JPWO2017142086A1 - 電気モジュール及び電気モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る電気モジュールは、第一基材上の半導体電極と第二基材上の対向電極とに接し、且つ前記半導体電極と前記対向電極との間に設けられた導通材を備えている。前記導通材は、前記半導体電極と前記対向電極との間を導通可能とする導電粒子を含み、前記導電粒子の一部又は全部は、前記半導体電極と前記対向電極との両方に接し、且つ前記半導体電極と前記対向電極の少なくとも一方に食い込んでいる。

Description

本発明は、電気モジュール及び電気モジュールの製造方法に関する。本願は、２０１６年２月１８日に日本に出願された特願２０１６−０２８９６８号及び２０１６年８月２２日に日本に出願された特願２０１６−１６１８８４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、クリーンエネルギーの発電装置として太陽電池が注目され、シリコン系太陽電池及び色素増感太陽電池の開発が進められている。色素増感太陽電池は、高い光電変換効率を有するとともに安価で量産しやすいため、その構造及び製造方法が広く研究されている。

上述の色素増感太陽電池をはじめとして封止を必要とする電気モジュールにおいては、複数のセルを同一平面内に並べて作製する際に、例えば、隣接するセル間において、第一のセルの上側電極と、第二のセルの下側電極とを電気的に接続し、かつ電極間に電解質等の要素を封止するために、「封止材／導通材（例えば導線、導電性ペースト等）／封止材」の構造を形成している。

例えば、特許文献１には、透明電極と、対向電極と、これらの電極を封止して絶縁する封止絶縁部と、を備えた光電変換素子が同一平面内に並んで設けられた光電変換モジュールが開示されている。この光電変換モジュールにおいては、隣り合う光電変換素子同士を電気的に接続するために、第一の光電変換素子の透明電極部材の一部と、第二の光電変換素子の対向電極部材の一部とが互いに向き合うように配置され、第一及び第二の光電変換素子の間に導通材が配されている。これにより、複数のセル間での直列構造が形成されている。

特許文献１に開示された光電変換素子をはじめとする従来の電気モジュールには、導通材として金属製のワイヤー等が用いられていたため、レーザや超音波融着等でセルを切断する際に、導通材を切断し難く、セルを切断するのに手間がかかるという問題があった。
上述の問題を解決する一方法として、接着剤に導電性フィラーを備えた導電性ペーストを用いて電気的な接続を図る方法が知られている。

特開２００１−３５７８９７号公報

しかしながら、従来の導電性ペーストは、電気モジュールにおける光電変換素子同士の電気的な接続を確保するのに十分な導電性能を有していない。具体的には、従来の導電ペーストは、フィルム等の基材への追従性が低く、導電ペーストが基材から剥離すると導電ペーストと基材との接点が取れなくなるという問題があった。したがって、導電性ペーストを用いた電気モジュールは、品質の安定性が低い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、切断の容易性及び品質の高安定性を確保可能な電気モジュールならびに電気モジュールの製造方法を提供する。

本発明に係る電気モジュールは、第一基材上の第一電極と第二基材上の第二電極とに接し、且つ前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた導通材を備え、前記導通材は、前記第一電極と前記第二電極との間を導通可能とする導電粒子を含み、一部又は全部の前記導電粒子は、前記第一電極と前記第二電極との両方に接し、且つ前記第一電極と前記第二電極の少なくとも一方に食い込んでいることを特徴とする。

上述の構成によれば、例えば、電気モジュールを構成する電極間に導通材（又は、導通材として硬化する前の導電性ペースト）を配した際に、電極の延在方向に導電粒子が分散される。これにより、電極の延在方向における導電粒子同士の間は比較的柔らかく、切断し易くなる。
また、電極間の厚み方向において、導電粒子のうち第一電極と第二電極の少なくとも一方に食い込んでいる部分によって電極間の接点が容易且つ確実に得られ、電極同士が導通される。さらに、導電粒子が第一電極と第二電極の少なくとも一方に「食い込んでいる」ことによって、導電粒子と電極との接合強度が高まり、電極が導電粒子を含む導通材から剥がれ難くなり、電極と導通材との相対位置関係がずれ難くなると共に、電極間の厚み寸法が長期にわたり一定に保たれる。これにより、電気モジュールの導電性能が確実に保持され、品質が良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールにおいては、前記一部又は全部の導電粒子は、前記第一電極ならびに前記第二電極の双方もしくは何れか一方を貫通していることが好ましい。

上述の構成によれば、導電粒子が第一電極ならびに前記第二電極の双方もしくは何れか一方を貫通することで、厚み方向全体にわたり電極に対して導電粒子が接するので、導電粒子と電極との導通がより良好になる。これにより、電気モジュールの導電性能がより確実に保持され、品質がより良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールにおいては、前記一部又は全部の導電粒子は、前記第一電極と前記第二電極との両方に接し、且つ前記第一基材ならびに前記第二基材の双方もしくは何れか一方に食い込んでいることが好ましい。

上述の構成によれば、導電粒子が第一電極と第二電極との両方に接することで、第一電極と導電粒子との接点及び第二電極と導電粒子との接点の両方が形成され、電極間の接点がより容易且つ確実に得られ、電極同士が導通される。また、少なくとも一部の導電粒子が第一基材ならびに第二基材の双方もしくは何れか一方に「食い込んでいる」ことによって、導電粒子と電極とが接する面積及び厚み寸法がより大きくなり、導電粒子と電極との接合強度がさらに高まる。これにより、電気モジュールの導電性能がより確実に保持され、品質がより良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールにおいては、前記第一電極と前記第二電極との距離は、前記導電粒子の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下であることが好ましい。

