きくなり、色素増感太陽電池100において、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bの融点が異なるものでない場合には、封止部4と対極2との界面、および封止部4と作用極1との界面から電解質3が漏洩しやすくなるからである。
<第1樹脂封止部>
第1樹脂封止部4aに含まれる樹脂は、樹脂であればいかなるものでもよいが、このような樹脂としては、例えば酸変性ポリオレフィンなどの変性ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体または紫外線硬化樹脂を用いることができる。これらは単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
第2樹脂封止部4bに含まれる樹脂は、第1樹脂封止部4aよりも低い融点を有する樹脂であればいかなるものであってもよく、例えば酸変性ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体の中から適宜選択することができる。
酸化皮膜4cの厚さtは、0.1μm以下であればよいが、好ましくは0.08μm以下であり、より好ましくは0.05μm以下である。第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bが異なる材料で構成される場合には、第1樹脂封止部4aおよび第2樹脂封止部4bは通常、線膨張係数その他の物性値の点で異なる。ここで、酸化皮膜4cは、この物性値の差を埋める緩衝層として作用する。このため、酸化皮膜4cの厚さtは、少なくとも、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとの融着面の面積の50%以上の部分で0.02μm以上であることが好ましい。
まず作用極(第1基材)1及び対極(第2基材)2を準備する。
作用極1は、以下のようにして得ることができる(図3)。
一方、対極2は、以下のようにして得ることができる(図4)。
次に、図5及び図6に示すように、作用極1のうち透明導電膜7の表面上の部位であって多孔質酸化物半導体層8を包囲する環状部位C1に封止部4を形成する。封止部4は、透明導電膜7の環状部位C1に固定される第1樹脂封止部4aと、その上に設けられる第2樹脂封止部4bとから構成されている。ここで、第1樹脂封止部4a及び第2樹脂封止部4bはいずれも樹脂を含んでおり、第2樹脂封止部4bとしては、第1樹脂封止部4aの融点よりも低い融点を有するものを用いる。このとき、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとの間に酸化皮膜4cが形成される(図2参照)。ここで、この酸化皮膜4cの厚さtは0.1μm以下となるようにする。このように第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとの間における酸化皮膜4cの形成を抑制するには、例えば窒素などの不活性ガス環境下で第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとを貼り合せればよい。あるいは、第1樹脂封止部4a及び第2樹脂封止部4bがいずれも熱可塑性樹脂であれば、両者を一度にキャストして積層フィルムにし、それを封止部4の形状に加工すればよい。例えば第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとが共にポリエチレンで構成される場合、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとが一度にキャストされると、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとの間に形成される酸化皮膜4cの厚さtは、キャストを行う温度にもよるが、通常0.1μm以下となり、第1樹脂封止部4aと第2樹脂封止部4bとの間で強固な接着力が発現する。
次に、作用極1の多孔質酸化物半導体層8に光増感色素を担持させる。このためには、作用極1を、光増感色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な光増感色素を洗い流し、乾燥させることで、光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に吸着させればよい。但し、光増感色素を含有する溶液を多孔質酸化物半導体層8に塗布した後、乾燥させることによって光増感色素を酸化物半導体多孔膜に吸着させても、光増感色素を多孔質酸化物半導体層8に担持させることが可能である。
次に、図7に示すように、作用極1上であって封止部4の内側に電解質3を配置する。電解質3は、作用極1上であって封止部4の内側に注入したり、印刷したりすることによって配置することができる。