上述の構成によれば、導電粒子の一部又は全部が第一電極と前記第二電極との両方に接し、且つ第一電極と第二電極の少なくとも一方に食い込むように、第一電極と第二電極との距離が好適になる。従って、電極の延在方向の導電粒子の間のバインダーのみの部分は比較的柔らかく、切断し易くなる。また、電気モジュールの導電性能が確実に保持され、品質が良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールにおいては、前記導通材は前記第一電極と前記第二電極との間の厚み方向の間隔よりも小さい径寸法の補助導電物質をさらに含んでもよい。

上述の構成によれば、電極間の導電粒子同士の隙間に補助導電物質が配置されるので、電極間の接点がさらに容易に得られ、電極同士がより良好に導通する。これにより、電気モジュールの導電性能がより確実に保持され、品質がより良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールにおいては、前記第一電極又は前記第二電極が光増感色素を含んでもよい。

上述の構成によれば、光を照射される等の刺激を受けた光増感色素から第一電極又は第二電極に電子が渡され、導電粒子を介して、さらに互いに他方の電極に電子が渡される。
このような原理に基づいた色素増感型の電気モジュールが得られ、その導電性能がより確実に保持され、品質がより良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールの製造方法は、電気モジュールの製造方法であって、前記第一電極と前記第二電極とを任意の距離を空けて対向させ、前記第一電極と前記第二電極との間に、少なくとも前記導電粒子を配する第一工程と、前記第一基材と前記第二基材とを互いに近づけるように押圧し、前記第一基材と前記第二基材とを貼り合わせる第二工程と、を備えることを特徴とする。

上述の構成によれば、第一工程において第一電極と第二電極とが任意の距離を空けて対向配置され、第二工程において第一基材と第二基材が導電材を介して貼り合される。
上述の工程によれば、例えば、電気モジュールを構成する電極間に本発明の導電性ペースト（導電材）を配した際に、電極の延在方向に導電粒子が分散される。これにより、電極の延在方向の導電粒子同士の間は比較的柔らかくなるので、切断し易い電気モジュールが得られる。
また、第二工程において、第一基材と第二基材が貼り合される際に、第一基材と第二基材とが互いに近づけるように押圧されることで、電極間の厚み方向において、導電粒子が第一電極と第二電極の少なくとも一方に食い込む。電極間の接点が容易且つ確実に得られ、電極同士が導通され、導電粒子が第一電極と第二電極の少なくとも一方に「食い込む」ことによって、導電粒子と電極との接合強度が高まる。従って、電気モジュールの導電性能が確実に保持され、品質が良好に安定する。

本発明に係る電気モジュールの製造方法においては、前記第二工程は、前記第一電極と前記第二電極との距離を前記導電粒子の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下とすることが好ましい。

上述の構成によれば、第一電極と第二電極との距離を導電粒子の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下とすることで、一部又は全部の導電粒子が第一電極と第二電極との両方に接し、且つ第一電極と第二電極の少なくとも一方に食い込むように、第一電極と第二電極との距離が好適になる。従って、電極の延在方向の導電粒子の間のバインダーのみの部分が比較的柔らかくなり、切断し易い電気モジュールが得られる。また、導電性能が確実に保持され、品質が良好に安定した電気モジュールが得られる。

本発明に係る電気モジュールの製造方法においては、前記第二工程において、前記第一基材と前記第二基材とを互いに近づけるように、導電粒子の一つ当たり０．４Ｎ以上の力で押圧することが好ましい。

上述の構成によれば、半導体電極及び対向電極、第一基材及び第二基材が導電粒子の厚み方向の両端部によって導電粒子の厚み方向外方に向けて適度に押し出されるので、導電粒子と第一電極又は第二電極との接合強度が高くなり、電極間の導通が安定する。

本発明によれば、電気的に切断し易く、第一電極と第二電極との間の導通材を容易に切断することができるとともに、電極間を高安定的に導通可能な電気モジュールが得られる。

本発明の一実施形態である色素増感太陽電池を示す平面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池を示す図であり、図１に示すＢ−Ｂ線で矢視した断面の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池を示す図であり、図１に示すＡ−Ａ線で矢視した断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の第一変形例を示す図であり、色素増感太陽電池の変形例において図１に示すＢ−Ｂ線に対応する位置で矢視した断面の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の第二変形例を示す図であり、色素増感太陽電池の変形例において図１に示すＢ−Ｂ線に対応する位置で矢視した断面の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の第三変形例を示す図であり、色素増感太陽電池の変形例において図１に示すＢ−Ｂ線に対応する位置で矢視した断面の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の第四変形例を示す図であり、色素増感太陽電池の変形例において図１に示すＢ−Ｂ線に対応する位置で矢視した断面の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の製造方法を説明するための図であり、一方の貼り合わせ基材の断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の製造方法を説明するための図であり、他方の貼り合わせ基材の断面図である。 本発明の一実施形態である色素増感太陽電池の製造方法を説明するための図であり、貼り合わせ基材同士を貼り合わせる様子を示す断面図である。

以下、本発明に係る電気モジュール１及び電気モジュールの製造方法について、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、適宜変更することができる。また、電気モジュール１の構成及び構造も図示した長さ、幅及び厚みの比率等に限定されるものではない。

＜電気モジュール＞
図１から図３に示すように、色素増感太陽電池（電気モジュール）１Ａは、半導体電極（第一電極）７と対向電極（第二電極）８とが導通材６を介して対向配置されてなる電気モジュールである。

なお、以下では、本発明に係る電気モジュール１の一実施形態として色素増感太陽電池１Ａを例に挙げて説明するが、本実施形態は第一基材２及び第二基材４の間に形成された複数のセルＣの封止と、各セルＣ，Ｃ．…，Ｃ同士の電気的な直列接続又は並列接続とを要する種々の電気モジュールに適用可能である。

具体的には、色素増感太陽電池１Ａは、第一基材２と、第二基材４と、半導体電極７と、対向電極８と、電解質９と、導通材６と、を備えている。

半導体電極７は、第一基材２上に積層された透明導電膜３と、透明導電膜３上に積層された多孔質の半導体層１０と、を備えている。
対向電極８は、第二基材４上に積層された対向導電膜５と、対向導電膜５上に積層された触媒層１１と、を備えている。

色素増感太陽電池１Ａの導通材６の両側方には、封止材１２，１２が配されている。導通材６と封止材１２とにより、電極間（即ち、半導体電極７と対向電極８との間）を接着している。一方、導通材６の延在方向に交叉する方向には、超音波融着等の手段により絶縁及び接着されている（以下、絶縁された部分を「絶縁部１３」という）。このようにして、それぞれに半導体層１０を有するセルＣが液密に封止されている。そして、導通材６に含まれた導電粒子２０によって、半導体電極７と対向電極８の間には厚み方向に間隙が形成され、その間隙内に電解質９が封止されている。

色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂにおいて、導通材６は、半導体電極７及び対向電極８を構成する透明導電膜３及び対向導電膜５に直接接触している。透明導電膜３及び対向導電膜５の所定の箇所には、レーザ照射等によって絶縁された複数のパターニング部２５が設けられている。

隣接するセルＣ，Ｃ同士の透明導電膜３及び対向導電膜５は、パターニング部２５により複数に区画され、複数の透明導電膜３及び対向導電膜５のパターンが形成される。区画された各セルＣにおいて、第一のセルＣ１の対向電極８を構成する対向導電膜５と、第一のセルＣ１に隣接する第二のセルＣ２の半導体電極７を構成する透明導電膜３とが導通材６によって電気的に接続されている。この結果、第一のセルＣ１と第二のセルＣ２が直列に接続されている。

第一基材２及び第二基材４の材質は、特に限定されず、例えば、樹脂等の絶縁体、半導体、金属、ガラス等が挙げられる。前記樹脂としては、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリイミド、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド等が挙げられる。薄くて軽いフレキシブルな色素増感太陽電池１Ａを製造する観点からは、基材は透明樹脂製であることが好ましく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムであることがより好ましい。なお、第一基材２の材質と第二基材４の材質とは、異なっていても構わない。

透明導電膜３、対向導電膜５の種類や材質は、特に限定されず、公知の色素増感太陽電池に使用される導電膜が適用可能であり、例えば、金属酸化物で構成される薄膜が挙げられる。前述の金属酸化物としては、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等が例示できる。

半導体層１０は、吸着した光増感色素から電子を受け取ることが可能な材料によって構成され、通常は多孔質であることが好ましい。半導体層１０を構成する材料は特に限定されず、公知の半導体層１０の材料が適用可能であり、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物半導体が挙げられる。
半導体層１０に担持される光増感色素は特に限定されず、例えば有機色素、金属錯体色素等の公知の色素が挙げられる。前述の有機色素としては、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、チオフェン系等が挙げられる。前記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。

触媒層１１を構成する材料は、特に限定されず、公知の材料を適用可能であり、例えば、白金、カーボンナノチューブ等のカーボン類、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の導電性ポリマー等が挙げられる。

電解質９は、特に限定されず、公知の色素増感太陽電池で使用されている電解質を適用できる。電解質９としては、例えばヨウ素とヨウ化ナトリウムが有機溶媒に溶解された電解液等が挙げられる。

電解質９が接触する半導体層１０において多孔質内部を含む表面には、図示しない公知の光増感色素が吸着している。

導通材６は、互いに平行に且つ一方向に延びる複数の半導体層１０の間に配され、第一基材２上の半導体電極７と第二基材４上の対向電極８とに接し、且つ半導体電極７と対向電極８との間に設けられている。
導通材６は、導通材６の塗工又は配設において均したり加圧したりすることで、導電粒子２０が厚さ方向に重なることなく単層で配されやすく構成されている。従って、導通材６の導電粒子２０は、図３に示すように、透明導電膜３と対向導電膜５との間に、加圧等の均す作業により厚さ方向に単層で配されている。なお、導電粒子２０は、透明導電膜３と対向導電膜５との間に必ずしも単層で配されていなくてもよい。

具体的には、導通材６は、少なくとも導電粒子２０を含んでいる。本実施形態では、導通材６は、さらにバインダー１８を含んでおり、導電性ペーストが硬化されたものである。以下、広義には導電ペーストも導電材６として解釈する。なお、導通材６は、流動性を抑えたもの、又は流動性の低いものであってもよい。

バインダー１８としては、公知の色素増感太陽電池の半導体層を形成するために使用される高分子バインダーが適用可能であり、例えば、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレングリーコール等が挙げられる。
バインダー１８は、一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよく、高分子でなくとも、流動性が適度に抑えられていればよい。

導電粒子２０は、導電性ペースト中に分散され、色素増感太陽電池１Ａの電極同士を導通可能とする物質である。導電粒子２０は、金属粒子のように導電粒子自体が導電性を有していてもよく、例えば少なくとも表面が導電性を有する金属層により形成された粒子であってもよい。