次に、図8に示すように、作用極1と対極2とを対向させて、封止部4を挟むように作用極1と対極2とを重ね合わせる。そして、封止部4を加圧しながら溶融させることによって封止部4と対極2とを接着させる。こうして、作用極1と対極2とを貼り合せる。このとき、封止部4と対極2とは大気圧下で貼り合せる。
次に、本発明に係る電子機器の第2実施形態について図9を参照して説明する。図9は、本発明に係る電子機器の第2実施形態を示す断面図である。
次に、本発明に係る電子機器の第3実施形態について図10を参照して説明する。図10は、本発明に係る電子機器の第3実施形態を示す断面図である。
次に、本発明に係る電子機器の第4実施形態について図11を参照して説明する。図11は、本発明に係る電子機器の第4実施形態を示す断面図である。
(1)ハイミラン アイオノマー(三井デユポンポリケミカル社製)
(2)ニュクレル エチレン−メタクリル酸共重合体(三井デユポンポリケミカル社製)
(3)バイネル 無水マレイン酸変性オレフィン
(4)31x−101 紫外線硬化性樹脂(スリーボンド社製)
(5)05L04 酸変性ポリエチレン(東ソー(株)製、分子構造が05L05に比べ分岐状である)
(5)05L05 酸変性ポリエチレン(東ソー(株)製、分子構造が05L04に比べ直鎖状である)
はじめに、第1基材として、10cm×10cm×4mmの寸法を有するFTO基板からなる導電性基板を準備した。続いて、FTO基板の上に、ドクターブレード法によって酸化チタンペースト(Solaronix社製、Ti nanoixide T/sp)を、その厚さが10μmとなるように塗布した後、熱風循環タイプのオーブンに入れて150℃で3時間焼成し、FTO基板上に多孔質酸化物半導体層を形成し、5cm×5cm×10μmの寸法を有する作用極を得た。
第1樹脂封止部を構成する樹脂、その融点(m.p.)、そのMFR、第1基材(作用極の導電性基板)の硬さ、第2樹脂封止部を構成する樹脂、その融点、そのMFR、第2基材(対極)の硬さ、溶融温度1、溶融温度2、並びに、封止温度を表1に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。また、得られた色素増感太陽電池について、実施例1と同様にして封止部の断面を観察した。その結果、実施例2〜11のいずれにおいても、第1樹脂封止部と第2樹脂封止部との間に酸化皮膜が形成されていた。実施例2〜11の各々における酸化皮膜の厚さは表1に示す通りであった。
第1樹脂封止部を構成する樹脂、その融点(m.p.)、そのMFR、第1基材(作用極の導電性基板)の硬さ、第2樹脂封止部を構成する樹脂、その融点、そのMFR、第2基材(対極)の硬さ、溶融温度1、溶融温度2、封止温度、並びに、酸化皮膜の厚さを表1に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。また、得られた色素増感太陽電池について、実施例1と同様にして封止部の断面を観察した。その結果、実施例12〜17のいずれにおいても、第1樹脂封止部と第2樹脂封止部との間に酸化皮膜が形成されていた。実施例12〜17の各々における酸化皮膜の厚さは表1に示す通りであった。
第1樹脂封止部を構成する樹脂、その融点(m.p.)、そのMFR、第1基材(作用極の導電性基板)の硬さ、第2樹脂封止部を構成する樹脂、その融点、そのMFR、第2基材(対極)の硬さ、溶融温度1、溶融温度2、封止温度、並びに、酸化皮膜の厚さを表2に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。また、得られた色素増感太陽電池について、実施例1と同様にして封止部の断面を観察した。その結果、実施例18〜26のいずれにおいても、第1樹脂封止部と第2樹脂封止部との間に酸化皮膜が形成されていた。実施例18〜26の各々における酸化皮膜の厚さは表2に示す通りであった。
第1樹脂封止部を構成する樹脂、その融点(m.p.)、そのMFR、第1基材(作用極の導電性基板)の硬さ、第2樹脂封止部を構成する樹脂、その融点、そのMFR、第2基材(対極)の硬さ、溶融温度1、溶融温度2、並びに、封止温度を表2に示す通りに変更するとともに、アルゴン雰囲気下で第1樹脂封止部表面と第2樹脂封止部表面を約2μmほど、#4000の研磨紙で削り、加工後の表面(加工面)をエタノールで洗浄した後、両方の加工面を重ねて封止部を形成したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。また、得られた色素増感太陽電池について、実施例1と同様にして封止部の断面を観察した。その結果、第1樹脂封止部と第2樹脂封止部との間において、酸化皮膜の厚さは表2に示す通り0.02μm以下であったが、第1樹脂封止部と第2樹脂封止部とは少なくとも一部において直接連結していた。