導電粒子２０は、半導体電極７と対向電極８との間を導通可能とするものである。一部又は全部の導電粒子２０は、少なくとも、図２及び図３に示すように、半導体電極７と対向電極８との両方に接し、且つ半導体電極７と対向電極８の少なくとも一方に食い込んでいる。

図２に示すように、一部又は全部の導電粒子２０は、半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方を貫通し、第一基材２ならびに第二基材４の双方もしくは何れか一方に食い込んでいることが好ましい。ちなみに、図２では、導電粒子２０の全部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方を貫通し、第一基材２ならびに第二基材４の双方に食い込んでいる。
このような配置により、導電粒子２０の表面と導電粒子２０が貫通した部分の半導体電極７ならびに対向電極８の内壁とが確実に接触すると共に、導電粒子２０の厚み方向両端部が第一基材２ならびに第二基材４の内部に埋め込まれた状態とされている。

図４に示す色素増感太陽電池１Ｂは、色素増感太陽電池１Ａの第一変形例である。
図４に示すように、導電粒子２０の一部又は全部は、半導体電極７と対向電極８との両方に接し、導電粒子２０の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方の内部に配置されていてもよい。
このような配置により、導電粒子２０の表面と導電粒子２０が埋め込まれた部分の半導体電極７ならびに対向電極８の表面とが確実に接触する。

図２及び図４に示す導電粒子２０の形状は一例であって、導電粒子２０の形状は、導電粒子２０が上述のように電極間に配置可能とされ、スペーサーの役割を果たせば、特に制限されない。このような導電粒子の形状としては、例えば多角体形状、楕円形状、針形状、星形状、略球状等が挙げられる。

図５に示す色素増感太陽電池１Ｃは、色素増感太陽電池１Ａの第二変形例である。
色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂの導電粒子２０が多角体形状であるのに対し、図５に示すように、色素増感太陽電池１Ｃの導電粒子２０は、例えば球状である。球状の導電粒子２０の一部又は全部は、半導体電極７と対向電極８との両方に接し、導電粒子２０の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方に食い込んでいる。即ち、導電粒子２０の一部又は全部の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方の内方に位置している。

色素増感太陽電池１Ｃの構成においても、導電粒子２０の表面と導電粒子２０が埋め込まれた部分の半導体電極７ならびに対向電極８の表面とが確実に接触する。また、導電粒子２０の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れかによって所定の位置に固定されるので、色素増感太陽電池１Ｃ全体の曲げに対しても、導電粒子２０の位置がずれにくく、導電粒子２０と半導体電極７ならびに対向電極８との導電が確実に保持される。

図６に示す色素増感太陽電池１Ｄは、色素増感太陽電池１Ａの第三変形例である。
色素増感太陽電池１Ｄの導電粒子２０は、色素増感太陽電池１Ｃの導電粒子２０と同様に例えば球状である。図６に示すように、球状の導電粒子２０の一部又は全部は、半導体電極７と対向電極８との両方に接している。少なくとも半導体電極７と対向電極８は、球状の導電粒子２０の厚み方向の両端部によって厚み方向外方に押し出されている。図６に例示する構成では、第一基材２及び第二基材４も導電粒子２０の厚み方向外方に押し出されている。

色素増感太陽電池１Ｄの構成のように、半導体電極７と対向電極８が導電粒子２０の厚み方向の両端部によって厚み方向外方に押し出されるようになるのは、例えば色素増感太陽電池１Ｃの導電粒子２０に比べて色素増感太陽電池１Ｄの導電粒子２０の方が硬い場合、色素増感太陽電池１Ｃの半導体電極７と対向電極８に比べて色素増感太陽電池１Ｄの半導体電極７と対向電極８が柔らかい、或いは高い弾性を有する場合等が考えられる。

また、後に色素増感太陽電池１Ａの製造方法で説明するが、本実施形態の色素増感太陽電池の各々を製造する際には、第一基材２及び第二基材４を厚み方向において互いに所定の間隔をあけて貼り合わせる。この際に、第一基材２及び第二基材４の間隔を狭め、導電粒子２０を押し潰すように貼り合わせた場合、貼り合わせ後に導電粒子２０の形状が復帰した際に、封止材１２又は導通材６が未硬化状態であれば、半導体電極７と対向電極８が導電粒子２０の厚み方向の両端部によって厚み方向外方に押し出されることがある。例えば、導電粒子２０が平均粒径の１０％以上潰される、即ち、導電粒子２０の厚み寸法が平均粒径の９０％以下になるよう押し潰された状態で第一基材２及び第二基材４が貼り合わされると、半導体電極７及び対向電極８、第一基材２及び第二基材４が導電粒子２０の厚み方向の両端部によって導電粒子２０の厚み方向外方に向けて適度に押し出されると考えられる。上述のように導電粒子２０の厚み寸法が平均粒径の９０％以下になるように導電粒子２０を押し潰す際に、第一基材２及び第二基材４の外方から第一基材２及び第二基材４に加わる力は、導電粒子２０の一つ当たり０．４Ｎ以上であることが好ましいと考えられる。

なお、図５及び図６には球状の導電粒子２０を例示しているが、上述のように導電粒子２０の形状は特に限定されず、多角体形状、楕円形状、針形状や星形状やこれら以外の形状であってもよい。このような球状以外の形状を有する導電粒子２０を用いた場合であっても、図５に示すように導電粒子２０の一部又は全部の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方の内方に位置している状態や、図６に示すように少なくとも半導体電極７と対向電極８が導電粒子２０の一部又は全部の厚み方向の両端部によって導電粒子２０の厚み方向外方に押し出されている状態になり得る。

色素増感太陽電池１Ｄの構成においても、導電粒子２０の表面と導電粒子２０が埋め込まれた部分の半導体電極７ならびに対向電極８の表面とが確実に接触する。また、導電粒子２０の厚み方向の両端部の全体に半導体電極７と対向電極８が当接するので、導電粒子２０と半導体電極７ならびに対向電極８との接触面積が色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃの構成に比べて拡大され、導電粒子２０と半導体電極７ならびに対向電極８との導電がより確実に保持される。さらに、導電粒子２０の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れかによって所定の位置に固定されるので、色素増感太陽電池１Ｄ全体の曲げに対しても、導電粒子２０の位置がずれにくく、導電粒子２０と半導体電極７ならびに対向電極８との導電が確実に保持される。

導電粒子２０の平均粒子径は、例えば５μｍ以上５００μｍ以下とされている。
なお、導電性ペースト中に導電粒子２０の他に導電性物質が含まれる場合、所望の平均粒子径を有する導電粒子２０は、導電性ペーストに含まれる複数の導電性物質のうち１質量％以上、好ましくは１０重量％以上、より好ましくは４０重量％以上、さらに好ましくは７０重量％以上含まれている。これにより、電極間の距離が一定に保持され易くなる。

半導体電極７と対向電極８との距離は、用いる導電粒子２０の弾性等の物性、及び、形状や粒子径のばらつきの度合い等を勘案して適宜設定されている。半導体電極７と対向電極８との距離は、例えば、導電粒子２０の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下であることが好ましく、４０％以上１５０％以下であることがより好ましく、５０％以上１２０％であることがさらに好ましく、６０％以上９０％以下であることが特に好ましい。これにより、図３に示すように、導電粒子２０の厚み方向両端部が半導体電極７ならびに対向電極８の内部に配置され易くなる。特に、半導体電極７と対向電極８との距離が導電粒子２０の群の平均粒子径の６０％以上９０％以下であると、半導体電極７と対向電極８との厚み間隔が導電粒子２０の群の平均粒子径に比べて適度に小さくなり、図２に示すように、導電粒子２０が半導体電極７ならびに対向電極８を貫通し、第一基材２ならびに第二基材４に食い込み易くなる。

導電粒子２０の材質としては、第一基材２及び第二基材４に食い込み可能な程度の硬さを有し、導電性を有するか、或いは導電性を付与可能であれば特に限定されず、例えば金、銀、銅、クロム、チタン、白金、ニッケル、錫、亜鉛、鉛、タングステン、鉄、アルミニウム等の金属粒子が挙げられる。また、これらの金属を含む合金や化合物からなる粒子、導電性樹脂からなる粒子、又はカーボンブラック等の炭素系粒子が挙げられる。さらに、樹脂製の粒子に無電解ニッケル等の導電性を有する金属を被覆したもの等が挙げられる。

本実施形態では、導電粒子２０が導電性ペーストにおいて適度に分散される観点から、０．１質量％から８０質量％の導電粒子２０対して９９．９質量％から３０質量％のバインダー１８が含まれていることが好ましい。このような質量比で導電性ペーストにバインダー１８及び導電粒子２０が含まれることにより、前述のように導電粒子２０が導電性ペーストに適度に分散され、導電性ペーストの硬度が電極に配するのに便宜的な程度になる。また、導電性ペースト及び導通材６において、電極間の安定的な導通を図るのに適した導電粒子２０を保持させることができるとともに、導通材６を超音波等で絶縁又は切断しやすい程度に、導電粒子２０が含まれる。なお、導電性ペースト及び導通材６には、粘性を高める、或いは金属粒子からなる導電粒子２０の沈降を防止するために増粘剤が適量含まれていてもよい。

図７に示す色素増感太陽電池１Ａ´は、色素増感太陽電池１Ａの第四変形例である。
図７に示すように、導通材６は、バインダー１８と、導電粒子２０との他に、補助導電物質２１を備えていることが好ましい。例えば補助導電物質２１が粒子状であれば、電極間に導通材６に含まれて配置された際に、電極間の厚み方向の間隔よりも小さい径寸法を有する。なお、図７では、図１から図３に示す色素増感太陽電池１Ａの変形例として補助導電物質２１を備えている構成を例示するが、図４から図６に示す色素増感太陽電池１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにも同様の構成を適用することができる。

導通材６において導電粒子２０同士の隙間に介在させる目的から、補助導電物質２１の平均粒子径は、例えば導電粒子２０の平均粒子径の８０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることがさらに好ましい。これにより、前述の目的が果たされ、導通材６の導電性がより高められることで、電極間が電気的に良好に安定して導通する。

補助導電物質２１としては、導電性を有し、導電粒子２０の導通性を阻害しないものであればよく、導電粒子２０よりも更に小さな径の粒子状の物質や繊維等が挙げられる。
補助導電物質２１の材料としては、金、銀、銅、クロム、チタン、白金、ニッケル、錫、亜鉛、鉛、タングステン、鉄、アルミニウム等の金属、これらの金属を含む化合物、導電性樹脂、又はカーボンブラック等の炭素材料からなるもの等が挙げられる。導電粒子２０と同一の物質であってもよい。

補助導電物質２１が繊維状である場合は、導電粒子２０の群の平均粒子径に対し、補助導電物質２１の繊維径が４５％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましく、１５％以下であることがさらに好ましい。また、補助導電物質２１の繊維長のアスペクト比は、例えば、２以上５００以下程度とされている。なお、繊維径とアスペクト比は、導電粒子２０の導通性を阻害しないように、適宜調整することができる。
補助導電物質２１の形状や大きさは、均一でも不均一でもよく、特に限定されない。