第1樹脂封止部を構成する樹脂、その融点(m.p.)、そのMFR、第1基材(作用極の導電性基板)の硬さ、第2樹脂封止部を構成する樹脂、その融点、そのMFR、第2基材(対極)の硬さ、封止温度、並びに、酸化皮膜の厚さを表2に示す通りに変更したこと以外は実施例1と同様にして色素増感太陽電池を作製した。
(評価1)
実施例1〜27及び比較例1〜4の色素増感太陽電池について、以下のようにして耐久性試験を行うことにより、温度変化の大きい環境下での耐久性評価を行った。すなわち耐久試験は、実施例1〜27及び比較例1〜4の色素増感太陽電池に対し、JIS C8917にしたがって、周囲の温度を−40℃まで低下させた後90℃まで上昇させる熱サイクルを1サイクルとして200サイクル行った。そして、光電変換効率の維持率を、下記式:
実施例1〜27及び比較例1〜4の色素増感太陽電池について、以下のようにして耐久性試験を行うことにより、高温環境下での耐久性の評価を行った。すなわち実施例1〜27及び比較例1〜4の色素増感太陽電池に対し、85℃で1000時間保持した後、評価1と同様の式に基づいて、光電変換効率の維持率を算出した。結果を表1及び表2に示す。
2…対極(第2基材)
3…電解質(被封止部)
4…封止部
4a…第1樹脂封止部
4b…第2樹脂封止部
4c…酸化皮膜
8…酸化物半導体層(多孔質酸化物半導体層)
11…導電性基板(第1基材)
100,500…色素増感太陽電池(光電変換素子、電子機器)
200…EL表示装置(電子機器)
202…封止キャップ(第2基材)
203…EL素子部(被封止部)
211…陽極(第1基材)
300…液晶表示装置(電子機器)
302…第2電極(第2基材)
303…液晶層(被封止部)
311…第1電極(第1基材)
400…有機薄膜太陽電池(光電変換素子、電子機器)
402…封止キャップ(第2基材)
403…光電変換部(被封止部)
411…陽極(第1基材)
Claims (11)
- 第1基材と、
前記第1基材に対向配置される第2基材と、
前記第1基材及び前記第2基材の間に配置される被封止部と、
前記第1基材及び前記第2基材を連結し、前記被封止部の周囲に設けられる封止部とを備えており、
前記封止部が、
前記第1基材に固定される第1樹脂封止部と、
前記第2基材に固定され、前記第1樹脂封止部と連結される第2樹脂封止部とを有し、
前記第1樹脂封止部及び前記第2樹脂封止部が樹脂を含み、
前記第2樹脂封止部のメルトフローレート又は融点が前記第1樹脂封止部のメルトフローレート又は融点と異なる電子機器であって、
前記電子機器が、光電変換素子、液晶表示装置又はEL表示装置である電子機器。 - 前記第2基材が可撓性を有し、前記第2樹脂封止部のメルトフローレートが前記第1樹脂封止部のメルトフローレートよりも大きい、又は前記第2樹脂封止部の融点が前記第1樹脂封止部の融点よりも低い、請求項1に記載の電子機器。
- 前記第1基材が光透過性を有する、請求項2に記載の電子機器。
- 前記第1樹脂封止部の融点と前記第2樹脂封止部の融点との差が3〜100℃である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記第1樹脂封止部の融点と前記第2樹脂封止部の融点との差が10〜80℃である、請求項4に記載の電子機器。
- 前記第1樹脂封止部と前記第2樹脂封止部とは、酸化皮膜を介して連結されており、前記酸化皮膜の厚さが0.1μm以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記第1樹脂封止部と前記第2樹脂封止部とがそれらの間の少なくとも一部において直接連結している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子機器。
- 前記電子機器が光電変換素子であり、
前記光電変換素子が、
作用極と、
前記作用極に対向する対極と、
前記作用極と前記対極との間に配置される電解質とを有し、
前記作用極が、前記第1基材と、前記第1基材上であって前記第2基材側に設けられる酸化物半導体層とを含み、
前記被封止部が前記電解質を含み、
前記対極が前記第2基材を含み、
前記第2樹脂封止部のメルトフローレートが前記第1樹脂封止部のメルトフローレートよりも大きく、又は前記第2樹脂封止部の融点が前記第1樹脂封止部の融点よりも低い、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子機器。 - 前記第1樹脂封止部に含まれる樹脂が、酸変性ポリオレフィンで構成される、請求項8に記載の電子機器。
- 前記第2樹脂封止部に含まれる樹脂が、酸変性ポリオレフィンで構成される、請求項8又は9に記載の電子機器。
- 前記酸変性ポリオレフィンが酸変性ポリエチレンである、請求項9又は10に記載の電子機器。
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