また、導電性ペーストには、バインダー１８と、導電粒子２０と、補助導電物質２１の他に、接着材、粘着材、有機溶媒、増粘剤等が含まれていても構わない。この接着剤は、図１から図７に例示する色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´の電極間を所定の間隔をあけて対向配置させた状態を保持する機能を有する物質である。具体的に、接着剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂の樹脂を少なくとも一種含んだ樹脂材料が挙げられるが、特にこれらに限定されない。

接着剤の樹脂材料としては、例えば酢酸ビニル樹脂系エマルション形接着剤、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニルの三元共重合体）系エマルション形接着剤、α−オレフィン（イソブテン−無水マレイン酸樹脂）系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン形接着剤、スチレン・ブタジエンゴム系ラテックス形接着剤、酢酸ビニル樹脂系溶剤形接着剤、アクリル樹脂系溶剤形接着剤、塩化ビニル樹脂系溶剤形接着剤、クロロプレンゴム系溶剤形接着剤、クロロプレンゴム系溶剤形マスチックタイプ接着剤、ニトリルゴム系溶剤形接着剤、再生ゴム系溶剤形スチレンブタジエンラバー（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ：ＳＢＲ）系溶剤形接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、変成シリコーン樹脂系接着剤、エポキシ・変成シリコーン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系（ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｒｙｌｉｃ ａｄｈｅｓｉｖｅｓ：ＳＧＡ）接着剤、でん粉系接着剤、ポリマーセメントモルタル、エポキシ樹脂モルタル、シリル化ウレタン樹脂系接着剤、ホットメルト形接着剤等が挙げられる。

また、前述のように電極間を所定の間隔をあけて対向配置させた状態を保持する機能を有していれば、接着剤として、高い粘性を有する粘着材を用いることができる。高い粘性を有する粘着材としては、例えばゴム系、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系のものが挙げられるが、特にこれらに限定されない。具体的には、天然ゴム、アクリル酸エステル共重合体、シリコーンゴム、ウレタン樹脂等が挙げられる。

導電性ペーストに含まれる有機溶媒は、導電粒子やバインダー樹脂の分散状態を保持するための補助媒体である。このような有機溶媒としては、例えば水、酢酸エチル、エステル系、アルコール系及びケトン系の溶媒、テトラヒドロフラン、ヘキサン、芳香族の溶媒等が挙げられるが、特にこれらに限定されない。

＜電気モジュールの製造方法＞
次いで、本発明に係る電気モジュール１の製造方法の一実施形態について、色素増感太陽電池１Ａの製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう。）を例に挙げて説明する。

本実施形態の製造方法は、色素増感太陽電池１Ａの製造方法であって、半導体電極７と対向電極８とを任意の距離を空けて対向させ、半導体電極７と対向電極８との間に、少なくとも導電粒子２０を配する第一工程と、前記第一基材と前記第二基材とを互いに近づけるように押圧し、貼り合わせる第二工程と、を備えている。以下、各工程について具体的に説明する。

［第一工程］
先ず、ロール・ツー・ロール方式を用いた公知の色素増感太陽電池の製造方法を用いて、所定の方向Ｐに連続搬送される第一基材２上のセルを形成するための所定の位置に透明導電膜３を形成し、その後、所定の位置に半導体層１０を形成し、半導体層１０の両側（即ち、周囲）に封止材１２を形成した後、電解質９を積層する。これにより、図８に示すように、半導体電極７及び封止材１２を備えると共に、適所に隙間Ｓが形成された貼り合わせ基材３１を得る。なお、所定の方向Ｐは製造上の都合等を勘案して自由に設定されればよく、例えば導通材６の延在方向に平行な方向であってもよい。

次に、公知の色素増感太陽電池の製造方法を用いて、所定の方向Ｐに連続搬送される第二基材４上のセルを形成するための所定の位置に対向導電膜５を形成し、その後、所定の位置に触媒層１１を形成する。これにより、図９に示すように、対向電極８を備えた貼り合わせ基材３２を得る。

次に、図１０に示すように、貼り合わせ基材３１の隙間（第一電極と第二電極との間）Ｓに、導電性ペースト供給部３４から少なくともバインダー１８と、導電粒子２０とを含有する導電性ペーストを充填し、導通材６とする。実際には、封止材１２や配線材料等が後述する第二工程において押し潰され、拡がることを勘案して、導電性ペーストを所定の厚みよりもやや厚く充填してもよい。

［第二工程］
続いて図１０に示すように、貼り合わせ基材３１の半導体層１０と貼り合わせ基材３２の触媒層１１とを対向させ、貼り合わせ基材３１と貼り合わせ基材３２とを互いに近づける。貼り合わせ基材３１，３２の厚み方向に所定の間隔をあけた状態で該厚み方向に沿って配置され一対のローラー４１，４２を用いて、貼り合わせ基材（第一基材）３１と貼り合わせ基材（第二基材）３２とを互いにより近づけるように押圧する。紫外線照射部４６から紫外線ＵＶを鉛直下向きに照射し、紫外線硬化樹脂からなる封止材１２を硬化させることで貼り合わせ基材３１と貼り合わせ基材３２とを貼り合わせる。この後、時間の経過に伴って、導電性ペーストの流動性等が低下し、適度に硬化される。これにより、導通材６における導電粒子２０の分散等が安定する。

第二工程では、半導体電極７と対向電極８との距離、即ち厚み間隔を導電粒子２０の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下であることが好ましく、４０％以上１５０％以下であることがより好ましく、５０％以上１２０％であることがさらに好ましく、６０％以上９０％以下であることが特に好ましい。また、半導体電極７と対向電極８との距離が上述の条件となるように一対のローラー４１，４２同士の上下方向の間隔及び押圧力等を適切に調整することが好ましい。このように半導体電極７と対向電極８との距離を調節することで、貼り合わせ基材３１，３２同士を押圧して貼り合わせた際に、導電粒子２０の少なくとも一部は半導体電極７ならびに対向電極８を貫通し、且つ第一基材２ならびに第二基材４の双方に食い込み易くなる。

以上の第一工程及び第二工程により、図１及び図３に示す色素増感太陽電池１Ａが得られる。
なお、図４から図６に示す色素増感太陽電池１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの製造方法は、第二工程において半導体電極７と対向電極８との距離を導電粒子２０の少なくとも一部の厚み方向の両端部が半導体電極７ならびに対向電極８内に配されるように適宜調整すること以外は、上述した色素増感太陽電池１Ａの製造方法と同様である。また、図７に示す色素増感太陽電池１Ａ´の製造方法は、導電性ペーストに補助導電物質２１が含有されること以外は、上述した色素増感太陽電池１Ａの製造方法と同様である。

以上説明した色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´に例示される電気モジュール１及びその製造方法では、電気モジュール１を構成する半導体電極７及び対向電極８との間に、少なくともバインダー１８と、導電粒子２０とを含有する導電性ペーストを配した際に、半導体電極７及び対向電極８の延在方向に導電粒子２０が分散される。そして、半導体電極７及び対向電極８を備える第一基材２及び第二基材４を互いに近づけるように押圧等して均し、貼り合わせることによって、導電粒子２０が同一面（即ち、電極の一面）上に単層で配されやすい。従って、電極同士の間に導電性ペーストを固化させた導通材６を配したときに、これらの電極同士の厚み方向の隙間Ｓに導電粒子２０が単数（即ち単層で）介在した状態となる。これにより、電気モジュール１及びその製造方法によれば、電極の延在方向の導電粒子２０の間のバインダー１８や接着剤のみの部分は比較的柔らかく、切断し易い電気モジュール１を得ることができる。

また、電気モジュール１及びその製造方法では、半導体電極７及び対向電極８の間の厚み方向において、導電粒子２０のうち半導体電極７及び対向電極８の少なくとも一方に食い込んでいる部分によって、半導体電極７及び対向電極８の間の接点が容易且つ確実に得られ、電極同士が導通される。さらに、導電粒子２０が半導体電極７及び対向電極８の少なくとも一方に「食い込んでいる」ことによって、導電粒子２０とこれらの電極との接合強度が高まり、電極が導電粒子２０を含む導通材６から剥がれ難くなり、半導体電極７及び対向電極８からなる電極と導通材６との相対位置関係がずれ難くなると共に、電極間の厚み寸法が長期にわたり一定に保たれる。従って、電気モジュール１及びその製造方法によれば、電気モジュール１の導電性能を確実に保持し、電気モジュール１の品質が良好に安定させることができる。即ち、電気的に切断し易く、半導体電極７と対向電極８との間の導通材６を容易に切断することができるとともに、電極間を高安定的に導通可能な電気モジュール１を得ることができる。

色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´のように、少なくとも一部の導電粒子２０が第一基材２ならびに第二基材４の双方もしくは何れか一方に「食い込んでいる」ことによって、導電粒子２０と半導体電極７及び対向電極８とが接する厚み寸法がより大きくなり、導電粒子２０とこれらの電極との接合強度がさらに高まる。また、色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´のように、一部又は全部の導電粒子２０が半導体電極７ならびに対向電極８の双方もしくは何れか一方を貫通していることで、厚み方向全体にわたり半導体電極７ならびに対向電極８に対して導電粒子２０に接するので、導電粒子２０と半導体電極７ならびに対向電極８との導通をより良好にすることができる。このような構成により、色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´の導電性能をより確実に保持し、色素増感太陽電池１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´の品質をより良好に安定させることができる。

また、電気モジュール１及びその製造方法によれば、半導体電極７と対向電極８との距離が導電粒子２０の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下とすることにより、一部又は全部の導電粒子２０が半導体電極７と対向電極８との両方に接し、且つ半導体電極７と対向電極８の少なくとも一方に食い込むように、半導体電極７と対向電極８との距離を好適にすることができる。従って、電極の延在方向の導電粒子２０の間のバインダー１８のみの部分を比較的柔らかく、切断し易くすることができる。

色素増感太陽電池１Ａ´のように、導通材６が補助導電物質２１をさらに含んでいることで、電極間の導電粒子２０同士の隙間に補助導電物質２１を配置し、電極間の接点をさらに容易に形成し、電極同士をより良好に導通させることができる。これにより、色素増感太陽電池１Ａ´の導電性能をより確実に保持し、色素増感太陽電池１Ａ´の品質をより良好に安定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、導通材６自体が封止材１２の役割を担い、封止材１２を兼ねていてもよい。

なお、本実施形態では、導電粒子２０が直接的にバインダー１８中に分散されている導電性ペーストや導通材６を例示して説明したが、導電粒子２０は適当な補助材（図示略）や封止材を介して間接的に接着剤に保持され、これらが一体化されていてもよい。また、前述の補助材が存在しない場合には、バインダー１８は省略しても構わない。このような補助材を構成し得る非導電性材料として、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等の樹脂を少なくとも一種含んだ樹脂材料、又は公知の繊維を構成する繊維材料、セルロース、ポリビニルアルコール等の材料が挙げられる。また、前述の補助材として、先に例示したもの以外で、太陽電池等の電気モジュールに使われている公知の封止材を用いてもよい。

次いで、本発明に係る電気モジュール及び電気モジュールの製造方法の効果を裏付けるために行った実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

第一基材２および第二基材４としてＰＥＴフィルムを用い、色素増感太陽電池１Ｄ（図６参照）を製造した。

（実施例１）
色素増感太陽電池１Ｄを製造する際に、導電粒子２０としてミクロパール：ＡＵ１００（平均直径：１００μｍ、製造元：積水化学工業株式会社）を用い、圧縮試験機（型番：ＤＵＨ−Ｗ２０１、製造元：株式会社島津製作所）によって第一基材２及び第二基材４の厚み方向外方から導電粒子２０を押し潰すように、導電粒子２０の一つ当たり０．４Ｎの力を加えて貼り合わせた。得られた色素増感太陽電池１Ｄでは、図６に示すように、半導体電極７と対向電極８が導電粒子２０の厚み方向の両端部によって導電粒子２０の厚み方向外方に押し出され、導電粒子２０を配置した配線部分の第一基材２及び第二基材４に凸部分が形成された。この凸部分は、導電粒子２０である略球状のミクロパールの厚み方向の両端部の球欠と略同様の形状を有し、第一基材２及び第二基材４のそれぞれの表面から盛り上がっている部分である。また、本実施例では、押し潰す方向において前方（すなわち、図６における下側であって、第一基材２の側）に比べて、押し潰す方向において後方（すなわち、図６における上側であって、第二基材４の側）の方が導電粒子２０の厚み方向外方に押し出される寸法が大きくなった。
このように、０．４Ｎの力を加えて第一基材２及び第二基材４を貼り合わせた場合、導電粒子２０と半導体電極７又は対向電極８との接合強度を高めることができると思われる。

（実施例２）
導電粒子２０として針状形状を有する銅粉末（最長部の平均寸法：９０μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、色素増感太陽電池１Ｄを製造した。実施例２の色素増感太陽電池１Ｄにおいても、導電粒子２０を配置した配線部分の第一基材２及び第二基材４に凸部分が形成された。凸部分では、導電粒子２０の厚み方向の両端部が半導体電極７及び対向電極８に食い込み、第一基材２及び第二基材にも食い込んでいることを確認した。

（比較例）
上述の実施例１及び実施例２に対し、色素増感太陽電池１Ｄを製造する際に、導電粒子２０として柔軟なコアを有するミクロパール（平均直径：１００μｍ、製造元：積水化学工業株式会社）、すなわち実施例１で用いたミクロパールとはコアのみ異なる該ミクロパールの類似品（平均直径：１００μｍ、製造元：積水化学工業(株)）を用い、上述の圧縮試験機によって第一基材２及び第二基材４の厚み方向外方から導電粒子２０を押し潰すように０．０６５Ｎの力を加えて貼り合わせた。得られた色素増感太陽電池１Ｄでは、凸部分は形成されなかった。
このように、０．０６５Ｎの力を加えて第一基材２及び第二基材４を貼り合わせた場合、導電粒子２０を配置した配線部分の導電粒子２０と半導体電極７又は対向電極８とが接合していない部分が存在する虞があり、導電粒子２０と半導体電極７又は対向電極８との接合強度を高めることが難しいと思われる。

１…電気モジュール、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ａ´，１Ｂ…色素増感太陽電池（電気モジュール）、２…第一基材、４…第二基材、６…導通材、７…半導体電極（第一電極）、８…対向電極（第二電極）、１８…バインダー、２０…導電粒子、２１…補助導電物質

Claims (9)

1. 第一基材上の第一電極と第二基材上の第二電極とに接し、且つ前記第一電極と前記第二電極との間に設けられた導通材を備え、
   前記導通材は、前記第一電極と前記第二電極との間を導通可能とする導電粒子を含み、
   一部又は全部の前記導電粒子は、前記第一電極と前記第二電極との両方に接し、且つ前記第一電極と前記第二電極の少なくとも一方に食い込んでいる電気モジュール。
2. 前記の一部又は全部の導電粒子は、前記第一電極ならびに前記第二電極の双方もしくは何れか一方を貫通している請求項１に記載の電気モジュール。
3. 前記の一部又は全部の導電粒子は、前記第一電極と前記第二電極との両方に接し、且つ前記第一基材ならびに前記第二基材の双方もしくは何れか一方に食い込んでいる請求項１又は請求項２に記載の電気モジュール。
4. 前記第一電極と前記第二電極との距離は、前記導電粒子の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下である請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電気モジュール。
5. 前記導通材は前記第一電極と前記第二電極との間の厚み方向の間隔よりも小さい径寸法の補助導電物質をさらに含む請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電気モジュール。
6. 前記第一電極又は前記第二電極が光増感色素を含む請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電気モジュール。
7. 請求項１から請求項６に記載の何れか一項に記載の電気モジュールの製造方法であって、
   前記第一電極と前記第二電極とを任意の距離を空けて対向させ、前記第一電極と前記第二電極との間に、少なくとも前記導電粒子を配する第一工程と、
   前記第一基材と前記第二基材とを互いに近づけるように押圧し、前記第一基材と前記第二基材とを貼り合わせる第二工程と、を備える電気モジュールの製造方法。
8. 前記第二工程は、前記第一電極と前記第二電極との距離を前記導電粒子の群の平均粒子径の３０％以上２５０％以下とする請求項７に記載の電気モジュールの製造方法。
9. 前記第二工程において、前記第一基材と前記第二基材とを互いに近づけるように、前記導電粒子の一つ当たり０．４Ｎ以上の力で押圧する請求項７又は請求項８に記載の電気モジュールの製造方法。

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